CC BY
0УДК 633.174.1:664.134 doi.org/10.24412/2413-5518-2024-3-34-39
Перспектива использования сахарного сорго для получения сахаросодержащей продукции при возделывании в засушливых регионах
О.П. КИБАЛЬНИК, канд. биолог. наук, гл. научн. сотрудник
О.Б. КАМЕНЕВА, канд. с/х наук, вед. научн. сотрудник (e-mail: kamenewa.olga2012@yandex.ru)
ФГБНУ «Российский научно-исследовательский и проектно-технологический институт сорго и кукурузы», Россорго
Введение
Подбор исходного материала для создания новых сортов и гибридов растений, обладающих комплексом хозяйственно полезных признаков и адаптированных к стрессовым факторам, остаётся основной задачей селекции. В связи с этим в селекционный процесс вовлекаются формы, обладающие теми или иными ценными (уникальными) свойствами, и более эффективно используется генетическое разнообразие растений, так как перед научным сообществом стоит задача по достижению основной цели — обеспечение населения страны безопасной, качественной и доступной сельскохозяйственной продукцией, сырьём и продовольствием [2].
В России основным промышленным сырьём для производства сахара является сахарная свёкла. Наиболее подходящие регионы для её выращивания — Центральный и Южный федеральные округа. Однако возделывание этой культуры и получение высоких показателей сбора сахаров в регионах, характеризующихся жарким и сухим климатом, проблематично: недостаточное количество влаги затрудняет эффективное накопление сахарозы в корнеплодах. Поэтому поиск альтернативных промышленных источников сырья с более низкой себестоимостью для производства сахаросодержащей продукции в настоящее время актуален.
Одним из путей повышения качества и совершенствования структуры питания населения является введение в рацион новых, нетрадиционных видов растительного сырья, содержащих в своём составе нативные вещества, не подвергшиеся химической трансформации и содержащие ценные природные нутриентные и витаминные комплексы. Такими веществами могут стать водорастворимые сахара сахарного сорго — сахароза, глюкоза и фруктоза. Уникальность данного растения позволяет использовать его как сахаронос.
У некоторых сортов и линий сорго накопление сахаров в соке стеблей достигает в среднем 20—25 % при естественной влажности. Этой культуре нет равных в
зонах со сниженной влагообеспеченностью по интенсивности и степени синтезирования сахарозы. Высокий урожай в сочетании со способностью сохранять оптимальную влажность вплоть до уборочной стадии и неприхотливостью выращивания делает сорго единственной альтернативой получения сахарного сиропа для сферы пищевого использования.
Сладкий сок сахарного сорго не только содержит водорастворимые сахара (сахароза, фруктоза, глюкоза), но и богат по микроэлементному составу. При исследованиях в нём обнаружены Са, P, Mg, K, Na, Cu, Zn, Co, Mn, Fe, S, протеин, многие незаменимые аминокислоты, витамины Вр В2, РР, Е и С. Са-харозо-глюкозо-фруктозный сироп, получаемый при сгущении сока, сохраняет витаминно-минеральные комплексы, органические кислоты. За счёт этого сахароза в сиропе не кристаллизуется даже при высоком содержании сухого вещества (75 % и выше). Сироп сорго — вязкая жидкость, имеет сладкий, чуть кисловатый вкус со слегка травянистым характерным привкусом.
Установлено, что сироп сахарного сорго имеет следующие показатели:
— массовая доля сухих веществ 69 % и редуцирующих - 29,1 %;
— динамическая вязкость 1 844,76 мПа-с (при температуре 30 оС);
— цветность 1 946,8 ед. ICUMSA (International Commission for Uniform Methods of Sugar Analysis);
— рН = 4,86.
За счёт интенсивного сгущения сироп приобретает коричневую окраску, поэтому может быть использован в производстве безалкогольных напитков в качестве источника сахара и натурального красителя. Уникальный состав сиропа позволяет вводить его в рацион усиленного питания для больных и спортсменов [4].
Цель данной работы: провести оценку селекционного материала сорго сахарного по накоплению водорастворимых сахаров в соке стебля для селекции высокосахаристых образцов в зависимости от соот-
34 САХАР № 3 • 2024
^¿¡¡Ш^ШЙ] 20 лет интенсивного развития
^i/u/ii/ nt-r% m m ru '
ношения сахарозы и моносахарных фракций в общей сумме.
Материалы и методы
Исследования проведены в течение 2021—2023 гг. на опытном поле института ФГБНУ РосНИИСК «Рос-сорго» (г. Саратов), почвы которого представлены чернозёмом южным среднесуглинистым с содержанием гумуса в пахотном слое 3,05 %. Нитрификаци-онная способность (по Кракову) — 7,7 мг/кг; фосфор (по Мачигину) — 25—37 мг/кг, калий (в углеаммоний-ной вытяжке) — 349—378 мг/кг. Реакция почвенной среды рН = 7,0—7,3.
Объекты исследований — 8 сортов и перспективных линий селекции ФГБНУ РосНИИСК «Россорго».
Агротехника выращивания растений сорго — зональная, разработанная научными учреждениями Нижнего Поволжья. Сок, выделенный из стеблей, анализировали в лаборатории института методом ВЭЖХ с рефрактометрическим детектированием, позволяющим оценить качественный и количественный состав сахаров. Статистическую обработку экспериментальных данных выполнили однофакторным дисперсионным анализом с помощью программы «Агрос 2.09».
Климат Саратовской области резко континентальный. Для данной климатической зоны характерно частое проявление почвенных и воздушных засух. Наибольшие среднесуточные температуры воздуха (21,0— 21,7 °С) и количество выпавших осадков (51 мм) наблюдаются в июле (рис. 1).
В июне и сентябре 2021 г. осадков выпало больше на 30 и 41,32 мм соответственно, а в августе они практически отсутствовали, составив всего 3,3 мм. На этот период у большинства сортообразцов сахарного сорго пришлось цветение. Кроме того, август проходил в условиях повышенных температур воздуха: на 2,6—6,8 °С. Сентябрь по среднедекадным температурам воздуха оказался более приближённым к средне-многолетним.
Среднемесячная температура воздуха мая 2022 г. оказалась ниже среднемноголетнего показателя на 3,4 °С. Ухудшение погодных условий в период посева отразилось на прорастании семян сорго: период от посева до всходов составил 20—23 дня. Средние показатели температуры воздуха в июне и июле остались на уровне среднемноголетних и только в августе были выше на 4,1 °С. Июль также характеризовался обильным выпадением осадков — 73,5 мм, тогда как среднемноголетнее количество составляет 51,0 мм.
Рис. 1. Гидротермические условия в период вегетации сорго, 2021—2023 гг.
№ 3 • 2024 САХАР
35
20 лет интенсивного развития
^чму.п-ргот. ги
Незначительное выпадение осадков отмечено в августе — 12,6 мм.
Отличительными особенностями 2023 г. являлись следующие:
— период посева (вторая декада мая) проходил в условиях оптимального для данной зоны температурного режима и выпадения осадков выше среднемно-голетних показателей на 13,3 мм;
— период кущения — начало трубкования растений (третья декада июня) характеризовался обильными осадками — 45,8 мм в сочетании со снижением сред-недекадной температуры воздуха на 3,0 °С;
— вегетация растений сорго в июле происходила в условиях повышения температуры воздуха в первой и третьей декадах на 1,1—3,2 °С;
— средние показатели температуры воздуха в августе (когда у сорго отмечается прохождение фаз вымётывания и цветения) оказались выше среднемно-голетних на 3,9—5,4 °С с недостаточным выпадением осадков — всего 25,6 мм против 44,0 мм по средне-многолетним показателям.
Результаты исследований
Многолетними исследованиями установлено, что интенсивное накопление сахаров в соке стебля начинается в фазе цветения и увеличивается до созревания зерна, при этом стебель остаётся сочным до конца вегетации. Оптимальным считается сбор урожая на сахар при физиологической зрелости зерна в стадии восковой спелости.
С целью подбора исходного материала для селекции сахарного сорго высокосахаристых и глюкозо-фруктозных форм в период 2021—2023 гг. проводили анализ образцов собственной селекции, у которых определяли как суммарное накопление водорастворимых сахаров, так и фракционный состав. Достоверно известно, что количество сока и водорастворимых сахаров в нём находится под сильным влиянием климатических факторов вегетационного периода (суммарной величины эффективных температур), плодородности почвы, сроков посева, густоты стояния растений и генотипических особенностей образца [3, 6-9].
Подведя итоги трёхлетнего изучения фракционного состава водорастворимых сахаров в соке главного стебля сахарного сорго, можно констатировать, что изучаемые экземпляры относятся к высокосахаристым формам: содержание водорастворимых сахаров составило 15,9-19,8 %, за исключением сорта Чайка, у которого общее количество сахаров 11,1 % (рис. 2). Ранее было установлено, что выращивание сортов с урожайностью стеблей 15,2-25,5 т/га и содержанием сахаров 15,1-20,6 % в соке стебля обеспечивали сбор 2,0-3,4 т сахаров с 1 га посевов [4].
Значительный интерес вызывает фракционный состав сахаров, который сильно зависит от генотипи-ческих особенностей. Качественный состав сахаров обусловлен биологическими особенностями образца и с количественной их характеристикой не взаимосвязан. Изучаемые сорта и селекционные линии демонстрировали широкую вариабельность в соотношении моно- и дисахаров в соке главного стебля. Варьирование сахарозы зафиксировано в пределах 2,9-18,3 %, а моносахаров - 1,5-8,2 %. Так, наибольшее накопление дисахаров установлено у сорта Капитал и линий Л-4, Л-21: 17,6-18,3 %. Синтезирование моносахаров происходило более всего у сорта Чайка и линии Л-25/1 (7,7-8,2 %).
Рис. 2. Накопление сахарозы и моносахаров в соке стебля образцов сахарного сорго, среднее за 2021—2023 гг. * Примечание: р<0,05. Данные, обозначенные разными буквами, значимо различаются между собой при р<0,05 в соответствии с тестом множественных сравнений Дункана.
36 САХАР № 3 • 2024
^¿¡¡Ш^ШЙ] 20 лет интенсивного развития
/о 25
Дисахара Моносахара Сумма Сахаров
,2021 ГТК (2021 г.) = 0,62
,2022 ГТК (2022 г.) = 0,75
12023 ГТК (2023 г.) = 0,69
Рис. 3. Синтез водорастворимых сахаров в зависимости от гидротермических условий вегетации, 2021—2023 гг.
Анализ содержания сахаров в среднем по изучаемым образцам сахарного сорго показал, что гидротермические условия вегетации оказывают влияние как на накопление общего количества водорастворимых сахаров, так и на их фракционный состав (рис. 3). Сумма сахаров и количество дисахаров в большей степени синтезировались в более засушливых условиях (20,1—20,3 и 14,6—18,2 % соответственно), когда значения гидротермического коэффициента составили 0,62—0,69. В то же время выявленной тенденции по накоплению моносахаров не наблюдалось.
В результате изучения соотношения сахарозы и моносахаров были выделены образцы с преимущественным содержанием сахарозы (табл.). Так, наибольшее процентное содержание сахарозы в общей сумме водорастворимых сахаров на протяжении трёх лет наблюдалось у сорта Капитал и линий Л-4, Л-21, Л-75: доля дисахаров составила 91,3—93,3 %. Причём в условиях 2023 г. у сорта Капитал, линий Л-4 и Л-75
содержание сахарозы в соке стебля составило 100 % (рис. 4). Следует отметить, что преимущественное содержание сахарозы по отношению к моносахарам у сорта Капитал сохранилось и при выращивании в условиях Северного Казахстана [1].
Кроме того, у селекционной линии Л-25/1 накопление сахарозы и моносахаров оказалось практически в равных долях: соотношение сахарозы и моносахаров установлено в пределах 49,94—57,21 и 41,23—49,36 % соответственно. Графическое изображение пиков содержания сахаров представлено на рис. 5.
Однако изучение соотношения сахарозы и моносахаров показало, что у некоторых образцов накопление сахаров зависит не только от особенностей генотипа, но и от климатических условий года. Например, у линии Л-67/13 в более благоприятных по вла-гообеспеченности условиях 2022 г. (при ГТК = 0,75) наблюдалось снижение синтеза сахарозы в долевом соотношении по сравнению с 2021 и 2023 г. (при ГТК = 0,62-0,69) - 37,08 и 76,38-78,10 % соответственно. У таких форм необходимо дальнейшее изучение процесса накопления водорастворимых сахаров в соке стебля.
Заключение
Замещение традиционного сахара сиропом сахарного сорго полностью или частично в продуктах питания способствует обогащению их нутриентного и витаминного состава. Так, в производстве хлебобулочных изделий сиропом можно замещать до 100 % рецептурных сахаров. При выработке кондитерских изделий замена сахара на сорговый сироп может составить: для мармелада — 10 %, фруктово-желейных конфет — 6 %, начинки карамели — 15 % [5]. Образцы сахарного сорго Л-67/13, Л-4, Л-5, Л-21, Л-25/1, Л-75, сорта Капитал, накапливающие в среднем
Соотношение сахарозы и моносахаров (%) в соке образцов сахарного сорго в разные по гидротермическим условиям периоды вегетации, среднее за 2021—2023 гг.
Образец 2021 г. 2022 г. 2023 г. Среднее
Сахароза Моносахара Сахароза Моносахара Сахароза Моноахара Сахароза Моносахара
Капитал 83,8 11,8 93,5 6,5 100,0 0,0 92,4 6,1
Чайка 2,8 97,0 24,4 75,6 58,6 41,3 28,6 71,3
Л-67/13 78,1 17,7 37,1 62,9 76,4 23,6 63,8 34,7
Л-4 86,6 8,9 93,2 6,8 100,0 0,0 93,3 5,3
Л-5 85,0 10,5 75,7 24,3 95,6 4,4 85,4 13,1
Л-21 86,2 9,3 91,9 8,1 99,1 0,9 92,4 6,1
Л-25/1 39,4 58,5 35,6 64,4 74,8 25,2 49,9 49,4
Л-75 81,2 14,5 92,6 7,4 100,0 0,0 91,3 7,3
mV
70 -6050 40302010-
60
06 26
о
ч
0
1
ch1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
mV 7060 Л 50 40302010
ch1
mV
70 -
60 55 50 45 40 35-1 30 25 20 \ 15 10 Л 5
5
6 56
ch1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
mV
70 -6050 40302010-
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
ch1
3 03
20 0"
§
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
Рис. 4. Фракционный состав водорастворимых сахаров в соке стебля сахарного сорго сортов и линии собственной селекции, 2023 г.
в соке стебля 15,9—19,8 % сахаров, а в отдельные годы и до 26,0 %, могут быть альтернативным источником сахаросодержащей продукции для возделывания в регионах с недостаточным увлажнением и на малоплодородных почвах.
Список литературы
1. Накопление водорастворимых сахаров растениями кормового сорго в условиях Северного Казахстана / И.М. Богапов, С.К. Мемешов, О.П. Кибальник, У.М. Сагалбеков // Наука и образование (Science and education). -2024. - № 1-2 (74). - С. 83-92.
2. Доктрина продовольственной безопасности Российской Федерации. Режим доступа: https://www. mcx.ru, свободный (дата обращения: 02.04.2024).
3. Оценка исходного материала для селекции высокосахаристых сортов и гибридов сорго / С.И. Капу-
стин, А.Б. Володин, М.Ю. Кухарук, А.С. Капустин // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. — 2019. — № 2. — С. 43—50.
4. Кибальник, О.П. Сахарное сорго — культура больших возможностей для реализации разнопланового использования / О.П. Кибальник, Д.С. Сёмин, И.Г. Ефремова // Сб. мат. Межд. науч.-практ. конф. «Научное обеспечение устойчивого развития агропромышленного комплекса в условиях аридизации климата», г. Саратов, 2021. — С. 159—170.
5. Сапронова, Л.А. Карамельная масса на основе сиропа сахарного сорго / Л.А. Сапронова, Т.А. Ермолаева, Л.Н. Шабурова // Пищевая промышленность. — 2012. - № 4. - С. 58-59.
6. Arora, M. Evalution of sweet sorghum varieties for their juice characteristics / M. Arora, G.S. Kocher, R.S Sohu // Journal of Food, Agriculture and Environment. — 2017. — V. 15 (2). - P. 58-61.
мин
мин
мин
мин
mV 70. 605040302011
ch1
О 1 2 3 0 0 0 0 8 9 10 11 12 13 10 10 10 10
mm 0- -3- -252- -Ю -W -5-
- 1 2 3 0 0 0 0 8 9 1- 11 12 13 10 10 10 10
mV 0 0-0 V mV
30 - 35 -
3-- л 3- -
20- 20 ~
20-ю- -02- \ ^ 0 s 2- - 15-
W- \ 3 \ * V о ! W -
0 - 1 ch1 0 -
- 1 2 3 0 0 0 0 8 9 1- 11 12 13 10 10 10 10
- 1 2 3 0 0 0 0 8 9 1- 11 12 13 10 10 10 10
Рис. 5. Фракционный состав водорастворимых сахаров в соке стебля сахарного сорго сортов и линии собственной селекции, 2023 г.
7. Cultivar and maturity effect on the quality attributes and ethanol potential of sweet sorghum / M.R. Cole, G. Eggleston, E. Petrie, S.M. Uchimiya [et al.] // Biomass and Bioenergy. - 2017. - V. 96. - P. 183-192.
8. Study: Commercialization of Sweet Sorghum Juice Clarification for Large-Scale Syrup Manufacture / G. Eggleston, M. Heckemeyer, E.St. Cyr, L. Wartelle // Sugar Tech. - 2016. - № 18 (3). - P. 249-257.
9. Reddy, P.S. Genotype by sowing date interaction effects on sugar on sugar yield components in sweet sorghum (Sorghum bicolor L. Moench) / P.S. Reddy, B.V.S. Reddy, P.S. Rao // Sabrao Journal of Breeding and Genetics. - 2014. - № 46 (2). - P. 305-312.
Аннотация. Создание и внедрение в производство сортов и гибридов сахарного сорго с повышенным содержанием водорастворимых сахаров в соке стебля - один из самых перспективных подходов получения сахаросодержащей продукции в условиях глобального изменения климата
и ухудшения почвенного плодородия. В связи с этим современная селекционная работа с культурой сорго сахарного направлена на создание сортов и гибридов, обладающих высокой продуктивностью сахаросодержащего сока. Выделены образцы с высоким накоплением сахарозы -сорт Капитал, селекционные линии Л-67/13, Л-4, Л-5, Л-21, Л-24, Л-75, а также формы с преобладанием глюкозы в составе сока.
Ключевые слова: сорго сахарное, сортообразец, сахароза, моносахара.
Summary. The creation and introduction into production of varieties and hybrids of sugar sorghum with an increased content of water-soluble sugars in the juice of the stem is one of the most promising approaches to obtaining sugar-containing products in conditions of global climate change and deterioration of soil fertility. In this regard, modern breeding work with the culture of sugar sorghum is aimed at creating varieties and hybrids with high productivity of sugar-containing juice. Samples with a high accumulation of sucrose were identified - the Kapital variety, breeding lines L-67/13, L-4, L-5, L-21, L-24, L-75, as well as forms with a predominance of glucose in the juice composition. Keywords: sugar sorghum, sorghum, sucrose, monosaccharide.
№ 3 • 2024 САХАР
39
20 лет интенсивного развития
ш.
