Лабораторна робота № 4

ТЕМА: ВИЗНАЧЕННЯ ІНТЕНСИВНОСТІ ДИХАННЯ ПЛОДІВ ТА ОВОЧІВ

1. МЕТА РОБОТИ:

1. Вивчити біологічну природу процесу дихання рослинної продукції у залежності від умов її зберігання;

2. Навчитися визначати інтенсивність дихання плодоовочевої продукції.

В результаті виконання даної роботи студент повинен

ЗНАТИ: біологічну природу процесу дихання.

ВМІТИ: визначати інтенсивність дихання плодоовочевої продукції.

2.Самостійна підготовка до заняття

За підручниками та лекційним курсом ознайомитися з теоретичним матеріалом по темі лабораторної роботи.

3. Питання для самоперевірки

3.1 Що таке процес дихання рослинної сировини?

3.2 Яка роль процесу дихання в життєдіяльності рослини?

3.3 З яких процесів складається дихання?

3.4 Які речовини є основними субстратами дихання?

3.5 Які види дихання відбуваються в рослинних продуктах?

3.6 Чим характеризується процес анаеробного дихання?

3.7 Від яких факторів залежить інтенсивність дихання рослин?

3.8 Як визначається температурний коефіцієнт і що він характеризує?

3.9 Що показує формула Гора?

3.10 Як визначається інтенсивність звільнення енергії і що вона характеризує?

4. Матеріальне забезпечення

4.1 Плоди та овочі різних видів та помологічних сортів, що знаходяться на тривалому зберіганні.

4.2 0,2 н розчин КОН; 0,1 н розчин соляної кислоти; індикатори – фенолфталеїн та метиловий оранжевий;

4.3 Холодильна шафа з температурами 6…8⁰С, 0 і –2⁰С; терези технічні; ексикатор з решіткою та отвором, в який вставлена трубка з натроновим вапном; чашка Петрі; бюретка для титрування; піпетка на 10 мл; конічна колба на 100 мл.

5. Теоретичне обґрунтування

Дихання є основною формою дисиміляції – розщеплення органічних речовин. Це окислювальний процес, при якому поглинається кисень та виділяється вуглекислий газ.

Дихання необхідно для забезпечення плодів та овочів енергією, яка необхідна їм для підтримання процесів життєдіяльності. Поки рослина дихає, доти вона і живе. Енергія, яку плоди та овочі нагромадили ще на материнській рослині, звільнюється у процесі дихання. Частина її використовується на внутрішні процеси, а частина запасається клітинами у хімічних зв’язках або випромінюється у навколишнє середовище у вигляді тепла.

Дихання складається з цілого ряду взаємопов’язаних процесів окислення та відновлення різноманітних сполук рослини. Складні органічні речовини повільно розпадаються на більш прості з виділенням тепла. Кожний з цих процесів відбувається під впливом певної ферментної системи. Причому порушення у послідовності проходження окремих етапів процесу дихання призводить до функціональних розладів, які послабляють лежкість плодів.

Дихання відбувається переважно за рахунок цукрів та органічних кислот, причому у тканинах шкірочки насамперед за рахунок цукрів, а у м’якуші – за рахунок кислот. Це пояснюється ускладненням доступу молекул кисню до м’якуша, тому там використовуються сполуки більш окислені, якими є органічні кислоти, що потребують менше кисню ніж цукри.

Органічні кислоти – це своєрідний “ метаболічний котел”, у якому перехрещуються шляхи обміну вуглеводів, білків, жирів і звідки переважно надходить потрібна живій клітині енергія. Це так званий цикл Кребса, у якому субстрат дихання перетворюється в одну з органічних кислот, що окислюється до вуглекислого газу й води.

Кислоти, що утворилися в циклі Кребса, відводяться у вакуолі клітини плоду. В ній утворюється так званий запасний фонд кислот, що відіграє особливо важливу роль у плодах, знятих з дерева. Від рівня обміну між цим запасним фондом органічних кислот і метаболічним фондом залежить стан клітин у післязбиральний період. Порушення в обміні призводить до функціональних розладів – фізіологічних захворювань.

У плодах та овочах, крім аеробного дихання – з участю кисню, відбувається і анаеробне – дихання без кисню. Кінцевими продуктами цього процесу є спирт і ацетальдегід. Анаеробне дихання посилюється на останніх етапах достигання плодів, і особливо при зберіганні, у зв’язку з послабленням здатності плодів засвоювати кисень повітря. Продукти анаеробного дихання, що накопичуються при цьому, послаблюють стійкість тканини і прискорюють загибель плодів.

Інтенсивність дихання залежить від фізіологічного стану плодів і овочів, виду, сорту, наявності пошкоджень, температури і складу газового середовища. Найбільшою інтенсивністю дихання відрізняються молоді рослинні органи, які швидко ростуть. Досить енергійно дихають листки, бруньки, насіння, особливо проростаючи, кінцівки коренеплодів, верхівки бульб.

Плоди і зелені овочі характеризуються більш інтенсивним диханням, ніж вегетативні овочі, які знаходяться у стані спокою.

На інтенсивність дихання продукції впливають різні пошкодження: механічні, мікробіологічні, фізіологічні та пошкодження шкідниками. При нанесенні механічних пошкоджень інтенсивність дихання зростає, особливо у перший період, що обумовлено підвищенням витрат енергії на біосинтез речовин захисного характеру (суберину, поліфенолів, фітоалексинів та ін.).

Рисунок 4.1.-Вплив температури на інтенсивність дихання яблук сорту Сіянець Брамлея	Рисунок 4.2.-Вплив температури на інтенсивність дихання груш сорту Вільямс

Підсилення дихання при пошкоджені шкідниками, гризунами, мікроорганізмами, фізіологічними хворобами пояснюється витратами енергії на утворення захисних бар’єрів, некрозів, біосинтез бактерицидних речовин, активізацією окисно – відновлених ферментів.

Вплив температури на процес дихання визначають по температурному коефіцієнту Q₁₀, який показує, в скільки разів зменшується інтенсивність дихання при зниженні температури на 10⁰С.

(4.1)

Де J₁,J₂ – інтенсивність дихання відповідно при температурах t₁,t₂.

Для більшості хімічних реакцій, які підлягають правилу Вант – Гоффа, величина Q₁₀ дорівнює 2…3. Однак дихання являє собою складний процес, який складається приблизно із 30 реакцій і залежить не тільки від температури, але і від виду, віку, стану об’єкту, особливостей його ферментативних систем і інших факторів. Тому величина Q₁₀ для рослинних об’єктів змінюється в межах від 1, 8 до 6,8.

Більш чіткий вплив температури на інтенсивність дихання можна простежити по формулі Гора, згідно якій в інтервалі між температурою замерзання і зберігання, інтенсивність дихання пов’язана с температурою експоненціальною залежністю

J_t = J₀ e^bt (4.2)

Де J_t – інтенсивність дихання при температурі t, мг СО₂ / кг ч;

J₀ – інтенсивність дихання при 0⁰С, мг СО₂ / кг ч;

b – температурний коефіцієнт інтенсивності дихання, 1 / ⁰С.

Величина b постійна для кожного виду плодів та овочів. Вона характеризується швидкістю окислення і дозволяє судити о тривалості можливого зберігання. Її кількісне значення становить від 0,0617 до 0,1903 1/⁰С.

При зберіганні плодів і овочів внаслідок часткового розладу дихання спостерігається тепловиділення, яке може бути дуже значним і повинно ураховуватись в теплових розрахунках.

При вільному доступі повітря до рослинного організму процес окислення глюкози може бути виражений наступним рівнянням, кДж:

С₆Н₁₂О₆ + 6 О₂ = 6 СО₂ + 6 Н₂О + 2831 (4.3)

Тоді при утворенні 1 мг СО₂, в випадку повного окислення цукрів загальна кількість звільненої енергії становить 0,011 кДж. Інтенсивність звільнення енергії P_t при даній температурі t може бути визначена за рівнянням, кДж/кгч:

P_t = 0,011 J_t (4.4)

Зниження температури дозволяє зменшити інтенсивність дихання і тепловиділення плодів та овочів, і тим самим збільшити тривалість їх зберігання та зменшити втрати.

6. Зміст роботи

Вивчити теоретичне обґрунтування і зробити короткі записи.

6.1 Визначити інтенсивність дихання рослинних продуктів, які зберігаються при різних температурах. Робота виконується фронтальним методом групами студентів по 4 чоловіка. Кожна група працює з різними продуктами (картопля, морква, буряк, яблука, груши та ін.). Температура зберігання рослинних продуктів: 20…25 ⁰С, 6…8 ⁰С, 0⁰С, -2⁰С.

6.2 Обробити отримані результати та занести їх до таблиці 4.2.

6.3 Про виконану роботу зробити висновки.

7. Методика експерименту

Визначення інтенсивності дихання виконують різними методами, серед яких широке розповсюдження отримало поглинання вуглекислого газу, який виділяється при диханні, розчином лугу.

Кількість вуглекислого газу, що поглинається, визначається або за зміною електропровідності, або за збільшенням ваги судини з лугом, або, як в даній роботі, титруванням.

Експериментальна установка являє собою ексикатор з отвором у кришці, в який вставлена трубка з натроновим вапном. Певну кількість досліджуємих продуктів розміщують на решітці в верхній половині ексикатору, на дно якого попередньо встановлюють відкриту чашку Петрі з 0,2 н. розчином КОН.

Вуглекислий газ, який виділяється при диханні продукту, поглинається лугом з утворенням солі:

2 КОН + СО₂ = К₂СО₃ + Н₂О

Внаслідок поглинання лугом вуглекислого газу в ексикаторі утворюється розрядження. Зовнішнє повітря поступає в ексикатор, але проходячи крізь трубку з натроновим вапном, воно звільняється від вуглекислоти.

К кінцю експерименту в чашці Петрі буде знаходитись суміш із утворившейся солі і деякої кількості непрореагувавшего лугу. Титрування цієї суміші виконують 0,1 н. розчином соляної кислоти. При цьому К₂СО₃ реагує з кислотою в дві стадії:

1) К₂СО₃ + НСl = КНСО₃ +КСl

2) КНСО₃ + НСl = Н₂СО₃ + КСl

Відповідно з цим крива титрування має дві крапки еквівалентності.

В першій стадії реакція рН змінюється від 4,6…8,8. Якщо, до початку титрування до розчину К₂СО₃ добавити фенолфталеїн, то розчин придбає червоне забарвлення. При переході через точку еквівалентності, відповідну утворенню КНСО₃, розчин знебарвлюється. Якщо додати до цього розчину індикатор метиловий оранжевий, то розчин буде жовтого кольору. При подальшому додаванні кислоти, коли весь КНСО₃ окажеться перетвореним у вільну Н₂СО₃, жовте забарвлення розчину перейде в рожево – червоне. Тому вважають, що з фенолфталеїном відтитровують надлишок КОН, який не пішов на зв’язування СО₂ і половина К₂СО₃. Виходячи з цього положення, виконують розрахунок СО₂, який виділився.

Інтенсивність дихання визначають за формулою, мг СО₂ / кг ч

(4.5),

де а-загальна кількість мілілітрів соляної кислоти, яка пішла на титрування 20 мл 0,2 н розчину КОН;

b – кількість мілілітрів 0,1 н соляної кислоти, яка пішла на титрування 20 мл 0,2 н розчина КОН в присутності фенолфталеїну;

2(а- b) – кількість мілілітрів 0,1 н розчину соляної кислоти, що пішла на титрування К₂СО₃;

2,2 – коефіцієнт перерахунку об’єму соляної кислоти, яка витрачена на титрування;

τ ₁ - час початку опиту, години;

τ ₂ - час закінчення опиту, години;

G - вага продукту, кг

8. Підготування до виконання роботи (виконує лаборант)

Продукти, які будуть досліджуватись, витримують протягом тижня при відповідних температурах. Протягом доби перед проведенням лабораторної роботи рослинні продукти витримують при температурі 20⁰С.

9. Порядок виконання роботи

9.1 В чашки Петрі піпеткою наливають по 10 мл 0,2 н розчину КОН та встановлюють їх в ексикатори.

9.2 Зважують плоди або овочі вагою приблизно 0,5 кг. Овочі очищують від шкірочки. Для інтенсифікації процесу дихання можна розрізати продукти на чотири частини.

9.3 В ексикатор на решітку поміщають підготовлені продукти, після чого ексикатор зачиняють кришкою. Ці операції необхідно виконувати дуже швидко та акуратно, щоб продукти не залишались довго на столі.

9.4 Записують час початку опиту (коли продукти були закладені в ексикатор).

9.5 Один ексикатор залишають при кімнатній температурі 20…25⁰С, другий, третій та четвертий відповідно ставлять в холодильну шафу або холодильний прилавок з температурами: 6…8⁰С, 0⁰С, -2⁰С.

9.6 Через 1 годину виймають з ексикаторів чашки Петрі з розчином лугу і відразу зачиняють їх кришками.

9.7 Записують час закінчення опиту.

9.8 Виконують титрування розчина лугу 0,1 н розчином соляної кислоти. Для цього розчин лугу із чашки Петрі переливають у конічну колбу, додають 4…5 крапель фенолфталеїну. Титрують кислотою до знебарвлення. Записують кількість кислоти (в мл), яка пішла на титрування b. Потім в ту ж саму колбу додають 1…2 краплі метилоранжу і титрують соляною кислотою до зміни жовтого забарвлення на рожево – червоне. Записують загальну кількість кислоти, що пішла на титрування а. Отримані данні записують до таблиці 4.1.

Таблиця 4.1.- Інтенсивність дихання ______________________

(найменування продукту)

Темпе-ратура збері-гання, ^0С	Час початку і закінчення опиту, години	Кількість НСl, що витрачена на титрування	Інтенсив-ність дихання J, мгСО2/кг г	Темпе-ратур-ний коефі- цієнт Q10	Інтенсивність енергії, що вивіль-няється Рt, к Дж/кг г
τ	τ	а	b

9.9 Виконують розрахунок інтенсивності дихання досліджуємого продукту при різних температурах за формулою 4.5.

9.10 За формулою 4.1 розраховують температурний коефіцієнт Q₁₀.

9.11 За формулою 4.4 встановлюють величину інтенсивності вивільнення енергії в процесі дихання продукту при різних температурах.

9.12 Розрахункові дані заносять до таблиці 4.1.

10. Обробка результатів роботи

Обробка результатів лабораторної роботи полягає в сопоставленні та аналізі опитних даних, отриманих усіма групами студентів. Вони записуються у таблицю 4.2.

За результатами роботи будують графіки залежності J= f (t) і P_t = f (t), та роблять висновки про вплив температури зберігання на інтенсивність дихання.

Таблиця 4.2.- Зведена таблиця результатів

Продукт	Картопля	Морква	Буряк
Темпера-тура зберігання, ^0С	J, мг/кгг	Q10	Pt, кДж/кгг	J, мг/кгг	Q10	Pt, кДж/кгг	J, мг/кгг	Q10	Pt, кДж/кгг

11. Оформлення звіту

11.1 Тема та ціль роботи.

11.2 Коротке теоретичне обґрунтування.

11.3 Порядок проведення роботи.

11.4 Результати опиту та графіки залежності.

11.5 Висновки.

12. Література

12.1 Скалецька Л.Ф. Технологія зберігання і переробки продукції рослинництва. Практикум: Навч. посібник. - К.: Вища шк., 1994.- 301с.

12.2 Довідник по зберіганню плодів, ягід і винограду / В.І. Майдебура, І. Б. Кангіна, Є. В. Михайлова та ін. – К.: Урожай, 1987.- 264 с.

12.3 Дьяченко В.С. Хранение картофеля, овощей и плодов. – М.: Агропромиздат, 1987. – 191с.

Дата добавления: 2015-08-18