Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Амарант. Ботаническая, биологическая и биохимическая характеристика и применение 10
1.1. История введения амаранта в культуру 10
1.2. Ботаническая характеристика и биологические особенности амаранта
1.3. Биологически активные вещества растений амаранта 17
1.3.1. Основные биохимические компоненты 17
1.3.2. Вторичные метаболиты 21
1.4. Применение в медицине 25
Глава 2 Объекты и методы исследования .7". 32
Глава 3 Биология развития разных сортов амаранта в условиях ЦЧР России 47
3.1. Сезонный ритм развития растений рода Amaranthus L. в Тамбовской области 47
3.2. Рост и продуктивность сортов амаранта 51
3.3. Исследование качества семян амаранта 61
3.3.1. Оценка посевных качеств семян 61
3.3.2. Содержание белка и золы в семенах 65
3.3.3. Антиоксидантная активность семян амаранта 66
Глава 4 Химический состав листьев амаранта и экстрактов на их основе 68
4.1. Содержание макро- и микроэлементов, кальция и пектинов в листьях исследуемых сортов амаранта 68
4.2. Исследование динамики накопления белка в листьях разных сортов амаранта 83
4.3. Содержание аскорбиновой кислоты в листьях разных сортов амаранта 87
4.4. Содержание сухих веществ, флавоноидов в водных и водно-спиртовых экстрактах листьев разных сортов амаранта и проявление ими антиоксидантной активности 93
Глава 5 Вопросы хараісгеризации сырья амаранта и его использование для получения фиточая 109
5.1. Экстракция сушеных листьев амаранта 40%-ным спиртом 109
5.2. Спектрофотометрическая характеризация экстрактов сушеных листьев разных сортов амаранта 110
5.3. Использование амаранта для купажирования чая черного и зеленого байхового 115
Выводы 118
Список литературы 121
Приложения
- Ботаническая характеристика и биологические особенности амаранта
- Рост и продуктивность сортов амаранта
- Исследование динамики накопления белка в листьях разных сортов амаранта
- Спектрофотометрическая характеризация экстрактов сушеных листьев разных сортов амаранта
Введение к работе
Актуальность темы.
Актуальность работ по изучению нетрадиционного лекарственного растительного сырья вызвана интенсивным развитием одного из направлений современной науки — химии возобновляемого растительного сырья. Такое внимание к биологически активным веществам растительного происхождения обусловлено увеличением числа случаев непереносимости синтетических лекарственных препаратов и антибиотиков, возникновением побочных явлений при их применении. Перспективным видом растительного сырья для производства фитопрепаратов является амарант (Amaranthus L.j.
Амарант относится к числу лекарственных растений, издавна
применяющихся в народной медицине и обладающих широким спектром
вторичных метаболитов и веществ, проявляющих фармакологические свойства.
Многие классы химических соединений амаранта или мало изучены, или не
изучены вовсе. Амарант включен в список растений американской фармакопеи.
Действующими веществами амаранта как лекарственного растения являются
фенольные соединения, в том числе антиоксиданты (витамины В, С и а-
токоферол), флавоноиды (кверцетин, трефолин и рутин), гликозиды (алкалоиды
— амарантин и бетанин), витамины, антидиуретические вещества, летучие
вещества, обладающие аллелопатическими свойствами и пектины,
обладающие детоксицирующими, радиопротекторными, бактерицидными свойствами (Kim, Lee, 1988; Кононков и др., 1998; Кадошников и др., 2001). Масло из семян амаранта, содержащее сквален обладает противоожоговым, ранозаживляющим действием и успешно используется в клинике детских болезней.
Надземная часть амаранта, обладающая антибактериальным действием, используется в домашних условиях в виде отваров для лечения простудных заболеваний, в виде настоек, а также в различных сборах лекарственных растений.
Учитывая, что амарант является не только ценным лекарственным и пищевым растением, но и отличается высокой биологической продуктивностью, что может обеспечить сборы большого объема лекарственного сырья, становится актуальным создание сырьевой базы в Центрально-Черноземном регионе и изучение особенностей накопления физиологически активных веществ.
Существующие сорта амаранта значительно различаются по хозяйственно — ценным признакам и содержанию биологически активных веществ, что является существенным при медико-биологическом использовании, как листьев, так и семян.
Наши исследования были сосредоточены на изучении биологии развития, продуктивности и биохимических особенностей восьми сортов амаранта, российской и украинской селекции культивируемых в условиях Центрально-Черноземного региона Тамбовской области.
Целью исследований являлось изучение биологии развития Amaranthus L. и особенностей накопления биологически активных веществ в листьях и семенах разных сортов растений в Центрально-Черноземном регионе.
Задачи исследований:
Исследовать ритмы сезонного развития сортов амаранта: Шунтук, Кармин, Харьковский, Рушничек, Кремовый ранний, Жайвир, Ультра, Эльбрус и их урожайность в условиях экспериментальных делянок и дать оценку качества полученных семян.
Определить содержание белка, аскорбиновой кислоты, флавоноидов, пектина, антиоксидантных веществ, макро- и микроэлементов в листьях вегетирующих растений.
Исследовать закономерности содержания в листьях амаранта при вегетации для разных сортов антиоксидантных веществ и флавоноидов, кальция и водорастворимых пектинов.
Определить содержание сухих веществ, флавоноидов и суммарное содержание антиоксидантньгх веществ в водных и водно-спиртовых экстрактах на основе сушеных листьев амаранта.
Охарактеризовать методом спектрофотометрии водные и 40%-ные водно-спиртовые экстракты из листьев разных сортов амаранта.
Провести исследование по отработке рецептуры чая черного и зеленого байхового купажированных сушеными листьями амаранта.
Научная новизна
Впервые в условиях Центрального Черноземья изучены овощные и зерновые сорта амаранта по биологии развития, биохимическому составу, антиоксидантнои активности и хозяйственно - ценным признакам в аспектах оценки перспективности как лекарственного сырья.
Проведена антиоксидантная оценка листьев разных сортов амаранта в динамике развития растений. Показана сортоспецифичность самих растений и их водных и водно-спиртовых экстрактов по содержанию биологически активных веществ.
Впервые проведена оценка антиоксидантнои активности водорастворимых пектинов Amaranthns L.
Практическая значимость
По данным проведенных исследований показана перспективность выращивания в ЦЧР России амаранта в качестве источника сырья для фармацевтической промышленности и производства функциональных продуктов питания.
На основе изучения биологических особенностей амаранта показана возможность выращивания исследуемых сортов для получения стабильного урожая с максимально высоким содержанием антиоксидантных веществ, кальция, аскорбиновой кислоты, пектинов и флавоноидов для получения функциональных продуктов питания и биологически-активных добавок.
На основе проведенных исследований разработаны ТУ на фиточаи, купажированные высушенными листьями амаранта (ТУ 9191-006-44538054— 07).
Апробация работы.
Результаты исследований по теме диссертации были доложены на 1(ГХ) Международной Конференции Молодых Ботаников (Санкт-Петербург 2006); VII и VTII Международных симпозиумах «Нетрадиционные и редкие растения, природные соединения и перспективы их использования» (Белгород 2006; Мичуринск 2008); VI Международной научно-практической конференции: «Топинамбур и другие инулинсодержащие растения - проблемы возделывания и использования» (Тверь 2006); IV и V Всероссийских научных конференциях «Химия и технология растительных веществ» (Сыктывкар 2006; Уфа 2008); Научно-практической конференции «Российский пектин: история, настоящее, перспективы» (Воронеж 2006); VII Всероссийской конференция молодых ученых с международным участием «Пищевые технологии» (Казань 2006); II международной научно-практической конференции «Биоэлементы»... (Белгород 2006); VI Международной конференции «Фитотерапия, биологически активные вещества естественного происхождения в современной медицине» (Черноголовка 2006); VIII и ГХ Международных конференциях молодых ученых с международным участием «Пищевые технологии и биотехнологий» (Казань 2007; Казань, 2008); " IV Российской научно-практической конференции «Актуальные проблемы инноваций с нетрадиционными природными ресурсами и создания функциональных продуктов» (Москва 2007).
Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 20 научных работ, из них 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ, 2 в сборниках научных трудов, 10 в материалах конференций, 6 тезисов докладов.
Объем и структура диссертации.
Диссертационная работа изложена на 140 страницах машинописного текста, содержит 16 таблиц, 32 рисунка. Работа состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследований, главы экспериментальных исследований, выводов, приложения. Список использованной литературы включает 180 источников, в том числе 25 иностранных.
***
Автор выражает искреннюю признательность и благодарность своему научному руководителю В.Н. Зеленкову и к.х.н. А.А. Лапину за неоценимую помощь, дружеское участие и постоянную поддержку на всех этапах работы. Благодарит к.с./х.н. Т.Г. Белоножкину, профессора М.В. Архипова, сотрудников ВИЛАРа д.б.н. М.Ф. Минееву, профессора Т.Д. Даргаеву, к.фарм.н. О.Л. Сайбель, аспиранта Ю.А. Леонидову за помощь в проведении анализов, директора ООО «Русская олива» (г. Воронеж) Л.А. Мирошниченко и коллектив ООО Концерна «ОИТ» за помощь в организации и проведении полевых и лабораторных исследований.
Ботаническая характеристика и биологические особенности амаранта
Семейство амарантовых (Amaranthaceae) принадлежит к отделу Покрытосеменные (Magnoliophytd), классу Двудольные (Magnoliopsida), подклассу Кариофиллиды (Caryophyllidae), порядку Гвоздичные {Caryophyllales), включает 65 родов и около 900 видов (Тахтаджян, 1966, 1987; Биологический энциклопедический словарь, 1989). Наиболее распространенным и сложным в таксономическом отношении является род Amaranthus L., насчитывающий по разным данным 60-100 видов и представляющий немногочисленную группу «псевдозлаковых» растений (Saunders, Becker 1984; Teutonico, Knorr 1985; Amaranth. Nene Aussichten fuer..., 1994). Таксономическая классификация рода Amaranthus L. значительно затруднена в связи с большим разнообразием форм в его рамках и свободной межвидовой переопыляемостью (виды хорошо скрещиваются между собой, хотя потомство от удаленных друг от друга видов обычно стерильно) (Прокофьев и др., 1995). Растения данного рода распространены в субтропиках и тропиках преимущественно Центральной и Южной Америки, Африке, некоторых районах Азии, реже теплоумеренных, и как заносные в умеренных поясах. На территории бывшего СССР встречается 18 видов рода Amaranthus L. , а во флоре Европейской части России произрастает 9 видов (Буянкин, 1977; Федорова, 1997).
Все виды амаранта по характеру использования условно подразделяют на сорные, пищевые (зерновые и овощные), кормовые (Gupta, Thimba, 1991; Бреус, 1999; Коненков и др., 1998), медицинские (или лекарственные) (Хазиев и др., 1992; Хазиев, 1993; Дэсалень и др., 1995; Железнов, 2005), декоративные растения и технические (Федосеева и др., 1997)
К видам, культивируемым в мировом растениеводстве, относят либо 7 (А. emeritus L., A. caudatus L., A. hypochondriacus L., A. blitum L., A. dubius mart, А. tricolor L., A. hybridus L.) , либо 3 (A. emeritus L., A. caudatus L., A. hypochondriacus L.), либо 2 {A. cruentus L., A. caudatus L.) (Вульф, Малеева, 1969; Черепанов, 1981; Saunders, Becker, 1984; Teutonico, Knor, 1985).
В Государственный реестр селекционных достижений России занесены 12 сортов амаранта: 1) овощные (Валентина, Крепыш, Памяти Коваса); 2) силосные (Кизлярец, Кинельский, Чергинский, Подмосковный, Каракула, Янтарь); 3) декоративные (Дюймовочка, Ангелина, Булава, Зеленая сосулька).
Анатомия и морфология амаранта очень разнообразна в зависимости от вида, места обитания и условий произрастания. Большинство представителей рода Amaranthus L. - это однолетние травянистые растения пурпурного или желто-зеленого окраса. Высота растений может достигать от 40 см до 4 м (рис. 1). Стебель прямостоячий, бороздчатый (диаметром до 8-10 см), сильно облиственный, реже встречается лежачий (Чернов, Земляной, 1991). По степени ветвления различают слабо-, средне- и сильноветвистые растения. Проводящие пучки в стебле открытого типа. Средняя масса взрослого растения может достигать 3-5 кг и более. Листья расположены очередно или супротивно, без прилистников. Листья амаранта различают по форме листа - яйцевидная, ромбическая, овальная, копьевидная, эллиптическая, вершинная; по форме края - цельный зазубренный, волнистый, жилкование листа - сетчатое. Верхние листья имеют более короткие черешки, чем нижерасположенные, что создает возможность для более равномерного освещения растений (Тимонин, 1984). Среднее число листьев у одного растения может достигать 250 шт., общая листовая поверхность одного свободностоящего растения при оптимальных условиях развития составляет около 8000 см2. Индекс листовой поверхности в зависимости от густоты стояния растений и других факторов колеблется от 6 до 12 (Кадошникова и др., 1989).
Корневая система амаранта может быть отнесена к стержне-мочковатой (Бикмурзина и др, 1991). Её масса достигает 15-17% от массы надземных органов и располагается преимущественно в пахотном и подпахотном слоях почвы. Главный корень имеет коническую форму, длина его утолщенной части не превышает 20 см. К фазе цветения он проникает на глубину до 60 см. Боковые корни располагаются в горизонтальном направлении в радиусе до 80 см. Иногда в нижней части стебля образуются придаточные корни (Иванова, 1999).
Тип соцветия амаранта — сложная метелка разной формы, плотности и разнообразными цветовыми оттенками. Ветви метелки колосовидные, верхушечный колос меньше или равен боковым. Полностью развитое соцветие может нести 104-105 одиночных цветков или цветков, собранных в верхоцветные соцветия - клубочки. Цветки мелкие, актиноморфные, раздельнополые, реже обоеполые, собранные в пазухах листьев на укороченных веточках соцветия. Длина и число веточек, и их угол наклона по отношению к главной оси определяет форму соцветия — от открытой и неопределенной, до компактной и прямой (Нейштадт, 1963; Железное и др., 1997). Обычно один мужской цветок сидит в центре, вокруг него располагаются шесть и более женских цветков. Женские цветки формируются постепенно, когда происходит раскрывание мужских цветков, к оплодотворению готовы только часть (две третьих) женских цветков (Салахова, Чернов, 1997; 1999). Околоцветник простой, пленчатый состоит из 3-5 листочков с зеленой средней жилкой, которая на верхушке часто образует острие. Андроцей состоит из 5 тычинок, пыльники четырехгнездные, гинецей — из 3-х, реже 4-х плодолистиков. Завязь верхняя одногнездная (Волгин, 1987; Чернов, 1992).
Тип плода - коробочка яйцевидной формы, открывающаяся поперек крышечкой. При образовании плода при нем сохраняются сухие пленчатые листочки околоцветника. Каждый куст амаранта дает до 500 тыс. семян, сохраняющих всхожесть в течение 40 лет. Такого коэффициента размножения не имеет ни одна традиционная культура. Созревание семян в соцветии происходит не одновременно, а идет с нижней ее части к верхушке аналогично цветению. Темпы его зависят от метеорологических условий вегетационного периода (Переправо и др., 1997). Семена мелкие, около 1 мм в диаметре (масса 1000 штук колеблется в переделах 0,45-0,9 г) (Шапоренко и др., 1988; Малевская, 1993), гладкие, покрытые плотной оболочкой, блестящие, линзовидные, по краю с узкой острой каемкой. По цвету семена бывают белыми, желтыми, светло-оранжевыми, коричневыми, фиолетовыми и черными. Зародыш краевой, кольцевой, охватывающий эндосперм (Савина, 1983). Свежесобранные семена амаранта практически не прорастают, период послеуборочного дозаривания 3 месяца.
Семена амаранта отличаются значительной разнокачественностью не только среди видов, но и внутри одного вида как по размерам и массе, так и по выполненности, степени созревания, влажности, что связано с неравномерностью их созревания (Stone, Lorentz, 1984; Вавилов, 1987).
Физиологический процесс роста амаранта весьма специфичен и характеризуется большой кривой Сакса образной кривой роста. Оптимальной температурой для всходов амаранта является 16-35С, минимальная для развития - 20-22С, оптимальная — 26-28С, а вот при температуре +2-0С проростки погибают. Т.е. на разных фазах развития растения температура оказывает влияние неодинаково (Паламарчук, Павлов, 1997; Кононков и др., 1998). Среди широко исследуемых видов амаранта наиболее устойчивыми к пониженным температурам являются виды — А. paniculatus, A. hybridus и A. caudatus (Чернышева и др., 1989). При 8С прекращают рост A. cruentus иА. hypochondriacus.
Из-за малой массы запасных веществ в семени стартовый рост амаранта (в первые 2-3 недели после появления всходов) сильно замедлен. В связи с этим период прорастания семян и развития проростков в течение первого месяца является критическим: интенсивно растет и развивается корневая система, а надземная часть растения развивается очень медленно и сорняки буквально «глушат» их, затеняя всходы. Поэтому весьма актуальным является поиск методов, влияющих на скорость роста и развития амаранта на начальном этапе онтогенеза.
Рост и продуктивность сортов амаранта
Рост растений является сложным процессом, тесно связанным с фазами развития, биологическими особенностями и эколого-географическим происхождением (Мартыщук, 2000). Для выявления характера роста и развития исследуемых сортов амаранта нами определялась высота растений через каждые 10 суток после появления всходов. Динамика роста и развития сортов амаранта представлена на рисунках 6 а, 6 б.
Как уже упоминалось выше, физиологический процесс роста амаранта весьма специфичен. Наблюдения за развитием растений показали, что амарант характеризуется замедленным ростом на начальном этапе вегетационного развития: в первые три декады после появления всходов в 2007 и 2004, и две декады в 2006 годах высота растений колебалась в пределах 12-20 см (рис. 7 а). А затем интенсивность роста амаранта значительно возросла. Анализ биометрических показателей показал, что на 30 сутки от всходов среднесуточный прирост составлял 0,5...1,0 см; на 40 сутки - от 1,6 до 3,0 см; на 50 сутки - от 2,8 до 4,1 и на 60 сутки — от 2,9 до 4,4. Наибольший среднесуточный прирост 2,8...4,1 см отмечен в 5-6 декаде у сортов Жайвир и Ультра, и 2,9...4,4 см в 6-7 декаде у сортов Шунтук, Кармин, Харьковский, Рушничек, Кремовый ранний и Эльбрус. А затем по мере формирования генеративных органов среднесуточный прирост снижался. Большого разброса значений в показателях среднесуточного прироста в зависимости от сорта или года исследований нами обнаружено не было.
Высота растений в фазу выброса метелки варьировала в пределах 93-129 см у сортов Жайвир и Ультра (7 б), 100-165 см у остальных исследуемых сортов. Самыми высокорослыми были растения сорта Шунтук.
Следует отметить, что погодные условия 2007 года повлияли на процесс роста и развития растений амаранта, при этом высота растений, по сравнению с другими годами исследований, была ниже примерно на 20-30 см в зависимости от сорта.
Учет урожайности, продуктивности и структуры урожая осуществляли в фазу технической спелости растений (бутонизации) и в фазу восковой спелости семян (плодоношения) (табл. 2). По результатам трехлетних исследований было установлено, что все сорта амаранта в условиях Тамбовской области способны давать относительно высокие урожаи зеленой массы (рис. 8).
Анализ данных по урожайности сортов, позволил сделать вывод, что накопление биомассы снижается с началом цветения, т.е. основной урожай надземной массы в этот период (конец июля - начало августа) уже сформирован.
Продуктивность одного растения по зеленой массе в зависимости от сорта изменялась от 120 до 460 граммов в фазу бутонизации (табл. 2) и от 170 до 510 граммов в фазу плодоношения. При этом на массу листьев приходилось от 19 до 40% от общей массы растения.
Наибольшая урожайность в условиях Тамбовской области наблюдалась у сорта Шунтук - 17,4 кг/м2 в 2004 г., 18,2 кг/м2 в 2006 г и 10,6 кг/м2 в 2007 г. в фазу технической спелости и в среднем 17,4 кг/м в фазу восковой спелости семян.
Структура урожая растений сорта Шунтук обусловлена не массой листьев, а в основном мощным мясистым стеблем. Средний урожай зеленой массы характерен для сортов Харьковский, Кремовый ранний и Эльбрус — 12,7, 10,6 и 9,2 кг/м2, соответственно. В связи с погодными условиями в 2007 году - засухой и поздним появлением всходов, урожайность зеленой массы амаранта была снижена. А увеличение массы растений сортов Рушничек, Жайвир и Ультра в фазу плодоношения объясняется наличием ветвистой метелки (размером до 40-65 см) и высоким урожаем семян.
Оценивая урожайность исследуемых сортов амаранта в пересчете на га наибольший выход воздушно-сухого сырья для сорта Шунтук составил в среднем 30,8 т/га, а для сортов Кармин, Харьковский, Кремовый ранний, Рушничек и Эльбрус - 17,3; 25,4; 21,2; 12,8 и 18,4 т/га, соответственно.
Так как для выделения БАВ и производства фитопрепаратов интерес представляет преимущественно масса листьев амаранта, то нами была определена урожайность листьев разных сортов амаранта (табл. 3).
Урожайность листьев варьировала в пределах от 220 до 880 г/м2. Наибольшая урожайность листьев наблюдалась у сорта Шунтук и составила 880 г/м . Наименее продуктивными по массе листьев оказались сорта Ультра и Жайвир (220 и 280 г/м , соответственно). Масса листьев сортов Кармин, Харьковский, Рушничек, Кремовый ранний и Эльбрус была ниже урожайности сорта Шунтук и составила соответственно 58,6; 55,7; 57,5; 72,2 и 63,3% относительно этого сорта.
Исследование динамики накопления белка в листьях разных сортов амаранта
Как упоминалось выше, амарант является ценной культурой по содержанию белка и незаменимых аминокислот. В связи с этим листья амаранта могут применять в лечебно-диетическом питании.
При изучении динамики накопления белка в листьях 8 сортов амаранта нами были получены следующие результаты, приведенные на рисунках Па, 116. Показано, что закономерность накопления белка у исследованных сортов имела сходный характер. А его абсолютное содержание в листьях растений было достаточно высоким.
Так, количество белка у растений сорта Шунтук в начале вегетации достигало 26,9% асо. Наибольший процент белка отмечался в период массовой бутонизации - начала цветения растений (30,9 - 47,4% асо), а по мере цветения и созревания семян уровень белка снижался примерно до первоначального.
Исследование динамики накопления белка листьями амаранта показало, что колебания уровня белка у сортов Рушничек, Кремовый ранний, Жайвир, Ультра и Эльбрус повторяли ход такового у сорта Шунтук. Однако, уровень белка у сортов Ультра и Эльбрус в начале вегетации был достаточно высоким (26,19-34,31 % асо) и превышал его содержание в других сортах на 6%. Тогда как максимум, приходившийся на июль-начало августа, составил от 29,88 до 44,31 % асо.
Для сортов Кармин и Харьковский характерен несколько иной ход накопления белка: максимум его содержания наблюдался в начале вегетации (31,19...43,06 % асо), затем в процессе образования генеративных органов количество белка, хотя и снижалось, его уровень по-прежнему оставался высоким (в среднем 22 % асо).
При сборе урожая, проводимом 2 раза (в фазу технической спелости растений и в фазу восковой спелости семян), нами также анализировалось содержание белка в листьях исследуемых сортов. Из рисунка 12, видно, что растения, собранные в фазу бутонизации (технической спелости) содержат белка примерно в 1,5-2 раза больше, чем растения в фазу плодоношения. Так максимальный уровень белка в молодых листьях был обнаружен у сортов Шунтук (32,91 % асо) и Эльбрус (35,00 % асо), а минимальный - у сортов Кармин (22,35 % асо) и Харьковский (23,66 % асо). Остальным сортам характерен средний уровень белка, который составил 28,04-30,82 % асо.
В процессе созревания семян ценность листьев амаранта снижалась и при втором варианте сбора урожая лидерами по содержанию белка оказались сорта Харьковский (19,35 % асо), Жайвир (21,22 % асо) и Эльбрус . Содержание белка в листьях остальных сортов колебалось в пределах 15,41-19,35 %ассо.
Таким образом, изменения в накоплении белка носили сходный характер почти у всех исследуемых сортов амаранта, а отличия были незначительными и касались только количественных значений. Наиболее ценными по содержанию белка оказались сорта Шунтук и Эльбрус. Таким образом, листья амаранта могут рассматриваться как белковый источник сырья для получения незаменимых аминокислот.
С целью выявления возможности использования амаранта как сырья с высоким содержанием антиоксидантных веществ нами была изучена сезонная динамика накопления - аскорбиновой кислоты. Все" сорта амаранта "показали высокое содержание АК, которое изменялось в течение вегетации растений. Так, например, всемирно известный источник витамина С смородина содержит 200-400 мг%, а амарант, выращенный в ЦЧР России до 300 мг% асо.
Сорта амаранта в 2006 г (max от 226,2 до 292,1 мг%) отличались более интенсивным синтезом АК превышающем в 1,5-2 раза ее содержание в 2007 г (max от 100,7 до 184,5 мг%). В количественном соотношении по уровню АК существенные различия между сортами обнаружены не были. Рис 13 а. Динамика накопления аскорбиновой кислоты в листьях амаранта разных сортов: 1-Шунтук, 2-Кармин, 3-Харьковский, 4-Рушничек (— 2006 г, — 2007 г) Динамика накопления аскорбиновой кислоты в листьях амаранта разных сортов: 1-Кремовый ранний, 2-Жайвир, 3-Ультра, 4-Эльбрус (— 2006 г, — 2007 г) Исследуя сезонную динамику АК в период вегетации (рис. 13 а, 13 б), было установлено, что ее начало отличается самым низким уровнем АК -19,7...48,9 мг% в 2006 г и 22,1...50,6 мг% в 2007 г. В период с середины июня по конец июля (с 20 дня после появления всходов и до массовой бутонизации растений) наблюдалось повышение количества АК.
Максимум накопления АК был зафиксирован в период массового появления генеративных органов и составил в среднем 164,4-226,0 мг%. Наименьшее содержание АК соответствовало сортам Рушничек (171,9 мг%) и Эльбрус (164,4 мг%), а наибольшее - Шунтук (226,0 мг%) и Ультра (201,8 мг%). Остальным сортам характерно среднее значение АК (180-190 мг%). С началом цветения растений наблюдалось интенсивное снижение уровня АК (до 111,1 мг%), которое замедлялось с образованием семян в метелках.
Закономерность накопления АК в период вегетации имеет абсолютно сходный характер у всех сортов: начало вегетации и ее конец характеризовались наименьшим уровнем накопления АК. А самое высокое ее содержание приходилось на период массовой бутонизации растений.
Таким образом, наиболее обоснованным временем для сбора сырья является период от начала бутонизации до начала цветения растений. В этот период молодые листья амаранта характеризуются самым высоким уровнем АК. Все изученные сорта амаранта содержат большое количество аскорбиновой кислоты.
Спектрофотометрическая характеризация экстрактов сушеных листьев разных сортов амаранта
В целях характеризации наиболее полной картины химического состава водных и 40%-ных водно-спиртовых экстрактов амаранта изучаемых сортов были проведены спектрофотометрические исследования в УФ- и видимой области для водных (рис. 21 а, 21 б) и водно-спиртовых извлечений (рис. 22 а, 22 б) на основе сушеных листьев разных сортов амаранта.
При сравнении УФ-спектров водных извлечений исследуемых сортов видно два интенсивных максимума поглощения - при длине волны 321-322 нм и 268-270 нм. Соответствующие поглощения при длине волны 270-280 нм характерны для алкалоида амарантина (Гине и др, 1998), при длине волны 320-330 нм для полифенольных соединений, а именно кофейной (3 ,4 -дегидроксикоричной) кислоты.
Данная картина УФ-спектров характерна для всех сортов, за исключением сорта Ультра, у которого в спектре поглощения водных извлечений наблюдается один интенсивный максимум поглощения при длине волны 320 нм (рис. 21 б). При исследовании водных извлечений из листьев амаранта сорта Ультра в разные фазы вегетации растений наблюдался также один интенсивный максимум поглощения. Таким образом, листья сорта Ультра характеризуются абсолютным отсутствием красного пигмента амарантина.
Спектры поглощении 40%-ных водно-спиртовых извлечений показали один интенсивный максимум поглощения при длине волны 322-325 нм. Таким образом, полученные данные по спектрам поглощения водных и водно-спиртовых извлечений амаранта говорят о возможности разработки методик количественного определения алкалоидов в листьях амаранта в пересчете на амарантин и суммы полифенольных соединений в пересчете на фенолкарбоновые кислоты, а также о возможности характеризации сырья на основе сушеных листьев амаранта по его водным и водно-спиртовым экстрактам. С целью обогащения зеленого и черного байхового чаев витаминами, макро- и микроэлементами, АО и пищевыми волокнами нами были проведены исследования по купажированию листом амаранта чая черного (производство Кения, Африка) и зеленого (производство Китай). Сами по себе черный и зеленый чаи содержат целый комплекс веществ (фенольные соединения, флавоноиды и т.д.), проявляющих АО свойства и положительно влияющих на человека. Учитывая это, весьма актуальным является создание чайных напитков, обогащенных растительными добавками. Сырьем для таких добавок могут являться сушеные листья амаранта. Из высушенных и измельченных листьев амаранта путем купажирования были составлены композиции чайных напитков в разных соотношениях. После чего все составленные купажи чайных напитков прошли дегустационную и биохимическую оценку по содержанию АО. Результаты дегустационной оценки чая, купажированного листом амаранта приведены в таблице 15. Таким образом, для производства нового вида чая с амарантом выбраны лучшие соотношения: - чай черный байховый купажированный листом амаранта — 1,625:0,375; - чай зеленый байховый купажированный листом амаранта — 1,375:0,625. Выявленные соотношения характеризуются высокими значениями АОА и находящиеся в пределах 5,99...11,60 г рутина / 100 г асо. Результаты анализа по антиоксидантной активности приведены в таблице 16.
В технические условия на чаи купажированные растительными и плодово-ягодными добавками введен показатель АОА для амаранта, который не должен быть ниже 4 г рутина / 100 г асо. Эти требования соответствуют нашим данным.
Разработанные научно технические требования купажей с амарантом вошли составной частью в научно техническую документацию (ТУ 9191-006-44538054) на чаи «Чай черный и зеленый байховые купажированные растительными и плодово-ягодными добавками». Продукция прошла промышленную апробацию на базе ООО Концерна «Отечественные инновационные технологии» и экспертизу органами Госстандарта и Роспотребнадзора. На новый вид продукции получены санитарно-гигиенические заключения органов Роспотребнадзора (Приложения Б, В).
1. В результате проведенных исследований установлена возможность выращивания всех 8 исследованных сортов амаранта в Центрально-Черноземном регионе России. В данных условиях все растения проходят полный цикл сезонного развития, обильно цветут, формируют удовлетворительный урожай как зеленой массы (до 30,8 т/га), листьев (2,2-8,8 т/га) (воздушно-сухая масса), так и семян. По результатам фенологических наблюдений исследованные сорта амаранта для получения урожая зеленой массы можно разделить на три группы: раннеспелые (Ультра и Жайвир), среднеспелые (Кармин, Харьковский, Эльбрус) и позднеспелые (Шунтук, Рушничек, Кремовый ранний).
2. Содержание белка и антиоксидантов в семенах амаранта различается в зависимости от сорта и составляет от 11 до 21 г рутина/ 100 г асо и от 18,8 до 29 % асо, соответственно. Максимальные значения данных показателей характерны для сорта Кармин: содержание антиоксидантов - 20,88 г рутина/ 100 г асо и содержание белка — 28,4 % асо.
3. Сравнительный анализ биохимического состава листьев показал высокое содержание кальция (от 128,4 до 186,4 г/кг сухой массы сырья), макро- и микроэлементов, аскорбиновой кислоты (до 292,1 мг%), водорастворимого пектина (от 6,0 до 15,0 г /100 г асо), белка (14-35% абсолютно асо), максимальное содержание которых достигается в фазу массовой бутонизации.
4. Выявлены обратные корреляционные зависимости содержания кальция с водорастворимыми пектинами. Максимальные значения корреляционных зависимостей имеют сорта Жайвир (г = - 0,80...- 0,97) и Эльбрус (г2ооб = -0,82...- 0,86). Показано, что водорастворимые пектины амаранта обладают антиоксидантной активностью в среднем по всем сортам амаранта до 5,5 г рутина/ 100 г асо.
5. Сушеные листья амаранта всех исследуемых сортов обладают высокой антиоксидантнои активностью в среднем от 6,6 до 14 г рутина/ 100 г абсолютно сухого образца, максимальное значение которой наблюдается в фазу массового цветения растений. Наибольшую тенденцию к накоплению антиоксидантов проявляют сорта Кармин, Харьковский и Кремовый ранний.
6. Выявлены прямые корреляционные зависимости антиоксидантнои активности 70%-ных водно-спиртовых экстрактов листьев амаранта от содержания флавоноидов. Максимальное количество флавоноидов до 1 г рутина/ 100 г асо достигается в фазу массового цветения амаранта. Наиболее богаты флавоноидами сорта Кармин, Харьковский и Кремовый ранний. Коэффициент корреляции для данных сортов составил г = 0,53...0,88.
