Применение электронно-ионной технологии для хранения плодов

УДК 664.8.037.1

Д. С. Степаненко, Н. В. Тарусова, П. В. Гогунская ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОННО-ИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ ПЛОДОВ

Мелитопольский государственный педагогический университет имени Богдана Хмельницкого

Работа посвящена вопросам применения для хранения плодов экологически безопасной электронно-ионной технологии.

Ключевые слова: электронно-ионная технология, хранение, плоды, электроионизированный воздух, ионноозонная воздушная смесь.

Д. С. Степаненко, Н. В. Тарусова, П. В. Гогунська ЗАСТОСУВАННЯ ЕЛЕКТРОННО-ІОННОЇ ТЕХНОЛОГІЇ ДЛЯ ЗБЕРІГАННЯ ПЛОДІВ

Мелітопольський державний педагогічний університет імені Богдана Хмельницького

Робота присвячена питанням застосування для зберігання плодів методом екологічно безпечної електронно-іонної технології.

Ключові слова - електронно-іонна технологія, зберігання, плоди, електроіонізоване повітря, іонно-озонна повітряна суміш.

D. S. Stepanenko, N. V. Tarusova, P. V. Gogunska USAGE OF ELECTRON-ION STORAGE TECHNIQUE FOR FRUITS CONSERVATION

Bogdan Chmelnitskiy Melitopol State Pedagogical University

The article devoted to the problem of conservation by means of ecologically

Key words: electron-ion storage technique, conservation, fruits, ionized air, ion-ozonic air mixture

Питание является одной из наиболее существенных форм взаимосвязи организма человека с окружающей средой, которая обеспечивает поступление в организм в составе пищевых продуктов питательных веществ. Они необходимы организму как для построения и обновления клеток и тканей, так и для покрытия энергетических затрат организма. Наряду с этим необходимо заметить, что еда и питьевая вода являются важнейшими путями поступления в организм человека токсических веществ антропогенного происхождения, что на сегодняшний день представляет собой актуальную медико-экологическую проблему. Не оставляет сомнения тот факт, что питание должно быть экологически чистым, то есть свободным от экологических токсикантов окружающей среды разной природы происхождения.

В последнее время все больше обговаривается четыре критерия качества продуктов и сырья: вкусовая ценность (консистенция, вкус, запах, форма, цвет), ценность для здоровья (питательные вещества, энергетичность, перевариваемость, переносимость человеком, гигиена), экологическая ценность (социальная совместимость, безопасность для окружающей среды) и пригодность (свойства, рыночная ценность, пригодность к переработке, транспортированию, хранению, сбыту) (Харчування, 2004).

Организм человека не способен синтезировать многие биологически активные вещества -витамины, ферменты, макро - и микроэлементы и др., обладающие антиоксидантным действием. В связи с этим в современных экологических условиях рацион человека должен в обязательном порядке содержать биологически активные вещества антиоксидантного ряда, повышающие устойчивость организма к неблагоприятным факторам среды, в том числе химическим канцерогенам и радиации. Поэтому плодоовощная продукция является неотъемлемым компонентом рационального питания человека.

По своему химическому составу плоды не относятся к энергетическим пищевым продуктам, их калорийность сравнительно низка и составляет в среднем 209 - 293 кДж (50 - 70 ккал) на 100 г сырого вещества (Черкасова, 2000). Особая ценность плодов для физиологии питания заключается в незаменимом для обмена веществ у человека содержания витаминов и минеральных элементов. Свежие плоды и овощи - важнейшие продукты диетического питания, что обусловлено особо благоприятным сочетанием этих веществ с органическими кислотами (преимущественно аскорбиновой и фолиевой) и каротиноидами (Харчування.- 2004). Согласно медицинским нормам для

нормального питания человека потребление плодов и ягод должно быть порядка 43 кг, винограда - 8 кг, овощей -59 кг в год (Рихтер A.A.- 2001).

В настоящее время особое беспокойство вызывает тот факт, что по сравнению с 1990 годом потребление мяса уменьшилось на 30 кг, рыбы - на 5 кг, а фруктов и ягод - на 13 кг.

По данным Всемирной организации здравоохранения для надежной защиты организма от преждевременного старения и развития болезней человек ежедневно должен потреблять 700-800 г свежих овощей и плодов (Гігієна, 2007). Поэтому потребление их должно быть равномерным в течение всего года. Наряду с увеличением производства свежих плодов и овощей огромное значение приобретает снижение потерь и сохранение их качества при хранении, что является важным резервом улучшения снабжения населения витаминной продукцией круглый год.

Плоды имеют высокую потребительскую ценность, как в свежем, так и в переработанном виде. Однако около 2/3 свежих плодов реализуется в летние месяцы.

Известно, что, плоды большинства фруктовых культур малотранспортабельны. Эта особенность создаёт пики на транспорте и ограничивает возможность использования плодов в свежем виде. Так как сроки их потребления и переработки при существующих способах хранения ограничены, в основном, периодом созревания, то настоящее положение вызывает необходимость в разработке методов хранения, которые бы позволили продлить эти сроки, а также создали возможность транспортировки данного вида продукции на дальние расстояния.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследования проводились в период с 2001 по 2011 гг. на базе Национального института винограда и вина «Магарач» (г. Ялта).

Для проведения эксперимента в качестве объекта исследования использовались плоды черешни темного сорта Крупноплодная, светлоокрашенного сорта Дачница позднего срока созревания, плоды абрикоса Краснощекий, Мелитопольский поздний и сливы сорта Волошка, выращенные в степной зоне юга Украины. При определении календарной даты съема были использованы данные лаборатории хранения и переработки ИОС им. М.Ф. Сидоренко УААН. Сбор плодов, предназначенных для хранения, производили в сухую погоду, когда они имели еще плотную мякоть, но уже приобрели характерную для данного сорта окраску. Для хранения отбирались плоды, достигшие съемной зрелости, типичные по окраске и форме согласно ГСТУ 01.1-37-165:2004 „Черешня свіжа. Технічні умови”, ГСТУ 01.1-37-164:2004 «Абрикоси свіжі. Технічні умови», ГСТУ 01.1-37-163:2004 «Слива та алича великоплідна. Технічні умови».

При отборе средней пробы плоды снимали непосредственно в саду с нескольких, не менее, чем с пяти деревьев данного сорта, пропорционально величине урожая с верхних, средних и нижних веток, со всех сторон кроны по отношению к сторонам света.

Перед закладкой на хранение была проведена их инспекция, сортировка и калибрование. При этом отбраковывались нестандартные экземпляры: помятые, поврежденные, пораженные

возбудителями микробиологических и физиологических заболеваний. В опыте использовались плоды только первого товарного сорта, которые перед закладкой на хранение охлаждали при температуре

0...+1°С в течение 15 часов. Упаковывали плоды по 1 кг в пакеты размером 25x40 см из полиэтиленовой пленки толщиной 0,05 мм. Обработка проводилась путем нагнетания в пакеты с плодами воздуха, ионизированного электрическим током коронного разряда напряженим 5000 В, 10000 В, 15000 В экспозицией 5, 10, 15 минут при каждой величине напряжения. Пакеты герметизировали термосваркой. Было заложено по 9 вариантов опыта. На протяжении всего периода хранения в хранилище поддерживалась температура +1°±0,5°С. Контрольные варианты хранились в полиэтиленовых пакетах без обработки и без пакетов и обработки при температуре +1°С. Опытные партии плодов хранились на базе холодильника третьего отделения ИОС им. М.Ф. Сидоренко УААН (г. Мелитополь).

В ходе научного эксперимента было изучено влияние ионизированного воздуха на изменение товарных качеств, некоторых биохимических показателей и физико-механических свойств хранящихся косточковых плодов (черешня, слива, абрикос).

Отбор и подготовка проб для анализов, органолептической и технологической оценки проводились согласно «Методическим рекомендациям по хранению плодов, овощей и винограда» (Методические рекомендации по хранению плодов, овощей и винограда. Организация и проведение исследований,- 1998). Количество измерений - пятикратное.

Проведены товарный анализ и органолептическая оценка плодов по пятибалльной системе согласно методическим рекомендациям по хранению плодов, овощей и винограда (Методические

рекомендации по хранению плодов, овощей и винограда. Организация и проведение исследований.-1998)

Изучены следующие показатели:

- поражение болезнями - путем осмотра плодов, снизивших товарные качества и группировкой их по роду поражений;

- интенсивность дыхания по методу Толмачева И.П., основанному на измерении количества углекислого газа, выделившегося в процессе дыхания (Толмачев И.П.-1950) ;

- массовая концентрация сахаров по Бертрану - ГОСТ 13192-73;

- массовая концентрация титруемых кислот - по ГОСТ 25555.0-82;

- изменение сопротивления плодов прокалыванию согласно «Методических рекомендаций по хранению плодов, овощей и винограда».

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Обеспечить круглогодичное поступление плодов в рацион питания людей вполне возможно, применяя различные способы хранения. Потребность в основных продуктах питания удваивается каждые 30 лет. Если не восстанавливать и не развивать инфраструктуру хранения, то в ближайшее время Украине придется в 6,5 раз увеличить затраты на удобрения, в 6 раз - на борьбу с вредителями и утроить затраты энергии (Мягердичев, 2000).

Проведенные ранее исследования по хранению плодов при всей их содержательности не позволяют ответить на многие вопросы, связанные с данной проблемой. Поэтому решение задачи внесезонного снабжения населения этой продукцией возможно лишь при условии организации ее эффективного хранения: выбора научно-обоснованных способов, дифференцированных режимов обработки для отдельных сортов плодов.

Традиционные способы продления сроков хранения продукции сельского хозяйства связаны со всевозможными обработками, в основе которых лежат процессы нагревания, охлаждения, химического воздействия. Но это зачастую оказывается дорогостояще либо малоэффективно, экологически проблематично или вовсе невозможно из-за порчи плодов при транспортировке или в условиях фруктохранилищ Украины. Установлено, что устранение потерь дает прибавку в ресурсах потребления до 30%, а затраты на это в 2-3 раза меньше, чем на дополнительное производство такого же объема продукции (Музыченко, 1991). Поэтому решение вопросов хранения плодов с минимальными потерями является актуальной задачей на современном этапе развития экономики Украины.

В настоящее время для решения этой задачи применяются различные способы хранения, обработки и переработки продуктов: консервирование, холодильное хранение, химическая и радиационная обработка, хранение в газовых средах, пр.

Перечисленные методы обладают целым рядом недостатков. Все виды консервирования не сохраняют продукт в «живом» состоянии (овощи и фрукты имеют наивысшую потребительскую привлекательность, если они реализуются в свежем виде) и связаны с дорогостоящей или малоприемлемой с точки зрения экологии технологией (Лившиц, 1990). Более всего отвечают этой необходимости различные виды холодильного и газового хранения продуктов. Однако эти методы требуют больших капитальных вложений, эксплуатационных расходов, энергетических затрат и, в масштабах всей страны, значительных сроков для их осуществления.

Кроме того, перечисленные методы позволяют лишь несколько удлинить сроки хранения ряда скоропортящихся продуктов, но не снимают проблемы борьбы с их биологической порчей. Радиационная и химическая обработка дополнительно имеет еще свои большие трудности: использование этих видов обработки отражается на качестве продуктов.

Хранение плодов с применением искусственного холода в настоящее время является основным промышленным способом, который, однако, требует дальнейшего совершенствования.

В процессе поиска альтернативных методов хранения пищевого сырья и продукции весомую перспективу открывает применение методов электронно-ионной технологии (ЭИТ), которые могут успешно конкурировать с химическими, не обладая в то же время их недостатками: «привыканием» возбудителя к фунгицидам, токсичностью, накоплением в экологических пищевых цепях. Кроме того, эти методы обладают преимуществом в плане экономии материалов, энергии и использования возобновляемых ресурсов. Так, большое число разнообразных продуктов (сырья) поддаются воздействию и переработке силами электрического поля.

Это делает новую технологию одним из самых универсальных методов использования электроэнергии во всех отраслях народного хозяйства, в том числе и в пищевой промышленности; во всех таких процессах электрическая энергия непосредственно воздействует на обрабатываемые

вещества, что исключает промежуточные преобразования ее в другие виды энергии; процессы ЭИТ непрерывны и поддаются самому тонкому управлению и регулированию; метод является экологически чистым, так как при использовании для обработки плодоовощной продукции ионноозонной воздушной смеси, в них не остаётся никаких химически опасных продуктов распада; обработка обеспечивает высокую сохранность питательных и вкусовых качеств продукта.

Достоинствами ЭИТ является возможность получения ионно-озонной воздушной смеси на месте потребления, простота и доступность ее получения в электрических аппаратах (ионизаторах). Ионизационные установки можно применять в любых существующих комплексах без реконструкции капитальных строений. При этом происходит обеззараживание поверхности плодов (продуктов), изменяется обмен веществ, что приводит к уменьшению скорости потери массы на протяжении всего периода последующего хранения (Бут, 1977; Лившиц, 1990).

Научно-исследовательские работы в области биологического изучения действия аэроионов дали доказательства того несомненного факта, что аэроионы являются могущественным физическим и биологическим агентом, оказывающим исключительное по своему значению воздействие на живые организмы (Глущенко, 1977). К проведению исследований в этой области привела потребность установления принципиальной возможности торможения внутренних обменных процессов при хранении продукции с использованием ионизированной воздушной среды. Несмотря на высокий научный уровень и значительный объем выполненных в этой области работ, в теории различных процессов ЭИТ имеется еще много нерешенных вопросов.

Основным фактором, сдерживающим развитие производства свежих плодов с применением ИВ (ионизированного воздуха), является недостаточная изученность данного способа хранения. Процесс генерирования ионной воздушной смеси слабо изучен, а технические средства для искусственной ионизации воздуха несовершенны. Практически отсутствуют данные о достоверных оптимальных режимах и дозировках воздействия отрицательных аэроионов и озона на различные виды плодовой продукции с целью управления метаболическими процессами, протекающими в них, без чего невозможно направленное влияние на выход товарной продукции.

Одной из ключевых проблем в данной области является установление оптимальных параметров ионизирующего электрического тока, выявление закономерностей динамики биохимических показателей, физико-механических свойств и органолептических показателей плодов, обуславливающих получение с хранения высококачественной продукции. Таким образом, чтобы сохранить плоды с высоким качеством и минимальными потерями продолжительное время, необходимо найти оптимальные условия хранения, учитывая при этом особенности конкретного сорта.

На основании проведенных нами в 2001-2011 гг. исследований можно сделать определенный вывод о целесообразности использования ЭИВ для хранения косточковых плодов. Хранение плодов в ЭИВС (электроионизированной воздушной среде) является дальнейшим совершенствованием технологии холодильного хранения, дополнительно предусматривающим обработку плодов, помещенных в полиэтиленовые пакеты, ЭИВ (электроионизированный воздух) с последующей их герметизацией. Такие условия обеспечивают значительное замедление всех метаболических процессов, протекающих в плодах, в результате чего увеличиваются сроки их хранения, повышается устойчивость к болезням, максимально сохраняются вкусовые и пищевые достоинства. При этом плоды сохраняются на уровне свежеубранных без признаков увядания.

Анализ данных органолептической оценки плодов показал, что плоды всех опытных вариантов на момент снятия с хранения получили значительно более высокую оценку, чем плоды контрольного варианта: 4,0 - 4,8 (опытные варианты); 2,1-3,34 (контрольный вариант) (Степаненко, 2007).

На основании анализа полученных экспериментальных данных нами установлено, что степень действия ионизированного воздуха зависит от величины напряжения ионизирующего электрического тока и экспозиции обработки: чем выше используемое напряжение, тем меньшая продолжительность воздействия необходима для получения ожидаемого результата (Степаненко Д.С.-2005).

В результате проведенных экспериментов нами было установлено, что обработка плодов ЭИВ, оказывающим на плоды и среду хранения бактерицидное действие, снижает уровень их поражаемости микробиологическими и физиологическими заболеваниями, который зависит от режима ионизации (Степаненко, 2006).

Установлено, что обработка плодов ионно-озонной воздушной смесью не вызывает нарушений в цепи биологического окисления, значительно снижая при этом интенсивность дыхания в период хранения, что позволяет максимально сохранить пищевые и биологически активные вещества плодов, а также способствует накоплению и лучшей сохранности пищевых веществ в тканях

(Степаненко, 2007, 2008).

Нами установлены оптимальные сроки хранения плодов в ЭИВС (табл.1). При дальнейшем увеличении продолжительности хранения наступает резкое снижение выхода стандартной продукции и ее биохимической ценности. Среднемесячные потери при этом возрастали, а дегустационная оценка снижалась в зависимости от варианта опыта.

С определенной уверенностью можно констатировать положительное влияние ЭИВ на интенсивность дыхания плодов в процессе хранения: она значительно снижается, а наступление климактерического подъема отодвигается на более поздний срок, что обуславливает замедление распада органических веществ, задерживает созревание и старение плодов (Степаненко, 2008).

Полученные нами экспериментальные данные показывают, что послеуборочная обработка плодов воздухом, ионизированным электрическим током коронного разряда, оказывает существенное влияние и на их биохимические показатели. Содержание сахаров и органических кислот в плодах изменилось, так как они энергично расходовались живыми тканями на дыхание. При этом нами установлено, что применяя для хранения ионизированный воздух, удается значительно лучше сохранить внутренний запас этих энергетических субстратов (Степаненко, 2007).

Проведенные исследования показали, что в процессе хранения косточковых плодов в ЭИВС наряду с биохимическими изменениями происходят изменения в их структуре. Применение при хранении ионизированного воздуха позволило сохранить плоды без существенных нарушений в организации клеток, что в значительной мере определило их качество после хранения (Степаненко, 2005, 2010). Основные результаты экспериментов представлены в таблице 1.

Таблица 1

Основные результаты экспериментов (2001-2011 гг.)_________________________

Сорт плодов Опти- мальный режим обработ-ки Концентрация аэроионов, ион/см3 Срок хранения, сут. Выход товарной продукции первого товарного сорта, % Дегустационная оценка, балл

Черешня Крупноплодная (опытный вариант) 15000 В 5 мин. 32,2^105 90 97,0 4,8

Контроль МГС б/о - 40 47,4 3,34

Черешня Дачница (опытный вариант) 5000 В 5 мин. 4,8105 25 91,0 4,0

Контроль МГС б/о - 15 89,6 2,1

Абрикос Краснощекий (опытный вариант) 10000 В 15 мин. 10,8^ 105 40 96,8 4,0

Контроль МГС б/о - 20 82,3 2,7

Абрикос Мелитопольский поздний (опытный вариант) 10000 В 10 мин. 9,4 • 105 36 95,4 4,0

Контроль МГС б/о - 20 80,6 2,8

Слива Волошка (опытный вариант) 15000 В 10 мин. 38,4 • 105 50 96,8 4,0

Контроль МГС б/о - 20 82,3 2,9

ВЫВОДЫ

1. Методы ЭИТ являются экологически чистыми, способны решить многие проблемы снижения потерь продукции при хранении, значительно увеличить срок хранения плодов без потери их свежести и высоких питательных качеств.

2. Установленные факты способствуют углублению представлений о регулировании процессов, происходящих в плодах при хранении с применением электроионизированного воздуха.

3. Высокий уровень рентабельности при использовании предложенного способа хранения связан с сокращением потерь от физиологических и микробиологических заболеваний, с повышением выхода

продукции 1 сорта и сокращением количества нестандартной продукции.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ Габі Гаубер-Швенк, Міхаель Швенк Харчування.- К.: Знання-Прес, 2004. - 183 с.

Черкасова В.М. Плодоовощная промышленность. Состояние, проблемы и тенденция развития // Пищевая промышленность.- 2000.- №2.- С.8-11.

Рихтер А.А. Совершенствование качества плодов южных культур. - Симферополь: Таврия, 2001. -426 с.

Гігієна харчування з основами нутриціології.- 2007 р.

Толмачев И.П. Определение интенсивности дыхания// Тр. ин-та физиологии растений им. К.А.Тимирязева. -1950.- Т.7, вып.1.- С. 214-218.

Мягердичев Е.Я. Плодоовощная промышленность на рубеже веков // Пищевая промышленность.-2000.- №7.- С. 49.

Музыченко В.А. Электроаэроионизационная обработка плодов при хранении. Автореф. дис... канд. техн. наук (05.20.02).Киев, 1991.- 16 с.

Лившиц М.Н. Аэроионификация: Практическое применение.- М.: Стройиздат, 1990.- 168 с.

Бут А.И. Применение электронно-ионной технологии в пищевой промышленности . - М.: Пищевая промышленность, 1977.- 87 с.

Глущенко И.А. Исследование устройств с использованием коронного разряда и аэронов для интенсификации и стабилизации биологических процессов: Автореф. дис. канд.техн.наук.- М., 1977.-20 с.

Степаненко Д.С., Мілаєва В.О. Порівняльний аналіз зміни товарної якості плодів черешні світлого та темнозабарвленого сортів при застосуванні для зберігання електроіонізованого повітряного середовища. Збірник статей науково-технічної конференції магістрів та студентів Таврійської державної агротехнічної академії. Випуск 6. Т.3.- Мелітополь: ТДАТА, 2007.-С.7-10.

Степаненко Д.С. Влияние электроионизированной воздушной среды на длительность хранения плодов черешни: Дис... канд. тех. наук: 27.10.05.- Херсон, 2005.- 156 с.

Степаненко Д.С., Проскурня Т.О. Влияние электроионизиро-ванной воздушной среды на микрофлору плодов черешни при хранении. Праці/Таврійська державна агротехнічна академія.-Вип.37,-Мелітополь:ТДАТА,2006.-С.124-136.

Степаненко Д.С., Мілаєва В.О. Порівняльний аналіз вмісту сахарів у плодах черешні світлого та темнозабарвленого сортів при зберіганні в електро-іонізованому повітряному середовищі. Матеріали І Всеукраїнської студентської науково-методичної конференції «Перші наукові кроки»/Під заг. ред.

І.М.Бендери, В.І.Овчарука, О.В.Ткача.-Камянець-Подільський: Аксіома, 2007.- С.142.

Порівняльний аналіз процесу дихання плодів черешні світло забарвленого сорту Дачниця і темного сорту Крупноплідна при зберіганні їх у електроіонізованому повітряному середовищі. Праці. Таврійський державний агротехнологічний університет. - Вип. 8, т. 8. - Мелітополь: ТДАТУ, 2008.-С.146-163.

Степаненко Д.С., Проскурня Т.О. Динамика физико-механических свойств плодов черешни при хранении в электроионизированной воздушной среде. Праці/ Таврійська державна агротехнічна академія. Вип. 29.-Мелітополь: ТДАТА, 2005.- С. 91-102.

Степаненко Д.С., Проскурня Т.О., Зарицкая Д.В. Динамика фізико-механических свойств плодов черешни светлоокрашенного сорта Дачница при хранении в электроионизированной воздушной среде. // Виноградарство и виноделие: Научно-производственный журнал НИВиВ „Магарач”. Ялта, 2010.-№4.- С.18-19.