ТЕМА НОМЕРА Особенности химического состава корнеплодов

Оперативная информация
Вестник сахарников Украины
ТЕМА НОМЕРА
Особенности химического состава корнеплодов
и их изменения во время хранения
Борисюк П.Г.- первый заместитель председателя правления НАСУ «Укрцукор»
Средний химический
состав
корнеплодов
сахарной свеклы можно
охарактеризовать такими
данными:
сахароза
(С12Н22О11)
является
основной
составляющей
частью
сухих веществ сахарной
свеклы. Содержимое ее в
свежесобранных
корнеплодах чаще всего
колеблется в пределах 16 20%.
Известно, что в разных
частях
корнеплода
содержится
неодинаковое
количество сахара. Это объясняется неодинаковыми
физиологическими функциями, которые выполняют
разные группы клеток корня. В вертикальном
направлении
максимальное
количество
сахара
содержится в средней части корнеплода (18 - 19%) и
особенно на границе корня и шейки (19 - 20%).
Меньше сахара в головке (14 - 15%) и хвостике свеклы
(15%). В горизонтальном направлении (поперечное
сечение) меньше всего сахара в центре корня и частях,
которые прилегают к покровным тканям.
Кроме сахарозы, в сахарной свекле есть
моносахара — глюкоза и фруктоза. В свежих здоровых
корнеплодах количество их составляет 0,04 - 0,1%, а
при неблагоприятных условиях хранения корнеплодов
содержимое моносахаров может увеличиваться за счет уменьшения содержимого
сахарозы.
наша страница в Интернете: http://sugarua.com
2
№ 11 (102) ноябрь 2014
Оперативная информация
Вестник сахарников Украины
Под действием ферментов и органических кислот сахароза в водных растворах
гидролизуется и расщепляется на глюкозу и фруктозу. Этот процесс называют
инверсией, а создаваемый продукт - инвертным сахаром. При производстве сахара
повышенное содержимое этих веществ в свеклах нежелательно, потому что это
затрудняет кристаллизацию сахарозы и вызывает ее потери в патоке.
Протоплазма - полупроницаемая перегородка, которая
А пропускает воду из клетки растворенные в соке вещества.
Ц Основное сопротивление проникновению веществ в клетку и
Б
выхода из нее создают мембраны, которые окружают
В цитоплазму и включенные у нее органеллы. Поэтому скорость
диффузии вещества у живой растительной ткани на несколько
порядков ниже, чем в чистых жидкостях. Чтобы разрушить
мембраны и облегчить экстракцию сахарозы из клеток
свекольной ткани, ее нагревают до температуры денатурации
Г белков (выше 60°С). При таких условиях белок протоплазмы
свертывает и в оболочке клетки приоткрываются поры, которые
обеспечивают экстрагирование сахарозы и других раскрытых
веществ из вакуоли клетки в окружающую среду.
Распределение сахарозы и несахаров в корнеплодах
неравномерно и зависит от сорта свеклы и условий их роста. В
табл. 1 показано приблизительное содержимое сахарозы и
Д несахаров в отдельных частях корнеплода, а на рис. 1 обозначение частей корнеплода.
Мал. 1 Отдельные
части корнеплода
сахарной свеклы
Для анализа взятая средняя проба корнеплодов
сахаристостью 14,35% с 18 разных свеклосеющих зон.
Таблица 1
Части
Масса
Чистота
корнеплода части, свекольного
(см. рис. 1)
%
сока, %
Состав компонентов в отдельных частях
корнеплода. % к их общей концентрации в
корнеплоде
сахароза
инертный
«вредный»
калий натрий
сахар
азот
А
7,25
65,7
3,54
51,7
13,7
28,6
5,9
Б
5,34
82,3
4,46
5,3
5,4
5,5
11,7
В
11,5
88,2
11,47
2,8
8,8
8,6
8,6
Г
69,1
89,1
74,12
34,2
63,6
52,1
60
Д
6,81
83,5
6,43
6,0
8,4
4,8
4,8
Как видно из табл. 1, Значительная часть несахаров находится в ростовой почке
(головка А), а основная масса сахарозы - собственно в корне и шейке (Г, В). В спелой
здоровой свекле масса головки (А, Б) и хвостика (Д) не превышает 20% общей массы.
В нашем примере эта величина составляет 19,4%.
наша страница в Интернете: http://sugarua.com
3
№ 11 (102) ноябрь 2014
Оперативная информация
Вестник сахарников Украины
Памятка: неверное регулирование рабочих органов комбайна приводит
к потерям в производстве сахара на сахарном заводе.
Рис. 2 Оптимизация среза головки и отламывание хвостовой части корнеплода
наша страница в Интернете: http://sugarua.com
4
№ 11 (102) ноябрь 2014
Оперативная информация
Вестник сахарников Украины
Правильный срез головки и отламывание хвостовой части корнеплода сахарной
свеклы обеспечивает увеличение выхода сахара в заводе. 6-9% срезанной массы
сахарной свеклы уменьшает затраты при них перевозке и при переработке на
сахарном заводе.
На смену количества инвертного сахара существенным образом влияют условия
хранения корнеплодов. Высокая температура, поражение микроорганизмами,
замораживание и следующее размораживание, резкое изменение температуры в
кагатах содействуют накоплению инвертного сахара.
Половина всех нерастворимых веществ (мякоти), или 2,4 – 2,5% от массы
корнеплода, приходится на пектиновые вещества. Сравнительно с целлюлозой
(клетчаткой) и гемицеллюлозой это менее стойкие компоненты мякоти. Они
соединяются с целлюлозой, образовывая так называемый протопектин. При
нагревании, а также в растворе кислоты или луга он расщепляется на нерастворимую
целлюлозу и растворимый в воде гидратопектин.
В свекольном производстве пектиновые вещества гидролизуются с
образованием галактуроновой кислоты, метилового спирта и других веществ.
Пектины свеклы очень чувствительны к действию лугов. Галактуроновая кислота,
которую получают при гидролизе, образовывает с Са(ВОН)2 «желейный» осадок,
который затрудняет фильтрование свекольного сока. Пектин набухает в воде и
увеличивает вязкость растворов, затрудняя диффузию сока.
Особенно нежелательные явления наблюдаются при переработке свеклы,
пораженной грибковыми заболеваниями. В этом случае ферменты, которые
выделяются микроорганизмами, гидролизуют протопектин, увеличивая количество
растворимого пектина. При переработке подгнившей свеклы в процессе диффузии
выделяется значительное количество пектиновых веществ, которые переходят в сок,
который резко снижает его качество. Кроме того, наличие их в соке приводит к
закупориванию щелей фильтров, которые затрудняют фильтрацию.
Содержимое азотистых органических веществ в сахарной свекле составляет 1,1
— 1,2% (азотистые вещества сока и азотистые вещества мякоти). Среди них
преобладают белки (около 0,7%). При нагревании сока белки коагулируют и большей
частью удаляются. В состав небелковых азотистых веществ входят амиды и
аммиачные соединения (0,15%), аминокислоты (0,2%), бетаин (0,15%) и др.
В свеклосахарном производстве часть азотистых веществ (аминокислоты и
органические основы, преимущественно бетаин) считаются вредными. От этих форм
азотистых веществ в процессе производства сахара сок освободить невозможно,
поэтому они проходят вместе с сахаром к последним фазам технологического
процесса, попадаются в патоку и увеличивают потери сахара. Общее количество
вредных азотистых соединений представляет в корнеплодах около 0,4%.
Таблица 2.
Влияние α-аминного азота на доброкачественность клеточного сока
Зона
свеклосеяния
Винницкая обл.
Сахаристость, %
α-аминный
азот,
%
Доброкачественность,
%
17,02
0,058
84,57
наша страница в Интернете: http://sugarua.com
5
№ 11 (102) ноябрь 2014
Оперативная информация
Вестник сахарников Украины
15,12
0,013
89,48
12,06
0,038
85,53
17,66
0,028
90,42
18,28
0,012
92,05
13,32
0,029
86,92
16,38
0,061
87,33
13,66
0,058
77,62
Ровенская обл.
19,32
0,014
92,30
Тернопольская
обл.
16,46
0,038
89,17
Харьковская обл.
17,50
0,015
92,27
Черкасская обл.
15.74
0,023
91,88
Черниговская
обл.
16,03
0,042
87,14
13,97
0,063
84,14
Киевская обл.
Полтавская обл.
Содержимое вредного азота в соке может значительно меняться в зависимости от
условий вегетации и хранение сахарной свеклы. Так, в условиях засушливого климата
это содержимое увеличивается, снижая качество сока. Чрезмерное удобрение
азотными удобрениями при недостатке фосфорного питания создает условия для
более интенсивного накопления в корнеплодах вредного азота. В поврежденных и
пораженных микроорганизмами свеклах содержимое его резко возрастает.
Таблица 3.
Зависимость выхода сахара от состава несахаров в свекле
Содержимое,
Ммоль\100г свеклы
“K”Калия
“Na”Натрия
α-аминного
азота,
Ммоль на
100г свеклы
15,74
3,95
3,21
4,13
11,02
15,74
1,5
1,66
1,63
12,08
(+1,06)
16,63
4,04
2,16
1,38
12,67
16,63
3,13
1,89
0,92
13,05
(+0,38)
Сахаристость
свеклы, %
наша страница в Интернете: http://sugarua.com
6
Выход
сахара, %
№ 11 (102) ноябрь 2014
Оперативная информация
Вестник сахарников Украины
Особенно резкие изменения в составе азотистых веществ наблюдаются в
замороженных, а потом оттаявших свеклах. В этом случае количество белкового
азота уменьшается на 40 - 50% от начальной и соответственно увеличивается
содержимое вредного при долгосрочном хранении корнеплодов.
После сбора и во время хранения в корнеплодах сахарной свеклы продолжаются
жизненные процессы. Так, после обособления листков во время собирания
пластические вещества пополняются. Вместе с тем процессы распада сахара в корне
не прекращаются и под влиянием новых условий резко усиливаются. Вместо
беспрерывного поступления воды к корню, наблюдаются ее потери, которые
вызывают подвяливание свеклы. Это, в свою очередь, приводит к усилению дыхания,
а следовательно, к увеличению потерь сахара. Вследствие выпаривания влаги
нарушается тургор корнеплодов. Прямым следствием потери воды есть коагуляция
коллоидов, то есть разрушение структуры протоплазмы, при этих обстоятельствах
снижается иммунитет корнеплодов к бактериальным заболеваниям и усиливается
гидролитична деятельность ферментов.
Продолжительное увядание может привести к необратимым процессам в клетках
и их отмирание (табл. 4). Потеря влаги корнями зависят от температуры внешнего
воздуха, его относительной влажности, качества укрытия, степени зрелости, размера
корнеплодов.
Таблица 4
Влияние степени подвяливания свеклы на изменение их качества, %
После 60 дней хранения
Степень подвяливания
количество корнеплодов,
потери сахара
пораженных гнилью
Свежие
1,25
Привяленные на, %:
7
3,43
37,2
13
6,14
55,1
17
7,13
65,8
Среди процессов, которые происходят в корнеплодах свеклы во время хранения,
исключительно важная роль как по биологическому значению, так и за размером
потерь сахара, которые вызваны ими, принадлежит дыханию. Под действием
фермента инвертазы сахароза распадается на глюкозу и фруктозу, диссимиляция
которых происходит по общеизвестному уравнению аэробного или анаэробного
дыхания. Интенсивность дыхания зависит преимущественно от температуры, состава
газового среды в кагате, степени увядания или подмораживания, механических
повреждений корнеплодов и др.
При повышении температуры свеклы, которая хранится, на 10°С потери сахара
на дыхание увеличиваются в 2,5-3,0 раза. По данным проф. П.М. Силина,
среднесуточные потери сахара на дыхание корнеплодов в зависимости от
температуры представляли:
Температура, °С
0
3
5
7
10
12
Потери сахара, % 0,0061
0,007
0,0079
0,0093
0,0130
0,0192
При продолжительном хранении корнеплодов сахарной свеклы потери сахара
вследствие дыхания значительные. Так, при среднесуточной потере сахара 0,012% за
наша страница в Интернете: http://sugarua.com
7
№ 11 (102) ноябрь 2014
Оперативная информация
Вестник сахарников Украины
период хранения теряется 1,8% сахара относительно массы свеклы, то есть
приблизительно 10% всего сахара, который содержится в корнеплодах.
Интенсивность дыхания механически поврежденных корнеплодов повышается в
2-3 раза сравнительно со здоровыми. Академики О.И. Опарин и О.И. Купленская
установили, что в разрезанных корнях количество высвобожденного СО 2 на 1 кг
свеклы за час в первое время повышается с 35 до 50 мг, а в следующую — до 70 мг.
Подвяление корнеплодов также приводит к усилению дыхания, а следовательно, и к
дополнительным потерям сахара. Есть данные о том, что среднесуточная потеря
сахара на дыхание у дряблой свеклы почти в 4 раза больше, чем в свежей.
Вследствие деятельности разных микроорганизмов в корнеплодах сахарной
свеклы происходят процессы, которые также приводят к значительным потерям
сахара. На выкопанных корнеплодах довольно много микроорганизмов (грибки,
бактерии), которые за благоприятных для них развития условий становятся причиной
разных заболеваний.
Грибковые и бактериальные заболевания чаще наблюдаются в механически
поврежденных, подвяленных или оттаявших после замерзания корнеплодов.
Здоровые, свежие корни хорошо хранятся и почти не подвергаются поражению
микроорганизмами.
Грибковые заболевания свеклы чаще наблюдаются осенью. Этому содействует
высокая
влажность
воздуха
при
довольно высокой его температуре.
Бактериальная
микрофлора
наиболее активно развивается в
весенний
период,
когда
сопротивляемость свеклы после
продолжительного
хранения
слабеет. Одним из наиболее
активных и распространенных
возбудителей кагатной гнили во
время хранения свеклы есть гриб
Botrytis
cinerea.
Опасным
возбудителем этого заболевания
есть также гриб Phoma betae.
Для того чтобы предотвратить развитие микробиологических процессов, а
следовательно, снизить потери сахара при хранении сахарной свеклы, нужно: а)
сохранить корнеплоды от механических повреждений (ранений и битье) и увядание;
б) предотвращать замораживание и быстрое размораживание свеклы; в) обеспечивать
оптимальную температуру хранения (1-3°С); своевременно удалять теплоту, которая
нагромождается в процессе дыхания корнеплодов, проветриванием или активным
вентилированием; г) удалять чрезмерную поверхностную влажную с массы свеклы; д)
создавать щелочную реакцию среды обработкой корнеплодов известью; е)
старательно сортировать свеклу для удаления пораженных или поврежденных с
массы здоровых корнеплодов, которые закладываются на продолжительное хранение;
ё) удалять разные примеси (ботву, сорняки и т.п.); ж) свеклу, которую закладывают на
продолжительное хранение укрывать неткаными материалами.
Во время написания статьи были использованы разные источники информации.
наша страница в Интернете: http://sugarua.com
8
№ 11 (102) ноябрь 2014