Кинетика ферментативных реакций осенних сортов яблок при холодильном хранении с применением трековых мембран

Обложка

журнал Холодильная техника № 6_2020

Фирмы-партнеры

testo

Содержание

Д-­р техн. наук В.С. Колодязная, kvs_holod@mail.ru; В.А. Костюк, k_vasilina1996@mail.ru

Университет ИТМО, Санкт-­Петербург

Приведены результаты исследования влияния пониженной концентрации кислорода и повышенной концентрации диоксида углерода при холодильном хранении яблок осенних сортов на активность терминальных оксидаз, принимающих участие в регулировании физиолого­биохимических процессов на заключительных этапах окисления субстратов дыхания.

Цель исследования – изучить изменение активности терминальных оксидаз в зависимости от продолжительности холодильного хранения яблок осенних сортов в газовой среде с пониженной концентрацией кислорода и повышенной – диоксида углерода, создаваемой биологическим методом с применением газоселективных трековых мембран.

Объекты исследования – яблоки осенних сортов Грушовка Юдичева, Кордоновка и Пепин Шафранный, выращенные по общепринятой технологии в коллекционном саду Павловской опытной станции ВНИИР им. Н.И. Вавилова.

Для создания газовой среды в процессе хранения осенних сортов яблок использована новая композиционная мембрана, состоящая из подложки на основе трековых мембран (ТМ) из полиэтилентерефталата (ПЭТФ) и селективного слоя на основе кремнийорганического блок­сополимера (диаметр пор 0,2 мкм, селективность 5,0). Мембрана разработана в лабораториях Физико­технического института им. А.Ф. Иоффе и НИИСК им. С. В. Лебедева.

Показано, что в процессе хранения яблок осенних сортов изменение активности терминальных оксидаз зависит от сорта яблок, продолжительности хранения, газового состава и типа ферментов.

Выявлены кинетические зависимости изменения активности ферментов фенолоксидазы, пероксидазы и каталазы от продолжительности хранения осенних сортов яблок Кордоновка, Грушовка Юдичева и Пепин Шафранный в обычной (ОА) и контролируемой атмосфере (КА).

Получены уравнения регрессии, характеризующие эти зависимости. Определены константы скорости реакций инактивации исследуемых ферментов в процессе хранения яблок осенних сортов в ОА и КА.

Установлено, что при хранении яблок в КА с пониженной концентрацией кислорода (до 5,2±0,1%) и повышенной – диоксида углерода (до 3,6±0,1%) активность ферментов фенолоксидазы, пероксидазы и каталазы снижается. Константы скорости реакции инактивации ферментов уменьшаются в 1,15–1,77 раза в зависимости от сорта и типа ферментов. Показано, что при адаптации яблок к низкой положительной температуре и измененному газовому составу терминальные оксидазы выполняют регуляторные функции.

Ключевые слова: контролируемая атмосфера (КА), газоселективная трековая мембрана (ГСТМ), яблоки, холодильное хранение, терминальные оксидазы, ферментативные реакции, кинетика.

Kinetics of enzymatic reactions in autumn apple varieties at cold storage using track membranes

Dr.Sc. V.S. Kolodyaznaya, V.A. Kostuk

ITMO University, St. Petersburg

The article gives the results of a study of the influence of an oxygen reduced concentration and a carbon dioxide increased concentration at cold storage of apples of autumn variety on the activity of terminal oxydases, involved in the regulation of physiological and biochemical processes at the final stages of oxidation of respiration substrates.

The aim of the research is to study the change of the activity of terminal oxidases depending on the cold storage duration in the gaseous atmosphere with reduced oxygen concentration and increased carbon dioxide concentration formed by a biological method using gas selective track membranes.

The test subjects were the apples of autumn varieties Grushovka Yudicheva, Kordonovka and Pepin Shafranny, grown according to the generally accepted technology in the garden of collection trees of the Pavlovskaya experimental station of the N.I. Vavilov VNIIR.

To form a gaseous atmosphere during the storage of autumn variety apples a new composite membrane was used, it consisted of a substrate based on the polyethylene terephthalate (PET) track membranes (TM) and a selective layer based on the organosilicon block copolymer (pore diameter 0,2 µm, selectivity 5,0).

This membrane was developed in laboratories of the A.F. Ioffe Physical­Technical Institute and S.V. Lebedev NIISK.

It was shown that during storage the change of the terminal oxidase activity depended on the apple variety, storage duration, gas composition and enzyme type.

The kinetic dependences of changes in the activity of phenol oxidase, peroxidase, and catalyse enzymes on the storage duration of autumn apple varieties Grushovka Yudicheva, Kordonovka and Pepin Shafranny in the normal atmosphere (NA) and controlled atmosphere (CA) were revealed.

The regression equations characterizing these dependences were obtained. The velocity constants of inactivation reactions of the enzymes studied during storage of autumn varieties in NA and CA were determined.

It was established that the activity of the enzymes of phenol oxidase, peroxidase, and catalyse decreased when storing apples in CA with reduced oxygen concentration (up to 5,2±0,1%) and with increased carbon dioxide concentration (up to 3,6±0,1%) decreased. The velocity constants of enzyme inactivation reactions decreased 1,15–1,77 times depending on the variety and enzyme type. It was shown that when the apples adapted to the positive low temperature and the modified gas composition, then the terminal oxidases performed the regulatory function.

Keywords: controlled atmosphere (CA), gas selective track membrane (GSTM), apples, cold storage, terminal oxidases, enzymatic reactions, kinetics.

В почвенно-­климатических условиях Северо-­Западного региона РФ, в том числе в Ленинградской области, выращиваются различные осенние сорта яблок. Большинство их высокоурожайны, но не пригодны для длительного хранения. В настоящее время существуют различные методы консервирования плодов, чаще всего используется высокотемпературная обработка, при которой значительно уменьшается содержание биологически активных веществ [1].

Эффективность длительного хранения свежих плодов, снижение их потерь от фито-патологических и физиологических заболеваний зависят от многих факторов, важнейшими из которых являются сортовые особенности, агротехника выращивания, температурно­влажностный режим, физико-­химические и биологические средства защиты [1, 2, 4].

Перспективным является применение низких положительных температур в сочетании с пониженной концентрацией кислорода и повышенной концентрацией диоксида углерода для сохранения качества и увеличения продолжительности хранения плодов и овощей [2, 4, 5]. В настоящее время для хранения плодов в контролируемой атмосфере предложены мембраны различных типов, изготовленные из полимерных и тканевых материалов. Они отличаются газопроницаемостью, адгезионными свойствами, прочностью и эксплуатационными характеристиками [4].

Однако при обосновании технологических параметров хранения плодов и овощей как живых систем следует иметь в виду, что процесс обмена веществ в растительной клетке представляет совокупность сопряженных, взаимозависимых биохимических и физико-­химических реакций, скорость которых зависит от изменяющихся условий окружающей среды. При изменении внешних условий сеть биохимических реакций переходит из одного стационарного состояния в другое, что обеспечивается системами регулирования путем изменения кинетических параметров реакций, взаимного согласования всех констант скоростей биохимических реакций и констант переноса веществ через клеточные мембраны. Важнейшими системами регулирования скорости окислительно-­восстановительных реакций, протекающих в растительной клетке при хранении плодов, являются ферменты, и прежде всего пиридиновые и флавиновые дегидрогеназы, цитохромоксидазы и другие оксидазы. Участие определенных ферментов в регуляторных механизмах и их активность зависят от воздействия внешних факторов и позволяют плодам адаптироваться к неблагоприятным факторам окружающей среды. Следует отметить, что в окислительно­восстановительных реакциях, протекающих в растительной клетке в условиях пониженных температур и измененной газовой среды, определяющее значение имеет активность терминальных оксидаз, принимающих участие на заключительных этапах окисления субстратов дыхания и влияющих на направленность физиолого­ биохимических процессов.

В настоящее время отсутствует информация о влиянии низкой положительной температуры, пониженной концентрации кислорода и повышенной – диоксида углерода на активность терминальных оксидаз при хранении яблок осенних сортов.

Цель исследования – изучить изменение активности терминальных оксидаз в зависимости от продолжительности холодильного хранения яблок осенних сортов в газовой среде с пониженной концентрацией кислорода и повышенной – диоксида углерода, создаваемых биологическим методом с применением газоселективных трековых мембран.

Список литературы

  1. Бабакин Б.С., Бабакин С.Б., Воронин М.И. Энерго­сберегающие холодильные технологии транспортировки, хранения и дозаривания фруктов. – М.: «ДеЛи плюс», 2013. 190 с.
  2. Базарнова Ю.Г. Методы исследования свойств сырья и пищевых продуктов – СПб: Университет ИТМО. – 2012. – 76 с.
  3. Ибраев А.М. и др. Холодильная технология пищевой промышленности: учеб. пособие. – Казань: КГТУ, 2012. – 124 с.
  4. Кипрушкина Е.И., Колодязная В.С., Чеботарь В.К. Экономически безопасные методы в интегрированной защите и сохранении растительной продукции // Пищевая промышленность. 2013. № 2. С. 4–7.
  5. Коидов Ш.М. Влияние контролируемой атмосферы на физиолого­биохимические процессы и показатели качества плодов при холодильном хранении / В.С. Колодязная, М.М. Данина, Ш.М. Коидов // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Процессы и аппараты пищевых производств». 2015. № 2. С. 53–60.
  6. Колодязная В.С., Коидов Ш.М. Кинетика реакций окисления субстратов дыхания столовых сортов винограда при холодильном хранении с применением трековых мембран // Вестник Международной академии холода. 2015. № 1. С. 29–31.
  7. Основы создания модифицированной газовой среды для хранения цветочной продукции (часть 2) [Электронный ресурс]. URL: http://www.valleyflora.ru/osnovy­sozdaniya­sredy­2/html (дата обращения 03.03.2015).

References

  1. Babakin B.S., Babakin S.B., Voronin M.I. Energy saving refrigerating technologies in fruits transportation, storage and afterripening. – M.: “DeLi plus”, 2013. 190 p.
  2. Bazarnova Yu.G. Methods of investigation of raw material and foods properties – SPb: ITMO University. – 2012. – 76 p.
  3. Ibraev A.M. et al. Refrigeration technology in food industry: manual. – Kazan: KGTU, 2012. – 124 p.
  4. Kiprushkina E.I., Kolodyaznaya V.S., Chebotar V.K. Economically safe methods in the integrated protection and preservation of vegetable products // Pischevaya promyshlennost. 2013. № 2. P. 4–7.
  5. Koidov Sh.M. Effect of the controlled atmosphere on physiological and biochemical processes and quality indices of fruits at cold storage / V.S. Kolodyaznaya, M.M. Danina, Sh.M. Koidov // Scientific journal NIU ITMO. Series “Processes and apparatuses of food factories”. 2015. № 2. P. 53–60.
  6. Kolodyaznay V.S., Koidov Sh.M. Kinetics of oxidation reactions of respiration substrates of table grapes at cold storage using track membranes //Vestnik of the International Academy of Refrigeration. 2015. № 1. P. 29–31.
  7. Basics for formation of a modified gas atmosphere for flower produce storage (part 2) [Electronic resource]. URL: http://www.valleyflora.ru/osnovy­sozdaniya­sredy­2/html (access date 03.03.2015).