Почему в процессе хранения овощей и фруктов необходимо замедлить их дыхание

Добавил пользователь Валентин П.
Обновлено: 21.09.2024

Если во время проведения опыта в банках будут находиться ёмкости с известковой водой, то можно будет увидеть, что в за сутки известковая вода помутнеет. Это станет ещё одним доказательством того, что в банках увеличилось количество углекислого газа.

Если для опыта использовать не стеклянные банки, а термосы, то можно будет после проведения опыта зафиксировать ещё и повышение температуры в ёмкостях. Такой эффект происходит благодаря тому, что часть энергии при дыхании выделяется в виде тепла.

3. Почему нельзя закладывать на хранение влажные семена?

Сухие семена находятся в состоянии покоя, поэтому все процессы в семенах замедлены. Если же семена становятся влажными, то они выходят из состояния покоя и процессы жизнедеятельности у них активизируются.

Влажные семена начинают интенсивно расходовать имеющиеся питательные вещества во время дыхания, причем расход питательных веществ может увеличиться в сотни раз по сравнению с состоянием покоя. Без дополнительных источников (воды, почвы с минеральными веществами, солнечного света и т.д.) запасы питательных веществ во влажных семенах очень быстро истощаются и они теряют свои пищевые и посевные качества.

Кроме того, в процессе ускоренного дыхания влажные семена начинают выделять большое количество тепла. Они быстро разогреваются, портятся и плесневеют. Если же хранится большое количество влажных семян, например в элеваторе или в амбаре, то их быстрое разогревание может привести к серьёзному пожару.

4. Почему культурные растения плохо растут на заболоченных почвах?

Заболоченные почвы перенасыщены влагой, поэтому для них характерен недостаток кислорода, необходимого для дыхания корней растения. Некоторые растения, например ива ломкая, для восполнения недостающего кислорода имеют специальные дыхательные корни, выходящие на поверхность почвы. Что касается культурных растений, то у них таких приспособлений нет, поэтому культурные растения плохо растут на заболоченных почвах, болеют и становятся хилыми.

Существуют и другие причины, мешающие нормально развиваться растениям на заболоченных почвах:

большое количество болотных растений выделяют в почву токсины, опасные для культурных растений;
высокая кислотность болотистых почв, что нежелательно для большинства культурных растений;
наличие торфа — мощного теплоизолятора предотвращающего равномерное и своевременное прогревание почвы.

Подумайте

Каковы отличительные особенности процессов фотосинтеза и дыхания и какова взаимосвязь между ними?

Отличительные особенности процессов фотосинтеза и дыхания

фотосинтез может происходить только на свету, а дыхание происходит постоянно;
во время фотосинтеза растение поглощает углекислый газ и выделяет кислород, а во время дыхания наоборот — поглощает кислород и выдыхает углекислый газ;
в процессе фотосинтеза растение преобразует неорганические вещества в органические, а во время дыхания органические вещества расходуются.

Взаимосвязь между процессами фотосинтеза и дыхания

На свету процессы фотосинтеза и дыхания растений происходят одновременно:

растение одновременно поглощает много углекислого газа для фотосинтеза и совсем мало кислорода для дыхания, а потом выделяет много кислорода в процессе фотосинтеза и совсем мало углекислого газа при дыхании;
растение производит органические вещества во время фотосинтеза и тут же расходует часть из них для дыхания;
растение вырабатывает энергию во время дыхания и тут же расходует часть её для осуществления процесса фотосинтеза.

Без дыхание растение погибает и фотосинтез останавливается. Без фотосинтеза растение чахнет и дыхание замедляется, то есть при длительном отсутствии света растение не получает достаточного количества органических веществ и в конце концов погибает.

Задания

Регулируемая атмосфера для хранения овощей и фруктов

Регулируемая атмосфера (РА) (Controlled Atmosphere - CA) или Регулируемая Газовая Среда (РГС) - это искусственно созданная атмосфера, где концентрация газов отличается от природной (кислород: 21%, азот: 78%, углекислый газ: 0,03% и т.д.). Вид технологии и состав Регулируемой Атмосферы (газовой среды) выбирается в зависимости от вида овоща или фрукта, от поставленных задач хранения, температурного режима, относительной влажности, и других факторов.

Технология Регулируемой Атмосферы - это одна из наиболее прогрессивных, современных технологий хранения овощей и фруктов.

Влияние кислорода и углекислого газа на хранение овощей и фруктов

Изменяя концентрацию кислорода, углекислого газа или другого газа, можно влиять на длительность хранения овощей и фруктов, а также, сохранять качество и вкус плодов, набор витаминов и других веществ, полезных и необходимых для здоровья человека. Но, и углекислый газ, и кислород, могут наносить вред сохраняемым продуктам. Поэтому очень важно правильно и профессионально спроектировать оборудование для создания и поддержания регулируемой газовой среды.

Углекислый газ и овощи с фруктами

Повышенное содержание в атмосфере хранилища углекислого газа (CO₂), вызывает остановку созревания и дозревания плодов, замедление и торможение различных химических реакций, уменьшает действие этилена, благодаря чему нивелируются многие негативные процессы в растениях, и сохраняется мягкость и цвет овощей и фруктов.

Кислород и овощи с фруктами

Пониженное содержание в атмосфере хранилища кислорода (O₂), замедляет дыхание плодов, уменьшает интенсивность процессов окисления, приостанавливает созревание и дозревание овощей и фруктов, увеличивает срок хранения агрородукции.

История применения измененной атмосферы для хранения овощей и фруктов

Давно известно, что на состояние и качество сохраняемых овощей и фруктов кардинальное влияние имеет газовая среда хранения, а точнее состав воздуха, в котором находятся плоды. Египтяне, финикийцы, персы, греки и римляне, все древние цивилизации имели свои технологии и свой опыт манипуляций с воздушной средой для хранения плодов.

С начала 19 века, это направление стало обретать научные рамки. Француз Бернард сделал несколько важных открытий. Понимание того факта, что сохраняемые плоды потребляют кислород (а при отсутствии кислорода приостанавливается процесс созревания плода) и производят углекислый газ, стало отправной точкой современной технологии хранения овощей и фруктов, ягод и цветов, используя различный состав газовой среды в хранилище плодоовощной продукции, или, иначе говоря, применяя Регулируемую атмосферу в овощехранилище.

Все последующие десятки лет, до конца 19 - начала 20 века, изобретатели экспериментировали с содержанием кислорода и углекислого газа в воздухе хранилища овощей и фруктов. И некоторые достигали отличных результатов. В США, это исследователи Найс, Р.Тетчер, Н.Буз. Главным результатом их наблюдений и открытий можно считать доказательство того, что содержание углекислого газа в атмосфере хранилища овощей или холодильной камеры для плодоовощной продукции, имеет сильное влияние на длительность хранения и качество хранимых овощей и фруктов. В некоторых опытах, удавалось в несколько раз увеличить срок сберегания свежих яблок, малины, смородины и т.п.

В 20-м веке, окончательно сложился научный подход к исследованию регулируемой атмосферы при хранении плодоовощной продукции. Англичане Ф.Кидд и С.Веста, американец Р.Смок до 2-й Мировой войны, и итальянец Бономи, после войны - вот идеологи сегодняшней технологии хранения овощей и фруктов в регулируемой атмосфере (регулируемой газовой среде).

Благодаря вышеперечисленным энтузиастам исследований в области хранения плодоовощной продукции, и другим известным и неизвестным достойным людям, нам стали известны факты, которые стали сегодня аксиомами при хранении в атмосфере с регулируемым составом.

Технологии создания Регулируемой газовой среды

Наиболее популярны несколько технологий применения регулируемой атмосферы для хранения:

•Регулируемая газовая среда с ультранизким содержанием кислорода (менее 1-1,5%) (Ultra Low Oxygen - ULO), и содержанием углекислого газа (0-2%). При хранении в атмосфере с таким низким содержанием кислорода, овощи фрукты сохраняются твердыми и свежими. Поражение плодов загаром исключено.

•Регулируемая атмосфера с традиционным содержанием кислорода (3-4%) и углекислого газа (3-5%) (Traditional Controlled Atmosphere - TCA). При хранении в атмосфере с таким низким содержанием кислорода, овощи фрукты сохраняются твердыми и свежими. Поражение плодов загаром исключено.

•Регулируемая газовая среда с технологией шоковой обработки плодов углекислым газом (CO2 shock treatment). Концентрация углекислого газа в регулируемой атмосфере, при этом, достигает 30%. Плоды, после сбора урожая и перед хранением, помещают в газовую среду с таким высоким содержанием углекислого газа, для замедления процессов гниения, сохранения плодов в свежем виде.

•Регулируемая атмосфера со сверхбыстрым снижением уровня кислорода (Initial Low Oxygen Stress - ILOS). Снижение уровня кислорода происходит за короткое время (часы), с нормальной концентрации до 5% . Позволяет достичь хороших результатов при хранении яблок, груш и т.п.

•Регулируемая газовая среда с быстрым уменьшением концентрации кислорода (Rapid Controlled Atmosphere - RCA).

•Регулируемая атмосфера с технологией уменьшения уровня этилена (Low Ethylene Controlled Atmosphere - LECA). Эта технология регулируемой газовой среды в овощехранилище позволяет приостановить процесс дозревания овощей и фруктов, например апельсинов, бананов, лимонов и т.д. А также, технология LECA позволяет защищать восприимчивые плоды, от негативного влияния этилена.

Проектирование Регулируемой Атмосферы

Важную роль при проектировании системы регулирования состава атмосферы плодоовощных хранилищ, играет выбор правильной схемы холодильного оборудования и системы вентиляции. Регулируемая атмосфера создается при помощи специального и индивидуально подобранного и скомпонованного оборудования.

В состав оборудования для создания Регулируемой газовой среды могут входить:

система управления режимами хранения продуктов питания, которая управляет оборудованием на основании показателей уровня кислорода, углекислого газа, температуры, влажности и т.д., для поддержания необходимых условий для длительного хранения овощей и фруктов;
генератор азота (N₂), посредством которого снижается уровень кислорода. Представляет собой мембранную или адсорбционную установку;
адсорбер углекислого газа (CO₂), с помощью которого удаляется излишний углекислый газ, вырабатываемый плодами, и поддерживается необходимый уровень углекислого газа в хранилище;
адсорбер диоксида серы (SO₂), с помощью которого удаляется сернистый ангидрид (SO₂), используемый для уничтожения болезнетворной среды, например, для хранения винограда;
адсорбер / каталитический конвертер этилена, который используется для технологии LECA;
газоанализаторы (система газового анализа атмосферы хранилища), которые позволяют измерять концентрацию кислорода(O₂) и углекислого газа(CO₂).
автоматика, увлажнители, датчики и другое оборудование.

А также, холодильные камеры, помещения, овощехранилища, где применяется технология регулируемой атмосферы, должны быть герметичными. Поэтому, важную роль играют двери в камеру или овощехранилище, которые должны обеспечивать герметичность.

Стоимость оборудования для Регулируемой Атмосферы, при строительстве нового овощехранилища, приблизительно, 10%-15% от общей стоимости проекта.

Для овощей и фруктов, ягод и цветов, хранение в Регулируемой Атмосфере (РА) или в Регулируемой Газовой Среде (РГС) удлиняет срок хранения, сохраняет свежесть и вкус плодоовощной продукции. Применение регулируемой атмосферы для хранения винограда, апельсинов, лимонов, киви, яблок, груш, помидоров, капусты дает очень хорошие результаты. Поэтому, на сегодняшний день, строительство новых холодильников или овощехранилищ, либо реконструкция и модернизация существующих, подразумевает применение Регулируемой газовой среды для долговременного хранения плодоовощной продукции.

Регулируемая атмосфера для хранения овощей и фруктов

Влияние кислорода и углекислого газа на хранение овощей и фруктов

Углекислый газ и овощи с фруктами

Кислород и овощи с фруктами

История применения измененной атмосферы для хранения овощей и фруктов

Технологии создания Регулируемой газовой среды

Наиболее популярны несколько технологий применения регулируемой атмосферы для хранения:

•Регулируемая газовая среда с быстрым уменьшением концентрации кислорода (Rapid Controlled Atmosphere - RCA).

Проектирование Регулируемой Атмосферы

В состав оборудования для создания Регулируемой газовой среды могут входить:

система управления режимами хранения продуктов питания, которая управляет оборудованием на основании показателей уровня кислорода, углекислого газа, температуры, влажности и т.д., для поддержания необходимых условий для длительного хранения овощей и фруктов;
генератор азота (N₂), посредством которого снижается уровень кислорода. Представляет собой мембранную или адсорбционную установку;
адсорбер углекислого газа (CO₂), с помощью которого удаляется излишний углекислый газ, вырабатываемый плодами, и поддерживается необходимый уровень углекислого газа в хранилище;
адсорбер диоксида серы (SO₂), с помощью которого удаляется сернистый ангидрид (SO₂), используемый для уничтожения болезнетворной среды, например, для хранения винограда;
адсорбер / каталитический конвертер этилена, который используется для технологии LECA;
газоанализаторы (система газового анализа атмосферы хранилища), которые позволяют измерять концентрацию кислорода(O₂) и углекислого газа(CO₂).
автоматика, увлажнители, датчики и другое оборудование.

Основной формой взаимодействия плодов и овощей с окружающей средой является процесс дыхания. Во время хранения выделяется теплота дыхания. Однако в воздух выделяется не все тепло, так как часть его используется клеткой для обменных реакций и на процесс испарения, часть запасается в виде химически связанной энергии. Биологическая роль дыхания состоит в том, чтобы обеспечивать живые ткани плодов и овощей энергией, необходимой для их жизнедеятельности.

Как снизить "убыль" массы при сохранении

Наряду с испарением влаги процесс дыхания неизбежно сопровождается убылью массы плодов и овощей. Поэтому такие потери называются естественными. Их можно снизить путем регулирования интенсивности дыхания и испарения влаги, что имеет важное практическое значение.

Хранением в регулируемой газовой среде считают хранение плодов в среде с определенной концентрацией СО2 и кислорода при определенной температуре. При этом тот или иной газовый режим подбирается таким образом, чтобы сохранить нормальный дыхательный газообмен, а также правильное соотношение между температурой и состоянием плодов.

Плоды, помещенные в замкнутую среду, благодаря естественному дыхательному обмену изменяют парциальное давление СО2 и кислорода в окружающей атмосфере. По мере хранения плодов количество кислорода в атмосфере снижается и соответственно снижается его парциальное давление. В этой связи дыхание плодов замедляется. Концентрация СО2 при этом возрастает. Но слишком низкое содержание в окружающей среде кислорода и высокое содержание СО2 (более 10%) может вызвать физиологические расстройства.

Какие качества плодов выигрывают от хранения в газовой среде?
В регулируемой газовой среде по сравнению с хранением в обычной воздушной среде лучше сохраняется качество плодов, дольше сохраняется зеленая окраска, замедляются гидролитические процессы распада протопектина (плоды дольше остаются твердыми). СО2 и кислород влияют также на биосинтез этилена в плодах и его биологическое действие на процессы созревания.

Для образования этилена и активного его воздействия на процессы дозревания необходимо высокое содержание кислорода в окружающей среде (то есть достаточное парциальное давление кислорода). При низком парциальном давлении кислорода плоды не дозревают даже в присутствии этилена, поэтому для нормального дозревания плодов (томатов, бананов и т.д.) должен быть свободный доступ воздуха. Для замедления процессов дозревания и удлинения сроков хранения плодов с одновременным сохранением их высокого качества необходимо создавать соответствующий каждому сорту газовый режим хранения.

Существует несколько способов хранения плодов в регулируемой газовой среде:

Способы хранения плодов

1. В холодильных камерах с РГС.

2. В полимерных пленках;
3. В полиэтиленовых контейнерах с диффузионными вставками.

1. Регулирование состава газовой среды в холодильных камерах может производиться при помощи скрубберов - специальных очистителей, поглощающих избыток СО2. В скруббере воздух из камеры может циркулировать по замкнутому кругу, снижая содержание СО2, например, до 3-5%.

Углекислый газ, поглощенный круббером, замещается почти таким же объемом воздуха и, благодаря этому, концентрация кислорода в камере достигает требуемого уровня.

Другой способ регулирования газовой среды в камерах заключается в использовании газообменника-диффузора, устанавливаемого рядом с камерой с РГС в смежном помещении. Основной частью диффузора - газообменника являются силиконовой - каучуковые пленки, обладающие селективной способностью к отдельным газам, то есть большей проницаемостью для СО2 и меньшей для кислорода и азота. Силиконово - каучуковые пленки образуют параллельно расположенные каналы, через которые циркулирует воздух из камер при помощи встроенных в воздуховоды вентиляторов. Через силиконово - каучуковые пленки благодаря диффузии происходит вывод в атмосферу избытка СО2, этилена и вредных пахучих веществ.

Из атмосферы, в свою очередь, в камеру поступает небольшое количество кислорода (воздуха). В результате разной проницаемости отдельных газов через силиконово-каучуковые пленки в герметичной камере создается определенная концентрация СО2, кислорода и азота. Для быстрого создания нужного газового режима в камеру иногда сразу вводят большое количество азота, и тогда концентрация кислорода в атмосфере камеры быстро снижается до нужного уровня.

Хранение плодов в камерах

Хранение плодов в камерах с РГС осуществляется при температуре 0. +4 ºС и относительной влажности воздуха 90-95%. Содержание СО2 и кислорода в атмосфере камеры проверяется и регулируется газоанализаторами, которые управляют автоматически работой скрубберов или диффузоров.

После достижения необходимой концентрации СО2 камеры переводятся на заданный газовый режим путем включения установки (скрубберов или диффузоров), при этом избыток СО2 удаляется, а содержание кислорода продолжают снижать до требуемого уровня. Необходимая газовая смесь СО2 и кислорода в камере устанавливается спустя 3-4 недели после закрытия камеры.

Содержание углекислого газа в регулируемой среде в большинстве случаев поддерживают 5% и выше, кислорода - 10-13%. Минимальное содержание кислорода в искусственно создаваемой газовой среде должно быть не ниже 2%, а максимальное количество СО2 не выше 10%.

Сроки хранения плодов

Продолжительность холодильного хранения различных плодов в зависимости от газового состава среды

Плоды	При обычном составе среды	В регулируемой газовой среде
Яблоки (Голден, Делишес	5 мес	8 мес
Груши (Вильямс)	2 мес	5 мес
Виноград	3 мес	6 мес
Персики	5 недель	10 недель
Вишня	10 дней	32 дня

2. Простейшей разновидностью газового хранения плодов является использование синтетических полимерных пленок (полиэтилена и др.), селективно проницаемых для газов.

В пакетах из полиэтилена, в которые помещают плоды, естественным путем создается определенная газовая среда, увеличивается концентрация СО2 и снижается содержание кислорода благодаря дыханию самих плодов.

Через пленку происходит диффузия газов: СО2 диффундирует в окружающую среду со скоростью, величина которой определяется разницей между концентрациями СО2 внутри и снаружи пленочной упаковки, а также газопроницаемостью пленки и величиной площади поверхности упаковки. Диффузия кислорода внутрь пакета возрастает по мере потребления его плодами в процессе дыхания. Обычно проницаемость пленок для СО2 в 2-5 раз выше, чем для кислорода. Благодаря этому для СО2 раньше достигается равновесная концентрация, чем для кислорода. Степень испарения влаги можно регулировать перфорацией пленки, причем количество и размеры ячеек (отверстий в пленке) обусловливаются видом плодов и овощей и условиями хранения в розничной торговле.

Как хранить?

в ящиках или контейнерах с полиэтиленовыми вкладышами;
в ящиках с плодами, завернутыми в пленку;
в штабелях, укрытых сверху пленкой;
в полиэтиленовых контейнерах (крупных мешках) с диффузионными вставками.

Контейнеры из полиэтилена толщиной 150-180 мкм и емкостью от 0,3 до 1 Т плодов представляют собой большие мешки, в одной из стенок которых вставлена силиконовая (диффузионная) пленка заданного размера.

Силиконовая пленка пропускает СО2 в 5-6 раз быстрее, чем кислород, благодаря чему в контейнерах возникает желаемый газовый режим. Опыты показывают, что яблоки в таких контейнерах сохраняются на 5-6 недель дольше, чем при обычном хранении в холодильниках.

Недостатком этого способа является образование конденсата на внутренней поверхности пленки, если не до конца удалить теплоту дыхания. Поэтому очень важно плоды перед загрузкой в контейнеры охлаждать и строго регулировать температуру хранения, не допуская резких перепадов температуры внутри и в окружающей атмосфере.

Юрий Калин, консультант по холодильному хранению (Молдова)

Читайте также: