Содержание к диссертации
Введение
1 Аналитический обзор 9
1.1 Особенности семян подсолнечника технологического назначения как объекта хранения 9
1.2 Факторы, влияющие на жизнеспособность семян подсолнечника технологического назначения 13
1.3 Влияние биохимических превращений липидов семян подсолнечника при хранении на их технологические свойства 17
2 Методическая часть 27
2.1 Характеристика объектов и общая схема исследования, выбор и обоснование условий хранения семян подсолнечника 27
2.2 Методика проведения экспериментов 33
3 Эксперименталытая часть 40
3.1 Изменение физиологических показателей семян подсолнечника при хранении в различных условиях 40
3.2 Изменение активности ферментов семян подсолнечника при хранении в изучаемых условиях 45
3.3 Изменение химического состава семян подсолнечника при хранении 61
3.4 Определение стойкости к гидролизу и окислению масел, полученных из семян подсолнечника, хранившихся в различных условиях 74
3.5 Изучение безопасности масел, полученных из семян подсолнечника технологического назначения при хранении в различных условиях 83
3.6 Обоснование окислительной стойкости масел, полученных из семян подсолнечника, хранившихся при различных условиях 85
3.7 Проверка адекватности математических уравнений стойкости масел к окислению в зависимости от условий хранения семян подсолнечника до технологической переработки 91
4 Оценка экономической эффективности разработанных уравнений - моделей 94
Выводы 99
Список использованной литературы 102
Приложения 127
- Факторы, влияющие на жизнеспособность семян подсолнечника технологического назначения
- Влияние биохимических превращений липидов семян подсолнечника при хранении на их технологические свойства
- Изменение активности ферментов семян подсолнечника при хранении в изучаемых условиях
- Определение стойкости к гидролизу и окислению масел, полученных из семян подсолнечника, хранившихся в различных условиях
Введение к работе
Интенсивность развития рынка растительных масел и его структурные изменения, связанные с продолжающимся в последние годы появлением все новых сортов и гибридов подсолнечника - основной масличной культуры России - во многом определили направления исследований в масложпровои отрасли. Одним из ведущих направлений научных исследований является прогнозирование показателей качества масличных семян современных сортов и гибридов на основе разработки и совершенствования технологии хранения до переработки, гарантирующих получение из семян высококачественных пищевых масел с высокой пищевой ценностью, повышенной стойкостью при хранении и безопасных для употребления.
К сожалению, проблема получения высококачественных пищевых масел, выработанных из семян длительно хранившихся до переработки остается практически не изученной, несмотря на ее актуальность при создании стратегических запасов семян. В это же время с появлением сортов и гибридов подсолнечника с различным жирнокислотным составом запасных липидов, разработка рациональных способов и условий хранения семян, исключающих снижение пищевой ценности подсолнечных масел, становится невозможной без всесторонних исследований химических, биохимических и технологических характеристик современных сортов и гибридов подсолнечника.
В связи с этим для изучения закономерностей химических и биохимических изменений в семенах подсолнечника современных сортов и гибридов при различных условиях хранения до переработки и полученных из них подсолнечных масел, а так же для выявления индивидуальных особенностей изучаемых сортов и гибридов и для сокращения сроков экспериментов были приняты экстремальные условия хранения семян,
5 включающие хранение семян с массовой долей влаги выше критической, при температуре +37...+38С и в низкокислородной газовой среде.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с Федеральной целевой программой «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2007 -2012 гг.».
Целью работы являлось исследование влияния условий хранения семян сортового и гибридного подсолнечника с различным жирнокислотным составом запасных липидов, выявление физиолого-биохимических изменений в семенах при исследуемых условиях хранения и их влияние на технологические показатели и стойкость масел к окислению. Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:
-изучение влияния хранения в моделируемых экстремальных условиях при повышенной массовой доле влаги и температуре семян в низкокислородной газовой среде на химический состав, биохимические показатели, технологические свойства семян и изменение качества полученного масла;
-изучение комплекса гидролитических и окислительно-восстановительных ферментов семян подсолнечника, хранившихся при моделируемых условиях, и влияние их активности на технологические свойства семян и стойкость полученных масел к окислению;
-изучение интенсивности дыхания семенной массы подсолнечника при моделируемых условиях хранения, оценка технологических свойств семян и качества полученных масел;
-изучение степени накопления продуктов гидролиза и окисления в маслах, выработанных из семян подсолнечника при хранении в моделируемых условиях, и определение стойкости масел к гидролизу и окислению;
-разработка эффективного метода определения безопасности растительных масел с использованием тест - организма Tetrahymena
pyriformis; сравнительная оценка безопасности масел полученных из семян исследуемого подсолнечника, хранившихся в различных условиях, на основании разработанного метода;
-обоснование стойкости масел к окислению с учетом накопления в них суммарных продуктов окисления (числа Тотокс) в зависимости от условий хранения семян подсолнечника, и выявление зависимости числа Тотокс от жизнеспособности семян (их всхожести) и К.Ч., определение приоритетного фактора воздействия;
-экспериментальное и теоретическое обоснование последовательного действия липолитических ферментов семян подсолнечника и накопление в них токсичных продуктов окисления при хранении в экстремальных условиях и их влияние на качество и безопасность полученных масел;
-разработка математических уравнений - моделей прогнозирования стойкости масел к окислению в зависимости от условий хранения семян подсолнечника до технологической переработки и определение предельных границ действия моделей.
Научная новизна работы. Впервые проведено сравнительное исследование хранения семян подсолнечника новых сортов и гибридов, отличающихся по жирнокислотному составу, при естественных условиях хранения, при моделируемом ускоренном старении и при хранении в условиях самосогревания. Установлено, что при хранении семян подсолнечника современной селекции существенно отличается интенсивность и глубина изменений липидного комплекса, влияющие на качество получаемых масел в зависимости от жирнокислотного состава ТАГ и от условий хранения семян.
Установлено, что семена исследуемого подсолнечника современной селекции теряют свою жизнеспособность раньше, чем происходят заметные изменения в химическом составе семян, наблюдается инактивация гидролитических и окислительно-восстановительных ферментов в семенах, коррелирующая с окислительной стойкостью масел, полученных из семян,
7 хранившихся при исследуемых условиях, а также установлена корреляционная зависимость между накоплением продуктов окисления в липидном комплексе семян и уровнем их жизнеспособности с учетом набора жирных кислот триацилглицеролов.
Доказано, что семена, потерявшие жизнеспособность в исследуемых условиях, сохраняют большое количество питательных веществ, тем самым активизируя деятельность поверхностной микрофлоры, в результате проявляется на достаточно высоком уровне активность дегидрогеназ, пероксидазы, липоксигеназы, липаз и интенсивность дыхания.
Впервые выявлены особенности поведения олеиновых и линолевых типов подсолнечника современной селекции при окислении и проведена сравнительная оценка изменения их свойств в исследуемых условиях хранения.
Впервые с использованием тест - организма Tetrahymena pyriformis установлено снижение безопасности подсолнечных масел, коррелирующее с накоплением токсичных продуктов гидролиза и окисления в маслах.
Экспериментально и теоретически подтверждается последовательность действия липолитических ферментов и как следствие их действия -накопление продуктов окисления в маслах, снижающих их качество в зависимости от интенсивности процесса гидролиза и условий хранения семян подсолнечника до технологической переработки.
Практическая ценность. На основании изученных закономерностей количественно оценена степень окислительной стойкости масел, полученных из семян, хранившихся в экстремальных условиях, в зависимости от состава жирных кислот триацилглицеролов.
Разработаны математические уравнения — модели прогнозирования стойкости масел к окислению, в зависимости от условий хранения семян подсолнечника до технологической переработки. Оценена достоверность математических моделей, доказана целесообразность их применения для определения стойкости масел к окислению, позволяющей корректировать
8 условия хранения, учитывая особенности поведения семян подсолнечника олеинового и линолевого типов.
Впервые разработан эффективный метод определения безопасности растительных масел с применением тест — организма Tetrahymena pyriformis, заключающийся в специальной подготовке образца масла и питательной среды с добавлением витаминного компонента - масляного раствора витамина Е концентрацией 30 %, повышающий достоверность результатов анализа, позволяющего оперативно контролировать безопасность масел при сокращении временного интервала, с возможностью исключения длительных дорогостоящих методов определения показателей окислительной порчи установленных в приложениях 1 и 2 к Техническому регламенту на масложировую продукцию в Федеральном законе № 90 - ФЗ от 24 июня 2008г.
Факторы, влияющие на жизнеспособность семян подсолнечника технологического назначения
Вопросы жизнеспособности семян имеют важное значение во многих областях практической деятельности. Под действием на семена факторов (температуры, влажности и кислорода) при хранении в различных условиях происходит снижение всхожести, что говорит о потере семенами жизнеспособности [151, 234, 245, 246].
Существует много причин, которые неоднократно привлекали внимание исследований [65, 139, 182], приводящих к потере жизнеспособности, а, следовательно, гибели семян в процессе длительного хранения в естественных условиях и в более короткие сроки при неблагоприятных условиях.
После открытия феномена физиологической гибели (чаще называемого апоптозом), стало понятно, что гибель живого организма, а именно семян, зависит от гибели клеток, не только как результат их случайного повреждения, но и активации специальных внутриклеточных механизмов самоликвидации [55, 166, 236]. Стало так же известно, что основными инициаторами и эффекторами апоптоза служат ферменты [236].
Апоптоз или запрограммированная смерть клеток представляет собой регулируемый процесс самоубийства на клеточном уровне [27, 251], который приводит к «аккуратной» разборке и удалению клеток. Морфологическими признаками этого активного процесса являются изменения клеточной мембраны, распад клеточного ядра и др.
Другой вид гибели клеток, приводящий к потере жизнеспособности живого организма, и в частности, семян - некроз, отличающийся от апоптоза рядом морфологических и биохимических особенностей. Он развивается в результате повреждения клеточной мембраны химическими агентами или физическими факторами [36, 166]. При некрозе поврежденные клетки набухают, а затем лизируются. Физическими факторами могут выступать различные условия хранения. Известно [55, 65], что жизнеспособность семян может сильно изменяться в зависимости от условий хранения - от дней до недель при высокой влажности и до десятков и даже сотен лет при хранении в сухом состоянии.
Зависимость жизнеспособности семян от разрушения и гибели клеток изучены были ранее. Так, причинами старения семян по Робертсу [65] и Харрингтону [65, 229] являются разнокачественные процессы: разрушение хромосом, потеря митохондриями дыхательной активности, увеличение проницаемости биомембран, образование токсичных продуктов за счет нарушения обмена, разрушение гормонов, которые сопровождаются образованием свободных радикалов.
Жизнеспособность семян на протяжении многих десятилетий считается одним из показателей качества, определяющим их пригодность для дальнейших посевов и технологической переработки [25, 32, 116, 118, 165], поскольку является проявлением способности семян противостоять разрушительным внешним факторам и отражает уровень приспособленности семян к условиям внешней среды, обусловленной особенностями их химического и анатомического строения.
При хранении в неблагоприятных влажностных и температурных условиях, на поверхности семян активно развивается микрофлора, в результате чего может начинаться процесс самосогревания. Хранение семян в таких условиях приводит не только к резкому снижению жизнеспособности, но и к ухудшению их химического и жирнокислотного состава, и как следствие, ухудшаются технологические показатели, и снижается качество вырабатываемых из них масел [124, 128, 172].
Так же определено [24, 123], что на технологические показатели семян оказывает влияние не избыток С02, а недостаток кислорода в газовой среде. Механические повреждения семян подсолнечника и его покровных оболочек способствует развитию микроорганизмов. На семенах повышенной влажности развитие поверхностной микрофлоры приводит к разрушению ткани зародыша и накоплению токсичных продуктов в семенах [123, 124].
Липиды семян подсолнечника при активном развитии микрофлоры разрушаются ранее других соединений [33, 58]. При развитии мицелиальных грибов происходит накопление токсичных продуктов распада, вызывающих инактивацию жирорасщепляющих ферментов [172].
Необходимые условия протекания окислительных процессов липидов в семенах - повышенные влажность и температура семян, наличие кислорода в окружающей среде хранения. Семенная масса имеет низкую теплопроводность, поэтому образующееся тепло задерживается, и температура в ней постепенно повышается, как следствие гидролиза сложных органических веществ - белков, жиров, углеводов, до более простых соединений с выделением свободной тепловой энергии, тем самым, приводя к гибели семян [65, 115, 123, 172, 196, 205].
На сегодняшний день проблема сохранения технологических свойств семян подсолнечника и получение высококачественных масел, из семян, потерявших жизнеспособность полностью не изучена. Так, одни авторы считают [35, 65, 131, 205], что гибель семян, происходящая в результате воздействия внешних факторов, тем самым не значительно влияет на технологические свойства, другие [24, 65], что гибель, наступающая в результате биохимических процессов, как в самих семенах, так, и под действием поверхностной микрофлоры значительно сказывается на качестве полученных масел из «мертвого» подсолнечника [194, 197, 249]. Приведенные литературные данные, касающиеся проблем влияния жизнеспособности семян на качество вырабатываемо масла, полны противоречий и неясностей, что свидетельствует о неполноте и несопоставимости имеющихся предположений.
Влияние биохимических превращений липидов семян подсолнечника при хранении на их технологические свойства
Наиболее лабильной фракцией в семенах подсолнечника являются их липиды. Гидролитический и окислительный распад значительно изменяют липидный комплекс семян, который подвергается биохимическим превращениям в условиях хранения [118, 163, 203]. Наибольшие изменения липидов наблюдаются при увеличении удельной поверхности соприкосновения липидов с кислородом воздуха [140, 181]. Чем выше степень дисперсности, тем больше взаимодействие липидов не только с кислородом, но и с образующимися при этом кислородосодержащими компонентами.
Входящие в состав липидов триацилглицеролы могут подвергаться гидролизу под действием собственных ферментов и ферментов микроорганизмов, окисляться под действием ферментов и кислорода воздуха или самоокисляться в результате цепных свободно-радикальных процессов [61,68,213].
Во время хранения в различных условиях доля ТАГ в липидах снижается [10, 11, 20, 32, 59, 98, 243]. Неактивные липазы при неблагоприятных условиях хранения обычно активируются. Происходящее при этом накопление свободных жирных кислот приводит к тому, что вырабатываемые в промышленности масла могут стать непригодными по показателю кислотного числа для пищевых целей или потребуется дополнительная обработка, необходимая для нейтрализации этих кислот [1,31,32,92,227]. Согласно исследованиям [202, 209, 212], повышение активности липолитических ферментов в процессе хранения семян зависит от ряда внешних неблагоприятных факторов - повышенной влажности и температуры, наличия кислорода атмосферы, развития микрофлоры на семенах. Степень гидролиза липидного комплекса семян подсолнечника оценивается, в основном, по кислотному числу масла (К.Ч.) и активности кислых и щелочных липаз [118, 162]. Такие закономерности зафиксированы не только для семян подсолнечника [32, 65, 69, 115, 118, 205], но и для других культур [65, 76, 78, 82, 91], причем отмечено накопление СЖК даже в семенах, хранящихся при оптимальной влажности и температуре. Хранение семян сопровождается уменьшением содержания ТАГ, в липидной фракции идет накопление СЖК. В семенах подсолнечника, потерявших жизнеспособность, активность липазы снижается в 4 - 6 раз. Но поскольку полной инактивации ее не происходит, не исключено, что накопление СЖК продолжается и в мертвых семенах [32, 118].
Возможность получения пищевых растительных масел, обладающих высокой пищевой ценностью и окислительной стойкостью, из семян подсолнечника, потерявших жизнеспособность при длительном хранении или хранении в экстремальных условиях требует дополнительного изучения, поскольку литературные данные по этому вопросу полны неясностей. Несмотря на известность рекомендаций по целесообразности хранения «мертвых» семян [28], снижение всхожести семян по-прежнему является для технологов индикатором нарушения условий хранения, что, естественно, отражается отрицательно на технологические свойства семян [19, 97].
Поскольку оптимум условий длительного хранения для многих видов культур установлен эмпирическим путем без учета биологических особенностей сохраняемых семян, необходимо получение дополнительных данных для решения проблемы сохранения жизнеспособности семян, особенно масличных растений, условия длительного и экстремального хранения которых менее всего изучен.
Для сохранения семенной массы подсолнечника в жизнеспособном состоянии необходимо предотвратить или свести к минимуму активность ферментов в этой сложной биологической среде, чтобы исключить преждевременную гибель семян. В связи с этим исследование биохимических процессов, протекающих в семенах сортового и гибридного подсолнечника в послеуборочный период, установление причин их возможных отклонений, приводящих к развитию физиолого-биохимических нарушений в семенах, актуально и позволит усовершенствовать режимы хранения и избежать потери семенной массы.
Дыхательный газообмен семенной массы — одно из важнейших проявлений жизни. Его изучению посвящалось и посвящается большое число работ [24, 57]. Интенсификацию дыхания семян подсолнечника при хранении принято увязывать с нарушением структурной целостности клеток. Следовательно, изучение изменений интенсивности дыхания и установление корреляции этих изменений с состоянием ферментных систем, участвующих в процессе дыхания, при оптимальных и экстремальных условиях хранения семенной массы современных сортов и гибридов подсолнечника, ПОЗВОЛРЇТ расширить существующие представления. О механизмах хранения семян и потери ими жизнеспособности при хранении в послеуборочный период и при дальнейшем хранении до технологической переработки с сохранением высокого качества семян, гарантирующего получение безопасных для употребления подсолнечных масел существует много противоречивых мнений.
Состояние ферментных систем, участвующих в окислительных процессах, является важнейшим показателем жизнеспособности семян растений. Согласно исследованиям авторов [96, 110, 249] способность семян к прорастанию коррелирует с активностью их дегидрогеназных систем, осуществляющих диссимиляцию дыхательных субстратов. В противоположность этим работам другие авторы [21, 32] указывают на прямую зависимость между жизнеспособностью семян и активностью некоторых оксидаз и пероксидазы. Так, по данным Пауля [242], при потере всхожести семян подсолнечника активность пероксидазы падает до нуля. Исследованиями других авторов [96, 194, 199] доказано, что в мертвых семенах подсолнечника обнаружена достаточно активная пероксидаза.
Большую роль в снижении технологических свойств семян и ухудшении качества вырабатываемого масла играет липоксигеназа. Этот фермент генерирует большое количество синглетного кислорода, в результате рекомбинации пероксидных радикалов. Таким образом, при липокешеназном окислении жирных кислот возникают свободно-радикальные состояния и протекает образование синглетного кислорода, т.е. кислород, у которого все электроны спарены [101].
Активность липоксигеназы семян подсолнечника в связи с технологическим качеством и жизнеспособностью семян была изучена не достаточно полно и существует большое количество противоречивых мнений относительное ее действия [97]. Окислительные процессы в лип идах семян протекают сложно. Продукты окисления липидов при переработке семян частично переходят в масло и отрицательно влияют на его качество. Механизм окислительных изменений под действием липоксигеназы существенно меняется при повышенной влажности семян и температуре их хранения и строго зависит от доступа кислорода в среду хранения [109, 249]. По современным представлениям окисление — цепной процесс, протекающий с образованием свободных радикалов под действием «активного кислорода» [68, 140, 203]. В результате действия кислорода воздуха и активации липоксигеназы семян при хранении происходит накопление различных продуктов окисления, многие из которых ухудшают органолептические (вкус, запах) и технологические свойства. Некоторые продукты окисления, кроме того, затрудняют дальнейшую переработку масел, применяемых для получения различных видов пищевых и даже технических продуктов. Необходимо учитывать, что жиры и масла представляют собой весьма сложную смесь разнообразных триацилглицеролов и сопутствующих им веществ. То многообразие путей, по которым может идти их разрушение сопровождается образованием большого количества разнообразных продуктов, начиная с перекисей, являющихся первичными продуктами окисления, и кончая новыми жирными кислотами и продуктами конденсации [11, 112, 213, 140, 240]. При этом в продуктах окисления могут даже возникать новые непредельные связи (рисунок 1).
Изменение активности ферментов семян подсолнечника при хранении в изучаемых условиях
Первым этапом исследований влияния различных условий хранения на биохимические изменения в семенах, технологические показатели и качество вырабатываемых масел явилось изучение активности липолитического и окислительно-восстановительного комплекса ферментов. Изменение активности липаз подсолнечника. Во время хранения семян запасы триацилглицеролов уменьшаются в результате их гидролиза, протекающего под действием липаз. Происходящие при этом процессы сопровождаются накоплением свободных жирных кислот в исходном сырье. Изучение активности важнейших гидролаз в семенах подсолнечника позволило выяснить неоднозначный характер изменений активности как кислых (оптимум активности при рН 4,8), так и щелочных (оптимум активности при рН 8,5) липаз. Анализ активности кислых липаз исходных семян сортового и гибридного подсолнечника показал, что наибольшей активностью кислых липаз обладают семена гибрида Юпитер, активность ферментного комплекса исходных семян (контроля) составляет 23,11 см3 0,1н КОН/10 г ядра семян за 1 час, что значительно выше активности ферментов семян сортового подсолнечника - у семян сорта Круиз - активность кислых липазы исходных семян (контроля) - 14,62, а у семян сорта Флагман — 20,54 см3 0,1н КОН/10 г ядра семян за 1 час. Активность кислых липаз гибридного подсолнечника направленной селекции - Кубанский 341 и Краснодарский 917 - находится на одном уровне и равна 22,52 и 22,62 см3 0,1н КОН/10 г ядра семян за 1 час, соответственно (рисунок 3).
Наибольшее снижение активности кислых липаз прослеживается у семян подсолнечника олеинового типа - сорта Круиз и гибрида Кубанский 341 - на 32 %, а у семян гибридного подсолнечника Юпитер снижение активности кислых липаз было менее значительным - на 19 %. Семена сорта Флагман и гибрида Краснодарский 917 по снижению активности ферментного комплекса занимают промежуточное положение — снижение активности их кислых липаз на 30 и 23 %, соответственно. Наибольший рост активности щелочных липаз при хранении семян подсолнечника в течение двух лет в благоприятных условиях наблюдается у семян гибрида Юпитер - в 2,1 раза (рисунок 3). Повышение активности того же ферментного комплекса в других исследуемых семенах сортового и гибридного подсолнечника менее чем в 2 раза. Характер изменения активности кислых и щелочных липаз при естественном хранении аналогичен и в условиях ускоренного старения семян. Активность кислых липаз для всех семян исследуемых сортов и гибридов подсолнечника в течение периода ускоренного старения снизилась. Снижение активности ферментного комплекса варьировала от 23 % (гибрид Юпитер) до 41 % (гибрид Кубанский 341) (таблица 7). Активность же щелочных липаз резко возросла (более чем в 2 раза). Как видно из таблицы 7, активность кислых липаз при ускоренном старении снижается у семян подсолнечника олеинового типа сорта Круиз - в 1,4 раз, у семян линолевого типа сорта Флагман - в 1,6 раза, у семян гибрида Юпитер - в 1,3 раза, гибрида Краснодарский 917 - в 1,5 раза и у семян гибрида Кубанский 341 - в 1,7 раза, тогда как щелочные липазы резко активируются более, чем в 2,5 раза. Известно, что существует множество форм липаз с различной подвижностью молекулярной структуры их активного центра. Следует отметить, что оптимум действия липаз значительно меняется в зависимости от физиологического состояния семян. По всей вероятности, это связано с накоплением в погибших семенах щелочных соединений, и в частности, аммиака. Это объясняется феноменом физиологической гибели (чаще называемого некрозом), развивающимся в результате повреждения клеточной мембраны химическими агентами или физическими факторами, и как следствие данного процесса смещение рН в клетках семян подсолнечника в щелочную сторону, что приводит к усилению активности щелочных липаз [95,138,205]. Подобная закономерность в изменении активности кислых и щелочных липаз была установлена также при хранении семян при самосогревании (таблица 8). Как следует из полученных данных (таблица 8), снижение активности кислых липаз и возрастание щелочных находятся на одном уровне, как и при других условиях хранения семян сортового и гибридного подсолнечника современной селекции. В процессе хранения при самосогревании активность кислых липаз семян сорта Круиз снизилась — на 29 %, у семян сорта Флагман - на 43 %, у семян гибрида Юпитер - на 19 %, у семян гибрида Кубанский 341 — на 40 % и у гибрида Краснодарский 917 - на 33 %, в то же время активность щелочных липаз семян подсолнечника возрастала. Как было ранее отмечено, при различных условиях хранения наблюдается снижение и потеря всхожести и энергии прорастания, сопровождающиеся уменьшением массовой доли запасных липидов в семенах. Однако, при этом нельзя утверждать однозначно о прекращении биохимических процессов в семенах сортового и гибридного подсолнечника современной селекции, поскольку сохраняется высокая активность гидролитических ферментов. Можно утверждать, что в семенах энергетические запасы высоки, так как в них все еще остается достаточно много триацилглицеролов.
Подтверждением возможности дальнейшего использования и расходования запасных липидов может служить высокая активность липаз в хранящихся и потерявших жизнеспособность семенах. В то же время необходимо заметить, что в семенах, потерявших всхожесть, протекают окислительные процессы при всех рассматриваемых условиях хранения. Для подтверждения данного высказывания нами было проведено сравнительное изучение комплекса окислительно-восстановительных ферментов в семенах сортового и гибридного подсолнечника двух типов современной селекции при потере ими жизнеспособности при хранении в различных условиях. Изменение активности оксидоредуктаз при хранении семян подсолнечника в различных условиях. Дальнейшие исследования были направлены на изучение окислительно-восстановительных, в частности, дыхательных ферментов. Определение активности этих ферментов проводили при всех условиях хранения и изучали корреляцию этой активности с всхожестью семян подсолнечника и качеством получаемых масел в процессе хранения. Процессы окисления в дыхательных цепях семян начинаются под действием дегидрогеназ. Результаты исследований суммарной активности дегидрогеназ при хранении семян в естественных условиях представлены в таблице 9. Как следует из данных, приведенных в таблице 9, при естественном хранении в течение двух лет наблюдается снижение активности дегидрогеназ и пероксидазы семян подсолнечника, коррелирующей со снижением всхожести. Наибольшая активность этих ферментов у исходных семян гибридного подсолнечника линолевого типа - Юпитер, а наименьшая - у семян подсолнечника олеинового типа сорта Круиз. Наименьшее снижение активности дегидрогеназ (в 2,3 раза) установлено у гибридного подсолнечника с высоким содержанием р-токоферолов
Определение стойкости к гидролизу и окислению масел, полученных из семян подсолнечника, хранившихся в различных условиях
Биохимические изменения, протекающие в исследуемых семенах подсолнечника при хранении в моделируемых условиях, позволяют предположить, что при всех исследуемых вариантах хранения происходит накопление в клетках семян продуктов гидролиза и окисления липидов, тем самым, ухудшая качество вырабатываемых из них масел.
Образование свободных жирных кислот при гидролизе липидов будет приводить к накоплению продуктов свободно-радикального окисления в фосфолипидах, которые вызывают структурные нарушения в мембранах клетки. Эти нарушения могут происходить вследствие разрушения полярными перекисными группировками, локализированными в жирных кислотах фосфолипидов, гидрофобного барьера мембран. Перекиси жирных кислот разобщают окислительное фосфорилирование и вызывают набухание митохондрий, сопровождающееся увеличением скорости потребления кислорода, что в свою очередь приводит к интенсификации свободно-радикального окисления липидов и, следовательно, к накоплению продуктов окисления липидных групп. Результатом деятельности этого цикла является прогрессирующее накопление продуктов окисления, которые усиливают процессы автолиза в тканях и накопление токсичных продуктов [87]. Поскольку окисление липидов приводит к образованию в гидрофобных углеводородных цепях жирных кислот полярных перекисных группировок, следует ожидать, что образование перекисей липидов может приводить к изменению ориентации молекул, повреждению мембран или разрушению липопротеинов. С этой целью изучали степень разрушения липидной фракции хранящихся семян и накопление токсичных продуктов по изменению количества свободных жирных кислот (по кислотному числу - К.Ч.), накоплению первичных продуктов окисления (по перекисному числу - П.Ч.), накоплению вторичных продуктов окисления (по анизидиновому числу -А.Ч.) в масле семян и числу Тотокс, характеризующего суммарные продукты окисления. Рост кислотного числа рассматривается как индикатор процессов снижения жизнеспособности и технологического качества семян при хранении.
Такие закономерности зафиксированы не только для семян подсолнечника [65, 69, 87, 118, 205], но и для семян клещевины, сои и других культур [76, 82, 91]; причем отмечено накопление СЖК даже в семенах, хранящихся при оптимальных условиях. Хранение семян сопровождается уменьшением содержания ТАГ, в липидной фракции идет накопление СЖК. Но поскольку полной инактивации липаз не происходит, не исключено, что накопление СЖК продолжается и в мертвых семенах [65, 118]. Исходные семена подсолнечника различаются по значению кислотного числа (таблица 20). Так, у семян подсолнечника сорта Круиз и гибридного подсолнечника Юпитер и Кубанский 341 это значение находится на одном уровне (1,5, 1,6 и 1,8 мг КОН/г, соответственно), а у семян линолевого типа сорта Флагман и гибрида Краснодарский 917 - 2,4 и 2,1 мг КОН/г, соответственно. При хранении в течение двух лет исследуемых семян сортового и гибридного подсолнечника новой селекции в благоприятных условиях естественного хранения наблюдается незначительное повышение кислотного числа масла, не выходящее за пределы ГОСТа (таблица 20). Повышение К.Ч. прослеживается и при хранении семян сортового и гибридного подсолнечника в условиях ускоренного старения (таблица 20). Значение К.Ч. масла у семян подсолнечника олеинового типа - сорта Круиз и гибрида Кубанский 341 заметно возросло - в 2,7 и 2,4 раза, соответственно, а у семян подсолнечника линолевого типа рост показателя не более чем в 2 раза. При хранении семян подсолнечника при самосогревании, так же наблюдается значительное увеличение данного показателя (таблица 20): у семян сорта Круиз и гибрида Юпитер К.Ч. возросло в 4,5 раза, у семян сорта Флагман в 2,5 раза. Показатель К.Ч. для гибридного подсолнечника направленной селекции - Кубанского 341 и Краснодарского 917 — в 3,8 и 3,2 раза, соответственно. Возрастание кислотного числа коррелирует с активностью щелочных липаз (таблица 8), чем и объясняется увеличение К.Ч. в условиях самосогревания. Значение К.Ч. масла у семян заметно возросло независимо от типа подсолнечника. Анализ экспериментальных данных показал, что семена сортового и гибридного подсолнечника наиболее подвержены гидролитическим процессам при самосогревании, так как благоприятными для активного действия липаз, катализирующего процесс гидролиза в семенах подсолнечника, являются условия повышенной влажности и температуры. Известно, что в результате действия кислорода на растительные масла, полученные из семян подсолнечника, происходит накопление различных продуктов окисления, многие из которых ухудшают органолептические и технологические свойства. Масла, в которых начались уже окислительные процессы, имеют пониженную стойкость при дальнейшем хранении.
Для определения стойкости масел к окислению, получаемых из исследуемых семян, хранившихся в естественных условиях, были изучены показатели окисления в маслах (рисунок 8). В период хранения в естественных условиях наблюдается значительное возрастания показателя, характеризующего накопление первичных продуктов окисления - П.Ч. у всех масел из семян исследуемого подсолнечника современной селекции (рисунок 8). Так, у сорта Круиз к концу хранения значение П.Ч. возросло в 3,2 раза, у линолевого сорта Флагман и гибрида Юпитер в 4,6 раза, у гибридов Кубанский 341 и Краснодарский 917 - в 3,5 и 3,3 раза, соответственно. Показатель, отражающий накопление вторичных продуктов окисления анизидиновое число, в свою очередь, также увеличивается, но не настолько значительно. Число Тотокс, как видно из рисунка 9, увеличивается более чем в 3 раза у семян подсолнечника линолевого типа, за счет увеличения П.Ч., поскольку представляет сумму удвоенного произведения величины перекисного и анизидинового числа. Но значение данного показателя не превышало максимально допустимое значение показателя для подсолнечных масел - 21,0 [134]. Сопоставление полученных данных дает нам возможность утверждать, что в процессе хранения в естественных условиях в семенах исследуемого сортового и гибридного подсолнечника происходят, в основном, процессы окисления с образованием перекисей и гидроперекисей, которые и накапливаются в семенах подсолнечника и характеризуются величиной П.Ч.. Далее самопроизвольно, за счет перекисного кислорода, происходит накопление вторичных продуктов окисления, что и отображает А.Ч..
