К группе Сu-протеидов относятся различные полифеноло-ксидазы и аскорбиноксидаза. В основе их действия лежит об­ратимое окисление одновалентной меди в двухвалентную.

Полифенолоксидазы представляют собой ферменты, окис­ляющие в присутствии молекулярного кислорода различные фенолы и их производные с образованием соответствующих хинонов. Полифенолоксидазы катализируют прямое окисление субстратов атмосферным кислородом и участвуют в различных окислительных процессах, в том числе в окислении аминокис­лот, полипептидов, белков и аскорбиновой кислоты. Активность полифенолоксидаз возрастает при механическом повреждении плодов, воздействии низких температур, кристаллизации воды при замораживании и т. д.

Потемнение мякоти многих плодов (яблок, груш, абрико­сов и др.), а также клубней картофеля, наблюдаемое при раз­резании, очистке и механическом повреждении, происходит вследствие возрастания активности полифенолоксидаз и на­рушения координации реакций окисления и восстановления, в результате чего в ткани накапливаются стойкоокрашенные продукты.

Аскорбиноксидаза обладает строгой специфичностью по от­ношению к субстрату и окисляет l-аскорбиновую кислоту, превращая ее в дегидроформу. Являясь переносчиком водо­рода, аскорбиновая кислота тесно связана со всей системой ферментов, участвующих в дыхательных процессах.

Полифенолоксидазы и аскорбиноксидаза принимают уча­стие в окислительных процессах на заключительном этапе ды­хания, заменяя цитохромы.

На рис. 2 показаны возможные альтернативные пути про­цесса окисления, которые в. растительных клетках происходят различным образом в зависимости от видовых особенностей ткани, физиологического состояния данного органа, условий внешней среды и других факторов.

Различная активность оксидаз в условиях измененной га­зовой среды представлена на рис. 3.

Наибольшее сродство к кислороду имеет цитохромоксидаза, ее действие проявляется при содержании кислорода в атмо­сфере всего 1 %. Глубинные слои паренхимной ткани плодов и овощей, для которых характерно пониженное содержание кислорода, более богаты цитохромоксидазой, нежели поверх­ностные.

Рис. 2. Альтернативные пути окисления

Ферменты, участвующие в альтернативных процессах окисления, локализованы в различных струк­турных элементах клетки. Перок­сидазы, полифенолоксидазы, аскор­биноксидаза сосредоточены глав­ным образом в цитоплазме; вся си­стема ферментов, обеспечивающая окислительное фосфорилирование, обнаружена в ядрах и хлоропластах. Благодаря такой делокализации ферментов дыхательной цепи практически все структурные со­ставляющие клетки могут быть источниками того или иного коли­чества энергии и использоваться ею в зависимости от условий внеш­ней среды.

О характере и интенсивности дыхания судят по количеству выделяемого клетками углекис­лого газа либо по величине дыхательного коэффициента ДК:

ДК=Vсо,/Vо„ где Vco, Vo - объемы выделившегося углекислого газа и поглощенного кислорода.

Величина дыхательного коэффициента определяется прежде всего химической природой субстрата. При окислении угле­водов ДК=1 в соответствии с суммарным уравнением окисле­ния глюкозы

С Н О + 60 -> 6СО + 6Н О + Q.

Число выделившихся грамм-молекул углекислого газа равно числу поглощенных грамм-молекул кислорода, а согласно за­кону Авогадро грамм-молекулы всех газов занимают одина­ковый объем.

При дыхании число выделившихся молекул углекислого газа равно числу атомов углерода в молекуле субстрата. По­этому число использованных молекул кислорода на атом угле­рода в субстрате возрастает с увеличением числа Н-атомов и снижается с увеличением содержания O-атомов в молекуле суб­страта.

Если субстратами дыхания являются высшие карбоновые кислоты или аминокислоты, относительно богатые водородом и бедные кислородом, то ДK<1. Для жиров ДК~0,7, для бел­ков ДК~0,8. В качестве примера приведем окисление стеари­новой кислоты:

С Н О + 26O -»18СО + 18Н О; ДК = 18/26 = 0,69.

Если дыхание происходит с использованием низших ди- и трикарбоновых кислот (яблочной, лимонной, винной и щавелевой), богатых кислородом, то ДК>1.

Так, при окислении яблочной кислоты

С Н О + ЗО -» 4СО + ЗН О; ДК. = 4/3 = 1,33.

Интенсивность дыхания и соответственно величина дыха­тельного коэффициента молодых развивающихся тканей, на­пример меристематических, тканей прорастающих семян выше, чем зрелых плодов. У тканей одного и того же плода или овоща интенсивность дыхания периферических тканей, как правило, выше.

Ниже приведена интенсивность дыхания [в мг СO2/(г*сут)] различных тканей при температуре 15—20 °С.

12,4

69,3

10,6

2,45 11,3 13,8

3,8

целые плоды

кожура

мякоть

Картофель

целые клубни

кожица

покоящиеся глазки

мякоть

При понижении температуры интенсивность дыхания плодов снижается и соответственно дыхательный коэффициент умень­шается. Так, по данным Ф. В. Церевитинова, дыхательный ко­эффициент для яблок сорта Канада составляет 1,14 при 30 °С и 0,88 при 0 °С. У большинства продуктов растительного про­исхождения дыхание прекращается при температуре около —10 °С. У растений, переносящих в естественных условиях су­ровые зимы, дыхание отмечается при —20°С и более низких температурах.

Дыхание зависит от газового состава окружающей атмо­сферы. При понижении концентрации кислорода интенсивность дыхания снижается, при увеличении возрастает. Интенсивность дыхания снижается вследствие увеличения концентрации угле­кислого газа.

Когда содержание кислорода в окружающей атмосфере уменьшается ниже определенного предела или при полном от­сутствии кислорода, клетки продуктов растительного проис­хождения переходят к так называемому интрамолекулярному или бескислородному дыханию, представляющему собой в хи­мическом отношении брожение.

Брожение наряду с дыханием является основной формой диссимиляции веществ в организме. При дыхании суммарный выход энергии велик, а конечными продуктами являются не­органические соединения углекислого газа и воды. При брожении выход энергии значительно меньше, органический мате­риал не распадается до конца и накапливаются относительно богатые энергией органические вещества.

Для большинства тканей продуктов растительного проис­хождения характерна способность к спиртовому брожению, для некоторых — к молочнокислому.

Начальные стадии дыхания и брожения одинаковы, но в анаэробных условиях процесс диссимиляции углеводов пре­кращается на стадии гликолиза при молочнокислом брожении либо на стадии образования ацетальдегида и этанола при спиртовом.

Переход к интрамолекулярному дыханию у растений может быть частичным, что определяется не только составом газо­вой среды, но и физиологическим состоянием организма. Так, бескислородное дыхание отмечается в период созревания пло­дов. При полном отсутствии кислорода переход исключительно к интрамолекулярному дыханию приводит к гибели организма, так как накапливающийся этанол губительно действует на жи­вую клетку.

4)ХРАНЕНИЕ ПЛОДОВ В РЕГУЛИРУЕМОЙ ГАЗОВОЙ СРЕДЕ

При хранении плодов практически единственной формой их взаимодействия с окружающей средой является дыхательный газообмен. Поэтому их жизнедеятельность в роцессе хранения в значительной степени определяется составом окружающей атмосферы. Изменяя определенным образом газовую среду, например повышая содержание углекислого газа и уменьшая содержание кислорода, можно снизить интенсивность обменных процессов в хранимых плодах, для того чтобы отделить состоя­ние климактерия и старения плода. На подавлении жизнедея­тельности путем создания определенного состава атмосферы основано хранение плодов в регулируемой газовой среде.

Для паренхимной ткани плодов характерно наличие обшир­ных межклеточных пространств, заполненных газом. Газовый состав внутренней атмосферы плодов устанавливается в резуль­тате динамического равновесия между интенсивностью потреб­ления кислорода и выделением углекислого газа, с одной сто­роны, и скоростью диффузии этих газов — с другой. Обмен с окружающей средой происходит через кутикулу, которая за­трудняет циркуляцию газов, вследствие чего внутри плода со­здается своеобразная газовая атмосфера с повышенным содер­жанием углекислого газа и пониженной концентрацией кисло­рода. Характерно, что состав атмосферы в межклетниках неодинаков: в расположенных ближе к поверхности межклет­никах состав атмосферы более близок к составу окружающей среды. Газовый состав в межклетниках у разных плодов раз­личен, изменяется с их возрастом и зависит от температуры и наружной атмосферы.

Кутикула плодов разных сортов различается по толщине и составу, в результате чего поступление внутрь кислорода и его концентрация в межклетниках и клеточном соке также варьи­руются. В связи с этим одни плоды будут испытывать недоста­ток кислорода или избыток углекислого газа, тогда как для других эта же газовая среда окажется благоприятной.

Кислородные оптимумы дыхания неодинаковы на разных этапах развития плода, а также смещаются под воздействием температурного фактора. При 30 °С оптимальной является 5 %-ная концентрация кислорода, при температуре 10 °С и ниже—1 %-ная. Повышенные концентрации углекислого газа особенно благоприятны для задержки обменных процессов в плодах в постклимактерическом состоянии.

Итак, состав газовой среды при хранении плодов должен быть таким, чтобы сохранить нормальный дыхательный газо­обмен, не нарушить соотношение между аэробной и анаэробной фазами дыхания при одновременном замедлении процессов со­зревания. При этом необходима правильная корреляция между температурой хранения, концентрациями углекислого газа и кислорода в окружающей атмосфере и состоянием плодов при­менительно к данному сорту и с учетом места его произраста­ния, размеров, степени зрелости, районов выращивания, кли­матических условий года и других факторов.

При хранении, плодов в атмосфере, содержащей повышен­ные количества углекислого газа, последний проникает в меж­клетники паренхимной ткани. Благодаря хорошей растворимо­сти углекислого газа в водных растворах и липидах он поступает в клетки и растворяется в клеточном соке. Влияние повы­шенной концентрации углекислого газа на метаболизм клетки проявляется прежде всего в подавлении дыхания, что объясня­ется действием углекислого газа на процесс декарбоксилирования яблочной кислоты.

В реакции декарбоксилирования яблочной кислоты до пировиноградной углекислый газ является одним из конечных продуктов. Поэтому избыток его в среде сдвигает равновесие реакции влево, препятствуя расщеплению субстрата. Кроме этого углекислый газ блокирует систему малик-фермента. Он является также конкурентным ингибитором этилена и тормозит созревание плодов.

Углекислый газ стимулирует биосинтез жирных кислот, уча­ствующих в образовании поверхностных восков, что приводит к снижению проницаемости кутикулы.

Являясь антисептиком, углекислый газ задерживает разви­тие микроорганизмов на поверхности плодов. Наиболее чув­ствительны к действию углекислого газа плесневые грибы.

Однако значительное повышение содержания углекислого газа может вызвать физиологические заболевания.

Допустимые концентрации углекислого газа находятся в пределах 2,5—10 %. При хранении плодов в атмосфере с по­вышенным содержанием углекислого газа не рекомендуется поддерживать температуру ниже 2—2,5 °С.

К повышенным концентрациям углекислого газа более чув­ствительны недозрелые плоды.

При хранении в измененной газовой атмосфере на биохими­ческие процессы в плодах влияют не только повышенные кон­центрации углекислого газа, но и пониженные концентрации кислорода.