Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор литературы 6
1.1 Общая характеристика и современные подходы к исследованию и применению продуктов из сои 6
1.2 Особенности исследований биохимического состава семян сои 16
2 Материалы, условия и методы исследования 43
2.1 Объекты исследований 43
2.2 Почвенно-климатическая характеристика Амурской области 46
2.3 Методы исследования 51
3 Результаты исследований 54
3.1 Химический состав семян районированных сортов сои Амурской области 54
3.1.1 Содержание белка и аминокислот в семенах различных сортов сои Амурской области 54
3.1.2Минеральный состав семян районированных сортов сои в зависимости от агроэкологических зон возделывания 57
3.1.3 Липидный и жирнокислотный состав семян сои 73
3.1.4 Влияние агроклиматических условий на активность уреазы семян и семенной оболочки различных сортов сои 86
3.2 Способ очистки семян от семенной оболочки сои 89
3.3 Исследование химического состава семенной оболочки сои 92
3.3.1 Минеральный состав семенной оболочки районированных сортов сои 92
3.3.2 Липидный и жирнокислотный состав семенной оболочки сои 99
3.4 Исследование поверхностной микрофлоры соевых семян районированных сортов Амурской области 106
Заключение 112
Выводы 114
Рекомендации производству 115
Список литературы 116
Приложения 137
- Общая характеристика и современные подходы к исследованию и применению продуктов из сои
- Почвенно-климатическая характеристика Амурской области
- Содержание белка и аминокислот в семенах различных сортов сои Амурской области
Введение к работе
Соя является одним из наиболее ценных источников возобновляемого сырья для получения различных пищевых продуктов (Толстогузов В.Б., Диа-.нова Т.В., Рогов И.А., 1979; Дудкин М.С., 1980; Лебедев Е.П., 1982; Дудкин М.С., Данилова Е.И., Сагайдак Т.В., 1995; Messina М., Barnes S., 1991). Соевые бобы отличаются высоким содержанием белков (45-55%), липидов (19-28%) и других биологически активных веществ.
Химический состав семян сои создает большие возможности для комплексного использования растительного сырья в промышленности и сельском хозяйстве, особенно для проектирования сбалансированного состава пищевых композитов белково-жировой природы.
Первоочередной проблемой комплексной экологически чистой технологии является создание производственных процессов, обеспечивающих сохранение всех ценных компонентов семян сои при хранении и переработке.
Исследованиям в области изучения химической природы семян сои уделялось много внимания, что отражено в работах (Петибская B.C., 2000, 2001, 2003; Назаренко СВ., 1999, 2001). Однако фосфолипидный спектр, полиненасыщенные жирные кислоты, микроэлементный состав изучены недостаточно.
Большую роль в решениях продовольственных, экологических и энергетических проблем играют вторичные ресурсы растительного сырья.
Одной из важных задач биотехнологии является организация безотходного производства, поэтому весьма актуально всестороннее изучение оболочки соевых семян, которая изучена недостаточно. Слабо освещен химический состав семян сои, районированных сортов Амурской области, особенно с точки зрения ее адаптации к различным агроклиматическим условиям. Амурская область является главным регионом на Дальнем Востоке по объему возделывания сои.
4 Созданные многочисленные селекционные сорта Всероссийским научно-исследовательским институтом сои хорошо адаптированы к условиям Амурской области, однако они требуют более глубокого исследования природы биологически активных веществ этой ценной культуры.
Цель - изучение химического состава семян и семенной оболочки районированных сортов сои Амурской области в зависимости от агроэкологиче-ских условий зон выращивания. Основные задачи:
Изучить белковый, аминокислотный и минеральный состав семян районированных сортов сои;
Исследовать состав и содержание липидов, жирных кислот, активность уреазы семян сои районированных сортов в зависимости от агроэколо-гических условий;
3. Разработать способ очистки семян сои от семенной оболочки;
4. Исследовать химический состав семенной оболочки и определить
влияние агроэкологических факторов на содержание макро- и микроэлемен
тов, жирных кислот;
5. Изучить численность поверхностной микрофлоры семенной оболочки
в зависимости от сортовой специфики, условий хранения и агроэкологиче
ских зон соесеяния.
Научная новизна работы. Дана характеристика химического состава семян районированных сортов сои Амурской области в зависимости от сорта и агроэкологических условий. Показано, что содержание общего белка и аминокислот была выше в благополучных условиях 2000 года, в три раза увеличилось содержание гистидина и фенилаланина.
Впервые показано, что семена сои обладают широким спектром микроэлементов, количественное содержание которых варьирует в зависимости от агроэкологических условий. Установлено, что семена сои исследуемых сортов отличаются высокой суммой ненасыщенных жирных кислот во всех зонах, а содержание индивидуальных жирных кислот значительно варьирует в
5 зависимости от агроэкологических условий. Общая сумма ненасыщенных жирных кислот и их качественный состав у различных сортов изменяется несущественно. Впервые в семенах районированных сортов Амурской области обнаружены изомеры жирных кислот. Активность уреазы семян сои после размола при хранении уменьшается.
Разработан простой, экологически чистый способ очистки семян от семенной оболочки. Впервые проведены биохимические исследования семенной оболочки сои районированных сортов.
Показано, что микробоценоз поверхности семян сои изменяется в зависимости от сорта, качества семян и условий их хранения.
Защищаемые положения.
Химический состав семян районированных сортов сои Амурской области в зависимости от агроэкологических условий различных зон возделывания.
Химический состав семенной оболочки и влияние агроэкологических факторов на макро- и микроэлементный, общелипидный и жирнокислотный состав.
Способ очистки семян сои от семенной оболочки.
Практическая значимость. При выборе районированных сортов сои Амурской области для использования в пищевых и кормовых целях учитывать биохимический состав семян сои в зависимости от агроэкологических зон возделывания. Для получения лецитина рекомендовано использование семян сои сорта ВНИИС-1.
Разработан способ очистки семян от семенной оболочки с целью получения биологически активных пищевых и кормовых добавок.
Общая характеристика и современные подходы к исследованию и применению продуктов из сои
Уникальным сырьем для получения конкурентноспособных продуктов функционального пищевого, кормового, лечебно-профилактического, парфю-мерно-косметического и технического назначения являются семена сои (Лав-риненко Г.Т., Бабич А.А., Кузин В.Ф., Губанов П.Е., 1978; Толстогузов В.Б., 1979, 1987; Мякушко Ю.П., Баранова В.Ф., 1984; Заверюхин И.Л., Левандов-ский И.Л., 1988; Васякин Н.И., 1995; Мещерякова В.А., 2002).
Соя (Clicine hispicle) - травянистое однолетнее растение семейства бобовых, одно из наиболее древних культурных растений, которое было известно китайцам еще в пятом веке до нашей эры (Золотницкий В.А, 1962; Енкин В.Б, 1970; Лещенко А.К., 1978; Балакай Г.Т., Безуглова О.С., 2003). Ее причисляют к священным растениям, к которым относится рис, пшеница, ячмень, просо. Центром происхождения культурной сои считается Северо-Восточный Китай — Манчжурия. Из Китая соя начала распространяться на другие территории — Японию, Индию, в области Российского Дальнего Востока. Для народов Юго-Восточной Азии соевые бобы являются основой национальной кухни. В настоящее время соя благодаря экологической пластичности возделывается более чем в 60 странах, большая часть приходится на США. Основным районом возделывания сои и промышленного ее производства в нашей стране является Дальний Восток — Амурская область, Приморские и Хабаровские края. На их долю приходится 97% посевных площадей, по существу все товарное производство в России. 70% всей сои в России приходится на Амурскую область, она является центром возделывания этой культуры (Кузин В.М., 1976; Голубев В.В., Емельянов А.П., Епифанцев В.В., 1998; Заостровных В.И., Дубо-вицкая Л.К., 2003).
Во всем мире ценят сою, как пищевую и кормовую культуру, благодаря тому, что в ней содержится большое количество белка (45-55%), ко 7 торый лучше, чем в зерновых, сбалансирован по составу незаменимых аминокислот. Более 1000 наименований продуктов из сои существует на сегодняшний день (Мессина М., Мессина В., Сетчелл К., 1994; Подобедов А.В., Тарушкин В.И., 1998; Студенцова Н.А., Герасименко СИ., Касьянов Г.И., 1999; Мещерякова В.А., 2002; Баранов В.Ф., 2002; Murburgh Charles R., 1994, Pedersen M.E., 1995).
Белковые продукты на основе сои используют в качестве источника белка, а также функциональных ингредиентов в очень многих видах пищи, так как при ее приготовлении важно не только содержание белка, но и разработка различных технологий для придания пище различных вкусовых особенностей. Белки сои применяются как белковые обогатители, заменители масла в продуктах, безаллергеновые и безлактоидные заменители молока, структуро-образователи и накопители, для стабилизации или разрушения пены, в качестве разбавителей для регулирования калорийности и биологической ценности диетических пищевых изделий, в том числе для создания низкокалорийных «легких» продуктов (Толстогузов В.Б., Дианова Т.В., Рогов И.А., 1979; Тол-стогузов В.Б., 1987; Павлов В.А., Колодкин A.M., Линецкая Л.И., 1988; Ольховая Л.П., Суханова В.К., 1993; Высоцкий В.Г., Зилова И.С., 1995; Быстро-ва Т.В., Сулданова Е.В., Щерабаков Н.А., 1996; Павлова Г.Н., Ершова А.Д., Алехина Л.А., Ермоленко Р.С., 1997; Гуляев В.Н., 1998; Подобедов А.В., 1999; Рогов И.А., Антипов Л.В., Дунченко Н.И., Жеребцов Н.А., 2000; Зобкова З.С., 2001, Kyed Morten М., Taisbak Peter, 1998).
Самым важным качеством сои является ее способность противостоять различным недугам. Медико-биологические испытания показали, что потребление соевых продуктов оказывает положительный эффект при лечении многих болезней: остеопорозе, почечных недугах, высоком кровяном давлении, желчнокаменной болезни, диабете, аллергии, раковых заболеваний (Галанова Л.В., Логвинова Т.Т., 1999; Доценко СМ., Тильба В.А., Иванов СА, Абрамкина В.А., 2002). Следует отметить роль соевых продуктов в питании для повышения устойчивости организма человека к радиационным воздействиям. Радиозащит 8 ные свойства сои обусловлены различными факторами, один из которых -высокое содержание фитатов, способных образовывать соединение с токсическими и радиоактивными элементами с последующим выделением из организма. Защищают от радиации пищевые волокна, цибиколин, ингибиторы трипсина (Паландова Р.Д., Шлеленко Л.А., Дремучева Г.Ф., 1999).
Соевые продукты относятся к оздоровительной пище, так как выводят из организма тяжелые металлы, радионуклиды, холестерин и рекомендуется для людей, проживающих в экологически неблагоприятных условиях, спортсменов, вегетарианцев (Щегорец О.В., 2002; Дега Л.А., Лимарева Е.А., 2002).
Установлено, что продукты из сои повышают работоспособность организма. Соя - единственное растение, полноценно заменяющее мясные продукты и яйца. Перевариваемость и усваяемость соевого белка по данным целого ряда исследователей достаточно велики (Рязанова О.А., Поздняковский В.М., Шевела А.А., 2002).
Велика роль сои и продуктов ее переработки в кормопроизводстве. Все части растения могут быть использованы для кормления животных и птицы в виде муки, жмыха, шрота, белковых концентратов, соевого молока, зеленой массы, сена, сенажа травяной муки (Бабич А.А., 1974; Шеригнев Е.С., Коротких А.А., Ларионов В.Г., Табагуа Л.Д., 1998; Кальницкий Б.Д., 1999).
По данным Пекенью Х.П. и Бегунова М.Ш. (2002) до 85% производимых в мире соевых бобов перерабатывается на корма. Из 1 тонны соевых бобов получают до 800-850 кг соевого шрота (110-180 кг жмыха и пищевого растительного масла). Установлено, что при регулярном скармливании животным сои в виде соевого шрота и соевого корма (молоко) среднесуточный прирост живой массы увеличивается в два раза; расход корма на производство единицы продукции животноводства снижается на 30-35%; период откорма для получения 100 кг прироста живой массы уменьшается в среднем на 10-15 дней (Арабаджиев С.Д., 1981; Ратошный А.Н., 2002).
Характерной особенностью сои является ее способность фиксировать азот воздуха при помощи клубеньковых бактерий. Благодаря этому зерно и со 9 лома сои содержит наибольшее количество белка и других азотистых соединений (Новикова А.Т., Тильба В.А., Бегун С.А, 1976; Тильба В.А., Бегун С.А., 1977; Плешков Б.П., 1977).
Согласно литературным данным потребительские свойства сои определяются ее биохимическим составом, который варьирует в широких пределах в зависимости от генетических особенностей сорта и условий выращивания, почвенного плодородия и наличие бактерий, необходимых для симбиотиче-ской фиксации азота.
Несмотря на высокие пищевые достоинства соевых бобов, они требуют специфического технологического подхода при использовании для пищевых и кормовых целей, так как в составе семян сои находятся вещества, которые принято считать антипитательными компонентами пищи. Это липоксигеназа, ингибиторы протеазы, фитаты, сапонины, танины, олигосахариды, лектины. Некоторые из них, по-видимому, играют большую роль в защите растений от неблагоприятных экологических факторов. Судя по всему любые растения содержат то или иное количество протеолитических ферментов и их ингибиторов, но наиболее активны последние в соевых бобах (Мартынов СВ., 1984; Кузьминский Р.В., Мыриков В.Н., 1997; Иванова Т.Н., Павловская А.А., Кузьмин В.М., 1997; Филлипов М., 2002; Ladd Jose, 1996).
Наиболее глубоко исследованы ингибиторы протеолитических ферментов — трипсина и химотрипсина. В бобах сои содержится пять и более ингибиторов трипсина в количестве 5-10% от общего содержания белка, их активность колеблется от 18.2 до 42.8 мг/г (Иваницкий СВ., Лобанов В.Г., Назаренко В.Б., 1998; Кочегура А.В., Зеленцов СВ., 2002).
Почвенно-климатическая характеристика Амурской области
Почвенно-климатические условия Амурской области сравнительно благоприятны для возделывания сои. Однако сложные природно-климатические условия Амурской области: сезонно-мерзлотные почвы с глубоким промерзанием, холодные весны и ранние осенние заморозки, обусловливают краткость вегетационного периода и не позволяют сортам многих сельскохозяйственных культур в полной мере реализовывать свои потенциальные возможности. Обширная территория (361,9 тыс. кв. м) характеризуется сложным геологическим строением, неоднородностью физико-географических и природных условий. Рельеф Амурской области горно-равнинный, горы занимают 57,5 %, равнины — 42,5 % территории. По характеру поверхности горная территория разделяется на три геоморфологические зоны: северо-западную, центральную и восточную. Выделяются также три крупные равнины, где расположены основные сельскохозяйственные зоны области (Шульман Н.К., 1984; Зональная система ..., 1985).
Климат Амурской области - континентальный с чертами муссоности, с неустойчивым гидротермическим режимом. Он создается под влиянием азиатского континента и Тихого океана, имеющего различную температуру поверхностей в летнее и зимнее время (Агроклиматический справочник ..., I960).
Среднемесячная температура воздуха января в сельскохозяйственных районах колеблется от -26,6С до -28,8С. Количество осадков в зимний период незначительно и составляет 3-4 % годовой суммы. Высота снежного покрова в основных сельскохозяйственных районах колеблется от 12-14 см на юге до 22-24 см на севере. Низкие температуры при небольшом количестве снега обуславливают глубокое промерзание почвы: от 2,5 м в южной части области, до 3,5 м в центральной. Северные районы сельскохозяйственного соесеяния области расположены в зоне очаговой многолетней мерзлоты.
Весна в Приамурье сухая, холодная, с сильными ветрами в апреле-мае. Среднемесячные положительные температуры воздуха в южной части наступают в первой декаде, в центральной и северной - во второй декаде апреля. Прогревание почвы на глубине 10 см до +5С наступает в южных районах в начале второй декады, в центральных и северных в середине — конце второй декады апреля. Количество осадков в марте-мае составляет 56-70 мм, или 11-18 % среднегодового. Весной влажность почвы в Приамурье определяется в основном летне-осенними запасами, обычно они в слое 0-20 см составляют 60-70 мм продуктивной влаги.
Лето в Приамурье повсеместно влажное и теплое. С июня по сентябрь выпадает 286-350 мм осадков (66-76 % годового количества), что вызывает периодическое переувлажнение почвы, особенно в июле- августе месяце. Среднемесячная температура июня в основных сельскохозяйственных районах 20-21 С.
Осень сухая и теплая. Среднесуточные положительные температуры воздуха в южных и центральных районах области удерживаются до конца третьей декады октября, в северной - до конца второй декады. Осадков выпадает 75-90 мм, или 16-19 % годовой нормы.
Безморозный период в южной зоне области в среднем равен 127-132 дням, центральной 121-124, северной 103-121. Лимитирующим для сои фактором являются ранние осенние заморозки, которые резко сокращают продолжительность безморозного периода.
По агроклиматическим условиям область разделена на три зоны, которые являются районами соесеяния: Амурская лесостепная южная (I — южная), Зейско-Бурейская предлесная (II — центральная) и Амурско-Зейская притаежная (III — северная).
Соя проявляет повышенные требования к почве. Состав почвенного ра-твора, как показывает П.А. Генкел (1984) должен удовлетворять четырем требованиям: быть уравновешенным, иметь благоприятную концентрацию водорода, обладать буферностью, содержать все необходимые макро и микроэлементы. Для сои важную роль играет концентрация ионов водорода — рН. При рН = 7,0 реакция почвенной среды — нейтральная. Как бобовая культура, соя потребляет много азота, из-за этого в почве, в процессе роста, накапливаются ионы водорода, что ведет к ее подкислению (Кузин В.Ф., 1976). Соя использует азот не только из почвы, но и из атмосферы, за счет клубеньковых бактерий, которые могут успешно развиваться лишь при нейтральной реакции почвы с рН = 7,0 или небольшим подкислением при рН = 6,5 (Тиль-ба В.А., Бегун С.А., 1977).
В Амурской области преобладают различные по составу почвы, которые значительно влияют на урожайность сои. Основной фонд составляет лу-гово-черноземовидные на юге области, бурые лесные глеевые - в центральной зоне, бурые лесные дерново-глеевые — в северной и в северной таежной зонах. Наиболее плодородными являются лугово-черноземовидными почвы, по содержанию гумуса, потащенных оснований. Реакция почвы слабокислая или близкая к нейтральной (рН солевой вытяжки — 4,5-5,2). Гидролитические кислотность низкая, степень насыщенности основаниями — высокая.
Бурые лесные глеевые почвы характерны для центральной зоны. По механическому составу — глинистые. Реакция среды среднекислая. Гидролитическая кислотность 2,4-5,9 мг-экв./100 г почвы, насыщенность основаниями - 70-89 %, сумма потащенных оснований в пахотном слое невелика и составляет в среднем от 15 до 20 мг-экв./100 г почвы. Гумусовый горизонт 16-20 см. не переувлажняются, но сильно подвержены водной эрозии.
Бурые лесные характерны для северной зоны и отличаются малой мощностью перегнойно-аккумулятивного горизонта. Бурые лесные почвы развиваются на рыхлых отложениях и имеют повышенное содержание песчаной фракции. По плодородию значительно уступают всем почвам региона. По механическому составу почвы легкие, суглинистые и супесчаные, переувлажняются меньше других. Кислотность средняя (рН солевой вытяжки — 4,8-5,2), очень бедны молибденом, бором.
Содержание белка и аминокислот в семенах различных сортов сои Амурской области
Одним из важных показателей качества зерна сои является белок. Полученные нами данные общего белка в семенах сои представлены в таблице 8.
Результаты анализа показали, что содержание белка в исследуемых образцах варьирует от 36,3% (Октябрь-70) до 37,85% (ВНИИС-1) в семенах урожая 1999 года и от 39,58% (Октябрь-70) до 40,66% (Смена) в семенах урожая 2000 года.
Наши исследования подтвердили литературные данные о зависимости содержания белка от сортовой принадлежности и климатических условий. Так, наибольшее количество белка в 1999 году обнаружено в семенах сои сортов ВНИИС-1, наименьшее — Октябрь-70.
Неблагоприятные условия 1999 года повлияли на содержание общего белка в семенах сои в сторону снижения в данных сортах по сравнению с более благоприятными по климатическим факторам 2000 года.
Известно, что основными показателями качества белка является содержание в его составе аминокислот и в первую очередь незаменимых. Соевый белок ценен тем, что в нем содержатся все незаменимые аминокислоты (табл. 9). Таблица 9 - Аминокислотный состав семян сои различных сортов, урожай 1999-2000 гг,%
Как видно из таблицы 9, аминокислотный спектр семян сои разнообразен и представлен 14 аминокислотами, причем семь из них незаменимые: треонин, валин, лейцин, изолейцин, фенилаланин, гистидин и лизин.
Из полученных результатов видно, что содержание лизина по всем сортам несколько выше в 2000 году. Максимальное содержание этой аминокислоты отмечено в 1999 году в семенах сорта Соната (7,76%), минимальное — сорта ВНИИС-1 (7,42%). В 2000 году значительное количество лизина также наблюдалось в семенах сорта Соната (8,08%).
Большая разница в содержании второй незаменимой кислоты — гистидина наблюдалась по годам. Так, в 2000 году содержание гистидина было в 2,5 раза больше, чем в 1999 году. По сортам наибольшее содержание гистидина отмечено в 1999 году в семенах сорта Соната, наименьшее — сорт Ок-тябрь-70. В 2000 году отмечено в семенах сорта Соната также наибольшее содержание гистидина, наименьшее — сорте Смена.
Анализ содержания фенилаланина показал, что в 2000 году количество его в семенах сои по всем сортам существенно не отличалось и было выше, чем в 1999 году. В 1999 году наблюдалась та же закономерность для семян сои сортов Октябрь-70, Соната, Смена, однако в семенах сои сорта ВНИИС-1 содержание фенилаланина увеличивалось до 3,47 %.
Высокое содержание лейцина обнаружено в семенах сои сорта Соната урожая 2000 года. По сортам и годам колебания незначительны. Наибольшее содержание треонина отмечено также в семенах сои сорта Соната (4,85%), выращенных в 2000 году и наименьшее в семенах сои сорта Смена (4,23%). Следует отметить, что именно в семенах сорта Смена по двум годам в 2000 году было самое низкое содержание треонина в зерне сои.
Количество валина в семенах сои накапливалось равномерно по всем сортам как в 1999, так и в 2000 году, хотя в 2000 году его содержание было немного выше, чем в предыдущем году. В семенах сои всех исследуемых сортов наблюдалось снижение содержания изолейцина. В семенах сорта Ок-тябрь-70 отмечены небольшие колебания. В зерне сортов Соната и Смена разница в содержании данной аминокислоты составляет 0,59% и 2,86% соответственно. В отличие от других незаменимых аминокислот содержание изолейцина по всем сортам уменьшалось в 2000 году.
Следует отметить, что содержание заменимых аминокислот по сортам варьировало незначительно. В благоприятном 2000 году содержание заменимых аминокислот в семенах сои было несколько выше, чем в 1999 году, исключение составляли серии и глутаминовая кислота.
Таким образом, содержание общего белка и аминокислот в исследованных семенах сои районированных сортов Амурской области зависит от агроэкологических условий произрастания. Увеличение содержания аминокислот наблюдается при лучших погодных условиях и в меньшей степени зависит от сорта, что согласуется с литературными данными (Ефимова Г.П., Ющенко Б.И., 1999).
