Производство, хранение и переработка винограда

О древних способах хранения винограда, которые сохранились до наших дней в Болгарии в домашних условиях, сообщает Ц. Крушкова (1983). Это такие способы, как хранение винограда залитым суслом или смешанным со смятыми ягодами с добавлением горчицы, хранение в среде пшеничных отрубей в закрытом деревянном сосуде.

Среди простейших способов хранения винограда следует отметить хранение в пакетах. Предназначенные для хранения грозди винограда ещё на кустах осматривают, надевают на них пакеты из плотной бумаги. Поздней осенью грозди в пакетах срезают с лозой винограда. Концы замазывают воском и парафином. В таком виде грозди подвешивают к потолку в неотапливаемом помещении и хранят.

Метод хранении на кустах позволяет сохранить ягоды совершенно свежими до марта - апреля.

В Ферганской области широко распространен метод «Отон», в Ташкентской области дает хорошие результаты хранение винограда в «чиях». В глинобитных, хорошо вентилируемых помещениях, вдоль стен в 3-5 ярусов устанавливают берданы из камыша. Грозди укладывают в берданы в один ряд гребнями вверх. Ёмкость таких хранилищ в среднем 1-11, 5 тонны [200].

В настоящее время известны следующие способы хранения винограда: на кустах, сухих гребнях, в таре с применением упаковочных материалов (полиэтилен, пробковая крошка, опилки, отруби, сфагновый мох, рисовая или просяная шелуха, хлопковые отходы), в замороженном виде, с обмакиванием в парафин, с применением антисептиков, с обработкой гамма-лучами, в холодильных камерах, в регулируемой газовой среде, при пониженном давлении [138; 243].

В Дагестане в крестьянско-фермерских и приусадебных хозяйствах для небольших партий винограда применяют хранение на кустах и в неохлажденных помещениях.

Хранение на кустах применяют в Казбековском, Ботлихском, Унцукульском, Табасаранском районах, где температура осенью не опускается ниже 0єС и нет опасности повреждения винограда птицами и осами. Кусты для предохранения от замерзания и замокания укрывают снопами из кукурузных стеблей, полиэтиленовой плёнкой. Таким образом, до конца ноября вполне удовлетворительно можно сохранить на кустах виноград сортов Агадаи, Тайфи розовый, Нимранг, Коз узюм, Ташли, Мола Гусейн, Гюляби дагестанский и др.

Более распространенный и доступный способ - это хранение винограда в сухих, хорошо проветриваемых помещениях, в которых можно поддерживать более или менее постоянную температуру (0є - 6-8єС) и влажность воздуха в пределах 70-75%. Наиболее пригодны для этой цели утеплённые чердачные помещения, сухие сараи, подвалы, где виноград хранят на сухих гребнях, зеленых гребнях и в таре [284].

Промышленное направление хранение винограда приобрело в тридцатых годах нашего столетия, когда под влиянием усиленного спроса на свежий виноград не только в летнее-осенний, но и в осенне-зимний период в различных странах Европы начали увеличиваться насаждения столовых сортов и, наряду с развитием любительских методов, появились более совершенные способы массового хранения винограда, основанные на применении холодильной техники.

С. Ю. Дженеев [131] разработал технологию длительного хранения винограда в обычных холодильниках, которая позволяет в благоприятные годы сохранить виноград в течение 5-6 месяцев при сравнительно небольших потерях.

На современном этапе основным фактором при удлинении сроков хранения является температура. Её снижение в хранилище ингибирует процессы дыхания, в определенной степени задерживает развитие микроорганизмов. Однако понижение температуры хранения не всегда вызывает уменьшение интенсивности дыхания плодов и овощей [222]. Колебания температуры, даже в незначительных пределах, вызывают существенные отклонения в дыхательном газообмене, как правило, усиливают его [400; 462]. Изучением температурных пределов хранения винограда занималось большое количество исследователей, причём диапазон температурного оптимума по литературным данным колеблется от -2є до + 4єС при широком диапазоне относительной влажности воздуха - от 85 до 95% [135; 156; 211; 248; 283; 363; 454; 455].

Большинство столовых сортов винограда при оптимальных кондициях начинает замерзать при t = -2єС. Верхний предел температурного режима находится в пределах +2єС. Почти все окрашенные сорта лучше сохраняются при t = -2єС. Сорта Агадаи, Карабурну, Нимранг плохо переносят температуру ниже 0єС [268]. По мнению С. Ю. Дженеева, Ф. М. Буртовой, Л. М. Чаусова [135; 490], криоскопическая температура зависит преимущественно от содержания растворимых сухих веществ в ягоде винограда. На долю их содержания приходится 87% изменчивости температуры замерзания и лишь 9% на долю сортовых особенностей. На основании этого авторы считают возможным дифференциацию температур хранения винограда с учётом содержания растворимых сухих веществ.

Результаты работ, проведенных во Всесоюзном НИИ холодильной промышленности позволяют считать целесообразным хранение винограда в зоне отрицательных температур, находящейся выше температуры замерзания ягод и рекомендуют ступенчатое охлаждение винограда с -0, 1, -0, 2єС в ноябре и -1, 7, -2єС в дальнейшем и до конца хранения [236], М. А. Долгат [157] для большинства дагестанских сортов рекомендует t = -1, 5єС. Вопросами оптимальной относительной влажности воздуха при хранении винограда занимались Г. Исраилов [200], А. Д. Азимов [15], В. А. Турбин [454], М. Г. Магомедов [283].

Анализ литературных данных указывает на большое разнообразие параметров относительной влажности для хранения винограда. По рекомендациям Международного института холода относительная влажность воздуха при хранении винограда должна быть 85-90%, а температура от 0є до -1єС. Дальнейшим совершенствованием технологии холодильного хранения, дополнительно предусматривающим поддержание в герметических камерах пониженной концентрации кислорода и повышенной - углекислого газа является хранение в условиях регулируемой атмосферы.

1. 4. Основы хранения в регулируемой атмосфере

Современная технология хранения плодов, овощей и винограда характеризуется широким набором высокоэффективных способов, обеспечивающих сокращение потерь на всех этапах производства, хранения и реализации. Максимальный эффект наблюдается при одновременном изменении различных параметров, что на практике реализуется при использовании способов холодильного хранения в особых газовых режимах - регулируемой газовой среде (контролируемая атмосфера - КА; регулируемая атмосфера - РА; модифицированная газовая среда - МГС; и т. п.).

Отечественными и зарубежными исследованиями установлено, что наиболее прогрессивным и эффективным способом сохранения качества плодов, овощей и винограда в длительное время является хранение их в регулируемой газовой среде [316; 317; 111; 113; 141; 183; 188; 282; 288; 333; 455; 553-555].

Суть этого способа хранения заключается в том, что кроме обычных факторов хранения (температура, относительная влажность воздуха) вводится новый. Это - измененный состав атмосферы с низким содержанием кислорода, от 2 до 10% и высоким содержанием углекислого газа, от 2-3 до 10% в зависимости от растительного объекта и сорта.

При хранении биологических объектов практически единственной формой их взаимодействия с окружающей средой является дыхательный газообмен, в значительной степени определяемый газовым составом окружающей атмосферы, определенным образом изменяя которую можно снизить интенсивность обменных процессов в хранимых плодах.

Соотношение и состав воздуха в хранилище - мощный фактор воздействия на биохимические процессы в хранящейся продукции, а следовательно, на её потери и товарное качество.

Влияние газового состава атмосферы на срок хранения урожая было известно очень давно. Встречаются сведения об использовании египтянами и самаритянами ещё в ЙЙ в. до н. э. закрытых известковых склепов для хранения продукции [516].

К первым опубликованным научным исследованиям по хранению в атмосфере с изменённым газовым составом следует отнести работу французского ученого Дж. Бернарда [198], который в 1819 году установил, что убранные плоды и овощи поглощают О2 и выделяют СО2 и дозревание фруктов при хранении в атмосфере без кислорода практически останавливается, но при переносе их в обычную атмосферу процесс возобновляется. В России впервые на возможность успешного хранения апельсинов в атмосфере с повышенным содержанием СО2 указали ещё в 1913 году, в своих работах русские учёные Я. Я. Никитинский, Ф. В. Церевитинов и В. С. Загорянский [484].

Разработчиками технологии хранения плодов в регулируемой атмосфере считают английских ученых Ф. Кидда и К. Веста [553-555], которые в 1918 году провели в Кембриджском университете первые опыты по «газовому хранению» яблок, а в 1920 году организовали полупромышленные исследования в Хистоне. Название «газовое хранение», предложенное Ф. Киддом и К. Вестом воспринималось негативно из-за ассоциации с применением газов. В последствии американский ученый Р. Смок, предложил более приемлемое название - «регулируемая атмосфера», которое точнее отражает суть технологии и лучше воспринимается [590]. В бывшем СССР и России долгое время использовали термин «регулируемая газовая среда» (РГС).

Первые исследования по газовому хранению плодов проводились в среде, содержащей по сравнению с воздухом больше углекислого газа и меньше кислорода. Решающую роль при этом отводили действию СО2, вследствие чего сам метод назывался «углекислым хранением».

Для создания нужного состава атмосферы используют простейшие варианты, основанные на биологическом способе снижения концентрации кислорода в камере за счёт дыхания плодов. Недостатком этого способа является то, что снижение концентрации кислорода в камере происходило медленно, в зависимости от сорта, температуры в камере, степени её загруженности и герметичности от 16 до 21 суток. При этом сроки хранения продлеваются незначительно.

Для быстрого создания заданного режима необходимо иметь готовые газовые смеси и сложное технологическое оборудование. При быстром снижении содержания О2 продлеваются сроки хранения, лучше сохраняются твердость плодов и другие показатели качества [592; 593]

Для скорейшего выхода на оптимальный режим хранения (10-12) в начале 60-х годов ЧЧ века в мировой практике стали применятся первые установки для снижения О2 - генераторы инертного газа, подразделяющиеся по способу работы на проточные и рециркуляционные) [560; 579].

Последней моделью генератора проточного типа, созданного в НПО «Союзпромгаз» является установка УРГС - 2 Б [410].

Рециркуляционные генераторы газовых сред создавались в Институте газа (Украина), где было создано несколько моделей генераторов, последней из которых является РГГС - 400 М [445].

Перспективным способом создания РА является подача в камеру с продукцией сжатого технического газа с примесью О2 (1, 5-2, 0%). Ещё больший эффект при снижении концентрации О2 даёт применение жидкого азота, что обеспечивает и охлаждение продукции. Однако затраты на теплоизоляцию подводящих трубопроводов, опасность подмораживания плодов могут свести на нет дополнительный эффект охлаждения от жидкого азота [516].

Следующим этапом в развитии технических средств для снижения в камерах О2 стало использование мембранных и адсорбционных газоразделительных установок. Первой отечественной мембранной установкой стала установка БАРС, разработанная НПО «Криогенмаш» [262].

В адсорбционных установках короткоцикловой безнагревной адсорбции (КБА), или по принятой на Западе терминологии, установках «качающего давления» (РSА), насыщенный ассортимент регенерируется путем непрерывного переключения давления между адсорбцией и регенерацией.

Технологию РА с быстрым снижением кислорода до 2, 5% за 1-3 дня в англоязычной литературе называют «РА с быстрым созданием режимов» («rapid CA») [558].

Разновидностью хранения в РА является гипобарическое хранение, где снижение давления пропорционально уменьшает парциальное давление всех газовых компонентов атмосферы [509].

Определённый интерес представляет низкотемпературная технология безгенераторного хранения в РА, когда первоначальное снижение О2 в камере осуществляется за счет дыхания неохлажденных плодов в неохлажденных камерах. В таких условиях за 3-4 сут. концентрация О2 снижается до 1, 0 - 3, 0%. Затем следует охлаждать плоды и снижать СО2 до рекомендуемых уровней. Преимуществом этой технологии является то, что затраты на её реализацию на 25-30% ниже по сравнению с традиционной РА с использованием генератора [37; 198; 199; 324].

В начале 80-х годов в Австралии была разработана технология хранения в РА с первоначальным низкокислородным стрессом (0, 2- 0, 5% О2 и 1, 5 СО2), что обеспечивает лучшее сохранение твердости, снижает поражение загаром и побурение сердцевины (C. R. Zitle и др. 1982; A. B. Truter и др., 1993).

Хранение яблок в РА с низкими и ультранизкими концентрациями О2 внедряется в странах с развитым садоводством - США, Голландия и др. Конкретные уровни концентрации О2 зависят от срока и агроклиматических условий выращивания [558].

В нашей стране В. А. Гудковским проведен ряд исследований по влиянию условий выращивания, подготовке к хранению и хранению фруктов в РА [113].

Многолетние исследования лежкости яблок в РА позволили Т. Г. Причко биохимически и экономически подтвердить преимущество этого способа хранения, а также обосновать условия хранения основного сортимента яблок Кубани в субнормальной (3% О2 и 5% СО2; 3% О2 и 2% СО2) и нормальной среде (13-14% О2 и 7-8% СО2) [387].

Перспективным направлением дальнейшего совершенствования технологии хранения в РА является разработка системы, обеспечивающей поддержание минимально допустимого уровня кислорода в зависимости от текущего состояния плодов. Такая система предусматривает измерение показателя, который бы достоверно отражал реакцию плодов на текущее значение концентрации О2, и автоматическое корректирование его содержания в камере.

Наибольшее распространение в США, Англии, Бельгии, Германии, Италии, Израиле получила технология хранения в РА с низким и ультранизкими концентрациями О2.

Разработаны и проходят испытания системы, обеспечивающие поддержание минимально допустимого уровня кислорода, основанные на обратной связи с физиологическим состоянием плодов.

Многочисленные исследования показывают, что оптимальный состав газовой среды для разной свежей продукции индивидуальны, но необходимо соблюдать соотношение РСО2: РО2 > 1, 6, которое зависит от сорта.

По данным большого числа ученых и практиков положительное действие повышенных концентраций СО2 и пониженных О2 заключается в снижении интенсивности дыхания, замедлении процессов дозревания, продлении сроков хранения, замедлении распада хлорофилла, в лучшем сохранении уровня общей кислотности, сахаров, крахмала, пектиновых и азотистых веществ, уменьшении образования этилена и улучшении гармоничности вкуса [114; 183; 220; 296; 318; 387; 462].

И кислород, и углекислый газ оказывают большое влияние на дыхание плодов, в том числе, на скорость наступления климактерической фазы, за которой наступает быстрое старение и отмирание клеток.

Задержка созревания плодов в РА объясняется в основном замедлением процессов усвоения кислорода тканями плодов ввиду депрессирующего воздействия повышенных концентраций СО2 на ферментативные процессы или недостатка в атмосфере кислорода [220; 462].

Достигая определенных для каждого растительного объекта концентраций, СО2 начинает затормаживать дыхание и другие физиологические процессы. По данным Б. А. Рубина, Е. В. Арциховской [399] углекислый газ следует рассматривать как активный регулятор обмена веществ, влияющий на окислительно-восстановительные системы плодов и овощей, в том числе и на окислительные ферменты.

А. А. Колесник, М. А. Федоров [223], Г. А. Макашвили [295; 296], В. А. Гудковский [108; 112], Д. В. Метлицкий [316; 317], установили, что при повышенном содержании углекислого газа в окружающей среде задерживается созревание и перезревание. При этом многие исследователи отмечают, что повышение концентрации СО2 сильнее снижает интенсивность физиологических процессов, чем уменьшение количества О2 и низкие температуры.

Herregods M. (1984) также отмечает, что повышение концентрации СО2 замедляет на длительное время респираторные процессы, процессы дозревания, выделения этилена и уменьшение кислотности, приостанавливает развитие грибных болезней.

Для большинства плодов характерно подавление интенсивности дыхания в присутствии концентраций СО2 более 5%. А. А. Колесник и др. [220], М. А. Федоров [462] указывают, что повышение содержания CO2 более 10% уже приводит к повреждению тканей. В. А. Гудковский и др. [111] для сорта Кара узюм ашхабадский, О. В. Малюганова, И. А. Кострикин [303] для сорта Шасла считают оптимальной концентрацией СО2 - 10-11%.

Влияние различных типов контролируемой атмосферы на интенсивности дыхания плодов изучали В. А. Гудковский [108], В. А. Гудковский, В. Д. Семашко [109], А. М. Федоров [462], В. И. Иванченко, В. А. Турбин [186], М. Д. Мукаилов [333].

По данным В. И. Иванченко, В. А. Турбина [186] понижение уровня О2 в атмосфере хранилища до 5% уменьшало интенсивность дыхания по сорту Асма на 34, 9%, Кировабадский столовый - на 26, 2%, Шабаш - на 20, 8%, повышение CО2 до 5% - соответственно на 3, 9%, 30, 8% и 39, 4% от первоначального урожая.

Исследования, проведенные Fedler I. C., North C. I. [536], показали, что как одностороннее снижение содержания кислорода, так и повышение доли углекислого газа ингибируют интенсивность дыхания плодов в меньшей степени, чем одновременное снижение количества кислорода и повышение углекислого газа в атмосфере хранилища.

По мнению Л. В. Метлицкого [316] совместное влияние низких концентраций О2 и повышенных СО2 состоит в подавлении интенсивности дыхания и оттягивании наступления климактерического подъема.

Viard P. [599] наблюдал, что продолжительность периода хранения яблок в условиях двустороннего регулирования атмосферы (СО2 и О2) значительно больше, чем в условиях его одностороннего изменения. Причем потеря массы плодов вследствие усушки при хранении в РА незначительна и составляла 2-3% вместо 7-15% в обычной атмосфере.

Проведенные у нас и за рубежом исследования свидетельствуют о том, что повышенное содержание кислорода усиливает дыхание, ускоряет прохождение климактерического периода; понижение его концентрации, по мере приближения к критическому уровню (2%), замедляет наступление климактерикса. Исследования дыхания яблок в зависимости от концентрации кислорода показало, что снижение концентрации О2 с 21 до 14% не влияет на интенсивность дыхания. Дальнейшее снижение до 4% привело к постепенному ослаблению дыхания. При снижении концентрации О2 до 1-3% отмечается некомпенсированное выделение СО2, поэтому опасно снижать концентрацию О2 менее 3% [186; 317; 333].

По А. А. Колеснику [219] при очень низких концентрациях кислорода появляется опасность физиологических расстройств в тканях плодов (побурение, загар, спиртовый привкус и др.). Однако ряд зарубежных исследователей отмечают минимальные потери массы плодов и лучшие вкусовые качества в атмосфере с содержанием кислорода - 1-2% [512]. Pleantenius [574] отмечал, что шпинат и фасоль, осуществляли аэробное дыхание в атмосфере, содержащей лишь 1% кислорода и переносимость низкой концентрации кислорода увеличивалась по мере понижения температуры хранения. Низкие концентрации кислорода вели к уменьшению интенсивности дыхания плодов и отдалению климактерического пика [564].

Во ВНИИС им. И. В. Мичурина совместно с ВНИИПром ГАЗ, НПО «Наука», НПО «Энергия» разработана система хранения фруктов в контролируемой атмосфере с низким уровнем кислорода (1-3%) и повышенным содержанием СО2 (1-5%). Наилучшие результаты достигаются при хранении в атмосфере с ультранизким содержанием кислорода (0, 8-1, 2%), т. к. при недостатке кислорода радикально замедляются процессы перекисного окисления липидов, разрушения мембран и старения плодов [116].

На основании работ, посвященных изучению влияния кислорода и углекислого газа на интенсивность и характер дыхательного газообмена плодов, можно считать, что путем снижения концентраций одного компонента и повышения другого можно значительно замедлить биологические процессы, протекающие в них при хранении.

Механизм действия СО2 на дыхание плодов отличается от действия О2. При концентрации кислорода в газовой среде ниже 10% интенсивность дыхания лимитируется доступностью О2 как акцептора электронов. По-видимому, углекислый газ действует в первую очередь на процессы декарбоксилирования органических кислот, тормозя их скорость и замедляя этим весь дыхательный процесс [318].

Совместное же действие низких концентраций О2 и повышенных СО2 состоит в том, что интенсивность дыхания подавляется, наступление климактерического пика отодвигается на более поздний срок. Нежелательное действие пониженных концентраций О2 и повышенных СО2, в особенности если они превышают допустимые для данного вида и сорта нормы, заключается в повышении чувствительности к низкотемпературным воздействиям, побурении мякоти и образовании пустот в плодах, ухудшении вкуса и др.

Соотношение всех исследуемых факторов необходимо рассматривать во взаимосвязи, в зависимости от условий выращивания культуры и сорта, ввиду их очевидной селективности к температурно-газовым режимам [431].

Данных о хранении винограда в РГС гораздо меньше, чем семечковых, косточковых культур и овощей. Serini C., Repamonti A., (I960) хранили виноград сорта Королева при совокупном применении холода (t = 8-13°С) с углекислым газом, кислородом (7, 5-8, 5% = O2), сернистым ангидридом. В опытных условиях гроздь имела через 60 дней хороший вид, ягоды сохранили цвет и вкус. Vander Meer [596] считает, что несмотря на лучшую сохраняемость винограда сорта Аликант в РГС, вкус его был хуже, чем в контроле.

Виноград сортов Чауш, Хусайне, Изабелла, Лидия, Победа, выращенный в Донбассе, сохранялся в атмосфере 10-12% СО2 и 9-10% О2 при t = +4°С и относительной влажности 85-95% примерно в 2 раза дольше, чем в холодильных камерах. В исследованиях В. А. Гудковского и др. [111] ягоды сортов Нимранг и Тербаш лучше сохранялись в газовой среде, содержащей 2-3% CO2 и 2-3% O2, Тайфи розовый и Кара узюм ашхабадский - 2-3% CО2 и 2-3% Q2; 10% СО2 и 11% O2. Газовая среда с содержанием кислорода ниже 1-2% неприемлема для хранения винограда. Schouten S. [585] отмечает отрицательное действие низких концентраций O2 на вкусовые качества плодов и ягод.

М. Р. Магомедовым [282] в Дагестане для сорта Агадаи установлена лучшая газовая среда, содержащая 3% CO2 и 5% O2, для Муската гамбургского 5% СО2 и 5% O2 или 3% CO2 и 2% O2; для сорта Дольчатый - 3-5% CO2 и 2-5% O2.

Четырехлетними исследованиями В. И. Иванченко [183] установлена возможность длительного хранения винограда среднего срока созревания Кировабадский столовый при содержании углекислоты 5-8%, кислорода 5%. При хранении сорта Асма по его мнению надо поддерживать в среде углекислоты 3% и кислорода 5%, для сорта Шабаш - соответственно 6% CO2 и 6-7% O2.

В работах Я. И. Хитрона [477-479] показано, что виноград, хранившийся в концентрации CO2 5-8% и кислорода 2-10%, намного лучше сохранил свои товарные и вкусовые качества, чем виноград, находящийся в условиях свободного доступа воздуха. Angibust A. [506] считает, что виноград может храниться в среде с содержанием 5-8% СО2 до апреля месяца. Автор приводит данные о том, что снижение O2 и увеличение СО2 тормозит метаболизм, уменьшает расход сахара, пектина, органических кислот. По его мнению, нарушение равновесия между кислотами и эфирами маскирует букет винограда. Выдержка его при свободном доступе воздуха 7-8 дней возвращает винограду естественный аромат. Вопросам хранения винограда в РГС посвящены также работы А. В. Волошина и А. В. Львовой [77], Я. И. Хитрона [478], В. А. Турбина [454; 455], С. Ю. Дженеева и др. [141], В. И. Иванченко [183; 188], М. Д. Мукаилова [333], М. Г. Магомедова [282; 288] и др. На характер физиологических процессов, протекающих в тканях, кроме содержания газов в окружающей атмосфере, существенным образом влияет внутритканевый газовый состав, который отличается от обычного воздуха, но тесно связан с его составом.

Исследования, проведенные А. С. Ковергой [212], Б. А. Рубиным с соавт. [397], Р. Я. Ципруш, [487], А. А. Колесником, О. Г. Сибаровым [218], А. И. Жамбой и И. Г. Цуркану [167], Г. Г. Томашем [446], А. А. Колесником, М. А. Федоровым, Е. Х. Осеновой [220], А. И. Жамбой [168], В. И. Иванченко [183], Н. М. Осокиной, В. М. Найченко (1987), Н. И. Коцило [246], Н. Я. Корниенко [229], М. Д. Мукаиловым [333] показали, что внутренняя атмосфера плодов и ягод, по сравнению с окружающей средой, значительно обогащена СО2 и обеднена кислородом.

А. А. Колесник и др. [220] считают, что в первый период хранения возрастает общий объем внутритканевых газов, но при перезревании их количество постепенно уменьшается - одновременно в тканях накапливается СО2 и снижается содержание О2. При повышенном содержании СО2 в окружающей среде количество его увеличивается и во внутренней атмосфере плода.

Изменение газового состава, внутритканевой газовой среды и интенсивности дыхания при хранении в модифицированной атмосфере приводит к четко выраженным различиям в составе биохимических компонентов и в первую очередь в изменении содержания кислот. Так, результаты, полученные Е. Г. Сальковой, Т. М. Максимовой [408], Л. И. Авдеевой [4], Г. Г. Томашем [447], И. Я. Корниенко [229], свидетельствуют о повышенной кислотности плодов, хранившихся в РА.

Л. В. Метлицкий [316; 317] считает, что на динамику кислот в плодах, хранившихся в газовой среде, влияют два процесса: торможение их распада, вследствие общего расслабления процесса обмена веществ и частичный синтез кислот в результате гетеротрофной ассимиляции CO2.

Потери сахаров при хранении в газовой среде также зависят от содержания кислорода. Kidd F. и West C. [554] установили, что при уменьшении концентрации O2 от 21% до 5% потери сахаров снижаются. Однако среда, обедненная кислородом ниже критического уровня (2-3% O2) приводит к резкому усилению распада сахаров [535].

По данным Н. И. Коцило [246] в РА среднемесячные потери сахаров оказались ниже, чем в контроле. Некоторое увеличение массовой доли сахаров в условиях РГС отмечает И. Я. Корниенко [229], что, по мнению автора связано с гидролизом крахмала и других высокомолекулярных веществ.

Аналогичные результаты в процессе хранения ягод винограда получены О. В. Малюгановой, И. А. Кострикиным [303], Я. И. Хитроном [479]. Регулируемая атмосфера значительно замедляет гидролиз протопектина в плодах и ягодах. По данным Л. В. Метлицкого [316] в яблоках, хранившихся при 3% О2 и 5% СО2 в течение 4 месяцев при t = +4°С, содержание протопектина осталось на том же уровне, что и при закладке. При хранении в обычных условиях протопектин полностью превратился в растворимый пектин. В этом одна из причин более медленного размягчения плодов при хранении в регулируемой атмосфере. К подобным выводам пришли также И. Г. Цуркану [488], А. А. Колесник с соавт. [221].

Имеющиеся в литературе данные по пектиновым веществам винограда обнаруживают довольно большую их изменчивость в процессе хранения. При этом происходит постепенный гидролитический распад пектинов до более простых соединений, уменьшается общее количество пектиновых веществ, что отрицательно сказывается на лёжкости [29; 85; 232].

В РА пектиновые вещества снижаются в меньшей степени, чем при обычном хранении [480], что, по мнению автора, объясняется менее интенсивным дыхательным газообменом ягод.

По мере созревания ягод в дыхательном газообмене начинает преобладать процесс анаэробного дыхания, в результате в тканях накапливаются продукты неполного окисления - ацетальдегид и спирт. Как показали исследования Б. А. Рубина и др. [397], Т. М. Ивановой [180], Е. В. Арциховской [33], А. А. Колесника [217], Р. Я. Ципруш [486], А. И. Жамбы [168], А. А. Колесника и др. [221], к концу хранения в модифицированной газовой среде плоды содержали меньше ацетальдегида и спирта, чем контрольные. Аналогичные результаты на грушах получили Н. И. Коцило [246], и И. Я. Корниенко [229], на винограде М. Д. Мукаилов [333].

Накопление ацетальдегида и спирта в ягодах винограда в процессе хранения отмечают в своих исследованиях В. И. Иванченко, В. А. Турбин [186]. Причем в РА с оптимальным составом накопление альдегидов и спирта в 1, 5-2, 5 раза меньше, чем в контроле. Как свидетельствуют авторы, в газовых смесях с предельно низкой концентрацией кислорода (O2 = 3%) наблюдалось интенсивное накопление продуктов неполного окисления, ягоды приобретали специфические тона.

Технология хранения в регулируемой атмосфере отличается сравнительно высокими затратами, связанными с газоизоляцией камер, применения газогенерирующих установок, необходимостью постоянного контроля и поддержания заданных газовых режимов. Поэтому её применяют главным образом для хранения высокоценных культур. Из-за удорожания строительства и эксплуатации камер с РА этот метод не находит в нашей стране широкого внедрения, несмотря на его высокую эффективность вследствие снижения потерь, продления периода потребления и реализации в весенний период по более высоким сезонным ценам. В связи с этим продолжаются исследования по поиску новых путей направленных на упрощение и совершенствование технологии хранения в РА, при сохранении её достоинств.

При всех неоспоримых преимуществах хранения в РА имеется еще один недостаток, связанный с необходимостью единовременной загрузки и разгрузки, в связи с чем ведутся исследования по созданию технологий хранения в РА в небольших по объему замкнутых контурах.

В Краснодарском НИИ хранения и переработки сельскохозяйственной продукции разработана и предлагается к освоению технология хранения плодоовощного сырья в измененных газовых средах путем использования полимерных бактерицидных упаковочных материалов, защищающих закладываемое на хранение сырье от повторного заражения бактериальной флорой, сдерживающих развитие многих физиологических заболеваний [496].

В последние годы в научной литературе появились сведения о хранении и транспортировке плодоовощной продукции в программируемых условиях, предусматривающее предварительное (в течение 0, 2 -0, 5 мес.) выдерживание плодов в атмосфере с повышенным содержанием азота или углекислого газа (10-20%), либо кратковременная (в течении нескольких часов) обработка их сверхвысокими дозами СО2 (вплоть до 100%).

А. С. Ильинский, В. А. Гудковский [199], М. А. Митрохин [324] с целью удешевления технологии хранения в РА предлагают низкозатратную технологию безгенераторного хранения, при которой первоначальное снижение О2 в камере осуществляется за счёт дыхания неохлаждённых плодов в неохлажденных камерах. В таких условиях за 3-4 сутки концентрация О2 снижается до 1, 0-3, 0%, а СО2 - повышается до 14-20%, после чего следует проводить охлаждение плодов и снижение СО2 до рекомендуемых уровней.. Воздействие повышенными концентрациями СО2 компенсирует влияние замедленного охлаждения плодов, способствует лучшему сохранению их твердости и повышает устойчивость к загару.

Допустимые уровни концентрации СО2 и время воздействия определяются генотипом сорта. Затраты на реализацию данной технологии на 25-30% ниже по сравнению с традиционной РА с использованием газогенераторов.

О положительном влиянии послеуборочных обработок высокими концентрациями углекислого газа на сохраняемость и качество плодов, овощей и винограда при хранении и транспортировке указывают в своих работах В. И. Бондарев и др. [58], В. Б. Ярмилка [505], У. И. Канцаева [205], В. И. Иванченко [188; 563; 558; 78].

Предварительная обработка винограда перед хранением высокими дозами СО2 позволяет увеличить выход товарной продукции в зависимости от сорта на 2, 7-15, 1% по сравнению с РА и на 13, 5-20, 1% по сравнению с ОА (обычная атмосфера), продлить период хранения винограда на 17-40 дней [188; 205; 505].

O. L. Lan и др. [558] отмечают положительное влияние послеуборочных обработок высокими дозами СО2 и CaCL2 на сохраняемость яблок.

Отделение помологии Калифорнийского университета (США) изучая влияние окиси углерода на качество и сохраняемость винограда, установило, что присутствие в атмосфере хранилищ СО снижало потери как от патогенных, так и от физиологических заболеваний.

Исследованиями М. Г. Магомедова [288], М. М. Салманова [406], О. М. Рамазанова [391], установлено положительное влияние на сохраняемость винограда периодических обработок гроздей в процессе хранения высокими дозами СО2 (96-98%).

Аналогичное воздействие на качество и сроки реализации винограда подобных обработок гроздей до отгрузки на дальние расстояния отмечает в своих работах А. Н. Алиева [20; 21].

Основным фактором, лимитирующим срок хранения винограда, является интенсивное развитие эпифитной микрофлоры на гроздях. Во время длительного хранения винограда наблюдаются потери, складывающиеся в основном из микробиологической и физиологической порчи. Виноград, благодаря высокой концентрации легкодоступных углеводов является благоприятной средой для развития плесневых микроорганизмов. Наиболее распространёнными при хранении винограда болезнями являются гнили грибкового происхождения. В регулируемой атмосфере, как и в обычной, наблюдается возрастание общей численности грибов в процессе хранения, однако в оптимальных газовых средах наблюдается уменьшение численности грибов. Но регулируемая атмосфера и повышенные концентрации углекислого газа сами по себе ещё не являются достаточными антисептиками, чтобы подавить развитие микроорганизмов. Поэтому полностью исключить применение сернистого ангидрида при хранении винограда не удаётся, хотя регулируемая атмосфера в оптимальных соотношениях кислорода и углекислого газа, а также краткосрочные периодические обработки высокими и сверхвысокими дозами углекислого газа позволяют снизить дозы сернистого ангидрида.

Тщательно проведенная проработка литературы свидетельствует о том, что использование регулируемой газовой среды оптимального состава позволяет значительно продлить срок хранения как плодов, так и винограда. Вместе с тем работ, посвященных хранению винограда в РА, по сравнению с плодами, крайне мало.

Имеющиеся элементы технологии длительного хранения винограда отрабатывались в основном на традиционных местных или интродуцированных сортах, занимающих основные промышленные насаждения.

Во всем мире возрастает интерес к сортам, отличающимся повышенной устойчивостью к болезням. В Швейцарии разработаны основы интегрированного виноградарства, целью которого является получение продукции высокого качества в условиях применения безопасных для окружающей среды мероприятий.

Группа комплексноустойчивых сортов своими высокими диетическими качествами, толерантностью ко многим болезням и неблагоприятным факторам среды, способностью обходиться без химических средств защиты привлекает пристальное внимание производственников и в перспективе заменит низкопродуктивные, неустойчивые к болезням и вредителям сорта винограда.

На основании анализа многочисленных литературных данных и результатов собственных многолетних исследований можно констатировать, что регулируемая атмосфера в оптимальных газовых составах и периодические обработки гроздей высокими дозами СО2 значительно стабилизируют лёжкость, сокращают потери, позволяют продлить период потребления винограда на 1-2 месяца, снизить дозы антисептиков и получить экологически чистую продукцию [205; 288; 333; 391; 406; 505].

Большинство разработанных технологий обеспечивают рентабельное хранение свежего винограда до февраля-марта месяца. Дальнейшее хранение винограда из-за возрастающих количественных и качественных потерь становится нецелесообразным. В апреле месяце на рынке присутствует импортный виноград, который не всегда отличается хорошим качеством и доступностью.

Таким образом, в зимне-весенний период на рынке отсутствует отечественный столовый виноград, в связи с чем система круглогодового обеспечения населения свежим виноградом не имеет своего логического завершения. Следовательно, необходимо разрабатывать альтернативные пути продления периода потребления виноградом, к одним из которых относится низкотемпературное замораживание.

1. 5. Особенности производства и хранения быстрозамороженного винограда

Как известно, основным критерием оценки любого способа хранения является уровень изменения исходных свойств сырья и сроки реализации, в течении которых этот метод позволяет сохранить продукцию с заданными свойствами.

Анализ отечественной и зарубежной литературы, а также собственные исследования свидетельствуют о том, что наиболее перспективным способом консервирования ягод, овощей и винограда, позволяющим решить проблему доставки продукции в любую точку страны, ликвидировать сезонность его потребления и переработки на консервных заводах и обеспечивающих стабильность пищевой и биологической ценности, является быстрое замораживание в местах производства.

Применение низких температур, как консервирующего фактора, благоприятно действует на растительные продукты, замедляет и даже подавляет биохимические и физиологические процессы, протекающие в тканях, а также деятельность микроорганизмов [25; 87; 118; 189; 251; 294; 327; 338; 347; 438; 504].

Этот метод ликвидирует технологический разрыв в цепи поставок и обеспечивает поступление гроздей практически от урожая до урожая, позволяет отсрочить реализацию сельскохозяйственной продукции во времени и перенести место реализации в пространстве.

Замораживание, как способ хранения продовольственных товаров, применяется человеком с древнейших времен. Но его применение ограничивалось северными территориями, где естественный зимний холод применялся с незапамятных времен для создания запасов мяса, птицы, рыбы. Появление замороженных продуктов знаменовало собой заметный прогресс в технологии консервирования.

Начало промышленного замораживания фруктов и овощей относится к 1904 году, когда С. Фултон (США) подверг замораживанию малину и землянику. Производство быстрозамороженных продуктов началось впервые в США в 1935 г. с появлением на рынке сухого льда. Индустриальное применение быстрого замораживания плодов началось в 1930 году после создания Бердсаем плиточных морозильных аппаратов [25].

В России первые холодильники были построены в 1877 году на рыбных промыслах Астрахани и Махачкалы в целях сохранения мойвы, служащей приманкой для трески.

В последние годы применение низких температур для длительного хранения продовольственных товаров находит все более широкое распространение во всем мире. В настоящее время в мире производится и потребляется более 10 тысяч видов замороженной продукции общим объемом более 30 млн. тонн. По оценке одной из ведущих американских фирм «СAMN» в настоящее время более 350 различных компаний мира занимаются производством замороженной продукции. Ведущее место занимают предприятия США, Венгрии, Польши, Голландии, Франции, Италии, Японии и др. стран, в которых на душу населения приходится от 20 до 60 кг замороженных продуктов в год [79].

Развитие производства быстрозамороженных продуктов в России до настоящего времени не достигло желаемого уровня, как по объему производства, так и по технологической оснащенности, и ограничено, в основном, заготовкой рыбы, птицы, изготовлением мороженного и пельменей. Заготовку овощей и фруктов замораживанием ведут считанные предприятия.

Ежегодный объём продаж замороженных полуфабрикатов фруктов и овощей в России не превышает 35-40 тыс. т. Самым крупным сегментом являются замороженные овощи - 55%, около 10 - составляют фрукты, 14 -полуфабрикаты из мяса и рыбы, около 7% - из птицы, остальные - замороженная выпечка, тесто и прочие готовые блюда. Большинство товаров, реализуемых на отечественном рынке, ввозится из-за рубежа. Собственное производство замороженной продукции в России не превышает 8-10% [419].

Наплыв из европейских стран в Россию быстрозамороженных пищевых продуктов в широком ассортименте и по завышенным ценам подтверждает наличие устойчивого спроса на эту продукцию в течение всего года. По оценкам экспертов, емкость рынка замороженных овощей оценивается в размере от 120 до 140 тыс. тонн. Из всех торговых марок на российском рынке свыше 30% являются импортными. При этом основную часть замороженных овощей назвать российской продукцией можно достаточно условно, поскольку многие компании фасуют импортную продукцию под своей торговой маркой. В структуре продовольственного рынка замороженные продукты занимают в России около 15%, а США более 71%.

Ассортимент замораживаемой продукции зависит в первую очередь от национальных традиций, спроса населения, активности продвижения их на рынок, а также развитости холодильной цепи от сырьевой базы до домашнего холодильника. Непрерывная холодильная цепь должна включать: предприятия по производству быстрозамороженной продукции, рефрижераторный транспорт, предприятия по хранению и реализации быстрозамороженных продуктов в местах потребления, рефрижераторный и изотермический транспорт для доставки в торговую сеть, предприятия по реализации быстрозамороженной пищи, оснащенные необходимым низкотемпературным оборудованием и предприятия для приготовления пищи из быстрозамороженных компонентов (типа «бистро»), домашние морозильники, а также промышленные и бытовые микроволновые устройства, в которых замороженный продукт в упаковке доводится до готовности за несколько минут. В настоящее время около 85% всех семей США, 75% Японии и 60% Великобритании имеют портативные микроволновые установки для быстрого разогрева замороженных продуктов (Bows I. R.. Richardson P. S., 1990).

Россия по темпам создания мощностей быстрозамороженной продукции серьёзно отстаёт от развитых стран мира, где среднегодовой рост производства составляет порядка 10%. Потребление быстрозамороженной продукции (вместе с пельменями) на душу населения в нашей стране не превышает 0, 5 кг, в странах Запада - до 50 кг в год. По данным Госкомстата РФ производство свежезамороженных плодов и ягод в России составляет 7, 1-10 тыс. т, в Польше - 146, США - 354 тыс. т.

Также необходимо отметить, что замораживание с учетом хранения замороженных продуктов на производственных холодильниках, торговых холодильниках и в домашних холодильниках на 25-30% при прочих равных условиях выгоднее, чем консервирование в жестяной таре и на 60-75% - в новой стеклянной таре.

Так, по данным фирмы «Фригоскандия» расход энергии при консервировании зеленого горошка в жестяной таре равен 7520 кВт ч/т. эжт, в стеклянной - 9880, а при замораживании в полиэтиленовых пакетах и в картонных упаковках - соответственно 5720 и 6160 кВт ч/т. эжт. [179]. Использование быстрозамороженной продукции при приготовлении пищи позволяет снизить затраты труда и времени, при этом резко улучшается качество блюд [419].

Наблюдающееся в последнее время увеличение потребительского спроса на быстрозамороженную продукцию можно объяснить причинами рационального и психологического характера.

К первым, по мнению многих авторов, следует отнести максимальное и длительное сохранение природных качеств продукта (питательная ценность, вкус, внешний вид, окраска, структура тканей), транспортабельность и экономическая целесообразность продуктов заморозки, удобство в приготовлении при их потреблении.

Психологические причины обосновываются стремлением современного потребителя расширить ассортимент продуктов питания за счет минимально обрабатываемой пищи, в которой максимально сохранены натуральные и лечебные свойства, что следует из социологических и статистических исследований [68; 238; 243].

Быстрозамороженное сырье также можно использовать для дальнейшей переработки на высококачественные продукты и создания новых комбинированных продуктов с повышенной пищевой и биологической ценностью.

На целесообразность такого направления использования замороженного сырья указывают многие исследователи [18; 65; 118; 347]. По данным З. В. Коробкиной [238] в мире более 10% объема замороженной продукции идет на переработку. Кроме того, замораживание позволяет вовлекать на производство замороженных продуктов нестандартные плоды, которые составляют до 25% общего объема их производства.

При наличии рациональной технологии переработки замороженных плодов на все основные виды консервов, быстрое замораживание может быть использовано для уменьшения, а в будущем и для ликвидации сезонности в консервном производстве [18].

Идея замораживания фруктов и ягод принадлежит именно российским учёным. Ещё в 1926 г. на опытной станции Московского института народного хозяйства были проведены успешные опытные исследования.

В бывшем Советском Союзе экспериментальные исследования по замораживанию плодов и ягод были начаты еще в 1936 г. А. Е. Егоровым, однако, по ряду причин субъективного и объективного характера, широкого распространения этот метод не получил.

Промышленное производство быстрозамороженных готовых блюд начало развиваться с пуском в 1976г. экспериментальных заводов «Хладопродукт № 1» (Москва) и завода «Гагра» по производству быстрозамороженных блинчиков.

В первой половине 90-х годов в период общего спада производства этот процесс приостановился и началась интервенция замороженных продуктов из-за рубежа. Лишь к середине 90-х годов в России были созданы объективные предпосылки для развития отрасли и отечественный бизнес стал проявлять интерес к производству быстрозамороженной плодоовощной продукции.

Так, на основе частного предпринимательства создан ряд предприятий по производству замороженных плодов и ягод, овощей и овощных смесей: Хладокомбинат «Западный» и ООО «Ленок» (Московская область), компания «Ледово» (г. Москва), предприятия по заморозке овощей, фруктов и ягод в г. Снежинске (Челябинская обл.), ООО «Живица» (г. Томск), ООО «Лина» (г. Рязань), ОАО «Бусиновский мясоперерабатывающий комбинат» (г. Москва), ООО «Сан-Терра» (г. Махачкала), ООО «Айстек» Тамбовской области и др.

За период с 1999 по 2003 год объём производства в РФ быстрозамороженных плодов, овощей и ягод возросло в 10 раз.

Перед агропромышленным комплексом России на современном этапе стоит задача создания мощной индустрии быстрозамороженных продуктов широкого спектра назначения, способной обеспечить население биологически полноценными продуктами длительного хранения для разных сегментов потребления. По показателям реализации и потенциалу замороженные продукты являются одним из наиболее многообещающих источников прибыли для производителей, налоговых поступлений в бюджет, а также витаминов и минеральных веществ в течение всего года для потребителей.

Любой способ хранения оценивают по совокупности большого числа признаков, среди которых наиболее важными являются качество получаемого продукта и экономичность способа. При разработке технологий замораживания растительного сырья первостепенное значение имеет пригодность для замораживания, а также качество готовой продукции, которые определяются прежде всего генетическими особенностями сортов и видов, степенью созревания, условиями вегетации, сбора, транспортировки и предварительной обработки.

Процесс замораживания растительной ткани - это прежде всего процесс замерзания клеточного сока, который может протекать в зависимости от условий по-разному. Теоретические основы этого процесса детально изложены в работах Н. А. Головкина [84]; Я. Постольски, З. Груда [383]; Э. Алмаши и др. [25]; С. А. Большакова и др. [54]; M. Brown [517]; B. Cindio, V. Romano и др. [530].

Замораживание - это физический процесс понижения температуры ниже критической, сопровождающийся превращением в лед большей части содержащейся в нем воды и протекающий с различной скоростью в зависимости от метода, температуры, оборудования, вида и сорта сырья. Все эти факторы могут привести как к количественным изменениям (убыль массы), так и к ухудшению внешнего вида и пищевой ценности замороженных продуктов при хранении.

Повреждения клеток и тканей при замораживании возникают из-за давления образующихся кристаллов льда на строение тканей (механический) ; вследствие чрезмерной дегидратации клеток (осмотический) ; а также за счет гиперконцентрации солей в клетках (теория солевой денатурации) [54; 313; 517].

На качество замороженных продуктов большое влияние оказывают размер, форма и распределение кристаллов льда, характер которых в значительной степени зависит от скорости замораживания. Скорость замораживания в свою очередь зависит от температуры, толщины и формы продукта, теплопроводности и способа замораживания [593].

По механической теории при медленном замораживании сначала образуются кристаллы льда из внеклеточного тканевого сока относительно невысокой концентрации, т. к. его точка кристаллизации выше, чем у раствора внутри клеток. При этом давление пара в межклеточниках снижается, а внутри клеток повышается и он диффундирует из клеток в межклеточники, что приводит к образованию крупных кристаллов льда, травмирующих ткани. Количество поврежденных клеток превышает 70%.

При быстром замораживании процесс отбора тепла совершается интенсивнее, в результате чего образуется микрокристаллическая структура, равномерно распределенная по всей толще замораживаемого продукта - внутри клеток и межклеточном пространстве. В этом случае травмирующее действие кристаллов на клетки и ткани минимально. При сверхбыстром замораживании с использованием криогенных температур почти 90% всех кристаллов льда формируется внутри клеток при минимальном повреждении ткани.

По теории солевой денатурации разрушение клеток связано с тем, что перераспределение влаги в процессе льдообразования приводит к увеличению концентрации солей в клетках. При медленном замораживании концентрация солевых растворов в ткани выше и время их воздействия дольше. А степень денатурации белков зависит от времени воздействия на них концентрированных солевых растворов. При сверхбыстром замораживании это время сводится к минимуму, что приводит к меньшей денатурации и разрушению тканей [84; 54].

Как результат, после дефростации медленно замороженных плодов и ягод теряется много клеточного сока, а у быстрозамороженных - потеря сока значительно ниже [25; 149; 188; 327; 357; 383; 517; 537]. Так, по данным А. Э. Модонкаевой [327] сорт винограда Асма, замороженный при минус 60 и минус 20С по потере сока относится к хорошим, а при минус 196С (жидкий азот) - к очень хорошим.

При медленном замораживании размеры кристаллов льда равны в среднем 200Ч400Ч800 мкм. В связи с тем, что размеры клеток плодов превышают 15 мкм, более 90% их повреждается кристаллами льда, причём один кристалл разрушает до 10 клеток. При быстром замораживании плодов и ягод размеры кристаллов уменьшаются и составляют в среднем 15Ч20Ч30 мкм, что значительно снижает механические повреждения клеток и в связи с этим сокращается количество вытекающего сока.