Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. ВОЗМОЖНОСТИ ВЫРАЩИВАНИЯ ЭХИНАЦЕИ ПУРПУРНОЙ И РУДБЕКИИ ВОЛОСИСТОЙ В УСЛОВИЯХ СВЕТОКУЛЬТУРЫ И ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В БЕЗАЛКОГОЛЬНЫХ НАПИТКАХ
1.1 Новые направления в питании населения в связи с неблагоприятной экологической обстановкой
1.2 Особенности получения экологически чистой растительной биомассы в условиях светокультуры
1.3 Особенности биохимического состава эхинацеи пурпурной как природного иммуностимулятора
1.4 Возможности использования эхинацеи пурпурной в качестве функциональной добавки
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ПОСТАНОВКИ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Характеристика объектов исследования и условия их культивирования
2.2 Методы определения биохимического состава биомассы растений
2.3. Оценка качества функциональных напитков 49
ГЛАВА 3. СОДЕРЖАНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ В БИОМАССЕ ЭХИНАЦЕИ ПУРОПУРНОЙ И РУДБЕКИИ ВОЛОСИСТОЙ, ВЫРАЩЕННЫХ ПРИ СТАЦИОНАРНОМ И ПЕРЕМЕННОМ СПЕКТРАЛЬНЫХ РЕЖИМАХ ОБЛУЧЕНИЯ
3.1 Содержание гидроксикоричных кислот в различных частях растений Echinacea purpurea L. Moench и Rudbeckia hirta L.
3.2 Содержание аскорбиновой кислоты в различных частях растений Echinacea purpurea L. Moench и Rudbeckia hirta L.
3.3 Содержание каротиноидов в надземной биомассе растений Echinacea purpurea L. Moench и Rudbeckia hirta L.
3.4 Содержание водорастворимых Сахаров в различных частях растений Echinacea purpurea L. Moench и Rudbeckia hirta L.
Резюме к главе 3 74
ГЛАВА 4. ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭХИНАЦЕИ ПУРПУРНОЙ В КАЧЕСТВЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ДОБАВКИ В БЕЗАЛКОГОЛЬНЫЕ НАПИТКИ
4.1 Обоснование разработки рецептур безалкогольных напитков на основе эхинацеи пурпурной
4.2 Разработка рецептур безалкогольных напитков на основе эхинацеи пурпурной
4.3 Органолептическая оценка качества напитков приготовленных на основе эхинацеи пурпурной
4.4 Физико-химические показатели качества напитков на основе эхинацеи пурпурной
Резюме к главе 4 98
ВЫВОДЫ 99
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 101
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 103
ПРИЛОЖЕНИЯ 120
- Новые направления в питании населения в связи с неблагоприятной экологической обстановкой
- Характеристика объектов исследования и условия их культивирования
- Содержание гидроксикоричных кислот в различных частях растений Echinacea purpurea L. Moench и Rudbeckia hirta L.
Введение к работе
Современная экология человека охватывает многие стороны его жизнедеятельности. Воздействие научно-технических революций, которое определилось В.И. Вернадским как «взрывы научного мышления», привело к глобальной перестройке биосферы, и охватывает далеко идущие экологические последствия (Реймерс, 1994). Именно поэтому экологические проблемы относятся к числу важнейших глобальных проблем современности (Казначеев, 1988). В первой половине 20 века наряду с классической биологической экологией стала развиваться экология человека. К настоящему времени она сформировалась в двух направлениях - собственно экология человека как организма и социальная экология (Реймерс, 1994). Они концентрируют свое внимание на потребностях самого человека, идут от него и непосредственно окружающей его среды - природной, социальной и техногенной. Потребности человека вытекают из его биосоциальной структуры. Таким образом, прослеживается системный подход и тесная взаимосвязь всех потребностей человека как большой системы. Среди первоочередных потребностей человека исключительно важным являются биологические потребности. К ним относят потребности в сбалансированном питании по калорийности, химико-элементному (макро- и микроэлементы), органико-вещественному (белки, жиры, углеводы) и национально-вкусовому составу (Реймерс, 1994).
Во всем мире уделяется большое внимание проблемам экологии питания и здоровья человека. Эти проблемы в настоящее время из локальных переросли в глобальные и требуют неотложного решения (Княжев, 1997). Окружающая среда является неотъемлемой частью жизнедеятельности человека. Однако многие формы человеческой деятельности вызывают загрязнение окружающей среды, которое достигло критического уровня по таким дефицитным ресурсам планеты как воздух, вода, почва, продукты питания и др. Опасные и вредные для здоровья
человека вещества, содержащиеся в почве, различными путями попадают в его организм. Особенно это касается растительного и животного пищевого сырья (Кудряшова, 1999).
Резкое ухудшение экологической обстановки во всем мире повлияло на качественный состав потребляемой человеком пищи и привело к появлению различных заболеваний, связанных с неправильным питанием. Технический прогресс создал реальную угрозу здоровью человека, так как стал источником насыщения продуктов питания вредными токсическими веществами и соединениями. К таким веществам относятся радионуклиды, искусственные химические вещества, чуждые живым организмам и отрицательно воздействующие на функциональную активность жизненно важных систем организма.
Одним из условий поддержания здоровья и работоспособности является удовлетворение потребности организма человека в определенном количестве и соотношении пищевых веществ (Лазарев, 1999 и др.).
Пищевая промышленность нашей страны и за рубежом в последнее время широко использует синтетические пищевые добавки, которые позволили улучшить внешний вид продукта, продлить сроки хранения, удешевить продукт. Однако не всегда применяемые добавки являются безопасными и безвредными как для человека, так и для окружающей среды. Большой набор синтетических добавок в продуктах настораживает и требует тщательного изучения безвредности этих веществ.
В настоящее время в питании населения России наблюдается снижение потребления белков, витаминов, минеральных веществ, пищевых волокон из-за недостаточного поступления этих компонентов с пищевыми продуктами. Этот скрытый голод заметно отражается на общей заболеваемости населения, угрожает физическому и интеллектуальному потенциалу нации. Во всем мире проблему дефицита микронутриентов, обострившуюся с ухудшением глобальной экологической обстановки,
решают путем обогащения ими продуктов массового потребления (Кудряшова, 1999).
Выявление новых данных о взаимосвязи отдельных пищевых ингредиентов и здоровья человека, обобщение и анализ результатов различных исследований привели к появлению новых направлений в науке о питании, в частности теории функционального питания (Кочеткова и др., 1999).
Пищевые добавки из растительного сырья можно широко использовать для профилактически направленного и оздоровительного действия на организм человека. Ассортимент пищевых добавок может быть расширен за счет использования, с одной стороны, традиционного местного растительного сырья, и с другой - за счет неспецифичного для нашего региона растений, обладающих полезными свойствами. Во втором случае среди перспективных растений следует отметить растения семейства астровых эхинацею пурпурную (Echinacea purpurea L. Moench Meth), обладающую иммунным и адаптогенным действаием (Самородов и др., 1996) и растение рода рудбекия (Зузук, 1998). Согласно исследованиям Б.М. Зузук и И.Н. Борняк (1998) растения рода рудбекия могли бы стать эффективным заменителем в сырьевом отношении эхинацеи пурпурной. Данные растения широко распространены на Украине в дикорастущем виде и являются менее прихотливыми в отличие от эхинацеи пурпурной. В России эхинацею пурпурную выращивают в основном в южных регионах страны. В Сибири для выращивания этого ценного и прихотливого растения возможно использовать тепличные сооружения с искусственным облучением. Тем самым, можно в достаточно короткие сроки получить экологически чистое растительное сырье, обладающее повышенной биологической ценностью, которое в дальнейшем можно использовать в качестве функциональной добавки в пищевые продукты для сибирского региона и районов Крайнего Севера с неблагополучной экологической
обстановкой, связанной с суровыми климатическими условиями и антропогенным воздействием на природу.
Цель и задачи исследования
Целью настоящей работы явилось исследование влияния различных спектральных режимов облучения на накопление биологически активных веществ в биомассе Echinacea purpurea L. Moench и Rudbeckia hirta L. при выращивании в условиях светокультуры и возможности ее применения в качестве функциональной добавки.
В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие задачи:
- определить влияние спектральных режимов искусственного облучения на
накопление биологически активных веществ в эхинацее пурпурной и
рудбекии волосистой;
провести сравнительный анализ растений эхинацеи пурпурной и рудбекии волосистой, выращенных при стационарном и переменном спектральных режимах облучения, по относительному содержанию и абсолютному выходу биологически активных веществ;
изучить возможности использования полученной в условиях светокультуры биомассы эхинацеи пурпурной в качестве функциональной добавки в безалкогольные напитки.
На защиту диссертации выносятся следующие положения:
При переводе растений эхинацеи пурпурной и рудбекии волосистой с белого на голубой свет во всех органах растений прослеживается тенденция к увеличению содержания гидроксикоричных кислот (ГКК), аскорбиновой кислоты, каротиноидов в сравнении с контрольными образцами (белый свет);
Более высокий относительный и абсолютный выход ГКК при переменном и стационарном спектральных режимах облучения зарегистрирован в биомассе эхинацеи пурпурной, в сравнении с рудбекией волосистой;
3. Разработаны рецептуры новых безалкогольных напитков иммуностимулирующего действия на основе эхинацеи пурпурной, выращенной в условиях светокультуры. Исследованы качественные характеристики напитков, показаны их высокие потребительские свойства, сохраняющиеся в пределах гарантийного срока хранения.
Научная новизна Определены параметры спектральных переходных режимов, способствующих накоплению биологически активных компонентов в эхинацее пурпурной и рудбекии волосистой. Показано, что по абсолютному и относительному содержанию биологически активных веществ более благоприятным является переменный спектральный режим облучения (перевод растений с белого света на «голубой») в сравнении со стационарным спектральным режимом облучения (белый свет). Экспериментально установлено, что эхинацея пурпурная при выращивании на переменном спектральном режиме облучения превосходит рудбекию волосистую по относительному содержанию гидроксикоричных кислот, аскорбиновой кислоты, каротиноидов, водорастворимых Сахаров. Абсолютный выход этих соединений в расчете на одно растение, за исключением выхода ГКК, выше в рудбекии волосистой.
Разработаны рецептуры безалкогольных напитков
иммуностимулирующего действия на основе эхинацеи пурпурной, полученной в условиях искусственного облучения. Отмечены их высокие дегустационные характеристики, совместимость основного сырья с функциональной добавкой и хорошая сохраняемость в течение гарантийного срока хранения.
Практическая ценность Выращивание исследуемых видов растений в условиях светокультуры при различных спектральных режимах облучения дает возможность получать экологически чистую лекарственно-пищевую
биомассу в более короткие сроки и регулировать в ней накопление
биологически активных веществ. Технология получения лекарственного
растительного сырья с заданными биохимическими характеристиками в
контролируемых условиях среды может найти применение в различных
производствах, связанных с пищевыми продуктами и фармацевтическими
препаратами. Разработанные технологические приемы ускоренного
выращивания этих культур могут быть адаптированы к использованию в
тепличных хозяйствах различных регионов страны, особенно
экологически неблагополучных и с суровыми природными условиями.
Разработаны и рекомендованы к использованию в питании населения, проживающего в районах с тяжелой экологической обстановкой, новые безалкогольные напитки иммуностимулирующего действия на основе эхинацеи пурпурной.
На ряд разработанных новых напитков получены акты испытаний, выданные комбинатом питания фабрики-кухни ОАО «КРАЗ» и ЗАО «Саянские воды». Безалкогольный напиток «Эхинацея» внедрен в серийное производство предприятием ЗАО «Саянские воды», что подтверждено соответствующим актом и актом выработки опытной партии. Получено медицинское заключение специалистов Института медицинских проблем Севера РАМН на апробацию ряда безалкогольных напитков на основе эхинацеи пурпурной, выращенной в искусственных условиях и рекомендации о возможности их массового использования. Это позволит расширить ассортимент безалкогольных напитков функционального действия с использованием натурального растительного сырья для потребителей, связанных с вредными условиями труда и жителей экологически неблагополучных регионов.
Содержание работы
Работа состоит из введения, четырех глав, выводов, заключения, списка литературы и приложения.
В первой главе представлен приведен анализ отечественной и
зарубежной литературы, посвященный проблеме экологии питания
человека, связанной с дефицитом микронутриентов в рационе населения
России, следствием которого является снижение иммунитета. Рассмотрены
вопросы улучшения структуры питания населения в условиях с
неблагоприятной экологической обстановкой. Выявлены новые
направления в области питания, в частности, рассмотрено понятие
функционального питания и функциональных добавок, предназначенных
поддерживать здоровье людей (Кочеткова и др. 1999). На основе
литературных данных по биохимическому составу и
иммуностимулирующим свойствам проанализирована возможность использования в качестве функциональной растительной добавки в продукты массового потребления эхинацеи пурпурной. Обоснован способ получения растительной биомассы с высоким содержанием биологически активных веществ (БАВ) в контролируемых условиях. Описаны преимущества и недостатки приемов выращивания ценной растительной биомассы с применением разных спектральных режимов искусственного облучения. Дана характеристика перспективных, с точки зрения использования, видов растений семейства астровых - эхинацеи пурпурной и рудбекии волосистой.
Во второй главе описаны методы, объекты исследований, схемы экспериментов.
В третьей главе представлены результаты экспериментов по выращиванию эхинацеи пурпурной и рудбекии волосистой в условиях светокультуры и влиянию спектрального состава света на накопление БАВ в изучаемых видах растений.
В четвертой главе излагаются результаты исследований по разработке новых безалкогольных напитков с растительными добавками на основе эхинацеи пурпурной, выращенной в условиях светокультуры. Приведены данные органолептической и физико-химической оценки
качества полученных продуктов, определено влияние функциональной добавки на стойкость напитков в процессе хранения.
Основные выводы дают представление о главных результатах проведенных исследований.
Объем работы включает 129 страниц машинописного текста, 8 рисунков, 14 таблиц и 5 приложений. Список цитируемой литературы представлен 142 ссылками на отечественных авторов и 30 на зарубежных.
Работа выполнена в лабораториях Института биофизики СО РАН и Красноярского государственного торгово-экономического института.
Автор глубоко благодарен к.б.н. В.А. Долгушеву, к.х.н. В.М. Леонтьеву, к.б.н. Г.Р. Рыбаковой за оказанную помощь при выполнении работы и особо благодарит руководителя д.б.н., профессора А.А.Тихомирова.
Апробация результатов работы
Данные, полученные в ходе выполнения диссертационной работы, докладывались на П-ой и Ш-ей Южно-Сибирской региональной научной конференции «Экология Южной Сибири - 2000г.» (Абакан, 1998; 1999), на И-ой региональной научно-практической конференции «Эколого-экономические проблемы Красноярского края» (1999), на научной конференции аспирантов КГТЭИ «Актуальные проблемы современной науки и пути их решения» (Красноярск, 2000), на Международном симпозиуме «Пищевые биотехнологии: проблемы и перспективы в XXI веке» (Владивосток, 2000); на IV-ом Международном симпозиуме «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования» (Пущино, 2001), на Международной научно-практической конференции «Современные проблемы торговли, расширения ассортимента и контроля потребительских товаров и продуктов общественного питания» (Санкт-Петербург, 2002).
Новые направления в питании населения в связи с неблагоприятной экологической обстановкой
С развитием научно-технического прогресса человечество обрело множество жизненных благ, подвергнув себя при этом воздействию огромного количества вредных факторов (отходами производства, смогом, продуктами бытовой химии и другими загрязнителями (Филонова, 1999). Глобальное загрязнение природной окружающей среды в настоящее время достигло критического уровня по таким важным для человека показателям, как воздух, вода, лекарственные травы, натуральная пища и др. Использование искусственных химических веществ, привело к их накоплению в пищевых продуктах, почве, растениях и т.д. (Кудряшова, 1999). Такие воздействия оказывают дополнительную нагрузку на организм человека и, в частности, на его иммунную систему.
По данным Всемирной организации здравоохранения, из-за увеличения численности населения на планете, несбалансированного и неполноценного питания у людей возникают различного рода заболевания, приводящие к ухудшению потенциального генофонда, работоспособности, сокращаются продолжительность жизни населения (Кудряшева, 1999).
В связи с этим проблемы экологии питания и здоровья человека на сегодняшний день являются весьма актуальными для всего населения планеты, так как с решением этих проблем неразрывно связано будущее нации и человечества в целом (Княжев, 1997).
Сегодня уже не только у специалистов, но и у обычных потребителей не вызывает сомнений тот факт, что здоровье человека непосредственно связано с пищей, которую он ежедневно потребляет. Уравнение « здоровье есть функция питания» является базовым для современной пищевой науки (Кочеткова, 1999).
Правильное питание - основа трудоспособности человека, его силы и долголетия. Оно значительно облегчает приспособление организма к различным условиям окружающей среды. Всякое отступление от принципов правильного питания влечет за собой нарушение обменных процессов, расстройство деятельности различных органов и систем, преждевременное старение организма (Княжев и др., 1998).
Одно из условий поддержания здоровья, работоспособности является удовлетворение потребности организма человека в определенном количестве и соотношении пищевых веществ.
Анализ результатов различных исследований привел к появлению новых направлений в науке о питании, в частности, теории функционального питания, которая заключается в употреблении пищевых продуктов, содержащих ингредиенты, приносящие пользу человеку, повышающие сопротивляемость к заболеваниям, улучшающие физиологические процессы в организме и предназначенные для широкого круга потребителей (Кочеткова, Колеснов, 1999).
Функциональное питание считается новым важнейшим направлением в питании будущего. Эта идея появилась в Японии и с течением времени завоевала популярность на Западе (Кочеткова и др., 1999).
Современные, разумно составляющие свой рацион питания, люди хотели бы по возможности есть вкусную пищу и при этом приносить пользу своему здоровью. Это направление в питании позволит в будущем получать для здоровья эффект от определенных питательных и биологически активных веществ. В Японии под понятием «функциональное питание» подразумеваются продукты, которые благодаря своему составу предназначены стимулировать здоровье людей. Уже в 1987 году в Японии вырабатывалось более 100 наименований таких продуктов. По прогнозам специалистов рынок этих новых продуктов будет постоянно увеличиваться (Кочеткова, и др., 1999).
По своему назначению функциональные продукты можно отнести к продуктам массового потребления, так как они имеют вид обычной пищи и предназначены для питания в составе рациона основных групп населения (Кочеткова и др., 1999). Однако в их состав входят функциональные ингредиенты, оказывающие биологическое действие на здоровый организм. Эти продукты не относятся к лечебным, но они помогают предупредить болезни, особенно в условиях неблагоприятной экологической обстановки.
Японские исследователи определяют три основных полезных свойства функциональных продуктов: пищевую ценность; вкусовые качества и физиологическое воздействие.
Согласно А.А. Кочетковой функциональные продукты в структуре питания занимают промежуточное место между обычными и лечебными продуктами. Если обычные продукты предназначены для основных групп населения, произведены по традиционным технологиям, то продукты лечебного питания предназначены для отдельных групп населения в качестве лечебного рациона в комплексе с лечебной терапией. Наряду с этим функциональные продукты отличаются от первых двух групп тем, что они предназначены для питания основных групп населения и полезны для здоровья (Кочеткова, 1999).
По теории Д. Поттера на сегодняшний день эффективно используется семь основных видов функциональных ингредиентов (Potter, 1995). К ним относятся пищевые волокна ( растворимые и нерастворимые), витамины (групп В, D), минеральные вещества, полиненасыщенные жирные кислоты, олигосахариды, антиоксиданты и витамины (3-каротин, аскорбиновая кислота), бифидобактерии, аминокислоты (Шендеров, Манвелова, 1997). Все выше перечисленные функциональные ингредиенты являются биологически активными веществами. Но не следует заблуждаться в том, что введением в пищевой продукт какого-либо одного из представленных ингредиентов возможно создать новый продукт с функциональными свойствами. Необходимым условием является то, что продукт должен быть сбалансирован по содержанию биологически активных веществ. Только в этом случае удастся создать принципиально новый функциональный продукт, оказывающий положительный эффект на здоровье населения (Нечаев и др., 1997).
Для того, чтобы функциональные продукты питания пользовались спросом у потребителей, они должны обладать приятным вкусом, удобством при употреблении и полезностью для здоровья. В отличие от свойств традиционных продуктов питания потребительские свойства функциональных продуктов наряду с пищевой ценностью и вкусовыми качествами включают понятие физиологического воздействия, которое проявляется в поддержании нормального уровня холестерина, сохранении здоровых зубов и костей, обеспечении организма энергией, снижению риска заболеваний.
В связи с ухудшением экологической обстановки в нашей стране проблеме питания придается исключительно важное значение, как одному из приоритетных направлений государственной политики в области здорового питания России (Комаров, Гурьянов, 1999). В связи с этим со стороны государства в области здорового питания была разработана и утверждена Концепция здорового питания населения России на период до 2005 года, одобренная Постановлением Правительства Российской Федерации № 917 от 10.08.1998г., которая прослеживает тесную связь между здоровьем, продолжительностью жизни и рациональным питанием (Пищевая промышленность, 1998).
Под государственной политикой в области здорового питания понимается комплекс мероприятий, направленных на создание условий, обеспечивающих удовлетворение потребностей различных групп населения в рациональном, здоровом питании, в соответствии с требованиями медицинской науки (Пищевая промышленность, 1998; Княжев и др., 1998). В Концепции определены цели, задачи и этапы реализации государственной политики в области здорового питания. В документе отмечено, что у большинства населения России выявлены нарушения в питании как по качеству, количеству, так и по соотношению основных питательных веществ и элементов. Эти нарушения обусловлены как кризисным состоянием страны, так и отсутствием государственной политики в области здорового питания. В концепции разработан комплекс мероприятий, направленных на удовлетворение потребностей населения в здоровом питании с учетом национальных традиций, а также требований медицинской науки. Так как процесс питания является функцией взаимосвязи человека с окружающей средой, пища должна способствовать адаптации организма человека к неблагоприятным внешним условиями помимо основной функции - удовлетворение физиологических потребностей человека в пищевых веществах и энергии - должна выполнять профилактические и лечебные задачи. Целью государственной политики в области здорового питания является сохранение и укрепление здорового питания, профилактика заболеваний, которые обусловлены неправильным питанием (Княжев и др., 1998).
Характеристика объектов исследования и условия их культивирования
В качестве объектов исследования, были выбраны растения Echinacea purpurea L. Moench и Rudbeckia hirta L. семейства Asteraceae. Предпочтение было отдано этим растениям в связи с тем, что эхинацея пурпурная является ценным растительным сырьем, обладающим иммуностимулирующим, бактерицидным и противовирусным действием (Самородов и др., 1996). Однако данное растение культивируется в основном в южных регионах. Следовательно, в условиях Сибири и районах Севера этот вид можно успешно выращивать фактически только в искусственных условиях. Представитель семейства астровых рода рудбекии - рудбекия волосистая является растением, близким по ботаническому происхождению к эхинацее пурпурной, но в отличие от нее, довольно неприхотливым при выращивании даже в зоне умеренного климата. По некоторым данным (Зузук, Борняк, 1998), растения рода рудбекия потенциально могут быть использованы в качестве заменителя эхинацеи пурпурной. Поэтому в настоящей работе было проведено сравнительное исследование растений семейства астровых эхинацеи пурпурной и рудбекии волосистой.
В работе был использован вегетационный метод выращивания растений в условиях светокультуры.
В научной литературе название «вегетационный метод исследования» закрепился за опытами с растениями, выращиваемыми обычно в небольших сосудах (вегетационных), защищающих растения от дождя и ветра. В зависимости от целей длительность выращивания растений в вегетационном опыте может продолжаться от нескольких дней и до полного вызревания растений (Журбицкий, 1968). Вегетационный метод является одним из методов физиологического исследования растений и происходящих в них биохимических процессов (Журбицкий, 1968). Известно, что вегетационный метод, в отличие от полевого метода, позволяет более детально выявлять значение отдельных факторов среды в жизни растений, а также позволяет поддерживать более постоянными в благоприятных границах различные внешние условия: в первую очередь одинаковое обеспечение растений влагой, выравненное корневое питание и одинаковые для всех растений условия освещения и температуры.
Благодаря этим особенностям вегетационный метод был выбран для изучения реакции растений эхинацеи пурпурной и рудбекии волосистой на различные спектральные режимы облучения в условиях светокультуры.
Эхинацею пурпурную и рудбекию волосистую выращивали в полимерных сосудах, заполненных крупным песком. В целях рационального использования световой энергии первоначально в течение трех летних месяцев растения выращивались в теплицах при естественном освещении, в дальнейшем изучаемые виды растений были помещены в вегетационные шкафы и выращивались на искусственном облучении. Вегетационный шкаф представлял собой сваренный из листовой стали полый параллелепипед с потолком из органического стекла и герметическим люком в одной из стенок. Источник света располагали над потолком со слоем проточной воды 35-50 мм. Полив растений проводили раствором Кнопа (Полонский, Лисовский, 1978).
Облучение растений - 16 часов в сутки, температура воздуха днем 24±1С, ночью 14±1С, относительная влажность воздуха - 70%.
В экспериментах использовали в качестве источников излучения лампы ДРИ - 2000-6, достоинством которых является способность давать высокоинтенсивные лучистые потоки в области ФАР. Для выделения из ламп излучения в синей области спектра 400-500 нм, применяли фильтры из голубого органического стекла (потому получаемая область ФАР далее именуется условно «голубая») (Тихомиров и др., 1991 и др.). В качестве контрольного варианта использовали излучение этого же типа ламп, но без цветных светофильтров. Уровень облученности ФАР в опыте и контроле составлял 100 Вт/м . Такой выбор был связан с тем, что при этой интенсивности облучения обычно достигается достаточно высокий энергетический КПД фотосинтеза растений (Тихомиров и др., 2002).
Известно, что накопление БАВ в растениях происходит в течение всего вегетационного периода, но, по мере роста растений, темпы их фактического накопления отстают от темпов нарастания биомассы. Только ко времени образования репродуктивных органов происходит торможение интенсивности роста на фоне накопления БАВ, в результате чего выход последних на единицу массы сухого вещества повышается. Результаты многолетних исследований, проведенных на нескольких видах лекарственных культур, свидетельствуют о том, что стрессовые воздействия на растения светом, водным дефицитом и др. в предуборочный период способствуют накоплению вторичных соединений (Шаин,1987). К последним относятся широко распространенные фенольные соединения, такие, как гидроксикоричные кислоты, катехины, флавоны и флавонолы (Запрометов, 1987).
При выращивании растений в условиях светокультуры можно повысить накопление в биомассе биологически активных соединений путем стрессового фактора, а именно сменой спектрального режима облучения в предуборочный период. В связи с этим нами для сравнительного анализа были выбраны стационарный и переменный спектральные режимы облучения с использованием белого и «голубого» спектров. Как показала Н.П.Воскресенская (1965; 1972), растения предварительно выращенные на белом свету при последующей экспозиции на «синем» свету усиливают синтез вторичных метаболитов.
С учетом вышеизложенного эхинацею пурпурную и рудбекию волосистую в эксперименте культивировали при двух различных спектральных режимах: - на стационарном спектральном режиме облучения (контрольные образцы) - растения на протяжении всего вегетационного периода выращивали на белом свету.
- на переменном спектральном режиме облучения (опытные образцы) растения выращивали на белом свету до начала фазы цветения, после чего переводили на «голубой свет» на 10 суток.
Взятие проб на анализы для стационарного и переменного спектральных режимов облучения проводили одновременно.
Исследовали различные органы растений, которые могли служить сырьем для получения целевых продуктов - специфических биологически активных веществ - соцветия, листья, стебли и корни.
Сбор урожая проводили в период интенсивного цветения растений, так как согласно данным литературы (Баширова, 2000) предельное содержание БАВ растения этого вида накапливают в фазе цветения.
Среди функциональных веществ, способных оказывать иммуностимулирующее действие изучали содержание суммы гидроксикоричных кислот (ГКК), аскорбиновой кислоты, каротиноидов и общее количество водорастворимых Сахаров. Выбор этих соединений был связан с тем, что биологически активных вещества эхинацеи пурпурной именно в комплексе оказывают стимулирующее воздействие на организм человека (Самородов, 1996). По литературным данным, именно гидроксикоричные кислоты эхинацеи обладают антимикробным и иммуностимулирующим действием (Bauer, Wagner, 1990). Так как производные гидроксикоричных кислот содержатся во всех частях растения в значительных количествах, этот класс соединений был выбран для стандартизации сырья травы эхинацеи, сухого экстракта и лекарственных препаратов (Качалина и др., 1993). Аскорбиновая кислота является природным антиоксидантом, влияющим на функционирования иммунной системы. Каротиноиды относятся к антиоксидантам, а также являются функциональным ингредиентом, играющим важную роль в позитивном питании. Они участвуют в метаболизме, укрепляют иммунную систему организма. Антиоксиданты защищают организм человека от свободных радикалов, проявляя антиканцерогенное действие, а также блокируют активные перекисные радикалы, замедляя процесс старения. (Кочеткова и др. 1999).
Иммуностимулирующее действие эхинацеи пурпурной обусловлено также содержанием в ней водорастворимых Сахаров. Они способствуют созданию иммунитета, лучшему усвоению некоторых макро- и микроэлементов, в частности кальция и фосфора, оказывают ранозаживляющее и противовоспалительное действие (Стихии и др., 1995).
Так как комплекс перечисленных выше соединений относится к БАВ, и является функциональными ингредиентами, то перед нами была поставлена задача, определить их относительное содержание в изучаемых видах растений. Кроме этого, для управления формированием максимального абсолютного выхода целевого продукта лекарственного растения, необходимо исследовать зависимости между накоплением биомассы и накоплением биологически активных веществ (Шаин С.С., 1987). В связи с этим, нами были проведены исследования по воздействию стрессового фактора, в качестве которого выступал свет, различный по спектральному составу, на относительный и абсолютный выход БАВ в растениях эхинацеи пурпурной и рудбекии волосистой, полученных в условиях светокультуры. Определение суммы гидроксикоричных кислот (фенилпропаноидов) проводили по модифицированной методике, разработанной Куркиным В.А., Авдеевой О.И. (1998). Количество аскорбиновой кислоты, каротиноидов, водорастворимых Сахаров определяли по общепринятым методикам (Ермаков, 1987). 2,З.Оценка качества функциональных напитков
Разработку рецептур с введением добавки на основе эхинацеи пурпурной, выращенной в условиях светокультуры и определение технологии получения напитков осуществляли в соответствии с нормами для безалкогольного производства (Кудальор и др., 1988).
Функциональные напитки, полученные с использованием эхинацеи пурпурной, оценивали по физико-химическим и органолептическим показателям в течение предполагаемого срока хранения по стандартным методикам, предусмотренным действующими стандартами на методы анализа безалкогольных напитков (ГОСТ6687.2-86; ГОСТ 6687.3-87; ГОСТ 6687.4-86; ГОСТ 6687.5-86; ГОСТ 6687.6-88). Изучение функциональных свойств готового продукта с целью подтверждения их действия проводили в Институте медицинских проблем Севера СО АМН РФ. Безалкогольные напитки по разработанным рецептурам оценивали по органолептическим показателям, по балльной шкале и по физико-химическим показателям.
Органолептическими методами в газированных напитках определяли прозрачность, цвет, внешний вид, вкус и аромат, насыщенность диоксидом углерода. Органолептическую оценку качества безалкогольных напитков осуществляли по 25-балльной системе по показателям качества: прозрачность, цвет, внешний вид - от 1 до 7 баллов; вкус и аромат - от 6 до 12 баллов; насыщенность СО2 - от 2 до 6 баллов. По сумме баллов качество безалкогольных напитков оценивают следующим образом: "отлично" - 23-25 баллов; "хорошо" - 19-22 балла; "удовлетворительно" - 15-18 баллов; "неудовлетворительно" - ниже 15 баллов (Чепелева Г.Г, 1996).
Все полученные результаты были обработаны при помощи математико-статистических методов с использованием критерия Стьюдента (Лакин , 1990).
Содержание гидроксикоричных кислот в различных частях растений Echinacea purpurea L. Moench и Rudbeckia hirta L
Данные по содержанию гидроксикоричных кислот (ГКК) в отдельных органах растений при стационарном и переменном спектральном режимах облучения приведены на рис. 1 и 2. Как следует из рисунков, процентный выход ГКК, в расчете на сухую биомассу, зависел от органа растения и спектрального состава света. Так, при выращивании растений на постоянном белом свету (контрольный вариант) максимальное количество ГКК зарегистрировано в листьях эхинацеи пурпурной - 4,72% (рис. 1), что в 1,2 раза выше, чем в соцветиях и в 1,4 раза выше, чем в корнях. В стеблях эхинацеи пурпурной отмечали низкое количество ГКК -2,62%, что в 1,8 раза ниже, чем в листовой биомассе. В образцах растений рудбекии волосистой при стационарном режиме облучения (рис.2) отмечали высокое содержание ГКК в соцветиях- 2,13% , листья содержали в 1,4 раза меньше. Корни и стебли характеризовались наиболее низким выходом ГКК, в среднем в 3 раза ниже, чем в соцветиях.
Таким образом, при выращивании растений на белом свету максимальное количество ГКК обнаружено в листьях и соцветиях растений, в стеблях зарегистрировано минимальное значение этих соединений. При сравнении исследуемых видов растений между собой определили, что относительный выход ГКК в эхинацее пурпурной в среднем в 3 раза выше, чем в рудбекии волосистой.
Следует заметить, что в результате смены спектрального режима облучения (перевод с белого на «голубой» свет) во всех изучаемых органах растений наблюдали большее накопление производных гидроксикоричных кислот (Р 0,05). По сравнению с контрольным вариантом (стационарный режим облучения) в листьях эхинацеи пурпурной их количество выше в 1,2 раза, в рудбекии волосистой 1,3 раза. В соцветиях эхинацеи пурпурной содержание ГКК возросло в 1,4 раза, а в рудбекии волосистой в 1,2 раза. В стеблях и корнях эхинацеи пурпурной увеличение определяемого соединения после в результате перестановки на «голубой свет» возросло в среднем в 1,3 раза. В корнях рудбекии волосистой прирост ГКК составил в 1,2 раза, в стеблях - в 1,3 раза по сравнению с контрольными вариантами.
Таким образом, листья и соцветия растений при разных режимах облучения характеризовались высоким выходом гидроксикоричных кислот. Более высокое содержание этих соединений обнаружили в растениях эхинацеи пурпурной. При смене спектрального режима облучения содержание гидроксикоричных кислот увеличивалось равномерно во всех органах растения. По результатам исследования можно отметить, что количество ГКК в растениях эхинацеи пурпурной, в опытных образцах в среднем в 3 раза выше, чем в рудбекии волосистой.
По мнению Шаина (1987), продуктивность лекарственных культур следует рассматривать не только с точки зрения урожайности, но и с точки зрения величины концентрации БАВ в биомассе. Под воздействием стрессовых факторов происходит замедление ростовых процессов, и органическая биомасса лекарственных растений нарастает медленнее или практически перестает увеличиваться, а накопление БАВ продолжается. Следовательно, содержание БАВ на единицу массы сухого вещества возрастает. Поэтому необходимо учитывать выход отдельных биохимических компонентов с единицы площади посева. Поскольку мы использовали метод выращивания растений в отдельных сосудах, то абсолютный выход БАВ рассчитывали в среднем на одно растение.
Абсолютный выход ГКК в эхинацее пурпурной и рудбекии волосистой в расчете на одно растение при разных режимах выращивания приведен в таблицах 2. и 3. В контрольных образцах эхинацеи пурпурной, с учетом выхода листовой биомассы, зарегистрировано максимальное количество ГКК - 0,71 г, соцветия и стебли характеризовались их низким содержанием. Выход ГКК в контрольном варианте листовой биомассы рудбекии волосистой в среднем в 1,8 раза ниже по сравнению с эхинацеей пурпурной (табл. 2,3), хотя продуктивность по выходу листовой биомассы рудбекии волосистой в среднем в 1,7 раза выше, чем в эхинацее пурпурной.
