Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
2.3. Гипобиологические методы хранения и консервации продуктов
Оказалось, что некоторые методы хранения и консервации продовольственных продуктов основаны на принципах гипобиологии. С другой стороны это понятно, так как для более или менее длительного хранения продуктов необходимо добиться того, чтобы метаболические, биохимические и микробиологические процессы в них протекали с минимальной скоростью или вообще остановились [19, 195, 206].
В сельскохозяйственной практике используются различные методы хранения и консервации продуктов полеводства и садовоства.
Термоанабиоз – хранение в охлажденном или замороженном состоянии, используется с незапамятных времен крестьянами, тружениками села [137, 146, 225, 230, 274]. По этому способу хранят зерно, семена, плоды, овощи и ягоды. Способ хранения продуктов в охлажденном состоянии можно выделить отдельно от способа хранения в замороженном состоянии и обозначит его термином Термогипобиоз, поскольку при таком способе хранения продукты находятся в состоянии гипобиоза, а не анабиоза.
Специалисты рекомендуют для большинства плодов и овощей оптимальную температуру хранения от –1 до +5 °С, так как при более высокой температуре продукция портится.
Следует отметить, что Гипобиология, в частности, теория биологического нуля, может служить теоретической основой хранения сельхозпродуктов и других живых объектов, для сохранности которых требуется холод. На первый взгляд, это может даже показаться странным, но до настоящего времени нет еще сколько-нибудь хорошо разработанной теории хранения продуктов садоводства и полеводства в холоде, о чем свидетельствует литература по данной области, вышедшая как в нашей стране, так и за рубежом [202, 225, 371, 393].
Рекомендации по термическому режиму хранения овощей и картофеля, приводимые в литературе, основаны на эмпирических наблюдениях, поэтому не мудрено, что нет еще единого взгляда на термический режим хранения даже такой важной и, казалось бы, так хорошо изученной культуры, как картофель. Вот одна из причин того, что вопрос сохранения продуктов сельского хозяйства, в особенности, продуктов полеводства и садоводства, все еще остается полностью нерешенным и сельское хозяйство терпит большие убытки.
Специальные исследования хранения продуктов сельского хозяйства в условиях биологического нуля позволили бы установить целесообразность широкого использования такого способа, хотя уже в настоящее время оптимальной температурой хранения картофеля считается 4 °С, что подтверждено практикой и данными исследований физиологии картофеля [39, 65, 185]. При этой температуре происходит стабилизация восстанавливающих сахаров, сахарозы и некоторых ферментов, в частности, фосфорилазы [178, 185].
В 1976 г. В Краснодарском крае было построено национальное хранилище, где семена с определенной для каждого вида влажностью в герметически закрытой таре хранятся при окружающей температуре 5 °С, то есть близкой к биологическому нулю. За рубежом для хранения семян пшеницы оптимальной считается температура 4–5 °С [236, 386].
Весеннее половодье, вызывая частые наводнения, наносит большой ущерб населению. В частности, в 2016 году в период весенне-летнего половодья на территории Якутии в зону возможного затопления попадали 121 населенный пункт в 23 муниципальных образования республики, где проживает 45 500 человек.
Чтобы не допустить затопления и, самое главное, гибели людей, власти и спасатели МЧС проводят масштабные профилактические работы и, несмотря на это, ежегодно затапливаются многие населенные пункты, расположенные у берегов рек, таких как Лена, Вилюй, Амга, Олекма и др.
Каждую весну в населенных пунктах, попадающих в зону риска, заранее организовывают отселение людей из частных одноэтажных жилых домов, отгоняют крупный рогатый скот и лошадей на возвышенные местности. Вывозят туда и вещи, продукты питания, в том числе картофель, предназначенный для употребления в пищу, так как погреба, где хранят картофель, полностью затапливаются, и люди боятся порчи клубней паводковой водой. Перевозка и хранение картофеля на новом месте очень трудоемка, а также высока вероятность повреждения клубней ночными заморозками, которые обычны в это время. Как известно, клубни картофеля не выдерживают понижение температуры ниже –1 °С мороза.
Интересно отметить, что издавна на Руси практиковался опыт длительного хранения консервированных (засоленных, заквашенных) овощей опусканием их в герметически закрытой таре на дно озера. Консервированные продукты (соленые и квашеные) прекрасно сохранялись там до весны, так как на дне озера в зимний период держится температура биологического нуля и все биологические, микробиологические процессы практически прекращаются.
В связи с этим, представлял определенный практический интерес выяснение вопроса длительности хранения живых растительных объектов, в частности. клубней картофеля под водой, при температуре, близкой к +4 °С, тем более температура паводковой воды обычно не нагревается выше +4 °С. Для этого, нами проводился весьма интересный эксперимент [307]. Чтобы максимально приблизить условия опыта к естественному, было решено провести опыты на дне пресноводного водоема.
Опыты проводились осенью на озере Ытык Кель, расположенном в окрестности г. Якутска. В качестве объекта исследования был выбран районированный в Якутии и повсеместно распространенный в республике сорт картофеля «Вармас». Клубни картофеля, чтобы обеспечить прямой контакт клубней с пресной водой, помещали в хлопчатобумажные мешочки и опускали на дно озера на глубину в 3,2 м. Повторность опыта была 3-кратной, в каждом мешочке помещали по 10 шт. клубней картофеля. Имелся контрольный вариант, где клубни картофеля хранились в подвале. За время опыта температура на дне озера была равной к +3,9 °С.
Применялся визуальный, тактильный и органолептический методы контроля за состоянием и качеством клубней картофеля. Состояние объектов исследования проверяли через каждые 10 дней. Опыт длился в течение одного месяца.
Первые 10 дней состояние клубней оставалось без видимых изменений. Клубни были плотными, имели здоровый вид. На разрезе цвет мякоти был желтовато-белым. Посторонний запах не чувствовался. В вареном виде картофель имел приятный вкус и практически не отличался от вкуса картофеля из контрольного варианта.
Через 20 дней клубни стали менее упругими, их внешний вид чуть поблек. На разрезе мякоть клубней приобретал розоватый оттенок. Шел слабый запах этанола. При варке масса стала чуть жидковатой, запах этанола улетучивался. Вкус был сладким, неприятный привкус не ошущался. Клубни, если не принять во внимание сладкий вкус, были вполне пригодными к употреблению в пищу.
На 30-й день клубни потеряли упругость. На разрезе мякоть имел красный цвет с фиолетовым оттенком и оттуда шел резкий запах этанола. Для пищевых целей клубни картофеля явно не годились.
Результат опыта был закономерным. Дело в том, что в отличие от анабиоза, в состоянии гипобиоза в живых организмах, хотя и с минимальной интенсивностью, процессы жизнедеятельности все же продолжаются. Картофель, как и все высшие сосудистые растения, является аэробным организмом и для дыхания клубней требуется кислород, а при его отсутствии идет гликолиз. При околонулевых температурах в клубнях происходит усиленный гидролиз крахмала с образованием растворимых сахаров, в частности, глюкозы, которая является субстратом для дыхания. Поэтому после двадцатидневного хранения под водой клубни становятся сладкими на вкус.
В анаэробных условиях, которые создаются на дне водоема, в результате гликолиза образуются продукты брожения, в частности, этанол. В эксперименте нами наблюдалось постепенное накопление этанола в клубнях картофеля в процессе их хранения.
При температуре близкой к +4 °С процессы метаболизма, в данном случае гликолиз, протекают с минимальной скоростью, и об этом свидетельствует факт обнаружения продукта гликолиза – этанола только на 20-е сутки после помещения клубней картофеля на дне водоема.
Как показывают результаты нашего эксперимента, клубни картофеля могут пролежать под водой в удовлетворительном состоянии около 15 суток. Обычно паводок длится недолго. Поэтому жители из затапливаемых деревень могут оставить в погребах домов свой картофель, не беспокоясь об его сохранности.
Следует отметить, что влияние подводного хранения на семенной картофель нами не изучался.
Любители охоты и рыбалки также могут воспользоваться этой полезной для них информацией и, привезенный ими с собой картофель, они могут спокойно хранить под водой. При этом, если поместить картофель в большой полиэтиленовый мешочек с таким расчетом, чтобы там оставалось некоторое свободное место для воздуха, то длительность хранения продукта под водой существенно увеличится.
Биологические препараты, например, эритроциты, клеточные органоиды, например, митохондрии, хлоропласты и другие биохимические препараты выделяют и хранят строго при температуре от 0 до 4 °С, но чаще всего при 4 °С [68, 69, 186, 367]. При температуре 4 °С тормозится процесс старения [356]. Хранение яблок при 4 °С в регулируемой газовой среде дает хорошие результаты [71].
Из всего вышесказанного следует, что хранение биологических объектов, а также продуктов полеводства и садоводства должно быть осуществлено с учетом их биологии, наличия и активности первого (АСЖД) и второго (СГБМ) комплексов систем жизнеобеспечения и синтеза.
Теоретически идеальным условием для хранения должна быть область темпертуры от –4 °U до 0 °U (0 до +4 °С), то есть холод, когда в тканях плодов и овощей вода полностью инактивируется из-за физиологической ангидрии, так как ее структура переходит в состояние «жидкого льда». Этот способ можно еще называть «методом мокрого замораживания» [211].
Применение явления гиперкапнии в комбинации с гипероксией, то есть насыщения воды смесью углекислотного газа и кислорода (в соотношении 1:1), обуславливает у рыб стойкий гипобиотический эффект на протяжении нескольких суток. При таких условиях рыба практически не дышит, не поедает корм и не двигается, интенсивность биоэнергетических процессов в тканях тормозится. Выход рыб из такого состояния и восстановление активной жизнедеятельности осуществляется перенесением ее в аквариум с обычной водой. Явление углекислотно-кислородного гипобиоза рыб может быть использовано как метод продления срока хранения живой рыбы, при транспортировании «живой рыбы» на дальние расстояния [182, 188].
Ксероанабиоз – хранение продуктов в сухом состоянии. Один из старейших способов хранения по этому методу – сушка продуктов. Способ направлен на инактивацию микроорганизмов, вызывающих порчу продукта, путем перевода их в состояние гипо- или анабиоза.
Для удаления влаги из продуктов используются солнечные лучи, теплый и сухой воздух. Различают: искусственную сушку, вакуумную сушку, сублимационную сушку, сушку токами высокой чистоты, инфракрасными лучами и др.
При частичном или полном обезвоживании прекращаются биохимические процессы, нет условий для активного развития микроорганизмов, насекомых и клещей. В зерне с влажностью 12–14 % интенсивность дыхания ничтожна, при влажности 10 % не развиваются насекомые.
Осмоанабиоз – создание повышенного осмотического давления в продукте. При этом, продукт обезвоживается, так как из тканей продукта вода высасывается осмотиками. Повышение осмотического давления достигается введением соли или сахара. Соление мяса, рыбы, огурцов, томатов, арбузов, зелени известно давно.
Повышение осмотического давления защищает продукт от воздействия на него микроорганизмов, исключает процессы гниения, заплесневения.
Применяется сухой посол и мокрый посол. При солении овощей используется ограниченное количество соли, ее берут в количестве, которое угнетает гнилостные микроорганизмы и не препятствует развитию молочнокислых бактерий (для капусты 1,5–2 %). Для полного консервирования продуктов берут соли 8–12 % (огурцы 4–6 % + сахар).
Для консервирования фруктов и ягод берут значительное количество сахара не менее 60 %, так как дрожжи выдерживают высокое осмотическое давление.
При консервировании без кипячения сахара берут в 2 раза больше, что позволяет сохранить витамин С.
В сельскохозяйственной практике успешно применяются и другие методы хранения продуктов [206, 211].
Анаксианабиоз (отсутствие О2) исключает возможность развития аэробных микроорганизмов. Данный способ используется при хранении продовольственного и фуражного зерна, травяной муки, фруктов и овощей.
Криоанабиоз – хранение в замороженном состоянии.
Ацидоанабиоз – метод основан на подкислении продукции уксусной, молочной кислотой. В кислой среде (при рН ниже 5) не развиваются гнилостные микроорганизмы.
Ценоанабиоз – создаются благоприятные условия для развития полезной микрофлоры и неблагоприятные для вредной, например, молочно-кислые бактерии и дрожжи.
Абиоз – полное отсутствие жизни всех организмов. В зависимости от того, как уничтожаются микроорганизмы, различают:
а) термоабиоз – обработка повышенной температурой в герметической (жестяной или стеклянной) таре. Стерилизуют в автоклавах при t = 100 °С и выше, овощные – 100 °С, мясные – 112–120 °С.
б) химическая стерилизация – химабиоз – применение для стерилизации химических веществ.
в) механическая стерилизация – удаление микроорганизмов из продуктов фильтрованием или центрифугированием. При пропускании через обеспложивающие фильтры, задерживающие дрожжевые клетки фруктово-ягодных соков, происходит их частичная стерилизация без нагревания.
г) лучевая стерилизация – новый прием абиоза, в основном направленный на уничтожение микроорганизмов или насекомых. Облучение скоропортящихся продуктов ультрафиолетовыми лучами позволяет сохранить эти продукты некоторое время без применения холода. Применяя инфракрасные, рентгеновые и γ-лучи в определенных дозах, получают хороший стерилизующий эффект, не изменяя пищевых и вкусовых достоинств продуктов [206].
Как видно из приведенного материала, наиболее распространенными и безопасными, а также более дешевыми спсобами хранения продуктов с/х производства является хранение их в состоянии гипобиоза и анабиоза.