Содержание к диссертации
Введение
1. Проблемы практической реализации достижений науки хранения корнеплодов сахарной свеклы 9
2. Процессы и факторы, влияющие на хранение корнеплодов сахарной свеклы 11
2.1. Биофизические процессы 12
2.2. Биохимические процессы 14
2.3. Физиологические процессы 16
2.4. Микробиологические процессы 22
2.5. Факторы, определяющие сохранность сахарной свеклы при хранении 23
3. Химические способы повышения сохранности корнеплодов сахарной свеклы 28
3.1. Ингибиторы микробиологических процессов 28
3.2. Антиметаболиты 31
3.3. Вещества, повышающие фитоалексивную активность и защитные реакции корнеплодов 33
3.4. Озон и перспективы его использования на практике хранения сельскохозяйственного сырья 36
4. Программа, методики и условия проведения исследований 42
5. Влияния озона на физиолого-биохимические процессы хранения корнеплодов сахарной свеклы и изменение их технологических качеств 53
5.1. Влияние озона на ростовые процессы 53
5.3. Влияние обработок озоном на потери массы корнеплодов ...63
5.3. Влияние способов обработки корнеплодов сахарной свеклы озоном на их химические качества 67
6. Влияние озона на изменение качества корнеплодов сахарной свеклы различного физического состояния 81
6.1. Обработка корнеплодов имеющих сильные механические повреждения 81
6.2. Влияние озона на интенсивность суберинизации у корнеплодов сахарной свеклы 88
6.3. Обработка подвяленных корнеплодов 95
6.4 Перспективы использования озона в практике растениеводства 102
7. Разработка способов хранения корнеплодов сахарной свёклы с использованием озона 107
7.1. Схемы практической реализации разработанных способов хранения 107
7.2. Экономическая эффективность предлагаемых способов хранения 110
Выводы 113
Предложения производству 115
Список литературы 116
Приложения 129
- Факторы, определяющие сохранность сахарной свеклы при хранении
- Озон и перспективы его использования на практике хранения сельскохозяйственного сырья
- Влияние способов обработки корнеплодов сахарной свеклы озоном на их химические качества
- Влияние озона на интенсивность суберинизации у корнеплодов сахарной свеклы
Введение к работе
Значительное сокращение объемов свеклосахарного производства, произошедшее в России за последние 10 лет, привело к тому, что уровень самообеспеченности страны сахаром в настоящее время не превышает 23-25%, данное положение является критическим с точки зрения продовольственной безопасности.
Одним из путей увеличения производства сахара из собственных сырьевых ресурсов является сокращение потерь свекломассы и сахара на стадии хранения корнеплодов и сохранение высоких технологических качеств свекловичного сырья, поступившего на завод для переработки.
Уровень потерь свекломассы в период хранения, несмотря на сокращение его сроков, более чем в два раза, за последние годы в среднем по отрасли не опускался ниже 5%, а в отдельные годы, с неблагоприятными климатическими условиями, достигал 10-12% от общего количества уложенного на хранение сырья.
Причинами высоких потерь сахара и свекломассы на стадии хранения в современных условиях является; необоснованное расширение использования иностранных сортов, не обладающих качеством лежкоспособности; нарушения севооборотов; научно-обоснованных норм внесения минеральных удобрений и гербицидов, а также использование разнообразной свеклоуборочной техники, как отечественного, так и импортного производства, не всегда обеспечивающей требуемый ГОСТом уровень травмируемости корнеплодов. К этим же последствиям ведет и значительная изношенность парка технических средств используемых при уборке свеклы у сельхозтоваропроизводителей РФ.
Многолетняя производственная практика применения разнообразных способов повышения степени сохранности технологических качеств свеклы и снижения потерь сахара и свекломассы показала их относительную эффективность только при закладке на хранение кондиционных корнеплодов, при низком содержании в общей массе балластных примесей. Использование этих приемов на сырье с повышенным содержанием подвяленных, механически поврежденных корнеплодов, балластных примесей малоэффективно, а зачастую приводит к отрицательным результатам.
В связи с выше изложенным, задача совершенствования способов хранения сахарной свеклы остается актуальной и в настоящее время.
Анализ литературных данных выявил высокую эффективность использования, как с экономической, так и с технологической точек зрения, химических способов хранения сельскохозяйственной продукции, в том числе и с применением окислителей различной химической природы. Исследования А.И. Гримма (1975), В. Тварожека (1975), A.M. Казакевича (1975), B.C. Колодязной (1975), В.А. Барановской (1976), Ф.С. Линько (1991), Л.С. Микуловича (1994), Н.Н. Горбунова (1995) и других, показали высокую эффективность применения озона в различных физических фазах и режимах при хранении фруктов и овощей, и в частности корнеклубнеплодов. Отсутствие однозначных выводов о возможности применения атомарного кислорода для хранения сахарной свеклы предопределило выбор направления настоящей работы.
Цель исследований заключалась в изучении воздействия озона на характер протекания физиологических, микробиологических, биохимических процессов при хранении корнеплодов сахарной свеклы и возможности использования его для повышения показателей их сохранности.
В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи исследований: изучить влияние озона на физиологические и микробиологические процессы при хранении корнеплодов сахарной свеклы; установить характер изменения качественных показателей корнеплодов сахарной свеклы в период хранения под влиянием обработок озоном в различных физических фазах и режимах; исследовать возможность применения озона с целью улучшения показателей сохранности корнеплодов сахарной свеклы имеющих сильные механические повреждения и различную степень подвяленности; изучить структурные и биохимические изменения в тканях корнеплодов сахарной свеклы, происходящие под воздействием озона; определить оптимальные режимы обработки корнеплодов сахарной свеклы при использовании озоно-воздушной смеси и озонированной воды; разработать способы повышения показателей сохранности и качества корнеплодов сахарной свеклы с использованием озона.
Научная новизна настоящей работы заключается в том, что впервые проведено исследование влияния озона в различных физических фазах на комплекс физиолого-биохимических и микробиологических процессов, протекающих при хранении корнеплодов сахарной свеклы, а также на изменение химического состава клеточного сока, в зависимости от режимов обработки и длительности хранения.
Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено эффективное влияние обработок озоно-воздушной смесью и озонированной водой сахарной свеклы на подавление патогенной микрофлоры, снижение ростовых процессов, интенсивности дыхания и улучшение показателей качества корнеплодов при хранении.
Впервые исследовано влияние озона на степень сохранности корнеплодов, имеющих сильные механические повреждения и различную степень подвялен-ности.
Установлена возможность использования озона для интенсификации защитных реакции и образования суберенизированного слоя на травмируемых поверхностях корнеплодов, что позволяет лучше сохранить их технологические качества, снизить потери от развития патогенной микрофлоры.
Разработаны способы практической реализации полученных результатов научных исследований, на два из которых поданы заявки для получения патентов РФ на изобретения.
Защищаемые положения: использование озона эффективно в качестве реагента, способного подавлять развитие патогенной микрофлоры, а также позволяющего обеспечивать минимальную ростовую активность корнеплодов сахарной свеклы в процессе их хранения; применение обработок озоном корнеплодов сахарной свеклы, позволяет снижать интенсивность обменных процессов в них, за счет влияния на дыхательные ферментные системы, газовый состав окружающей среды и степень насыщения кислородом их тканей, тем самым, способствуя сохранению хозяйственно-биологических признаков свекловичного сырья; режим обработки корнеплодов сахарной свеклы озоно-воздушной смесью с концентрацией озона 6 г/м и экспозиции обработки 10 минут, является эффективным приёмом, позволяющим снизить: интенсивность ростовых процессов, в среднем на 40%, образование гнилой массы на 30%, среднесуточные потери сахара на 45%, в сравнении с необработанной свеклой, способствуя тем самым улучшению фитопатологического состояния и технологических качеств корнеплодов в процессе хранения; использование озонированной воды с концентрацией озона 1 мг/л для обработки сахарной свеклы является эффективным приёмом, позволяющим снизить при их хранении прорастание корнеплодов на 30%, образование гнилой массы в 1,5 раза, снизить среднесуточные потери сахара на 45%; применение данных способов позволяет эффективно улучшать показатели сохранности корнеплодов сахарной свеклы, имеющих сильные механические повреждения или подвяленных, со степенью потери влаги до 15%; использование обработок сахарной свеклы озоно-воздушной смесью и озонированной водой позволяет интенсифицировать в 3-5 раз защитные реакции и суберинизацию тканей корнеплодов при механическом их повреждении, способствуя скорейшему выходу корнеплодов из состояния физиологического стресса и снижению дополнительных потерь сахара.
Практическая значимость работы заключается в разработке способов повышения сохранности корнеплодов сахарной свеклы с использованием озо-но-воздушной смеси и озонированной воды, позволяющих в среднем снизить на 40-50% среднесуточные потери сахара и на 0,7-1% в абсолютной величине обеспечить больший выход сахара при хранении до 90 суток, в сравнении с необработанными корнеплодами.
Применение данных способов позволяет снизить влияние таких вредных факторов как механические повреждения и подвяленность свекловичного сырья, на условия и показатели его сохранности.
Положительная особенность использования данных способов - это возможность гибкой их реализации, пластичность в режимах обработки, возможность проведение повторных обработок, комплексность действия, безопасность для окружающей среды.
Результаты исследований прошли производственную проверку в 2002 году на свеклоприемном пункте Алексеевского сахарного завода (ОАО «Ритм», Белгородская область) и получили положительный отзыв производственной комиссии.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены на Международной научно - практической конференции молодых учёных и специалистов « Аграрная наука в начале 21 века » (Воронеж 2001), заседаниях Учёного совета ВНИИСС (Рамонь 1999 - 2001).
По теме диссертации опубликовано 4 печатных работы. Направлено во ВНИИГПЭ две заявки на выдачу патентов.
Объём диссертации. Диссертация изложена на 169 страницах машинописного текста, включает 16 таблиц и 15 рисунков. Состоит из введения, 7 глав, выводов и предложений. Список использованной литературы включает 135 наименований. Приложения содержат 40 таблиц.
Факторы, определяющие сохранность сахарной свеклы при хранении
Определяющим фактором сохранности свекловичного сырья во всех условиях являлись его физические свойства, формируемые в процессе вегетации, уборки и вывозки. Превалирующее влияние отдельных факторов физического состояния корнеплодов на их последующую сохранность изменялось по мере развития техники и технологий уборки сахарной свёклы. До 70-х годов по своему вредоносному влиянию главную роль играли подвяленность и подморожен-ность корнеплодов. С интенсификацией механизации уборочных работ на первое место по своему отрицательному воздействию на последующий процесс хранения вышли механические повреждения корнеплодов. В результате этого за последующий период времени физическое состояние заготавливаемого сырья резко ухудшилось. В зависимости от погодных условий уборочного периода ка ждого года поступающие на свеклоприемные пункты сырье может резко отличаться по какому-либо одному качественному признаку. Однако, исключая резкие и редкие аномалии погодных условий, в среднем заготавливаемое сырье отличается большей загрязненностью, не снижается подвяленность и поврежден-ность корнеплодов [9,58,59,81,99].
При недостаточности производимого количества сырья, предприятия перерабатывающей промышленности, в условиях конкурентной борьбы за сохранение и расширение собственных сырьевых зон, вынуждены идти на снижение уровня требований к качеству заготавливаемого сырья.
Сокращение материально-технической базы для возделывания, уборки и транспортировки сахарной свеклы у сельхозпроизводителей, произошедшие за последние 10 лет более чем в 2,1 раза, не позволяет обеспечить оптимального качества производимого сырья. Изношенность и несовершенство свеклоуборочной техники ведет к повышению травмируемости корнеплодов, ее недостаточность - к работе в неблагоприятных почвенно-климатических условиях, нехватка технических средств для погрузки и вывоза - к полевому хранению свеклы. Все это в комплексе предопределяет снижение как физических, так и технологических качеств поставляемого сырья. Таким образом, уменьшение в поступающем на хранение сырье подвяленных, повреждённых корнеплодов в ближайшие годы не предвидится.
Успех длительного хранения сахарной свеклы до ее переработки с минимальными потерями сахара зависит в большей степени от устойчивости поступающего сырья против воздействия микроорганизмов. Степень этой устойчивости определяется целостностью покровных тканей. Причиной высоких потерь сахара при сильных повреждениях является то, что при больших срезах обнажаются более глубокие, богатые сахаром, активно дышащие и легче поражаемые микроорганизмами слои клеток. Кроме того, что при сильных повреждениях, особенно при удалении головок, нарушается регулирующая деятельность ферментных систем, разложение сахарозы становится спонтанным [4, 9, 31, 10, 11, 58,60,83,84,112].
Подвяленность сырья также является отрицательным фактором, влияющим на процесс хранения и переработки. Имеется много данных, подтверждающих губительное влияние увядания свеклы при уборке, транспортировке и в процессе хранения на ее технологические качества [21, 24, 25, 28, 29, 45, 93, 94, 100].
Одной из главных причин больших потерь свекломассы и сахара в подвяленной свекле являются микробиологические процессы, развитие которых находится в прямой зависимости от степени тургора живой растительной ткани, определяющего физиологические способности организма сопротивляться воздействию патогенов. Большое влияние на потери сахарозы оказывает продолжительность хранения, то есть длительность всей компании и темпы сбора урожая. Самые большие потери характерны для первых дней хранения. Интенсивность процесса дыхания в дни, следующие непосредственно за сбором урожая (3-4 дня), очень велика, а затем постепенно снижается: приблизительно через неделю она становится уже 1/3 от первоначального уровня. Это объясняется тем, что растительный организм проходит стадию преодоления стресс - факторов, являющихся следствием удаления листвы, некоторых повреждений и обрезании верхней части корнеплода [109, 113, 117, 129, 136]. В начальный период хранения свеклы после доставки ее на завод потери сахарозы в большей степени обусловлены биофизическими и физиологическими процессами. Поэтому в первый период хранения необходимо создать условия для быстрого заживления повреждений и оптимизации дыхательных процессов, что приведет к уменьшению среднесуточных потерь сахара. При увеличении длительности хранения в составляющей потерь сахарозы возрастает значение микробиологических процессов сопровождающихся образованием гнилой массы, а также ростовой активностью [12, 64, 86, 90, 95, 98, 99]. В связи с этим при продолжительном хранении на первый план выходят мероприятия по борьбе с нежелательными физиологическими и микробиологическими процессами. Таким образом: 1) Хранение сахарной свёклы сопровождается комплексом взаимосвязанных между собой процессов, протекающих как в самом корнеплоде, так и в окружающей его среде. Центральным процессом является дыхание и связанные с ним биохимические реакции, характер и интенсивность протекания которого определяет уровень потерь сахара и технологических качеств. 2) Интенсивность дыхания при хранении, а, следовательно, и размеры потерь сахара, определяются: физическим состоянием сырья, сформировавшимся при уборке и транспортировке; генетической особенностью сорта или гибрида; условиями вегетации, сроками уборки и погодными условиями в этот период; организацией и длительностью хранения. Минимизация потерь при хранении сахарной свёклы должна осуществляться с учётом всех выше перечисленных факторов. 3) После укладки корнеплодов сахарной свёклы в кагаты должны быть созданы, и поддерживаться, такие условия, при которых протекание всех имеющих место процессов было бы на уровне обеспечивающем минимальные потери сахара и технологических качеств. Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод о том, что хранение свеклы в кагатах, должно быть активным, то есть с осуществлением контроля и регулирования протекания всего комплекса процессов, неотъемлемых при хранении. В комплексе мероприятий, направленных на улучшение сохранности корнеплодов сахарной свёклы, особое место должно занимать управление обменными процессами, прорастания и интенсивности прохождения микробиологических процессов, вызывающих гниение свёклы. Проводить необходимую защиту кагатов от вредного воздействия внешних метеорологических факторов. Реализация этих аспектов сложная организационно -техническая задача. 4) Учитывая тот факт, что в сложившихся современных экономических условиях хозяйствам при нехватке технических и материальных средств для обеспечения организации уборки и заготовки сырья надлежащего качества, а также, принимая во внимание, плохое материально-техническое обеспечение сырьевых служб сахарных заводов, ожидать улучшения условий заготовки и хранения свекловичного сырья в ближайшие годы не приходится. Не нашла ши рокого практического применения и традиционная технология хранения.
Озон и перспективы его использования на практике хранения сельскохозяйственного сырья
Известно много источников сообщающих о применении озона в народном хозяйстве. При нормальных условиях озон - газообразное вещество с сильным запахом. Озон токсичен, нестоек, очень реакционноспособен и обычно используется лишь в разбавленных газовых смесях [66]. Являясь химически активным веществом, озон обладает универсальным и разносторонним воздействием на объекты живой и не живой природы.
Полярный характер молекулы определяет способность озона к катализу реакции окисления. Таким образом, вещества неорганической природы, подвергаясь окислению озоном, образуют перекиси, озониды [54]. По действию на живые объекты озон может проявлять как стимулирующую, так и биоцидную направленность, а также способен замедлять обменные процессы в живом организме.
Внешнее поле и электрические заряды молекул озона корректируют проницаемость цитоплазменных мембран, что приводит к денатурации белковых веществ их органелл. Эти изменения и вызывают прекращение или снижение интенсивности обмена веществ в биологическом объекте. Механизм бактерицидного действия озона объясняется его влиянием на обмен веществ в живой клетке, при которой нарушается равновесие превращения активной сульфидной группы в инактивные дисульфидные формы. Озон очень эффективен при обеззараживании спор, вирусов и других патогенных микроорганизмов. Различными исследованиями показано, что действие озона на микрофлору является всегда наиболее быстрым и результативным по сравнению с другими антисептиками [15,32,47,65,66].
На эффективность бактерицидного действия озона в различной степени оказывает влияние следующие параметры: рН, температура, наличие взвешенных или растворенных в субстрате органических веществ, концентрация окислителя. Устойчивый бактерицидный эффект наблюдается в широком интервале температур от 0 до 37С и рН от 5,6 до 9,8. Эффективная инактивация микроорганизмов наблюдается чаще всего именно в момент появления остаточного озона при концентрациях его близких к 0,1-0,4 мг/л (г/м3) [32].
Некоторые продукты реакции, полученные при взаимодействии озона и органических веществ, могут быть в свою очередь сильными бактерицидными агентами, способными вторично воздействовать на микроорганизмы водной среды [55]. Таким образом, из приведенного выше материала видно, что озон является эффективным антисептиком.
Одной из проблем развития современных сельскохозяйственных технологий является проблема экологии. Использование различных химических препаратов на всех стадиях производства приводит к постепенному их накоплению в окружающей среде и отрицательному воздействию на качество продукции. Озон, являясь естественным природным веществом с этой точки зрения более экологически безопасен. Озон способен разлагать вредные вещества, например, пестициды и других химикаты, до более безопасных форм [2].
Таким образом, наличие у озона комплекса полезных свойств, предопределило большой интерес практиков и исследователей к проведению работ по изучению возможности его использования при хранении сельскохозяйственного сырья.
Анализ источников по данной тематике показал, что большинство исследователей занимались изучением применения озона в практике хранения, прежде всего в качестве антисептика. В большинстве работ отмечена высокая эффективность обработок озоном хранящихся масс сельскохозяйственной продукции, с целью предотвращения нежелательных микробиологических процессов и улучшения сохранности объектов хранения [1, 15, 17, 40, 47, 67].
Так Романенко Н.Д., Буров Б.В. (1997) отмечали высокое бактерицидное и фунгицидное действие озона при обеззараживании. Высокое дезинфицирующее действие озона сохранялось на протяжении 30-45 суток. После обеззараживания эффективность составила 50-100%. Наилучшими результат был получен при обработках озоном с экспозицией в течение 3 ч и концентрации 15 мг/м (эффективность 98-100%).
В опытах in vitro наблюдалось полное подавление озоном, при всех условиях проведения опыта фитопатогенных грибов: Alternaria radicina (возбудитель черной гнили), Sclerotinia sclerotiorum (белой гнили), Botrytis cinerea (серой гнили), Penicillium glancum (пенициллеза) [67].
Положительный эффект от применения озона в воздушной смеси при хранении картофеля отмечено Линько Ф.С.(1991). Было установлено, что отходы картофеля, находящегося в хранилище, который во все периоды (лечебный, основной, весенний) вентилировали по установленным правилам и нормам, составляли 24-46% из-за различных гнилостных заболеваний. Картофель же, вентилируемый озоно-воздушной смесью с концентрацией озона 4-20 г/м3 в указанном выше режиме, имел только 4% отходов. Кроме того, что не наблюдалось снижения массы клубней в процессе хранения, а содержание проросших и загнивших клубней было минимальным. В ходе эксперимента замечено также, влияние озона на образование защитной ткани в местах механических повреждений клубней. Гигиеническая проверка не выявила какого-либо ухудшения кулинарных и технических качеств в процессе хранения [40].
Имеются данные об успешном применении озонированной воды при хранении моркови [47]. В технологии хранения корнеплодов, исследователи рекомендуют для послеуборочного антисептирования применять озонированную воду, с помощью которой ингибируется развитие патогенной микрофлоры и не происходит существенного изменения качества продукции. Озонированная вода, при концентрации озона в воде не менее 0,7 мг/л подавляла развитие белой, серой, черной и бактериальной гнилей при хранении. Производственные опыты хранения моркови, обработанной озонированной водой на плодоовощной базе г. Минска показали, что за 160 суток хранения количество стандартной продукции уменьшилось всего на 2%, в то время в контроле на 5-6% [47].
О возможности успешного применения озоно-воздушной смеси для сохранения сельскохозяйственной продукции, также сообщают другие исследователи [1,17].
В месте с тем известны факты не эффективного применения озона с целью улучшения сохранности хранящейся продукции, а также мнения о бесперспективности и невозможности использования данного вещества в этих целях [16, 37]. Отмечено, что хотя озонирование и оказывает антисептирующее действие на объект хранения, но из-за быстрого распада озона оно кратковременно и не позволяет получить желаемого эффекта. Специальными исследованиями установлено, что после обработки клубней озоно-воздушной смесью количество микроорганизмов резко снижается. Однако через 5-10 дней их число достигает исходного уровня и тем быстрее, чем выше температура. Основная причина -реактивация не погибших микроорганизмов [16].
Влияние способов обработки корнеплодов сахарной свеклы озоном на их химические качества
Воздействие озонированной воды на снижение среднесуточных потерь сахара (прил. А7) было также эффективным. Спустя 45 суток хранения величина среднесуточных потерь сахара проб корнеплодов свеклы, обработанных ОВ составила 0,012-0,020%. В вариантах с концентрацией озона в воде 0,5-6 мг/л данный показатель составил 0,012-0,019%, что на 10-45% меньше, чем в контроле, где данный показатель был - 0,022% (Рис. 9).
После 90 суточного хранения проб (прил. А8), обработанных ОВ существенных изменений в характере корреляции значений по данному показателю не произошло. Меньшие на 25,0-55,0%, чем в контроле, среднесуточные потери - 0,009-0,015% наблюдались в вариантах с концентрации озона в воде 0,5-4 мг/л. Среднесуточные потери сахара в вариантах с применением ОВ и концентрацией озона 0,5-1 мг/л, как после 45, так и после 90 суток хранения были наименьшими (Рис. 10).
Уменьшение содержания сахарозы в свекловичном корне при хранении вызывает не только снижение выхода сахара из свеклы, но и увеличение потерь его в производстве вследствие снижения чистоты свекловичного сока, из-за накопления вредных несахаров.
Анализ проб контрольных и опытных вариантов после хранения выявил и неоднозначное влияние озона на данные показатели. Наименьшее содержание общих несахаров наблюдалось в вариантах с обработкой ОВС с концентрацией озона 4-6 мг/л при 10 минутной экспозиции. Увеличение или изменение концентрации от данного оптимума способствовало несколько большему накоплению несахаров в хранящейся свёкле.
Влияние обработки ОВ на содержание общих несахаров было выражено более определённо. Наименьшее содержание несахаров наблюдалось в пробах обработанных ОВ с концентрацией озона 1 мг/л. Так повышение концентрации озона в воде приводило к постепенному увеличению их содержания. Увеличение срока хранения до 90 суток приводило к снижению общего уровня интенсивности накопления несахаров. Улучшение всего комплекса показателей сохранности и технологических качеств свеклы, обработанной озоном в разных физических фазах способствовала большему выходу сахара в них после хранения.
Обработка ОВС при всех исследуемых режимах способствовала повышению выхода сахара в процессе 45 суточного хранения на 8-35,3% или на 0,14-0,65% в абсолютной величине (Рис. 11). При увеличении срока хранения до 90 суток уровень выхода сахара в опытных вариантах был на 4,7-36,8% больше, чем в контроле, что составило в абсолютной величине 0,1-1,1% (Рис. 12).
Не меньшее влияние на увеличение выхода сахара из корнеплодов в процессе хранения оказала и обработка озонированной водой. Так, после 45 суток хранения уровень выхода сахара опытных вариантов с концентрацией озона 0,5-4 мг/л был на 4,5-60,4% больше, чем в контроле (обработка чистой водой), что в абсолютной величине составило 0,35-0,93% (Рис. 11). После 90 суток хранения расчетный выход сахара из свеклы этих опытных вариантов соответственно был больше на 13,2-38,4% и на 0,4-1,16% в абсолютной величине (Рис. 12). Концентрация озона в воде 8 мг/л при обработке перед хранением приводила к большему темпу снижения расчетного выхода сахара, чем в контроле как после 45 суточного, так и 90 суточного хранения, соответственно, в среднем на 7%.
Таким образом, результаты опытов по хранению первого года исследований (1999 г.) с применением озона в различных физических фазах (ОВС и ОВ), однозначно подтвердили возможность использования данного реагента для повышения степени сохранности корнеплодов сахарной свёклы.
Причиной эффективного воздействия озона на улучшение показателей сохранности и технологических качеств сахарной свёклы является снижение под его влиянием интенсивности и характера обменных процессов. Непосредственно это отражается в снижении расходования сухих веществ и в частности сахарозы на дыхание корнеплода.
Причиной чётко выраженных экстремумов является удачно подобранный диапазон применяемых режимов обработки. Так меньшие количества озона недостаточно глубоко воздействуют на структуру ткани корнеплода, большие вызывают физиологические расстройства, вследствие сильной окислительной способности озона нарушают нормальный ход биохимических реакций или полностью разрушают свекловичную ткань.
В результате первого года исследований был установлены наиболее эффективные режимы обработки озоном: для ОВС концентрация озона 5-8 мг/л и экспозиция обработки 10 минут; для ОВ концентрация озона в воде 0,5-3 мг/л.
Это позволило сузить диапазон поиска оптимальных режимов обработки озоном корнеплодов сахарной свеклы для дальнейшей проверки истинности полученных результатов.
Результаты опытов во второй и третий год исследований подтвердили правильность наших выводов и эффективность установленных режимов обработки ОВС и ОВ.
Так в среднем по трем годам исследований (табл. 4-5) обработка озоном в составе озоно-воздушной смеси при 10 минутной экспозиции и концентрациях 5-8 мг/л способствовало снижению прорастания корнеплодов в процессе краткосрочного хранения (45 суток) на 35,2-46,0%, а после трех месяцев на 11,1-24,2%, против контроля. Накопление гнилой массы в процессе краткосрочного хранения было ниже на 40-60%, с увеличением срока хранения до 90 суток влияние озона на снижение загнивания значительно снижалось. Среднесуточные потери массы опытных вариантов в среднем за три года были на 20-25% меньше, чем в контроле как после краткосрочного, так и длительного хранения. Обработка ОВС способствовала снижению среднесуточных потерь сахара на 41,9-45,9% после краткосрочного и на 27,8 - 50,0% после длительного хранения. Темпы снижения выхода сахара в процессе хранения в среднем по трем годам исследований были на 27,3% - 44,2% и 19 - 37,4% меньше, чем в контроле, соответственно, при 45 и 90 суточном хранении.
Влияние озона на интенсивность суберинизации у корнеплодов сахарной свеклы
Использование природного иммунитета сахарной свеклы при защите от болезней особенно важно в связи с механизацией уборочных работ и увеличением содержания корнеплодов со всевозможного рода механическими повреждениями. Через пораженную поверхность открывается свободный доступ к свекловичной ткани фитопатогенным микроорганизмам, чем обуславливается последующий рост потерь сахара и значительная интенсификация процессов загнивания корнеплодов. При этом уровень потерь сахара определяется не только интенсивностью микробиологических процессов, но и характером, и скоростью протекания в свекловичной ткани защитных реакций в ответ на механические повреждения и поражения фитопатогенными микроорганизмами. Создание благоприятных условий для этих реакций является непременным требованием современной технологии хранения сахарной свеклы.
Одна из реакций свекловичного корня - способность образовывать на месте механического повреждения новую ткань - раневую перидерму, достаточную для защиты корнеплода от проникновения инфекции.
Интенсивность раневой реакции корнеплодов напрямую зависит от физического состояния корнеплодов и температурно-влажностных условий хранения.
Скорость заживления поврежденной поверхности уменьшается с возрастанием в свекловичной ткани водного дефицита. Если подвяливание до 5% не отражается на образовании раневой перидермы, то более сильный водный дефицит (свыше 10%) приводит к прекращению процесса суберенизации клеток и тканей. Значительное влияние на интенсивность образования защитной ткани вызывают температурно-влажностные условия окружающей среды. Снижение температуры и влажности воздуха замедляют скорость образования защитной ткани.
Поскольку почти все защитные реакции в свекловичном корне осуществляются не без участия различных ферментов, то эффективность всего механизма устойчивости сахарной свеклы напрямую зависит от активности ее ферментных систем. Активность которых, обуславливается оптимальными для них, но высокими для хранения температурами, не всегда благоприятно сказывающимися на общем состоянии корнеплодов и уровне протекающих при этом процессов жизнедеятельности. При повышенных температурах в результате возникновения диспропорции в активности отдельных ферментов, несогласованности их действия, накопление веществ, являющихся катализаторами повышения активности других ферментных систем, происходят своего рода физиологическое расстройство организма, снижается эффективность протекания защитных реакций, нарушается обмен веществ, возрастают потери сахара.
Это свидетельствует о том, что необходимы взаимоприемлемые условия, благоприятные как для защитных реакций, так и для других физиолого-биохимических процессов жизнедеятельности. Традиционным решением данной задачи является применение на практике лечебного режима активного вентилирования в течение первых двух недель после укладки свеклы в кагаты при температуре 10-12 С и относительной влажности воздуха 95-99%. Однако, не всегда погодные условия сентября, но и октября позволяют осуществлять такой режим хранения.
Наиболее эффективным в этом направлении является использование химически обработок с применением различных веществ, способствующих интенсификации процессов защитных реакций корнеплода. Однако эффективность их действия зачастую снижается, а возможность их применения ограничивается различными факторами (физическое состояние сырья, погодные условия при их применении).
В связи с этим поиск новых решений данной проблемы продолжается. В проведенных опытах, по хранению сильно механически поврежденных корнеплодов отмечено, что обработки озоном существенно влияют на протекание защитных реакций корнеплодов сахарной свеклы и в частности на процесс образования новой защитной ткани на месте повреждения, а также на интенсивность процесса суберинизации.
В связи с этим параллельно в опытах с механически повреждённой свёклой были проведены дополнительные гистологические наблюдения за структурными изменениями в тканях корнеплодов и проведен опыт по изучению влияния обработок ОВС и ОВ на данные процессы.
Проведенные гистологические наблюдения показали, что в механически поврежденных тканях корнеплодов сахарной свеклы под воздействием однократных обработок ОВС и ОВ процессы, характерные для защитных реакций протекают более интенсивно, чем в корнеплодах без обработки. Об интенсивности процесса образования новой защитной ткани, судят по числу образовавшихся слоев клеток, и интенсивности отложения в них суберина, за определённый промежуток времени. Чем больше клеточных слоев, и чем интенсивней в них отложения суберина, тем лучше защита от проникновения фито-патогенных микроорганизмов.
