CC BY
33УДК 633.63:664.1
о технологическом качестве сахарной свеклы, пораженной сосудистым бактериозом
Г. В. АГАФОНОВ, д-р техн. наук, профессор; Н. Г. КУЛЬНЕВА д-р техн. наук, профессор Воронежский государственный университет инженерных технологий
Л. Н. ПУТИЛИНА, канд. с.-х. наук
ВНИИ сахарной свеклы имени А. Л. Мазлумова, Воронежская обл., п. ВНИИСС
Введение. Сахарная свекла является единственным видом сырья для производства сахара в Российской Федерации, поэтому качество корнеплодов, поступающих в переработку, определяет технико-экономические показатели работы предприятий сахарной промышленности [1]. Повсеместное снижение плодородия и возрастание инфекционного фона почвы, преобладание восприимчивых к местным патогенам зарубежных гибридов в сортаменте сахарной свеклы провоцирует развитие болезней корневой системы — фузариозного загнивания и сосудистого бактериоза (бактериального увядания), вызывающего прогрессирующую потерю тур-гора корнеплодов вплоть до их загнивания или мумификации. Многолетние обследования свекловичных посевов в разных районах ЦЧР выявили высокую вредоносность указанных болезней корнеплодов, потери урожая от которых в отдельные годы составляли до 50% [2]. При этом вредоносность сосудистого бактериоза сахарной свеклы обусловлена не только большим процентом гибели растений культуры во время вегетации, но и скрытым характером ее развития при благоприятных погодных условиях, когда не наблюдается видимых признаков поражения. Пораженное бактериями свекловичное сырье со слабо выраженными симптомами болезни попадает на переработку как здоровое, что может являться одной из главных причин снижения выхода сахара на свеклосахарных заводах [3]. В процессе хранения такие корнеплоды интенсивно поражаются аэробной микрофлорой и загнивают.
В свете вышеизложенного целью исследований являлось определение технологического качества свекловичного сырья, в разной степени пораженного сосудистым бактериозом, его дальнейшее использование в свеклосахарном производстве, а также разработка мероприятий, повышающих сохранность такого сырья.
Ход исследования. Научные исследования проводились на базе лаборатории хранения и переработки сырья ФГБНУ «ВНИИСС им. А. Л. Мазлумова» и кафедры технологии бродильных и сахаристых производств ФГБОУ ВО «ВГУИТ» с использованием общепринятых методов оценки свеклы [4].
В результате мониторинга посевов сахарной свеклы в 2011—2016 гг. в свеклосеющих хозяйствах ЦЧР выявлено, что сырье, поступающее на сахарные заводы, может на 20% и более быть инфицированным возбудителями сосудистого бактериоза. Установлено, что отечественные гибриды более устойчивы к бактериальному увяданию по сравнению с иностранными. Средние показатели распро-
страненности болезни составили для российских гибридов 11,7%, для зарубежных — 21,6%.
Разработанная сотрудниками ВНИИСС пятибалльная шкала пораженности сахарной свеклы сосудистым бактериозом позволяет визуально определить степень развития болезни [3].
Свеклосахарные заводы осуществляют приемку сахарной свеклы в соответствии с требованиями ГОСТ Р 52647—2006, согласно которому кондиционное сырье должно содержать не более 5% увядших корнеплодов, в противном случае его относят к некондиционному. В состав 5% могут входить корнеплоды с 4-5-балльным поражением сосудистым бактериозом, по физическому состоянию которых можно визуально легко определить данную болезнь. Но среди остальной массы свеклосырья могут быть корнеплоды не только здоровые, но и пораженные на 1—3 балла, при визуальном осмотре которых сосудистый бактериоз определить трудно. Однако в результате многолетних исследований определено ухудшение технологического качества свеклосырья, в котором присутствуют корнеплоды с частичной потерей тургора, обусловленной развитием сосудистого бактериоза в начальной стадии [3]. Поэтому для исследования были сформированы образцы корнеплодов сахарной свеклы по схеме, включающей возможные варианты состава свекловичного сырья, поступающего на свеклоприемные пункты свеклосахарных заводов:
I) здоровые корнеплоды;
II) 50% корнеплодов, пораженных сосудистым бактериозом на 1—3 балла;
III) 5% корнеплодов, пораженных сосудистым бактериозом на 4—5 баллов, 35% — на 1—3 балла;
IV) 20% корнеплодов, пораженных сосудистым бактериозом на 4—5 баллов.
В результате технологической оценки анализируемых образцов выявлено изменение качества сырья и продуктов его переработки в зависимости от наличия в свекломассе корнеплодов с разной степенью бактериального поражения (см. табл.).
О реакции свеклосырья на поражение болезнями можно судить по интенсивности дыхания корнеплодов, с которым связано выделение ими тепла [5].
В процессе хранения сырья, инфицированного сосудистым бактериозом, происходит значительное нарастание различных групп несахаров — редуцирующих небелковых азотистых веществ, нитратов и минеральных соединений за счет высокой интенсивности метаболических процессов сопутствующей микрофлоры. При этом сни-
Технологическое качество сахарной свеклы в зависимости от количества корнеплодов с разной степенью бактериального поражения
Варианты
Параметры I (здоровые корнеплоды) II III IV
Сахаристость, % 16,77 16,00 15,80 14,50
Содержание а-аминного азота, ммоль/100 г свеклы 2,22 2,93 3,88 6,23
Массовая доля редуцирующих веществ, % 0,093 0,125 0,186 0,312
Сухие вещества в свекле, % 25,88 26,52 26,97 28,21
Чистота нормального клеточного сока, % 85,70 85,00 83,90 80,90
Чистота очищенного клеточного сока, % 91,30 89,40 87,50 85,40
Прогнозируемый выход сахара,% 13,59 12,35 11,50 9,64
Коэффициент извлечения сахара из свеклы, % 81,0 77,2 72,9 66,5
Интенсивность дыхания, мг СО2/кг-ч 16,80 20,94 25,81 29,28
Количество выделяемого тепла, кДж/т-ч 184,8 230,3 283,9 322,1
В
2
190 170
£ 5
150 т 130
^ I-
Ф О
| § 110
г« 5
О ш
5 со
3
о
0 7 14 21
Длительность хранения, сут. —- Бензойная кислота Типовая —- Бетасепт Ардон
Рис. 1. Содержание редуцирующих веществ в сахарной свекле, обработанной дезинфицирующими препаратами перед закладкой на хранение
0,85
0,75
жается содержание безвредных для производства белковых веществ как результат высокой ферментативной активности [6].
Проведены исследования по подбору бактерицидного препарата с рациональной концентрацией и расходом, обеспечивающего минимальное изменение качества сахарной свеклы, частично пораженной сосудистым бактериозом, в процессе хранения. В качестве бактерицидных препаратов использовали растворы бензойной кислоты, Бетасепт и Ардон. При проведении эксперимента закладывали на хранение четыре партии свеклы, обработанной разными препаратами и без обработки (типовая). Оценку качества проводили при закладке свеклы на хранение, затем через каждые семь дней хранения. Визуальное наблюдение за изменением состояния свеклы показало, что наиболее интенсивно развитие микрофлоры происходило у корнеплодов, не прошедших бактерицидной обработки. Эффективность исследуемых бактерицидных препаратов определяли по содержанию белковых веществ, редуцирующих веществ и а-аминному азоту (рис. 1-3).
Проведены исследования по выбору оптимальной концентрации и расхода раствора бензойной кислоты для бактерицидной обработки сахарной свеклы перед закладкой на хранение. Лучшие показатели качества свеклы после хранения отмечены при обработке корнеплодов раствором бензойной кислоты с концентрацией 0,1 % при расходе 3,0% к массе свеклы.
Для уточнения взаимодействия факторов, влияющих на эффективность бактерицидной обработки корнеплодов, использовали математические методы планирования эксперимента. Критериями оценки влияния исследуемых факторов на показатели хранения свеклы были выбраны: У1 — содержание белковых соединений, мг/см3; У2 — содержание редуцирующих веществ, мг/см3; У3 — содержание а-аминного азота, мг/см3.
д
о
о
0,65
0,55
0,45
0,35
7 14
Длительность хранения, сут. - Бензойная кислота Типовая -к- Бетасепт
Ардон
Рис. 2. Динамика белковых веществ в сахарной свекле после обработки дезинфицирующими препаратами
8 5
од
О
65,554,543,532,521,5?" 0
Типовая
7 14
Длительность хранения, сут. I- Бензойная кислота -к- Ардон
21
- Бетасепт
Рис. 3. Содержание а-аминного азота в сахарной свекле, обработанной дезинфицирующими препаратами перед хранением
В результате статистической обработки экспериментальных данных получены уравнения регрессии вида:
У1 = 4,595-10-1 + 5,088-10-3Х1 - 5,203-10-2Х2 -
- 0,012Х1Х2 - 1,374-10-2Х2 - 6,247-10-3Х22; У2 = 4,201-10-2 - 9,228-10-4Х1 + 1,166-10-2Х2 + + 0,003Х1Х2 + 4,437-10-3Х2 + 3,937-10-3Х22;
У3 = 4,451 - 7,494-10-2Х1 + 7,994-10-1Х2
+
+ 0,221Х1Х2 + 2,068-10-1Х2 + 7,431-10-2Х2 .
Для оценки степени влияния входных параметров X на выходные У приведена графическая интерпретация уравнений регрессии (рис. 4).
0,53п
0,495-
о * -
с
о ю
и
о О
0,425-
0,39 , % 0,03
XI
Х1
0,05 2
0,1 3
0,15 4
0,065-1
0,056-
3 2
§2
3
О
0,038-
0,17 4,4
0,03, % 0,03 ,, % 1,6
X
Х1
Х1
Х2
5,5
0,05 2
0,1 3
0,15 4
4,5
0,17 4,4
X,
3,5
%
X, % 1
Рис. 4. Графическая интерпретация влияния концентрации раствора бензойной кислоты Х1 и белковых веществ, редуцирующих веществ и а-аминного азота
5
4
X
Х2, % 1,6
и
о
Ху
А Х1
7
4
0,05 2
0,1 3
0,15 4
0,17 4,4
оты Х1 и его расхода Х2 на содержание
х1, % 0,03
Х2, % 1,6
Результаты и их обсуждение. Определено, что по мере повышения в свекломассе количества больных корнеплодов и степени их поражения снижается сахаристость на 0,8—2,3 абс. %; увеличивается содержание редуцирующих веществ в 1,3—3,4 раза и а-аминного азота в 1,3— 2,8 раза; ухудшается чистота клеточного и очищенного соков на 0,7—4,8 и 1,9—5,9 абс. % соответственно; уменьшается прогнозируемый выход сахара на 1,2—3,9 абс. % и коэффициент его извлечения — на 3,8—14,5 абс. %; увеличиваются потери сахара в мелассе на 0,5—1,7 абс. %.
После уборки корнеплоды сахарной свеклы лишены притока пластических веществ из надземных органов, элементов минерального питания и воды из почвы. Взаимосвязь с окружающей средой сводится к поглощению кислорода и выделению диоксида углерода. Главную роль в этом процессе играет дыхание и связанные с ним биохимические процессы, происходящие в корнеплодах. Исследования показали, что если интенсивность дыхания здоровых корнеплодов (вариант I) составила 16,80 мг СО2/кгч, то в остальных вариантах наблюдалось увеличение данного показателя, который составил 20,94—29,28 мг СО2/кгч. Наибольшая интенсивность дыхания была у корнеплодов варианта IV (29,28 мг СО2/кгч) (см. табл.).
Выделение тепла корнеплодами в данных вариантах находилось на уровне 230,3 (II), 283,9 (III), 322,1 (IV) кДж/т-ч соответственно, тогда как у здоровых корнеплодов данный показатель составил 184,8 кДж/тч. С изменением интенсивности дыхания корнеплодов согласуется изменение таких показателей, как содержание сухих веществ и сахарозы. В вариантах П—^ наблюдалось повышение интенсивности дыхания, а вместе с этим повышение содержания сухих веществ и снижение содержания сахарозы (см. табл.).
По результатам лабораторных исследований установлено, что при хранении свеклы наблюдается увеличение количества редуцирующих веществ в среднем на 63,0%, а-аминного азота — на 71,5%, снижение количества белков — на 41,0%, что обусловлено высокой активностью протеолитических ферментов микробного происхождения, содержащихся в корнеплодах. Выявлено, что применение бензойной кислоты для бактерицидной обработки сахарной свеклы перед хранением обеспечивает более высокую степень подавления микрофлоры и сохранения технологических достоинств сырья.
Определено, что оптимальные параметры бактерицидной обработки сахарной свеклы раствором бензойной кислоты перед закладкой на хранение — концентрация раствора 0,1% и его расход 3,0% к массе свеклы. Обработка корнеплодов раствором бензойной кислоты с такими параметрами позволяет снизить величину потерь сахарозы в процессе хранения на 0,3%, разложение белковых веществ — на 22,6%, образование редуцирующих веществ — на 12,0% и азотистых соединений — на 6,4% в сравнении с корнеплодами, заложенными на хранение без обработки.
Выводы. На основании выявленной зависимости изменения технологического качества сахарной свеклы и продуктов ее переработки от наличия в свекломассе корнеплодов с разной степенью бактериального поражения предлагается проводить следующие мероприятия по использованию соответствующего свекловичного сырья на сахарных заводах:
♦ для получения данных о состоянии свекловичного сырья и прогнозирования производственно-технических показателей свеклосахарных заводов необходимо до уборки проводить фитосанитарный мониторинг посевов сахарной свеклы;
♦ свекловичное сырье, содержащее до 50% корнеплодов, пораженных сосудистым бактериозом на 1—3 балла, можно отнести к кондиционному и переработать с удовлетворительными производственно-техническими показателями;
♦ сырье, в состав которого входит не более 5 % корнеплодов, пораженных на 4—5 баллов, и до 35% — на 1—3 балла, также можно направлять в переработку, но с вероятностью получения низких производственно-технических показателей.
Пораженные сосудистым бактериозом корнеплоды могут вызвать осложнения при хранении, о чем свидетельствует повышение интенсивности дыхания с 16,80 до 29,28мг СО2/кгч при увеличении степени развития болезни. Уже через сутки после уборки у корнеплодов без внешних признаков поражения сосудистым бактериозом (соответствующих 1—3 баллам) возможно почернение хвостовой части вследствие быстрого размножения бактерий.
С целью повышения сохранности сырья перед закладкой его на хранение корнеплоды целесообразно опрыскивать раствором бензойной кислоты концентрацией 0,1% при расходе 3,0% к массе свеклы.
Литература
1. Кульнева, Н. Г. Санитарно-гигиеническое обеспечение продукции сахарного производства / Н. Г. Кульнева, В. А. Голыбин, В. А. Федорук // Гигиена и санитария. — 2015. — 94 (9). — С. 57-61.
2. Путилина, Л. Н. Технологическая оценка сахарной свеклы, инфицированной возбудителями сосудистого бактериоза в период вегетации / Л. Н. Путилина [и др.] // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. — 2016. — № 3. — С. 239-247.
3. Апасов, И. В. Изменение технологических качеств корнеплодов сахарной свеклы, пораженных сосудистым бактериозом / И. В. Апасов, Л. Н. Путилина, Г. А. Селиванова // Сахар. — 2014. — № 9. — С. 35-38.
4. Лосева, В. А. Методы исследования свойств сырья и готовой продукции (теория и практика) / В. А. Лосева, А. А. Ефремов, И. В. Квитко // Воронеж. гос. технол. акад. — Воронеж: ВГТА, 2008. — 247 с.
5. Свиридов, А. В. Факторы, влияющие на микроклимат в кагатах сахарной свеклы / А. В. Свиридов, Е. И. Дорош-кевич, В. В. Просвиряков // Защита и карантин растений. — 2013. — № 11. — С. 17-20.
6. Кульнева, Н. Г. Динамика качества сахарной свеклы, пораженной сосудистым бактериозом / Н. Г. Кульнева, Л. Н. Путилина, И. Г. Селезнева // Актуальная биотехнология. — 2015. — № 4 (15). — С. 12-16.
References
1. Kul'neva, N. G. Sanitarno-gigienicheskoe obespechenie produkcii saharnogo proizvodstva / N. G. Kul'neva, V. A. Goly-bin, V. A. Fedoruk // Gigiena i sanitarija. — 2015. — 94 (9). — S. 57-61.
2. Putilina, L. N. Tehnologicheskaja ocenka saharnoj svekly, inficirovannoj vozbuditeljami sosudistogo bakterioza v period vegetacii / L. N. Putilina [i dr.] // Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta inzhenernyh tehnologij. — 2016. — № 3. — S. 239-247.
3. Apasov, I. V. Izmenenie tehnologicheskih kachestv korne-plodov saharnoj svekly, porazhennyh sosudistym bakteriozom / I. V. Apasov, L. N. Putilina, G. A. Selivanova // Sahar. — 2014. — № 9. — S. 35-38.
4. Loseva, V. A. Metody issledovanija svojstv syr'ja i gotovoj produkcii (teorija i praktika) / V. A. Loseva, A. A. Efremov, I. V. Kvitko // Voronezh. gos. tehnol. akad. — Voronezh: VGTA, 2008. — 247 s.
5. Sviridov, A. V. Faktory, vlijajushhie na mikroklimat v kagatah saharnoj svjokly / A. V. Sviridov, E. I. Doroshkevich, V. V. Pros-virjakov // Zashhita i karantin rastenij. — 2013. — № 11. — S. 17-20.
6. Kul'neva, N. G. Dinamika kachestva saharnoj svekly, porazhen-noj sosudistym bakteriozom / N. G. Kul'neva, L. N. Putilina, I. G. Selezneva // Aktual'naja biotehnologija. — 2015. — № 4 (15). — S. 12-16.
о технологическом качестве сахарной свеклы, пораженной сосудистым бактериозом
Ключевые слова
бактерицидные препараты; сахарная свекла; сосудистый бактериоз; технологическое качество.
реферат
Технико-экономические показатели работы сахарных заводов определяются качеством перерабатываемой свеклы. Нарушение агротехники возделывания и преобладание восприимчивых к местным патогенам зарубежных гибридов в сортаменте сахарной свеклы в сочетании с неблагоприятными погодными условиями способствуют масштабному развитию болезней корневой системы, в том числе сосудистого бактериоза. Установлено, что отечественные гибриды более устойчивы к бактериальному увяданию по сравнению с зарубежными, средние показатели по распространенности болезни для которых составили соответственно 11,7 и 21,6%. Определено, что по мере повышения в свекломассе количества больных корнеплодов и степени их поражения снижается сахаристость на 0,8-2,3 абс. %; увеличивается содержание редуцирующих веществ в 1,3-3,4 раза и а-аминного азота в 1,3-2,8 раза; уменьшается прогнозируемый выход сахара на 1,2-3,9 абс. % и коэффициент его извлечения — на 3,8-14,5 абс. %. Предложены варианты по использованию на свеклосахарных заводах свекловичного сырья с разной степенью бактериального увядания. Установлено, что в процессе хранения сырья, пораженного сосудистым бактериозом, происходит значительное нарастание различных групп несахаров за счет высокой интенсивности метаболических процессов сопутствующей микрофлоры. Представлены бактерицидные препараты, снижающие интенсивность деструктивных микробиологических процессов при хранении корнеплодов, проведен анализ эффективности их применения. Определено, что перед закладкой на хранение свеклу целесообразно опрыскивать раствором бензойной кислоты концентрацией 0,1% при его расходе 3,0% к массе свеклы.
Авторы
Агафонов Геннадий Вячеславович, д-р техн. наук, профессор; Кульнева Надежда Григорьевна, д-р техн. наук, профессор Воронежский государственный университет инженерных технологий,
394036, Россия, г. Воронеж, проспект Революции, д. 19, [email protected]; [email protected] Путилина Людмила Николаевна, канд. с.-х. наук ВНИИ сахарной свеклы имени А. Л. Мазлумова, 396030, Россия, Воронежская обл., п. ВНИИСС, д. 86, [email protected]
on Technological Qualities of Sugar Beet Affected by Vascular Bacteriosis
Key words
bactericidal agents; sugar beet; vascular bacteriosis; technological quality.
abstract
Technical and economic indices of sugar factories work depend on quality of processed beet. Incorrectness of cultivation agrotechnics and prevalence of foreign hybrids susceptible to local pathogens in sugar beet assortment in combination with unfavorable weather conditions promote large scale development of root system diseases including vascular bacteriosis. It has been revealed that domestic hybrids are more resistant to bacterial wilt in comparison with the foreign ones, average indices of disease frequency of occurrence for them being 11.7 and 21.6%, accordingly. It has been determined that, as the number of diseased beet roots and degree of their affection in beet mass increases, sugar content is reduced by 0.8-2.3 absolute %, content of reducing substances increases 1.3- to 3.4-fold, and content of a-amine nitrogen increases 1.3- to 2.8-fold. Forecasted sugar yield decreases by 1.2-3.9 absolute % and its extraction coefficient is lowered by 3.8-14.5 absolute %. Variants of using beet row material with different degree of bacterial wilt at sugar factories have been suggested. It has been found that, during storage of row material affected by vascular bacteriosis, there is a considerable increase of various non-sugars due to high intensity of metabolic processes of attendant microflora. The bactericidal agents reducing intensity of destructive microbiological processes during beet root storage are presented. The analysis of efficiency of their application has been carried out. It has been determined that, before storage, it is advisable to spray beet with benzoic acid solution of 0.1 % concentration, its consumption being 3.0% of beet mass.
authors
Agafonov Gennadii Vyacheslavovich, Doctor of Technical Sciences; Kulneva Nadezhda Grigor'evna, Doctor of Technical Sciences, Voronezh State University of Engineering Technologies, 19 Revolution Ave., Voronezh, 394036, Russia, [email protected]; [email protected] Putilina Lyudmila Nikolaevna, Candidate of Agricultural Science, The A. L. Mazlumov All-Russian Research Institute of Sugar Beet and Sugar,
86 VNIISS, Ramonsky district, Voronezh region, 396030, Russia, [email protected]
