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

/>

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.

/>