Личный кабинет

Способы обеспечения управляемого качества продукции в технологиях выращивания и хранения фруктов и овощей

Использование данных условий и возможностей становится для российских участников АПК основным интересом и целью в конкурентном соревновании за ведущие позиции в рыночной цепочке «от поля – до прилавка». При этом в данном соревновании, вне всяких сомнений, правильный и своевременный выбор современного прикладного «инструментария» (инновационных, научных разработок, современных технологий и оборудования и др.) будет являться предпосылкой и слагаемым успешного и эффективного осуществления хозяйственной деятельности.

Общие требования к качеству фруктов и овощей

Современный ассортимент фруктово-овощной группы сельскохозяйственных культур, которые используются в виде или столовых фруктов (овощей), или сырья для промышленного изготовления целого ряда пищевых продуктов, например, соков, нектаров, сокосодержащих напитков, фруктовых консервов, продуктов детского питания и др., охватывает десятки, сотни, а иногда и тысячи разнообразных ботанических или помологических сортов.

Результаты многочисленных селекционных, научных и агротехнических работ, проведенных в разные периоды развития отечественного и зарубежного АПК, позволяют сформулировать общие требования к характеристикам выращиваемых и используемых в том или ином качестве фруктов и овощей:

· высокие органолептические (вкусовые) свойства и пищевая ценность;
· технохимический состав и технологическая пригодность, определяющие технико-экономическую целесообразность использования конкретных сортов для промышленной переработки;
· урожайность, обеспечивающая достаточную экономическую эффективность для сельскохозяйственного производства;
· устойчивость к болезням и сельскохозяйственным вредителям в ходе выращивания и хранения;
· пригодность для механизированной (автоматизированной – в основном в тепличных хозяйствах) уборки;
· специальные требования (холодостойкость, зимостойкость, засухоустойчивость, отсутствие или слабовыраженная периодичность плодоношения и др.).

Успех в выполнении перечисленных требований достигается применением комплексных мер и средств, охватывающих селекционные, агротехнические, механизированные и другие способы организации и ведения производства. Целью настоящей публикации является представление нового современного способа обеспечения так называемого управляемого качества фруктов или овощей в процессе их выращивания и хранения, который позволяет выполнить целый ряд вышеперечисленных общих требований.

 

Химический состав ткани сельскохозяйственных растений

Основой химического состава растительной ткани (клеточных стенок) фруктов и овощей являются полисахариды – целлюлоза, гемицеллюлоза, пектин. В структуру клеточной стенки входит также лигнин. Средний состав  первичной клеточной стенки плодов высших растений (% от сухой массы): целлюлоза – 25, пектин (пектиновые вещества) – 30, гемицеллюлоза – 40, белки и другие вещества – 5. Вместе с тем состав клеточных стенок способен меняться и зависит, например, от степени зрелости плодов (табл. 1).

Способы обеспечения управляемого качества продукции в технологиях выращивания и хранения фруктов и овощей

На рис. 1 приведена микрофотография растительной ткани плодов яблок, а на рис. 2 – модель ее структуры, в том числе взаимное расположение в ней полимеров – целлюлозы, ксилоглюкана, пектина, белков, арабинана, галактана и арабиногалактана. Важной особенностью структуры клеточной стенки являются химические связи между отдельными полимерами, которые скрепляют внутренние слои, придавая тем самым растительной ткани прочность. Так, например, наиболее активно в построении межслойных взаимодействий участвуют пектины (пектиновые вещества). Карбоксильные группы пектина и других некрахмальных полисахаридов прочно связаны друг с другом через химическое взаимодействие при посредстве ионов поливалентных металлов (например, кальция). Именно данное свойство внутриклеточных структурных элементов является темой прикладных научных исследований и основой новых способов целенаправленной модификации растительной ткани фруктов и овощей.

Взаимодействие компонентов клеточной ткани с ионами поливалентных металлов в модельных системах

В лаборатории фундаментальных и прикладных исследований качества и технологий пищевых продуктов (далее – Лаборатория) ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств» с целью изучения взаимодействия ионов поливалентных металлов со структурными элементами растительной ткани были проведены модельные эксперименты в двух модельных системах – «Система 1» и «Система 2», состоявших из 0,1 М цитратного буфера (рН 3,5), в котором был растворен пектин со степенью этерификации 40 % (концентрация 0,5 %). Для повышения плотности модельных систем в их состав была введена сахароза до концентрации 60 % («Система 1») и 40 % («Система 2»). Для инициирования реакции взаимодействия в модельные системы вводился кальций в форме пищевого хлорида кальция (Е509) в количествах 10, 20, 30, 50 и 60 мг иона Са2+ на 1 г пектина, содержащегося в реакционной среде. Результат реакции контролировался по образованию геля, прочность которого, выраженная в условных единицах (HPE), является мерой взаимодействия пектина и ионов кальция. Прочность геля измерялась с помощью пектинометра Herbstreith, модель MarkII (Германия). Результаты исследования взаимодействия пектина представлены в табл. 2.

Способы обеспечения управляемого качества продукции в технологиях выращивания и хранения фруктов и овощей

* Количество ионов кальция недостаточно для образования геля в условиях модельной системы.
** Избыток ионов кальция приводит к разрушению пространственной структуры геля и образованию хлопьевидного осадка пектината кальция.
 
Результаты проведенных модельных экспериментов подтверждают гипотезу о высокой реакционной способности и взаимодействии ионов поливалентных металлов с компонентами растительной ткани фруктов и овощей, в частности с пектинами. Показано, что данное взаимодействие происходит через комплексообразование с участием ионов поливалентного металла (например, кальция) и свободных карбоксильных групп полимерных молекул пектина. При этом ионы кальция, взаимодействуя с двумя карбоксильными группами, образуют так называемые центры связывания с четырьмя остатками галактуроновой кислоты, входящими в состав двух полимерных молекул пектина.

Следует отметить зависимость  протекания реакции от количества реакционноспособного кальция и плотности модельной системы. Так, например, в системе с наибольшей плотностью для образования прочных гелей требуется незначительные количества ионов кальция, в то время, как в менее плотной системе для образования геля со сравнимой прочностью требуется увеличить количество вносимых ионов кальция не менее, чем в два раза. Вместе с тем, проведенные эксперименты показали, что повышение количества кальция до его избытка по отношению к пектину может привести к дестабилизации системы и разрушению пространственной структуры геля с образованием нерастворимой соли – пектината кальция.

Полученные результаты позволяют обосновать способ целенаправленной модификации растительной ткани с целью достижения определенных технологических эффектов, управления характеристиками и выполнения общих требований (см. выше), предъявляемым к качеству фруктов и овощей.

 

Практическая реализация способа целенаправленной модификации растительной ткани фруктов и овощей

В рамках НИР по изучению природных процессов, протекающих в растительной ткани сельскохозяйственных растений, в Лаборатории проведен литературный поиск и анализ опубликованных данных о практическом применении способов модификации растительной ткани фруктов и овощей с целью обеспечения их качества и повышения эффективности технологий, применяемых в АПК. В ходе этой работы было установлено, что использование комплексообразователей, например хлорида кальция для модификации растительной ткани является одним из востребованных способов обеспечения качества сельхозпродукции в современной агропромышленной отрасли.

В отечественном АПК наиболее значимые результаты по эффективному применению технологии управляемого качества на основе модификации состава растительной ткани плодов с помощью хлорида кальция достигнуты в Республике Крым. Предприятие «Крымская фруктовая компания» использует для обработки яблок хлорид кальция пищевого качества марки FudixTMчистотой не менее 95 %, соответствующего национальному стандарту России ГОСТ Р 55973–2014 «Добавки пищевые. Кальция хлорид. Технические условия». Обработка яблок проводится 0,5%-ным водным раствором хлорида кальция путем опрыскивания деревьев тоннельным или вентиляторным опрыскивателем на поздних стадиях созревания плодов, еженедельно, начиная с июля и до сбора урожая. Предприятие осуществляет от 4 до 5 обработок для сортов яблок раннего созревания и 7–8 обработок для сортов яблок позднего созревания. При этом общий расход водного раствора хлорида кальция составляет от 600 до 1500 л/га. Результаты применения новой технологии в течение трех сезонов показывают ее эффективность, которая проявляется прежде всего в увеличении плотности растительной ткани плодов яблок на 50 % по сравнению с контрольными плодами. Полученный результат, природа которого основана на описанном выше внутриклеточном взаимодействии ионов кальция с полимерными компонентами (например, пектинами) растительной ткани, положительно влияет на лежкость, транспортабельность, хранение и послеуборочное дозревание плодов яблок. Достигнутый эффект положительно оценивается заказчиками компании. Опыт применения новой технологии, полученный при выращивании яблок, компания планирует применить на других культурах, например, черешня.

Публикации в специализированных электронных и печатных изданиях демонстрируют результаты научных исследований, проводимых в целях разработки современных технологий обработки фруктов и овощей с помощью комплексообразователей, основным из которых является хлорид кальция. Обобщая результаты НИР научных коллективов из Португалии, США, Индии, Египта и ряда других стран, наряду с реакцией внутриклеточного взаимодействия ионов кальция с основными структурными элементами растительной ткани – пектинами (см. выше), можно выделить также следующие эффекты, оказывающие позитивное влияние на качество фруктов и овощей.

· Увеличение внутриклеточной концентрации кальция до 1 мМ приводит к активации «кальмодулина» –  одного из наиболее распространенных клеточных рецепторов (комплекс «кальций – кальмодулин» способен выступать в качестве активатора многих биологических процессов).
· Применение хлористого кальция в послеуборочный период предотвращает развитие микробиологической порчи на поверхности плодов (данный защитный эффект может быть обоснован снижением внутриклеточного рН и активности воды).
· Кальций участвует в формировании на поверхности плодов своеобразного барьера, регулирующего проникновение в растительную ткань атмосферного кислорода и углекислого газа, замедляя тем самым дыхание плода, что в свою очередь способствует уменьшению потерь по массе.
· Участие кальция во внутриклеточных процессах снижает потери витаминов (например, аскорбиновой кислоты – витамина С) в процессе хранения фруктов и овощей.
· В ряде исследований показан стабилизирующий эффект кальция на красящие компоненты плодов (так, обработка плодов хлоридом кальция позволяет регулировать действие этилена, способствующего распаду хлорофилла).

Приведенные выше отдельные или в совокупности эффекты были установлены в ходе исследований на различных сельскохозяйственных культурах, в том числе на цитрусовых – апельсинах, лайме; семечковых – яблоках, грушах; косточковых – абрикосах; ягодах – клубнике; овощах и бахчевых – моркови, картофеле, помидорах, дынях; тропических и субтропических фруктах – киви, авокадо, инжире, гуаве, манго, гранатах, ананасах. Примеры успешного практического применения технологии управляемого качества на основе принципа модификации состава растительной ткани с помощью комплексообразователей, например, хлорида кальция, на отдельных культурах, пригодных для выращивания и промышленной переработки в основных агропромышленных регионах России, приведены ниже.

Клубника

Обработка ягод клубники 1%ны-м водным раствором хлорида кальция при 25 оС или растворами специального состава, содержащими дополнительные компоненты, позволяет не только увеличить прочность структуры ягод, но и продлить срок их хранения, а также существенно понизить риск микробиологической порчи. Так, например, клубника, обработанная раствором специального состава, содержащего хлорид кальция и соевый белок, сохраняет прочность структуры при хранении в течение 12 дней при 0 оС. Необработанная клубника в тех же условиях хранится без потери прочности в течение 6 дней, затем происходит стремительное снижение прочности с ее полной потерей на 15-й день хранения.

Груша

Эффект повышения прочности плодов, аналогичный описанному выше на яблоках, был исследован в экспериментах с грушами. Обработка плодов на деревьях, как показывает опыт шести сезонов, позволила увеличить выход по урожаю на 13 %. Для обработки плодов использовались водные растворы хлорида кальция в концентрациях от 1 до 4 %. Установлено, что плоды, в том числе после сбора урожая, обработанные 4%-ным раствором хлористого кальция, сохраняют прочность в течение 75 дней хранения. Для сравнения: необработанные плоды сохраняли свою прочность на приемлемом уровне до 45 дней. Обработанные плоды теряли в весе от 0,52 до 3 % начиная с 3-го по 75-й день хранения, а необработанные плоды –  от 1,2 до 5 % в течение того же срока хранения. Дополнительно отмечено, что при обработке плодов 2- и 4%-ными растворами хлорида кальция не наблюдается гниения сердцевины плодов в течение 45 дней хранения. В дальнейшем всего 5 % плодов было поражено гнилью в период с 60-го до 75-й день хранения. Результаты проведенного исследования позволили разработать рекомендации по условиям хранения плодов груши, обработанных хлоридом кальция.

Способы обеспечения управляемого качества продукции в технологиях выращивания и хранения фруктов и овощей

Морковь

Опубликованные результаты работ зарубежных научных групп показывают, что основной целью исследований являлось изучение влияния обработки хлоридом кальция на текстуру (прочность) плодов и устойчивость к микробиологической порче. Так, например, показано, что обработка цельных или резаных плодов моркови путем погружения в водный раствор хлорида кальция концентрацией 0,5–1,0 % улучшает качественные характеристики продукции при ее хранении в течение 30 дней. Отмечено улучшение текстуры плодов от 69 до 93 % и уменьшение потерь веса от 25 до 60 %. При этом температура обработки (от 0 до 5 оС) хлоридом кальция оказывала прямое влияние на конечный эффект.

Картофель

Эффекты, аналогичные вышеописанным результатам по моркови, наблюдались в исследованиях с картофелем. Обработка картофеля водным раствором хлорида кальция применялась на различных этапах его выращивания, а также в послеуборочный период в отношении как цельных, так и резаных клубней. В работах показано, что после обработки резаных клубней раствором хлорида кальция наблюдается быстрое увеличение их прочности. При этом авторами рекомендуется проводить обработку урожая сразу после его сбора. Сообщается о возможностях усиления эффекта за счет применения для обработки многокомпонентного раствора, который кроме хлорида кальция содержит аскорбиновую и лимонную кислоты, полифосфат натрия. В работе рассматривается гипотеза об ингибирующем действии хлорида кальция, который подавляет активность ферментов картофеля, что в свою очередь позволяет снизить интенсивность потемнения картофеля после его очистки. Данный защитный эффект можно усилить путем введения в раствор хлорида кальция загустителей, например, камедей или пектина.

Помидоры

Значительный объем научных исследований посвящен помидорам – одному из самых популярных продуктов из группы овощей. Плоды помидоров наиболее подвержены механическим повреждениям в процессе сбора урожая и хранения. Примерно 30–50 % собранного урожая может быть потеряно в результате неправильного хранения.

Для проведения исследований были использованы плоды после сбора урожая. Отобранные плоды, свободные от механических повреждений, подвергались предварительной обработке в течение 1 мин в 1%-ном растворе гипохлорита натрия. Остатки раствора удалялись с поверхности плодов высушиванием в течение 30 мин, после чего их погружали в водные растворы хлорида кальция трех разных концентраций (2, 4 и 6 %) и выдерживали 10, 20 и 30 мин. Основные результаты обработки помидоров сводятся к накоплению кальция во внутренних тканях плодов, что приводит к увеличению их прочности. При этом следует отметить, что повышенные количества кальция (более 12 %) приводят к существенному замедлению созревания плодов. Данный эффект объясняется влиянием кальция на цикл образования этилена, который участвует в синтезе красного пигмента помидоров – ликопина.

Интересные результаты по применению хлорида кальция для послеуборочной обработки помидоров были получены в Университете Флориды (США). Целью исследований являлось обеспечение устойчивости плодов к микробиологической порче. Обработку плодов водным раствором хлорида кальция в концентрации, увеличивающейся от 1 до 3 %, проводили способом погружения и выдержки в течение 45–75 с. В результате исследований установлено, что обработка приводит к существенному снижению порчи плодов при их хранении в течение 24 дней при температуре 20 оС. В дополнительных исследованиях invitro изучалось устойчивость плесневых грибов рода Rhizopus и Alternaria к действию водных растворов хлорида кальция. Установлено, что наибольшее влияние на подавление роста колоний Rhizopus (их морфологию и спорообразование) оказывает 3%-ный раствор хлорида кальция, в то время как рост плесневых грибов рода Alternaria замедлялся при действии 2%-ного раствора хлорида кальция.

 

Результаты собственных лабораторных исследований, обосновывающие один из основных эффектов позитивного действия ионов кальция, используемых в форме быстрорастворимого хлорида, а также опубликованные результаты зарубежных научно-исследовательских работ и практические примеры  из сферы сельскохозяйственного производства, хранения и переработки демонстрируют уверенные перспективы и преимущества технологии управляемого качества, основанной на использовании высокоактивных модификаторов растительной ткани фруктов и овощей. Основные преимущества этой технологии:

· повышение прочности плодов, что в свою очередь приводит к улучшению лежкости, устойчивости к механическим повреждениям;
· увеличение выхода урожая;
· уменьшение потерь при хранении и транспортировании;
· увеличение сроков хранения без потери качества;
· увеличение устойчивости к микробиологической порче;
· расширение технологических возможностей для управления процессами дозревания.

Потенциал, заложенный в технологии управляемого качества на основе применения хлорида кальция, а также научный и практический задел разработок позволяют охватить широкий перечень прикладных вопросов в сфере обеспечения качества и безопасности продукции, а также способствуют эффективному решению стратегических задач, в частности, задачу импортозамещения, в том числе за счет расширения отечественной базы фруктово-овощного сырья для его промышленной переработки полного цикла (например, переработки фруктов и овощей на натуральные и концентрированные соки для снижения зависимости российского рынка соков от импорта). Это, в свою очередь приведет к повышению общей эффективности российского АПК.

Лаборатория фундаментальных и прикладных исследований качества и технологий пищевых продуктов ФГБОУ ВПО «МГУПП» продолжит исследования по разработке современных технологий для АПК на основе изучения природных процессов, протекающих в растительных объектах, а также разработку способов оптимизации использования хлорида кальция при выращивании и хранении фруктов/овощей (в том числе с учетом расширения их ассортиментного перечня) в условиях как промышленного садоводства и открытого грунта, так и закрытых тепличных хозяйств. Результаты исследований будут оформлены в виде научно-технических рекомендаций по применению хлорида кальция при выращивании, хранении и переработке фруктов и овощей.

 

 

Новости

События и выставки к посещению

sibagroweek.ru modern-bakery.ru