Біохімічні процеси в товарах

Вступ

Під впливом внутрішніх і зовнішніх чинників у продовольчих товарах і сировині відбуваються різноманітні процеси.

Без знання цих процесів неможна вести боротьбу із збитками, спричиненими зниженням якості і маси товару під час зберігання і транспортування.

Процеси, що відбуваються в товарах поділяють на чотири групи:

- Фізичні і фізико-хімічні;

- Хімічні;

- Біохімічні;

- Біологічні і мікробіологічні.

Фізичні процеси в товарах

У період товаропросування внаслідок дії таких зовнішніх чинників, як температура, вологість повітря, механічні сили, відбувається зниження якості.

До фізичних процесів, які відбуваються під впливом температурного чинника відносяться:

- Розширення;

- трансформація фаз (зміщення фаз однорідних шарів, що розділені між собою за допомогою якоїсь речовини);

- розшарування емульсій;

- «льодовитий вибух»;

- «термічний вибух»(див. додаток А).

Термічне розширення притаманне майже для всіх речовин. Виняток становлять жири і ще кілька речовин. Підвищення температури в період транспортування або зберігання може призвести до значних втрат якості або повної втрати товару.

До таких товарів відносяться товари-рідини, що зберігаються в скляному посуді. Внаслідок термічного розширення при підвищенні температури сильно підвищується тиск який може призвести до руйнації скляного посуду, до так званого «термічного вибуху». При цьому відбувається фактично знищення товару. Небезпечність термічного вибуху посилюється із збільшенням величини коефіцієнта термічного розширення даного товару.

Так, при температурі 18 градусів Цельсія коефіцієнт термічного розширення складає:

- Оцтової кислоти – 0,00107

- Етилового спирту – 0,00110

Найчастіше термічний вибух погрожує товарам, де розчинником є етиловий спирт й інші речовини із високим коефіцієнтом термічного розширення і низькою температурою кипіння (спирт-ректифікат, вироби в скляному посуду). Теплове розширення може і не спричиняти термічний вибух, але може значно знизити якість продукції (наприклад, вздуття консервних банок).

Під впливом підвищенням підвищення температури відбувається зміна газопроникненості полімерних плівок. Деякі плівки при підвищенні температури на 10 градусів Цельсія збільшують газопроникність у два і більше рази, що негативно впливає на процес збереження товару.

Особливо великі збитки наносить підвищення температури на товари які плавляться при температурі від 20 до 60 градусів Цельсія або мають у своєму складі компоненти з відповідними температурами плавлення. Підвищенням температури під час транспортуванням або зберіганням веде до фазових зрушень, що погіршує зовнішній вигляд, наприклад, з’являється «сивина» шоколаду і глазурованих шоколадом цукерок,просякнення розтопленого жиру через картонну і паперову упаковку продуктів, які містять у своєму складі значні кількості жиру.

Підвищення температури за відповідних умов сприяє випаровуванню води, що знецінює товари (фрукти, овочі,хлібобулочні вироби).

Не виносять значних змін температури емульсійні товари: водо емульсійні та інші барвники, молоко та молочні вироби, майонези. Емульсії є дисперсними системами, які легко розшаровуються не лише при підвищених температурах (25-35 градусів Цельсія), ай при низьких температурах (нижче 4 градусів Цельсія). Зниження температури при зберіганні вин, пива,олії може призвести до їх помутніння, наслідок випадання в осад деяких складових речовин.

Якість товару змінюється внаслідок замерзання води, що міститься в ньому. Відомо що вода при замерзанні розширюється до 9% свого обсягу, тому під час розширення виникає значний тиск, який при температурі – 22 градусів Цельсія сягає величини 2100 кгс квадратних сантиметрів. При такому тискові посуд, якому міститься рідкий товар лопається. Льодовий вибух нерідко спостерігається під час транспортування товарів у зимовий період що призводить до значних втрат фруктово-ягідних напоїв, мінеральної води, соків, плодово-овочевих консервів, пива, плодово-ягідних і виноградних вин, молочних товарів.

Слід мати на увазі, що із зниженням температури розчинність більшості речовин в розчинниках зменшується. Тому в рідких товарах, які навіть є справжніми розчинами, при зниженні температури можуть випадати в осад речовини, які мають незначну розчинність у відповідних розчинниках. Це призводить до помутнінь, неприємного вигляду товару. В таких випадках реалізація товару стає проблематичною навіть за умов збереження високого рівня інших показників його якості.

Найпоширенішими фізичними процесами під впливом зовнішнього середовища в товарах, є сорбція і десорбція водяної пари.

При сорбції (зволоженні) внаслідок підвищення вологості суттєво знижуються споживні властивості багатьох видів товарів. Так, при зберіганні кухонної солі в приміщеннях з високою вологістю повітря продукт сильно зволожується і може навіть зліплюватися. При підсиханні зволожена сіль кам`яніє, перетворюється на суцільну глибу.

При сорбції вологи повітря маса продуктів зростає: печиво, вафлі, сухарні вироби втрачають крихкість, стають м`якими, а борошно, цукор-пісок злежуються, втрачають сипкість, спостерігається злипання карамелі.

При низькій відносній вологості повітря відбувається зворотній процес – десорбції. Вода випаровується з товарів у навколишнє середовище. Зменшення вологості товарів від нормальної веде до негативних процесів: зменшується маса товару, фрукти і овочі зморщуються, відбуваються негативні зміни в консистенції, що погано впливає на смаковитість харчових продуктів. Тобто, і при десорбції відбуваються втрати якості і маси товару.

Звідси випливає, що в кожному товарі слід підтримувати задану оптимальну вологість – що є однією із засад запобіганню збитків при товаропросуванні.

До чинників, які можуть викликати фізичні зміни в товарах, можна віднести рух повітря і його забрудненість. Рух повітря сприяє інтенсивності сорбції і десорбції товарів, а також розповсюдженні бруду і перенесенню газоподібних запахових домішок, які можуть викликати неприємні запахи в харчових товарах.

Забруднення пилом, твердими частинками, що переносяться повітрям можуть нанести товарам значні пошкодження, призвести до їх повного знецінення.

Значний вплив на фізичні зміни в товарах мають механічні сили різної величини та інтенсивності. Найчастіше пошкодження товарів пов`язані з дією механічних сил при транспортуванні і перевантаженні товарів з одного транспортного засобу на інший, при перекладанні і реалізації.

Великі збитки від механічних пошкоджень спостерігаємо в торгівлі плодами та овочами, хлібобулочними та кондитерськими виробами.

Найчастіше трапляються такі механічні пошкодження товарів як штабельний тиск, окремі поштовхи і трясіння.

Штабельним тиском називають статичне навантаження, спричинене тиском товарів, що знаходяться над даною вантажною одиницею (контейнер, ящик, коробка, мішок тощо). Такий може призвести до прогину, сплющуванню зовнішньої поверхні, пошкодженню і, навіть, втраті товару.

Штабельний тиск, що діє на одне упаковане місце на складі чи транспортному засобі залежить від розміщення і висоти самого місця, висоти штабеля, питомої ваги товару і тари.

Значні збитки можуть завдати падіння упаковки, поштовхи і трясіння товару. Ударні механічні поштовхи діють на упаковані вантажі одноразово або через деякі проміжки часу. Вони спостерігаються при падінні вантажу, при навантажуванні або розвантажуванні транспортних засобів, при перекидуванні вантажу, провалюванні або поваленні вантажів.

Під трясінням слід розуміти сукупність невеликих поштовхів, які швидко відбуваються один за одним. Наприклад, трясіння транспортних засобів, транспортерів, які передаються вантажам. При трясінні також можливе пошкодження тари і товару внаслідок тертя. Таким чином, дія механічних сил відноситься до дуже важливих зовнішніх чинників, які можуть призвести до таких фізичних змін в товарі, коли він стає зовсім непридатним до споживання.

Дуже важливо підбирати таку упаковку вантажів, що відповідає транспортним засобам. Про те як необхідно поводитися з вантажем, сповіщають відповідні маркування на упаковці товару.

Хімічні процеси в товарах

Хімічні процеси супроводжуються глибокими змінами хімічного складу товарів, утворенням нових речовин з іншими властивостями, що викликає зміни в споживних властивостях товару, в його загальній якості. Інтенсивність хімічних процесів значною мірою залежить, з одного боку, від особливостей хімічного складу товару, а з другого - від дії на товар чинників зовнішнього середовища: температури, вологості повітря й опромінення променями різної довжини хвилі, кисню, агресивних сполук в повітрі - сірководню, сірчаного ангідриду та інші.

Хімічні процеси, що відбуваються при товаропросуванні, здатні призвести до непридатності практично всіх груп продовольчих товарів. Деякі хімічні процеси, що викликають псування товарів, тісно пов`язані з фізичними процесами і є їх продовженням.

Швидкість хімічної реакції залежить від температури, наявності відповідного середовища і концентрації сполук, що вступають у реакцію. Тобто, чим вища температура товару, тим швидше в ньому, при всіх інших однакових параметрах, будуть відбуватися хімічні реакції, тим скоріше настає зміна його якості. Чим більша вологість товару, тим більша, при всіх інших однакових параметрах, можливість вступу відповідних сполук в реакцію. Чим більша концентрація речовин, що вступають у реакцію, при всіх однакових параметрах, тим швидше відбувається нагромадження речовин, що не є характерними для даного товару і, як наслідок, зміна якості.

Особливо швидко хімічні реакції відбуваються у випадках утворення проміжних речовин з виділенням значної кількості енергії, внаслідок чого розпочинається ланцюгова реакція.

Великий вплив на швидкість хімічних реакцій має також присутність каталізаторів, які не вступають безпосередньо в реакцію.

Більшість товарів можна розглядати як суміш хімічних речовин, здатних вступати між собою в хімічні реакції. Для здійснення реакції достатньо незначного зовнішнього впливу «енергії активації» у вигляді підвищення температури, освітлення, механічної енергії.

Хімічні процеси можуть активізуватися і внаслідок дії водяної пари повітря, а також забруднення пилом, в якому можуть знаходитись каталізатори відповідної реакції.

У практиці товаропросування особливу увагу слід звертати на температуру тому, що підвищення температури середовища і товару виникає суттєве прискорення хімічних реакцій, що призводить до зниження споживних властивостей, втратам і економічним збиткам.

Негативно впливає на якість харчових продуктів світло. Світлові промені, що являють собою електромагнітні коливання з певною довжиною хвилі і частотою, частково поглинаються товарами, передають їм свою енергію, що й спонукає проходження відповідних хімічних реакцій, внаслідок яких змінюються споживні властивості виробу.

Під впливом світлових променів швидко руйнуються БАР, спостерігається знебарвлення.

Характерними хімічними реакціями, що мають місце при зберіганні і транспортуванні продовольчих товарів є:

- окиснення речовин;

- меланоїдиноутворення;

- старіння колоїдів (див. додаток Б).

Процес окиснення відбувається під дією кисню повітря та активується теплом і світлом.

Порівняно легко в товарах піддаються окисненню жири, багаті на ненасичені жирних кислоти, що мають у молекулі подвійні зв`язки. Під дією теплової і світлової енергії ненасичені жирні кислоти в місці подвійного зв`язку легко приєднують кисень повітря, утворюючи перекисні сполуки, які розпадаючись дають оксикислоти, альдегіди, кетони з неприємним запахом та гірким смаком.

На сьогодні встановлено, що при звичайних температурах(20-25 градусів Цельсія) окиснення ненасичених жирних кислот відбувається в місці вуглецевого атому, що знаходиться поруч з подвійним зв`язком, утворюючи гідроперекис:

RCH=CHCH

В подальшому перекис розпадається з утворенням альдегідів і оксикислот:

RCH

За наявності в повітрі озону можлива реакція, коли молекула озону приєднується в місці подвійного зв`язку. При цьому утворюються нестійкі сполуки – озоніди:

RCH

Озоніди при наявності води розпадаються на альдегіди і перекис водню:

RCH

У подальшому перебігу реакцій перекис водню здатний окислювати жири і жироподібні сполуки.

Дуже легко відбувається окиснення поліфенольних сполук харчових продуктів, багатьох ароматичних олій, вітамінів, особливо вітаміну С.

Процес меланоїдиноутворення спостерігаємо в продовольчих товарах, що в своєму складі мають білки, продукти їх гідролізу і редукуючи цукри. Внаслідок взаємодії цих речовин під впливом підвищених температур відбувається так звана реакція Майяра з утворенням суміші різноманітних речовин, які мають колір від світлобрунатного до темнобрунатного. Цей процес відбувається при тривалому зберіганні, сушених плодів і овочів, томат-продуктів, овочевих консервів. Процес меланоїдиноутворення в продовольчих товарах супроводжується потемнінням самиї продуктів, зміною смаковитості й запаху. Цей негативний процес можна дещо затримати, зберігаючи товари при понижених температурах, а також блокуванням реакційноздатних угруповань головних компонентів реакції. Ефективним інгібітором такого процесу може бути сірчана кислота або сірчаний ангідрид. Ці сполуки реагують з карбонільними групами цукрі і, блокуючи їх, виводить з ланцюга реакції.

Меланоїдиноутворення може відігравати і позитивну роль. Наприклад, при випіканні хліба, смаженні м`ясних виробів і риби, виготовленні пряженого молока і ряжанки, солоду, пива, квасу, надаючи цим продуктам специфічний смак, запах і колір.

До не ферментативних, суто хімічних процесів відноситься старіння колоїдів, синерезис гелів.

Ці процеси відбуваються при тривалому зберіганні зерна, круп. В них має місце старіння білків, що виявляється у поганому розварюванні.

Синерезис гелів спостерігаємо при розмоканні мармеладу, черствінні хліба тощо.

Знижують якість харчових продуктів і корозійні процеси. Це має місце у консервах (Додаток В).

Під корозією розуміють руйнування металу під впливом різних чинників.

Біохімічні процеси в товарах

До біохімічних процесів відносять процеси, що відбуваються з участю ферментів, які містяться в самому товарі. Біохімічні процеси дуже різноманітні за своєю спрямованістю і обумовлюються специфікою ферментів, що беруть участь у біохімічних реакціях. Цей тип реакцій є найхарактернішим для харчових продуктів, що являють собою живі об`єкти (зерно, плоди, овочі, ягоди) або їх частини (борошно, крупи), а також для напівфабрикатів.

Активність проходження біохімічних процесів у товарах залежить від хімічного складу, від фізіологічних особливостей продукту і від дії чинників навколишнього середовища.

Найбільший вплив на зміну споживних властивостей продуктів мають такі біохімічні процеси, як дихання, гідроліз і автоліз.

Дихання – це окиснювально-відновний процес, при якому відбувається звільнення енергії хімічних речовин, що використовується клітиною, тканиною і організмом в цілому для підтримання всіх життєвих процесів. Дихання відбувається в усіх живих клітинах. Енергетичними центрами клітин є мітохондрія. Саме в них відбувається окиснення органічних речовин, а енергія, що при цьому виділяється у вигляді тепла. У живих клітинах енергія нагромаджується в вигляді аденозинтрифосфатної кислоти (АТФ).

Процес дихання дуже складний. Це ланцюжок послідовних окиснювально-відновлюваних реакцій, внаслідок яких відбувається поступове окиснення органічних речовин. В процесі дихання беруть участь не лише вуглеводи, а й органічні кислоти, білки, жири та інші органічні речовини.

Дихання відіграє чи не найважливішу роль у процесі життєдіяльності живого організму, клітини: захищає рослин від шкідливих мікроорганізмів, забезпечує їх енергію, а проміжні продукти цього потужного процесу використовуються для синтезу речовин, необхідних для нормального функціонування організму.

Є два типи дихання:

- аеробний – при якому використовується кисень;

- анаеробний – без кисневий.

При аеробному диханні утворюються вуглекислий газ і вода, і виділяється енергія у вигляді тепла.

Дихання супроводжується зменшенням маси за рахунок втрати сухих речовин і вологи.

В несприятливих умовах, а саме із зменшенням кількості кисню (до 2 %) і збільшенням кількості вуглекислого газу рослинний організм переходить на анаеробний тип дихання, при якому утворюються спирт і вуглекислий газ, і незначна кількість енергії.

Для більшості живих організмів вуглеводи є основним джерелом енергії

(загальне рівняння аеробного дихання);

(загальне рівняння анаеробного дихання).

Спирт і його попередник оцетальдегід вбивають рослинні тканини і виникають різні дефекти.

Для характеристики процесу дихання використовується: коефіцієнт і інтенсивність дихання.

Коефіцієнт дихання – це відношення об`ємів вуглекислого газу, який виділяється внаслідок дихання, і кисню, що поглинається при диханні.

Інтенсивність дихання визначається кількістю поглинутого кисню або виділеного газу масою товару на певний час. Найчастіше виражається в мг вуглекислого газу, що виділяється за 1 кг продукту за 1 год.

Інтенсивність дихання залежить від кількості води в продукті, температури, газового складу повітря в сховищах і транспортних засобах. Підвищення кількості вуглекислого газу і зменшення кількості кисню відповідно знижує інтенсивність дихання. Так як процес дихання є ферментативним процесом, то інтенсивність дихання значно залежить від температури, з її підвищенням зростає інтенсивність дихання і навпаки, з пониженням температури інтенсивність дихання зменшується.

Не зважаючи на те, що аеробний процес дихання бажаний при зберіганні, при високій інтенсивності він може призвести до небажаних наслідків.

У зв`язку з тим, що при аеробному диханні виділяється велика кількість енергії, то високий рівень інтенсивності дихання може призвести до самозігрівання і навіть до самозапалювання великих мас продуктів (цукровий буряк в кагатах, зерно, соняшник, борошно тощо). Повністю виключити кисень з повітря сховищ неможливо, тому, що живі товари перейдуть на анаеробний тип дихання, що призведе до нагромадження в продуктах ацетальдегіду і етилового спирту. Які згубно діють на живі тканини, призводить до їх отруєння.

Інтенсивне дихання швидко знижує енергетичну і біологічну цінність товару внаслідок витрачання на процес дихання цінних органічних речовин, погіршуються також смакові властивості. Змінюється консистенція.

Тому вміння правильно, науково зберігати товари, враховуючи можливі чинники, що негативно впливають на процес товаропросування, має значний вплив на результати комерційної діяльності.

Гідролітичні процеси відбуваються в товарах під впливом ферментів гідролаз. Інтенсивність цих процесів і їх вплив на якість залежить від хімічного складу товару, наявності й активності ферментів, а також умов зберігання, тобто впливу зовнішнього середовища.

Гідролітичні процеси можуть і позитивно і негативно впливати на якість плодів, овочів і інші товари. Все залежить від особливостей товару, його помологічного чи ботанічного виду, сорту. На початку зберігання в більшості плодів та овочів відбувається так званий процес дозрівання, крохмаль гідролізується в цукор, нерозчинний протопектин гідролізується до пектину і пектинових кислот – плоди і овочі стають солодшими і м`якішими. Але при глибокому гідролізі вони просто розпадаються. При зберіганні продуктів багатих на жири під впливом ліпаз відбувається гідроліз жирів до гліцерину і жирних кислот внаслідок чого підвищується кислотне число жиру, можуть знизитися органолептичні властивості продуктів, що містять жири. Під дією протеаз гідролізуються білки до пептонів, поліпептидів і амінокислот, що погіршує консистенцію й інші показники якості м`ясних продуктів та шкурної сировини.

Крім окислювальних і гідролітичних процесів серед біохімічних процесів певне місце в товарах займає процес автолізу. Автоліз – (від грецьк. Autos – сам, lisis – розчинення) означає само розчинення (Додаток Г). Під автолізом слід розуміти процес гідролітичного розпаду полімерних сполук, що знаходяться в тканинах живого товару, внаслідок чого руйнується негативна структура, утворюється значна кількість нових сполук, які відповідним чином впливають на органолептичні властивості, а значить і на якість товару. Так, глікоген в м`ясі перетворюється на молочну кислоту (гліколіз), білки розпадаються на відповідні скалки аж до амінокислот (протеоліз), відбувається і розпад жирів, в рослинних організмах відбувається гідроліз полісахаридів і пектинових речовин. Все це сприяє розм’якшенню тканин. Продукти при глибокому автолізі немовби розповзаються самі по собі без втручання мікроорганізмів. Нерідко таке явище спостерігаємо коли в холодильнику свіжі огірки в полімерній плівці перетворюються на рідину, що знаходиться в шкіряній оболонці. На певних стадіях автоліз використовується для підвищення якості продукції з м`яса, наприклад, ковбасних виробів. Як і всі біохімічні процеси автоліз можна дещо загальмувати за допомогою пониження температури зберігання.