Материал: Рогожин В.В., Рогожина Т.В. Биохимия сельскохозяйственной продукции

Глава 17. Биохимия растительных продуктов

ганизмы, в частности бактерии родов Azotobacter и Beijerinckia. Однако количество производимых микроорганизмами соединений азота является недостаточным для сельскохозяйственных растений, так как при их выращивании на почвах с низким уровнем азотсодержащих соединений урожайность этих растений резко снижается. Поэтому для нормального развития растений в почву необходимо постоянно вносить азотные удобрения в виде нитратов. При этом следует учитывать, что при использовании избыточных доз удобрений азотсодержащие соединения могут накапливаться в овощеводческой продукции, негативно влияя на здоровье человека. Высокие концентрации нитратов могут провоцировать развитие канцерогенных заболеваний.

Среди семейств овощных культур наибольшая способность к аккумулированию нитратов у капустных, тыквенных и сельдерейных. Содержание нитратов в капусте, салате, редьке, редисе, свекле столовой должно составлять 600…3000 мг/кг сырой массы. При этом самое низкое количество нитратов отмечается в томатах, сладком перце, баклажанах, чесноке — от 20 до 300 мг/кг.

Видовые и сортовые различия в накоплении нитратов обусловлены ге- нетико-биохимическими особенностями редуцирующей системы растений

ивозможностями системы их утилизации в растительном организме, а также присутствием нитратов в почве. Кроме того, имеет значение природа составной части овощей, которая будет использована для пищевых нужд. Большее количество нитратов содержится в корнях и стебле, чем в листьях

ицветках. Меньше их по сравнению с листьями и черешками в корнеплодах и клубнях. Большое количество нитратов у основания листа капусты

исалата. Содержание нитратов в плодах семейства тыквенных уменьшается от плодоножки к верхушке.

На накопление нитратов в овощах большее значение оказывает доза азотных удобрений, вносимых в почву. Содержание нитратов в растениях увеличивается при низких рН, высоких концентрациях K+ и Са2+ в среде

ипри недостаточном обеспечении почвы молибденом. Кроме того, на накопление нитратов в растениях оказывает влияние влажность воздуха

ипочвы, свет и температура. Для снижения содержания нитратов в овощах необходимо реализовать целый комплекс профилактических мероприятий, среди которых особым приоритетом пользуются селекционно-генетичес- кие, агротехнологические и технологические.

Кселекционно-генетическим мероприятиям относятся следующие:

•искать и выводить сорта овощных культур, с высокой эффективностью использующие азот почвы;

•проводить отбор растений с низким уровнем содержания нитратов и высокой утилизационной способностью метаболических систем, повышенной активностью нитратредуктазы;

358

17.7. Овощные культуры

•внедрять сорта с высоким потенциалом ассимиляции нитратов в биогенные соединения, обусловливающие повышение содержания белков в овощах.

Агротехнологические мероприятия включают следующие действия:

•использовать дозы удобрений, которые обеспечивают урожай растений на 5…10% ниже максимального;

•внедрять в практику удобрения с пролонгированным периодом действия (капсулированные и иммобилизованные формы удобрений);

•применять медленно действующие полимерные формы удобрений (мочевино- и карбамидоформальдегидные соединения и конденсированные фосфаты);

•использовать ингибиторы нитрификации (дициандиамид-дидин, сероуглерод), которые способны связывать и удерживать в почве аммонийный азот, что позволяет уменьшить накопление нитратов в урожае овощей.

Технологические мероприятия основаны на следующих методах:

•дробно и точечно вносить в почву азотные удобрения под овощные культуры;

•дозировать применение удобрений в различные стадии вегетации растений;

•регулировать дозы удобрений в период активного роста вегетативных частей растений;

•определять оптимальные сроки и время уборки урожая.

При этом следует отметить, что повышенное содержание нитратного азота в овощах чаще всего бывает при несоблюдении технологий и культуры их выращивания.

17.7.6. Биохимические изменения в овощах при хранении

После уборки урожая основная масса овощей закладывается на хранение. В этот период в плодовые части не поступают питательные вещества, однако в клетках сохраняется активное дыхание и метаболизм биогенных соединений. Сохранность овощей, их питательность зависят от влажности, температуры и газового состава воздуха помещений, а также от наличия инфекции и вредителей.

При хранении в овощах непрерывно протекают различные биохимические и физиологические процессы, среди которых особое значение имеет дыхание. Активное дыхание клеток свидетельствует о жизнеспособности растительных клеток и тканей. На процесс дыхания оказывает влияние температура. Низкие температуры способствуют угнетению дыхательной деятельности митохондрий как растительного объекта, так и микроорганизмов. Кроме того, клетки растений прекращают активно делиться.

359

Глава 17. Биохимия растительных продуктов

В этих условиях сохраняется питательная ценность овощей за счет снижения скоростей процессов, разрушающих их клетки и ткани. Особенно опасны для клеток растений свободнорадикальные реакции, инициаторами которых могут быть активные формы кислорода, образующиеся из-за создаваемого избытка кислорода, не расходующегося в процессе дыхания.

При оптимальных условиях хранения 1 кг капусты выделяет в течение 1 ч 4…6 мг СО2, моркови — 3…5, лука репчатого — 3…4, свеклы столовой — 2…4 мг СО2. Возрастание температуры среды сопровождается увеличением дыхания овощей, повышением содержания СО2. Высокие концентрации СО2 могут вызывать удушение и самосогревание овощей, а затем ускорять процессы разложения тканей, способствуя развитию микрофлоры. Поэтому для предотвращения этих процессов необходимо оптимизировать температуру и влажность воздуха, проветривая или вентилируя воздух в хранилищах. Так, капуста и корнеплоды лучше всего хранятся при температуре 0…2 °С

иотносительной влажности воздуха 90…95%, луковицы лука — при 18…20 °С

ивлажности 60…70%, чеснок — при 1…3 °С и влажности 65…75%.

При хранении корнеплодов могут происходить изменения в составе их антиоксидантов, в частности, понижается содержание аскорбиновой кислоты. В результате в корнеплодах активизируются процессы перекисного окисления липидов, что приводит к изменению состава кутикулярных липидов. Кроме того, во время хранения в тканях овощей происходит накопление молекул этилового спирта и ацетальдегида, а также распад моно-

иолигосахаридов. При этом в овощах повышается содержание органических кислот, происходит повышение кислотности. Все эти изменения снижают питательную ценность овощей, ухудшая их вкусовые качества.

Основной проблемой во время хранения овощей является потеря воды, что приводит к их дряхлению, уменьшению массы, утрате товарного вида

ипитательных качеств. При этом понижается тургор тканей, клетки начинают разрушаться и их содержимое может быть привлекательно для микрофлоры. Деятельность микроорганизмов сопровождается накоплением различных продуктов их жизнедеятельности. В результате изменяется рН среды, которая смещается в кислую сторону из-за накопления различных органических кислот (уксусная, молочная, пропионовая и др.). Избыточная кислотность способствует протеканию процессов гидролиза белков, нуклеиновых кислот, углеводов. Кислая среда обусловливает прохождение денатурационных процессов белков и ферментов, активизацию гидролаз, расщепляющих сложные липиды. В среде начинают накапливаться жирные кислоты, которые окисляются активными формами кислорода. Затем инициируются процессы перекисного окисления липидов, разрушающие как биогенные молекулы, так и структуры мембран. В результате изменяется проницаемость мембран, способствуя созданию дисбаланса ионов. В процесс разрушения вовлекаются как органеллы, так и сами клетки.

360

17.7. Овощные культуры

Изменяется ионный потенциал, прогрессируют процессы деградации структурных образований клеток. Нарушается слаженность и синхронность метаболических процессов со смещением в сторону катаболических, деструктивных, самопроизвольных процессов.

В среде начинают накапливаться продукты распада аминокислот, азотистых оснований, углеводов и других биогенных соединений. Повышается концентрация аммиака, СО2, органических кислот. При этом

уовощей появляется гнилостный запах, свидетельствующий о снижении

уних как питательных, так и технологических свойств.

17.7.7.Физико-химические методы консервирования овощей

Для предотвращения развития деструктивных процессов используются различные методы переработки овощей, позволяющие обеспечить их длительную сохранность и питательную ценность. Эти методы позволяют сохранять весь спектр биогенных молекул, предотвращать процессы гниения и инфицирования микроорганизмами. К наиболее используемым способам, позволяющим обеспечить сохранность овощей, относится консервирование. При консервировании овощей используются как физические, так и химические методы. Обязательным условием консервирования является сохранение максимального количества биогенных соединений, в особенности веществ, подверженных быстрому разрушению при комнатной температуре и в присутствии кислорода. Так, низкие положительные температуры способствуют снижению активности ферментов, а также активности генома и дыханию клеток. Однако в этих условиях сохраняется жизнеспособность многих бактерий и грибов.

Температуры выше 70 и ниже 0 °С, способны разрушить целостность клеточных структур. Высокая температура обусловливает протекание процессов денатурации белков, белково-липидных комплексов и нуклеиновых кислот. Многие ферменты денатурируют, утрачивая каталитическую активность. При этом длительная обработка овощей теплом может вызывать ухудшение их натуральных свойств — консистенции, вкуса, аромата, цвета. Кроме того, установлено, что при быстром нагревании и высокой температуре стерилизация продукта достигается еще до инактивации ферментов. При этом ферменты, потеряв полностью активность непосредственно после тепловой обработки, реактивируются во время хранения продукта, и это является причиной его порчи. Аналогичные изменения были выявлены при изучении активности пероксидазы. Так, было показано, что после воздействия высокой температуры на различные корнеплоды активность фермента в их тканях практически была равна нулю. Однако в процессе хранения таких корнеплодов активность

361

Глава 17. Биохимия растительных продуктов

фермента могла полностью восстановиться. Это обусловлено тем, что пероксидаза относится к группе высокотермостабильных ферментов, денатурирующих только при очень высоких температурах. Стабильность пероксидазы возрастает в присутствии белков и ионов кальция. Причем процесс восстановления активности пероксидазы происходит тем сильнее, чем выше температура хранения продукта.

Применение метода замораживания овощей при температуре –50 °С

ипоследующего хранения их при температуре –18 °С, может сопровождаться изменениями цвета продукта при дефростации. Так, после дефростации многие овощи утрачивают свою первичную окраску из-за действия оксидаз, которые высвобождаются из разрушенных субклеточных структур, с которыми ферменты были прочно связаны. Освободившиеся оксидазы при наличии кислорода в среде начинают катализировать реакции окисления фенольных соединений, продукты которых имеют коричневый и другие цвета в зависимости от рН. В результате происходит изменение цвета продукта, чаще всего он чернеет. Высвобождение гидролаз из лизосом обусловливает протекание реакций гидролиза биополимеров, что сказывается не только на цвете, но и на вкусовых свойствах овощей. В разрушенных действием температуры тканях начинают активизироваться самопроизвольные, неуправляемые процессы, приводящие к ухудшению питательных

итехнологических качеств продукции.

Консервацию овощей можно осуществлять с помощью химических методов, обеспечивающих изоляцию продукта от окружающей среды, способствуя уничтожению в нем бактерий и спор, предотвращая развитие микроорганизмов путем подавления активности метаболических процессов или разрушая их мембраны. При этом консервированный продукт должен быть защищен от действия высоких температур и солнечных лучей. Кроме того, консервирующие вещества останавливают процессы разложения, протекающие в неживых клетках, а также понижают активность метаболических процессов в живых клетках.

Все консерванты можно разделить на две группы: биогенные и абиогенные. К группе биогенных консервантов относятся соединения, которые синтезируются в биологических системах, участвуют в метаболических процессах и их утилизация осуществляется ферментативными системами организма. Содержание этих соединений определяется их природой и функциональным действием в живых организмах. К абиогенным консервантам относятся те соединения, которые в биологических системах не синтезируются. Их метаболизация в живых организмах возможна, но образующиеся продукты могут быть токсичны. Некоторые из абиогенных соединений способны накапливаться в организме, вызывая интоксикацию. Использовать эти соединения для консервации биогенных систем необходимо с большой осторожностью.

362