2.6.3. Физиолого-биохимические аспекты хранения сахарной свеклы

Работа сахарного завода связана с необходимостью хранения большого количества сахарной свеклы, так как сахарный завод работает, в зависимости от количества заготовленной свеклы, в течение 60–110 сут, а уборка свеклы проводится всего в течение одного месяца – примерно с 20 сентября по 20 октября. При хранении свеклы теряется сахар и ухудшается ее качество. Потери сахара при хранении колеблются от 100 до 300 г в день на 1 т корнеплодов. Как правило, они составляют в первую неделю хранения 0,01% в день, потом 0,05% в день. Сведение потерь сахара при хранении сахарной свеклы к минимуму является одним из важнейших факторов повышения эффективности сахарного производства. Поэтому на заводах вопросам хранения необходимо уделять большое внимание с тем, чтобы обеспечить правильное хранение корнеплодов на базе последних разработок в этом направлении.

При хранении свеклы происходит снижение ее сахаристости и ухудшение ее качества за счет увеличения содержания несахаров. В этой связи весьма актуальным является уменьшение потерь сахара и сведение к минимуму ухудшения качества свеклы в процессе ее хранения. При неблагоприятных условиях хранения свеклы потери сахара могут составить 1,5% к массе хранимой свеклы. Выбор оптимальных параметров хранения, особенно свеклы механизированной уборки, позволяет свести эти потери к минимуму.

Правильное хранение сахарной свеклы возможно только на основе знания совокупности происходящих при этом процессов и возможности эффективного на них воздействия.

Период хранения сахарной свеклы является продолжением ее жизнедеятельности. В хранимой свекле жизнь проявляется вдыхании. Убранные корнеплоды продолжают оставаться живыми организмами – состоят из клеток и для поддержания жизнедеятельности нуждаются в энергии. Эту энергию живые клетки получают в процессе обмена веществ – метаболизма, который можно рассматривать как совокупность всех химических превращений в клетке. Источником энергии для клетки служат питательные вещества, содержащиеся в ней.

Все внутриклеточные реакции, происходящие в процессе использования питательных веществ, являются экзотермическими, т. е. идут с выделением энергии. К ним относится биологическое окисление, которое представляет собой перенос электронов от одних соединений к другим. При этом отдача (потеря) электрона ведет к окислению, присоединение электрона – к восстановлению. Так как электроны не могут оставаться в свободном состоянии, оба процесса являются взаимосвязанными. Поэтому процессы межмолекулярной передачи электронов и называют окислительно-восстановительными реакциями.

При переносе электронов, т. е. при протекании окислительно-восстановительных реакций, происходит освобождение энергии, необходимой для поддержания жизни клетки. Биологическое окисление – основной источник энергии во всех живых организмах. Нарушение процессов биологического окисления обмена обычно приводит организм к быстрой гибели. Окислительные превращения охватывают все виды питательных веществ: углеводы, аминокислоты, жирные кислоты. При этом одновременно с выделением энергии образуется большое число промежуточных соединений. Происходящие в живой клетке процессы, приводящие к выделению химической энергии в результате окисления органических веществ, получило название «клеточное дыхание», или просто «дыхание». Разрушение органической молекулы в клетке может осуществляться как в присутствии, так и в отсутствии атмосферного кислорода. В зависимости от участия или неучастия атмосферного кислорода в биологическом окислении органических веществ различают два типа дыхания: аэробное (с участием кислорода воздуха) и анаэробное (без участия кислорода).

Аэробным дыханием называется группа реакций, в результате протекания которых органические вещества с участием молекулярного кислорода распадаются до СО2 и Н2О. В аэробных условиях происходит полное физиологическое окисление питательного вещества (субстрата). Так, например, окисление глюкозы протекает по уравнению

Полное окисление приводит к освобождению всей потенциальной энергии молекулы глюкозы. Анаэробное дыхание называют также брожением и иногда анаэробным гликолизом. При анаэробном окислении молекулы глюкозы разлагается на спирт и оксид углерода. То есть в этом случае происходит неполное окисление глюкозы, и часть потенциальной энергии остается в продукте неполного окисления – в данном случае спирте. Соответственно при неполном окислении глюкозы выделяется меньше потенциальной энергии. Сопоставление этих двух типов дыхания показывает, что при аэробном дыхании при окислении 1 грамм-молекулы глюкозы выделяется в 12 раз больше энергии, чем при анаэробном. Понятно, что для поддержания жизни клеток, связанной с затратами энергии в аэробном процессе, при хранении затрачивается меньше питательного вещества. Поскольку при хранении сахарной свеклы на дыхание тратится сахароза, расщепляемая на глюкозу и фруктозу, то естественно потери сахарозы при аэробном процессе хранения будут меньше.

Окислительные реакции катализируются специальными ферментами – оксидазами, а реакции, протекающие с переносом электронов (основная форма биологических окислительных реакций), – дегидрогеназами, т. е. ферментами, отщепляющими от субстрата водород. Отщепление водорода от молекулы субстрата сопровождается переносом электрона (т. е. происходит окисление). За счет этого происходит освобождение энергии, которая поступает в распоряжение клетки. Эта энергия немедленно усваивается клеткой с помощью сложной системы ферментов аденозиндифосфат – аденозинтрифосфат (АДФ – АТФ). Освобождаемая при окислении органических веществ энергия аккумулируется (накапливается) в макроэнергетических (богатых потенциальной энергией) химических фосфатных связях молекул фосфорорганического соединения клетки – АТФ. Однако в АТФ аккумулируется только примерно 50% энергии, освобождающейся при окислении энергетического материала, а оставшаяся ее часть переходит в тепловую и рассасывается в окружающую среду. Так, например, в аэробном процессе окисления глюкозы, молекула которой содержит 2872 кДж, на образование макроэнергетических фосфатных связей полезно используется только 1508 кДж энергии. Разница (2872 – 1508 = 1364 кДж) выделяется в форме тепловой энергии. За счет выделяющегося тепла и влаги, если их не отводить в процессе хранения, происходит так называемое самосогревание свеклы (или других хранимых продуктов растительного происхождения), сопровождающееся повышением температуры. Повышение температуры увеличивает интенсивность дыхания и способствует развитию микроорганизмов.

При анаэробном хранении сахарной свеклы образуется меньше СО2, выделяется меньше тепла, но зато значительно увеличивается превращение сахарозы в несахара (интрамолекулярное дыхание). Оно может наблюдаться при хранении свеклы в местах кагатов с плохим доступом в них воздуха, при подвяливании в них корнеплодов.

В процессе хранения сахарной свеклы основным источником энергии для поддержания жизнедеятельности клеток является сахароза, которая при помощи фермента инвертазы расщепляется на глюкозу и фруктозу, которые затем окисляются в углекислоту и воду уже при помощи фермента оксидазы.

Инвертаза, содержащаяся в сахарной свекле, представляет собой фермент β-фруктофуранозидазу с оптимумом активности при рН 7,0–7,2. Содержащаяся в клетках сахарной свеклы инвертаза представляет собой фермент β-фруктофуранозидазу с оптимумом активности при рН 7,0–7,2. На долю именно этого процесса приходится 70–80% потерь сахара при хранении сахарной свеклы. Остальные 20–30% от суммарных потерь составляют микробиологические потери, т. е. потери за счет жизнедеятельности фитопатогенных микроорганизмов, основными из которых являются плесени (грибы) и гнилостные бактерии.