Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время актуальной остается проблема круглогодичного снабжения населения высококачественными продуктами питания растительного происхождения и обеспечения перерабатывающей промышленности растительным сырьем с требуемыми технологическими свойствами. Это связано с низким качеством выращиваемой растительной продукции, не способной к длительному хранению и не решающей вопрос улучшения реологических свойств сырья и повышения его устойчивости к травмированию при механизированной переработке. Известные технологии, обеспечивающие длительное хранение, имеют существенные недостатки, заключающиеся в необходимости значительных капиталовложений и в отсутствии гарантий безопасности для человека и окружающей среды.
Поэтому в данной работе разрабатывается дешевый, но эффективный метод получения высококачественного растительного сырья, способного длительное время сохранять нативные свойства в охлажденном состоянии в существующих хранилищах без использования дорогостоящих технических средств, и обладающего свойствами необходимыми для механизированной переработки. Такой способ может быть основан только на получении растительного сырья с заданными свойствами, формируемыми во время роста.
Этот путь перспективен для формирования естественной устойчивости к внешним воздействиям во время роста и сохранения качественно новых свойств в период холодильного хранения. Изменение биохимических свойств осуществляется воздействием биоактивных веществ, включающихся в клеточный метаболизм и оказывающих на него регулирующее воздействие. Вещества, регулирующие метаболизм, замедляют одни и активизируют другие обменные пути. В результате происходит достижение оптимального соотношения обменных процессов в клетках и увеличение их энергетического потенциала, что в совокупности и усиливает постоянно действующие защитные механизмы растительных организмов и улучшает их технологические свойства. Решение указанной задачи может быть основано на применении регуляторов роста. В нашей работе использовался гидролизат природного коллагена и чистый глицин. Эти регуляторы безопасны, имеют низкую стоимость и высокую эффективность. Ее доказательством является сокращение сроков вегетации и увеличение продуктивности растений, рост содержания биоактивных и питательных веществ в их запасающих органах, уменьшение потерь в охлажденном состоянии, связанных с естественной убылью, физиологическими заболеваниями и поражением микроорганизмами.
Таким образом, актуальность данной работы, ее большое научное и практическое значение заключаются в разработке и научном обосновании технологии холодильного хранения растительного сырья, основанной на применении регуляторов роста, формирующих в растительном сырье конституционные защитные механизмы, обеспечивающие длительное
сохранение качественно новых свойств продукции.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы явилось
исследование влияния регулятора роста со специфическим аминокислотным
составом коллагена на процессы жизнедеятельности в растениях и растительном
сырье, увеличивающие сроки холодильного хранения сырья и разработка
технических методов исследования этих процессов.
Исходя из сказанного, в работе решались следующие основные задачи: U Разработать новые решения, основанные на использовании ИК-
спектроскопии, для точного и детального исследования процессов,
протекающих в растительных тканях.
Выявить общие закономерности биохимических изменений, вызванных регулирующим воздействием на клеточный метаболизм, обеспечивающих увеличение сроков холодильного хранения независимо от видовой специфики растительной продукции.
Разработать научно обоснованную теорию механизма действия регулятора роста со специфическим аминокислотным составом коллагена. Осуществить экспериментальную проверку механизма действия с помощью использования в качестве регулятора роста чистого глицина.
Научно обосновать возможность формирования в растительном сырье постоянно действующих защитных механизмов под влиянием регулятора роста с повышенным содержанием глицина с целью длительного сохранения свойств в охлажденном состоянии.
Исследовать влияние регулятора роста на содержание веществ, определяющих пищевую и биологическую ценность растительного сырья и степень их сохранности в течение длительного холодильного хранения.
Разработать технологию холодильного хранения растительного сырья с измененными свойствами, включающую сроки и параметры обработки регулятором роста и режимы холодильного хранения.
Основные положения, выносимые на защиту:
Закономерности изменения биохимических свойств растительного сырья, не зависящие от видовой специфики и возникающие в результате воздействия на клеточный метаболизм регулятора роста со специфическим составом аминокислот. Обоснование механизма действия регулятора роста.
Теоретическое и экспериментальное обоснование ведущей роли глицина, как действующего биоактивного начала регулятора роста, полученного из коллагенсодержащих отходов.
Выявление особенностей процессов жизнедеятельности растительного сырья с измененными регулятором роста свойствами, обеспечивающие усиление постоянно действующей устойчивости к внеплшм воздействиям в процессе холодильного хранения.
Влияние специфических особенностей холодильного хранения растительного сырья с качественно новыми свойствами на сокращение всех видов потерь и увеличение сроков холодильного хранения.
Научная новизна работы. Впервые показана биохимическая активность регулятора роста, в аминокислотном составе которого преобладает глицин, оказывающего при кратковременном воздействии комплексное влияние на физиологическое состояние растительных тканей, что находит свое выражение в росте продуктивности и сокращении сроков вегетации растений, увеличении содержания биоактивных и питательных веществ, усилении постоянно действующих защитных механизмов и стрессоустойчивости.
Усиление конституционных механизмов защиты происходит вследствие активизации защитных свойств поверхности и клеточных стенок растительных организмов и усиления барьерной функции плазмалеммы клеток. Накопление фенольных соединений и органических кислот создает химический барьер на пути микроорганизмов. Активизируется раневая репарация поврежденных тканей. В результате сопротивляемость к инфицированию через раны, устьица и неповрежденные поверхности увеличивается, что сводит к минимуму потери, обусловленные заболеваниями. Снижаются естественные потери в охлажденном состоянии, сырье приобретает дополнительную биологическую ценность и диетические свойства.
Впервые выявлен механизм действия регулятора роста с повышенным содержанием глицина, позволяющий обосновать концепцию биохимической коррекции старения растительных тканей. Он предполагает активизацию карбоксилирования и достижение оптимального баланса между дихотомическим и пентозофосфатным путем дыхания, а также увеличение эффективности работы энергетической системы клеток в результате повышения активности цитохромоксидазы и подавления немитохондриальных электрон-транспортных цепей. В силу указанных причин формируются постоянно действующие защитные свойства растительного сырья, активизируются восстановительные процессы в поврежденных тканях, усиливаются анаболические процессы обновления молекулярного состава клеток, тормозятся окислительные процессы, рассматриваемые в настоящее время как главная причина преждевременного старения живых организмов.
Практическая значимость работы. Использование гидролизата коллагена и чистого глицина в качестве регуляторов роста позволило получить следующие практически значимые результаты:
Повышается сопротивляемость растительного сырья к внешним воздействиям как во время формирования, так и во время холодильного хранения, продолжительность которого увеличивается на 1,5...3 месяца.
Ускоряется раневая репарация поврежденных тканей. Раневая перидерма становится более плотной и она активно формируется в охлажденном состоянии, что позволяет отказаться от лечебного периода и сократить потери питательных веществ.
Сокращается естественная убыль охлажденного растительного сырья, а его биологическая и пищевая ценность на протяжении всего хранения находится на более высоком уровне.
Улучшаются органолептические качества растительного сырья. Цвет и сочность сохраняются в холодильных условиях более длительное время.
Увеличивается упругость растительных тканей и устойчивость клеточных стенок, в результате чего возрастает сопротивление инфицированию, снижается травмируемость и улучшается сохранность растительного сырья при механизированной уборке и переработке, а хранение сырья оказывается возможным в слое большей высоты.
Увеличивается урожайность и сокращаются сроки вегетации растений. Сокращение вегетации в среднем на 5...10 дней позволяет более продуктивно использовать северные территории с непродолжительным теплым летним периодом. Увеличение урожайности составляет 20...30 %.
Возрастает биологическая и питательная ценность сырья на момент уборки урожая. Прирост содержания крахмала в клубнях картофеля составляет 15... 17 %, дополнительный сбор сахара в результате роста сахаристости и урожайности сахарной свеклы достигает 1,5 т/га.
Разработаны новые, менее трудоемкие, но технически более совершенные методы исследования растительного материала, основанные на ИК-спетроскопии, повышающие точность результатов. Модернизирован способ определения интенсивности выделения ССЬ, разработан метод исследования взаимодействия растительных организмов с окружающей газовой средой и исследование растительных тканей методом многократного нарушенного полного внутреннего отражения (МНПВО).
Проведены испытания регуляторов роста в промышленных масштабах в регионах с различными почвенно-климатическими условиями: Курской области, Ставропольском крае, Северо-Западе России при выращивании сахарной свеклы, зерновых и картофеля, показавшие высокую эффективность. Апробация работы. Материалы работы докладывались автором: на Международной научно-технической конференции «Холод и пищевые производства», Санкт-Петербург, 1996; на V Международном симпозиуме «Экология человека: пищевые технологии и продукты на пороге XXI века», Москва-Пятигорск, 1997; на Международной научно-технической конференции «Ресурсосберегающие технологии пищевых производств», Санкт-Петербург, 1998; на Научно-практической конференции «Безопасность питания - основа жизни человека XXI века», Санкт-Петербург, 1998; на Международной научно-практической конференции «Прогрессивные технологии и оборудование пищевых производств», Санкт-Петербург, 1999; на Международной научно-практической конференции «Техническое переоснащенис пищевой и перерабатывающей промышленности Северо-Западного региона Российской Федерации. Межрегиональные связи», Санкт-Петербург, 2000; на Международной научно-практической конференции «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке», Санкт-Петербург, 2001; на II Международной научно-практической конференции «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке», Санкт-Петербург, 2003; на Научно-практической
7 конференции «Наукоемкие и конкурентоспособные технологии продуктов питания со специальными свойствами», РАСХН, Углич, 2003; па Международной конференции «Проблемы физиологии растений Севера», РАН, РАСХН, Петрозаводск, 2004; на VI Международном симпозиуме «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования», РАСХН, РАН, Москва-Пущино, 2005.
Работа выполнялась в рамках федеральных программ «Новые продукты массового и лечебно-профилактического назначения», «Перспективные процессы в перерабатывающих отраслях АПК», «Создание новых комбинированных продуктов функционального жизнеобеспечения с максимальным содержанием эксенциальных веществ, свободных от экотоксинов».
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 46 работ.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы, 3 приложений, изложена на 273 страницах машинописного текста, содержит 58 рисунков и 63 таблицы. Список литературы включает 326 источников, из них 36 на иностранных языках.
