Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων Τμήμα Χημείας Καθηγητής Ιωάννης Ρούσσης ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ ΚΑΙ ΒΙΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΤΡΟΦΙΜΩΝ ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ ΖΩΙΚΩΝ ΚΑΙ ΦΥΤΙΚΩΝ ΙΣΤΩΝ.

Παρουσίαση με θέμα: "Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων Τμήμα Χημείας Καθηγητής Ιωάννης Ρούσσης ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ ΚΑΙ ΒΙΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΤΡΟΦΙΜΩΝ ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ ΖΩΙΚΩΝ ΚΑΙ ΦΥΤΙΚΩΝ ΙΣΤΩΝ."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων Τμήμα Χημείας Καθηγητής Ιωάννης Ρούσσης ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ ΚΑΙ ΒΙΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΤΡΟΦΙΜΩΝ ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ ΖΩΙΚΩΝ ΚΑΙ ΦΥΤΙΚΩΝ ΙΣΤΩΝ

2 Κρέας Μετά τον θάνατο του ζώου ο μυς μετατρέπεται σε κρέας με μια σειρά βιοχημικών αντιδράσεων. Η μεταχείριση που υφίσταται τις τελευταίες ημέρες το προς σφαγή ζώο είναι κρίσιμη για την ποιότητα του κρέατος. Η υγρασία και το γλυκογόνο του μυός είναι συστατικά του μυός που μπορεί να ελαττωθούν. Η υγρασία λόγω κούρασης και ελλιπούς σίτισης. Το γλυκογόνο, που είναι υπεύθυνο για την μετέπειτα πτώση του pH του κρέατος, λόγω έλλειψης τροφής, άσκησης των ζώων και έντασης των ζώων λόγω υπερδιέγερσης ή φόβου. Γενικά, καταστάσεις stress που έχουν ως αποτέλεσμα την έκκριση αδρεναλίνης προκαλούν ελάττωση του γλυκογόνου των μυών. Το γλυκογόνο του μυός του ψαριού είναι πολύ λιγότερο από εκείνο των θηλαστικών, επειδή τα ψάρια σπαρταρούν κατά το ψάρεμα. Η υγρασία σχετίζεται με το εύχυμο του κρέατος, και το γλυκογόνο με την μετέπειτα πτώση του pH του κρέατος που σχετίζεται με την ποιότητά του. Για τους παραπάνω λόγους πρέπει να λαμβάνεται μέριμνα για τις συνθήκες μεταφοράς και την καλή κατάσταση των ζώων πριν την σφαγή. Στις βιομηχανίες κρέατος τα ζώα αναισθητοποιούνται πριν την σφαγή, για να μη σφαδάσουν. Στις περισσότερες χώρες απαγορεύεται η χρήση αναισθητικών φαρμάκων και χρησιμοποιούνται μέθοδοι όπως ηλεκτροσόκ, χορήγηση 70-80% CO2 κ.α. Όχι όμως μέχρι του σημείου που σταματά η καρδιά, επειδή είναι πολύ σημαντικό να απομακρυνθεί όσο το δυνατό μεγαλύτερη ποσότητα αίματος από τους μυς.

3 Οι βιοχημικές διεργασίες που οδηγούν στη μετατροπή του μυός σε κρέας μπορούν να διακριθούν σε τρία στάδια. Πρώτο στάδιο: Είναι το στάδιο πριν από την μυϊκή ακαμψία, που χαρακτηρίζεται βιοχημικά από ελάττωση του ΑΤΡ και της φωσφορικής κρεατινίνης και από δραστηριοποίηση της γλυκόλυσης. Δεύτερο στάδιο: Είναι το στάδιο της μεταθανάτιας ακαμψίας, που επέρχεται 8-12 ώρες μετά τον θάνατο και συνεχίζεται για ώρες. Στα ψάρια η μεταθανάτια ακαμψία αρχίζει νωρίτερα, 1 -7 ώρες μετά τον θάνατο. Τρίτο στάδιο: Είναι το στάδιο κατά το οποίο το κρέας γίνεται τρυφερό, με βέλτιστο χρόνο 2-3 εβδομάδες στους 2oC.

4 Η κύρια πηγή του ΑΤΡ είναι η οξειδωτική φωσφορυλίωση
Η κύρια πηγή του ΑΤΡ είναι η οξειδωτική φωσφορυλίωση. Όμως, όταν ανασταλεί η αναπνευστική αλυσίδα από έλλειψη O2, τότε δεν παράγεται και ΑΤΡ. Υπό αναερόβιες συνθήκες μόνη πηγή ΑΤΡ είναι η γλυκόλυση, με την οποία είναι μικρότερη παραγωγή ΑΤΡ. Επίσης, ελάττωση ΑΤΡ οφείλεται και στη συνεχή λειτουργία της σαρκοπλασματικής ΑΤΡάσης. Όμως, για μικρό χρόνο μετά τον θάνατο του ζώου συντίθεται ΑΤΡ με δράση της κινάσης της κρεατινίνης. ADP + κρεατινίνη-Ρ  ΑΤΡ + κρεατινίνη Έτσι το ΑΤΡ παραμένει σταθερό και απελευθερώνονται μεγάλα ποσά κρεατινίνης. Στα θηλαστικά το ΑΤΡ παραμένει σταθερό για αρκετές ώρες. Η ύπαρξη του ΑΤΡ είναι σημαντική διότι δημιουργεί ένα “μαξιλάρι” μεταξύ ακτίνης και μυοσίνης, και έτσι το κρέας παραμένει μαλακό και εύκαμπτο. Με την ελάττωση του ΑΤΡ, η ακτίνη και η μυοσίνη σιγά-σιγά αλληλεπιδρούν και δημιουργούν ακτομυοσίνη που είναι σκληρή και ανθίσταται στη έλξη, με αποτέλεσμα ο μυς να γίνεται σκληρός (μεταθανάτιος ακαμψία). Μετά τον θάνατο του ζώου το ΑΤΡ μεταβολίζεται προς IMP (μονοφωσφορική ινοσίνη). Η ύπαρξη υποξανθίνης σε μυς ψαριών μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως δείκτης φρεσκάδας.

5 Μετασχηματισμός ΑΤΡ

6 Μετά τον θάνατο του ζώου, όλο το γλυκογόνο του μυός μετατρέπεται σε γαλακτικό οξύ. Είναι πιθανό ότι λειτουργούν δύο οδοί διάσπασης του γλυκογόνου, ο υδρολυτικός και ο φωσφορολυτικός. Η φωσφορολυτική αποικοδόμηση του γλυκογόνου προχωρεί σε πολύ περιορισμένο βαθμό στο ψάρι, ενώ αποτελεί τον κύριο μηχανισμό στα θηλαστικά. Όμως, και στις δύο περιπτώσεις, παράγεται γαλακτικό οξύ μέσω της γλυκολυτικής οδού. Με την παραγωγή του γαλακτικού οξέος το pΗ του μυός μειώνεται από σε Η μείωση του pH στο κρέας είναι επιθυμητό να συμβαίνει στο μεγαλύτερο βαθμό. Αυτό καθόσον αναστέλλει την ανάπτυξη των μικροοργανισμών, και επίσης προσδίδει επιθυμητή χροιά στο κρέας. Στα ψάρια το τελικό pH είναι 6,0-6,6. Όταν σπαρταρούν πολύ το pH είναι 7,0, που ονομάζεται αλκαλική μεταθανάτια ακαμψία. Ο ρυθμός της γλυκόλυσης και κατά συνέπεια ο ρυθμός παραγωγής γαλακτικού οξέος, που είναι κυρίως υπεύθυνο για την ελάττωση του pH, εξαρτάται από την θερμοκρασία του περιβάλλοντος. Επειδή στις περιπτώσεις αυτές λαμβάνουν χώρα ενζυμικές αντιδράσεις, ο ρυθμός μεταθανάτιας ακαμψίας εξαρτάται από την θερμοκρασία. Έτσι, στο ψάρι η ακαμψία παρουσιάζεται σε 12 ώρες στους 0oC και σε 0.5 ώρες σους 25oC. Στην μεταθανάτια ακαμψία παρατηρείται και το φαινόμενο της συρρίκνωσης ενός ποσοστού των μυϊκών ινών. Στη πορεία γλυκόλυσης, με την ελάττωση του ΑΤΡ, ο μυς σκληραίνει και γίνεται μη εκτάσιμος. Απουσία του ΑΤΡ η μυοσίνη και η ακτίνη αλληλεπιδρούν και δημιουργούν δύσκαμπτες αλυσίδες ακτομυοσίνης.

7 Μετασχηματισμός γλυκογόνου.

8 Στο παρακάτω σχήμα φαίνεται η μεταβολή ΑΤΡ, φωσφορικής κρεατινίνης, pH και εκτατότητας του μυός στους 37oC. Ο ρυθμός της γλυκόλυσης και κατά συνέπεια ο ρυθμός παραγωγής γαλακτικού οξέος, που είναι κυρίως υπεύθυνο για την ελάττωση του pH, εξαρτάται από την θερμοκρασία του περιβάλλοντος.

9 Αμέσως μετά τον θάνατο η θερμοκρασία αυξάνει από 37,6oC στους 39,5oC
Αμέσως μετά τον θάνατο η θερμοκρασία αυξάνει από 37,6oC στους 39,5oC. To φαινόμενο αυτό, που οφείλεται στις εξώθερμες αντιδράσεις του μεταβολισμού, είναι γνωστό ως “ζωική θερμότητα”. Έτσι, οι πρωτεΐνες του μυός επηρεάζονται, εκτός από την πτώση του pH, και από την αύξηση της θερμοκρασίας. Οι αλλαγές που επέρχονται γίνονται αντιληπτές με την απώλεια χρώματος και υγρασίας από τον μυ. Στο κρέας η απώλεια του χρώματος οφείλεται στην μετουσίωση των σαρκοπλασματικών πρωτεϊνών. Στο κρέας οι σαρκοπλασματικές πρωτεΐνες είναι πολύ πιο ευαίσθητες στις φυσιολογικές συνθήκες που επικρατούν μετά τον θάνατο. Η διαλυτότητα τους μειώνεται στο 45%, και μάλιστα η πιο ευαίσθητη η κινάση της κρεατινίνης κατακρημνίζεται στο pH 5,5. Σ το ψάρι, αντίθετα, οι σαρκοπλασματικές πρωτεΐνες είναι πιο ανθεκτικές από τις αντίστοιχες πρωτείνες του μυϊκού ινιδίου. Μετά τον θάνατο η ακτίνη και η μυοσίνη δημιουργούν την ακτομυοσίνη. Εάν το κρέας μαγειρευτεί κατά την περίοδο αυτή θα είναι ιδιαίτερα σκληρό. Μετά την λύση της ακαμψίας δεν λαμβάνει χώρα διάσταση της ακτομυοσίνης, αλλά υφίστανται άλλες μεταβολές.

10 Πριν την μυϊκή ακαμψία το κρέας έχει υψηλή δυνατότητα κατακράτησης νερού. Αυτή ελαττώνεται στις πρώτες λίγες ώρες μετά τον θάνατο, και γίνεται η ελάχιστη με την έναρξη της ακαμψίας και την ελάττωση του pH στο 5,3-5,5, που είναι το ισοηλεκτρικό σημείο των πρωτεϊνών. Με την λύση της ακαμψίας και το σίτεμα του κρέατος αρχίζει να αυξάνεται η δυνατότητα συγκράτησης του νερού από το κρέας. Σε αυτό συμβάλλουν μεταβολές του ηλεκτρικού φορτίου των πρωτεϊνών. Κατά το σίτεμα οι πρωτεΐνες ανταλλάσουν ιόντα μετάλλων (νατρίου, καλίου, ασβεστίου, μαγνησίου), με αποτέλεσμα την αύξηση του ηλεκτρικού φορτίου των πρωτεϊνών που διευκολύνει την δημιουργία ενυδατωμένων ιόντων. Αυτό θεωρείται ότι συμβάλλει στην αύξηση της ικανότητας του κρέατος να κατακρατεί νερό, και στη μεταθανάτια τρυφερότητα του κρέατος. Στο κρέας εμφανίζονται πεπτίδια και αμινοξέα που πιθανώς οφείλονται σε δράση πρωτεολυτικών ενζύμων των λυσοσωματίων. Η επίδραση των ενζύμων εντοπίζεται κυρίως στις σαρκοπλασματικές πρωτείνες, ενώ δεν επέρχονται αλλοιώσεις στις πρωτεΐνες του συνδετικού ιστού. Η ακτομυοσίνη δεν διίσταται κατά το σίτεμα. Όμως, έχει παρατηρηθεί ότι η τρυφερότητα του κρέατος σχετίζεται με την κατάρρευση των ουσιών της ζώνης Ζ, που διαχωρίζει τα σαρκομερή. Tα σαρκομερή σχηματίζουν το μυϊκό ινίδιο  μυική ίνα  μυϊκή δέσμη  μυ.

11 Το επιθυμητό χρώμα του κρέατος είναι το κόκκινο, ενώ μη επιθυμητό είναι το καστανό, γκρι, πράσινο η άλλο χρώμα. Οι κύριες χρωστικές του κρέατος είναι η μυοσφαιρίνη και η αιμοσφαιρίνη, που αποτελούνται από πρωτεΐνη και από την αίμη. Η αίμη είναι κυρίως υπεύθυνη για την χροιά του κρέατος, καθόσον ανάλογα με την φύση του ligand του σιδήρου της αίμης αλλάζει και η χροιά του κρέατος. Ο σίδηρος της αίμης μπορεί να βρίσκεται ως τρισθενής ή ως τρισθενής. Στην οξειδωμένη κατάσταση δεν μπορεί να αλληλεπιδρά με άλλα μόρια, όπως το οξυγόνο. Αντίθετα, στη ανηγμένη κατάσταση ο σίδηρος αλληλεπιδρά με πολλά ligands, όπως νερό και οξυγόνο. Οξειδωμένη μυοσφαιρίνη, γνωστή ως μεταμυοσφαιρίνη προσδίδει στο κρέας μία καστανή χροιά που είναι ανεπιθύμητη στον καταναλωτή. Αντίθετα, ανηγμένη μυοσφαιρίνη που έχει οξυγονωθεί (οξυμυοσφαιρίνη) προσδίδει κόκκινη χροιά στο κρέας. Έτσι, είναι επιθυμητό να υπάρχουν αναγωγικές συνθήκες στο κρέας. Αναγμένη μυοσφαιρίνη που δεν έχει οξυγονωθεί έχει μια ιώδη απόχρωση. Οι μυς διαφορετικών ζωικών ειδών, όπως μοσχάρι και χοίρος, είτε ακόμη και διαφορετικών μυών από το ίδιο ζώο, όπως στήθος και μπούτι, μπορεί να έχουν διαφορετική χροιά. Αυτό οφείλεται σε διαφορετική συγκέντρωση μυοσφαιρίνης στους διαφόρους μυς.

12 Στους ζωντανούς οργανισμούς, το κόκκινο χρώμα οφείλεται στη συνύπαρξη μυοσφαιρίνης και οξυμυοσφαιρίνης. Σημειώνεται ότι η μυοσφαιρίνη απορροφά στα 555 nm και η οξυμυοσφαιρίνη στα 542 και 580 nm. Με τη θανάτωση του ζώου και την έλλειψη οξυγόνου κυριαρχεί η μυοσφαιρίνη και το χρώμα του ιστού γίνεται πιο σκούρο. Κατά την παραμονή συμβαίνει επίδραση οξειδωτικών παραγόντων ή μικροοργανισμών που παράγουν υπεροξειδίο του υδρογόνου. Έτσι, με οξείδωση του σιδήρου σχηματίζεται η σκουρόχρωμη μεταμυοσφαιρίνη που απορροφά στα 504 nm και 635 nm. Με το μαγείρεμα του κρέατος, η μετουσίωση της μυοσφαιρίνης συμβάλλει στο χρώμα του μαγειρεμένου κρέατος. Με τη μυοσφαιρίνη αλληλεπιδρούν τα νιτρώδη, που χρησιμοποιείται ως πρόσθετο σε κρεατοσκευάσματα. Σχηματίζεται νιτροζυλομυοσφαιρίνη που είναι ανθεκτική στην οξείδωση, και με θέρμανση δίνει το ανοικτό κόκκινο χρώμα των αλλαντικών.

13 Φάσματα απορρόφησης μυοσφαιρίνης (…), οξυμυοσφαιρίνης (- - -) και μεταμυοσφαιρίνης (-).

14 Στα υγιή ζώα οι μυς είναι άσηπτοι και οι μικροοργανισμοί είναι συγκεντρωμένοι στους λεμφαδένες. Μετά τον θάνατο, επειδή παύει η λειτουργία των μακροφάγων, οι μικροοργανισμοί που υπάρχουν στους λεμφαδένες στο κρέας ή στο δέρμα των ψαριών αρχίζουν και εισβάλλουν στους μυς όπου πολλαπλασιάζονται και μολύνουν το κρέας. Στα ψάρια υπάρχει ιδιαίτερο πρόβλημα λόγω της ύπαρξης του οξειδίου της τριμεθυλαμίνης που ανάγεται από μικροοργανισμούς σε τριμεθυλαμίνη. Μάλιστα, προτάθηκε τα επίπεδα των ουσιών αυτών να αποτελούν δείκτη καταλληλότητας των ψαριών της θάλασσας. Φυσικά, στο κρέας δρουν, εκτός από μικροοργανισμούς που βρίσκονται φυσιολογικά στα κρέατα, και μικροοργανισμοί επιμόλυνσης από το περιβάλλον.

15 Συνοπτικά, οι βιοχημικές μεταβολές που λαμβάνουν χώρα μετά τον θάνατο του ζώου, φαίνονται στο παρακάτω διάγραμμα.

16 Φυτά Κατά την ανάπτυξη τους τα φρούτα και τα λαχανικά εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από την φωτοσύνθεση και από την πρόσληψη νερού και ανόργανων ενώσεων από το φυτό. Μετά την συγκομιδή τους συνεχίζονται σ' αυτά οι βιοχημικές αλλαγές, κυρίως των αναπνευστικών μηχανισμών, που έχουν επίπτωση στην ποιότητα τους.

17 Παρουσία οξυγόνου οι υδατάνθρακες στους ζωντανούς οργανισμούς οξειδώνονται προς CO2 και Η2Ο, και παραγωγή ενέργειας με μορφή ΑΤΡ. Υπό αναερόβιες συνθήκες οι υδατάνθρακες μεταβολίζονται μόνο μερικώς με πολύ μικρή απόδοση σε ΑΤΡ. Στα φυτά, για τον καταβολισμό των υδατανθράκων, λειτουργούν τόσο η γλυκολυτική οδός όσο και η οδός των φωσφορικών πεντοζών . Η σχετική συμμετοχή τους ποικίλει ανάλογα με το είδος του φυτού, το όργανο και το στάδιο ωρίμανσης. Συνήθως, η συμμετοχή της οδού των φωσφορικών πεντοζών αντιστοιχεί στο 25% του μεταβολισμού των υδατανθράκων. Η σουκρόζη στα περισσότερα φρούτα χρησιμοποιείται για την βιοσύνθεση άλλων ουσιών και την παροχή ενέργειας.

18 Μεταβολισμός σουκρόζης.

19 Σε πολλά φρούτα παρατηρείται αμέσως μετά την συλλογή τους μία ελάττωση της έντασης της αναπνοής, στη συνέχεια μία απότομη άνοδος και τελικά και πάλι ελάττωση. Η παραπάνω αύξηση αναφέρεται ως κλιμακτηριακή αύξηση στην αναπνοή. Εκφράζεται είτε ως σχετική απορρόφηση του Ο2 είτε ως παραγωγή CΟ2. Τα φρούτα που παρουσιάζουν την κλιμακτηριακή αύξηση χαρακτηρίζονται κλιμακτηριακά φρούτα, και τα άλλα μη κλιμακτηριακά. Κλιμακτηριακά είναι τα μήλα, τα αχλάδια, οι μπανάνες, τα βερύκοκα, το αβοκάντο. Μη κλιμακτηριακά τα πορτοκάλια, τα λεμόνια, τα πεπόνια, οι φράουλες, το γκρειπφρούτ.

20 Aναπνευστική δραστηριότητα ενός κλιμακτηριακού και ενός μη κλιμακτηριακού φρούτου.

21 Τα κλιμακτηριακά φρούτα, με εξαίρεση το αβοκάντο, μπορούν και ωριμάζουν στο δένδρο. Επιδιώκεται να συλλέγουν λίγο πριν την κλιμακτηριακή αύξηση ώστε, υπό κατάλληλες συνθήκες αποθήκευσης που καθυστερούν την ωρίμανση, να επιμηκυνθεί ο χρόνος κατανάλωσης τους. Αυτό καθόσον μετά την κλιμακτηριακή φάση η ποιότητα των φρούτων αρχίζει και υποβαθμίζεται, και στην πορεία καταστρέφονται με την επίδραση μικροοργανισμών και των ενδογενών ενζύμων. Κατά την κλιμακτηριακή αύξηση, κατά την επικρατέστερη θεωρία, παρατηρείται αναδιοργάνωση του μεταβολισμού, επειδή συνθέτονται νέα ένζυμα που καταλύουν τις διεργασίες της ωρίμανσης. Κατά την κλιμακτηριακή αύξηση υπάρχει αύξηση στην μιτοχονδριακή δραστικότητα (αύξηση στις αναπνευστικές διαδικασίες — αύξηση στις οξειδώσεις). Γενικά, είναι παραδεκτό ότι συμβαίνουν και ποιοτικές και ποσοτικές αλλαγές στα μιτοχόνδρια.

22 Τα μη κλιμακτηριακά φρούτα συλλέγονται κατά την ωρίμανση η μετά την ωρίμανση. Αυτά έχουν αργές αλλά σταθερές αλλαγές στην περιεκτικότητα σε σάκχαρα. Έτσι η συλλογή τους μπορεί να γίνει σε μεγάλα διαστήματα χωρίς υποβάθμιση της ποιότητας τους. Τα λαχανικά δεν εμφανίζουν κλιμακτηριακή αύξηση, και η ένταση των αναπνευστικών διαδικασιών μειώνεται συνεχώς μετά την συγκομιδή τους. Η ελάττωση της έντασης της αναπνοής συνεπάγεται μικρότερη απώλεια βάρους κατά την αποθήκευση, όπως επίσης και συσσώρευση προϊόντων αποικοδόμησης. Παράδειγμα, κατά την αποθήκευση της πατάτας στους 4oC η αναπνοή είναι μικρότερη. Ως αποτέλεσμα συσσωρεύονται σάκχαρα (γλυκόζη, φρουκτόζη κ.α.) που δεν προλαβαίνουν να οξειδωθούν. Έτσι, τα πατατάκια που θα παρασκευαστούν θα είναι ανεπιθύμητα χρωματισμένα, μαύρα. Με περαιτέρω αποθήκευση της πατάτας στους 21οC για 2-3 εβδομάδες συμβαίνει περαιτέρω οξείδωση των σακχάρων.

23 Στην εμφάνιση της κλιμακτήριας περιόδου, σημαντικό ρόλο φαίνεται να παίζει το αιθυλένιο, που χαρακτηρίζεται ως φυτική ορμόνη υπεύθυνη για την ωρίμανση. Φαίνεται ότι το αιθυλένιο δίνει το σήμα για την αρχή της κλιμακτηρίου. Το αιθυλένιο διεγείρει την αναπνοή, προκαλεί την έναρξη της ωρίμανσης και επιταχύνει τη έλευση της κλιμακτήριας αύξησης. Η απόκριση στο αιθυλένιο σε κλιμακτηριακά φρούτα είναι δυνατή μόνο στην προκλιμακτήρια φάση. Αντίθετα, σε μη κλιμακτηριακά φρούτα η αναπνευστική δραστηριότητα διεγείρεται σε όλα τα στάδια της ωρίμανσης. Η αναπνοή των φρούτων και των λαχανικών μπορεί να συνεχίζεται, ενώ έχει σταματήσει η παραγωγή αιθυλενίου.

24 Κλιμακτηριακά φρούτα Μη κλιμακτηριακά φρούτα
Κλιμακτηριακά φρούτα Μη κλιμακτηριακά φρούτα

25 Ο μηχανισμός που δρα το αιθυλένιο δεν είναι απόλυτα γνωστός
Ο μηχανισμός που δρα το αιθυλένιο δεν είναι απόλυτα γνωστός. Πιθανόν, το αιθυλένιο δεσμεύεται με ένα μεταλλο-ένζυμο, που στη συνέχεια δρα σε κατάλληλο υπόστρωμα, και δίνει προϊόντα απαραίτητα για την έναρξη της ωρίμανσης. Το CO2 δρα ως συναγωνιστικός αναστολέας του αιθυλενίου.

26 Πρόδρομη ένωση για την βιοσύνθεση του αιθυλενίου είναι πιθανόν η μεθειονίνη. Με προσθήκη μεθειονίνης σε ιστούς φρούτων και λαχανικών, αυξάνεται γρήγορα η παραγωγή του αιθυλενίου. Η αναπνοή των φρούτων και των λαχανικών μπορεί να συνεχίζεται, ενώ έχει σταματήσει η παραγωγή αιθυλενίου.

27 Αλλαγές στα φρούτα και λαχανικά Κατά την μετακλιμακτήρια φάση στα φρούτα η κατά την αποθήκευση των φρούτων και λαχανικών λαμβάνουν χώρα φυσιολογικές και βιοχημικές μεταβολές. Σχετικά με το χρώμα, συμβαίνει απώλεια του πράσινου χρώματος λόγω της καταστροφής της χλωροφύλλης. Ως αποτέλεσμα, εμφανίζονται τα καροτένια που συνυπάρχουν και δίνουν το χαρακτηριστικό κίτρινο χρώμα της παλαίωσης. Στη συνέχεια και τα καροτένια καταστρέφονται, διότι είναι ευαίσθητα στο φως και το οξυγόνο. Συχνά, κατά την ωρίμανση, συνθέτονται νέες χρωστικές όπως οι ανθοκυάνες και το λικοπένιο, στις οποίες οφείλεται το χαρακτηριστικό χρώμα σε ορισμένες ποικιλίες μήλων και στην ντομάτα αντίστοιχα. Ένα σημαντικό φαινόμενο κατά την ωρίμανση των φρούτων και την αποθήκευση των λαχανικών είναι το μαλάκωμα (απώλεια συνοχής) των ιστών τους. Αυτό, κυρίως, οφείλεται σε ενζυμική υδρόλυση πηκτινικών υλών, που συμμετέχουν στο κυτταρικό τους τοίχωμα.

28 Ενζυμική υδρόλυση πηκτινών.

29 Η ανάπτυξη ευχάριστης γεύσης και αρώματος στα φρούτα κατά την ωρίμανση τους, είναι συνυφασμένη με ελάττωση της οξύτητας και παράλληλη αύξηση των σακχάρων τους. Κατά την ωρίμανση αυξάνονται τα σάκχαρα. Το άμυλο μετατρέπεται σε σάκχαρα, στα οποία οφείλεται η γλυκύτητα των φρούτων. Τα εσπεριδοειδή παραμένουν σχετικά όξινα, πιθανόν λόγω μειωμένου μεταβολισμού. Η συγκέντρωση των φρούτων σε οργανικά οξέα φτάνει σε ένα μέγιστο κατά την ανάπτυξη στο δένδρο και ελαττώνεται κατά την αποθήκευση. Η ελάττωση εξαρτάται από την θερμοκρασία. Η κύρια πηγή των οργανικών οξέων είναι ο κύκλος του Krebs, και κατά συνέπεια υπάρχουν κιτρικό, μηλικό και ηλεκτρικό οξύ. Κατά την ωρίμανση ελαττώνονται τα οξέα, καθόσον κατά την κλιμακτήριο αυξάνονται οι οξειδώσεις (μετατροπή σε CO2). Η σχέση των σακχάρων προς την οξύτητα είναι ένα καλό κριτήριο για την αξιολόγηση της ωρίμανσης των φρούτων.

30 Το άρωμα των φρούτων οφείλεται σε μίγμα πτητικών ενώσεων και αιθέριων ελαίων. Σε αυτές περιλαμβάνονται εστέρες, λακτόνες, οξέα, αλδεΰδες, κετόνες, ακετάλες, υδρογονάνθρακες (π.χ. τερπένια), αιθέρες κ.α. Στο άρωμα των λαχανικών σπουδαίο ρόλο παίζουν θειούχες ενώσεις, όπως θειόλες, σουλφίδια, δισουλφίδια κ.α. Δεν είναι γνωστός ο σκοπός της παραγωγής αρώματος στα φρούτα. Πιθανόν με το άρωμα να απομακρύνονται έντομα και παράσιτα. Η στυπτικότητα ορισμένων φρούτων, κυρίως άγουρων, όπως των μήλων, των αχλαδιών και άλλων οφείλεται στις τανίνες. Υπάρχει, μάλιστα, άμεση συσχέτιση μεταξύ του βαθμού πολυμερισμού και της έντασης της στυπτικότητας. Η μεγαλύτερη στυπτικότητα παρατηρείται σε μόρια μοριακό βάρος. Με την ωρίμανση των φρούτων η στυπτικότητα εξασθενεί, διότι οι φαινολικές ενώσεις από τις οποίες αποτελούνται οι τανίνες πολυμερίζονται σε ενώσεις με μοριακά βάρη >3.000.

31 Στην κλιμακτηριακή φάση, σε πολλά φρούτα, συμβαίνει αύξηση της πρωτεϊνικής σύνθεσης. Πιθανόν, η αύξηση της πρωτεϊνικής σύνθεσης έχει ως αποτέλεσμα την παραγωγή νέων ενζύμων που συμμετέχουν ενεργά στις διεργασίες της ωρίμανσης. Κατά την αποθήκευσή των λαχανικών, τα λιποειδή μπορεί να προκαλέσουν ανεπιθύμητες μεταβολές στην οσμή και τη γεύση. Επίσης, μεταβολές στο χρώμα που φαίνεται να σχετίζονται με καταστροφές των καροτενίων.

32 Με αποθήκευση σε χαμηλές θερμοκρασίες, φυσιολογικοί μηχανισμοί όπως η αναπνοή, η ωρίμανση και το κιτρίνισμα των φρούτων και των λαχανικών καθυστερούν. Όμως, η ψύξη δεν είναι αρκετή για μεγάλου χρόνου συντήρηση, διότι συνήθως αναπτύσσονται μύκητες. Με ελεγχόμενη ατμόσφαιρα (χαμηλή συγκέντρωση οξυγόνου και υψηλή συγκέντρωση CO2) πετυχαίνεται μακροχρόνια συντήρηση. Η ατμόσφαιρα αποθήκευσης πρέπει να περιέχει ένα ελάχιστο ποσό οξυγόνου, διότι με την αερόβια αναπνοή συμβαίνει αποικοδόμηση μακρομορίων, αλλαγή χρώματος και καταστροφές στους ιστούς.

33 Για κάθε είδος υπάρχει μία κρίσιμη συγκέντρωση οξυγόνου, πάνω από την οποία επέρχεται καταστροφή του ιστού (πατάτα 5%, σπανάκι 1%, σπαράγγι 2,5%, καρότα 4% κ.α.). Το άμεσο αποτέλεσμα των χαμηλών επιπέδων του οξυγόνου είναι η ελάττωση παραγωγής CΟ2, που στην περίπτωση των κλιμακτηριακών φρούτων καθυστερεί την έλευση της κλιμακτήριος φάσης. Μεγάλου χρόνου συντήρηση πετυχαίνεται και με άλλες τεχνικές. Τέτοια είναι η “υπέρβαρης αποθήκευση”, κατά την οποία το κατάλληλο ποσοστό οξυγόνου πετυχαίνεται με αποθήκευση των φρούτων υπό συνθήκες μερικού κενού. Κατά άλλη τεχνική το φρούτο εγκλωβίζεται σε κατάλληλη μεμβράνη που παρουσιάζει διαφορετική διαπερατότητα στα διάφορα αέρια. Η σύσταση της ατμόσφαιρας μέσα στη μεμβράνη γρήγορα μεταβάλλεται λόγω της αναπνοής του φρούτου. Ως αποτέλεσμα, η συγκέντρωση του οξυγόνου μειώνεται και συγχρόνως παρεμποδίζεται η υπερβολική συσσώρευση του CΟ2, λόγω της μεγάλης διάχυσης του μέσα από την μεμβράνη. Με κατάλληλη επιλογή των μεμβρανών μπορεί να επιτευχθούν οι επιθυμητές συνθήκες αποθήκευσης.