CC BY
27
биологической урожайности зерновых культур в зависимости от качества посевного материала.
Литература
1. Архипов М.В., Потрахов Н.Н. Микрофокусная рентгенография растений. - СПб.: Технолит, 2008. - 192 с.
2. Silva V.N., Cicero S.M., Bennett M. Associations between X-ray visualised internai tomato seed morphology and germination // Seed Science and Technology. Volume 41, Number 2, August 2013, pp. 225-234(10).
3. Архипов M.B., Прияткин H.C., Бондаренко A.C. Применение методов мягколучевой рентгенографии и газоразрядной визуализации для оценки качества семян ели европейской // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2013. - № 31. -С.62-66.
4. Архипов М.В., Прияткин Н.С., Гусакова Л.П. и др. Методика исследования газоразрядного свечения семян. - СПб: АФИ, 2016. - 45 с.
5. Прияткин Н.С., Архипов М.В., Гусакова Л.П. Комплексный анализ морфометрических и оптических параметров рентгенограмм, характеристик газоразрядного свечения и ростовых показателей образцов зерен ячменя: Материалы VII Международного конгресса «Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине» (7-11 сентября 2015 г.). - СПб., 2015 -С.190.
6. Короткое К.Г. Эффект Кирлиан. - СПб.: Изд-во «Ольга», 1995. - 215 с.
7. Мережко А.Ф., Удачин Р.А., Зуев В.Е. и др. Пополнение, сохранение в живом виде и изучение мировой коллекции пшеницы, эгилопса и тритикале: Метод, указания. - СПб.:ВИР, 1999.-С. 32-35.
8. Гешеле Э.Э. Основы фитопатологической оценки в селекции растений. - М., 1978,- 203 с.
9. Mains Е. В., Dietz S. M. Physiologie forms of barley mlldew Erysiphe graminis hordei Marchai // Phytopathology. - 1930 . - V. 20. - N3. - P. 220-239.
10. Макрушин H.M. Основы гетеросперматологин. - M.: Агропромиздат, 1989. - 287 с.
УДК 631.8.022.3: 635.64
Канд. биол. наук P.C. ГАМЗАЕВА
(СПбГАУ, [email protected])
ВЛИЯНИЕ ФИТОРЕГУЛЯТОРОВ ЭПИН И ЦИРКОН НА АМИЛОЛИТИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ И СОДЕРЖАНИЕ РЕДУЦИРУЮЩИХ САХАРОВ В ПРОРАСТАЮЩИХ ЗЁРНАХ ПИВОВАРЕННОГО ЯЧМЕНЯ
Пивоваренный ячмень, фиторегуляторы, Эпин, Циркон
Ячмень (Hordeum vulgare) - одна из наиболее распространенных зерновых культур, возделываемая с древних времен. Он является основным сырьем для пивоваренной промышленности. Благодаря своей относительно большой приспособляемости к климатическим и почвенным условиям, а также многообразию сортов, ячмень встречается в посевах всех стран мира. Более 100 сортов ячменя высеивают на территории Российской Федерации и бывших союзных республик [1].
Проблема качественных отечественных пивоваренных ячменей является сдерживающим фактором в развитии солодовенной промышленности. Ежегодно в Россию импортируется до 40% солода. В настоящее время потребность пивоваренной отрасли в ячмене составляет примерно 1,2 млн. тонн, что соответствует 950 тыс. тонн солода [1]. В стране производится около 600 тыс. тонн солода среднего качества, на что идет 750 тыс. тонн ячменя [2].
Все культурные ячмени с учетом их морфологических, биологических, экологических, физиологических и агрохимических особенностей подразделяются на 31 агроэкологическую
группу, которые в свою очередь делятся на подгруппы и виды, укладывающиеся в три резко отличающихся подвида - многорядный ячмень, двухрядный и интермедиум. Лучшие сорта пивоваренного ячменя относятся к западно-европейской агроэкологической группе. В современном пивоварении предпочтение отдают двухрядным ячменям, принадлежащим разновидности нутанс [2].
В зерне ячменя на экстрактивность солода влияет структура крахмала. На качество ячменного солода также влияет уровень белка в зерне. Высокий уровень белка приводит к образованию белково-крахмального комплекса, что ограничивает гидратацию эндосперма во время проращивания и замедляет модификацию эндосперма и образование ферментов [1]. Таким образом, считается, что для получения качественного пивоваренного ячменного солода пригодны сорта ячменя с низким содержанием белка и высоким содержанием крахмала [2]. Для достижения более полного расщепления крахмала необходимо, чтобы в зерне во время проращивания образовалось достаточное количество амилолитических ферментов. Гидролиз крахмала в зерне осуществляется в основном четырьмя ферментами: а-амилазой, Р-амилазой, предельной декстриназой и а-глюкозидазой. Активность этих четырёх амилолитических ферментов в совокупности называется диастатической силой (ДС). Диастатическая сила позволяет оценить способность солода превращать крахмал в сбраживаемые дрожжами сахара [8].
Регулирование процесса прорастания в производстве солода для пивоваренной промышленности является одной из важных задач. В нативном зерне регуляция ростовых процессов осуществляется несколькими группами соединений различной химической природы, действующих взаимосвязано в метаболических цепях. Роль фитогормонов в этих процессах наиболее изучена. Роль других соединений, в том числе фенольной и терпеновой природы, изучена недостаточно. Физиологическая активность подавляющего большинства фиторегуляторов обусловлена их способностью влиять на какой-либо компонент фитогормональной системы, оказывать индуцирующие или ингибирующие эффекты на различные ферментные системы, изменять интенсивность метаболических процессов [1]. Целью работы являлось изучение влияния препаратов регуляторного действия фиторегуляторов Эпин и Циркон на активность амилолитических ферментов и на содержание редуцирующих Сахаров в прорастающих зерновках пивоваренного ячменя.
Вегетационные опыты проводили на малом опытном поле СПбГАУ по общепринятой методике.
Объектами исследований явились зерновки трех сортов пивоваренного ячменя: Криничный, Жанна и Росава из коллекции ВИР.
Эпин - это синтетический брассиностероид, аналог природного фитогормона эпибрассинолида. Механизм его действия заключается в регулировании синтеза самим растением других фитогормонов - ауксинов, гиббереллинов, цитокининов, абсцизовой кислоты и этилена, которые ему необходимы на конкретном этапе развития. Причем это регулирование зависит от фазы развития растений и условий его выращивания. Эпин увеличивает содержание антиоксидантных ферментов у растения, повышая его устойчивость к неблагоприятным факторам внешней среды (засуха, заморозки, избыточное увлажнение, засоление) и заболеваниям, проявляя свойства неспецифического иммуномодулятора. Кроме того, Эпин предотвращает процесс накопления в растениях нитратов, тяжелых металлов и радионуклидов.
Циркон - росторегулирующий эффект этого препарата связан с активизацией фитогормонов и защитой ИУК через механизм ингибирования активности ауксиноксидазы, а также с антибактериальным и фунгипротекторным действием, опосредованным стимуляцией иммунитета растений. В стрессовых условиях препарат способствует восполнению недостающих биологически активных соединений иммуномодулирующего и адаптогенного характера. Циркон повышает и устойчивость растений к действию ионизирующего излучения, неоптимального температурного, водного и светового режима и других видов стресса и предотвращает тем самым снижение урожайности сельскохозяйственных культур.
В первой части экспериментов изучали влияние препаратов Циркон и Эпин на динамику амилолитической активности в зерновках ячменя в ходе онтогенеза растения. Семена обрабатывались перед посевом соответствующими препаратами, согласно рекомендациям производителя (предварительно замачивались в соответствующих растворах, а в контрольном варианте семена замачивались в воде). В течение вегетации растения также опрыскивались этими же препаратами в фазы кущения и выхода в трубку. Суммарную активность амилаз определяли в три срока: 1-молочная спелость; 2-восковая спелость; 3-полная спелость.
Как показали исследования, обработка фиторегуляторами увеличила суммарную активность амилаз по сравнению с контрольным вариантом у всех исследованных сортов.
Таблица 1. Влияние фиторегуляторов Эпин и Циркон на суммарную активность амилаз в онтогенезе растений ячменя (мг гидролизованного крахмала на 1 г зерна за 1 мин.)
Сорт Жанна Сорт Криничный Сорт Росава
Варин- Фаза Фаза Фаза Фаза Фаза Фаза Фаза Фаза Фаза
ты молоч- воско- полной молоч- воско- полной молоч- воско- полной
опыта ной вой спелос- ной вой спелос- ной вой спелос-
спелости спелости ти спелости спелости ти спелости спелости ти
Кон- 0,5 0,8 0,9 0,6 0,7 1.0 0,5 0,7 1,5
троль
Эпин 0,9 1,45 1,7 1,8 2,6 3,0 1.2 1,3 3,4
Циркон 0,7 1,2 1,4 1.1 2,0 2,2 1,0 0,9 1.8
НСР05 0,15 0,06 0,45 0,45 0,4 0,2 0,09 0,07 0,2
Полученные данные показывают, что активность амилаз имела линейный характер во всех вариантах и максимальные показатели отмечались в фазу полной спелости. В отличие от контрольного варианта, в вариантах, где проводилась обработка фиторегуляторами роста, активность амилаз значительно возрастала почти в 3,5 раза в фазу полной спелости (табл.1). Наиболее высокие показатели амилолитической активности были отмечены в варианте, где проводилась обработка препаратом Эпин у всех исследованных сортов в течение всех рассмотренных фаз развития зерна.
Во второй серии экспериментов изучали действие фиторегуляторов на активность а-и ß -амилаз, а также содержание редуцирующих Сахаров в прорастающих зерновках ячменя. Зерновки ячменя проращивали в чашках Петри на фильтровальной бумаге при температуре 20°С. Определение активности амилаз проводили фотоколориметрическим методом на 5-е сутки. Растворы фиторегуляторов готовили согласно рекомендациям производителя (0,25 мл Эпина на 500 мл воды и 0,125 мл Циркона на 500 мл воды).
Известно, что характер и интенсивность физиологических процессов, которые протекают в прорастающих зерновках ячменя, зависят от активности ферментативного комплекса зерна и условий внешней среды. Главной особенностью процесса прорастания и его биохимической направленности является распад в эндосперме и семядолях высокомолекулярных веществ до растворимых соединений при участии воды и ферментов, прежде всего амилолитического комплекса с высокой активностью а-амилазы [4]. Частично ферменты находятся в эндосперме или зародыше в связанном, неактивном состоянии и при набухании переходят в активное. Под воздействием амилазы (состоящей из а- и Ь-амилазы) крахмал в эндосперме зерновки расщепляется до декстрин и мальтозы. Последняя, в свою очередь, при воздействии на неё фермента мальтазы при прорастании семян расщепляется до глюкозы. Одновременно с накоплением глюкозы идет и образование сахарозы, которая используется растущим проростком [5]. По свойствам, распространению в природе и способу действия на крахмал различают: а-амилазу, ß-амилазу, глюкоамилазу и амилопектин-1,6-глюканогидролазу [10].
а-Амилаза (К.Ф. 3.2.1.1.) - систематическое название 1,4-а-0-глюкан-глюканогидролаза, старые названия - диастаза, птиалин, гликогеназа, декстриногенамилаза. Этот фермент содержится в слюне, соке поджелудочной железы, плесневых грибах, проросшем зерне пшеницы, ржи, ячменя. Обнаружена активность а-амилазы в не проросших семенах ржи и сорго.
а-Амилаза катализирует без определенного порядка гидролиз внутренних 1,4-а-гликозидных связей в полисахаридах, содержащих три и более остатков a-D-глюкозы. При действии a-амилазы на крахмал образуются главным образом декстрины небольшой молекулярной массы и незначительное количество мальтозы [9].
a-Амилаза чувствительна к подкислению (оптимум рН 5,6-6,3), но термостабильна (температурный оптимум 65°С) [7].
Р-Амилаза (КФ 3.2.1.2.), систематическое название 1,4- a-D-глюкан-мальтогидролаза, старые названия - диастаза, сахарогенамилаза, гликогеназа. Этот фермент содержится в не проросшем зерне пшеницы, ржи, ячменя, соевых бобах. Он катализирует гидролиз 1,4-а-гликозидных связей в полисахаридах, последовательно отщепляя остатки мальтозы от не редуцирующих концов цепей. Р-Амилаза расщепляет амилозу полностью до мальтозы. Амилопектин она гидролизует с образованием мальтозы и декстринов, дающих коричнево-красное окрашивание с йодом (декстрины более высокой молекулярной массы по сравнению с декстринами, образующимися при действии a-амилазы). Действие Р-амилазы прекращается в точках ветвления молекулы амилопектина.
Р-Амилаза более активна в кислой среде (оптимум рН 4,8), но термолабильна (температурный оптимум 51°С). Этот фермент способствует накоплению мальтозы в тесте, что приводит к более интенсивному брожению.
Глюкоамилаза (КФ З.2.1.З.), или экзо-1,4-а-0-глюкозидаза имеет систематическое название 1,4-а-Б-глюкан-глюкогидролаза. Она гидролизует крахмал с образованием преимущественно глюкозы и небольшого количества декстринов [6].
Амилопектин-1,6-глюканогидролаза (КФ 3.2.1.41) подвергает гидролизу 1,6-а-гликозидные связи в амилопектине, гликогене.
Таблица 2. Влияние фиторегуляторов Эпин и Циркон на активность а - и Р -амилаз в прорастающих зерновках ячменя (мг гидролизованного крахмала на 1 г зерна за 1 мин.)
Сорт Жанна Сорт Криничный Сорт Росава
Варианты а- Р- Суммар a - Р- Суммар a - Р Суммар
опыта амила амилаз -ная амилаз амилаз -ная амилаз амилаз -ная
за а активность а а активность а а активность
Сухое 0,08 0,015 0,095 0,03 0,01 0,04 0,04 0,01 0,05
зерно
Контроль (вода) 0,9 0,1 1,0 1,3 0,2 1,5 1,9 0,8 2,7
Эпин 3,2 0,3 3,5 6,0 0,6 6,6 7,0 1,2 8,2
Циркон 2,4 0,3 2,7 4,0 0,5 4,5 4,2 0,9 5Д
НСР0,5 0,5 0,05 0,5 0,07 0,06 0,04 0,03 0,05 о,з
Гидролиз крахмала в зерновках ячменя имеет важное значение для пивоварения. Качество солода зависит от жизнеспособности зародышей (и от синтеза гибберелловой кислоты): чем ниже всхожесть, тем хуже солод [10]. В связи с этим изучение активности амилазы при прорастании у пивоваренных сортов ячменя является весьма актуальным.
В результате проведённой работы были выявлены и влияние фиторегуляторов, и сортовые особенности активности амилаз. Данные табл.2 показывают, что обработка фиторегуляторами увеличила суммарную активность амилаз по сравнению с вариантом сухое зерно и контрольный вариант. Максимальная суммарная активность амилаз наблюдалась в варианте Эпин у сорта Росава и составила 10,0, что превышает активности
сухого зерна на 9,96 и контрольного на 7,8 раза. Активность амилаз в варианте Циркон была незначительно ниже, чем в варианте Эпин. Максимальная активность а- и |3-амилаз так же как и в ходе развития зерна отмечена у сорта Росава.
На заключительном этапе эксперимента определяли содержание редуцирующих Сахаров по Бертрану в прорастающих зерновках ячменя.
Метод определения редуцирующих Сахаров основан на способности восстановления в щелочном растворе окисной меди до закисной. Задача сводится к определению количества образовавшегося осадка закиси меди, которое строго соответствует количеству сахара в растворе. Осадок закиси меди отделяют и окисляют окисным железом, восстанавливая его в закисное, а последнее, в свою очередь, также количественно окисляют 0,1 нормальным раствором КМ11О4.
Таблица 3. Влияние фиторегуляторов роста на содержание редуцирующих Сахаров в прорастающих зерновках ячменя (мг гидролизованного крахмала на 1 г проросшего зерна, 5-е сутки проращивания)
Варианты опыта Сорт
Жанна Креничный Росава
Контроль 28 34 22
Эпин 102 134 128
Циркон 78 123 115
НСРпз 5.3 8,9 9,2
Результаты исследований показали, что количество редуцирующих Сахаров в прорастающих зерновках ячменя в вариантах с фиторегуляторами роста по сравнению с контрольным вариантом значительно увеличивалось. Максимальное количество редуцирующих Сахаров было отмечено в варианте Эпин. У сорта Жанна этот показатель превышал по сравнению с контролем в 5 раз, у сорта Криничный - в 7,2 раза, а у сорта Росава - в 9 раз. В варианте Циркон наибольшее количество восстанавливающих Сахаров было отмечено у сорта Криничный и составило 124 мг, а минимальное количество - у сорта Жанна и составило 78 мг.
Таким образом, на основании полученных данных можно сделать следующие выводы:
1. Обработка растений ячменя фиторегуляторами Эпин и Циркон увеличивает
суммарную активность амилаз в ходе онтогенеза.
2. Фиторегуляторы роста увеличивают активность а- и ß-амилаз в прорастающих
зерновках ячменя, что, в свою очередь, увеличивает и количество редуцирующих
Сахаров и, в конечном итоге, положительно влияет на пивоваренные качества ячменя.
3. В ходе эксперимента были выявлены сортовые особенности активности амилаз.
Наиболее отзывчивым на обработку исследованных препаратов оказался сорт Росава.
Литература
1. Бобков A.A. Влияние агрофона на углеводно-амилазный комплекс пивоваренного ячменя: Автореферат, 2008.
2. Витол И.С., Карпиленко Г.П. Белково-протеиназный комплекс ячменя, выращенного на разном агрофоне с применением препаратов регуляторного действия // Прикладная биохимия и микробиология. - 2007. - Т. 43. - № 3. - С. 1-10.
3. Гамзаева P.C. Влияние возрастающих норм азота на амилолитическую активность ячменя // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. 2008.-№11.-С. 37.
4. Горпинченко Т.В., Аниканова З.Ф. Качество пивоваренного ячменя // Пиво и напитки. -2002.-№1,-С. 18-22.
5. Жеребцов Н. А. Амилолитические ферменты в пищевой промышленности. - М.:Легкая и пищевая промышленность, 1984. - С. 160.
6. Ильченко В.Е. Роль агрофона в формировании углеводно-амилазного комплекса зерна пшеницы: Автореферат. - М., 2008. - С. 10.
7. Кретович В.Л. Техническая биохимия. - М.: Высшая школа, 1973. С. - 456.
8. Казакова А.С, Козяева С.Ю., Гайдаш М.В. Шкала микрофенологических фаз прорастания семян ярового ячменя //Сельскохозяйственная биология. - 2008. - №5. -С.61.
9. Плешков Б.П. Практикум по биохимии растений. - М.: Агропромиздат, 1985. - С. 255.
10. Шапкарин В.В., Королёв А.П., Гридина С.Б. Биохимия: Сб. лаборат. работ. - Кемерово, 2005.-С. 84.
УДК 637.524.2 Соискатель К.Г. ГОРЛАЧ
(Университет ИТМО, [email protected]) Канд. с.-х. наук Н.Ю. СТЕПАНОВА (СПбГАУ, [email protected])
РАЗРАБОТКА ВАРЕНЫХ КОЛБАС С ДОБАВЛЕНИЕМ ЦЕЛЬНОГО МОЛОКА
Молочная колбаса, молоко цельное, сухое молоко, молочная вареная колбаса
Вареные колбасы предпочитает большинство населения нашей страны. С целью улучшения вкуса, увеличения питательной ценности или для получения диетических мясных продуктов и частичной замены мясного сырья в рецептурах вареных колбас используют молоко и молочные продукты. К ним относят: молоко цельное натуральное, обезжиренное сухое, обрат, белок молочный свежий и консервированный. Применение молочных продуктов дает возможность увеличить ассортимент вареных колбас и значительно повысить их органолептические показатели. При производстве колбасных изделий особый интерес заслуживает добавление кисломолочных продуктов в колбасный фарш. Изменяя химический состав колбас, можно целенаправленно повышать пищевую ценность изделия, формировать его свойства, придавая продукту функциональную направленность.
Совокупность наиболее значимых для организма человека пищевых элементов представляют белки, углеводы, липиды, макро- и микроэлементы. Кроме того, пищевые продукты включают в себя еще биологически активные вещества, гормоны, ферменты, витамины и вещества, которые не используются живым организмом непосредственно в ходе жизнедеятельности в метаболических процессах. Нужда организма человека в этих питательных веществах меняется, от миллиграммов и даже меньше до сотен граммов. Пищевая ценность определяется наличием комплекса этих веществ в продукте, его переваримостью, зависящей от показателей физико-химических свойств, способа приготовления продукта.
Энергетическая ценность обуславливается энергией, выделяемой в процессе биологического окисления пищевых веществ в организме человека, и используется для обеспечения и поддержания физиологических свойств организма.
Вопросы совершенствования производства вареных колбас рассмотрено в [1], а процессы структурообразования в белковых системах в [2]. Физико-химические и механические процессы, происходящие при формировании фарша для вареных колбас, существенно отличаются от других видов изделий из мяса. Первостепенное значение имеет степень измельчения мясного сырья [3], которая для вареных колбас более глубокая и тонкая [4], чем для сырокопченых изделий [5]. Для получения качественных вареных колбас имеет значение выбор оболочек [6].
Цвет вареных колбас образуется в результате протекания сложного комплекса биохимических и физико-химических процессов, в которых ведущая роль принадлежит восстановителю [7]. Контроль за образованием цвета можно осуществлять по таким характеристикам, как цветовой тон, яркость [8] и насыщенность [9].
