Как видно из таблицы 1, интенсивность тепловыделения зависит больше от температуры хранения, чем от особенностей вида продукции. Так, при температуре 20оС она наибольшая, при 0оС и близкриоскопических температурах – наименьшая. При критических температурах, вызывающих замерзание продукции и гибель живых растительных клеток, тепловыделение прекращается полностью.

Замерзание – отрицательный процесс для жизнедеятельности свежих плодов и овощей, свойства которых значительно изменяются. В них нарушаются процессы ассимиляции и диссимиляции в сторону необратимого разрушения.

Температура замерзания разных плодов и овощей колеблется от -0,5 до

-5оС (наименьшая – у огурцов, наибольшая – у винограда, орехов).

Замерзание плодов и овощей происходит ступенчато: при понижении температуры ниже точки замерзания наступает переохлаждение продукции, кристаллы льда при этом не образуются. Затем начинается льдообразование с выделением скрытой теплоты, в результате температура тканей на некоторое время повышается и вновь падает. Температурой замерзания считается наивысшая точка температуры переохлаждения, после которой температура вновь снижается. [4, с.101-104]

Физиолого-биохимические процессы происходят в плодах и овощах при участии ферментов.

Дыхание – важнейший процесс, лежащий в основе всех процессов жизнедеятельности плодов и овощей.

В хранящихся плодах и овощах большинство процессов жизнедеятельности являются эндергоническими, т.е. происходящими только благодаря притоку энергии. Основным источников энергии для них является процесс окислительного фосфорилирования в митохондриях, при котором продукты фотосинтеза (углеводы, органические кислоты, белки, жиры и пр.) окисляются с выделением заключенной в них энергии (свободной энтальпии). При этом поглощается кислород и выделяется углекислый газ и вода, т.е. неорганические соединения, бедные энергией.

Процесс дыхания осуществляется через экзергонические реакции, происходящие с выделением небольшого количества энергии, которая в основном используется на процессы жизнедеятельности растительных клеток (2/3 выделяемой энергии) и лишь частично выделяется во внешнюю среду в виде физиологического тепла.

В ходе дыхания образуются нестойкие промежуточные соединения, служащие исходными продуктами для синтетических процессов. Поскольку основой жизнедеятельности, как и в период выращивания, остаются процессы ассимиляции и диссимиляции, то при хранении растительный организм пытается наиболее значимые из них поддерживать на необходимом уровне (распад и синтез белков, ферментов и др.). Однако при отсутствии притока питательных веществ поддержание этого равновесия возможно лишь за счет необратимого распада сложных органических соединений, являющихся субстратами для дыхания.

Ведущее место среди них в плодах и овощах принадлежит углеводам, и в первую очередь моносахаридам, затем органическим кислотам, жирам, белкам и фенольным соединениям. Суммарное уравнение химических превращений моносахаров при дыхании плодов и овощей выглядит следующим образом:

С6Н12О6 + 6 О2 → 6 СО2 + 6 Н2О + 688 ккал (2867 кДж).

Выделяемая энергия является конечным продуктом, ради которого и осуществляется процесс дыхания. Неизбежным следствием этого процесса являются потери массы плодов и овощей за счет расхода гексоз и других энергических веществ, изменения состава окружающей среды путем поглощения кислорода, выделения углекислого газа и пополнения запаса воды в тканях.

Окисление энергетических веществ осуществляется через ряд ферментативных реакции. Различают три стадии процесса дыхания: гликолиз, цикл Кребса, или ди- и трикарбоновых кислот, и окислительное фосфорилирование.

Гликолиз характеризуется расщеплением и частичным окислением гексоз с образование пировиноградной кислоты; происходит в анаэробных условиях.

Цикл Кребса осуществляется в аэробных условиях. Пировиноградная кислота вовлекается в цикл трикарбоновых кислот, в результате чего она полностью разрушается до углекислого газа с выделением энергии, используемой для синтеза АТФ или восстановления переносчиков дыхательной цепи. Конечным результатом окислительного фосфорилирования является образование АТФ вследствие окисления переносчиков электронов (НАДН, НАДФН). В АТФ происходит запасание энергии в форме макроэргических связей, из которых она освобождается по мере надобности и расходуется на процессы жизнедеятельности. Образующиеся при дыхании промежуточные продукты используются для синтеза веществ, необходимых клетке.

Дыхательный коэффициент (ДК) выражается отношением объема кислорода к объему углекислого газа, т.е. ДК = VCO2/VC2.

Величина ДК зависит от используемого на дыхание субстрата: для гексоз ДК=1; для жиров и белков ДК<1 (0,69 и 0,7 – 0,8 соответственно), для органических кислот – ДК > 1 (4). ДК может косвенно свидетельствовать, какой компонент из смеси органических веществ плодов и овощей преимущественно используется на дыхание.

Повышение концентрации выделяемой углекислоты над расходом кислорода (ДК<1) свидетельствует о преимущественном использовании на дыхание белков, жиров или об образовании продуктов неполного окисления (спирты, органические кислоты: щавелевая, винная, уксусная и др.), что характерно для анаэробного дыхания. Поскольку белков и жиров в плодах и овощах мало, то вовлечение их в дыхательный обмен происходит только в крайнем случае и основной причиной снижения ДК является анаэробное дыхание.

Анаэробное дыхание сопутствует аэробному, так как во внутренних тканях плодов и овощей всегда может возникать дефицит кислорода. Однако при достаточном содержании его в окружающей среде анаэробное дыхание занимает небольшой удельный вес и заметной роли не играет. Преобладающим является аэробное дыхание. Лишь при недостатке кислорода (менее 2%) анаэробное дыхание преобладает над аэробным. Анаэробное дыхание является наименее экономичным типом дыхания, так как количество выделяемой энергии почти в 30 раз меньше, чем при аэробном:

С6Н12О6 → 2 СО2 + 2 С2Н5ОН + 22,5 ккал.

Выделяющийся при этом этиловый спирт и его предшественник – ацетальдегид вызывают физиологические нарушения обмена веществ, снижают естественную устойчивость к неблагоприятным условиям и приводят к потемнению тканей плодов и овощей.

Интенсивность дыхания зависит от физиологического состояния плодов и овощей, от вида и сорта, температуры, газового состава среды, наличия повреждений. Наибольшей интенсивностью дыхания отличаются молодые, быстрорастущие растительные органы, клетки которых заполнены протопластом и содержат много митохондрий. Очень энергично дышат листья, нераспустившиеся соцветия, почки и семена, особенно прорастающие, кончики корнеплодов, верхушки стеблей (вершины клубней). Потери массы за счет дыхания у молодых частей плодов и овощей в 10-20 раз больше, чем у старых.

Плоды и овощи разных видов отличаются по интенсивности дыхания (таблица 2).

Таблица 2