Материал: Д6313 Мурашев СВ Дыхание и сорбц-ая способность плодов и овощей

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1 ДЫХАНИЕ ПЛОДОВ И ОВОЩЕЙ

Теоретические положения

Плоды и овощи, сохраняемые в охлажденном состоянии, являются живыми организмами, им присущи дыхание и природный иммунитет. Дыхание − это основная форма диссимиляции вещества, в ходе которой освобождается энергия, расходуемая при жизнедеятельности организма. Внешними признаками дыхания являются поглощение из окружающего воздуха кислорода и выделение углекислого газа. Обмен СО2 и О2 происходит путем диффузии через устьица и частично через кутикулу.

На дыхание расходуются, в основном, углеводы и в меньшей степени жиры и белки. Окисление их происходит в цикле Кребса. Среди образующихся при этом кислот изолимонная, ά-кетоглутаровая

ияблочная служат непосредственными субстратами окисления в дыхательной цепи. Окисление осуществляется с участием специфических ферментов: пиридиновых и флавиновых дегидрогеназ и коэнзима Q, причем на этих стадиях происходит перенос двух атомов водорода. Далее имеет место перенос непосредственно электронов через систему цитохромов на кислород.

Процесс окисления в дыхательной цепи сопровождается фосфорилированием АДФ и запасанием энергии в форме АТФ. Каждая из трех карбоновых кислот, образующихся в цикле Кребса, дает три молекулы АТФ. В образовании и аккумуляции энергии, которая по мере надобности расходуется клеткой, заключена основная роль дыхания. Поскольку фосфорилирование неразрывно связано с окислением в дыхательной цепи, то обычно говорят о процессе окислительного фосфорилирования. Наличие сопряжения между окислением

ифосфорилированием впервые было доказано академиком В.А.Энгельгардтом.

Процесс дыхания, как правило, происходит в митохондриях клеток. Ферменты дыхательной цепи представляют собой мультиферментные системы, закрепленные на внутренних митохондриальных мембранах. Их называют дыхательными ансамблями.

Таков основной путь окисления в растительной клетке. Он весьма чувствителен к действию различных повреждающих факто-

3

ров. Под влиянием низких температур, ядов, ионизирующей радиации нарушается целостность митохондриальных мембран, и ими утрачивается сопряжение дыхания или, как говорят, происходит разобщение дыхания. Чувствительность фосфорицирования больше, чем окисления. Поэтому при разобщении дыхания окислительные процессы часто сохраняются, но при этом энергия окисления не превращается в энергию АТФ, а рассеивается в форме теплоты. Для растительных тканей характерно наличие специальных механизмов, позволяющих им переносить различные неблагоприятные условия внешней среды. К ним относятся:

-принцип множественности (мультипринцип), заключающийся в том, что не один, а несколько ферментов способны активизировать одну в ту же реакцию;

-полифункциональность каталитических систем, выражающаяся в том, что один и тот же фермент способен активизировать несколько реакций;

-рассредоточенность, или делокализация, окислительного аппарата, вследствие чего ферменты, участвующие в дыхательной цепи, локализованы не только в митохондриях, но и в протоплазме, в различных структурных элементах клетки, например, в ядре, хлоропластах.

Благодаря этому окисление в растительной клетке осуществляется не только основным путем, но и с помощью альтернативных механизмов, образующих более короткие цепи с участием ферментов каталазы, пероксидазы, полифенолоксидазы, аскорбиноксидазы, сукцинатдегидрогеназы.

При понижении содержания кислорода в атмосфере до значений ниже определенного предела или при полном его отсутствии растительные клетки переходят к так называемому интрамолекулярному, или бескислородному, дыханию, представляющему собой в химическом отношении брожение. При анаэробном дыхании органический материал не распадается до конечных продуктов и выход энергии значительно меньше. Переход исключительно к интрамолекулярному дыханию приводит к гибели организма, так как накапливающийся этанол губительно действует на живую клетку.

Процесс дыхания необходим для поддержания жизнедеятельности охлажденных плодов и овощей. В то же время он приводит к потере ценных в пищевом отношении веществ. Поэтому условия хранения плодов и овощей должны быть таковы, чтобы снизить по возможности

4

интенсивность дыхания, не нарушив, однако, естественного течения процессов, поскольку только растительные продукты с нормальным дыханием обладают необходимой лежкоспособностью.

Интенсивность дыхания J определяют по количеству миллиграммов СО2, выделенных одним килограммом продукта за 1 ч. Влияние температуры на этот процесс можно определить по температурному коэффициенту Q10, который показывает, во сколько раз уменьшается интенсивность дыхания при понижении температуры на 10 °С.

где J1 и J2 − величины интенсивности дыхания соответственно при температурах t1 и t2, мг СО2/(кг ∙ ч).

Как известно, для большинства химических реакций, подчиняющихся правилу Вант-Гоффа, величина Q10 равна 2−3. Однако дыхание представляет собой сложный процесс, который состоит примерно из 30 реакций и зависит не только от температуры, но и от вида, возраста, состояния объекта, особенностей его ферментативных систем и других факторов. Поэтому величины Q10 для растительных объектов изменяются в значительных пределах от 1,8 до 6,8.

Более отчетливо влияние температуры на интенсивность дыхания можно проследить по формуле Гора, согласно которой в интервале между температурами замерзания и хранения интенсивность

где Jt – интенсивность дыхания при температуре t, мг СO2/(кг ∙ ч); J0 – интенсивность дыхания при температуре 0 °С, мг CO2/(кг ∙ ч); b − температурный коэффициент интенсивности дыхания, 1/°С.

Величина b постоянна для каждого вида плодов и овощей; она характеризует скорость окисления и позволяет судить о продолжительности возможного хранения; ее численное значение составляет от 0,0617 до 0,1903 1/°С.

При хранении плодов и овощей вследствие дыхания наблюдается тепловыделение, которое может быть весьма значительным и должно учитываться при тепловых расчетах.

5