Определение интенсивности дыхания плодов и овощей и расчет

ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет»
Кафедра технологии хранения и переработки
растениеводческой продукции
Методические указания
к лабораторной работе на тему:
«Определение интенсивности дыхания плодов и овощей
и расчет их тепловыделения»
для студентов, обучающихся по специальности 110 305.65
«Технология производства и переработки
сельскохозяйственной продукции»,
и по направлению подготовки 260 100.62 (бакалавры)
«Продукты питания из растительного сырья»
Краснодар, 2012
2
Методические указания одобрены методической комиссией
факультета перерабатывающих технологий,
протокол №2 от «17» октября 2012г.
Методические указания разработаны
доцентом кафедры С. И. Митраковой
Рецензент – профессор, д.т.н. Л.В. Донченко
3
СОДЕРЖАНИЕ
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ..........................................................................................................................4
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.........................................................................................4
3. МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ ................................................................................6
4. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ...................................................................................................9
ЛИТЕРАТУРА ...............................................................................................................................9
4
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Цель работы – определить интенсивность дыхания и рассчитать интенсивность тепловыделений плодоовощной продукции.
В результате проведенной работы студенты овладевают методикой определения интенсивности дыхания (ИД) и приобретают умения определять ИД и
рассчитывать тепловыделения продукции.
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Значение дыхания. Хранящиеся плоды, овощи, картофель - живые организмы. В основе их жизнедеятельности во время хранения лежит процесс дыхания. За счет него образуются пластические вещества, энергия для синтеза и
передвижения веществ, связанных с дифференциацией почек, созреванием семян и околоплодника, защитными реакциями. При дыхании выделяется тепло,
определяющее условия, складывающиеся в штабелях, и технологию охлаждения и размещения продукта при хранении.
Виды дыхания. Различают аэробное и анаэробное дыхание.
Аэробное дыхание происходит с участием кислорода воздуха:
С12Н12О6+6О2
6СО2+6Н2О+2817,3 кДж
Образование энергии без кислорода или анаэробное дыхание протекает в
соответствии с уравнением:
С6Н12О6
2С2Н5ОН+2СО2+117,6 кДж
Анаэробное дыхание возможно не только при полном отсутствии кислорода. Диапазон, в котором аэробное и анаэробное дыхание протекают одновременно, определяется сортовыми, породными, видовыми особенностями объектов хранения.
Продукты анаэробного дыхания – этиловый спирт, уксусный альдегид,
уксусная и молочная кислоты приводят к физиологическим расстройствам (потемнения, пятна, некрозы).
Субстраты дыхания. На дыхание используются сахара, органические
кислоты, жиры, дубильные вещества. Белки в качестве источников энергии играют подчиненную роль, но участвуют как составная часть ферментов и цитоплазмы прямо или косвенно в дыхании.
Дыхательный коэффициент. Показателем, характеризующим развитие
анаэробных процессов, может служить, наряду с присутствием недоокисленных
продуктов, дыхательный коэффициент (ДК), показывающий отношение при
дыхании объемов СО2 и О2. Если ДК=1 – на дыхание расходуются гексозы и
оно протекает до конца. При расходе на дыхание кислот ДК>1, то же наблюдается при недостатке кислорода.
Интенсивность дыхания. Дыхание характеризуется интенсивностью
(ИД), которая определяется выделением СО2 и поглощением О2.
По данным Л.В. Метлицкого 1кг моркови за 1ч поглощает 16,1мг О2 и
выделяет 17,3 мг СО2, а 1кг картофеля за то же время - соответственно 9,4 и
5
10,1 мг. Еще меньше ИД у лимонов: 1кг лимонов поглощает 3,3 мг О2 и выделяет 4,4 мг СО2. Интенсивность дыхания у разных сортов различна: ИД яблок
сорта Кальвиль на 15 % ниже, чем у сорта Бойкен, на 20 % выше, чем у сорта
Ренет Симиренко.
Отдельные ткани одного и того же органа дышат по-разному. Например,
у плодов цитрусовых ткани кожуры дышат в 8-10 раз интенсивнее, чем ткани
мякоти.
Интенсивность дыхания зависит от различных факторов. У плодов и
овощей наиболее интенсивное дыхание отличается в первые дни после уборки,
что связано с реакцией отделения от материнского растения. Клубни картофеля
дышат интенсивнее после уборки, затем интенсивность этого процесса падает
(период физиологического покоя) и к весне вновь возрастает. У некоторых плодов (яблони, груши, сливы, персики, абрикосы, бананы, томаты, апельсины) наблюдается резкий подъем интенсивности дыхания в начале фазы дряхления
(старения), так называемый климактерический подъем дыхания, после чего интенсивность дыхания вновь понижается.
Интенсивность дыхания при раневых реакциях, внедрении микроорганизмов у плодов и овощей возрастает.
На интенсивность дыхания оказывает влияние температура. Она приближенно подчиняется правилу Вант-Гоффа, согласно которому скорость химических и ферментативных реакций при повышении или понижении температуры на 10 0С усиливается или ослабевает в 2-3 раза. Эта закономерность в
большинстве случаев соблюдается в биологически важном диапазоне температур от 0 до 300 С.
Однако такая подчиненность соблюдается не всегда. Опыты, описанные
Л.В. Метлицким, показывают, что при повышении температуры от 0 до 100С
интенсивность дыхания апельсинов возросла в 5 раз, а от 5 до 150С – в 2 раза.
Картофель при температуре 00С дышит более интенсивно, чем при температуре
100С. Минимальная интенсивность дыхания у картофеля при температуре 5оС
(данные В.Г.Сперанского, А.Н. Белорецкий, Д.И. Жуковского). Колебания температуры при хранении чаще усиливают интенсивность дыхания.
Влажность воздуха косвенно влияет на интенсивность дыхания. Пониженная влажность при хранении приводит к увяданию заложенной продукции,
к потерям клетками тургора, увеличению интенсивности дыхания.
Существенно влияет на интенсивность дыхания состав газовой среды.
Снижение содержания кислорода и увеличение содержания углекислого газа до
определенных величин подавляют интенсивность дыхания плодов и овощей.
Снижение интенсивности дыхания за счет создания оптимальных температурных, влажностных условий, оптимального состава газовой среды позволяет снизить расход питательных веществ на дыхание, замедлить процессы
дозревания, старения, прорастания, увеличить сроки хранения. Интенсивность
дыхания учитывают также при расчете скрубберов, газообменных диффузоров
в хранилище с РГС, подборе полиэтиленовых упаковок при хранении в МГС.
Интенсивность дыхания и тепловыделения. С интенсивностью дыхания
связана интенсивность тепловыделений продукции. Последние определяют
6
возможную емкость штабеля продукции, при которой не происходит её самосогревание. По величине тепловыделения рассчитывают необходимую холодопроизводительность холодильных установок, интенсивность вентиляции хранилищ без охлаждения.
3. МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
3.1. Изучить методики определения интенсивности дыхания.
Первый способ. Определенное количество овощей или плодов помещают
под опрокинутый стеклянный сосуд с широкими пришлифованными краями на
низкую деревянную подставку (рисунок 1а).
Рисунок 1 – установки для определения интенсивности выделения
СО2 плодами и овощами
Мелкие экземпляры укладывают в сетке. Навеска продукции зависит от
вместимости сосуда и обычно не превышает 0,3-0,5 кг на 1л. Сосуд, края которого смазывают вазелиновым маслом, устанавливают на стекле, в центре которого имеется отверстие для резиновой пробки диаметром 3-4см. Через пробку
пропущены две стеклянные трубки. Одна из них связана резиновой трубкой с
поглотителями, наполненными 10-20 % раствором гидроксида натрия или калия. Через эту систему в сосуд с навеской продукции поступает наружный воздух, который освобождается в поглотителях от СО2. Наружный воздух по резиновой трубке выводится в верхнюю часть сосуда, над пробой. Другая трубка
связана с двумя-тремя поглотителями, наполненными определенным объемом
(обычно по 50мл) титрованного 0,1н раствора гидроксида бария (баритовой воды). Через эту систему проходит воздух из сосуда и в ней поглощается весь
СО2, выделенный продукцией. Отсасывание «отработанного воздуха» происходит из нижней части сосуда, так как СО2 тяжелее воздуха и собирается в нижнем слое. Воздух через всю установку просасывается водяным аспиратором.
Перед началом работы проверяют герметичность всей системы: наполняют поглотители водой и просасывают воздух. При герметичности установки во всех
поглотителях одновременно и равномерно происходит пробулькивание воздуха.
На такой установке проводят определения при длительных экспозициях
до нескольких суток: ежесуточно необходимо просасывать через сосуд такое
количество воздуха, чтобы обеспечить 4-6 кратную его смену. Просасывание
7
проводят обычно два раза в сутки, утром и вечером. Благодаря просасыванию
состав воздуха в сосуде с пробой остается одинаковым с атмосферным воздухом, поэтому и возможны длительные экспозиции опытов. По окончании опыта
баритовую воду из всех поглотителей сливают вместе и быстро титруют 0,1н
раствором HCl в присутствии индикатора фенолфталеина до отчетливого порозовения. Одновременно проводят титрование баритовой воды из поглотителей
контрольного опыта, т.е. без пробы продукции.
Количество 0,1н раствора гидроксида бария в мл, связанного углекислым
газом (V), который выделили овощи или плоды, определяется по равенству:
V = V1T1 – V2T2 ,
где V1 – общее количество гидроксида бария, внесенное в поглотители перед
опытом, мл;
Т1 – поправка к титру 0,1н. раствора гидроксида бария, внесенного в поглотители;
V2 – количество раствора 0,1н. НС1, пошедшее на титрование контрольного опыта, мл;
Т2 – поправка к титру 0,1н. раствора НС1.
Пример. В одном из опытов получилось V1=150мл, Т1=1,01, V2=25,
Т2=0,89. Отсюда V=150х1,01-25х0,89=129,25мл.
Из уравнения реакции связывания углекислого газа
Ва (ОН)2+СО2=ВаСО3+Н2О следует, что на ½ М гидроксида бария, растворенного в 1 л и равного половине молекулярной массы, идет ½ М СО2, т.е.
22г. на 1 л 0,1н. раствора гидроксида бария пойдет 2,2 г, а на 1мл 0,1н. раствора-2,2 мг СО2.
Поэтому в вышеприведенном примере 129,25 мл 0,1н. раствора гидроксида бария связали 129,25 х 2,2=284,35 мг СО2. Если учесть, что для опыта
был взят кочан капусты весом 2,5 кг, а экспозиция была равна 12 ч, то интенсивность выделения СО2 составит:
284,35
0
= 9 ,5 мг СО2 на 1 кг за 1 ч (опыт проводился при 5 С).
2 ,5 х12
Второй способ применим для кратковременных опытов, от нескольких
часов до суток, поскольку воздух в объеме, в который помещается проба, не
заменяется.
Установка представляет собой эксикатор, в крышке которого имеется
отверстие для пробки. Пробу овощей или плодов помещают на решетку в верхней части эксикатора (рисунок 1б). Величину пробы подбирают так, чтобы
овощи и плоды занимали примерно половину объема эксикатора. В нижнюю
его часть наливают 50-100 мл 0,1н. раствора гидроксида бария (для поглощения
выделяемого продукцией СО2) с добавлением 2-3 капель индикатора фенолфталеина. Раствор Ва (ОН)2 вводят после загрузки пробы продукции (при закрытой
крышке эксикатора) по стеклянной трубке, пропущенной через пробку почти до
дна. На наружном конце трубки с помощью резинового шланга укреплена во-
8
ронка. Титрование баритовой воды 0,1н. раствором НС1 после окончания опыта проводят из бюретки на 50 мл, пропущенной через пробку в крышке эксикатора. Крышку эксикатора при этом не снимают. Расчет количества выделенного
СО2 такой же, как в первом способе.
Третий способ (присосок) проверен на кафедре технологии хранения и
переработки плодов и овощей ТСХА, состоит в следующем. К уложенному на
специальную подставку или подвешенному клубню, корнеплоду, кочану, плоду
снизу пластилином прикрепляют стеклянные цилиндрические сосуды диаметром 2-2,5 см, высотой 3-4 см (рисунок 1в). В сосуды предварительно вносят 3-5
мл 0,1 н. раствора барита. После 2-5 часовой экспозиции «присоски» снимают и
баритовую воду быстро титруют 0,1 н. раствором НС1. Расчет выделенного
СО2 делают так же, как и в первом способе. Но относят количество СО2 не на
1кг, а на поверхность экземпляра продукции, ограниченную «присоской»
(1см2). Как показала проверка, при кратковременных экспозициях, определенном навыке и быстроте в работе, большом числе повторностей (не менее 4)
способ «присосок» вполне пригоден для сравнительного изучения интенсивности выделения СО2 различными видами и сортами овощей и плодов.
3.2. Изучить методику расчета интенсивности тепловыделений.
Если процесс дыхания идет с достаточным притоком кислорода и на него расходуются в основном сахара (углеводы), то упрощенно процесс может
быть выражен уравнением:
С6Н12О6 +О2
6Н2О+6СО2+2817,3 кДж
Поскольку молекулярная масса СО2 равна 44, то по уравнению процесса
дыхания получим: 44х6=264 г СО2. Следовательно, на 264 г СО2 выделится
2817,3 кДж тепла. Исходя, из этого соотношения можно вычислить интенсивность тепловыделения хранящейся продукции.
Пример. Интенсивность выделения СО2 капустой равна 10 мг/кг в час. В
расчете на 1т капусты в сутки выделится 0,240 г СО2. Отсюда тепловыделение
равно (для условий опыта):0,24 х 10,66 = 2,56 кДж/кг. сут.
Однако процесс дыхания значительно сложнее, чем это получается по
общему уравнению. На дыхание, кроме сахаров, могут расходоваться другие
вещества, например, органические кислоты, жиры, а при недостатке кислорода
может происходить анаэробное дыхание. Часть тепла, выделяемого при дыхании, расходуется на испарение воды. Интенсивность выделения СО2 сильно повышается у механически поврежденных экземпляров, при поражении их фитопатогенными микроорганизмами. Кроме того, сами микроорганизмы, развивающиеся на продукции, выделяют СО2. Все это осложняет картину и должно
быть учтено в опытах. Тем не менее, приведенный метод достоверен и вполне
приемлем для сравнительных исследований.
3.3. Получить у преподавателя индивидуальное задание; определить интенсивность дыхания по СО2; рассчитать интенсивность тепловыделений.
3.4. Записать результаты определения интенсивностей дыхания и тепловыделений в тетради и на доске в виде таблицы:
Виды овощей, плодов
Интенсивность дыха-
Интенсивность тепло-
9
ния, мг/кг
выделений, к Дж/кг, ч
Дать сравнительную оценку.
3.5. Оформить отчет по теме. Содержание отчета. Цель, задачи исследования, ответы на контрольные вопросы, результаты работы.
4. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какое значение имеет дыхание при хранении плодоовощной продукции?
2. Какие факторы и как влияют на интенсивность дыхания?
3. Какое значение имеет знание величин интенсивности дыхания объектов
хранения?
4. Какое значение имеет знание величин интенсивности тепловыделений
объектов хранения?
5. Каковы методики определения интенсивности дыхания плодоовощной
продукции?
6. Как рассчитать интенсивность тепловыделений плодов, овощей, картофеля?
ЛИТЕРАТУРА
1. Метлицкий Л.В. Основы биохимии плодов и овощей.- М.: Экономика,1976.-348с.
2. Трисвятский Л.А., Лесик Б.В., Кудрина В.Н. хранение и технология сельскохозяйственных продуктов. – М.: Колос,1983.-383с.
3. Хранение плодов /пер. с нем. И. М. Спичкина под ред. и предисл.
А.М.Ульянова/ – М.: Колос,1984.-367с.
4. Широков Е.П. Технология хранения и переработки плодов и овощей с основами стандартизации.- М.:Агропромиздат,1988.-319с.
5. Широков Е.П. Практикум по технологии хранения и переработки плодов
и овощей. – М.: Агропромиздат,1985.-310с.
10