В конце хранения плодов различают три периода: предклимактерический – с самым низким уровнем дыхания, климатерический – с самым высоким уровнем дыхания и постклиматерический, для которого характерно снижение интенсивности дыхания. Продолжительность периода у разных плодов неодинакова: у бананов – 24-60 ч, у груш и яблок – несколько недель, у цитрусовых климатерический период отсутствует. Климатерический подъем дыхания у многих плодов и овощей совпадает с наступлением потребительской зрелости, после чего усиливается распад сложных веществ, разобщаются процессы окисления и фосфорилирования, накапливаются спирт и ацетальдегид, разрушаются митохондрии и другие органеллы клеток. Все это приводит к возникновению физиологических заболеваний и гибели растительных клеток.
Наступление климактерического и постклимактерического периодов можно задержать пониженными температурами, низкой концентрацией кислорода и повышенным содержанием углекислого газа. Для ускорения этих периодов применяют этилен: газообразный или в виде этиленпродуцентов (этрела, гидрела, композана).
Дыхание – это необратимый окислительный процесс распада веществ. Кроме него, при хранении плодов и овощей происходят другие окислительные процессы, которые могут носить необратимый или обратимый характер. К ним относится окисление аскорбиновой кислоты до дегидроаскорбиновой, которая либо восстанавливается, либо разрушается. В последнем случае имеют место потери аскорбиновой кислоты, причем при длительном хранении плоды и овощи теряют до 50-80% витамина С. Большая часть этих потерь приходится на первые месяцы хранения продукции.
Окисление полифенолов в здоровых плодах и овощах является обратимым. При физиологических нарушениях, вызванных старением, болезнями физиологическими и микробиологическими, восстановления окисленных хинонов не происходит, в результате чего продукция темнеет.
Окисление липидов происходит во всех плодах и овощах, но наиболее заметно в орехах. Прогоркание в них жира ухудшает вкус. [2, с.124-128]
Гидролитические процессы обеспечивают легкоусвояемыми веществами дыхание и другие процессы, связанные с поддержанием жизнедеятельности плодов и овощей. Ведущее место среди гидролитических процессов занимает превращение в углеводном комплексе: гидролиз или фосфоролиз крахмала, пектиновых веществ, белков и других. Конечным продуктом распада этих веществ являются сахара, используемые в процессе дыхания плодов и овощей, а промежуточные продукты могут принимать участие в синтезе органических кислот, аминокислот, полифенолов и других веществ, в том числе и защитного характера.
Гидролитический распад углеводов в ряде случаев повышает потребительские свойства плодов и овощей: улучшает их вкус за счет усиления сладости, смягчения кислого и вяжущего вкусов, размягчения консистенции.
В то же время интенсивный гидролиз или фосфоролиз углеводов может ускорять истощение ресурсов запасных питательных веществ, приводить к разжижению или мацерации тканей мякоти, ослабляя защитные свойства плодов и овощей.
Изменение крахмала в хранящихся плодах и овощах происходит фосфоролитическим и гидролитическими путями. Первый путь является основным, что подтверждается высокой активность фосфорилаз и низкой – амилаз. Фосфоролиз крахмала происходит через ряд промежуточных соединений: глюкозо-1-фосфат, глюкозо-фосфат, фруктозо-6-фосфат и другие до сахарозы.
У большинства видов плодов и овощей распад крахмала до сахаров является преобладающим процессом, приводящим к уменьшению или даже исчезновению крахмала. Например, у незрелых яблок при их созревании количество крахмала снижается до 1% (с 4%) в съемной стадии зрелости, а потребительской – полностью исчезает. То же относится и к грушам, бананам.
При фосфоролизе крахмала по мере накопления сахарозы усиливается сладкий вкус, снижается водоудерживающая способность тканей, несколько уменьшается их твердость, повышается осмотическое давление протоплазмы.
При хранении картофеля имеет место не только гидролиз, но и ресинтез крахмала, причем оба процесса крахмал↔сахар могут протекать одновременно. Преобладание гидролиза над синтезом или обратный процесс зависят от температуры хранения и физиологического состояния.
При повышенных температурах хранения преобладает синтез крахмала, а при низких – гидролиз. Оба взаимообратимых процесса уравновешиваются при температуре 9оС.
В результате гидролиза крахмала при низких температурах накапливается сахар, и картофель приобретает сладкий вкус, если количество сахаров выше 2%. При смене холодного на теплое сладкий вкус картофеля исчезает за счет усиления ресинтеза крахмала.
Эти процессы еще в конце прошлого века (в 1898 г.) объяснил Мюллер-Тургау, по мнению которого накопление и исчезновение сахаров вызвано разной скоростью гидролиза крахмала и его ресинтеза. Так, при снижении температуры с 20 до 0оС изменяется скорость всех реакций, но скорость реакции крахмал → сахар уменьшается в 3 раза, а сахар → крахмал – в 20 раз, при этом снижается и расход сахара на дыхание в 3 раза.
При повышении температуры все три процесса возрастают, но особенно активно – ресинтез крахмала, на который используется от 2/3 до ¾ всех сахаров. Остальные сахара используются на дыхание и синтез каких-то промежуточных соединений, химическая природа которых не установлена.
Разная скорость гидролиза и ресинтеза объясняется изменением рН внутриклеточной среды клубней и активности ферментов. При низких температурах повышается растворимость углекислого газа в клеточном соке и снижается рН, при этом распад крахмала преобладает над его синтезом. При повышенных температурах рН повышается и возрастает синтез крахмала.
Распад крахмала является ведущим процессов для тех видов плодов и овощей, где он является основным запасным веществом (картофель, бананы, семечковые и т.п.). Однако у многих видов крахмал как запасное вещество либо отсутствует (например, цитрусовые плоды, овощная зелень и др.), либо количество его невелико и не может обеспечивать поддержание энергетического баланса на должном уровне (например, корнеплоды, капустные и луковые овощи). Тогда роль запасных питательных веществ выполняют гемицеллюлозы, инулин, гликоген, другие полисахариды, а также сахароза, которые при хранении гидролизуются до моносахаров.
Последствия их гидролитического распада те же, что и крахмала. Установлено, что накопление сахаров в первый период хранения моркови за счет гидролиза гемицеллюлоз преобладает над расходом их на дыхание и достигает 1,5 – 3,4%.
По мере гидролитического распада полисахаридов и уменьшения их запаса накопление сахаров снижается, а затем совсем прекращается из-за преобладания расходов на дыхания. Лишь к концу хранения у вегетативных овощей наблюдается некоторое накопление моносахаров, в основном за счет сахарозы. Особенно интенсивно этот процесс происходит у свеклы, где сахароза является основным запасным веществом.
Распад пектиновых веществ в плодах и овощах протекает под действием пектолитических ферментов: протопектиназы, расщепляющей протопектин до пектина, пектинметилэстеразы, полиметилгалактуроназы и пектинлиазы, расщепляющие пектин, до пектиновых кислот, полигалактуроназы и пектат-лиазы, разрушающие пектиновые кислоты. Вследствие превращений и распада пектиновых веществ изменяются консистенция и водоудерживающая способность тканей, вязкость протоплазмы, снижается механическая устойчивость плодов и овощей, повышается интенсивность испарения воды.
На интенсивность гидролитических превращений углеводов влияют особенности вида, сорта, физиологическое состояние, а также температура и газовый состав среды. Устойчивые виды и сорта плодоовощной продукции характеризуются замедленными темпами гидролиза крахмала, гемицеллюлоз, пектиновых веществ. Интенсивность этих процессов уменьшается при переходе овощей в состояние покоя и увеличивается при выходе из него, при перезревании плодов. Пониженные температуры, высокое содержание углекислого газа и низкое кислорода задерживают гидролитический распад углеводов, а этилен ускоряет их.
При хранении плодов и овощей происходит гидролитический распад и других веществ; белков, гидролизуемых дубильных веществ, сложных эфиров и др.
Гидролитическое расщепление белков происходит под действием протеолитических ферментов и приводит к накоплению свободных аминокислот. Наблюдается при подготовке к прорастанию и прорастании вегетативных овощей, особенно заметно у картофеля. Образовавшиеся свободные аминокислоты перемещаются из паренхимных тканей к точкам роста, где используются для синтеза белков и нуклеиновых кислот меристематических тканей.
Гидролитический распад белков приводит к снижению водоудерживающей способности тканей. Гидролиз белков неизбежно сопровождается их биосинтезом, что является непременным условием процессов ассимиляции и диссимиляции, свойственным живым организмам. Накопление свободных или связанных аминокислот будет зависеть от преобладания процессов гидролиза или синтеза. Так, в картофеле при переходе в состояние покоя преобладает синтез белков, а при прорастании их гидролиз.
Гидролиз дубильных веществ, относящихся к танинам, приводит к ослаблению или исчезновению терпкого вкуса плодов и накоплению сахаров, что улучшает вкус. Кроме того, продукты распада танинов – фенольные кислоты усиливают защитные свойства плодов и овощей. Гидролитический распад дубильных веществ наблюдается при дозревании плодов и овощей, нанесении механических повреждений и поражении микроорганизмами, служит одним из путей накопления фенольных кислот, особенно хлорогеновой, а приравневой зоне и вблизи мест проникновения микроорганизмов.