CC BY
63
Химия растительного сырья. 2012. №1. С. 133-136.
УДК 542.06 : 633.18
НЕКОТОРЫЕ БИОХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ СОРТОВ РИСА ПРИМОРСКОГО КРАЯ
© Н.И. Жукова1, Е.А. Цой1, В.А. Ковалевская2, Л.А. Земнухова3
1 Уссурийский государственный педагогический институт, Некрасова, 35, Уссурийск, 692500 (Россия), e-mail: gvd_val@mail.ru
2Приморский научно-исследовательский институт сельского хозяйства, Воложенина, 30, п. Тимирязевский, Уссурийский район, 692539 (Россия)
3Институт химии Дальневосточного отделения РАН, пр. 100-летия Владивостока, 159, Владивосток, 690022 (Россия)
Исследовано содержание белка, аскорбиновой кислоты, крахмала, амилозы, амилопектина и глюкозы в семенах и проростках шести сортов риса, районированных в Приморском крае. Показана возможность определения качества зерна по активности ферментов углеводного обмена амилазы [КФ 3.2.1.1] и фосфорилазы [КФ 2.4.1.1] в зерновке. Ключевые слова: рис, крахмал, амилоза, амилопектин, амилаза, фосфорилаза, белок, плёнчатость, всхожесть.
Введение
Рис (Oryza sativa L.) является одной из главных продовольственных культур, выращиваемых во многих странах мира, в том числе и в Российской Федерации: его культивируют в основном в Краснодарском крае, Астраханской и Ростовской областях, Калмыкии, Адыгее и Приморском крае. Широкий ареал распространения риса и большое разнообразие его форм указывают перспективу для синтетической селекции новых высокопродуктивных сортов. Однако все факторы, обусловливающие получение урожайного и ка -чественного зерна, исследованы для риса недостаточно полно [1]. Так, основным показателем пищевого качества крупы риса является количественное соотношение в ней белка, содержание которого в образцах приморской селекции колеблется в зависимости от сорта от 5 до 11%, и крахмала, количество которого изменяется от 70 до 80%. [2]. Крахмал, выделенный из семян различных злаков, различается по своему строению и свойствам и, в частности, содержит разное количество амилозы и амилопектина. При полном гидролизе крахмала образуется глюкоза.
Ферментативный распад глюкозы может осуществляться различными путями. Известно несколько ферментов, контролирующих распад крахмала в растениях. Широко распространены амилазы, которые расщепляют крахмал с участием воды. Ферменты, катализирующие перенос остатков моносахаридов, относятся к гликозилтрансферазам. Представителем гликозилтрансфераз является крахмальная фосфорилаза. Исходный продукт для синтеза амилозы - глюкозо-1-фосфат. Следовательно, синтез крахмала из глюкозо-1-фосфата осуществляется посредством фосфорилазы. От активности ферментов углеводного обмена зависит как качество зерна, так и продукты, получаемые из него. В свою очередь, биосинтез одного из главных витаминов - аскорбиновой кислоты - происходит главным образом из глюкозы. Прорастание семян сопровождается интенсивным накоплением глюкозы [3].
Цель настоящей работы - изучение ряда характеристик семян риса (пленчатость, всхожесть, содержание крахмала, амилозы, амилопектина, белка, аскорбиновой кислоты, глюкозы и активность амилазы и фосфорилазы) в зависимости от сортов, районированных в Приморском крае, для оценки качества зерна в процессе селекции.
* Автор, с которым следует вести переписку.
Экспериментальная часть
В качестве исходного материала для исследования использовали семена шести районированных в Приморском крае сортов риса (Приозерный 61 (1), Ханкайский 52 (2), Ханкайский 429 (3), Луговой (4), Дарий 23 (5) и Дальневосточный (6)), описание которых дано в [4], урожая 2008 г. Вначале проводили анализ зерновки риса, определяя по стандартным методикам пленчатость (ГОСТ 10843-76) и всхожесть семян (ГОСТ 12038 - 66). Затем из отобранных семян были подготовлены образцы муки и проростков, в которых выявляли содержание амилозы, амилопектина, глюкозы, аскорбиновой кислоты, белка и активность амилазы и фосфорилазы. Амилозу определяли по методу Джулиано (B.O. Juliano) [5] с некоторыми модификациями (спектрофотометр UV MINI 1240 Shimadzu, производство Японии). Количественное определение глюкозы вели по антроновому методу [6]. Количественное содержание аскорбиновой кислоты в пробе измеряли тит-риметрическим методом с применением 2,6-дихлор-фенолиндофенола натрия (краска Тильманса) [6].
Процентное содержание белка измеряли по методу Кьельдаля для определения содержания белка в зерновых с использованием анализатора азота на базе UDK (прибор дигестор DK 6, скруббер SMS, вакуумный насос JP, паровой дистиллятор UDK 127, производство Италии) и автоматического тит-ратора - (DL15 Mettler Toledo, производство Швейцарии).
Ферментативную активность амилазы в семенах и проростках исследовали колориметрическим методом, основанным на определении количества нерасщепленного амилазой крахмала, после обработки раствором йода. Активность амилазы выражали в миллиграммах крахмала на миллиграмм белка в 1 ч. Определение активности фосфорилазы проводили методом, основанном на определении изменений в содержании неорганического фосфора или крахмала в реакционной среде под действием фермента. Реакция фосфоролиза обратима. Чтобы фосфорилаза синтезировала крахмал из глюкозо-1-фосфата, в реакционную смесь добавляли незначительное количество крахмала в качестве «затравки» согласно [6]. Активность фосфорилазы выражали в милиграммах связанного фосфора под действием фермента из 100 г биологического материала. В предварительных опытах устанавливали оптимальные для ферментов значения pH среды, концентрации субстрата и временной интервал, в течение которого скорость реакции постоянна. Статистическую обработку данных вели с использованием пакета стандартных программ.
Обсуждениерезультатов
Экспериментальные данные, характеризующие биохимические признаки семян исследуемых сортов риса, представлены в таблице 1. Основным показателем, характеризующим выход крупы, является плёнча-тость. Ранее было установлено, что самый высокий показатель плёнчатости для дальневосточных сортов риса составляет 35% [7]. У исследованных в данной работе образцов он значительно ниже и варьирует от 17 до 20% (табл. 1). Этот показатель важен также для оценки массы отходов, образующихся на крупозаводах при очистке зерна. Плодовые оболочки риса (лузга, шелуха) являются перспективным сырьем для получения целого ряда химических веществ (аморфного кремнезема, полисахаридов, ксилозы) и материалов на их основе (сорбентов, беленой целлюлозы) [8-10].
Анализ полученных результатов (табл. 1) показывает, что в зерне рассматриваемых сортов риса наблюдается обратная зависимость между количеством белка и амилозы. Так, в сортах с повышенным содержанием белка количество крахмала в семенах понижается, а с низким - наоборот. Однако относительная изменчивость содержания белка выражена несколько слабее, чем крахмала и его составляющей - амилозы. Следует заметить, что основным биохимическим показателем качества зерна является содержание именно амилозы, а не амилопектина. Амилоза в наибольшей степени обладает повышенной клейстериза-цией, т.к. ее молекулы находятся в растворе в виде изогнутых нитей, отличающихся по конформации от спирали. Чем выше процентное содержание амилозы, тем выше диапазон температур клейстеризации (7075 °С) и сравнительно небольшой процент сухого вещества при варке (17-22%). Хотя амилоза составляет меньшую часть крахмального зерна риса, но именно она определяет его основные свойства - способность зерна к набуханию и стабилизации вязкости клейстеров. Образцы 1 и 3 содержат наивысшее количество амилозы (22,00 и 22,15% соответственно). Содержание аскорбиновой кислоты и глюкозы в сухих семенах очень низко, однако витамин С включен в общий метаболизм вегетирующего риса, что представляет практический интерес. Количественное содержание витамина С резко увеличивается в проростках (табл. 1). Биосинтез аскорбиновой кислоты происходит главным образом из глюкозы. Это связано с тем, что прорастание семян риса сопровождается интенсивным накоплением аскорбиновой кислоты.
Таблица 1. Биохимические показатели районированных сортов риса
Показатель, %
я 3 ^ О ю о Сорт пленча- тость аскорбиновая кислота
всхожесть белок крахмал амилоза глюкоза сухие семена проростки
1 Приозерный 61 18,35±0,03 98,00±2,16 7,50±0,15 63,00±0Д5 22,00±0,19 0,7±0,03 0,37±0,03 3,40±0,03
2 Ханкайский 52 19,77±0,03 96,00±2,05 8,00±0,11 66,00±0,17 18,78±0,17 0,6±0,02 0,41±0,03 3,60±0,03
3 Ханкайский 429 21,96±0,03 94,00±2,12 8,20±0,08 65,00±0,12 22,15±0Д3 0,5±0,03 0,30±0,03 2Д0±0,03
4 Луговой 17,00±0,04 99,00±2,14 9,00±0,05 67,00±0,09 16,12±0,14 0,5±0,03 0,36±0,03 3,00±0,02
5 Дарий 23 20,00±0,02 97,00±2,11 8,50±0,12 64,00±0,07 18,12±0,15 0,5±0,02 0,35±0,02 2,50±0,03
6 Дальневосточный 18,30±0,04 98,00±2,04 10,00±0,09 64,00±0,09 11,90±0,07 0,6±0,03 0Д7±0,03 2,00±0,03
Углеводы являются очень лабильными соединениями, в динамике их накопления в вегетирующем растении можно обнаружить определенные закономерности. Углеводный обмен изменяется в онтогенезе в зависимости от характера и направленности внутренних процессов метаболизма, а также от многих внешних факторов [11]. Глюкоза образуется в клетках растений при гидролизе крахмала и сахарозы - продуктов фотосинтеза. Редуцирующие сахара зерновки почти целиком представлены глюкозой.
Относительно четкой корреляции между количественным содержанием амилозы и витамином С не выявлено. Так, в образцах 1, 3, 5 при повышении содержания амилозы количество аскорбиновой кислоты в сухих семенах уменьшается, ав 2 и 4 - наблюдается небольшое увеличение содержания кислоты (табл. 1).
Между всхожестью, плёнчатостью, содержанием витамина С и глюкозой прослеживается такая взаимосвязь: чем выше всхожесть и содержание витамина С, тем ниже пленчатость (например, образец 4, табл. 1) и, как было показано в [3], тем выше выход крупы риса.
Для образцов 2 и 4 наблюдается также прямая зависимость всхожести от количественного содержания крахмала, в отличие от образцов 1, 3, 5 и 6 (табл. 1).
С целью установления взаимосвязи между количественным содержанием запасного полисахарида крахмала и активностью ферментов, участвующих в его распаде, была определена активность амилазы и фосфорилазы (табл. 2). Полученные результаты показывают, что значения ферментативной активности в исследуемых сортах риса варьируют в широких пределах - от 0,27 до 0,46 мг на 100 г ткани фосфорилазы и от 8,10 до 11,74 мг/мг белка/час у амилазы. Наибольшей активностью обладает образец 2. Известно, что фосфоролитическим путём молекулы амилозы расщепляются под действием фосфорилазы, а в синтезе амилозы, которая определяет питательную ценность зерна риса, молекула глюкозо-1-фосфата является донором гликозильных остатков [11]. Очевидно, что синтез с помощью фосфорилазы в зерне риса идет без участия световой энергии и особенно интенсивно в зерне образца 2. Действие фосфорилазы сопряжено с действием других ферментов и в большей степени с амилазой.
В случае с амилазой ее активность минимальна в сухих семенах образцов 1 и 3. Ферменты наиболее активны в растворе, поэтому при хранении сухого зерна их действие проявляется слабо. В процессе прорастания семян активность ферментов углеводного обмена резко возрастает в результате процессов гидролиза и фосфоролиза крахмала на более простые сахара, которые являются метаболитами патогена, например гриба (Ртси1апа вгу2ав). Поэтому, чем ниже активность ферментов углеводного обмена, в частности амилаз, тем более устойчив сорт к пирикуляриозу [12]. Однако эти процессы ферментативного распада крахмала могут происходить самопроизвольно (автолиз), особенно в условиях приморского влажного климата, при неправильном хранении риса. Автолитическая активность указанных ферментов в зерновке риса отрицательно влияет на качество зерна. При хранении зерна необходимо обращать внимание на сорта риса с повышенной ферментативной активностью, так как рыхлые, набухшие крахмальные зерна легче поддаются действию ферментов [13]. Таким образом, показатели активности ферментов углеводного обмена (амилаз и фосфорилаз) могут быть использованы для оценки качества зерна риса.
Таблица 2. Активность амилазы и фосфорилазы районированных сортов риса Приморского края
№ образца Сорт Амилаза, мг/мг белка/ч Фосфорилаза, мг Р/100 г ткани
сухие семена проростки сухие семена проростки
1 Приозёрный 61 8,88±0,01 8,32±0,01 0,31±0,04 9,02±0,03
2 Ханкайский 52 10,54±0,02 8,92±0,03 0,46±0,07 15,62±0,08
3 Ханкайский 429 8,10±0,02 8,44±0,02 0,32±0,04 15,62±0,03
4 Луговой 9,10±0,02 9,02±0,02 0,27±0,04 10,25±0,04
5 Дарий 23 9Д2±0,01 8,64±0,01 0,27±0,04 7,56±0,02
6 Дальневосточный 11,74±0,02 7,70±0,02 0,30±0,05 6,10±0,05
Выводы
1. Исходя из соотношения основных биохимических показателей по питательной ценности рассматриваемые сорта риса можно расположить в следующем порядке: Ханкайский 429, Приозёрный 61, Ханкайский 52, Дальневосточный, Дарий 23, Луговой. Показатель плёнчатости варьирует от 17 до 20%. Процент всхожести коррелирует с количественным содержанием аскорбиновой кислоты и выходом крупы риса.
2. Показатели активности ферментов углеводного обмена в зерновке могут быть использованы для оценки качества зерна риса.
3. Исследованные сорта могут быть рекомендованы в качестве селекционного материала для выведения новых высокопродуктивных, ультраскороспелых и устойчивых к патологическим заболеваниям сортов риса с высокими пищевыми показателями.
Список литературы
1. Алешин Е.П., Алешин Н.Е. Рис. М., 1993. 504 с.
2. Цой Е.А., Жукова Н.И. Биохимическая характеристика сортов риса Приморского края // Молодежь и наука: реальность и будущее : материалы III Международной научно-практической конференции. Невинномысск, 2010. С. 69-70.
3. Цой Е.А., Жукова Н.И. Количественное соотношение амилозы и аскорбиновой кислоты в районированных сортах риса Приморского края // Проблемы устойчивого развития региона : материалы V Всероссийской школы молодых ученых. Улан-Удэ, 2009. С. 252-254.
4. Ковалевская В.А. Биологическая и селекционная ценность исходного материала риса для создания скороспелых сортов в условиях Приморского края : автореф. дис. ... канд. с.-х. наук. Благовещенск, 2000. 24 с.
5. Juliano B.O. A simplified assay for milled-rice amylose // Cer. Sci. Today. 1971. Vol. 16, N10. Pp. 334-340.
6. Ермаков A.H., Арасимович B.B., Ярош Н.П., Перуанский Ю.В., Луковникова Г.А., Иконникова М.И. Методы биохимического исследования растений. Л., 1987. 430 с.
7. Жукова Н.И., Ковалевская В.А., Куприн А.В., Любицкая А.В. Некоторые биохимические показатели районированных сортов риса Приморского края // Альманах современной науки и образования. 2008. С. 52-54.
8. Сергиенко В.П., Земнухова Л.А., Егоров А.Г., Шкорина Е.Д., Василюк Н.С. Возобновляемые источники химического сырья: комплексная переработка отходов производства риса и гречихи // Российский химический журнал (Журн. хим. общ-ва им. Д.И. Менделеева). 2004. Т. 48, №3. С. 116-122.
9. Земнухова Л.А., Федорищева Г.А., Егоров А.Г., Сергиенко В.И. Исследование условий получения, состава примесей и свойств диоксида кремния из отходов производства риса // Журнал прикладной химии. 2005. Т. 78, №2. С. 324-328.
10. Шевелева И.В., Холомейдик А.Н., Войт А.В., Земнухова Л.А. Сорбенты на основе рисовой шелухи для удаления ионов Fe(II), Cu(II), Cd(II), Pb(II) из растворов // Химия растительного сырья. 2009. №4. С. 171-176.
11. Кретович В.Л. Основы биохимии растений. М., 1986. 360 с.
12. Авакян Э.Р., Кумейко Т.Б., Ольховая К.К Биохимические признаки сортообразцов риса, различающихся по устойчивости к пирикуляриозу // Рисоводство. 2005. №7. С. 47-51.
13. Цой Е.А., Жукова Н.И. Сравнительная активность некоторых ферментов углеводного обмена районированных сортов риса Приморского края // Экология России и сопредельных территорий : материалы XV международной экологической конф. Новосибирск, 2010. С. 248-249.
Поступило в редакцию 18 октября 2011 г.
