CC BY
9
УДК 543.421/.424:635.567 DOI: 10.24412/1029-2551-2021-4-012
ПРИМЕНЕНИЕ БЛИЖНЕЙ ИНФРАКРАСНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ ДЛЯ ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА СЕМЯН РУКОЛЫ
О.В. Елисеева, к.б.н.
РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, e-mail: elysol11@yandex.ru
Представлен химический состав семян руколы (индау посевное сорта Диковина и двурядник тонколистный сорта Рокет), входящих в перечень Государственного реестра селекционных достижений. Химический состав семенного материала изучен с применением метода ближней инфракрасной спектроскопии. Для исследования был использован БИК-анализатор SpectraStar XT, модель 1400ХТ-3 с полным диапазоном сканирования 1400-2600 нм. Установлено, что семенной материал индау посевного сорта Диковина выгодно отличался по количеству протеина, содержание которого на абсолютно сухое вещество составило 12,76%, а также фосфора и кальция, содержание которых составило 0,38 и 0,39%, соответственно. Семенной материал двурядника тонколистного сорта Рокет превосходил семена индау посевного сорта Диковина по количеству клетчатки и зольных элементов. Так, содержание клетчатки в исследуемых семенах данного сорта составило 15,09%, а зольных элементов - 3,24%. По содержанию жира существенных различий не установлено. Применение метода ближней инфракрасной спектроскопии, характеризующегося простотой использования и достаточно высокой точностью, для анализа посевного материала позволяет быстро оценить его химический состав и качество с целью прогнозирования будущего урожая.
Ключевые слова: ближняя инфракрасная спектроскопия, рукола, химический состав.
APPLICATION OF NEAR-INFRARED SPECTROSCOPY FOR THE CHEMICAL ANALYSIS OF ARUGULA SEEDS
Ph.D. O.V. Eliseeva
Russian Timiryazev State Agrarian University (RSAU-MTAA), e-mail: elysol11@yandex.ru
This paper presents the chemical composition of seeds of Dikovina variety of arugula (Eruca Sativa Mill.) and of Rocket variety of perennial wall-rocket (Diplotaxis tenuifolia L. DC) which are included in the State Register of Breeding Achievements. The chemical composition of the seed material was studied using the method of near-infrared spectroscopy using the SpectraStar XT BIC analyzer, model 1400XT-3 with a full scanning range of1400-2600 nm. It was found that the seed material of the Dikovina variety of arugula favourably differed in terms of the amount ofprotein (the content in an absolutely dry matter was 12.76%), phosphorus, and calcium (the contents of which were 0.38 and 0.39%, respectively). The seed material of the Rocket variety of perennial wall-rocket surpassed the seeds of the Dikovina variety of arugula in the amount offibre and ash elements. There, the contents of fibre and ash elements in the studied seeds of this variety were 15.09 and 3.24%, respectively. No significant differences have been discovered in terms offat content. The use of the near-infrared spectroscopy method, which is characterized by ease of use and sufficiently high accuracy, for the analysis of seed material allowed us to quickly assess the chemical composition and quality in order to predict the future crop.
Keywords: near-infrared spectroscopy, arugula, chemical composition.
Химический состав продуктов питания напрямую влияет на здоровье человека. Особое место в пищевом рационе человека занимают овощные растения, среди которых важную роль играют зеленные культуры. На сегодняшний день большую популярность приобрела такая зеленная культура, как ру-кола. Под этим названием потребитель может приобрести одно из двух растений, относящихся к одному семейству, но к разным его родам. Руколой называют как индау посевной (Eruca Sativa Mill.),
так и двурядник тонколистный (Diplotaxis Tenuifolia L. DC.). Эти представители семейства капустных имеют и сходства, и различия. Индау посевной -растение однолетнее, относится к роду Eruca. Двурядник тонколистный - многолетнее растение рода Diplotaxis, известно под названием рукола дикая или рокет-салат. Растения индау и двурядника похожи внешне (рис. 1) и, благодаря содержащимся в них эфирным маслам, обладают орехово-горчичным вкусом, который более выражен у двурядника,
однако они имеют некоторые отличия в химическом составе [1-3].
Урожайность сельскохозяйственных культур тесно связана с качеством посевного материала. Провести исследование семян, не нарушая их целостность, позволяет метод ближней инфракрасной спектроскопии (БИК-спектроскопии), который широко применяется для анализа различных сельскохозяйственных объектов, поскольку соответствует критериям точности, надежности, скорости определения, неразрушающего воздействия на исследуемый образец и недорог [4-8].
Важным преимуществом БИК-спектроскопии служит отсутствие сложной пробоподготовки образцов, что позволяет существенно сократить время анализа. Кроме того, ближнее инфракрасное излучение, глубоко проникая в образец, позволяет исследовать объемный материал, что также важно для сохранения целостности семян. В основе метода ближней инфракрасной спектроскопии лежит измерение спектров пропускания или отражения образцов в соответствующем интервале спектра, проявление составных частот и обертонов фундаментальных частот колебаний молекул крахмала, воды, клетчатки, белка и жира, а также других важных компонентов. В дальнейшем, после снятия спектра, БИК-анализатор проводит расчет величины данных показателей по встроенной градуировочной шкале. Область спектра, которую захватывает ближняя инфракрасная спектроскопия, лежит в диапазоне 750-2500 нм [9, 10].
Цель работы - изучить химический состав семян руколы, полученный с применением ближней инфракрасной спектроскопии.
В работе приведены результаты экспериментальных исследований по содержанию основных органических веществ, золы, кальция и фосфора в посевном материале руколы.
Объекты и методы исследования. Объектом исследования послужили семена индау посевного сорта Диковина и двурядника тонколистного сорта Рокет (рис. 2), включенные в Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию [11].
Изучаемые семена индау (сорт Диковина) были более крупные по сравнению с семенами двуряд-ника (сорт Рокет) и имели размер 1,75 х 1,29 мм, в то время как у двурядника 1,09 х 0,69 мм. Масса тысячи семян у исследуемых образцов составила 1,56 г (сорт Диковина) и 0,29 г (сорт Рокет).
Из партии семян индау посевного и двурядника тонколистного методом квартования были отобраны представительные пробы. Малый размер семян индау и двурядника обеспечивает достаточную представительность пробы. В семенах представительных проб в трехкратной повторности определяли содержание протеина, жиров, клетчатки, золы, кальция и фосфора методом ближней инфракрасной спектроскопии на инфракрасном анализаторе 8реСга81аг ХТ, модель 1400ХТ-3. В данном приборе применяется технология сканирующего монохрома-
Рис. 1. Индау посевной (Eruca Sativa Mill.) (а) и двурядник тонколистный (Diplotaxis Tenuifolia L. DC.) (б)
сорт Диковина сорт Рокет
Рис. 2. Семена индау посевного сорта Диковина и двурядника тонколистного сорта Рокет
тора с предварительным разложением излучения в спектр, при этом режим измерения спектра - отражение или пропускание. Дифракционная голографиче-ская решетка имеет диапазон сканирования от 1400 до 2600 нм. Применяемый детектор инфракрасного излучения создан на основе арсенида индия-галлия (InGaAs) и обеспечивает стабильные характеристики и уровень шумов в рабочем диапазоне длин волн менее 20 микроединиц оптической плотности.
Математическую обработку данных проводили методом дисперсионного анализа Р. Фишера.
Результаты исследований. Сущность анализа методом ближней инфракрасной спектроскопии заключается в сравнении спектров исследуемых образцов со спектрами базы данных, в основе которых лежат привязанные к ним данные химического анализа, полученные стандартными методами. Поскольку расхождение данных анализа, полученных
химическими методами и методом БИК спектроскопии, составляет менее 0,5%, результаты БИК анализа являются высокоточными. Следует иметь в виду, что БИК-спектры являются строго характеристическими для данного объекта исследований.
Анализ характеристических спектров отражения изучаемых образцов семян индау посевного сорта Диковина и двурядника тонколистного сорта Рокет (рис. 3 и 4), а также данных, представленных в таблице, показал, что в семенах индау содержание протеина составило 12,76%, что на 3,51% (абс.) больше, чем в семенах двурядника.
Семена индау посевного сорта Диковина отличались также более высоким содержанием фосфора и кальция - 0,38 и 0,39%, соответственно, что в 1,3 раза больше, чем в семенах двурядника сорта Рокет. В содержании жиров не выявлено значительных различий. В образцах семян обоих видов растений
V-/
\
1
г\
/ \ 1
/ 1
л
ч
/
\ /
/
v /
1 400 1 S00
1 700 1 800
2 100 2 200 2 300 2 400 2 S00
Рис. 3. Спектр семян индау посевного сорта Диковина в ближней ИК-области
Химический состав семян руколы, % на абсолютно сухое вещество
Образец семян Протеин Жиры Клетчатка Зола P Ca
Индау посевной сорт Диковина 12,76 17,59 10,05 2,88 0,38 0,39
Двурядник тонколистный сорт Рокет 9,25 17,25 15,09 3,24 0,29 0,30
НСР05 0,29 0,31 0,25 0,21 0,08 0,09
L /О
1.1 1.05
£ 0.9 № 0.85 0.8 00
/ \ Т
0.7 0.65 0.6 0.55 0.5 0.45 0.4 А
V\
/
\ /
00 1 500 1 00 17 00 1 800 1 900 2 000 2100 2 200 Wavelength, nm 2 300 2 400 2 500 2
Рис. 4. Спектр семян двурядника тонколистного сорта Рокет в ближней ИК-области
было определено достаточно высокое их количество. Однако несмотря на то, что различия были несущественны, в семенах индау жиров было несколько больше по сравнению с семенами двурядника (17,59 против 17,25%).
По количеству клетчатки и зольных элементов в исследуемых образцах семян наблюдалась иная картина. Содержание клетчатки на абсолютно сухое вещество в семенах двурядника было в 1,5 раза выше, чем в семенах индау, и находилось на уровне 15,09%. Аккумуляция зольных элементов в исследуемых образцах семян составила 3,24% у двурядника и 2,88% у индау.
Таким образом, несмотря на то, что растения индау посевного и двурядника тонколистного
обладают внешним сходством и похожими вкусовыми качествами, семена этих растений отличаются по своему химическому составу. В семенах индау посевного содержится больше протеинов, фосфора, кальция, а также, хотя и незначительно, жиров, в то время как в семенах двурядника тонколистного - клетчатки и зольных элементов.
Применение метода ближней инфракрасной спектроскопии, характеризующегося простотой использования и достаточно высокой точностью, для анализа посевного материала позволяет быстро, не нарушая его целостности, оценить химический состав и качество семян с целью прогнозирования начального этапа роста и развития растений и впоследствии будущего урожая.
Литература
1. Лудилов В.А., Иванова М.И. Редкие и малораспространенные овощные культуры (биология, выращивание, семеноводство): производственно-практическое издание. - М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2009. - 196 с.
2. Пивоваров В.Ф. Овощи России. - М.: ГНУ ВНИИССОК, 2006. - 384 с.
3. Елисеева О.В., Елисеев А.Ф. Химический состав Eruca Sativa (Mill.) и Diplotaxis Tenuifolia (L.) DC. / Доклады ТСХА: Сборник статей. Вып. 290. Ч. IV. - М.: Изд-во РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, 2018. - С. 352-353.
4. Елисеева О.В., Елисеев А.Ф., Белопухов С.Л. Применение БИК-анализа для исследования химического состава листовой редьки // Вестник казанского технологического университета, 2017, Т. 20, № 12. - С. 143-146.
5. Николаев С.И., Кулаго Т.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, № 2(30). - С. 1-6.
6. Тулякова Т.В., Шибанова Е.И. Применение БИК анализа при входном контроле сырья на мясоперерабатывающем комбинате // Мясная индустрия, 2014, № 2. - С. 46-48.
7. Елисеева О.В., Елисеев А.Ф., Белопухов С.Л. Применение ближней инфракрасной спектроскопии для анализа химического состава базилика // Бутлеровские сообщения, 2019, Т. 60, № 12. - С. 152-156.
8. 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, № 7. - P. 1403-1426.
9. 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. - 8 с.
10. Шептун В.Л. Введение в метод спектроскопии в ближней инфракрасной области: методическое пособие. - Киев: Центр методов инфракрасной спектроскопии ООО «Аналит-Стандарт», 2005. - 85 с.
11. Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию. Т. 1. «Сорта растений» (официальное издание). - М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2020. - 680 с.
