Постоянство свежести
Ингибирование центров синтеза и усвоения этилена в свежих плодах как метод продления сроков хранения многих фруктов обосновали и предложили американские ученые в конце ХХ века, и с тех пор его применяют широко во всем мире, но наиболее часто - в технологии хранения яблок.
Сам этилен, как широко известный фитогормон роста и созревания, известен с начала ХХ века. История открытия его влияния на живые растения удивительна и полна неожиданностей.
В 1901 году в Санкт-Петербурге русский ученый Дмитрий Николаевич Нелюбов пробовал выращивать горох у себя в лаборатории. Опыт за опытом получался неудачным, поскольку гороховые зерна давали искривленные и короткие побеги. В то же временя, в теплице или на свежем воздухе те же самые зерна давали нормальные и ровные побеги, верхушка которых быстро распрямлялась и росла вертикально. Нелюбов предположил, что причиной, вызывающей искривление побегов гороха, является какой-то компонент атмосферы лаборатории – грунт для посадок был взят Нелюбовым из теплицы, других причин быть не могло. В те времена электрическое освещение было редкостью, и лаборатория освещалась т.н. светильным газом. Нелюбов понял, что возможной причиной может быть какой-то компонент этого газа.
В уличных фонарях городов горел тот же газ, что и в лаборатории Нелюбова, и давно было замечено, что в случае аварии газопровода стоящие рядом с местом утечки газа деревья преждевременно желтеют и сбрасывают листья.
Как известно, светильный газ содержит метан, этан, пропан и некоторые другие органические вещества. Исследуя различные алканы, то есть насыщенные углеводороды, Нелюбов не нашел, что они как-то влияют на ростки гороха. Тогда он предположил, что активной является какая-то малая примесь в светильном газе. Будучи неплохим химиком, Нелюбов решил в первую очередь очистить светильный газ от непредельных соединений, пропуская исходный газ через сильно разогретую трубку с окисью меди. И удача – такой «очищенный» светильный газ уже не влиял на горох. Тогда Нелюбов взял первый из непредельного ряда углеводородов – этилен – и проверил, как он влияет на ростки. И снова везение. Было найдено, что добавка этилена вызывает:
1) замедление роста в длину и утолщение проростка,
2) верхушка ростка не разгибается,
3) росток изменяет свою ориентацию в пространстве.
Эта физиологическая реакция ростков была впоследствии названа "тройным ответом на этилен". Горох оказался настолько чувствительным к этилену, что его стали использовать в биотестах для определения низких концентраций этого газа. Вскоре было обнаружено, что этилен вызывает и другие эффекты: листопад, созревание плодов и т.д. Оказалось, что этилен способны синтезировать сами растения, т.е. этилен является настоящим фитогормоном.
Свойство ускорять созревание плодов было обнаружено у этилена давно, еще в 20-е годы и с тех пор его широко используют, например, в процессе газации бананов. Таким образом, этилен заставляет собранные плоды перезревать и портиться. Выделение этилена в воздух фруктохранилища имеет и свою обратную сторону: созревание, перезревание и порча плодов происходит по типу цепной реакции, ускоряясь во времени. И также давно руководители холодильников применяли различные средства для удаления этилена из помещения фруктохранилища. Для этого они использовали различные адсорберы этилена и интенсивное проветривание. Плохо лишь то, что чем более зрелыми становились плоды, тем больше выделяли они в атмосферу этилена, и тем труднее его было удалять. Тем более, что таким методом можно было с большей или меньшей эффективностью избавиться от этилена уже попавшего в атмосферу хранилища, то есть от «экзогенного» этилена. Между тем, «эндогенный» этилен, то есть содержащийся внутри плодов, вообще никак невозможно было удалить, и он продолжал свое «Черное» дело по превращению спелых плодов в отбросы.
Идея о возможности блокирования в плодах каким-либо способом активных центров, которые чувствительны к этилену, давно витала в воздухе, но успешно она претворилась в жизнь лишь в 90-х годах ХХ века.
В первую очередь, требовалось найти специальные ингибиторы активных центров, которые путем взаимодействия с ними свели бы к минимуму эффект повреждения плодов от этилена.
Как оказалось, таким эффективным ингибитором оказался нестойкий в обычных условиях газ 1-метилциклопропен. Будучи также представителем класса непредельных углеводородов, он имеет еще большее химическое сродство к активным рецепторам этилена, соединяется с ними и надежно их блокирует. После этого плоды перестают синтезировать этилен и становятся нечувствительны к его влиянию и изнутри, и снаружи.
1-метилциклопропен известен с начала ХХ века, он описан в четвертом основном издании т.5 "Циклические углеводороды" известного всем без исключения химикам-органикам справочнике органических веществ Бельштейна, год публикации - 1922. В шестидесятых годах ХХ века были описаны более удобные препаративные методы синтеза 1-метилциклопропена, но он оставался тем же нестойким веществом, к тому же, никто не знал – зачем, его собственно, нужно производить.
Когда было обнаружено ингибирующее действие 1-метилциклопропена на живые ткани плодов, оставалось найти удобную товарную форму газа, в которой его можно было бы производить и хранить, поскольку даже при температуре жидкого азота, равной -196 градуса Цельсия, этот чудесный газ 1-МЦП является нестойким. Он продолжает портиться, буквально исчезая со скоростью до 30% за две недели.
Как и этилен, 1-МЦП - это непредельное органическое соединение, то есть это некоторый аналог самого этилена. Но только двойная связь находится в трехчленном цикле, очень напряженном с химической точки зрения, а потому все вещество гораздо более активно, чем сам этилен. Соответственно, химическое сродство 1-МЦП к рецепторам плодов гораздо выше, чем у этилена. Благодаря такому свойству, для блокировки рецепторов достаточно концентрации 1-МЦП в сотни раз меньше, чем выделяется самого этилена. Вторая особенность 1-МЦП, то есть тот факт, что этот газ крайне нестойкий, приводит к тому, что даже присоединившись к рецепторам плода, через некоторое время он окисляется и исчезает. Именно поэтому его невозможно обнаружить ни в атмосфере фруктохранилища, ни на поверхности или в толще плодов уже через несколько дней. Но свое благое дело он сделать успевает, портит «личинки замков» - блокирует рецепторы – и весь плод становится нечувствительным к любому виду этилена.
Дело оставалось за малым – найти удобную товарную форму 1-МЦП, поскольку хозяйствам нужна стабильность препарата во времени и легкость его использования, чтобы газ выделялся в атмосферу фруктохранилища именно в нужный момент.
И такие препараты были получены, ими оказались сложные по своей химической структуре супрамолекулярные комплексы циклодекстринов и 1-МЦП. Сами циклодекстрины представляют собой продукты ферментативной переработки обычного крахмала, сладкие на вкус и в ряде стран используются в качестве пищевых добавок. В готовой форме получаемый препарат – это порошок с поглощенным газом, который в порах сорбента может храниться почти сколь угодно долго. А в особом водном растворе в нужный момент этот порошок вновь растворяется и высвобождает тот самый ингибитор, который затем активно присоединяется к рецепторам защищаемых плодов и потом в течение нескольких месяцев тормозит процессы, приводящие сначала к созреванию, а затем неизбежно и к порче овощей и фруктов
Многочисленные токсикологические исследования доказали абсолютную безвредность газа 1-МЦП для здоровья человека в применяемых ничтожно низких концентрациях от 0,2 до 2,0 ppm. Оказалось, что препарат безвреден и для человека, и для окружающей среды – в используемых концентрациях, разумеется, и прекрасно работает, позволяя дольше сохранить не только, скажем, яблоки, но и такие нежные фрукты, как абрикосы, персики и сливы. Тем самым продлевается молодость плодов и происходит защита от «старческих заболеваний» – разложения тканей, гниения, побурения и так далее. При этом само вещество безопасно для здоровья человека, поскольку является по сути аналогом самого этилена, то есть олефином, ненасыщенным углеводородом, только циклическим.
Такая технология хранения фруктов применяется сейчас более чем в 60 странах мира. Суть ее заключается в однократной обработке урожая фруктов 1-МЦП, который выделяется прямо в процессе обработки из порошкового или таблетированного препарата в специальном реакторе – «генераторе» 1-МЦП – при взаимодействии товарной формы препарата со специально подготовленным рабочим раствором.
Оказалось, что простого знания механизма защитного действия 1-МЦП недостаточно. Для максимального использования потенциала, заложенного в данной технологии хранения фруктов и овощей, требуется определить грамотно сроки достижения плодами т.н. «Съемной стадии спелости», которая, в свою очередь, подразделяется на три фазы – начальную, полную и конечную. Очень важно собрать плоды с веток именно по достижении именно этой стадии зрелости, причем для каждого сорта, скажем, яблок, оптимальным является съем именно в конкретной фазе съемной зрелости. Это приводит к тому, что т.н. «окно съема» для каждого сорта может составлять от 5-6 дней до максимум двух недель.
Но главным искусством, так сказать, «высшим пилотажем» предлагаемой технологии сохранения яблок, является то, как правильно применить препарат для обработки яблок в зависимости от обрабатываемого сорта. К непостоянным параметрам обработки относится температура обработки и дозировка самого препарата. Дело в том, что как уже понятно из вышеизложенного, яблоки для зимнего хранения загружают в холодильные камеры несколько недозрелыми, и им предстоит набрать потребительскую стадию спелости в процессе длительного хранения в холодильной камере. И если, допустим, превысить оптимальную дозу препарата для сохранения фруктов, то плоды так и не созреют к нужному сроку их реализации. Если же дозировка будет меньше оптимальной, яблоки испортятся. При этом разные сорта яблок имеют разную чувствительность как к этилену, так и к его ингибитору 1-МЦП. Поэтому специалисты фирмы, проводящие обработку, учитывают при выборе оптимальной дозы, во-первых, сорт обрабатываемых фруктов, а во-вторых, сроки реализации продукции, которые диктует производитель.
Фирмой ООО «Фреш-Форма» была разработана и запатентована своя, оригинальная технология получения и применения препаратов 1-МЦП в технологии хранения фруктов. Обработка яблок для длительного хранения нашими препаратами также безопасна для здоровья человека, а универсальность, технологичность и простота их применения позволяют использовать препараты силами местных специалистов, что выгодно отличает препараты с торговой маркой «Фреш-Форма» от импортных и отечественных аналогов. После обработки плоды и овощи приобретают эффективную защиту от отрицательного воздействия этилена и способны длительное время храниться и транспортироваться при сохранении качества. Одновременно возможно обрабатывать любое количество продукции от 100 кг до 1000 т и более.
Препарат "Фреш-Форма" включен в каталог пестицидов и агрохимикатов Минсельхоза РФ с 21.11.2017 г. и разрешен к применению для обработки фруктов.
Обработанные нашими препаратами плоды можно хранить как в ОА, так и по технологиям РГС. В последнем случае срок реализации продукции после снятия ее с хранения продляется до полутора месяцев. Технологии промышленного хранения яблокопробованы во многих регионах России и за рубежом.