CC BY
37
8. Parr A.J., Waldron K.W.j Ng A., Parker M.L. (19®:,The wall-bound phenolics of Chinese Water Chestnut (Eleocharis duicis). J. Sci. Food Agric. 71, 501-507.
9. Tijskens Hertog' M.L.A.T.M., Rodis P.S.,
Kaiantzi U., Van Dijk C. (1997a): Kinetics of polygalacturonase activity and firmness of peaches during storage. Submitted J. Food Eng.
10. Tijskens Rodis P.S. (1997b): Kinetics of enzyme activity in peaches during storage and processing. Food Technol. & Biotechnol. 35, 45-50.
11. Tijskens L.M.M,, Rodis P.S., Hertog M.L.A.T.M., Waldron K.W., Ingham L,, Projienia N,, Van Dijk C. (1997c): Activity of peroxidase during blanching of peaches, carrots and potatoes. Accepted J. Food Eng.
12. Tijskens Waldron K.W., Ng A., Ingham L., Van Dijk C. (19Q7d): The kinetics of. pectin methyl e.sterase in potatoes and carrots during blahching. Submitted. J. Food Eng.
13. Luning P.A., Tijskens Sakin S., Roozen J.P.
(1997): Modelling of lipid oxidation, Strecker degradation and Maillard reaction products during hot-air drying of bell peppers (Capsicum annuum). Submitted J. Sci. Food Agric. Chapter 8 in: Luning P.A. (1995): Characterisation of flavour of fresh bell peppers and its changes after hotair drying; An instrumental and sensory evaluation. PhD. Thesis Landbouwuniversiteit Wageningen, September. Wageningen, the Netherlands.
14. Ponne C.T., Moller A.C., Tijskens Bartels P.V.,
Meijjer M.M.T. (1996): Influence of microwave and stem heating on lipase activity and microstructure of rapeseed (Brassica napus). J. Agric. Food Chem. 44, 2818-2824.
;■Mpcmynujia 10.01.99
631.576.002.62
ФИЗИЧЕСКАЯ СУЩНОСТЬ ЯВЛЕНИЯ СИЛЫ СЕМЯН И ЕЕ ГРУППОВЫЕ СВОЙСТВА
И.П. ВЫРОДОВ
Кубанский государственный технологический университет
Несмотря на многочисленные попытки установления сущности явления силы семян и ее природы, до сих пор нет законодательного акта [1], согласно котором}/ это понятие было бы корректно введено как в качественном, так и в количественном аспектах.
В настоящее время в качестве количественной меры этого явления принимаются самые различные физиологические свойства семян, например, скорость роста, либо проникновение проростков через выбранные (стандартные) толщи насыпной крошки кирпича, песка, бумаги и других веществ, а также электропроводность, всхожесть, жизнеспособность, дыхание семян и другие проявления их всхожести и жизнеспособности [1]. Обстоятельные исследования взаимосвязи этих и других свойств семян проведены в работах [1-3]. Однако упорядочивание физиологических и иных Свойств семян в поисках их жизненной силы до сих пор не проводилось. В работе [1] выделено десять свойств, ухудшающих силу семян, и перечислены причины, вызывающие ее снижение: генетические, физиологические, морфологические, цитологические, механические и микробиологические. Неочевидно, однако, что эти шесть факторов, как и отмеченные десять свойств, снижают силу семян, ускоряя процессы их старения, посредством интенсифицирования дыхания, нарушения целостности мембран, агрономической стрессовости и др. В заключении работы [1] выделен пункт ’’Природа сил семян”, в котором отмечено девять общеизвестных утверждений, не раскрывающих истинной природы рассматриваемого явления. Таким образом, можно прийти к выводу,-1 что;разрозненные, интуитивно-эмпирические понятия некоей силы семян не дают возможности целенаправленного учета биологических и иных свойств зерна для установления искомого феномена, объединяющего действия перечисленных факторов.
Понятие биологической силы семян должы® быть связано прежде всего с биологическим потенциалом семян Г1, который является м ДЭшаоамет-рическим функционалом, ДействителыЩ числен-
ное его значение зависит от физиологических, генетических, цитологических, морфологических групп и некоторых физико-химических, биофизических и биохимических факторов деградации организма на клеточном и надклеточном уровнях. Перечисленные групповые факторы зависят от ^-параметров биологических систем. С помощью этих параметров и 11-потенциала можно установить парциальные силы согласно общему выражению
(1)
В дальнейшем изложении целесообразно ввести безразмерные п.- П/П0 и ^-величины, отнесенные к их характерным значениям. При таком описании окажутся обезразмеренными также и введенные нами силы.
Понятие биологического потенциала тесно связано с понятием жизнес пособности семян Же = п. Условия, в которых формируется жизнеспособность семян, а следовательно, и биологического потенциала, существенно влияют на вид временной зависимости жизнеспособности. Так, в работе [2] приводятся примеры, показывающие, что в условиях свободного хранения зерна жизнеспособность семян характеризуется 5-образной кривой, как и жизнеспособность населения [4] в цивилизованном обществе, обеспеченном хорошим медицинским обслуживанием и прочими социальными (в основном экономическими) условиями. При герметизации семян происходит отступление от нормального вида кривой, оно тем больше, чем больше изменение температуры по отношению к нормальной. Изменение температуры и режима дыхания семян изменяет последовательность функционирования клеток по сравнению с нормальным, вследствие чего происходят нарушения метаболизма, порядка продуцирования необходимых для развития зародыша белков, а также изменения внутриклеточных и внутриядерных процессов, ведущих к деградации клеток.
Накопительный характер 5-образной функции нормального распределения вероятностей отражает совершенно общий и главный жизненный процесс, который заключается в старенди организма.
Именно этот процесс происходит на протяжении всей жизни семян, от их зарождения и до гибели. Само по себе явление старения заключается в необратимости всех жизненных процессов. Сюда следует отнести прежде всего непрерывно увеличивающийся износ организма на всех его уровнях — от клетки до отдельных органов. Также весьма существенно явление прогрессирующего накопления продуктов метаболизма. Хотя в процессах деления пролиферирующих клеток и происходит высвобождение этих продуктов, они остаются в межклеточном пространстве и дальнейший их вынос или переработка с течением времени становятся все более затруднительными в силу старения надклеточных механизмов организма. Факт старения уменьшает биологический потенциал организма и увеличивает численное значение кумулятивной функции распределения вероятностей Р, содержащей стохастическую интегральную информацию о его жизнеспособности. Между этими величинами существует очевидная связь
л=Жс = { 1 - Р). (2)
В целом состояние организма характеризуется гомеостазом — устойчивостью функционирования организма, включающего самоорганизационные процессы в противостоянии или приспособлении их к внешним условиям. Так, строение зерна, его покров существенно влияют на жизнеспособность, продолжительность и глубину состояния покоя, а следовательно, на долговечность семян. В целях сохранности семени покров должен быть достаточно прочным, а чтобы в неблагоприятных условиях задержать прорастание семени, он должен быть закрытым, но достаточно проницаемым для влаги, чтобы обеспечить минимально необходимое поступление ее для метаболизма клеток и предотвращения распада структуры ядра и эндосперма в необратимо закритическом состоянии семени. Именно в этом заключается самоорганизационный фактор морфологических свойств семени. Аналогичными самоорганизационными свойствами обладают генетический, цитологический, физиологический и антидеградационные факторы организма.
Явление старения семян следует параллельно гомеостазу, снижая его биологический потенциал, поэтому, будучи интегральным фактором, оно определяет уровень биологического потенциала и устойчивость функционирования организма, т.е. гомеостаз. Выберем безразмерный параметр старения 5, который согласно физическому смыслу явления старения должен быть пропорциональным времени г *■■■..■■
^ = к8г, (3)
где коэффициент старения к3 отражает онтогенетическое свойство семени. Представим теперь суммарную силу старения семян в обезразмеренном виде
сум йз
1
сіл
сіх'
(4)
Для того чтобы раскрыть это выражение, введем следующие биологические группы и их обозначения как функций: генетическая С}Г, цитологическая (?ц, физиологическая 0ф, морфологическая @м и группа деградационных параметров (2Д. Все указанные }-величины будем считать обезразмерен-ными. С учетом введенных нами пяти биологиче-
ских ^-групповых функций и ^-параметров биологического потенциала раскроем выражение [4] следующим образом:
дл ЗС?Г <іді дл ^ дОц йді
д<2г і д<7г ^ д@Д / а<? сіз
+
+
дл
дл
д<Э, к ддк (із Э<ЭМ , дде
д, фх
дЛ
ддт а о
Д. бх
ддп (із дС}
д. бф
дд. сія
(5)
В этом выражении факторы деградации разделены на три слагаемых — физико-химическое Д, ФХ, биохимическое Д, БХ и биофизическое Д, БФ. В первом случае возможны механические, электрофизические, электрохимические и другие повреждения, во втором — нарушения стехиометрии полипептидных цепей и т.п., в третьем — нарушения биологических структур ДНК, РНК и др. В этих трех слагаемых возможно также появление перекрестных эффектов группового и ^-параметрического порядка.
Практическое использование совершенно общего выражения (5) для установления суммарной силы остается достаточно сложным, однако намеченный путь установления феномена силы является единственным.
Чтобы оценить сложность проблемы, рассмотрим сначала содержательность введенных нами первых четырех групп.
Объектами генетической группы параметров являются ДНК, матричная (информационная) РНК, транспортная (адапторная) РНК, рибосомы, аминокислоты, митохондрии, мембраны и другие генетически менее важные обитатели клеток организма. Основными процессами являются: считывание генетического кода с ДНК информационной РНК и доставка его к рибосомальной РНК вместе с аминокислотами адапторной РНК. В результате целенаправленного функционирования этих четырех агентов клетки происходит самый главный внутриклеточный процесс биосинтеза белка на рибосомах. С точки зрения расчета жизненной силы важным является вклад наследственных и ненаследственных изменений (вариаций, мутаций) генотипа. Сюда могут входить, как и в последнее слагаемое формулы (5), хромосомные аберрации генетического и цитологического типов, ре-пликационные ошибки ДНК, РНК и других объектов клетки, влияющих на наследственность. Несмотря на то, что качественный механизм биосинтеза белка на рибосомах известен, природа этого механизма до сих пор остается загадкой, хотя успехи современной молекулярной генетики огромны, особенно в расшифровке генетического кода ДНК.
Цитологическое слагаемое учитывает структурные изменения и жизнедеятельность клетки в целом. В цитологии генетике отводится та ее часть, которая составляет проблемы наследственности и
ее
чи
ПЄ)
ЙЕ
МО,
час
рої
и з
их
ся
ще:
зис
и в
ВЫ|
ни<
ты
ЩЄІ
емс
ЖЄ1
ЧЄС1
СТВ]
СКО|
„й
стаї Всі нові исс. био; кул: ло г стве поа
ЮТС:
фол
Л0Г1
вреи
ОТН(
ч
ЦЄНІ
груп вкла ся л ные
(5)
*(>■
пара
чині
цион
фори
ее изменчивости. Но поскольку это выделение в чистом виде невозможно, то существуют области пересечения цитологии и генетики.
Физиологическое слагаемое отражает сущность процессов, протекающих в целостном организме. Применительно к семенам — это процессы взаимодействия ядра и эндосперма и других составных частей семени, процессы, способствующие формированию зародыша ядра в период возникновения и зарождения проростков, а также формирования их качества. Естественно, существенными являются процессы взаимодействия семени с окружающей средой. Наличие областей пересечения физиологии, цитологии и генетики очевидно.
Морфологическое слагаемое включает внешнее и внутреннее строение семени, а при зарождении выростков и росте растений — также и их строение. Особенно важными являются свойства защиты семени от негативного воздействия окружающей среды и полезного симбиоза с нею, проницаемость для влаго- и теплопереноса, а также подверженность внешним механическим, физико-химическим, биохимическим и биофизическим воздействиям. Все эти процессы влияют на физиологическое, цитологическое и генетическое состояния организма.
Перечисленные четыре групповых фактора составляют основу биологической науки о семенах. В современном виде эта наука, благодаря проникновению в нее физических и химических методов исследования, обогатилась новыми ветвями — биохимией и биофизикой. Их вторжение в молекулярную биологию очень существенно раздвинуло границы взаимопересекающихся областей естественных наук. Это сказывается на том, что три последних слагаемых в формуле (5) распространяются на все генетические, цитологические и морфологические объекты клеток, а также на физиологию семян, организмов и растений. В то же время некоторые параметры ^-величин могут быть отнесены не только к одной из введенных нами С?(ггрупп.
С целью придания формуле (5) практической ценности введем в биологический тг-потенциал групповые веса К^, равные численным групповым вкладам в этот потенциал, который теперь окажется линейно зависимым от ^-величин. Производные перед соответствующими суммами в формуле (5) окажутся равными весовым коэффициентам К( у Введем также двухиндексовые весовые вклады параметров старения )С(} () в групповые ^величины и трехиндексовые )С() (^ (^-вклады в деграда-ционные слагаемые. С учётом этого перепишем формулу (5) в следующем виде:
X 2
Д, Фх
йх
+ к..
(У \
йд:
йх
+ Я'х
-~Г + К 2 (УС \ лм, /
К8 йх м , К
\ / 1 5 У
ах
+ К Ах 2 Х
Д, фх
2
р
(уС ^ б*
йд„
~Г+ К 6* X йх д:6ф
/ п \ уР лд, бф <4
К йх
1 5 / .
(6)
Согласно физическому смыслу /с5 и коэффициентов Х(), назовем их коэффициентами старения, равно и комбинации Х{ ]/к3, а ^-параметры — частными параметрами старения. Производные по времени от этих параметров являются скоростями старения и деградации определенных свойств: генетических, цитологических, физиологических и морфологических. Природа этих скоростей заключается в групповой необратимости соответствующих свойств. В трех последних слагаемых скорости старения определяются возникновением и накоплением физико-химических, биохимических и биофизических дефектов, затрудняющих групповые функционирования организма. Сюда относятся также внешние факторы, такие как ионизирующее излучение, введение в организм веществ, разрушающих жизненные процессы вследствие возникающих дефектов указанных в формуле [6] типов, действия микроорганизмов и др.
Установление биологических /Г( ^вкладов проводится с учетом онтогенетических свойств объекта, поэтому их можно назвать онтогенетическими вкладами. Групповые Х[ ]/^.-коэффициенты старения определяются с учетом интенсивности (скорости) старения по данному <7( }-параметру, принадлежащему данной группе параметров старения. Поэтому по происхождению эти величины можно назвать также онтогенетическими коэффициентами старения. Таким образом, нами раскрыт физический смысл первых четырех слагаемых в выражении [6].
Аналогично двухиндексовые К() ( ^коэффициенты являются весовыми вкладами деградации физи-ко-химической, биохимической и биофизической природы. Это вклады механических, генетических, цитологических и морфологических повреждений. Например, повреждения хромосом, мембран митохондрий, белков и других объектов, биохимические нарушения последовательностей нуклеотидов в полипептидных цепях белков, ДНК, РНК-моле-кул, изменения скоростей ферментативных реакций, влияющих на дыхательные функции семян, биофизические нарушения, вызванные снижением метаболической активности, радиацией, повышения проницаемости мембран и т. д.
Трехиндексовые коэффициенты Х()()()//с5 назовем коэффициентами старения дегр'ад’ационного происхождения по данному параметру старения д( ^ в физико-химической, биохимической и биофизической группах деградации.
Приведенные в работах [1, 3, 5, 6] данные по изменению некоторых ^-параметров дают возможность рассчитать лишь некоторые введенные нами коэффициенты жизнедеятельности семян и тем самым выделить лишь парциальные силы семян, а не суммарную силу (6).
Выражение (6) подлежит дальнейшему упрощению введением так называемых феноменологических ^-коэффициентов старения
йх
йд.
2 уг —- + 2 г“ I 1 йх ,
йд.
фх
<*Яя йх
йт йх
а(д
+ у уД- Р _1л
йх
(7)
Это введение должно быть поставлено в соответствие с кумулятивной функцией распределения вероятностей, устанавливаемой эмпирически. В каждый момент времени сумма вкладов старения
должна быть равна производной от экспериментальной кривой старения (жизнеспособности) в данной точке кривой. Обращаясь в связи с этим к формуле [2] и переписывая выражение (4), получа-
ем
р - - _
1
/(г, г,о). (8)
Лг = ±АР^
Ат к„ Ах
л ф ?
Из этого следует, что сила семени (семян) пропорциональна плотности вероятностей нормального распределения, обладающей максимумом при г = т. Подтверждением этого факта являются работы [1], в которых отмечается, что Грабе, Делуш и его ученики пришли к выводу, что сила семян, измеряемая некоторой потенциальной продуктивностью, при созревании семян возрастает до момента полного их созревания и затем снижается, проходя таким образом через максимум. Отсюда приходим к выводу, что среднее время жизни семян х есть время полного созревания семян.
Сравнение выражений (6) и (8) для силы семян показывает, что в плотность вероятности функции нормального распределения коэффициент старения не входит, что оправдывает локальный характер плотности функции нормального распределения вероятностей. В выражение же для силы семян этот коэффициент старения кз входит. С учетом сказанного запишем
, - &
1
ауЖе
-Уг
■ с1х
V. ''!
А
Ах
Ац
Фя,
Ах ' Тл; Ах ' Ш
Аа
Не
Ах
(9)
В случае ограниченного количества варьируемых ^-параметров нетрудно методом наименьших квадратов с помощью этого соотношения рассчитать численные значения коэффициентов.: В работе [1] отмечается, что скорость снижения силы семян определяется онтогенетическими параметрами и условиями хранения (обработкой семян и окружающей средой). В этом случае в выражении (9) остается Незначительное количество слагаемых, что облегчает процедуру численного расчета коэффициентов'правой части этого выражения.
Таким образом, в работе раскрыта природа силы семян и факторов, влияющих на нее. Установлена формула связи между силой семян и плотностью нормальной функции распределения вероятностей. Указаны пути расчета феноменологических коэффициентов старения семян. Показано, что средняя продолжительность жизни семян равна времени их полного созревания.
Работа выполнена по гранту Министерства общего и профессионального образования РФ.
ЛИТЕРАТУРА
1. Хайдекер В. Сила семян / / Жизнеспособность семян. — М.: Колос, 1978. — С. 202-243.
2. Бартон Л. Хранение семян и их долговечность., — М.: Колос, 1964. — 256 с.
3. Поллок Б.М. Влияние окружающей среды после посева семян на их жизнеспособность. — М.: Колос, 1978. — С. 147-166.
4. Канунго М. Биохимия старения. — М.: Мир, 1982. — 294 с.
5. Робертс Е.Г. Влияние условий хранения семян на их жизнеспособность // Жизнеспособность семян. — М.: Колос, 1978. — С. 22-62.
6. Робертс Е.Г. Цитологические, генетические и метаболи-
ческие изменения, связанные с потерей Жизнеспособности // Там же. — С. 244-293. , . ,:
Кафедра физики
Поступила 26.11.98
543: [663.41+663.86 ].002.612:65.011.56
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ИНФОРМАЦИОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ ПУНКТ ЭКСПРЕСС-АНАЛИЗА КАЧЕСТВА ДЛЯ ПИВОБЕЗАЛКОГОЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ
Н.Н. АНИШИНА, И.Н. БУЛАТНИКОВА
Кубанский государственный технологический университет
Для обеспечения систематического контроля сырья, полуфабрикатов, технологических процессов и готовой продукции [1-3] при производстве пива и безалкогольных напитков необходимо применение микропроцессорных средств, организованных в виде локальных специализированных устройств и блоков.
При значительной концентрации таких устройств (например, в заводской лаборатории) есть смысл создать пункт (центр) автоматизированного контроля с многочисленными функциями автоматизации, преобразования (обработки) информации, получаемой от первичных датчиков и ручного измерения химико-технологических параметров. Эти пункты также обеспечат хранение, выдачу и
изменение нормативно-справочной информации [3].
Такой пункт должен быть малогабаритным, дешевым, простым в эксплуатации, а также потреблять незначительное количество электроэнергии и других ресурсов. Важнейшим его свойством должна быть способность к переналадке (модификации), расширению выполняемых функций. Этим требованиям как нельзя лучше удовлетворяют микропроцессоры с наращиваемым программным обеспечением в виде пакета подпрограмм.
Большинство математических вычислений, сопровождающих контрольные операции, таковы, что позволяют использовать разностно-итерационные алгоритмы РИА, в том числе базовый РИА [4]. Это облегчает разработку машинных алгоритмов и программ обработки сигналов от первичных датчиков, а также обеспечивает применение самого простейшего и, как следствие, дешевого микропро-
