Влияние различных факторов на хранение свеклы
26-05-2017, 01:10
При хранении свеклы значительная часть сахара теряется в результате дыхания, увядания, прорастания, жизнедеятельности микроорганизмов и грибов. Способствуют этому наличие примесей (земли, зеленой массы), подмораживание и многочисленные механические повреждения корнеплодов.
Дыхание. При хранении неповрежденных, с правильно обрезанной головкой корнеплодов в оптимальных условиях потери сахарозы происходят в основном в результате дыхания, и величина их незначительна. Но в процессе хранения поврежденных корнеплодов, содержащих много зеленой массы, земли и других примесей, процессы дыхания усиливаются и потери сахарозы резко возрастают.
По современным представлениям дыхание растительного организма — это система последовательных окислительно-восстановительных реакций, в результате которых происходят преобразование и реализация химической энергии органических веществ, используемых как субстрат дыхания. Биологическое значение дыхания состоит в том, что энергия, накопленная в растениях в процессе синтеза, высвобождается и используется в процессах, из которых складывается жизнь. Основным материалом для дыхания растительных организмов служат углеводы, но в этом процессе могут участвовать также кислоты, жиры, азотсодержащие вещества. Все процессы при дыхании определяются и регулируются действием ферментов.
Различают два вида дыхания: обычное аэробное (кислородное), когда реакция протекает при избытке кислорода, а в качестве конечного акцептора водорода используется молекулярный кислород, и анаэробное, вызываемое недостатком кислорода, старением, повреждением растительных тканей и отравлением дыхательных ферментов.
Баланс химических превращений углеводов при аэробном дыхании происходит по схемам:
Если процесс аэробного дыхания протекает в соответствии со вторым уравнением, то дыхательный коэффициент, представляющий собой отношение объемов выделившегося диоксида углерода и поглощенного кислорода, будет равен единице. На каждый 1 моль гексозы (C6H12О6), израсходованной на дыхание, выделяется 2872 кДж тепла, а каждому 1 мг СО2, выделившегося при дыхании, соответствует 10,6 кДж тепла.
При большем, чем предусмотрено схемой, потреблении кислорода, например на окисление жирных кислот в процессе превращения жира в сахар и на образование органических кислот, когда дополнительно расходуется некоторое количество кислорода, дыхательный коэффициент будет меньше единицы. При обратном процессе, когда часть потребляемого кислорода заимствуется непосредственно из углеводов, величина дыхательного коэффициента превышает единицу.
Наиболее важным показателем процесса, характеризующим потери углеводов, является интенсивность дыхания сырья — количество выделяемого в единицу времени диоксида углерода (или поглощаемого кислорода) на единицу сухого вещества (СВ), например 1 мл СО2 на 1 г СВ за 24 ч или 1 мл СО2 на 1 кг свеклы за 1 ч.
Выделяемые при дыхании влага и тепло, если их не удалять, являются причиной усиления дыхания и самосогревания сырья.
Анаэробное дыхание (анаэробиоз) протекает в соответствии с суммарным уравнением спиртового брожения.
В этой реакции на каждый 1 моль гексозы, израсходованной на дыхание, выделяется в 12 раз меньше тепла и в 3 раза меньше диоксида углерода, чем при аэробном дыхании. Поэтому при анаэробном дыхании, чтобы обеспечить себя необходимой энергией, корнеплоды свеклы должны расходовать гораздо больше сахара, чем при аэробном дыхании.
Анаэробное дыхание наблюдается обычно при недостатке кислорода в воздухе, заполняющем межкорнеплодное пространство в кагатах, в результате накопления СО2.
При хорошем доступе кислорода к корнеплодам в кагате обеспечивается более эффективное аэробное дыхание и снижается расход углеводов на анаэробное дыхание.
На интенсивность дыхания корнеплодов свеклы влияют: температура и влажность окружающей среды, размеры корнеплодов и их удельная площадь поверхности, степень спелости, физическое состояние корнеплодов, наличие повреждений и балластных примесей, химический состав корнеплода, высота среза головки и другие факторы.
Например, свежеубранная свекла дышит в 2—3 раза интенсивнее, чем уже хранившаяся, у которой жизненные процессы постепенно затухают. Стабильность в дыхании наступает примерно через 2—3 недели.
Весной дыхание корнеплодов становится интенсивнее. У крупных корнеплодов свеклы с меньшей удельной площадью поверхности и у корнеплодов с нормальным срезом головки интенсивность дыхания меньше, чем у мелких и с высоким срезом головки. Спелые корнеплоды дышат менее интенсивно, чем недоспелые. При развитии микрофлоры интенсивность дыхания сильно возрастает.
Отдельные части корнеплода (массой по 1 кг) при дыхании в течение 1 ч выделяют разное количество диоксида углерода (в мл): головка 45, шейка 38, собственно корень 22, хвостик 25. Один грамм выделившегося при дыхании свеклы диоксида углерода эквивалентен потере 0,648 г сахарозы.
С увеличением температуры интенсивность дыхания корнеплодов, а следовательно, и потери сахарозы резко увеличиваются. Ниже приведены среднесуточные потери сахарозы на дыхание в зависимости от температуры в кагате.
Минимальные потерн сахарозы на дыхание достигаются, когда свекла хранится при температуре 1—2 °С.
Увядание. При хранении свеклы в кагатах без укрытия, особенно в теплое время года, происходит значительная потеря влаги корнеплодами (3—7 %) — свекла увядает. Это способствует резкому увеличению потерь углеводов на дыхание, что связано с нарушением стабильного состояния ферментов в свекле и активизацией их деятельности. Например, активность инвертазы в вялых корнеплодах, потерявших 15 % влаги, увеличивается в 5—6 раз по сравнению со свежими корнеплодами. Чем выше степень увядания корнеплодов, укладываемых на хранение, тем больше потери сахарозы и ниже доброкачественность свекловичного сока в свекле после хранения.
Прорастание. На потери углеводов при хранении свеклы отрицательно влияет прорастание (выход корнеплода из состояния покоя), характеризующееся отношением массы ростков к массе всей свеклы в образце.
Чем выше интенсивность прорастания, тем больше при хранении потерн сахарозы в свекле.
В кагатах корнеплоды прорастают неравномерно: в верхней части прорастаемость в 2 раза больше, чем на боковых сторонах, и в 4 раза больше, чем в нижней части. В проросшей свекле резко снижается концентрация щелочных металлов.
Свекла, убранная комбайнами, без доочистки особенно склонна к прорастанию. Интенсивнее прорастают корнеплоды в невентилируемых кагатах и в первую очередь те, на которых остались ростовые почки. Недоспелая свекла прорастает быстрее, чем спелая.
Лучшим способом борьбы с прорастанием являются удаление верхушки головки корнеплода при уборке и обработка корнеплодов перед укладкой в кагаты 1 %-ным раствором натриевой соли гидразида малеиновой кислоты или раствором сульфита натрия. Интенсивность прорастания корнеплодов при этом снижается в 1,5—2 раза.
Действие микроорганизмов. При соблюдении оптимальной температуры и относительной влажности воздуха в кагатах здоровые корнеплоды свеклы хорошо сопротивляются развитию микроорганизмов и болезнетворных зародышей (обладают естественным иммунитетом), так как здоровые живые клетки выделяют особые антитела, угнетающие микроорганизмы. В первую очередь микроорганизмы развиваются на отмерших клетках (на поврежденных, подмороженных и увядших участках корнеплодов), затем поражаются живые, но ослабленные клетки. Поэтому одним из главных условий предохранения сырья от порчи является его целостность, а также защита от подмораживания и увядания.
При небольших нарушениях поверхности корнеплодов клетки паренхимной ткани образуют вещества, подавляющие жизнедеятельность микроорганизмов. При этом на месте повреждения в результате отложения в оболочке растительных клеток очень стойкого химического вещества — суберина — образуется раневая ткань, т. е. происходит опробковение поврежденной ткани. Этот процесс называется еще суберинизацией. Повреждения растительных тканей свеклы лучше заживляются при повышенной температуре и влажности окружающей среды.
Для подавления развития микрофлоры корнеплоды перед укладкой в кагаты обрабатывают 0,3 %-ным раствором пирокатехина или гидрохинона (3—4 л на 1 т свеклы).
Следует иметь в виду, что обработка кагатов известковым молоком способствует угнетению грибов, но жизнедеятельность бактерий в щелочной среде, наоборот, усиливается.
Загрязненность свеклы землей, зеленой массой и механические повреждения. При уборке сахарной свеклы с ручной доочисткой загрязненность корнеплодов не превышает 3 %, а ботва удаляется полностью вместе с верхушкой головки. При полной механизированной уборке общая загрязненность корнеплодов составляет 8—14 %, а иногда доходит до 20 %.
Свободные примеси легко отделяются от корнеплодов при их перегрузке и укладке в кагаты, а связанные с корнеплодом примеси, попадая в кагаты, ухудшают приток кислорода воздуха, создавая тем самым благоприятные условия для анаэробного дыхания свеклы.
Наличие зеленой массы способствует повышению температуры внутри кагата, так как дышит она интенсивнее корнеплодов. Это часто является причиной образования очагов микробиологического заражения. О наличии в кагате пораженных участков можно судить по повышению температуры вблизи датчиков температуры или по появлению на поверхности кагата мокрых пятен и выделению водяных паров.
При появлении очага заболевания в кагате пораженные корнеплоды выбирают и отправляют на переработку. Вместо выбранных закладывают здоровые корнеплоды. Поверхность кагата тщательно выравнивают и укрывают.
Зеленая масса содержит много растворимых несахаров. Наличие, например, в перерабатываемой свекле 1 % зеленой массы приводит к снижению доброкачественности диффузионного сока на 0,4—0,5 % и повышению содержания сахарозы в мелассе на 0,2 %.
Корнеплоды с механическими повреждениями плохо хранятся (табл. 3).
Подмораживание корнеплодов. Подмороженная свекла непригодна для хранения, так как при оттаивании она быстро загнивает и плохо перерабатывается. В свеклосеющих районах первые заморозки часто начинаются в начале октября, в период массовой уборки. В это время часть выкопанных, но не-вывезенных корнеплодов еще лежит в поле в валках, в неукрытых кучах и подвергается подмораживанию. Когда масса вымороженной воды в тканях свеклы достигает критической величины (45%), происходит разрушение протоплазмы и повреждение клеточных стенок.
Температура замерзания свекловичной ткани зависит как от содержания в ней сухих веществ, так и от того, когда свекла выкопана. Например, при содержании в свекле 20—23 % сухих веществ температура замерзания корнеплода составляет минус 2,2—2,5 °С, а при 27—30 % сухих веществ — минус 3,0—3,3 °С. В тканях свежевыкопанной свеклы температура замерзания небольшая— минус 1,2—2,0 °С, а после непродолжительного хранения, когда корнеплоды приспособятся к новым условиям, температура замерзания повышается до минус 2,5—3,0 °С.
Свекла охлаждается довольно быстро. При температуре минус 6 °С за 2 ч промерзает около 1/3 массы корнеплода и в лед превращается до 60 % воды.
Для предохранения выкопанной сахарной свеклы от подмораживания рекомендуется строго выдерживать график копки и вывозки ее на приемные пункты, а выкопанную, но не вывезенную в тот же день с полей свеклу укрывать сухой землей или ботвой.
Дыхание. При хранении неповрежденных, с правильно обрезанной головкой корнеплодов в оптимальных условиях потери сахарозы происходят в основном в результате дыхания, и величина их незначительна. Но в процессе хранения поврежденных корнеплодов, содержащих много зеленой массы, земли и других примесей, процессы дыхания усиливаются и потери сахарозы резко возрастают.
По современным представлениям дыхание растительного организма — это система последовательных окислительно-восстановительных реакций, в результате которых происходят преобразование и реализация химической энергии органических веществ, используемых как субстрат дыхания. Биологическое значение дыхания состоит в том, что энергия, накопленная в растениях в процессе синтеза, высвобождается и используется в процессах, из которых складывается жизнь. Основным материалом для дыхания растительных организмов служат углеводы, но в этом процессе могут участвовать также кислоты, жиры, азотсодержащие вещества. Все процессы при дыхании определяются и регулируются действием ферментов.
Различают два вида дыхания: обычное аэробное (кислородное), когда реакция протекает при избытке кислорода, а в качестве конечного акцептора водорода используется молекулярный кислород, и анаэробное, вызываемое недостатком кислорода, старением, повреждением растительных тканей и отравлением дыхательных ферментов.
Баланс химических превращений углеводов при аэробном дыхании происходит по схемам:
Если процесс аэробного дыхания протекает в соответствии со вторым уравнением, то дыхательный коэффициент, представляющий собой отношение объемов выделившегося диоксида углерода и поглощенного кислорода, будет равен единице. На каждый 1 моль гексозы (C6H12О6), израсходованной на дыхание, выделяется 2872 кДж тепла, а каждому 1 мг СО2, выделившегося при дыхании, соответствует 10,6 кДж тепла.
При большем, чем предусмотрено схемой, потреблении кислорода, например на окисление жирных кислот в процессе превращения жира в сахар и на образование органических кислот, когда дополнительно расходуется некоторое количество кислорода, дыхательный коэффициент будет меньше единицы. При обратном процессе, когда часть потребляемого кислорода заимствуется непосредственно из углеводов, величина дыхательного коэффициента превышает единицу.
Наиболее важным показателем процесса, характеризующим потери углеводов, является интенсивность дыхания сырья — количество выделяемого в единицу времени диоксида углерода (или поглощаемого кислорода) на единицу сухого вещества (СВ), например 1 мл СО2 на 1 г СВ за 24 ч или 1 мл СО2 на 1 кг свеклы за 1 ч.
Выделяемые при дыхании влага и тепло, если их не удалять, являются причиной усиления дыхания и самосогревания сырья.
Анаэробное дыхание (анаэробиоз) протекает в соответствии с суммарным уравнением спиртового брожения.
В этой реакции на каждый 1 моль гексозы, израсходованной на дыхание, выделяется в 12 раз меньше тепла и в 3 раза меньше диоксида углерода, чем при аэробном дыхании. Поэтому при анаэробном дыхании, чтобы обеспечить себя необходимой энергией, корнеплоды свеклы должны расходовать гораздо больше сахара, чем при аэробном дыхании.
Анаэробное дыхание наблюдается обычно при недостатке кислорода в воздухе, заполняющем межкорнеплодное пространство в кагатах, в результате накопления СО2.
При хорошем доступе кислорода к корнеплодам в кагате обеспечивается более эффективное аэробное дыхание и снижается расход углеводов на анаэробное дыхание.
На интенсивность дыхания корнеплодов свеклы влияют: температура и влажность окружающей среды, размеры корнеплодов и их удельная площадь поверхности, степень спелости, физическое состояние корнеплодов, наличие повреждений и балластных примесей, химический состав корнеплода, высота среза головки и другие факторы.
Например, свежеубранная свекла дышит в 2—3 раза интенсивнее, чем уже хранившаяся, у которой жизненные процессы постепенно затухают. Стабильность в дыхании наступает примерно через 2—3 недели.
Весной дыхание корнеплодов становится интенсивнее. У крупных корнеплодов свеклы с меньшей удельной площадью поверхности и у корнеплодов с нормальным срезом головки интенсивность дыхания меньше, чем у мелких и с высоким срезом головки. Спелые корнеплоды дышат менее интенсивно, чем недоспелые. При развитии микрофлоры интенсивность дыхания сильно возрастает.
Отдельные части корнеплода (массой по 1 кг) при дыхании в течение 1 ч выделяют разное количество диоксида углерода (в мл): головка 45, шейка 38, собственно корень 22, хвостик 25. Один грамм выделившегося при дыхании свеклы диоксида углерода эквивалентен потере 0,648 г сахарозы.
С увеличением температуры интенсивность дыхания корнеплодов, а следовательно, и потери сахарозы резко увеличиваются. Ниже приведены среднесуточные потери сахарозы на дыхание в зависимости от температуры в кагате.
Минимальные потерн сахарозы на дыхание достигаются, когда свекла хранится при температуре 1—2 °С.
Увядание. При хранении свеклы в кагатах без укрытия, особенно в теплое время года, происходит значительная потеря влаги корнеплодами (3—7 %) — свекла увядает. Это способствует резкому увеличению потерь углеводов на дыхание, что связано с нарушением стабильного состояния ферментов в свекле и активизацией их деятельности. Например, активность инвертазы в вялых корнеплодах, потерявших 15 % влаги, увеличивается в 5—6 раз по сравнению со свежими корнеплодами. Чем выше степень увядания корнеплодов, укладываемых на хранение, тем больше потери сахарозы и ниже доброкачественность свекловичного сока в свекле после хранения.
Прорастание. На потери углеводов при хранении свеклы отрицательно влияет прорастание (выход корнеплода из состояния покоя), характеризующееся отношением массы ростков к массе всей свеклы в образце.
Чем выше интенсивность прорастания, тем больше при хранении потерн сахарозы в свекле.
В кагатах корнеплоды прорастают неравномерно: в верхней части прорастаемость в 2 раза больше, чем на боковых сторонах, и в 4 раза больше, чем в нижней части. В проросшей свекле резко снижается концентрация щелочных металлов.
Свекла, убранная комбайнами, без доочистки особенно склонна к прорастанию. Интенсивнее прорастают корнеплоды в невентилируемых кагатах и в первую очередь те, на которых остались ростовые почки. Недоспелая свекла прорастает быстрее, чем спелая.
Лучшим способом борьбы с прорастанием являются удаление верхушки головки корнеплода при уборке и обработка корнеплодов перед укладкой в кагаты 1 %-ным раствором натриевой соли гидразида малеиновой кислоты или раствором сульфита натрия. Интенсивность прорастания корнеплодов при этом снижается в 1,5—2 раза.
Действие микроорганизмов. При соблюдении оптимальной температуры и относительной влажности воздуха в кагатах здоровые корнеплоды свеклы хорошо сопротивляются развитию микроорганизмов и болезнетворных зародышей (обладают естественным иммунитетом), так как здоровые живые клетки выделяют особые антитела, угнетающие микроорганизмы. В первую очередь микроорганизмы развиваются на отмерших клетках (на поврежденных, подмороженных и увядших участках корнеплодов), затем поражаются живые, но ослабленные клетки. Поэтому одним из главных условий предохранения сырья от порчи является его целостность, а также защита от подмораживания и увядания.
При небольших нарушениях поверхности корнеплодов клетки паренхимной ткани образуют вещества, подавляющие жизнедеятельность микроорганизмов. При этом на месте повреждения в результате отложения в оболочке растительных клеток очень стойкого химического вещества — суберина — образуется раневая ткань, т. е. происходит опробковение поврежденной ткани. Этот процесс называется еще суберинизацией. Повреждения растительных тканей свеклы лучше заживляются при повышенной температуре и влажности окружающей среды.
Для подавления развития микрофлоры корнеплоды перед укладкой в кагаты обрабатывают 0,3 %-ным раствором пирокатехина или гидрохинона (3—4 л на 1 т свеклы).
Следует иметь в виду, что обработка кагатов известковым молоком способствует угнетению грибов, но жизнедеятельность бактерий в щелочной среде, наоборот, усиливается.
Загрязненность свеклы землей, зеленой массой и механические повреждения. При уборке сахарной свеклы с ручной доочисткой загрязненность корнеплодов не превышает 3 %, а ботва удаляется полностью вместе с верхушкой головки. При полной механизированной уборке общая загрязненность корнеплодов составляет 8—14 %, а иногда доходит до 20 %.
Свободные примеси легко отделяются от корнеплодов при их перегрузке и укладке в кагаты, а связанные с корнеплодом примеси, попадая в кагаты, ухудшают приток кислорода воздуха, создавая тем самым благоприятные условия для анаэробного дыхания свеклы.
Наличие зеленой массы способствует повышению температуры внутри кагата, так как дышит она интенсивнее корнеплодов. Это часто является причиной образования очагов микробиологического заражения. О наличии в кагате пораженных участков можно судить по повышению температуры вблизи датчиков температуры или по появлению на поверхности кагата мокрых пятен и выделению водяных паров.
При появлении очага заболевания в кагате пораженные корнеплоды выбирают и отправляют на переработку. Вместо выбранных закладывают здоровые корнеплоды. Поверхность кагата тщательно выравнивают и укрывают.
Зеленая масса содержит много растворимых несахаров. Наличие, например, в перерабатываемой свекле 1 % зеленой массы приводит к снижению доброкачественности диффузионного сока на 0,4—0,5 % и повышению содержания сахарозы в мелассе на 0,2 %.
Корнеплоды с механическими повреждениями плохо хранятся (табл. 3).
Подмораживание корнеплодов. Подмороженная свекла непригодна для хранения, так как при оттаивании она быстро загнивает и плохо перерабатывается. В свеклосеющих районах первые заморозки часто начинаются в начале октября, в период массовой уборки. В это время часть выкопанных, но не-вывезенных корнеплодов еще лежит в поле в валках, в неукрытых кучах и подвергается подмораживанию. Когда масса вымороженной воды в тканях свеклы достигает критической величины (45%), происходит разрушение протоплазмы и повреждение клеточных стенок.
Температура замерзания свекловичной ткани зависит как от содержания в ней сухих веществ, так и от того, когда свекла выкопана. Например, при содержании в свекле 20—23 % сухих веществ температура замерзания корнеплода составляет минус 2,2—2,5 °С, а при 27—30 % сухих веществ — минус 3,0—3,3 °С. В тканях свежевыкопанной свеклы температура замерзания небольшая— минус 1,2—2,0 °С, а после непродолжительного хранения, когда корнеплоды приспособятся к новым условиям, температура замерзания повышается до минус 2,5—3,0 °С.
Свекла охлаждается довольно быстро. При температуре минус 6 °С за 2 ч промерзает около 1/3 массы корнеплода и в лед превращается до 60 % воды.
Для предохранения выкопанной сахарной свеклы от подмораживания рекомендуется строго выдерживать график копки и вывозки ее на приемные пункты, а выкопанную, но не вывезенную в тот же день с полей свеклу укрывать сухой землей или ботвой.