Содержание к диссертации
Введение
1. Желтосемянныи яровой рапс в связи с проблемой улучшения качества шрота и масла (литературный обзор) 8
1.1 . Морфологические особенности ярового рапса тип «00» и «000», основные хозяйственно ценные биохимические признаки 8
1.2.Серосодержащие соединения в шроте «00»-го и «000»-го типа ярового рапса 15
1.3..Жирнокислотный состав масла «00»-го и «000»-гр типов ярового рапса 23
1.4. Жирорастворимые витамины и пигменты в масле «00»-го и «000»-го типов ярового рапса 32
1.5.Влияние условий вегетации на биохимический состав масла и шрота «00»-го и «000»-го типов ярового рапса 46
2. Материал, методы и условия проведения опытов 49
2.1. Материал и методики проведения исследований 49
2.2. Характеристика климатических условий в период проведения исследований 51
3. Исследование биохимической изменчивости желто - и сизосемянных форм рапса по массовой доле и качеству масла и шрота 53
3.1 Сравнительная характеристика основных хозяйственно ценных биохимических показателей семян ярового рапса тип «00» и «000» 53
3.2.Общее содержание и компонентный состав глюкозинолатов в семенах ярового рапса 60
3.3.Исследование жирно-кислотного состава масла ярового рапса 67
3.4. Исследование жирорастворимых витаминов и пигментов в семенах ярового рапса 71
3.4.1 .Исследование состава токоферолов 71
3.4.2 .Исследование содержания хлорофиллов 75
3.4.3.Исследование состава каротиноидов 77
4. Изучение оксистабильности масла желто - и сизосемянных форм рапса 82
5.Влияние сроков посева семян на качество масла и шрота 87
Выводы 96
Список литературы 98
Приложения 113
- Морфологические особенности ярового рапса тип «00» и «000», основные хозяйственно ценные биохимические признаки
- Жирорастворимые витамины и пигменты в масле «00»-го и «000»-го типов ярового рапса
- Характеристика климатических условий в период проведения исследований
- Сравнительная характеристика основных хозяйственно ценных биохимических показателей семян ярового рапса тип «00» и «000»
Морфологические особенности ярового рапса тип «00» и «000», основные хозяйственно ценные биохимические признаки
Большинство стран, где рапс и сурепица являются основными масличными и кормовыми культурами, перешли на возделывание сортов рапса тип «00», которые определяют признаки безэруковость масла и низкое содержание глюкозинолатов в шроте. Возделывание таких сортов позволило увеличить долю рапсового шрота в рационах кормления ф животных и птицы. Однако рапсовый шрот несколько уступает соевому по энергии и перевариваемости. Известно, что семена рапса содержат до 25-30% углеводов, которые включают: 2% крахмала, 2% сахара, 6% лигнина, 7% целлюлоза, 6% пентозана, 10% уроновой кислоты и пектиновые вещества (Robbelen G.f 1981). Из этих компонентов только крахмал и сахар хорошо усваиваются всеми видами животных, в то время как целлюлоза, пентозан и уроновая кислота плохо перевариваются свиньями и птицей и хорошо - жвачными животными. Лигнин же плохо переваривается всеми видами животных. Сумма растительных клеточных веществ, которые не усваиваются в пищеварительном тракте человека и животного объединяется под названием «сырое волокно» или клетчатка. Оно в значительной степени коррелирует с массой семенной оболочки семени (или лузги). Впервые эта зависимость была обнаружена у желтых семян сурепицы, которые по сравнению с темными имеют более тонкую семенную оболочку, и поэтому содержат меньше клетчатки (Robbelen G., 1981). Работа по созданию желтосемянного рапса ведется с 1975 года. Первые желтосемянные линии рапса были получены в Китае в результате межвидовых скрещиваний рапса и сурепицы с последующим самоопылением гибридных растений и межлинейными скрещиваниями. В последующем селекцией желтосемянных крестоцветных стали заниматься многие страны. В числе первых исследователей, изучавших генетический контроль окраски оболочки семян рапса был немецкий ученый М. Shizzadegan (1986). В качестве исходного материала для его работы служили линии и сорта с различной окраской семенной оболочки: частично желтой, желто коричневой, желтой и черной. Для генетического анализа использовались + разные схемы скрещиваний. Семена были классифицированы по признаку окраски и разделены на черные, коричневые, светло-коричневые и желтые. В случае реципроктных скрещиваний семена Fi имели окраску материнского компонента и это указывало на то, что признак окраски оболочки семени определяется материнским генотипом. Эти результаты согласуются с выводами Менга (1995), о том, что семенной пигмент, главным образом откладывается в палисадном слое клеток семенной оболочки, происходящего из интегументов материнской ткани. В пределах рода Brassica преобладает признак темной окраски семян. Однако, в южных и восточно-азиатских подвидах (B.campestris L., B.oleracea L и В. juncea L.) встречается широкий спектр окраски оболочки семян от желтой до черной (A.S.Mohammad et al., 1942; RJonsson, 1977; C.R. Vera etal., 1979). Из сообщений (Денисовой Э.В., 2000 г.) следует, что наблюдаемые типы окраски семян рапса могут обуславливать хлорофиллы, каротиноиды, антоцианы, танины, меланины, хиноны или их сочетания. Образование пигментов контролируют как минимум 2 генетические системы: одна отвечает за синтез отдельных пигментов, другая контролирует разные стадии синтеза каждого из них: синтез предшественников, десатурацию, циклизацию и модификацию. Распределение пигментированных клеток может быть детерминировано путем контроля за типом деления клеток тканей материнского растения в процессе формирования оболочки. Оно может быть антиклинальным, обеспечивающим рост покровов в длину. При таком делении пигментированных клеток окраска будет сплошной. Но деление может быть и периклинальным, увеличивающим число слоев. Такое деление может идти диффузно или локально, только в некоторых слоях, что может приводить к образованию крапинок и пятен. Образование крапинок может обеспечивать и неравномерное распределение пигментов в клетках разных тканей, которые могут заполнять клетку полностью или только ее верхнюю или нижнюю части. Независимое наследование в каждой из этих генетических систем и влияние факторов внешней и внутренней среды на активность ферментов и обуславливает сложную картину расщепления по окраске, различную у разных исходных генотипов. Китайскими учеными (Liang, Li Jia-na, 2004) высказано предположение, что фенилаланин - аммониллиаза может быть ответственной за цвет оболочки желтоокрашенных семян, а полифенол -оксидаза — темноокрашенных. Многочисленными исследователями установлено, что все виды растений имеют характерный, свойственный только данному виду биохимический состав семян. При этом основные различия приходятся на долю запасных соединений в клетке. Так, 1/3 высших цветковых растений вырабатывает в своих семенах главное резервное вещество в виде масла, а 2/3 создают запасы в виде белка и углеводов (Н.И.Шарапов, 1967). Семена многих растений накапливают запасные вещества в количествах, обеспечивающих их промышленное использование. Уровень накопления запасных веществ определяется двумя группами факторов - наследственными особенностями и воздействием окружающей среды. Повышение продуктивности, улучшение химических и биологических свойств растительного организма может быть достигнуто как путем создания наиболее благоприятных для его роста и развития внешних условий, так и путем совершенствования свойств самого растения. Изучая влияние этих факторов, отбирая лучшие по хозяйственным признакам сорта и скрещивая их между собой, селекционеры добиваются выдающихся успехов в области увеличения содержания запасных веществ в семенах растений.
Большую группу важных в хозяйственном отношении растений составляют масличные культуры - источники калорийных и хорошо усвояемых организмом жиров. Однако этим значение масличных культур не исчерпывается. Помимо жира, в семенах масличных растений накапливается большое количество белка; по содержанию последнего они в 1,5-2 раза превосходят злаки и уступают лишь бобовым.
Жирорастворимые витамины и пигменты в масле «00»-го и «000»-го типов ярового рапса
Автор определил, что в процессе хранения семян в силосных башнях происходит частичное разрушение токоферолов. Количество а - токоферолов уменьшилось в среднем на 34%, а у - на 12,5%.
По сведениям Muller-Mulot V.W.et.al., (1976) в рафинированном масле основная доля от общего количества токоферолов приходится на 7 -форму - 67,4%, при общем их содержании - 26,4 мг/ЮОг масла.
Установлено, что процесс рафинации масла в промышленных условиях менее всего влияет на содержание и состав токоферолов соевого масла, содержащего все четыре формы токоферолов. Так, после рафинации (гидратация, щелочная рафинация, обесцвечивание и дезодорирование) из сырого соевого масла удаляется 99,8% фосфолипидов, 90,7% ионов железа, 100% хлорофилла, 97,3% свободных жирных кислот и только 31,8% токоферолов (Jung M.Y. et al., 1989).
Такое разнообразие данных по общему содержанию токоферолов и их составу у разных авторов можно объяснить источником происхождения масел и методом определения этих соединений. Особенные трудности присущи методу исследования отдельных форм токоферолов при денситометрическом их измерении. Однако эти погрешности можно значительно уменьшить, применяя современное программное обеспечение. Количество токоферолов в растительных маслах подвержено значительному варьированию. Так, В.Н.Кожевникова (1982) установила, что содержание токоферолов в масле подсолнечника повышается при выращивании растений в условиях орошения, в отдельных сортах их количество возросло до 10 - 15 мг%. Аналогичная закономерность отмечена С.Г.Ефименко (2003), автор отмечает, что факторы среды вносят большой вклад в изменчивость признака состава токоферолов, что затрудняет надежную идентификацию генотипа по фенотипу. Marquard (1995) в своих работах показал влияние факторов среды в условиях фитотрона на содержание токоферолов в масле рапса, горчицы и других крестоцветных. При низких температурах 16,5С - их количество составляет 50мг /100г масла, при температуре - 24,5С содержание токоферолов увеличивается до 70 мг/ЮОг масла. Таким образом, в литературе нет единого мнения об общем содержании и количественном соотношении отдельных форм токоферолов в масле традиционного ярового рапса. Сведения о содержании этих соединений в масле из желтоокрашенных семян весьма ограничены. Известно, что высокая биологическая ценность растительного масла связана с содержанием в нем различных жирорастворимых соединений, одними из которых являются желтоокрашенные пигменты каротиноиды. По химической природе каротиноиды подразделяются на две группы -каротины (среди которых преобладает /3 - каротин), углеводородные соединения, и кислородсодержащие производные, которые часто объединяют под общим названием ксантофилов. Каротиноиды представляют собой красящие вещества различного цвета (от желтого до красного), принадлежащие к группе полиненасыщенных углеводородов терпенового характера. Они широко распространены в природе. Содержатся каротиноиды в зеленых и желтых частях растений, а также во многих масличных семенах С чем связан интерес к группе таких соединений как каротиноиды? В чем их функции в растительном и животном организме? Для растений фундаментальное значение имеет функция каротиноидов, связанная с процессом фотосинтеза. Кроме того, они участвуют в защите растений от воздействия неблагоприятных факторов внешней среды и выполняют ряд других функций. Животные (в том числе и человек) не могут синтезировать каротиноиды, их поступление зависит только от источника питания. Одна из важнейших функций каротиноидов - А провитаминая активность. Человек, являясь уникальным творением природы может аккумулировать в значительных количествах и в одинаковой степени как каротин так и ксантофилы. Витамин А является незаменимым для зрения, роста, репродукции, защиты от различных бактериальных и грибковых заболеваний, нормального функционирования кожи и слизистых. Известно положительное влияние каротиноидов на эндокринную систему, особенно это касается прохождения репродуктивных процессов. В настоящее время известно около 100 каротиноидов. Присутствие большого количества сопряженных двойных связей в молекуле обусловливает чувствительность каротинов к действию кислорода. Каротины устойчивы по отношению к щелочам при невысокой температуре, поэтому в ходе щелочной рафинации масел они не разрушаются, а лишь частично удаляются вследствие адсорбции частицами соапстока. В природных растительных объектах каротиноиды обычно присутствуют в виде смеси а-, 0 и у- каротинов. Наиболее » распространенным является /5-каротин, хотя во многих случаях он сопровождается наличием а - каротина, а - и 0 - каротин присутствуют в пальмовом , льняном, хлопковом, соевом, кукурузном маслах (Velrich L.,1963). В экстракционных маслах каротинов всегда больше, чем в форпрессовых..
Характеристика климатических условий в период проведения исследований
Материалом для исследовательской работы послужили желтосемянные семьи, полученные в результате продолжительной селекционной работы с помощью ионизирующего излучения (у-лучи), межвидовой и межсортовой гибридизации. Для опытов был использован селекционный материал из питомников 1-го и 2-го года изучения и конкурсного испытания. В качестве контроля анализировали сизосемянные сорта «ВНИИМК-214», «Крис», «Ярвэлон». Исследования проводились на центральной экспериментальной базе ВНИИМК (ЦЭБ) в 2001-2004гг. Питомник изучения хозяйственно ценных признаков вышеуказанного материала закладывали по типу питомника первого года изучения в 3-х кратной ловторности на однорядковых делянках (S= 1,25м2) по принятой методике ВНИИМКа (Г.С.Воскресенская, В.И. Шпота,1967). Посев в поле проводили с использованием ручной полуавтоматической сажалки СКМ-1 гнездовым способом по схеме 50x25см. Для изучения биохимических показателей использовались 5 желтосемянных сортообразцов различного происхождения. Все анализы проводились в отделе биохимии ВНИИМКа. В средних пробах семян определяли влажность, массу 1000 семян по принятым в отделе биохимии ВНИИМК методикам. Лузжистость определяли по методу В.Г.Шелкоуденко и Г.С.Воскресенской, (1975г). Масличность семян определяли на ЯМР - анализаторе (АМВ-1006) (Е.Х.Аспиотис, В.И.Борисенко,1975). Определение состава жирных кислот в масле проводили в виде их метиловых эфиров методом газожидкостной хроматографии по ГОСТ Р 51483-99 и ГОСТ Р 51484-99 на хроматографе "ХРОМ 5"с пламенно-ионизационным детектором и,- интегратором. При определении форм токоферолов использовали методику тонкослойной хроматографии (П.С.Попов, 1986). Общее содержание токоферолов -колориметрически по методу Эммери - Энгеля непосредственно в масле. Определение устойчивости масла к окислению проводили на основе измерение продолжительности индукционного периода (периода, в течении которого не проявляются признаки окисления) с применением спектрометрии при нагревании масла до 110С. Способ основан на определение кинетики показателей оптической плотности масла, растворенного в гексане при длинах волн 232 нм (первичные продукты окисления) и 272нм (вторичные продукты окисления), максимум отношения этих величин соответствует окончанию индукционного периода (А.Н.Миронова, 1960). Общее содержание глюкозинолатов -титрометрическим методом с использованием хлористого палладия, модифицированного в отделе биохимии ВНИИМК (Осик Н.С., Швецова В.П., 1993г.), компонентный состав глюкозинолатов методом -высокоэффективной жидкостной хроматографии, Общее количество белка в семенах - методом Къельдаля (1952г.). Содержание клетчатки в семенах по модифицированному методу Кюргинера и Ганека (1952г.). Содержание пигментов масла (хлорофилл, каротиноиды) определяли спектрометрически по методике ВНИИЖ (1974). Микроскопическое исследование срезов семенной оболочки проводился окулярмикрометром при увеличении микроскопа МБН-15(7x40) с переводом данных в микроны с помощью объектмикрометра (З.П.Паушева, 1974).
Метеорологичекие данные в период вегетации растений в апреле - июле 2001-2004гг предоставлены метеостанцией «Круглик», г. Краснодар. При статистической обработке результатов применяли дисперсионный и корреляционный анализ (Б.А.Доспехов, 1973г.)
Работа проводилась в 2001-2004тт во Всероссийском научно-исследовательском институте имени В.С.Пустовойта (ВНИИМК), расположенным на второй террасе реки Кубань на землях, прилегающих к северо-восточной части города Краснодара на высоте 35-37 м над уровнем моря. Климат зоны Краснодара умеренно континентальный с умеренным увлажнением. Среднегодовое количество осадков составляет около 650мм, в летние месяцы их выпадает около 180мм (данные предоставлены метеостанцией «Круглик»), поэтому часто бывают засухи. Весна обычно ранняя, но весенние заморозки возможны до первой декады мая. Лето часто бывает жаркое и сухое. Максимум температуры воздуха достигает 39 40С. Осень теплая, часто сухая в первой половине и дождливая — во второй. Первые заморозки наступают во второй половине октября. Зима мягкая с неустойчивым снежным покровом и частыми оттепелями. Практически ежегодно бывают понижения температуры воздуха до - 20С.
Среднегодовая температура воздуха составляет +10,8С, среднемесячная температура воздуха самого холодного месяца (январь) достигает 1,8С, а самого теплого (июль) +23,1С. Продолжительность безморозного периода в условиях Краснодара в среднем равна 193-м дням.
В целом, приведенная климатическая характеристика позволяет сделать вывод о том, что в зоне проведения опытов имеются нормальные условия для возделывания ярового рапса. Однако, в последние годы, в зоне г.Краснодара летний период характеризуется повышенными температурами и дефицитами влаги. Рапс является влаголюбивой культурой. Воздушные и почвенные засухи, которые возникают во второй половине вегетационного периода, негативно влияют на формирование стручков и семян, тем самым существенно снижая продуктивность ярового рапса. В годы проведения исследований в зоне г. Краснодара погодные условия отличаются сравнительной неустойчивостью.
Сравнительная характеристика основных хозяйственно ценных биохимических показателей семян ярового рапса тип «00» и «000»
Известно, что высокая биологическая ценность растительного масла связана с содержанием в нем различных жирорастворимых соединений, одними из которых являются желтоокрашенные пигменты каротиноиды. По химической природе каротиноиды подразделяются на две группы -каротины (среди которых преобладает J3 - каротин) и ксантофилы.
В последнее время средства массовой информации заполонили сообщения с предложением новых лекарственных и профилактических средств с повышенным содержанием каротиноидов. Мировым лидером в этой области выступает швейцарская фирма «Хофман ля Руш », препараты и пищевые добавки которой можно найти и на отечественном рынке. Аналогичный бум захлестнул и косметическую промышленность. Основой же сырья для получения этих товаров народного потребления является экологически чистое растительное масло. ; В таблице 19 представлены данные по содержанию /3 - каротина и ксантофилов в зародыше, семенной оболочке и семенах ярового рапса. Этот вопрос мало изучен даже для традиционного сизосемянного рапса. Сведения, приводимые в литературе, в основном немецкими исследователями, о количестве каротиноидов в масле из семян рапса весьма противоречивы, исследования этих соединений в желтосемянном рапсе носят единичный характер. Распределение каротиноидов в отдельных частях семени происходит следующим образом: 0 - каротин преобладает в зародыше (60 % от суммы каротиноидов), в семенной оболочке (около 70 % от суммы) и в семенах у желтосемянной формы рапса. У сизосемянной формы рапса в зародыше больше ксантофилов (примерно на 10 %), чем j3 - каротина. В семенной оболочке наоборот 80 % от суммы каротиноидов составляет 0 - каротин при практически равном содержании с желтосемянной формой рапса. В традиционных семенах эти группы каротиноидов составляют равные количества. Таким образом, если сравнивать семена с различной окраской семенной оболочки, то в желтосемян Проблема окисления липидов - весьма актуальна, поскольку продукты их окисления ответственны за порчу и сокращение сроков годности жировых и жиросодержащих пищевых продуктов, снижение их питательной ценности и безопасности.
Оксистабильность масла — это совокупный признак, включающий в себя качество масличного сырья, химический состав масла, а также способ его получения и очистки. Увеличить стойкость растительного масла к окислению можно за счет снижения ненасыщенности жирных кислот и повышения содержания более сильных в антиокислительном отношении 13- и 7~ форм токоферолов.
Стабильность растительных масел исследуют для совершенствования технологии их получения и хранения, для разработки объективных методов оценки качества. Чаще всего окислительную стабильность оценивают по кинетике накопления продуктов при автоокислении. Для сравнительного изучения оксистабильности масло из желтосемянного и сизосемянного рапса получали прессовым способом. Продолжительность индукционног периода устанавливали спектрофотометрически. Как видно из данных таблицы 21, оксистабильность масел желтосемянной и сизосемянной форм рапса, которая определяется величиной индукционного периода окисления, различна. У желтоокрашенных семян величина индукционного периода составляет 200 — 260 минут, у сизоокрашенных значительно меньше - 156 минут. Наибольший индукционный период показали образцы № 23453 и № 28456, у которых сумма токоферолов в масле на 10 мг% выше контроля, а относительное количество 7~ формы токоферола больше на 20 %. Интересно отметить, что по содержанию ненасыщенных жирных кислот олеиновой и линолевой, масло из сизосемянного сорта ВНИИМК - 214 отличалось несколько более выгодным их соотношением (в пределах 2%).ной форме рапса суммарное содержание каротиноидов почти в два раза выше в зародыше и несколько больше в семенной оболочке за счет группы ксантофилов. Сумма каротиноидов в желтоокрашенных семенах в 2,4 раза выше, чем в сизоокрашенных семенах. По-видимому, накопление этих соединений в ходе селекции на желтосемянность ярового рапса более интенсивно происходит в зародыше и мало затрагивает семенную оболочку. Уровень каротиноидов в обычном рапсовом масле почти в два раза ниже. При полной технологической цепочке переработки семян рапса, они разрушаются примерно на 30 - 40%, подвергаясь окислению, особенно при дезодорации. При мягких режимах и при использовании новых технологий можно стабилизировать этот процесс. Следует заметить, что разрушение каротиноидов тесно связано с присутствием природного антиоксиданта фенольного типа 7- токоферола, которое проявляется в ингибирующем эффекте на процесс окисления, а как показали наши исследования, желтоо крашенная форма рапса отличается значительным их преобладанием.
Таким образом, масло, полученное из желтосемянного рапса имеет целый ряд преимуществ перед традиционным и с успехом может использоваться в различных отраслях промышленности
