Реферат: Зависимость интенсивности дыхания растительных продуктов от температуры
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРИКЛАДНОЙ БИОТЕХНОЛОГИИ
КАФЕДРАХОЛОДИЛЬНОЙ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ
ТЕМАКУРСОВОЙ РАБОТЫ:
ЗАВИСИМОСТЬ ИНТЕНСИВНОСТИ ДЫХАНИЯ РАСТИТЕЛЬНЫХПРОДУКТОВ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ
ВЫПОЛНИЛ: Воробьев.А.Н
ФАКУЛЬТЕТ: ХТиТ
КУРС: 3
ГРУППА: 6
ПРИНЯЛА: Волдова.Т.А
МОСКВА2002
СОДЕРЖАНИЕ:
1.Введение.
2.Основныепроцессы и изменения, происходящие в продуктах растительного происхождения.
3.Процессыи изменения связанные с дыханием.
4.Хранение плодов врегулируемой газовой системе.
5.Охлаждение и хранение плодови овощей в охлажденном состоянии.
6.Замораживание и хранениепродуктов растительного происхождения в замороженном состоянии.
7.Режимы хранения.
8.Быстрое замораживание.
9.Замораживание клеток.
10.Количество вымерзающейводы.
11.Рекристаллизация.
12.Замораживание продуктовбестканевой структуры.
13.Водосодержание,теплоемкость и теплота замерзания некоторых продуктов.
14.Преимущества и недостатки.
15.Список используемойлитературы.
1)Введение.
В наше сложное время, сбольной кризисной экономикой сохранение пищевых продуктов с наименьшимизатратами и с большей эффективностью является одной из главных задач.
Структура питания нуждается вулучшении технологии хранения пищевых продуктов, но улучшить структуру питаниянельзя с помощью хладовой обработки, структуру питания можно лишь поддерживатьс помощью хладовой обработки, что позволяет поднять качество продуктоврастительного происхождения при хранении, и что в свою очередь позволяетувеличить сроки хранения продуктов, а так же стабильность хранения. Прихолодильной обработке и хранении в пищевых продуктах происходят сложные процессыи явления, приводящие к различным изменениям их структуры. Зависимостьюинтенсивности дыхания растительных продуктов от температуры, и исследованиемвлияния охлаждения (замораживания) на пищевые продукты я и решил заняться вданной курсовой работе.
2)Основные процессы иизменения, происходящие в продуктах растительного происхождения.
Для понимания исовершенствования технологических процессов холодильного консервированиявозникает настоятельная необходимость изучения изменений, происходящих в плодахи овощах при хранении, в зависимости от вида продукта, действия фитогормонов,устойчивости к фитопатогенным микроорганизмам и физиологическим заболеваниям.
3) ПРОЦЕССЫ И ИЗМЕНЕНИЯ,СВЯЗАННЫЕ С ДЫХАНИЕМ
Условияхолодильной обработки и хранения плодов и овощей должны быть таковы, чтобыпонизить до минимума интенсивность дыхания, не нарушив при этом естественноготечения метаболических процессов, поскольку только продукты растительногопроисхождения с нормальным дыханием обладают необходимой лежкоспособностью.
Дыханиеявляется основной формой диссимиляции — расщепления органических веществ. Этоокислительный процесс, при котором потребляется кислород и выделяетсяуглекислый газ. Обмен углекислого газа и кислорода происходит путем диффузиичерез устьица и частично через кутикулу.
Главнымидыхательными субстратами являются углеводы, жиры и белки. Около '/з количествауглеводов в ткани расходуется при дыхании. Жиры и белки используются в меньшейстепени, и их участие наиболее характерно для семян.
Расщеплениюмакромолекулярных субстратов предшествует их гидролиз: поли- и дисахаридов домоносахаридов, жиров до глицерина и жирных кислот, белков до аминокислот.
В результате реакции гликолизаиз моносахаридов образуется пировиноградная кислота, затем вследствиеокислительного декарбоксилирования пировиноградной кислоты — ацетил-КоА,который является также продуктом последовательной цепи превращений жирныхкислот и аминокислот. В цикле Кребса ацетил-КоА подвергается реакциямдекарбоксилирования и дегидрирования до полного расщепления. Образующиеся вцикле Кребса изолимонная, a-кетоглутароваяи яблочная кислоты являются непосредственными продуктами окисления.
Процессы окисления весьмасложны и осуществляются через многоступенчатую систему специфическихферментативных реакций. Окисление может происходить непосредственным присоединениемкислорода к дыхательному субстрату (А+0 →АО ); отщеплением водорода от субстрата (АН +Х →А+ХН ), при этом окисление субстрата АН и образование продукта окисления Апроисходят в результате восстановления вещества X; удалением электрона отзаряженного иона (например, Fe —е → Fe). В продуктах растительного происхождения происходят окислительные реакциивсех трех типов, но процессы второго и третьего типов преобладают, так как онипротекают без непосредственного участия кислорода.
В основесовременных представлений о механизме окислительных процессов в биологическихобъектах лежит теория Баха—Палладина, согласно которой дыхание клетки возможнолишь при наличии активированных форм кислорода и водорода, обладающих высокойреакционной способностью.
Активация ипередача водорода дыхательного субстрата происходят при участии ферментовдегидрогеназ, характеризующихся высокой специфичностью по отношению кокисляемому субстрату. По природе простетических групп дегидрогеназы делятсяна пиридиновые и флавиновые.
Коферментамипиридиновых дегидрогеназ являются НАД-никотинамидадениндинуклеотид иНАДФ-никотинамидаденин-динуклеотидфосфат, выполняющие функции переносчиков водорода.В основе действия пиридиновых дегидрогеназ лежит способность к обратимомугидрированию и дегидрированию пиридинового ядра, входящего в составкоферментов в виде амида никотиновой кислоты—витамина РР. Пиридиновые дегидрогеназышироко распространены в клетках продуктов растительного происхождения иявляются в буквальном смысле универсальными окислительными системами.
Флавиновые дегидрогеназыимеют коферменты, представляющие собой нуклеотидные производные рибофлавина —витамина В. Флавиновые ферменты весьма разнообразны, наиболее многочисленнаяих группа представлена дегидрогеназами, являющимися промежуточнымипереносчиками водорода в цепи окисления. Дегидрогеназы окисляют восстановленныепиридиновые основания и передают получаемые от них электроны по цепи внаправлении к кислороду. Коферментами флавиновых дегидрогеназ, или, как ихиногда называют, флавопротеидов (ФП), являются флавинмононуклеотид (ФМН) ифлавинаде-ниндинуклеотид (ФАД).
Последними в цепи окисленияпереносчиками водорода обычно выступают соединения, известные под общимназванием коэнзимы Q. Этим наименованием обозначают рядвеществ, являющихся нейтральными липидами и представляющих собой соединениебензохинона с углеводородной боковой цепью, которая состоит из различногочисла изопреновых групп. Известны коэнзимы Q с 10, 9, 8и 7 изопреновыми группами.
Будучи способными обратимоокисляться и восстанавливаться, коэнзимы Q являютсясвязующим звеном в цепи переноса электронов от флавопротеидов к цитохромам.
Активация кислорода в цепиокисления происходит под действием многочисленных ферментов (оксидаз),большинство из которых содержит в качестве простетических группжелезопорфириновый комплекс, являясь Fe-протеидами.
В цепи окисления из оксидазосновную роль играют цитохромы, состоящие из специфического белка ижелезопорфирина. Цитохромы способны обратимо окисляться и восстанавливатьсяблагодаря ионам железа, входящего в их состав. Восстановление окисленныхцитохромов происходит вследствие присоединения электронов KoQлибо флавопротеидов. Окисление цитохромов проходит через цепь, состоящуюобычно из четырех различных цитохромов. Последним в цепи является цитохром Аз,называемый цитохромоксидазой, окисление которого происходит непосредственнокислородом воздуха.
Как известно, способностькакого-либо соединения присоединять или отдавать электроны определяется восновном соотношением величин окислительных потенциалов данного соединения исоединения, с которым оно взаимодействует. Причем реакция проходит темэнергичнее, чем меньше различие между потенциалами взаимодействующих веществ.
К окислительному потенциалудыхательного субстрата наиболее близки потенциалы, свойственныепиридиннуклеотидам, а к потенциалу кислорода, имеющего наибольшую величину,—потенциал цитохромоксидазы.
Исходя из этого, считают, что первый этап окисления субстратовосуществляется с участием пиридиновых дегидрогеназ, второй — флавиновыхдегидрогеназ, третий — коэнзима Q. Причем на этихэтапах происходит перенос двух атомов водорода. Далее имеет место переноснепосредственно электронов через систему цитохромов на кислород.
Процесс окисления субстрата в дыхательнойцепи сопровождается фосфорилированием АДФ и запасанием энергии в форме АТФ. Вцепи окисления есть три участка фосфорилирования: участок окисленияфлавопротеидов, участок перехода электронов от цитохрома В к цитохромуС и участок перехода электронов от цитохрома А к цитохрому Аз (рис. 1).
Каждая из трех карбоновых кислот, образующихся в цикле Кребса и являющихся основным субстратом в дыхательной цепи, образует три молекулы АТФ.
Аккумуляция и выделение энергии, которая по мере надобности расходуется клеткой, являются основным назначением дыхания. Фосфорилирование неразрывно связано с окислением в дыхательной цепи, поэтому обычно говорят о процессе окисдительного фосфорилирования. Впервые предположение о наличии сопряжения между окислением и
/>
Рис. 1. Схема окисления в дыхательной цепи
фосфорилированиеми экспериментальное доказательство этого были даны академиком В. А.Энгельгартом.
Как правило, процессы дыхания происходят вмитохондриях клеток. Каждая стадия дыхания осуществляется мультиферментнойсистемой, закрепленной на внутренней митохондриальной мембране. Около 1/4белков внутренней мембраны являются ферментами, участвующими в переносеэлектронов и окислительном фосфорилировании. К ним относятся флавопротеиды,цитохромы, ферменты, участвующие в образовании АТФ.
Флавопротеиды и цитохромы располагаются в мембране в видеотдельных групп, каждая из которых содержит все необходимые ферменты ифункционирует самостоятельно. Такие группы, называемые дыхательными ансамблями,равномерно распределены по всей плоскости мембраны. Они весьма чувствительны кдействию различных внешних воздействий. Под влиянием низких температур, ядов,ионизирууэщей радиации нарушается целостность митохондриальных мембран, и вэтом случае сопряжение дыхания утрачивается, или происходит разобщениедыхания. Процессы фосфорилирования более чувствительны. Поэтому при разобщениидыхания окислительные процессы часто не нарушаются, но при этом энергияокисления не превращается в энергию АТФ, а рассеивается в форме тепла.
Разобщение дыхания представляет собой необратимый процесс,являющийся признаком гибели клетки. Однако растительные ткани вследствиеналичия у них специальных приспособительных механизмов способны переноситьнеблагоприятные внешние условия.
Дыхательные процессы, протекающие в клетках, обладаютрядом особенностей, обусловленных тем, что продукты растительногопроисхождения лишены стабильной внутренней среды, например парциальногодавления кислорода и углекислого газа, температуры, и изменяются под действиемнепостоянных
и крайне изменчивых факторов внешней среды.
Б. А. Рубин считает, что для структуры аппарата растенийхарактерны три принципиальные особенности:
1. Принцип множественности(мультипринцип) при построении окислительных систем, обусловленный тем, что вклетке имеется, как правило, не один, а несколько ферментов, выполняющих однуи ту же функцию.
2.Полифункциональность каталитических систем, или наличие ферментов, обладающихне одним, а несколькими свойствами.
3. Рассредоточенность(делокализованность) аппарата.
Вследствие этих особенностей процессы окисления биологическихобъектов могут осуществляться различными путями, или, как говорят, длярастительных тканей характерно наличие альтернативных механизмовокислительного обмена, что играет исключительную роль как фактор адаптации,обусловливающий способность тканей сохраняться и нормально функционировать вусловиях изменчивой внешней среды, а также при действии различныхнеблагоприятных факторов.
Схема окисления дыхательного субстрата в клетках разныхтканей различна и зависит от их физиологического состояния и условийсуществования. Так, в отдельные периоды жизненного цикла плодов, например присозревании, клетки нуждаются в дополнительном притоке энергии. При этом вкачестве дополнительного дыхательного субстрата используется янтарная кислота,окисление которой происходит более коротким путем, минуя НАД, непосредственночерез ФП на КоQ. При этом сукцинатдегидрогеназа,относящаяся к флавиновым ферментам, строго специфична по отношению к янтарнойкислоте. Обладая способностью акцептировать водород непосредственно отсубстрата и передавать его на КоQ,сукцинатдегидрогеназа образует боковую транспортную цепь окисления.
Кроме того, в клетках имеются альтернативные окислительныемеханизмы, образующие сопряженные цепи с флавопротеиновыми ферментами ицитохромами. Среди них главную роль играют оксидазы, содержащие в молекуле ионыжелеза или меди.
В группу Fe-протеидов наряду с флавопротеиновыми ферментамии цитохромами входят каталаза и пероксидаза. В прохождении дополнительного,альтернативного, пути окисления особенно велика роль пероксидаз, разлагающихперекись водорода с освобождением активного атомарного кислорода. Пероксидазы,встречающиеся в клетках продуктов растительного происхождения, весьмамногочисленны и окисляют различные вещества, в том числе практически всефенолы, ароматические амины и аскорбиновую кислоту. Их активность возрастаетпри изменении условий внешней среды. Так, в паренхимной ткани плодов припониженных температурах хранения или недостаточной обеспеченности кислородомпроисходит возрастание активности пероксидазы.
К группе Сu-протеидов относятсяразличные полифеноло-ксидазы и аскорбиноксидаза. В основе их действия лежит обратимоеокисление одновалентной меди в двухвалентную.
Полифенолоксидазы представляют собой ферменты, окисляющие вприсутствии молекулярного кислорода различные фенолы и их производные собразованием соответствующих хинонов. Полифенолоксидазы катализируют прямоеокисление субстратов атмосферным кислородом и участвуют в различныхокислительных процессах, в том числе в окислении аминокислот, полипептидов,белков и аскорбиновой кислоты. Активность полифенолоксидаз возрастает примеханическом повреждении плодов, воздействии низких температур, кристаллизацииводы при замораживании и т. д.
Потемнение мякоти многих плодов (яблок, груш, абрикосови др.), а также клубней картофеля, наблюдаемое при разрезании, очистке имеханическом повреждении, происходит вследствие возрастания активности полифенолоксидази нарушения координации реакций окисления и восстановления, в результате чегов ткани накапливаются стойкоокрашенные продукты.
Аскорбиноксидаза обладает строгойспецифичностью по отношению к субстрату и окисляет l-аскорбиновуюкислоту, превращая ее в дегидроформу. Являясь переносчиком водорода,аскорбиновая кислота тесно связана со всей системой ферментов, участвующих вдыхательных процессах.
Полифенолоксидазы иаскорбиноксидаза принимают участие в окислительных процессах на заключительномэтапе дыхания, заменяя цитохромы.
На рис. 2 показаны возможныеальтернативные пути процесса окисления, которые в. растительных клеткахпроисходят различным образом в зависимости от видовых особенностей ткани,физиологического состояния данного органа, условий внешней среды и другихфакторов.
Различная активность оксидаз вусловиях измененной газовой среды представлена на рис. 3.
Наибольшее сродство к кислороду имеет цитохромоксидаза,ее действие проявляется при содержании кислорода в атмосфере всего 1 %. Глубинныеслои паренхимной ткани плодов и овощей, для которых характерно пониженноесодержание кислорода, более богаты цитохромоксидазой, нежели поверхностные.
/>