CC BY
30
УДК 543.421/.424:635.1 DOI: 10.24412/1029-2551-2021-3-013
ИССЛЕДОВАНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА СЕМЯН КОРНЕПЛОДНОЙ РЕДЬКИ МЕТОДОМ БЛИЖНЕЙ ИНФРАКРАСНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ
О.В. Елисеева, к.б.н.
РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, e-mail: elysol11@yandex.ru
Методом ближней инфракрасной спектроскопии изучен химический состав семян корнеплодной редьки европейского (сорт Зимняя круглая черная), китайского (сорт Маргеланская) и японского (сорт Дубинушка) подвидов, включенных в перечень Государственного реестра селекционных достижений. Исследования проводили на БИК-анализаторе SpectraStar XT, модель 1400ХТ-3, полный диапазон сканирования которого составляет 1400-2600 нм. Установлено, что семенной материал всех изучаемых образцов семян отличался высоким содержанием протеинов - 31,3232,55% на абсолютно сухое вещество. Наибольшее содержание жиров, фосфора и кальция было в семенах редьки китайского подвида сорта Маргеланская и составило соответственно 2,31, 1,51 и 2,15%. Семенной материал редьки японского подвида сорта Дубинушка превосходил семена других исследуемых сортов по количеству протеинов, клетчатки и несущественно по количеству зольных элементов. Так, содержание протеинов в исследуемых семенах данного сорта составило 32,55%, клетчатки 12,44, а зольных элементов - 3,02%. Простота в использовании, высокая точность и надежность метода ближней инфракрасной спектроскопии дает возможность быстро и без предварительной подготовки провести анализ посевного материала для установления его качества и предварительной оценки будущего урожая.
Ключевые слова: ближняя инфракрасная спектроскопия, редька, корнеплоды, химический состав.
INVESTIGATION OF THE CHEMICAL COMPOSITION OF ROOT RADISH SEEDS BY NEAR-INFRARED SPECTROSCOPY
Ph.D. O.V. Eliseeva
Russian Timiryazev State Agrarian University (RSAU-MTAA), e-mail: elysol11@yandex.ru
The chemical composition of seeds of the European (Winter Round Black variety), Chinese (Margelanskaya variety) and Japanese (Dubinushka variety) subspecies included in the State Register of Breeding Achievements was studied by the method of near-infrared spectroscopy. The studies were carried out on a SpectraStar XT BIC analyser, model 1400XT-3, with a full scanning range of 1400-2600 nm. It was found that the seed material of all the studied seed samples was characterised by a high protein content: 31.32-32.55% per absolutely dry matter. The highest content of fat, phosphorus and calcium was in the seeds of the Chinese radish subspecies of the Margelanskaya variety and amounted to 2.31, 1.51 and 2.15%, respectively. The seed material of the Japanese radish subspecies of the Dubinushka variety surpassed the seeds of other studied varieties in the amount ofproteins, cellulose and insignificantly in the amount of ash elements. Thus, the protein, cellulose and ash content in the studied seeds of this variety was 32.55%, 12.44 and 3.02%, respectively. The ease of use, high accuracy and reliability of the near-infrared spectroscopy method makes it possible to quickly and without prior preparation analyze the seed material to determine its quality and preliminary assessment of the future crop.
Keywords: near-infrared spectroscopy, radish, root vegetables, chemical composition.
Ближняя инфракрасная спектроскопия (БИК-спектроскопия) - это современный инструментальный количественный и качественный анализ различных объектов, основанный на измерении спектров отражения или пропускания в спектральном интервале с диапазоном длин волн 750-2500 нм. Данный метод основан на большой проникающей способности излучения в инфракрасной области внутрь анализируемого образца, безопасной для биологических объектов, и проявлении составных частот и обертонов фундаментальных частот колебаний
органических молекул [1-5]. Как метод анализа БИК-спектроскопия получила широкое распространение в агропромышленном комплексе, пищевой, нефтяной промышленности и фармацевтике, так как имеет ряд важных преимуществ [6-10]. К этим преимуществам относятся экспрессность, надежность и высокая точность определения таких компонентов, как вода, белок, жир, клетчатка, крахмал и др. Кроме того, особенность БИК-анализа биологических объектов заключается также в отсутствии необходимости измельчать и высушивать анализируемые
образцы, подвергать их обработке химическими реактивами, что существенно ускоряет процесс анализа и не требует специальных навыков и высокой квалификации аналитика [11-16].
Здоровье человека зависит от того, какую продукцию он употребляет в пищу. Важную роль в его пищевом рационе играют овощные культуры, среди которых особое место занимает редька. Как сельскохозяйственная культура, она возделывается во многих странах. Наиболее распространена редька в странах Юго-Восточной Азии, однако в России она известна с XIV в.
Корнеплоды редьки являются запасающим органом и содержат свободные аминокислоты, различные ферменты, аскорбиновую и никотиновую кислоты, рибофлавин, тиамин, калий, кальций и другие полезные вещества [17, 18]. Однако насколько полноценным и полезным по химическому составу будет сельскохозяйственная продукция, зависит от качества семян.
Цель работы - используя метод ближней инфракрасной спектроскопии, изучить химический состав семян корнеплодной редьки разных подвидов.
Объекты и методы исследования. Объектом исследования послужили семена корнеплодной редьки европейского (сорт Зимняя круглая черная), китайского (сорт Маргеланская) и японского (сорт Дубинушка) подвидов, включенные в Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию [19].
Из партии семян редьки сортов Зимняя круглая черная, Маргеланская и Дубинушка методом квартования были отобраны представительные пробы. В семенах представительных проб в трехкратной по-вторности определяли содержание протеина, жиров, клетчатки, золы, кальция и фосфора методом ближней инфракрасной спектроскопии. Анализ проводили на инфракрасном анализаторе SpectraStar XT, модель 1400ХТ-3, который работает с применением технологии сканирующего монохроматора с предварительным разложением излучения в спектр с режимом измерения спектра - отражение или пропускание. Диапазон сканирования дифракционной голо-графической решетки находится в пределах 14002600 нм. В анализаторе применяется детектор инфракрасного излучения на основе арсенида индия-галлия (InGaAs), который обеспечивает стабильность характеристик и уровня шумов. Рабочий диапазон длин волн составляет менее 20 микроединиц оптической плотности.
В прибор встроена база эталонных стандартов. В ходе анализа исследуемых образцов происходит сравнение с эталонами по калибровочным уравнениям, которые рассчитаны методом множественной линейной регрессии. Анализ расшифровки образцов происходит автоматически с использованием программного пакета InfoStartm. Спектральные данные, представляющие количественную информацию, используют для классификации объектов, определения степени близости их друг к другу, а затем для идентификации. Она сводиться к определению, к какой из предварительно установленных групп относится данный неизвестный объект при заданном уровне доверительной вероятности. Расхождение данных анализа, полученных методом БИК спектроскопии и классическими химическими методами, составляет менее 0,5%.
Математическую обработку данных проводили методом дисперсионного анализа Р. Фишера.
Результаты исследований. В таблице приведены данные, полученные в ходе исследования методом ближней инфракрасной спектроскопии изучаемых образцов семян корнеплодной редьки трех подвидов, на рисунках 1-3 представлены характеристические спектры отражения этих образцов.
Протеины являются строительным материалом для роста живого организма, поэтому их количество, запасенное в семени, имеет большое значение на начальном этапе роста и развития растения. Содержание протеина в семенах изучаемых сортов редьки было на достаточно высоком уровне и лежало в пределах 31,32-32,55% на абсолютно сухое вещество. При этом наибольшее значение данного показателя отмечено в семенах редьки японского подвида сорта Дубинушка - 32,55%, что на 1,23% (абс.) больше, чем в семенах китайского подвида редьки сорта Маргеланская, в образцах которых содержание протеинов было наименьшим.
Жиры играют важную роль в период прорастания семян и в последующем развитии зародыша. Кроме того, они являются защитными веществами при воздействии низких температур. Семена редьки китайского подвида сорта Маргеланская имели существенно большее содержание жиров (2,31%) по сравнению со значением данного показателя (2,18%) в семенах редьки европейского подвида сорта Зимняя круглая черная.
По содержанию клетчатки, важного структурного компонента растительных клеток, в исследуемых образцах семян также наблюдались существенные
Химический состав семян корнеплодной редьки, % на абсолютно сухое вещество
Образец семян Протеин Жиры Клетчатка Зола Р Са
Зимняя круглая черная 32,22 2,18 9,83 2,91 1,26 1,35
Маргеланская 31,32 2,31 6,87 2,98 1,51 2,15
Дубинушка 32,55 2,27 12,44 3,02 1,35 1,39
НСР05 0,35 0,11 0,26 0,12 0,16 0,24
Рис. 1. Спектр семян редьки европейского подвида сорта Зимняя
круглая черная в ближней ИК-области
Рис. 2. Спектр семян редьки китайского подвида сорта Маргеланская в ближней ИК-области
Рис. 3. Спектр семян редьки японского подвида сорта Дубинушка в ближней ИК-области
различия. Так, максимальное значение этого показателя было в семенах редьки японского подвида сорта Дубинушка - 12,44%, что на 2,61% (абс.) больше, чем в семенах редьки европейского подвида и на 5,57% (абс.) больше, чем в семенах китайского подвида.
Зольные элементы играют разнообразную роль в жизнедеятельности растений. Их содержание в семени влияет на развитие проростка и формирование в дальнейшем полноценного растения. Зольность семян редьки разных подвидов была примерно на
одном уровне. Однако следует отметить, что наибольшее количество минеральных веществ отмечено в семенах редьки сорта Дубинушка - 3,02% на абсолютно сухое вещество.
В исследуемых семенах редьки было определено содержание таких элементов, как фосфор и кальций. Фосфор - важный компонент химического состава семени, так как влияет на скорость образования корневой системы. Максимум потребления фосфора приходится на первые фазы роста и развития. Потребность в кальции так же, как и в фосфоре, проявляется в самые ранние сроки роста растений. Он необходим для формирования хорошей структуры клеточных стенок и их деления, а также влияет на обмен углеводов и белковых веществ [20]. В содержании фосфора и кальция наблюдалась одинаковая картина. Наибольшие значения этих элементов зафиксированы в семенах редьки китайского подвида сорта Маргеланская -1,51 и 2,15%, соответственно, а самое низкое их количество в семенах редьки европейского подвида сорта Зимняя круглая черная - 1,26% (Р) и 1,35% (Са).
Таким образом, семена растений редьки разных подвидов одного вида имеют различия в химическом составе. Наибольшим содержанием протеинов и клетчатки отличаются семена редьки японского подвида сорта Дубинушка. В семенах редьки китайского подвида сорта Маргеланская содержится больше жиров, фосфора и кальция, а также, хоть и несущественно, зольных элементов. Семена редьки европейского подвида сорта Зимняя круглая черная отличались наименьшим содержанием протеинов, жиров, золы, фосфора и кальция. Метод ближней инфракрасной спектроскопии, отличающийся быстротой и простотой определения, высокой точностью и надежностью, не требующий предшествующей анализу подготовки образцов с применением химических реактивов, дает возможность без деструкции исследуемого семенного материала получить данные по его химическому составу, чтобы установить его качество и дать предварительную оценку будущему урожаю.
Литература
1. Крищенко В.П. Ближняя инфракрасная спектроскопия. - М.: КРОН-ПРЕСС, 1997. - 640 с.
2. Ozaki Y., McClure W.F., Christy A.A. Near-Infrared Spectroscopy in Food Science and Technology. - Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons Inc., 200б. - 408 p.
3. Шептун В.Л. Введение в метод спектроскопии в ближней инфракрасной области: методическое пособие. - Киев: Центр методов инфракрасной спектроскопии ООО «Аналит-Стандарт», 2005. - 85 с.
4. Баюнов А.П., Смарыгин С.Н. Использование модельных систем для получения градуировок в методе ближней инфракрасной спектроскопии // Вестник Казанского технологического университета, 2011, M 15. - С. 274-280.
5. ГОСТ Р 50817-95. Комбикорма, комбикормовое сырье. Метод определения содержания сырого протеина, сырого жира, сырой клетчатки и влаги с применением спектроскопии в БИК области. - М.: Изд-во стандартов, 2010. - S с.
6. Williams P.C. and Norris K. Near-Infrared Technology in the Agricultural and Food Industries, American Association of Cereal Chemists (AACC), 2nd edn., St. Paul, Minnesota, USA, 1987. - 330 p.
7. Панков С.А., Борзенко А.А. Использование ближней инфракрасной спектроскопии для анализа зерна пшеницы // Вестник московского университета. Серия 2. Химия, 2006, T. 47, M 3. - С. 174-17б.
8. Купцов А.Х., Арбузова ^В. Исследование тяжелых фракций нефти методом Фурье-спектроскопии КР ближнего ИК-диапазона // Нефтехимия, 2011, T. 51, N 3. - С. 214-222.
9. Панкратова К.Г., Щелоков В.И., Ступакова Г.А., Стрепетова А.В. Определение содержания нефтепродуктов в почве методом БИК-спектроскопии: 4. Оценка влияния агрохимических свойств почв // Плодородие, 2012, M 5(68). - С. 43-45.
10. Съедин А.В., Орловская ^В., Гаврилин М.В. Использование метода ИК-спектроскопии для экспресс-идентификации тиогликозидов в растительном сырье // Современные проблемы науки и образования, 2014, M 1. - С. 367.
11. Елисеева О.В., Елисеев А.Ф., Белопухов С.Л. Применение БИК-анализа для исследования химического состава листовой редьки // Вестник казанского технологического университета, 2017, T. 20, M 12. - С. 143-14б.
12. Николаев С.И., Кулаго ^О., Родионов С.Н. Применение БИК-спектроскопии для определения количества неорганических и органических соединений в кормах // Известия нижневолжского агроуниверситетского комплекса. Серия зоотехния и ветеринария, 2013, M 2(30). - С. 1-б.
13. Tулякова ^В., Шибанова Е.И. Применение БИК анализа при входном контроле сырья на мясоперерабатывающем комбинате // Мясная индустрия, 2014, M 2. - С. 46-48.
14. Елисеева О.В., Елисеев А.Ф., Белопухов С.Л. Применение ближней инфракрасной спектроскопии для анализа химического состава базилика // Бутлеровские сообщения, 2019, T. 60, M 12. - С. 152-15б.
15. Prieto N., Pawluczyk O., Dugan M.E.R., Aalhus J.L. A Review of the Principles and Applications of Near-Infrared Spectroscopy to Characterize Meat, Fat, and Meat Products // Applied Spectroscopy, 2017, v. 71, M 7. - P. 1403-142б.
16. Безлюдный В.Н., Шашко К.Г., Холодинский В.В. Определение сухого вещества в зеленой массе зерновых культур с использованием ближней инфракрасной спектроскопии / Земледелие и селекция в Беларуси: сб. науч. тр. РУП «Науч.-практ. центр НАН Беларуси по земледелию». - Минск: ИВЦ Минфина, 2014, Вып. 50. - С. 256-2б2.
17. Пивоваров В.Ф. Овощи России. - М.: ГНУ ВНИИССОК, 2006. - 384 с.
18. Елисеева О.В. Особенности формирования урожая и показатели качества листовой редьки: дисс. к.б.н., специальность 0б.01.04 - Агрохимия. - М., 2007. - 193 с.
19. Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию. T. 1. «Сорта растений» (официальное издание). - М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2020. - 680 с.
20. Шеуджен А.Х. Биогеохимия. - Майкоп: ГУРИПП «Адыгея», 2003. - 1028 с.
