Влияние обработки яблок биопрепаратами на физиолого-биохимические изменения при холодильном хранении плодов
УДК 664.8.037.1 Влияние обработки яблок биопрепаратами на физиолого-биохимические изменения при холодильном хранении плодов
Задворнова Т. А., аспирант, Колодязная В. С., д.т.н., профессор
valdurtera@rambler.ru>
Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий
Исследовано влияние продуктов жизнедеятельности бактерийантогонистов родов Bacillus subtilis и Pseudomonas fluorescens на интенсивность дыхания и активность терминальных оксидаз. Выбраны выскоэффективные штаммы и сорта яблок, предназначенные для длительного хранения.
Ключевые слова: яблоки, хранение, биопрепараты.
The effect of treatment with biological preparations on physiological and biochemical changes during the cold storage of apples.
Research on effect of treatment with biological preparations based on bacteria Bacillus subtilis and Pseudomonas fluorescens on respiration rate and terminal oxidase activity and choice of most effective microbial stains and sorts of apples suitable for long time storage.
Key words: apples, cold storage, biological preparations
1
Яблоки являются одним из важнейших пищевых продуктов рациона питания человека, в связи с этим потребление их должно быть равномерным в течение года. Однако, при существующих технологиях выращивания, подготовки и хранения плодов потери достигают 20-25% и более. Кроме того, важным аспектом в технологии выращивания и хранения плодов яблони является сезонность данного продукта. Основной причиной потерь и снижения качества плодов при хранении является поражение их физиологическими и фитопатологическими заболеваниями. Проблема сокращения потерь многофакторная и требует комплексного решения, включающего агротехнические приемы выращивания, выбор сортов и технологии хранения. В связи с этим одной из важных проблем является сохранение яблок при длительном хранении с минимальными потерями с учетом этих факторов.
Одним из перспективных путей решения проблемы сохранения качества сельскохозяйственной продукции является использование бактериальных препаратов на основе бактерий-антогонистов фитопатогенов. Предположительными механизмами их воздействия являются продуцирование антибиотиков и индуцирование резистентности растений.
Объектами исследования были выбраня яблоки сортов Грушовка Зимняя, Тийна, Белорусский синап, Банановое и Голубь Мира, выращенные по схеме 4х5 в коллекционном саду Павловской опытной станции ВИР им. Н. И. Вавилова.
Яблоки после сбора урожая обрабатывали методом опрыскивания культуральной жидкостью (КЖ), содержащей продукты метаболизма и живые клетки (2-3.109 КОЕ/мл) бактерий Bacillus subtilis штаммы TR6, HC8 и Ч13, а также Pseudomonas fluorescens штамм KR083. Биопрепараты были изготовлены в микробиологической лаборатории ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии, г. Пушкин
Контрольные и опытные партии яблок хранили в холодильной камере
при температуре (3±1) 0С с сентября по март. На хранение закладывались
2
яблоки в технической степени зрелости. В яблоках до и после обработки, а также в процессе хранения определяли интенсивность дыхания по выделению диоксида углерода, активность терминальных оксидаз – каталазы - методом А. Н. Баха и А. И. Опарина, фенолоксидазы - микрометодом Д. М. Михлина и З. С. Броновицкой, пероксидазы - фотоколориметрическим методом, содержание восстановленной формы аскорбиновой кислоты - методом Тильманса, моно- и дисахаридов - рефрактометрическим методом, органических кислот в пересчете на яблочную кислоту - титрометрическим методом.
Эксперимент проводился в трехкратной повторности, данные обработаны методом математической статистики с нахождением доверительного интервала при вероятности 0,95 с использованием компьютерных программ.
Основным физиолого-биохимическим процессом плодов, как живых организмов, является дыхание, предстовляющее собой окислительный процесс, при котором потребляется кислород и выделяется диоксид углерода. Главными дыхательными субстратами являются углеводы, жиры и белки. Около 1/3 количества углеводов в ткани расходуется при дыхании.
Дыхание многих видов плодов усиливается до максимального уровня, после чего происходит снижение его интенсивности. Усиление дыхания при созревании плодов связывают с ослаблением структурной целостности клетки и с активацией синтеза белка. При созревании изменяются структура и функции клетки, особенно их проницаемость.
Повышение интенсивности дыхания при созревании связывают с активацией малатной системы, ключевым ферментом которой является маликфермент или малатдегидрогеназа декарбоксилирующая. Принято считать, что основная функция малик-фермента состоит в регуляции уровня С4 — кислот: фермент удаляет избыток яблочной кислоты, декарбоксилируя ее до СО2 и пирувата.
3
Интенсивность дыхания, мгСО2/кг.ч
7
6
5
4
3
2
1 0
24
Продолжительность хранения, мес
6
HC8 Ч13 KR083 TR6
А
Интенсивность дыхания, мг СО2/кг*ч
7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00
0
12 34 Продолжительность хранения, мес
5
6
KR083 HC8 Ч13 TR6
Б Рисунок 1 - Изменение интенсивности дыхания у яблок сорта Грушовка зимняя (А) и Белорусский синап (Б) в процессе храниения при температуре t = (3±1) 0C
4
Как следует из рис. 1 в ответ на обработку биопрепаратами наблюдается повышение интенсивности дыхания плодов, в процессе хранения интенсивность дыхания снижается, а затем постепенно увеличивается в среднем на пятом месяце хранения. При этом выявлено, что наименьший подъем интенсивности дыхания характерен для плодов, обработанных биопрепаратом KR083, максимальный подъем интенсивности дыхания наблюдается у яблок, обработанных препаратом HC8.
Окислительно-восстановительные ферменты играют важную роль в прохождении альтернативных путей окисления, которые обуславливают способность тканей сохраняться и функционировать при действии различных неблагоприятных факторов. Активность ферментов — оксидаз изменяется под влиянием внешних факторов. Этот показатель может служить одним из критериев устойчивости растительной ткани.
Кроме того, в клетках имеются альтернативные окислительные механизмы, образующие сопряженные цепи с флавопротеиновыми ферментами и цитохромами. Среди них главную роль играют оксидазы, содержащие в молекуле ионы железа или меди.
Активность фенолоксидазы, мг I2/г
12,00 11,00 10,00
9,00 8,00 7,00 6,00
0
2 46 Продолжительность хранения, мес
8
HC8 Ч13 TR6 KR083
Рисунок 2 - Изменение активности фенолоксидазы (Афо) в яблоках сорта Белорусский синап в процессе хранения при температуре t = (3±1) 0C
В ходе эксперимента было выявлено, что в процессе хранения
5
интенсивность фенолоксидазы увеличивалась, причем яблоки, обработанные биопрепаратом KR083 имели наименьшую активность фенолоксидазы, а яблоки, обработанные биопрепаратами Ч13 и НС8 — наибольшую.
Активность пероксидазы
1,10 1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30
0
24
Продолжительность хранения, мес
6
HC8 Ч13 KR083 TR6
Рисунок 3 - Изменение активности пероксидазы в яблоках сорта Тийна при хранении при температуре t = (3±1) 0C
Устанавлено, что в ответ на обработку плодов биопреаратами повышается активность пероксидазы и фенолоксидазы и, как следствие, увеличивается интенсивность дыхания, затем, по мере хранения значение интенсивности дыхания уменьшается и в течение 3-4 мес в зависимости от сорта остается на одном уровне. При дальнейшем хранении отмечается постепенное увеличение интенсивности дыхания, в меньшей степени для сорта Грушовка Зимняя, обработанной биопрепаратами KR083 и TR6, а также для сортов Белорусский синап и Банановое, обработанных биопрепаратом KR083.
Таким образом, по динамике интенсивности дыхания и активности ферментов фенолоксидазы, пероксидазы и кататлазы для длительного хранения рекомендуются сорта Грушовка Зимняя, Белорусский синап и Банановое, обработанные биопрепаратами Pseudomonas fluorescens штамм KR083 и Bacillus subtilis штамм TR6
6
Задворнова Т. А., аспирант, Колодязная В. С., д.т.н., профессор
valdurtera@rambler.ru>
Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий
Исследовано влияние продуктов жизнедеятельности бактерийантогонистов родов Bacillus subtilis и Pseudomonas fluorescens на интенсивность дыхания и активность терминальных оксидаз. Выбраны выскоэффективные штаммы и сорта яблок, предназначенные для длительного хранения.
Ключевые слова: яблоки, хранение, биопрепараты.
The effect of treatment with biological preparations on physiological and biochemical changes during the cold storage of apples.
Research on effect of treatment with biological preparations based on bacteria Bacillus subtilis and Pseudomonas fluorescens on respiration rate and terminal oxidase activity and choice of most effective microbial stains and sorts of apples suitable for long time storage.
Key words: apples, cold storage, biological preparations
1
Яблоки являются одним из важнейших пищевых продуктов рациона питания человека, в связи с этим потребление их должно быть равномерным в течение года. Однако, при существующих технологиях выращивания, подготовки и хранения плодов потери достигают 20-25% и более. Кроме того, важным аспектом в технологии выращивания и хранения плодов яблони является сезонность данного продукта. Основной причиной потерь и снижения качества плодов при хранении является поражение их физиологическими и фитопатологическими заболеваниями. Проблема сокращения потерь многофакторная и требует комплексного решения, включающего агротехнические приемы выращивания, выбор сортов и технологии хранения. В связи с этим одной из важных проблем является сохранение яблок при длительном хранении с минимальными потерями с учетом этих факторов.
Одним из перспективных путей решения проблемы сохранения качества сельскохозяйственной продукции является использование бактериальных препаратов на основе бактерий-антогонистов фитопатогенов. Предположительными механизмами их воздействия являются продуцирование антибиотиков и индуцирование резистентности растений.
Объектами исследования были выбраня яблоки сортов Грушовка Зимняя, Тийна, Белорусский синап, Банановое и Голубь Мира, выращенные по схеме 4х5 в коллекционном саду Павловской опытной станции ВИР им. Н. И. Вавилова.
Яблоки после сбора урожая обрабатывали методом опрыскивания культуральной жидкостью (КЖ), содержащей продукты метаболизма и живые клетки (2-3.109 КОЕ/мл) бактерий Bacillus subtilis штаммы TR6, HC8 и Ч13, а также Pseudomonas fluorescens штамм KR083. Биопрепараты были изготовлены в микробиологической лаборатории ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии, г. Пушкин
Контрольные и опытные партии яблок хранили в холодильной камере
при температуре (3±1) 0С с сентября по март. На хранение закладывались
2
яблоки в технической степени зрелости. В яблоках до и после обработки, а также в процессе хранения определяли интенсивность дыхания по выделению диоксида углерода, активность терминальных оксидаз – каталазы - методом А. Н. Баха и А. И. Опарина, фенолоксидазы - микрометодом Д. М. Михлина и З. С. Броновицкой, пероксидазы - фотоколориметрическим методом, содержание восстановленной формы аскорбиновой кислоты - методом Тильманса, моно- и дисахаридов - рефрактометрическим методом, органических кислот в пересчете на яблочную кислоту - титрометрическим методом.
Эксперимент проводился в трехкратной повторности, данные обработаны методом математической статистики с нахождением доверительного интервала при вероятности 0,95 с использованием компьютерных программ.
Основным физиолого-биохимическим процессом плодов, как живых организмов, является дыхание, предстовляющее собой окислительный процесс, при котором потребляется кислород и выделяется диоксид углерода. Главными дыхательными субстратами являются углеводы, жиры и белки. Около 1/3 количества углеводов в ткани расходуется при дыхании.
Дыхание многих видов плодов усиливается до максимального уровня, после чего происходит снижение его интенсивности. Усиление дыхания при созревании плодов связывают с ослаблением структурной целостности клетки и с активацией синтеза белка. При созревании изменяются структура и функции клетки, особенно их проницаемость.
Повышение интенсивности дыхания при созревании связывают с активацией малатной системы, ключевым ферментом которой является маликфермент или малатдегидрогеназа декарбоксилирующая. Принято считать, что основная функция малик-фермента состоит в регуляции уровня С4 — кислот: фермент удаляет избыток яблочной кислоты, декарбоксилируя ее до СО2 и пирувата.
3
Интенсивность дыхания, мгСО2/кг.ч
7
6
5
4
3
2
1 0
24
Продолжительность хранения, мес
6
HC8 Ч13 KR083 TR6
А
Интенсивность дыхания, мг СО2/кг*ч
7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00
0
12 34 Продолжительность хранения, мес
5
6
KR083 HC8 Ч13 TR6
Б Рисунок 1 - Изменение интенсивности дыхания у яблок сорта Грушовка зимняя (А) и Белорусский синап (Б) в процессе храниения при температуре t = (3±1) 0C
4
Как следует из рис. 1 в ответ на обработку биопрепаратами наблюдается повышение интенсивности дыхания плодов, в процессе хранения интенсивность дыхания снижается, а затем постепенно увеличивается в среднем на пятом месяце хранения. При этом выявлено, что наименьший подъем интенсивности дыхания характерен для плодов, обработанных биопрепаратом KR083, максимальный подъем интенсивности дыхания наблюдается у яблок, обработанных препаратом HC8.
Окислительно-восстановительные ферменты играют важную роль в прохождении альтернативных путей окисления, которые обуславливают способность тканей сохраняться и функционировать при действии различных неблагоприятных факторов. Активность ферментов — оксидаз изменяется под влиянием внешних факторов. Этот показатель может служить одним из критериев устойчивости растительной ткани.
Кроме того, в клетках имеются альтернативные окислительные механизмы, образующие сопряженные цепи с флавопротеиновыми ферментами и цитохромами. Среди них главную роль играют оксидазы, содержащие в молекуле ионы железа или меди.
Активность фенолоксидазы, мг I2/г
12,00 11,00 10,00
9,00 8,00 7,00 6,00
0
2 46 Продолжительность хранения, мес
8
HC8 Ч13 TR6 KR083
Рисунок 2 - Изменение активности фенолоксидазы (Афо) в яблоках сорта Белорусский синап в процессе хранения при температуре t = (3±1) 0C
В ходе эксперимента было выявлено, что в процессе хранения
5
интенсивность фенолоксидазы увеличивалась, причем яблоки, обработанные биопрепаратом KR083 имели наименьшую активность фенолоксидазы, а яблоки, обработанные биопрепаратами Ч13 и НС8 — наибольшую.
Активность пероксидазы
1,10 1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30
0
24
Продолжительность хранения, мес
6
HC8 Ч13 KR083 TR6
Рисунок 3 - Изменение активности пероксидазы в яблоках сорта Тийна при хранении при температуре t = (3±1) 0C
Устанавлено, что в ответ на обработку плодов биопреаратами повышается активность пероксидазы и фенолоксидазы и, как следствие, увеличивается интенсивность дыхания, затем, по мере хранения значение интенсивности дыхания уменьшается и в течение 3-4 мес в зависимости от сорта остается на одном уровне. При дальнейшем хранении отмечается постепенное увеличение интенсивности дыхания, в меньшей степени для сорта Грушовка Зимняя, обработанной биопрепаратами KR083 и TR6, а также для сортов Белорусский синап и Банановое, обработанных биопрепаратом KR083.
Таким образом, по динамике интенсивности дыхания и активности ферментов фенолоксидазы, пероксидазы и кататлазы для длительного хранения рекомендуются сорта Грушовка Зимняя, Белорусский синап и Банановое, обработанные биопрепаратами Pseudomonas fluorescens штамм KR083 и Bacillus subtilis штамм TR6
6