ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ХОЛОДИЛЬНОГО ХРАНЕНИЯ НА ИНТЕНСИВНОСТЬ ДЫХАНИЯ ПЛОДОВ И ОВОЩЕЙ
Цель работы: изучение процесса дыхания растительных продуктов в зависимости от условий их холодильной обработкиПриборы: Холодильный шкаф с температурой 6 - 8°С; Холодильные прилавки с температурой 0 и - 2°С; Весы технические.
Посуда: Эксикатор с решеткой и отверстием , в крышку которого вставлена трубка с натронной известью (по 4 для каждой группы);
Чашка Петри - 16 шт;
Бюретка для титрования - 4 шт;
Пипетки на 10 мл - 4 шт;
Коническая колба вместимостью 10 мл - 16 шт.
Реактивы: 0,2 н раствор КОН;
0,1 н раствор НС1;
Индикаторы: фенолфталеин, метиловый оранжевый.
Материалы: Овощи: картофель, свекла, морковь, брюква, репа, яблоки и др.
Теоретическая часть
Плоды, сохраняемые в охлажденном состоянии, являются живыми организмами, им присуще 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 расходуется в основном углеводы и в меньшей степени жиры и белки. Окисление их происходит по циклу Кребса. Среди образующихся при этом кислот триизолимонная, α - кетоглутаровая и яблочная служат непосредственно 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 переноса непосредственно электронов через систему цитохромов на кислород.
Процесс окисления в дыхательной цепи сопровождается фосфорилированием АДФ и запасением 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. 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 дыхательной клетке. Он весьма чувствителен к различным повреждающим факторам. Под влиянием низких температур, ядов, ионизирующих излучений нарушается целостность митохондриальных мембран и ими утрачивается сопряжение дыхания или, как говорят, происходит разобщение дыхания. Чувствительность фосфорилирования больше, чем окисления. Поэтому при разобщении дыхания окислительные процессы часто сохраняются, но при этом энергия окисления не превращается в энергию АТФ, а рассеивается в виде теплоты. Для растительных тканей характерно наличие специальных механизмов, позволяющих им переносить различные неблагоприятные условия внешней среды. К ним относятся: принцип множественности, заключающийся в том, что не один, а несколько ферментов способны активизировать одну и ту же реакцию: полифункциональность каталитических систем, выражающийся 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 различных структурах клетки. 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, аскорбиноксилазы, сукцинатдегидрогеназы.
При понижении содержания кислорода в атмосфере 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 к интрамолекулярному дыханию приводит к гибели организма, так как накапливающийся этанол губительно действует на живую клетку. Процесс дыхания необходим для поддержания жизнедеятельности охлажденных плодов. В то же время он приводит к потери ценных в пищевом отношении веществ. Поэтому условия хранения плодов должны быть таковы, чтобы снизить по возможности интенсивность дыхания, не нарушив, однако, естественного течения процессов, поскольку только растительные продукты с нормальным дыханием обладают необходимой лежкоспособностью.
Интенсивность дыхания J определяют по количеству мг СО2, выделенных одним килограммом продукта за один час. Влияние температуры на этот процесс можно определить по температурному коэффициенту Q 10, который показывает во сколько раз уменьшается интенсивность дыхания при понижении на 10°С.
(1)где J1 и J2 – величины интенсивности дыхания соответственно при температурах t2 и t1.
Как известно, для большинства химических реакций величина Q10 равна 2-3. Однако дыхание представляет собой сложный процесс, который состоит примерно из 30 реакций и зависит от температуры, вида, возраста, состояния объекта, особенностей его ферментативных систем и других факторов. Поэтому величины Q10 для растительных объектов изменяются в пределах от 1,8 до 6,8.
Более отчетливо интенсивность дыхания связана с температурой экспоненциальной зависимостью:
Jt=J0*еbt (2)
где Jt интенсивность дыхания при температуре t, мг СО2 / (кг.ч);
Jo- интенсивность дыхания при 0°С, мг СО2 / (кг.ч);
Ь- температурный коэффициент интенсивности дыхания T/t.
Величина b постоянна для каждого вида плодов. Она характеризует ско-рость окисления и позволяет судить о продолжительности возможного хранения: ее численное значение составляет от 0, 0617 до 0,1903 T/t
При хранении, в следствии частичного разобщения дыхания наблюдается тепловыделение, которое может быть весьма значительным и должно учитываться при тепловых расчетах. При свободном доступе воздуха к растительному организму процесс окисления глюкозы может быть выражен следующим уравнением, кДж:
С6Н12О6 + 6 О2 = 6 СО2 + 6 Н2О + 2831 (3)
Тогда при образовании 1 мг СО2, в случае полного окисления cахаров общее количество освобождающейся энергии составляет 0,011кДЖ. Интенсивность освобождения энергии Pt при данной температуре t может быть определена по уравнению, кДж/(кг.ч)
Pt=0,011-Jt (4)
Понижение температуры позволяет снизить и тепловыделение плодов и овощей и тем самым увеличить продолжительность их хранения и уменьшить потери.
Описание установки.
Экспериментальная установка представляет собой эксикатор с отверстием в крышке, в которое вставляют трубку с натронной известью. Определенное количество исследуемых плодов и овощей помещают на решетке в верхнюю половину эксикатора, на дно которого предварительно устанавливают открытую чашку Петри с 0,2 н раствором КОН. Выделяемый при дыхании продукта углекислый газ поглощается щелочью с образованием соли2КОН + СО2 = К2СО3 + Н2О
Вследствие поглощения щелочью углекислого газа в эксикаторе создается разряжение, наружный воздух поступает в эксикатор, однако, проходя через трубку с натронной известью, он освобождается от содержащейся в нем углекислоты. К концу эксперимента в чашке Петри будет находиться смесь из образовавшейся соли и некоторого количества не прореагировавшей щелочи. Титрование этой смеси производят 0,1 н раствором НСl. При этом К2СОз реагирует с НС1 в две стадии:
В соответствии с этим кривая титрования имеет две точки эквивалентности.
В первой стадии реакции рН изменяется от 4,6-8.ю3. Если до начала титрования к раствору К2СО3 прибавить фенолфталеин, то раствор приобретает красную окраску. При переходе через точку эквивалентности, соответствующую образованию КНСО3, раствор обесцвечивается. Если прибавить к этому раствору индикатор метиловый оранжевый, то раствор окрасится в желтый цвет. При дальнейшем прибавлении НCl, когда весь КНСО3 окажется превращенным в Н2СО3 , желтая окраска перейдет в розово-красную. Поэтому считают, что фенолфталеином оттитровывается избыток КОН, не пошедший на связывание СО2 и половина К2СО3, а метилоранжем дотитровывается вторая половина К2СО3. Исходя из этого положения производят расчет выделившегося СО2.
Интенсивность дыхания (Y) в мг СО2/(кг∙ч) определяют по формуле:
(5)где V – объем 0,1 н. раствора соляной кислоты израсходованной на титрование пробы в присутствии фенолфталеина, см3;
V1 – общий объем 0,1 н. раствора соляной кислоты израсходованной на титрование пробы, см3;
2,2 – масса двуокиси углерода, соответствующая 1 см3 0,1 н. раствора соляной кислоты, мг;
к - поправочный коэффициент для приведения раствора соляной кислоты точно к 0,1 н раствору;
t1 - время начала опыта, ч;
t2 - время окончания опыта, ч;
m - масса исследуемого продукта, кг.
Ход определения.
Метод основан на абсорбции выделяющегося при дыхании углекислого газа раствором щелочи с последующим титрованием.В 4 чашки Петри наливают по 10 см3 0,2 н раствора КОН, устанавливают их в четыре эксикатора.
Отвешивают овощи и яблоки примерно по 0,5 кг. Овощи очищают от кожуры. Для интенсификации процесса дыхания можно разрезать овощи и яблоки на 4 части. В каждый эксикатор на решетку помещают приготовленные продукты, после чего эксикаторы быстро закрывают крышкой. Эти операции нужно выполнять быстро, чтобы продукты не лежали на столе.
Отмечают время начала опыта закладки продуктов в эксикаторы - tj.
Один эксикатор (например с картофелем) оставляют при комнатной температуре ti = 20-25°С, второй третий и четвертый соответственно помещают в холодильный шкаф или холодильный прилавок с температурами t2 = 6—8°С; t3 - 0°С; t4 = -2°С.
Через 1,5 часа вынимают из эксикаторов чашки Петри с раствором щелочи и сразу закрывают их крышками.
Отмечают время окончания опыта t2.
Производят титрование раствора щелочи 0,1 н раствором НС1. Для этого раствор щелочи из чашек Петри количественно переносят в коническую колбу, добавляют 4-5 капель фенолфталеина. Титруют кислотой до обесцвечивания. Отмечают объем соляной кислоты, пошедшей на титрование по фенолфталеину (V). Затем в ту же колбу добавляют 1-2 капли метилоранжа и титруют той же кислотой до изменения желтой окраски на розово-красную. Отмечают общий объем соляной кислоты, израсходованный на титрование по фенолфталеину и метилоранжу (Vi). Полученные данные заносят в таблицу. По формуле (5) вычисляют интенсивность дыхания исследуемого продукта при температурах 1, 2, 3,4.
По формуле (1) вычисляют температурный коэффициент.
По формуле (4) определяют величину интенсивности освобождения энер-гии в процессе дыхания продукта при температурах 1, 2, 3, 4.
Заносят расчетные данные в таблицу.
По результатам работы строят графики зависимости Y= f(t) и Pt= f[t), линеаризуют.
По результатам работы делают выводы о влиянии температуры хранения на интенсивность дыхания плодов и овощей.
