Сельское хозяйство/4. Технологии хранения и переработки сельскохозяйственной продукции

К.х.н. Мартынова М.А., к.б.н. Скоринко Е.В.

ГНУ «Институт биофизики и клеточной инженерии НАН Беларуси»,

Минск, Беларусь

Хранение плодоовощной продукции с использованием озона

Среди обширного спектра вопросов, касающихся хранения выращенного урожая – селекция, предпосевная подготовка семян, соблюдение севооборотов и всех приемов агротехники, своевременная уборка с последующей закладкой на хранение здорового материала – важнейшая роль принадлежит технологии самого процесса длительного хранения сельскохозяйственной продукции.

Основными причинами, приводящими к потерям выращенного урожая на протяжении всего осенне-зимнего периода, являются:

– микробиологически обусловленное гниение продукции сельскохозяйственного производства, вследствие поражения ее грибными, вирусными, бактериальными и физиологическими болезнями;

– «самосжигание» ценных питательных веществ при длительном хранении сельскохозяйственной продукции, к которому приводят сложные биохимические и физиологические процессы: дыхание, увядание, прорастание и т.д.

Эти причины, оказывающие негативное влияние на сохранность, влияют на товарный вид и вкусовые качества продукции. В настоящее время для снижения потерь овощей и фруктов при хранении применяют различные химические и физические факторы воздействия [1-3]. Их использование преследует две главные цели: с одной стороны подавление патогенной поверхностной микрофлоры, приводящей к микробиологическим потерям урожая, а с другой - торможение физиологических процессов [4]. Такие приемы существенным образом повышают стоимость хранения собранного урожая, хотя и не позволяют комплексно решать все вышеназванные вопросы.

Еще в ХIX веке обнаружены дезинфицирующие и дезодорирующие свойства озона и сразу же были отмечены первые случаи его применения для стерилизации помещений и материалов медицинского назначения, обеззараживания воды и продуктов питания. Озон обладает исключительно высокой окислительной активностью и способен вступать в реакции практически со всеми органическими соединениями. Именно поэтому он отличается мощными бактерицидно-фунгицидными эффектами в отношении всех видов микроорганизмов и устраняет неприятные запахи. В настоящее время озонные технологии распространены во многих странах мира в самых разнообразных отраслях производства и здравоохранения: в химической промышленности и сельском хозяйстве, в пищевой индустрии и водоподготовке, для очистки воздушных выбросов и сточных вод, в перерабатывающей промышленности и медицине. Одним из перспективных подходов к решению комплексной проблемы сокращения потерь плодоовощной продукции при хранении является обработка закладываемого материала озоном (О₃).

В Республике Беларусь исследования биологического действия озона были начаты в конце 70-х годов прошлого столетия в ГНУ «Институт биофизики и клеточной инженерии НАН Беларуси» под руководством академика Конева С.В. Впервые авторами [5-7] были установлены молекулярно-мембранные механизмы действия О₃ на клетки микроорганизмов. Было обнаружено, что биологическая активность озона обусловлена, прежде всего, его взаимодействием с плазматической мембраной клетки, а не внутриклеточными структурами, другими словами, действие О₃ носит поверхностный, а не объемный характер. Важным оказался установленный в процессе фундаментального изучения биологической активности озона факт бифазного действия О₃ на клетки микроорганизмов [8].

Принципиально новым подходом к разработке озонной технологии хранения продуктов сельскохозяйственного производства явилось создание таких схем обработки плодов и овощей озоно-воздушной смесью, которые не только позволяют успешно подавлять патогенную микрофлору, обсеменяющую поверхностные структуры плодоовощных культур, но и влияют на метаболизм самой продукции [9,10].

Было установлено, что помимо снижения микробиологической обсемененности многократные кратковременные обработки плодов и овощей низкими дозами озона приводят к снижению их метаболизма и одновременному повышению механической прочности поверхностного слоя – кожицы (таблица 1).

Таблица 1 – Влияние различных режимов озонирования на механическую прочность кутикулярных покровных структур плодоовощной продукции

№ п/п	Вид продукции	Доза обработки, мг´мин/м^3	Режим озонирования	Время последей-ствия, дни	Механическая прочность, % к контролю
1	Виноград	300	1´30(мин) ´10 (мг´мин/м^3)	20	116 ± 9
2	Виноград	2400	1´120(мин) ´20 (мг´мин/м )	20	154 ± 12
3	Томаты	900	2´30(мин) ´15 (мг´мин/м^3)	14	109 ± 16
4	Томаты	6000	2´120(мин) ´25 (мг´мин/м^3)	14	215 ± 12

Важным аспектом работы оказалось исследование влияния озона на естественные защитные системы сельскохозяйственных культур, активность которых определяет устойчивость хранимого урожая к микробному поражению, т.е. его лежкоспособность. Особая важность усиления иммунологического барьера вытекает и из того факта, что независимо от способа и степени подавления поверхностной микрофлоры в условиях обычного хранения для ее восстановления на поверхности плодов и овощей достаточно 5 – 10 дней. В общем метаболизме плодоовощной продукции поверхностные кутикулярные структуры играют особую роль потому, что именно они являются местом синтеза биологически активных веществ – гликозидов, фенолов, альдегидов и др., противодействующих развитию инфекционных заболеваний. В этих же структурах локализованы и процессы биосинтеза более специфических соединений – фитоалексинов, т.е. веществ, токсичных для фитопатогенов, которые растительный организм вырабатывает в ответ на возникновение очага инфекции. Таким образом, эффективность иммунных реакций растений является важнейшим фактором, способствующим длительному хранению.

При проведении исследования состояния иммунных систем картофеля и моркови в течение более 100 суток хранения установлено, что у обоих корнеплодов собственный естественный фон защиты от фитопатогенов, например, рода Fusarium после их обработки даже низкими дозами озона повышался на 30-40%, а с ростом дозы О₃ амплитуда этого показателя существенно увеличивалась, причем эффект достигается на начальном этапе озонирования и сохраняется на значениях, существенно более высоких, чем в контроле, на протяжении всего периода наблюдения (таблицы 2 и 3).

Таблица 2 - Влияние режимов озонирования на состояние иммунных систем картофеля при полупроизводственном хранении

Вариант	Режим обработки	О3 мг/м^З	Число обрабо- ток	Суммарная доза, мг´мин/м^З	Ингибирование прорастания спор Fusarium avenacium, %
контроль				0	22
1	дробный	2,5	12	5400	35
2	разовый	9,5	6	10300	43
3	дробный	15,0	18	49000	43

Таблица 3 - Влияние режимов озонирования на состояние иммунных систем моркови при полупроизводственном хранении

Вариант	Режим обработки	О3 мг/м^З	Число обрабо-ток	Суммарная доза, мг´мин/м^З	Ингибирование прорастания спор, %
					Fusarium avenacium	Fusarium sambucinum
контроль				0	23	31
1	дробный	2,5	12	5400	32	47
2	разовый	9,5	6	10300	43	57
3	дробный	15,0	18	49000	50	60

В целом, комплекс фундаментальных исследований молекулярно-мембранных механизмов действия озона на микроорганизмы и плодоовощную продукцию позволил выяснить общие закономерности бактерицидно-фунгицидного действия озонированной атмосферы, понять причины различной чувствительности микрофлоры к О₃, и на этой основе разработать эффективную технологию хранения плодов и овощей путем обработки озоно-воздушной смесью, основные положения которой заключаются в следующем:

1. Действие озона носит бифазный характер: низкие дозы О₃ стимулируют рост и развитие микроорганизмов, высокие – оказывают бактерицидно-фунгицидное действие через повреждение плазматических мембран и нарушение ионного гомеостаза клеток.

2. Низкие дозы озона стимулируют прорастание высокорезистентных для любых химических и физических воздействий споровых форм грибов и превращают их в высокочувствительные вегетативные формы клеток.

3. Озон в разработанном масштабе доз взаимодействует только с поверхностными структурами клеток (в том числе и плодоовощной продукции) и не проникает в их объем.

4. Многократные кратковременные обработки различных видов продукции низкими дозами озона приводят к модификации структурно-функционального состояния кутикулярных образований плодов, вызывая:

¨появление газоселективных свойств покровных тканей;

¨снижение скорости испарения воды;

¨торможение метаболических процессов и уменьшение биоэнергетических потерь в результате «самосжигания» ценных питательных веществ.

5. Обработка корне- и клубнеплодов озоном в послеуборочный период приводит к длительному (месяцы) повышению активности их иммунной системы.

Таким образом, первостепенное значение в разработанной технологии хранения плодоовощной продукции путем озонирования имеет не абсолютная величина дозы О₃, а периодичность и кратность обработок. Кроме того, для успешного применения озонной технологии хранения выращенного урожая необходимо соблюдать рациональный температурно-влажностный режим.

С экономической и технологической точки зрения целесообразность применения озона не вызывает сомнений. Озон получают путем электросинтеза из кислорода воздуха в генераторах озона, которые размещаются в местах применения, что исключает транспортировку и хранение химических реагентов, связанных с соблюдением специальных мер безопасности. Среди основных достоинств О₃ – безотходность производства и использования за счет взаимопревращения кислород – озон – кислород, экологическая совместимость озона с окружающей средой. Кроме того, обладая мощным обеззараживающим эффектом в отношении микрофлоры, О₃ не вызывает привыкания у микроорганизмов.

В настоящее время озонные технологии широко используются за рубежом для дезинфекции хранилищ, тары и упаковки при хранении и транспортировке, в странах Западной Европы О₃ применяют в хранилищах лука, моркови, картофеля. Все чаще озон используют для дезинфекции овощей и фруктов предназначенных для непосредственного употребления или переработки, так как он быстро распадается до кислорода, не приводя к изменению вкуса и запаха или накоплению остаточных веществ.

Таким образом, разработана эффективная экологически безопасная озонная технология хранения плодоовощной продукции, которая может быть успешно использована в сельскохозяйственном производстве.

Литература:

1. Thompson A. K. Controlled Atmosphere Storage of Fruits and Vegetables //CAB International, 1998, 278 P.

2. Salunkhe D.K.,DesaiB.B. Postharvest Biotechnology of Vegetables //CRC Press, Inc. 2000. V. I.

3. Adamicki F., Czerko Z. Przechowalnictwo warzyw i ziemniaka //Panstwowe Wydawnictwo Rolnicze i Lesne, Poznan, 2002, 324 S.

4. Дементьева М.И., Выгонский М.И. Болезни плодов, овощей и картофеля при хранении //Агропромиздат, М., 1988, 231 С.

5. Матус В.К. Молекулярно-мембранные механизмы действия озона на клетки микроорганизмов. Дис. …д-ра биол. наук: 03.00.02. – Минск, 1990. 275 С.

6. Конеў С.В., Матус В.К. Бiялагiчная эффектыўнасць азонна-аэраiонных струменняў и праблема захавання сельскагаспадарчай прадукцыi //Весцi Акад. навук БССР. Сер. бiял. навук. 1982. № 6. С. 66-72.

7. Скоринко Е.В. Механизмы действия озона на дрожжевые грибы Candida utilis. Дис. канд. биол. наук. 03.00.02. – Минск. 2004. 141 С.

8. Разнонаправленное действие низких и высоких доз озона на репродуктивную способность и активность дыхания дрожжевых клеток Candida utilis /А.М.Мельникова, Г.В.Калер, Г.В.Бабич, С.Л.Романов, В.К.Матус, С.В.Конев //Журнал общей биологии. 1989. Т. 1, № 6. С. 815-818.

9. Selma M.V., Beltran D., Allende A., Chacon-Vera E., Gil M.I. Elimination by ozone of Shigella sonnei in shredded lettuce and water// Food Microbiology, 2007, V. 24 (5), P. 492-499.

10. S.B. Young, P. Setlow. Mechanisms of Bacillus subtilis spore resistance to and killing by aqueous ozone //Journal of Applied Microbiology, 2004, V. 96, P. 1133-1142.