Procesy fizjologiczne zwiazane z dojrzewaniem owocow, przechowalnictwo


Procesy fizjologiczne związane z dojrzewaniem owoców

Świeże owoce i warzywa zarówno w okresie wegetacji jak i po zbiorze są żywymi organizmami i podlegają procesom oraz przemianom charakterystycznym dla tego typu organizmów.

Jednym z najważniejszych procesów jest oddychanie.

Owoce i warzywa charakteryzujące się wysokim tempem oddychania zwykle wykazują potencjalnie krótszy okres przechowywania niż produkty o niskim tempie oddychania.

Najczęściej dla scharakteryzowania poszczególnych gatunków owoców i warzyw pod kątem intensywności oddychania podaje się tempo produkcji dwutlenku węgla w określonej temperaturze.

Procesy fizjologiczne związane z dojrzewaniem owoców

Oddychanie

Klasyfikacja wybranych produktów ogrodniczych pod względem intensywności oddychania

Klasa

Tempo produkcji C02 w temp. 5°C

[mg C02kg-1h-1]

Produkt

Bardzo niska

<5

orzechy, daktyle

Niska

5-10

jabłka, cytrusy, winogrona, kiwi, cebula

Średnia

10-20

morele, banany, wiśnie, brzoskwinie, nektaryny, gruszki, śliwki, figi, pomidor, sałata, kapusta, marchew

Wysoka

20-40

truskawki, maliny, awokado, kalafior

Bardzo wysoka

40-60

brukselka

Ekstremalnie wysoka

>60

szparagi, brokuły

Wg. Kader A.A., Kasmire R.F., Mitchel G.F., Reid M.S., Sommer N.F., Thompson J.F.1985. Postharvest Technology of Horticultural Crops. Special Publicaton 3311

Procesy fizjologiczne związane z dojrzewaniem owoców

Oddychanie - biochemia

Białka są hydrolizowane za pomocą enzymów proteolitycznych do aminokwasów, które z kolei po deaminacji są włączane jako substraty do cyklu oddechowego.

Procesy fizjologiczne związane z dojrzewaniem owoców

Oddychanie - Glikoliza

Powstający w wyniku glikolizy pirogronian jest substratem w dalszych reakcjach oddychania tlenowego, zachodzących w mitochondriach.

Procesy fizjologiczne związane z dojrzewaniem owoców

Oddychanie - Cykl Krebsa

Dwie cząsteczki pirogronianu, powstające w wyniku glikolizy jednej cząsteczki heksozy, ulegają w mitochondriach serii dziewięciu następujących po sobie enzymatycznych reakcji. W ich wyniku pirogronian rozkłada się na niskoenergetyczne końcowe produkty oddychania - dwutlenek węgla i wodę.

W cyklu Krebsa z każdej cząsteczki pirogronianu powstaje jedna cząsteczka FADH2 (zredukowana forma dinukleotydu flawinoadeninowego) i cztery cząsteczki NADH (zredukowana forma dinukleotydu nikotynoamidoadeninowego).

Procesy fizjologiczne związane z dojrzewaniem owoców

Oddychanie - system transportu elektronów

System transportu elektronów, zachodzący na membranach w mitochondriach obejmuje produkcję ATP z wysokoenergetycznych FADH2 i NADH.

Proces syntezy ATP (z udziałem ADP i nieorganicznego fosforanu) nazywamy fosforylacją oksydacyjną, a wiele enzymatycznych związków transportujących elektrony i protony wodoru nosi nazwę łańcucha oddechowego.

Procesy fizjologiczne związane z dojrzewaniem owoców

Oddychanie

Proces oddychania dostarcza nie tylko energii uwalnianej z utlenianych związków oraz magazynowanej w formie ATP, ale również jest źródłem wielu związków, które mogą być wykorzystywane przez roślinę do syntezy wielu substancji które pośrednio lub bezpośrednio wpływają na kształtowanie cech jakościowych owoców i warzyw.

Czynniki wpływające na intensywność oddychania

Na intensywność oddychania podczas okresu wegetacyjnego wpływa szereg czynników środowiskowych, tj. światło, stresy (chemiczne, wodne), regulatory wzrostu, porażenie przez patogeny oraz dojrzałość owoców.

Do najważniejszych czynników pozbiorczych wpływających na oddychanie należy zaliczyć: temperaturę, skład atmosfery przechowalniczej i mechaniczne uszkodzenia.

Czynniki wpływające na intensywność oddychania

Temperatura

Temperatura należy do najważniejszych czynników wpływających na trwałość pozbiorczą świeżych owoców i warzyw, ponieważ

bezpośrednio wpływa na szybkość reakcji biologicznych.

Zgodnie z regułą Van't Hoffa, przy każdorazowym wzroście temperatury o 10°C, szybkość reakcji chemicznych wzrasta 2-3

krotnie.

Współczynnik Van't Hoffa (Q10) w wyższej temperaturze jest zwykle niższy niż w niższej temperaturze i może przykładowo wynosić w zakresie 0-10°C od 2,5 do 4,0, a w zakresie 30-40°C tylko od 1,0 do 1,5 (wg Hardenburga i in).

W przypadku układów biologicznych reguła Van't Hoffa sprawdza się w zakresie temperatur gwarantujących aktywność fizjologiczną. Aktywność enzymów rośnie wraz ze wzrostem temperatury, jednakże po przekroczeniu temperatury krytycznej następuje denaturacja termiczna białek i ich aktywność gwałtownie spada.

Czynniki wpływające na intensywność oddychania

Temperatura

Zmiany szybkości oddychania [mg C02 kg1h*1] wybranych gatunków owoców

w zależności od temperatury.

Temperatura

o°c

4-5° C

10°C

15-16°C

20-21°C

25-27°C

Czereśnie

5

7,5

16

37,5

80,5

101,5

Brzoskwinie

4,5

12

-

35

30

-

Śliwki

2,5

6,5

9

12

22

49,5

Jabłka letnie

4,5

8

17

24,5

30,5

-

Jabłka jesienne

3

6

8,5

14,5

20

-

Czynniki wpływające na intensywność oddychania

Temperatura

Wzrost temperatury przyspiesza przebieg procesów metabolicznych w owocach. Wpływa to istotnie na ograniczenie ich trwałości przechowalniczej. Przyjmując, że relatywna trwałość przechowalnicza w 0°C wynosi 100, wzrost temperatury do 10°C powoduje ograniczenie relatywnej trwałości do ok. 30. Dalszy wzrost temperatury o 10°C powoduje niemal 90% ograniczenie relatywnej trwałości przechowywanego produktu (USDA Handbook 66).

W praktyce zakres zmian temperatury przechowywania nie powodujący uszkodzenia produktu ogrodniczego zależy od gatunku i odmiany.

Optymalna temperatura przechowywania maksymalnie ogranicza tempo procesów metabolicznych, ale nie powoduje uszkodzeń produktu.

Czynniki wpływające na intensywność oddychania

Skład atmosfery przechowalniczej

Dla prawidłowego przebiegu procesu oddychania potrzebny jest tlen. Przyjmując, że utlenieniu ulega jedna cząsteczka glukozy, reakcja przebiega według następującego równania:

6 C02 + 6H20 + 686 kcal/mol

Zgodnie z zasadami kinetyki chemicznej, obniżenie stężenia tlenu (substratu) i zwiększenie stężenia dwutlenku węgla (produktu) w atmosferze otaczającej owoc spowoduje przesunięcie równowagi reakcji w kierunku substratów, co będzie skutkowało obniżeniem intensywności oddychania.

Czynniki wpływające na intensywność oddychania

Skład atmosfery przechowaIniczej

Jak wynika z powyższych rozważań najsilniejsze ograniczenie tempa oddychania owoców (również ograniczenie procesów metabolicznych) następuje przy możliwie wysokim stężeniu dwutlenku węgla i niskim stężeniu tlenu w atmosferze otaczającej owoce.

Bezpieczny zakres stężeń dwutlenku węgla i tlenu w atmosferze przechowalniczej zależy od gatunku i odmiany. Przykładowo dla jabłek stężenie tlenu może wahać się praktycznie od 1% do 21%, a stężenie dwutlenku węgla od 0% do 5%.

Przekroczenie bezpiecznego zakresu stężeń, zarówno w górę jak i w dół, może być przyczyną uszkodzeń owoców.

Czynniki wpływające na intensywność oddychania

Dojrzałość

Intensywność oddychania zależy przede wszystkim od rodzaju rośliny, organu i tkanki oraz ich wieku. Różnice pomiędzy wybranymi gatunkami zostały przedstawione na wstępie prezentacji. Z reguły tempo oddychania organów i tkanek młodszych jest wyższe niż starszych. Najczęściej owoce i warzywa przeznaczane do przechowywania zbierane są przed osiągnięciem pełnej dojrzałości, a co za tym idzie ich intensywność oddychania nadal pozostaje na wysokim poziomie.

Czynniki wpływające na intensywność oddychania

Dojrzałość

Podział owoców i warzyw ze względu na charakter dojrzewania.


NIEKLIMAKTERYCZNE

czereśnie

borówki

pomarańcze

truskawki

ogórki

wiśnie

winogrona

ananas

papryka

cytryny

KLIMAKTERYCZNE

jabłka

brzoskwinie

śliwki

awokado

figi

mango

gruszki

nektary

pomidory

banany

morele

kiwi


Powyższa klasyfikacja owoców i warzyw pozwala na przewidywanie zmian cech jakościowych i dojrzewania produktów ogrodniczych w czasie przechowywania.

Czynniki wpływające na intensywność oddychania

Dojrzałość

Niekiedy zdarza się, że charakter dojrzewania niektórych owoców (kiwi, gruszki azjatyckie) lub warzywa (ogórek) może zmieniać się z klimakterycznego na nieklimakteryczny lub odwrotnie.

Wystąpienie klimakteryki wskazuje na osiąganie pełnej dojrzałości owoców lub warzyw i jest stymulowane przez pojawiający się etylen.

Etylen stymuluje oddychanie tkanek roślinnych. Pojawienie się klimakterycznego wzrostu etylenu wprowadza owoc w nieodwracalny proces dojrzewania. Produkcja etylenu katalizowana jest przez wytwarzany etylen (proces autokatalityczny).

Przebieg zmian intensywności oddychania, produkcji etylenu, wzrostu owoców oraz potencjalnej długości okresu przechowywania przedstawia następujący wykres.

Dojrzewanie owoców klimakterycznych

Znajomość procesów przedstawionych na wykresie pozwala na określanie optymalnego terminu zbioru ; owoców klimakterycznych przeznaczanych do f długotrwałego przechowywania

Wyznaczenie optymalnego pod względem fizjologicznym terminu zbioru owoców klimakterycznych polega na znalezieniu wskaźników, które pozwoliłyby przeprowadzić zbiór, gdy owoce pozostają w minimum klimakterycznym.

Zbyt wczesny zbiór sprzyja wystąpieniu chorób fizjologicznych i powoduje, że owoce są nie w pełni ukształtowane.

Zbyt późny zbiór znacznie ogranicza potencjalną długość okresu przechowywania nawet w optymalnych warunkach dla danego gatunku i odmiany.

Wpływ etylenu na dojrzewanie owoców

Etylen jest hormonem roślinnym i uczestniczy w regulacji wielu procesów wzrostu i rozwoju roślin. Szlaki sygnalizacyjne tego hormonu aktywuje pięć receptorów, zlokalizowanych w błonach siateczki śródplazmatycznej.

Etylen jest węglowodorem nienasyconym o wzorze CH2=CH2. Jest on gazem bezbarwnym o charakterystycznym zapachu (praktycznie bezzapachowy w stężeniach na poziomie działania hormonalnego).

Występuje powszechnie w przyrodzie

Jest aktywny biologicznie w bardzo niskich stężeniach (ppm lub PPb)

Wpływ etylenu na dojrzewanie owoców

Klasyfikacja wybranych produktów ogrodniczych pod względem produkcji etylenu

Klasa

Tempo produkcji C^H4 w temp. 20°C

[mg C2H4 kg*1h'1]

Produkt

Bardzo niska

<0,1

Szparagi, kalafior, wiśnia, owoce cytrusowe, winogrona, truskawki, warzywa liściowe, korzeniowe, ziemniaki, większość ciętych kwiatów

Niska

0

1

o

Jeżyny, borówki, melony, żurawina, ogórki, maliny, oliwki, daktyle, ananas,

Średnia

1,0-10,0

Banany, figi, mango, pomidory

Wysoka

10,0-100,0

Jabłka, morele, awokado, kiwi (dojrzałe), nektaryny, papaja, brzoskwinie, gruszki, śliwki

Bardzo wysoka

>100

Owoce pasiflory

wg. Kader A.A., Kasmire R.F., Mitchel G.F., Reid M.S., Sommer N.F., Thompson J.F.1985. Postharvest Technology of Horticultural Crops.

Wpływ etylenu na dojrzewanie owoców

W tkankach wegetatywnych, w owocach nieklimakterycznych i w niedojrzałych (przed osiągnięciem minimum klimakterycznego) owocach klimakterycznych zawartość etylenu w atmosferze otaczającej owoce hamuje jego syntezę w owocach.

W dojrzałych owocach klimakterycznych (po osiągnięciu wzrostu klimakterycznego) etylen katalizuje swoją syntezę. Proces ten nosi nazwę autokatalicznej produkcji etylenu.

Po rozpoczęciu klimakterycznej produkcji etylenu następuje również klimakteryczny wzrost tempa oddychania. Procesy te prowadzą do szybkiego dojrzewania i przejrzewania owoców. Raz rozpoczętego procesu dojrzewania owoców klimakterycznych nie można zatrzymać, a regulację tempa dojrzewania owoców prowadzi się zwykle opóźniając wejście owoców w fazę klimakteryki.

Szlak metaboliczny etylenu

Rośliny produkują etylen z aminokwasu metioniny (M) poprzez S-adenozylometioninę (SAM) i kwas 1- aminocyklopropano-1-karboksylowy (ACC). Proces ten katalizowany jest przez szereg enzymów z których kluczową rolę odgrywają syntaza ACC i oksydaza ACC.

Synteza etylenu zachodzi w obecności tlenu a jednym produktów reakcji jest dwutlenek węgla.

Zgodnie z zasadami kinetyki chemicznej, zmieniając stężenie tlenu i dwutlenku węgla można regulować szybkość biosyntezy etylenu etylenu. Spadek stężenia tlenu i wzrost dwutlenku węgla hamuje syntezę tego hormonu.

Stymulujacy wpływ etylenu

Przełamanie dominacji wierzchołkowej

Inkubacyjny wpływ etylenu

Podziały i wzrost wydłużeniowy komórek

Wpływ etylenu na dojrzewanie owoców

W zależności od rodzaju produktu ogrodniczego i stadium jego dojrzałości, działanie etylenu może być zarówno korzystne jak i szkodliwe.

W przypadku działania szkodliwego należy dążyć do ograniczenia dostępu etylenu do wrażliwego produktu ogrodniczego.

Istotnym źródłem etylenu są dojrzewające owoce.

Czynniki wpływające na ograniczenie produkcji etylenu przez owoce

W celu zabezpieczenia wrażliwych na etylen produktów ogrodniczych przed jego szkodliwym działaniem należy:

oddzielać produkty o wysokiej produkcji etylenu od wrażliwych na jego działanie

Czynniki wpływające na ograniczenie produkcji etylenu przez owoce

W celu zabezpieczenia wrażliwych na etylen produktów ogrodniczych przed jego szkodliwym działaniem należy:

hamować syntezę etylenu poprzez utrzymywania niskiego stężenia tlenu i wysokiego dwutlenku węgla w atmosferze przechowalniczej i/lub stosowanie inhibitorów jego biosyntezy (np. aminoetoksywinyloglicyny - AVG, która jest inhibitorem syntazy ACC)

Czynniki wpływające na ograniczenie wrażliwości owoców na etylen

W celu ograniczenia wrażliwości owoców na etylen należy:

wykorzystywać odmiany o zablokowanej recepcji etylenu metodami inżynierii genetycznej

Znaczenie procesu oddychania w przechowalnictwie

Poza wspomnianym wcześniej bezpośrednim związkiem pomiędzy intensywnością oddychania a potencjalną trwałością produktów ogrodniczych podczas przechowywania, oddychanie pełni istotną rolę w następujących procesach:

Istotne znaczenie ma również możliwość oceny zachodzących procesów na podstawie współczynnika oddechowego RQ.

Znaczenie procesu oddychania w przechowalnictwie

Jak już wcześniej wspomniano, w procesie oddychania wykorzystywane są różnego rodzaju substraty. Ich utrata może bezpośrednio wpływać na jakość produktu. Może to znaleźć odzwierciedlenie np. w zmianie smaku lub utracie suchej substancji.

Syntetyzowanie nowych związków jest szczególnie ważne w przypadku produktów ogrodniczych, które do przechowywania zbierane są nim osiągną pełne walory konsumpcyjne. Dotyczy to między innymi pomidorów i bananów oraz kwiatów ciętych.

Znaczenie procesu oddychania w przechowalnictwie

Znajomość wielkości produkcji energii cieplnej podczas procesów oddychania jest bardzo istotna, ponieważ musi zostać uwzględniona w bilansie cieplnym komory przechowalniczej.

W obliczeniach bilansu cieplnego dla komory przechowalniczej przyjmuje się, że dobowa produkcja ciepła przez tonę owoców wynosi 61,2 kcal na każdy 1 mg C02 wydzielony przez kilogram produktu w ciągu godziny.

Współczynnik oddechowy RQ obliczany jest jako stosunek wydzielonego w procesie oddychania C02 do zużytego w tym procesie 02. Ilość C02 i 02 może być wyrażona w molach lub objętościowo.

Znaczenie procesu oddychania w przechowalnictwie

Współczynnik oddechowy w zależności od wykorzystywanego w procesie oddechowym substratu może przyjmować wartości od około 0,7 do ponad 1.

Jeżeli substratem jest glukoza, to zgodnie z równaniem

C6Hi206 + 602

RQ= 6C02/602, czyli 1

Jeżeli substratem są związki bogate w tlen, np kwasy organiczne, to dla kwasu jabłkowego mamy

C4H6O5 + 302

RQ= 4C02/302, czyli 1,35

Jeżeli substratem są związki tłuszczowe (uboższe w tlen, bogatsze w wodór i węgiel) to np. dla kwasu stearynowego otrzymamy

^18^36^2 + 2602

RQ= 18C02/2602, czyli 0,69

Metody pomiaru tempa oddychania i produkcji etylenu

Pomiar tempa oddychania i produkcji etylenu można mierzyć w sposób dynamiczny lub statyczny.

W obu przypadkach produkt zostaje zamknięty w szczelnym pojemniku. W systemie dynamicznym przez pojemnik przepływa powietrze lub inna mieszanina gazów ze stałą znaną szybkością. Pomiar tempa oddychania i produkcji etylenu polega na porównaniu stężenia obu mierzonych gazów na wejściu i wyjściu z pojemnika przy uwzględnieniu szybkości przepływu gazu i masy produktu.

W systemie statycznym zamyka się owoc w szczelnym pojemniku i po określonym czasie pobiera się próbkę gazu znad owocu. Znając czas akumulacji, masę próbki i objętość naczynia oblicza się tempo produkcji etylenu i dwutlenku węgla.

Procesy fizjologiczne związane z dojrzewaniem owoców

Oddychanie

Klasa

Tempo produkcji C02 w temp. 5°C

[mg C02kg1h-1]

Produkt

Bardzo niska

<5

orzechy, daktyle

Niska

5-10

jabłka, cytrusy, winogrona, kiwi, cebula

Średnia

10-20

morele, banany, wiśnie, brzoskwinie, nektaryny, gruszki, śliwki, figi, pomidor, sałata, kapusta, marchew

Wysoka

20-40

truskawki, maliny, awokado, kalafior

Bardzo wysoka

40-60

brukselka

Ekstremalnie wysoka

>60

szparagi, brokuły

Klasyfikacja wybranych produktów ogrodniczych pod względem intensywności oddychania



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Regulacja Procesów Fizjologicznych
Socjologia dla stosunków miedzynarodowych, Procesy społeczne związane z kształtowaniem stosunków mię
BIOLOGIA KOMÓRKA I PROCESY Z NIĄ ZWIĄZANE(1) 2
Oddziaływanie dwutlenku węgla, siarkowodoru, amoniaku i tlenku węgla na procesy fizjologiczne organi
[SPR]BIOLOGIA KOMÓRKA I PROCESY Z NIĄ ZWIĄZANE(1) 2
Bruce D Perry W jaki sposób mózg przechowuje i przywołuje stany fizjologiczne, uczucia, zachowania
Bruce D Perry W jaki sposób mózg przechowuje i przywołuje stany fizjologiczne, uczucia, zachowania i
metabolizm, Metabolizm ogół procesów fizycznych i chemicznych związanych z wytwarzaniem energii:
Proces skrawania i zjawiska z nim związane wyklad3
FIZJOLOGIA PROCESÓW TRAWIENIA
Operacje i procesy związane z przetwarzaniem żywności 1
ANATOMICZNE I FIZJOLOGICZNE PODSTAWY PROCESÓW ZAPAMIĘTYWANIA
prezentacja Fizjologiczne i psychologiczne podstawy procesu pisania
Diagnostyka fizjologiczna w procesie fizjoterapii
PRZECHOWYWANIE OWOCÓW, Sznufek
Egzamin fizjologia roślin drz, Ściąga, Omów przebieg zjawisk zachodzących w komórce oraz jej otoczen
Inwestycje zagraniczne, Z procesem wchodzenia nowych podmiotów na rynek jest związane pojęcie bezpoś

więcej podobnych podstron