CC BY
16
УДК 634.11: 631.541.11: 547.973 DOI 10.24412/2311-6447-2022-2-171-178
Клоновые подвои яблони как сырье для получения пищевых
антоциановых красителей
Clonal apple rootstocks as raw materials for obtaining
anthocyanin dyes
Профессор З.Н. Тарова (ORCID 0000-0002-3277-8496), (Мичуринский государственный аграрный университет) кафедра агрохимии, почвоведения и агроэкологии, тел. 8-905-048-69-13 E-mail: tarovazTflimail.ru
доцент М.Л. Дубровский (ORCID 0000-0003-0883-2867), (Мичуринский государственный аграрный университет) кафедра садоводства, биотехнологий и селекции сельскохозяйственных культур, тел. 8-953-123-84-30 E-mail: [email protected]
профессор Д.С. Дворецкий (ORCID 0000-0002-4352-810Х), доцент М.С. Темнов (ORCID 0000-0003-2110-1305), ассистент Я.В. Устинская,
(Тамбовский государственный технический университет) кафедра технологии и оборудования пищевых и химических производств, тел. 8-910-751-09-45 E-mail: bio-toptfr/ vandex.ru
доцент О.М. Блинникова (ORCID 0000-0002-9558-4736) (Мичуринский государственный аграрный университет) кафедра технологии продуктов питания и товароведения, тел. 8-905-121-49-00 E-mail: о[email protected]
Associate Professor Z.N. Tarova, (Michurinsk State Agrarian University) chair of Agrochemistry, soil science and Agroecology, tel. 8-905-048-69-13 E-mail: [email protected]
Associate Professor M.L. Dubrovsky, (Michurinsk State Agrarian University) chair of Horticulture, Biotechnology and Crop Breeding, tel. 8-953-123-84-30 E-mail: [email protected]
Professor D.S. Dvoretsky, Associate Professor M.S. Temnov, Assistant Ya.V. Ustinskaya,
(Tambov State Technical University) chair of Technology and Equipment for Food and Chemical industries, tel. 8-910-751-09-45 E-mail: bio-topt@;yandex.ru
Associate Professor O.M. Blinnikova (Michurinsk State Agrarian University) chair of Food Technology and Commodity Science, tel. 8-905-121-49-00 E-mail: о[email protected]
Реферат. Представлены результаты изучения коллекции клоновых подвоев яблони селекции Мичуринского ГАУ на предмет количественного содержания пигментов антоцианов в стеблевой части отводков, полученных при производстве посадочного материала яблони. Установлено, что при производстве посадочного материала ежегодно в питомниках образуется в зависимости от технологии и используемого подвоя до 5 и более тонн растительных отходов в виде нестандартных отводков в маточнике и срезанных частей подвоев в питомнике, которые могут служить альтернативным и весьма доступным источником получения натуральных, экологически безопасных пищевых антоциановых красителей.
Summary. The article presents the results of studying the collection of clonal apple rootstocks selected at the Michurinsk State Agrarian University for the quantitative content of anthocyanin pigments in the stem part of the cuttings obtained in the production of planting material for apple trees. It has been established that up to 5 tons or more of plant waste is generated annually in nurseries during the production of planting material, depending on the technology and the rootstock used, in the form of non-standard layering in the mother liquor and cut parts of rootstocks in the nursery, which can serve as an alternative and very affordable source of obtaining natural, environmentally friendly safe food anthocyanin dyes.
© З.Н. Тарова, М.Л. Дубровский, Д.С. Дворецкий, М.С. Темнов, Я.В. Устинская, О.М. Блинникова, 2022
171
Ключевые слова: подвои яблони, сырье, пищевые красители, антоцианы.
Keywords: apple rootstocks, raw materials, food dyes, anthocyanins.
Одним из важнейших классов природных красителей являются антоцианы -пигменты группы глнкозпдов. Имеется немалое количество растений, которые в отдельных частях или во всех вегетативных и генеративных органах синтезируют большое количество таких пигментов. Ученые считают, что высокий эндогенный уровень антоцианов детерминирован генетически и является показателем стабильного физиологического состояния как клеток, так и растения в целом [1].
Научный и практический интерес к этим веществам особенно возрос в связи с использованием их в качестве безопасных пищевых красителей, обладающих анти-оксидантной активностью. Этот факт способствует постоянному расширению знаний об источниках получения пигмента, биохимическом составе, его регуляции, а также областях применения пигментов в пищевой, фармацевтической промышлен-ностях и медицине [2].
Чаще всего в больших количествах антоцианы синтезируются в плодах (арония, черника, виноград, паслен, терн, черешня, вишня, перец, яблоки, смородина и др.). В краснокочанной капусте, свекле пигменты синтезируются в листьях и запасающих видоизмененных органах (кочан, корнеплод). Все перечисленное относится в изначальном виде к пищевым продуктам и используется человеком в свежем и переработанном виде.
По данным многих исследователей особый интерес вызывают пигменты фе-нольной природы, т.к. обладают высокой антиокспдантной активностью [2]. Кроме того, накоплено большое количество данных о том, что пищевые продукты, обладающие антиоксидантной активностью, способны сдерживать развитие некоторых видов рака [3]. Использование порошка черники в опытах с мышами снизило рост метастаз, а антоцианы, полученные из черники, обладали противораковым действием [4].
Имеется большое количество работ, посвященных исследованиям содержания и свойств антоциановых пигментов смородины черной, малины, бузины, винограда и других ягодных культур. Причем, предлагается их использование в виде порошков, концентратов без непосредственного выделения пигментов, либо в виде сырья с последующей экстракцией и очисткой конечного продукта - красителя антоциана [5, 6]. Так, большое внимание уделяется плодам черной смородины, которые при достижениях современных технологий, доступны круглый год как в свежем, так и замороженном виде. Их предлагается использовать как источник дешевой смеси биологически активных веществ с легко идентифицируемыми компонентами [7].
Все перечисленные продукты, кроме того, что могут быть использованы в качестве сырья для получения красящих веществ, являются ценными пищевыми продуктами, нехватка которых в пптанпп населения нашей страны отмечается многими исследователями [8].
Синтез антоцианов - прерогатива растений. Организм человека антоцианы не синтезирует и не накапливает. Эти пигменты должны поступать к нам с пищей. Суточная потребность человека - не менее 200 мг этих веществ. Фармакологическими компаниями выпускаются различные биологически добавки, в состав которых входят п антоцианы.
В контексте изложенного необходим поиск сырья, богатого биологически активными веществами, но в то же время, не являющегося непосредственно пищевым продуктом. Изучение растений с высоким эндогенным уровнем пигментов, поиск новых источников физиологически активных соединений является актуальным для пищевой и фармакологической промышленности в связи с перспективой практического использования растительных объектов для выделения метаболитов и получения на их основе биологически активных растительных продуктов, обладающих высоким фармакологическим и медицинским эффектом.
В этом плане для исследования особый интерес могут представлять клоновые подвои яблони, полученные в Мичуринском государственном аграрном университете. Их морфобиологические особенности связаны с уникальностью их происхождения. В процессе селекции ученые использовали в качестве родительских форм различные виды и сорта яблони. Некоторые из них, в частности яблоня Недзвецкого (Malus niedzwetzkyana Dieck. или М. pumila var. niedzwetzkyana Hemsl.), обладают интенсивной антоциановой окраской тканей, в связи с чем данный признак был унаследован многими гибридными формами, районированными и перспективными подвоями (Парадизка Будаговского, 62-396, 54-118 и др.). [9, 10]. Для указанных форм слаборослых клоновых подвоев яблони характерна высокая экологическая пластичность, высокая морозо- и зимостойкость надземной части и корневой системы, жаростойкость, солеустойчивость, устойчивость к бактериальному ожогу, корневым гнилям и еще ряду болезней [10, 11, 12].
Цель исследований - анализ количественного содержания и качственного состава антоцианов в однолетних побегах клоновых подвоев яблони в связи с их возможным применением в качестве сырья для получения пищевых красителей. Выращивание клоновых подвоев и полевые наблюдения проводились в 2020 - 2022 гг. в маточнике клоновых подвоев яблони НОЦ им. В.И. Будаговского Мичуринский ГАУ, расположенного вблизи г. Мичуринска Тамбовской области. Биологическими объектами исследований служили клоновые подвои яблони, полученные в результате многолетней селекционной работы в Мичуринском ГАУ:
- краенолистные: 54-118, 57-491, 62-396, 76-6-6 (Малыш Будаговского, МБ),
98-7-77, 2-12-10;
- зеленолистные: 83-1-13; 2-9-49; 2-15-15.
Подвои высажены по схеме 150x30 см (22 тыс. растений на 1 га) в маточнике конкурсного изучения, расположенном на территории структурного подразделения Мичуринского ГАУ - НОЦ им. В.И. Будаговского. Лабораторные исследования проводились в лабораториях Мичуринского ГАУ и ТГТУ. Опыт заложен в 3-кратной повторности по 10 учетных растений в каждой. Подвои в рядах высаживались в определенной очередности: зеленолистные чередовались с краснолистными. Это позволяет избежать путаницы при отделении отводков (рис. 1,2).
Рис. 1. Вегетирующие побеги и срез с интенсивной антоциановой окраской клопового подвоя яблони 98-7-77 (краснолистнъсй) селекции Мичуринского ГАУ
Рис. 2. Вегетирующие побеги и срез побега зеленолистного клопового подвоя 2-15-15 селекции Мичуринского ГАУ
Наблюдения и учеты в маточнике клоновых подвоев проводили в соответствии с методическими рекомендациями, изложенными в «Программе и методике сорто-изучения плодовых, ягодных и орехоплодных культур» (ВНИИСПК, 1999). Количественный учет суммы антоцианов в целом побеге осуществляли методом 3-кратной экстракции 0,1 M раствором HCl. Оптическую плотность определяли на спектрофотометре ПЭ-5400 УФ при длине волны 515 нм, в кювете толщиной 10 мм.
Содержание антоцианов рассчитывали по формуле, исходя из закона Бугера-Ламберта-Бера. Качественное определение антоцианов осуществлялось методом тонкослойной хроматографии. Система растворителей: н-бутанол-ледяная уксусная кислота-вода в соотношении 4:1:2. Для идентификации веществ на пластине рассчитывался коэффициент относительной хроматографической подвижности Rf.
В нашем опыте подвои выращивались по технологии вертикального маточника со схемой посадки 150x30 см. Такая схема принята в маточниках конкурсного изучения для сравнимости результатов.
Побегопроизводительная способность маточного куста каждой формы подвоя определяет валовый выход отводков. Этот показатель зависит от большого количества факторов. В первую очередь, он обусловлен генетически, как и все признаки вида. Но его фенотппическое проявление будет зависеть от погодных условий вегетационного периода, зимовки, от техники и времени окучивания и т.д. [13].
Изучаемые подвойные формы обладают различной силой роста в маточнике, имеют отличия габитуса маточного куста, длины и диаметра отводков, у них отмечено существенное варьирование побегопропзводптельной способности, процента укоренения и доли сильноразветвленных побегов, а значит, и соотношение количества и массы стандартных и нестандартных отводков будет значительно различаться.
Таблица 1
Продуктивность клоновых подвоев яблони в маточнике вертикальных отводков и выход предполагаемого для переработки сырья (в среднем за 2020-2021 гг.)
Подвой Валовый выход отводков, тыс. шт./га Стандартных отводков Нестандартных отводков (предполагаемое сырье)
Тыс. шт./га % от валового выхода Тыс. шт./га Средняя масса 1 черенка, г Средняя масса сырья, кг/га
Краснолистные
54-118 266,2 125,4 47,1 140,8 30,1 4238,1
57-491 224,4 112,2 50,0 112,2 29,8 3343,6
62-396 138,6 77,0 55,5 61,6 22,6 1392,1
76-6-6 143,0 68,2 47,7 74,8 18,8 1406,2
98-7-77 376,2 127,6 33,9 248,6 13,1 3256,7
2-12-10 301,4 195,8 64,9 105,6 16,3 1721,3
Зеленолистные
83-1-15 275,0 160,6 58,4 114,4 23,5 2688,4
2-9-49 497,2 167,2 33,6 330,0 17,6 5808,0
2-15-15 310,2 125,4 40,4 184,8 16,7 3086,2
Как видно из полученных результатов, выход стандартных отводков варьирует в диапазоне от 33,9 у формы 98-7-77, формирующей на головке куста большое количество побегов, которые к отделению не успевают нарастить нужный диаметр штамбика и поэтому относятся к категории недогона, до 64,9 %у формы 2-12-10. Большое влияние при этом оказывает технология производства. Подвои также различаются по массе отводков. Наиболее высокие и толстые побеги характерны для подвоев 54-118, 57-491, 62-396 и 83-1-15. Самые тонкие и короткие побеги формируются на маточных кустах формы 98-7-77 - их средняя масса составляет 13,1 г (табл. 1).
Из изложенного материала видно, что при любом из способов размножения и получения посадочного материала образуется достаточно большой объем нестандартного материала, который в питомниках утилизируется по различным технологиям, чаще всего - путем сжигания. Любой из процессов утилизации - это затраты труда и материалов, а также экологическая нагрузка на агробиоценоз.
54-118 98-7-77 57-491 2-12-10 МБ 62-396 2-9-49 2-15-2 2-15-15 83-1-15
Клоновые подвои яблони
Рис. 3. Содержание антоцианов в побегах краснолистных и зеленолистных клоновых подвоев яблони, декабрь 2020 г.
При определении количества пигмента антоцпана в побегах клоновых подвоев было установлено, что этот показатель изменяется в довольно широких пределах от 5,1 у зеленолистного подвоя 83-1-15 до 213,3 мг/100 г у краснолистного подвоя 54-118 (рис. 3-5). Наибольший вес нестандартной продукции получается при использовании форм, которые за вегетационный период формируют наиболее крупные побеги: краснолистные - 54-118, 57-491, зеленолистный - 2-9-49.
со О
х
£
г ш
0 <
X L
2 *
5 « fe S
1 ^
01 § X и
г
х
2 а
7000
6000
5000
4000
3000 -
2000
1000 -
5808
54-118 57-491 62-3% МБ 98-7-77 2-12-101 83-1-15 2-9-49 2-15-15
Клоновые подвои яблони
Рис. 4. Общий вес нестандартных отводков клоновых подвоев яблони (в среднем 2020-2021 гг.)
9039,9
6493,9
768,4
1$$3,1
1
137,1 172,8
54-118 57-491 98-7-77 2-12-10 МБ 62-396 2-9-49 83-1-15 2-15-15
Клоновые подвои яблони
Рис. 5. Потенциальный выход антоцианов из стеблевой части нестандартных отводков клоновых подвоев яблони в маточнике
Использование нестандартного посадочного материала клоновых подвоев яблони в качестве сырья позволит получать с одного гектара маточника до 10 кг антоцианов в зависимости от подвоя, технологии возделывания и погодных условий вегетации. Возможно использование как краснолистных, так и зеленолистных подвоев с предварительной оценкой способности подвоя к накоплению пигмента в вегетативных органах.
Благодаря своей богатой уникальной наследственной основе, синтезирующей признаки и свойства более чем десяти видов яблонь, формы подвоев Мичуринского ГАУ изучаются не только в странах СНГ, но и за рубежом и получают признание и положительную оценку. В результате анализа литературных данных и проведенных расчетов было установлено, что при производстве посадочного материала яблони образуется большое количество нестандартной растительной продукции, которая ежегодно после отделения отводков клоновых подвоев яблони в маточнике и обрезки окулянтов на почку должна утилизироваться. Клоновые подвои яблони, полученные в результате многолетней селекционной работы в Мичуринском ГАУ, обладают генетически обусловленной способностью к биосинтезу антоцианов.
При производстве посадочного материала ежегодно в питомниках образуется в зависимости от технологии и используемого подвоя до 5 и более тонн растительных отходов в виде нестандартных отводков в маточнике и срезанных частей подвоев в питомнике. Отходы производства посадочного материала яблони - бракуемые нестандартные побеги краснолистных клоновых подвоев могут служить альтернативным доступным источником получения натуральных, экологически безопасных пищевых красителей, для производства которых часто используется ценное пищевое сырьё.
Исследования выполнены в рамках НИР по заказу МСХ РФ по теме «Селекция зимостойких слаборослых клоновых подвоев яблони с использованием инновационных методов биотехнологии для интенсивного садоводства» (Per. № 122021800377-9).
ЛИТЕРАТУРА
1. Гулько, Б.И., Изучение биологических особенностей клоновых подвоев яблони в маточнике /Гулько В.И.// Плодоводство, семеноводство, интродукция древесных растений - 2012. №1, Т.1 - С. 34-38.
2. Кононова, Е.Т., Цвет - раньше, чем вкус. О пищевых красителях и не только / Гусева Т.А., Белоусова Н.В.//СП6: Страта, 2019. 204 с.
3. Shashirekha M.N., Mallikarjuna S.E., Rajarathnam S. Status of bioactive compounds in foods, with focus on fruits and vegetables. Critical Reviews in Food Seien. 2015.
4. Liu W., Chen J., Li, Q., Sun A. Inhibitory effects of acylated blueberiy anthocya-nin on H22 murine tumors. Food and Agricultural Immunology. 2016. V. 27. Is. 4. Pp. 509-522.
5. Костенко, M.О., Инкапсулирование антоцианов плодов бузины черной методом распылительной сушки / Дейнека В.И., Дейнека A.A. // Тонкие химические технологии -2016 - № 3 - С. 58-63.
6. Антоцианы плодов растений: опыт экстракции и сушки / В.И. Дейнека [и ДР-] // Хранение и переработка сельхозсырья. 2006. №4. С. 28-31.
7. Сорбционные и хроматографические процессы / Дейнека A.A., Шапошник Е.И., Гостищев ДА. [и др.]// - 2009 - Т. 9. Вып.4. - С. 529-536.
9. Клоновые подвои яблони селекции Мичуринского государственного аграрного университета как источник получения антоциановых красителей / З.Н. Тарова [и др.] / / Вестник Мичуринского государственного аграрного университета - 2020 - № 4(63). - С.30-35.
10. Устойчивость клоновых подвоев яблони к низким температурам / Папихин Р.В. [и др.].// Вестник Мичуринского государственного аграрного университета -2014 -№ 2. - С. 8-11.
11. Оценка зимостойкости новых слаборослых клоновых подвоев яблони селекции Мичуринского ГАУ в полевых и лабораторных условиях / З.Н. Тарова, H.A. Чурикова, Р.В. Паиихнн, М.Л. Дубровский // Вестник Мичуринского государственного аграрного университета - 2019 - № 3 - С. 33-37.
12. Влияние продолжительности роста клоновых подвоев яблони на их зимостойкость / З.Н. Тарова, Н.Л. Чурикова, Т.А. Данилова, А.Н. Гонтюрев// Сб. науч. тр. В 4 томах - Мичуринск, 2016. С. 208-213.
13. Влияние подвоя на морфометрпческие показатели прнвойного компонента в питомнике / Чурикова Н.Л., [и др.] // Вестник Мичуринского государственного аграрного университета - 2014 - № 5 - С. 14-19.
REFERENCES
1. Gulko, B.I., The study of biological features of clonal rootstocks of apple trees in the uterus /Gulko V.I. // Fruit growing, seed production, introduction of woody plants - 2012. No. 1, vol. 1 - pp. 34-38.
2. Kononova, E.T., Color - earlier than taste. About food dyes and not only / Guseva T.A., Belousova N.V.//St. Petersburg: Strata, 2019. 204 p.
3. Shashirekha M.N., Mallikarjuna S.E., Rajarathnam S. Status of bioactive compounds in foods, with focus on fruits and vegetables. Critical Reviews in Food Scien. 2015.
4. Liu W., Chen J., Li, Q., Sun A. Inhibitory effects of acylated blueberry anthocya-nin on H22 murine tumors. Food and Agricultural Immunology. 2016. V. 27. Is. 4. Pp. 509-522.
5. Kostenko, M.O., Encapsulation of anthocyanins of black elderberry fruits by spray drying / Deineka V.I., Deineka L.A. / / Fine chemical technologies -2016 - No. 3 -pp. 58-63.
6. Anthocyanins of plant fruits: experience of extraction and drying / V.I. Deineka [et al.] // Storage and processing of agricultural raw materials. 2006. No. 4. pp. 28-31.
7. Sorption and chromatographic processes / Deineka L.A., Shaposhnik E.I., Gostischev D.A. [et al.]// - 2009 - Vol. 9. Issue 4. - pp. 529-536.
9. Clone rootstocks of apple trees of the Michurinsky State Agrarian University selection as a source of anthocyanin dyes / Z.N. Tarova [and other] / / Bulletin of the Michurinsky State Agrarian University - 2020 - № 4(63). - Pp.30-35.
10. Resistance of clonal rootstocks of apple trees to low temperatures / Papikhin R.V. [et al.].// Bulletin of Michurinsky State Agrarian University - 2014 - No. 2. - pp. 8 -11.
11. Assessment of winter hardiness of new low-growing clone rootstocks of apple trees selected by Michurinsky State Agrarian University in field and laboratory conditions / Z.N. Tarova, N.L. Churikova, R.V. Papikhin, M.L. Dubrovsky // Bulletin of Michurinsky State Agrarian University - 2019 - No. 3 - pp. 33-37.
12. Influence of the growth duration of clone rootstocks of apple trees on their winter hardiness / Z.N. Tarova, N.L. Churikova, T.A. Danilova, A.N. Gontyurev// Collection of scientific tr. In 4 volumes - Michurinsk, 2016. pp. 208-213.
13. The influence of the rootstock on the morphometric indicators of the graft component in the nursery / Churikova N.L., [et al.] / / Bulletin of the Michurinsky State Agrarian University - 2014 - No. 5 - pp. 14-19.
