Звіт про науково-дослідну роботу «Інноваційні рішення сучасної упаковки продукції» (остаточний)

Abstract

Об’єкт дослідження – зміни якості ягід суниці і плодів сливи під впливом попередньої обробки хітозаном за різних умов зберігання. Мета роботи – створення упаковки для поліпшення безпеки та терміну придатності харчових продуктів. Методи дослідження – стандартні органолептичні, фізико-хімічні, біохімічні, мікробіологічні, спеціальні фізичні, планування та математична модель. На основі проведеного аналізу літературної та патентної інформації визначено, що перспективним джерелом антимікробних засобів природного походження можуть бути екстракти лікарсько-рослинної сировини. Синтетичним препаратам притаманні негативні властивості: вони часто відрізняються вузьким спектром дії, швидкою адаптацією, індивідуальною непереносимістю, токсичністю. Особливість екстрактів з лікарсько-рослинної сировини полягає в певному співвідношенні БАР, що володіють бактерицидними і фунгіцидними властивостями. За хімічною структурою багато природних сполук подібні фізіологічно активним речовинам макроорганізмів (гормонів, вітамінів, ферментів), що дозволяє їм, на відміну від синтетичних препаратів, більш активно включатися в біохімічні процеси. Враховуючи вищезазначене, композиції на основі екстрактів ЛРС можуть стати універсальними засобами для захисту плодів під час зберігання. Лікарсько-рослинна сировина складає основу фітопрепаратів проти патогенних мікроорганізмів та використовується в традиційній медицині. Встановлено, що водні та органічні екстракти лікарсько рослинної сировини мають антибактеріальну активність проти ряду патогенних бактерій. Через переважне інгібування патогенів, екстракти рекомендують використовувати в якості консерванту або для пригнічування харчових патогенів. Визначали збереженість оброблених плодів та ягід у холодильній камері за умов вільного доступу повітря та в модифікованому газовому середовищі. Аналіз динаміки втрат маси плодів та ягід протягом чотирнадцяти діб зберігання показав, що оброблення розчином хітозану сприяє зменшенню цих втрат на 0,5 – 4,7% порівняно з контролем у зразках, що зберігали з вільним доступом повітря та на 0,7 – 4,4% у МГС. Масова частка СРР знижувалась протягом всього терміну зберігання. Досліджено, що попередня обробка ягід сприяла зменшенню втрат масової частки сухих розчинних речовин на 0,2 – 1,9% та 0,4 – 1,7% залежно від способу зберігання. Встановлено сильну пряму кореляційну залежність між м.ч. СРР та концентрацією розчину хітозану (r= 0,95; r=0,98). Доведено, що застосування їстівного хітозанового покриття концентрацією від 0,2% дає можливість сповільнювати небажані фізіологічні зміни, які призводять до втрат сухих розчинних речовин.Попередня обробка плодів та ягід перед закладанням на зберігання сприяє зниженню дихальної активності. Фізичний ефект дії хітозану полягає у тому, що на поверхні плодів та ягід утворюється тонка прозора плівка, яка сповільнює газообмін. Середня інтенсивність дихання свіжих плодів та ягід становила 34,6 мг СО2·кг/год. Цьому сприяло зниження температури до 0±2 ̊С. Під час подальшого зберігання інтенсивність дихання поступово знижувалась у всіх зразках, проте найменшою була у варіантах з концентрацією обробки хітозаном 0,5% становивши 1,9 та 2,3 СО2·кг/год залежно від способу зберігання. Дослідженнями встановлено, що попередня обробка плодів та ягід розчином хітозану суттєво впливає на зміни вмісту органічних кислот та цукрів. Органічні кислоти та цукри беруть участь в окислювальних процесах тому втрата їх частково зумовлена інтенсивністю дихання. Наявність хітозанової плівки сповільнила процес дихання відповідно зменшуючи втрати органічних кислот на 0,03 – 0,19 % за зберігання з вільним доступом повітря та 0,01 – 0,15% у модифікованому газовому середовищі і цукрів на 0,2 – 1,1% та 0,3 – 1,6% Темпи зниження вмісту аскорбінової кислоти у плодах та ягодах під час зберігання були повільнішими у оброблених зразках. Швидкість втрат залежала від концентрації розчину, що підтверджується сильною прямою кореляційною залежністю (r= 0,99; r=0,98). Найбільший вміст аскорбінової кислоти в кінці зберігання зафіксований у зразку з концентрацією обробки 0,5%, який становив 35,4 мг/100г у варіанті за вільного доступу повітря та 37,8 мг/100г у МГС, що на 11,6 та 11,4 мг/100г більше від контролю. Активна кислотність плодів та ягід впливає на життєдіяльність мікрофлори. Підвищення рівня рН провокує швидкий розвиток патогенних пошкоджень. Доведено, що обробка розчином хітозану сповільнює збільшення рівня рН. Нами встановлено сильну обернену кореляційну залежність між активною кислотністю та концентрацією розчину хітозану (r= -0,99; r= -0,97). Збільшення концентрації обробки також виявило позитивний вплив на щільність тканин плодів та ягід. Під час зберігання зафіксовано значне розм’якшення у контролі, щільність в кінці зберігання становила 0,10 кг/см2 за обох способів, натомість в оброблених зразках показник знаходився на рівні 0,14 – 0,20 кг/см2 у варіанті за вільного доступу повітря та 0,17 – 0,24 кг/см2 у модифікованому газовому середовищі. В кінці зберігання у плодів та ягід зафіксована поява етилового спирту. Утворення його у ягодах суниці відбулося внаслідок недостатньої кількості кисню, коли переходять до анаеробного дихання. Найбільший вміст етилового спирту спостерігався у зразках, які зберігали у модифікованому газовому середовищі 0,68 – 0,85% в оброблених зразках та 0,88% у контролі. У зразках які зберігали з вільним доступом повітря вміст етилового спирту не перевищував 0,05 – 0,18%. Встановлено, що концентрація обробки не впливає на накопичення етилового спирту у ягодах. Аналогічна ситуація спостерігалась із вмістом оцтового альдегіду. За зберігання в умовах модифікованого газового середовища вміст оцтового альдегіду становив 0,16 – 0,28 мг/100г, натомість у зразках, які зберігали з вільним доступом повітря показник був на рівні 0,11 – 0,15 мг/100г Виявлено, що попередня обробка розчинами хітозану покращувала органолептичні властивості сприяючи кращому збереженню кольору, щільності тканин та смаку. Завдяки плівкоутворювальним властивостям хітозану плоди та ягоди мали блискучу глянцеву поверхню, що дало змогу покращити зовнішній вигляд. На наступному етапі досліджували збереженість без охолодження за обробки хітозаном способами: обприскування на занурювання. Під час зберігання ягід за температури 20 – 22 ̊С спостерігалось значне погіршення якісних показників, тому дослідження проводили кожного дня за фізичними показниками. Встановлено, що зберігання в умовах торгового обороту супроводжується швидкими втратами якості. Це відбувається за рахунок підвищеної фізіологічної активності, а саме високої інтенсивності дихання, яка в свою чергу призводить до втрат поживних речовин. Доведено, що післязбиральна обробка розчинами хітозану має позитивний вплив на збереженість фізичних показників зменшуючи втрати маси на 5,6 – 5,8%; щільність тканин на 0,02 кг/см2 ; рівень рН на 0,6 – 0,7 порівняно з контролем. Аналізуючи отримані результати виявлено, що істотної різниці між способами обробки немає. Встановлено, що плоди та ягоди в основному уражувалися чотирма грибковими захворюваннями: Botrytis cinerea, Rhizopus stolonifera, Mucor та Aspergillus niger,крім основних патогенів зустрічались поодинокі випадки ураження ягід грибами роду Fusarium, Whetzelinia sclerotiorum та Penicillium spp у зразках без обробки. Під час зберігання плодів та ягід у холодильній камері на чотирнадцяту добу у контролі виявлено ураження фітопатогенним пошкодженням. Розвиток хвороби на уражених плодах та ягодах відбувався стрімко і на шістнадцяту добу плід цілком був покритий щільним шаром сірого нальоту. Дослідженнями встановлено ураження ягід суниці спричинене грибом Botrytis cinerea. У решти дослідних зразках хвороби не виявлено. Плоди та ягоди, які зберігали без охолодження мікробіологічне пошкодження зафіксоване на п’яту добу зберігання у контролі та у зразку з концентрацією обробки хітозаном 0,05%. На сьому добу зберігання ураження виявлене у зразку з концентрацією обробки хітозаном 0,1%, 0,2% та 0,3%. На восьму добу зберігання всі досліджувані зразки були пошкоджені сірою гниллю. Rhizopus stolonifera – гриб чутливий до знижених температур, тому охолодження ягід знижує розвиток хвороби. Ураження грибом Rhizopus stolonifera спостерігалось протягом двох років досліджень Розвиток хвороби у плодів та ягід, які зберігались в охолодженому стані зафіксовано на вісімнадцяту добу у зразку без попередньої обробки. На двадцяту добу зберігання ураження грибом спостерігалось у варіанті з концентрацією обробки 0,05%, 0,1% та 0,2%. У решти зразків пошкоджень викликаних грибом Rhizopus stolonifera не встановлено. У плодів та ягід, які зберігали без охолодження пошкодження даним патогеном виявлено на шосту добу зберігання у контролі та зразках з концентрацією обробки хітозаном 0,05%, 0,1%, 0,2%, 0,3%. На восьму добу зберігання ураження ягід чорною гниллю спостерігалось у всіх зразках. Встановлено, що хітозанове покриття дало змогу сповільнити розвиток чорної гнилі збудником якої є гриб Rhizopus stolonifera, що дозволяє зменшити відсоток втрат ягідної продукції. Цвілеві гриби роду Aspergilus є одними з найпоширеніших в природі, адже володіють стійкістю до дії факторів зовнішнього середовища. Aspergilus вважається одним із найтоксичніших грибів, який викликає тяжкі захворювання потрапляючи в організм людини з спорами через дихальні шляхи. У 2023 – 2024 роках виявлено зараження ягід суниці грибом Aspergilus niger у зразках, які зберігали без охолодження. Розвиток хвороби розпочався на шосту добу зберігання у контролі та зразках з концентрацією обробки хітозаном 0,05%, 0,1%, 0,2%. На восьму добу зараження чорною цвіллю зафіксоване у всіх варіантах. Досліджено, що плоди та ягоди попередньо оброблені розчином хітозану виявляли більшу стійкість до пошкодження грибом Aspergilus niger. Mucor - рід нижчих цвілевих грибів. Досліджено, що у ягодах суниці хвороба з’являється в місцях механічного пошкодження та інтенсивно розвивається за рахунок ідеального поживного середовища. Mucor, як і Botrytis cinerea сильно піддається впливу погодніх умов. Встановлено сильний кореляційний зв'язок між ВВП та відсотком ураження грибом (r = 0,92) і кількістю опадів та відсотком ураження білою цвіллю (r = 0,87). Розвиток білої цвілі плодів та ягід, які зберігали у холодильній камері зафіксований на двадцяту добу у контролі та зразку з концентрацією обробки хітозаном 0,05%. У решти зразків пошкоджень не виявлено. У зразках, які зберігали без охолодження, пошкодження встановлено на шосту добу у варіанті без обробки. На восьму добу зберігання ураження грибом виявлено у зразках з концентрацією обробки хітозаном 0,05%, 0,1% та 0,2%. Встановлено, що попередня обробка водними розчинами хітозану запобігає розвитку захворювання спричиненого грибом Mucor. Наступний етап досліджень був присвячений розробленню технологій нанесення хітозану на поверхню плодів та ягід. В ході наукового експерименту було досліджено вплив попередньої обробки водними розчинами низькомолекулярного хітозану на зміну якісних показників плодів та ягід під час зберігання. Обробку плодів та ягід виконували шляхом повного занурення у розчин та шляхом обприскування з наступним видалення зайвої вологи. Аналіз графічних зображень висвітлених у попередніх розділах свідчить про неістотну різницю між застосованими способами, що дає можливість ефективно використовувати обидва. На основі отриманих результатів були розроблено три технологічні схеми застосування попередньої обробки плодів та ягід. Розроблено технологію нанесення хітозану на поверхню плодів та ягід шляхом повного занурення у розчин. Запропоновано два способи занурення: занурення плодів та ягід без тари у ванни з робочим розчином та занурення плодів та ягід у тарі. Витрата розчину становить 200 літрів на 1000 кг. Розроблено технологію нанесення хітозану на поверхню плодів та ягід шляхом обприскування. Витрата розчину становить 100 л на 1000 кг продукції. Для підприємств з малим обсягом виробництва представлена спрощена технологія застосування попередньої обробки плодів та ягід розчином хітозану, яка не потребує великої кількості технологічного обладнання. Витрата розчину становить 10 л на 100 кг продукції.