3. Биохимические процессы, происходящие при хранении продовольственного сырья

Одной из основных задач биохимических исследований в области пищевой промышленности является глубокое изучение физиолого-биохимических процессов, протекающих в пищевом сырье и готовой продукции во время хранения. Конечная задача исследовательских работ этого направления – сведение до минимума различного рода количественных и качественных потерь на основе регулирования биохимических процессов.

Важнейшим из этих процессов является дыхание, которое легко переходит в процесс самосогревания. От интенсивности дыхания в значительной степени зависят потери органического вещества сухого (зерно) и сочного (плоды и овощи) растительного сырья. От характера дыхания и связанных с ним ферментативных процессов зависит жизнеспособность хранящегося зерна, развитие так называемых физиологических расстройств у хранящихся плодов или же ухудшение качества, подобное накоплению сахара в картофеле. Поэтому выяснению условий, определяющих интенсивность и характер дыхания хранящегося растительного пищевого сырья, уделяется очень большое внимание.

В результате проведенных различными учеными исследователей установлена зона критической влажности зерна, превышение которой приводит к резкому усилению процесса дыхания; для зерновых культур – в пределах от 14 до 15% влажности и для масличных – около 9-10%.

В зерне в зависимости от того, в каких условиях оно находится, могут осуществляться два вида дыхания: аэробное и анаэробное (брожение). В результате аэробного дыхания потребляются сахар (глюкоза) и кислород, а образуются углекислый газ и вода. При аэробном дыхании выделяется тепло: 674 ккал га одну грамм-молекулу (180 г) израсходованной глюкозы.

При анаэробном дыхании также выделяется некоторое количество тепла: 28 ккал на одну грамм-молекулу израсходованной глюкозы.

К каким последствиям приводит интенсивное дыхание зерна?

Прежде всего, оно вызывает значительное расходование органических веществ зерна (глюкозы). Иными словами, приводит к уменьшению сухого веса зерна. Во-вторых, состав воздуха в межзерновом пространстве будет изменяться – кислород будет потребляться, а двуокись углерода накапливаться. Наконец, в результате усиленного дыхания зерна будут накапливаться водяные пары, а следовательно, влажность зерна будет повышаться.

Чрезвычайно важное следствие интенсивного дыхания – выделение тепла. Зерновая масса, как известно, обладает плохой теплопроводностью. Поэтому тепло, выделяющееся в результате интенсивного дыхания зерна, будет как бы аккумулироваться в зерновой массе, что в свою очередь будет способствовать усилению процесса дыхания и возникновению процесса самосогревания.

Если зерно находится в герметических условиях и в зерновой массе происходит процесс анаэробного дыхания, зародыш зерна погибает от образующегося при этом этилового спирта, который отравляет зародыш, и зерно теряет всхожесть. Именно поэтому семенное зерно должно храниться в условиях как можно лучшего доступа воздуха. Иногда при анаэробном дыхании зерна наряду со спиртовым брожением частично происходит также процесс молочнокислого брожения, при котором из глюкозы образуется молочная кислота.

Интенсивность дыхания зависит от ряда факторов, из которых самыми важными являются влажность зерна и температура.

Чем выше влажность зерна, тем интенсивнее оно дышит. Следует отметить, что усиленное дыхание зерна начинается только тогда, когда его влажность достигает определенной величины. Влажность зерна, выше которой начинается такое резкое усиление процесса дыхания, называется критической. Обычно критическая влажность для зерна злаков и для семян бобовых культур составляет 14-15%. Для богатых жиром семян масличных культур критическая влажность гораздо ниже: она равна 8-9%.

Второй фактор, от которого очень сильно зависит интенсивность дыхания зерна, – температура. При низких температурах, близких к нулю градусов, дыхания практически не происходит, зерно не дышит. По мере повышения температуры интенсивность дыхания резко возрастает и, наконец, при 50-55^◦ С достигает максимума, после чего начинается резкое падение кривой. Это резкое падение интенсивности дыхания зерна происходит из-за слишком высокой температуры, при которой начинается денатурация белков и зерно погибает. Поэтому, если охлаждать, замораживать зерно, препятствуя, таким образом, возникновению процесса дыхания, это будет способствовать лучшему сохранению зерновой массы. Однако влажное семенное зерно нельзя охлаждать слишком сильно (промораживать), так как оно может потерять всхожесть.

Третий фактор, от которого зависит интенсивность дыхания зерна, – качество самого зерна. Чем хуже зерно по качеству, тем, при прочих равных условиях, оно сильнее, интенсивнее дышит и тем труднее его хранить. Зерно, не прошедшее послеуборочного дозревания, дышит значительно интенсивнее, чем то, у которого период послеуборочного дозревания закончен. Отсюда следует, что свежеубранное зерно особенно легко может подвергнуться самосогреванию и порче, вследствие чего за ним нужно вести особенно тщательное наблюдение.

Для характеристики дыхания зерна большое значение имеет дыхательный коэффициент – отношение объема выделяемого при дыхании углекислого газа к объему поглощаемого кислорода. Дыхательный коэффициент нормального зерна обычно равен 1. Если это отношение больше 1, значит, зерно выделяет несколько больше двуокиси углерода, чем поглощает кислорода. Сухое зерно с влажностью 12-14%, как правило, имеет дыхательный коэффициент несколько выше единицы (1,2-1,3), поскольку зародыш зерна, даже в присутствии кислорода, частично дышит по типу анаэробного дыхания.

Если дыхательный коэффициент меньше единицы, это значит, что кислорода потребляется больше, чем выделяется двуокиси углерода. Это наблюдается при дыхании масличных семян, в которых жир, для того чтобы превратиться в необходимую для дыхания глюкозу, должен предварительно окислиться.

Таким образом, работы, проведенные за последние годы в области биохимического исследования процесса сушки зерна, привели к важному выводу принципиального значения. Они показывают, что изменение физиологических и биохимических свойств зерна зависит не только от температуры нагрева зерна, но и от его влажности. Полученные данные свидетельствуют о том, что менее влажное зерно выдерживает нагрев при более высоких температурах. Эти данные являются обоснованием ступенчатых режимов сушки зерна, при которых по мере подсыхания зерна температура агента сушки постепенно повышается, давая, таким образом, возможность повысить производительность сушки.

Важная роль биохимических процессов, происходящих при хранении готовой продукции, может быть проиллюстрирована также на примере прогоркания круп. Обычно прогоркание муки и круп рассматривается как чисто химический процесс, в основе которого лежит окисление жировой фракции кислородом воздуха. Однако установлено, что в процессе прогоркания круп весьма существенная роль принадлежит ферментам, а именно: липазе и липоксигеназе. Оказывается, что если исходное зерно подвергнуть кратковременному пропариванию, то крупа, полученная из такого зерна, прогоркает гораздо медленнее, чем крупа из непропаренного зерна. Эти наблюдения указывают путь повышения стойкости круп при хранении, основанный на инактивировании ферментов зерна, контролирующих гидролиз и окислительное расщепление жиров.

Чрезвычайно важными являются биохимические проблемы, связанные с хранением пищевого сырья животного происхождения. Так, например, практика хранения и замораживания мяса выдвигает перед биохимиками целый комплекс вопросов, касающихся природы процесса созревания мяса, биохимических изменений при его замораживании и оттаивании, ферментативных и химических превращений липидов при хранении мяса и различных мясных продуктов.