CC BY
27
УДК 664.1:663.63.693
Технологические качества и лежкоспособность корнеплодов сахарной свеклы с разной степенью увядания
Technological qualities and storage ability of sugar beet roots with different degree of bacterial wilt
Доцент, Л.Н. Путилина (Воронежский государственный университет инженерных технологий) кафедра технологии бродильных и сахаристых производств, тел. 8(960)1043958, E-mail: lputilina@bk.ru
Науч сотрудник Н.А. Лазутина, (ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт сахарной свеклы и сахара им. А.Л. Мазлумова») лаборатория хранения и переработки сырья, тел. (47340)5-33-26 E-mail: vniiss@mail.ru
Ст науч сотрудник И.В. Черепухина (ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт сахарной свеклы и сахара им. А.Л. Мазлумова»), лаборатория эколого-микробиологических исследований почв, тел. (47340)5-33-26 E-mail: vniiss@mail.ru
Assistant Professor, L.N. Putilina, (Voronezh State University of Engineering Technologies) Chair of Fermentation and Sugar Industries Technology, Tel. 8(960)1043958, E-mail: lputilina@bk.ru
Research officer N.A. Lazutina, (Federal State Budgetary Scientific Institution "The A.L. Mazlumov All-Russian Research Institute of Sugar Beet and Sugar"), Laboratory of row material storage and processing, Laboratory of soil ecological-microbiological studies, tel. (47340)5-33-26 E-mail: vniiss@mail. ru
Senior research officer, I.V. Cherepuhina (Federal State Budgetary Scientific Institution "The A.L. Mazlumov All-Russian Research Institute of Sugar Beet and Sugar"), Laboratory of soil ecological-microbiological studies, tel. (47340)5-33-26 E-mail: vniiss@mail. ru
Реферат. Обеспечение высокого технологического качества сахарной свеклы, поступающей в переработку, остается актуальной проблемой свеклосахарного производства. В последние годы серьёзный урон свеклосеющим хозяйствам Центрально-Черноземного региона наносят болезни во время вегетации и хранения, в том числе бактериальное увядание. Болезнь проявляется как сосудистый бактериоз, поражающий сосудистую систему корнеплодов, что может привести в конечном итоге к их загниванию или мумификации. В результате многолетних исследований установлено отрицательное влияние бактериального увядания на технологическое качество сахарной свеклы. Отмечено уменьшение содержания сахарозы, накопление вредного азота и редуцирующих веществ в зависимости от степени поражения корнеплодов, что обусловливает ухудшение технологического качества сахарной свеклы, и, как следствие, приводит к снижению выхода сахара и его извлекаемости из сырья. Изменения, происходящие в свекловичном сырье в результате инфицирования возбудителями сосудистого бактериоза, сопровождаются скоплением разнообразных микроорганизмов в ризосфере корнеплодов. Развитие большинства групп микробного сообщества в ризосфере растений сахарной свёклы,
© Путилина Л.Н., Лазутина Н.А., Черепухина И.В., 2019
вероятно, вызвано поступлением из пораженных сосудистым бактериозом корнеплодов в почву сахаров, являющихся субстратом для микроорганизмов. Инфицированные корнеплоды могут вызвать осложнения при хранении в кагатах. Это подтверждается повышением интенсивности дыхания и количества выделяемого корнеплодами тепла в зависимости от степени бактериального увядания. Попадание таких корнеплодов в кагат со здоровым сырьем может привести к интенсивному распространению болезни, значительным потерям свекломассы и качества заготавливаемого сырья. Для прогнозирования производственно-технических показателей свеклосахарных заводов необходимо до уборки корнеплодов проводить фитосанитарный мониторинг посевов сахарной свеклы на наличие корневых болезней, в том числе бактериального увядания.
Summary. To ensure high technological quality of the processed sugar beet remains an actual problem of sugar beet production. Last years, beet-growing companies of the Central Black-Earth region have been suffering great losses due to diseases including bacterial wilt during vegetation and storage. The disease shows itself as vascular bacteriosis affecting vascular system of beet roots that, finally, can lead to their rotting or mummification. As a result of many years' studies, negative influence of bacterial wilt on technological qualities of sugar beet has been determined. There have been noted reduction of sucrose content and accumulation of harmful nitrogen and reducing substances depending on an affection degree of beet roots that causes deterioration of sugar beet technological quality and, as a consequence, leads to decrease in sugar yield and sugar extractability from raw materials. The changes that take place in beet raw materials as a result of infecting with vascular bacteriosis disease agents are accompanied by accumulation of various microorganisms in rhizosphere of beet roots. Development of the majority of microbe community groups in rhizosphere of sugar beet plants is probably caused by sugars (being a substrate for microorganisms) coming from beet roots affected by vascular bacteriosis into soil. The infected beet roots can cause complications during storage in clamps. This is confirmed by increase of respiration intensity and quantity of heat that beet roots evolve depending on degree of bacterial wilt. Presence of such beet roots in a clamp with healthy raw materials can lead to intensive disease development and significant losses of beet mass and quality of the stored raw materials. To predict technological values of beet-sugar factories phytosanitary monitoring of sugar beet fields for presence of root diseases including bacterial wilt is necessary before beet root harvesting.
Ключевые слова: сахарная свёкла, бактериальное увядание, ризосфера, микроорганизмы, технологические качества, выход сахара, лежкоспособность корнеплодов
Keywords: sugar beet, bacterial wilt, rhizosphere, microorganisms, technological qualities, sugar yield, beet root storage ability
Обеспечение высокого технологического качества сахарной свеклы, поступающей в переработку, остается актуальной проблемой свеклосахарного производства. Периодические засухи в начале вегетационного периода, повсеместное снижение плодородия и возрастание инфекционного фона почвы, преобладание восприимчивых к местным патогенам зарубежных гибридов в сортаменте сахарной свеклы провоцирует развитие болезней корневой системы как во время вегетации, так и во время хранения. В последние годы серьёзный урон свеклосеющим хозяйствам Центрально-Черноземного региона (ЦЧР) наносит бактериальное увядание. Болезнь проявляется как сосудистый бактериоз, поражающий сосудистую систему корнеплодов, что приводит в конечном итоге к их загниванию или мумификации. Возбудителем сосудистого бактериоза является комплекс бактерий, обитающих в почве на растительных остатках и в ризосфере растений, и способных паразитировать в сосудистой системе корнеплода при ухудшении условий существования (засуха, быстрое иссушение почвы после ливневых осадков) [1]. Почвенные микроорганизмы также испытывают стресс и, например, в период засухи они устремляются к растениям как к источнику влаги, проникая внутрь корня по отмершим корневым волоскам и т.п. [2]. В растительных тканях бактерии получают всё необходимое для своей жизнедеятельности. Они могут перехватывать определенные элементы минерального питания растений, перемещающиеся по ксилеме, а своими продуктами метаболизма, содержащими такие биологически активные вещества, как ферменты и токсины, нарушать клеточный метаболизм корнеплодов. Это способствует замедлению накопления сахарозы, трансформации растворимых азотистых соединений в легкоудаляемые белковые формы, накоплению зольных элементов, что чревато торможением формирования высокого технологического качества свекловичного сырья.
Имеются данные, что при сосудистых поражениях растений в их тканях происходит снижение концентрации сахарозы.
Вредоносность бактериального увядания обусловлена не только большим процентом гибели растений сахарной свеклы в период вегетации. Особенностью этой болезни является скрытый характер её развития при более благоприятных погодных условиях, когда нет видимых признаков поражения кроме увядания листьев и потери тургора корнеплода без его загнивания или мумификации. Такие корнеплоды трудно идентифицировать и отличить от здоровых (к ним относятся корнеплоды со степенью поражения 1-3 балла). Инфицированное свекловичное сырьё со слабовыраженными симптомами болезни, попадая в переработку, становится одной из главных причин снижения выхода сахара на заводах.
Кроме того, заселенные бактериями корнеплоды обладают плохой лежкоспо-собностью. Возникновение и развитие кагатной гнили зависит от общего физио-лого-биохимического состояния растений сахарной свеклы в период вегетации, влияющего на качественные характеристики корнеплодов, предназначенных для хранения. Многолетними опытами и наблюдениями в производстве доказано, что устойчивость свеклы против кагатной гнили резко снижается в том случае, если растения во время вегетации были подвержены действию ряда неблагоприятных факторов, в том числе поражению возбудителями различных болезней [3]. Поражённые корнеплоды, поступая на хранение одновременно со здоровым сырьем, могут привести к быстрому распространению болезни по всему объему кагата и значительным потерям массы и качества заготавливаемой сахарной свеклы.
В свете вышеизложенного научный и практический интерес представляет вопрос, касающийся влияния бактериального увядания на качество и лежкоспо-собность свеклосырья.
Исследования проводились на базе лаборатории хранения и переработки сырья и лаборатории эколого-микробиологических исследований почв ФГБНУ «ВНИИСС имени А.Л. Мазлумова». Показатели технологического качества корнеплодов и продуктов их переработки определяли согласно общепринятым методам оценки сахарной свёклы. Оценку лежкоспособности свекловичного сырья проводили экспресс-анализом по интенсивности дыхания, заключающимся в определении газометрическим методом количества выделяемого корнеплодами СО2. Учет численности микроорганизмов различных физиологических групп проводили методом высева почвенной суспензии разной степени разведения на элективные питательные среды [4]. Объектом исследований являлись корнеплоды сахарной свеклы гибрида РО-117 (опытное поле ФГБНУ «ВНИИСС им. А.Л. Мазлумова»).
В результате проведенных исследований выявлено, что нарушение обменных процессов при инфицировании и заполнении бактериями сосудов ксилемы сахарной свеклы приводит к прогрессивному ухудшению технологического качества корнеплодов, разрушению белковых соединений клеточных структур [5, 6]. Установлено, что в среднем за годы исследований с увеличением степени поражения корнеплодов сосудистым бактериозом повышалось содержание сухих веществ на 5,1-26,6 % относительно значения данного параметра здоровых корнеплодов. Сахаристость, наоборот, снижалась на 0,34-1,94 абс. % Массовая доля редуцирующих веществ (РВ) в корнеплодах увеличилась в 1,2-5,2 раза (в здоровых корнеплодах содержание РВ было на уровне 0,098 %). По мере повышения бактериального увядания наблюдалось увеличение в 1,3-5,4 раза содержания а-аминного азота в сырье. Это, возможно, является результатом разложения белковых соединений, вызванного повышенной протеолитической активностью фитопатогенных бактерий. Определение белковых веществ в клеточном соке показало уменьшение их количества с 19,73 (здоровые корнеплоды) до 3,92 мг/см3-100 СВ (корнеплоды с 5 балл поражением болезнью).
Результаты анализа продуктов переработки проб свеклы подтвердили отрицательное действие возбудителей сосудистого бактериоза на качество нормального клеточного и очищенного соков, чистота которых снижалась соответственно , на 0,32-7,56 и 0,36-7,28 абс.% относительно показателей здоровых корнеплодов (86,10 и 91,60 % соответственно).
Снижение сахаристости и ухудшение химического состава сахарной свеклы в результате повышения степени увядания корнеплодов вызывало уменьшение прогнозируемого выхода сахара на 0,49-5,47 абс. % и увеличение потерь сахара в мелассе на 0,15-3,53 абс. %. Как показали исследования, возбудители сосудистого бактериоза оказывали отрицательное влияние на извлекаемость сахарозы из свеклы, коэффициент извлечения при переработке таких корнеплодов снижался с 82,6 до 58,2 % (таблица).
Таблица
Технологическое качество корнеплодов сахарной свеклы в зависимости от степени бактериального увядания (гибрид РО-117, опытное поле ВНИИСС)
Исследуемые показатели Степень по ражения, балл
0 (здоровые корнеплоды) 1 2 3 4 5
Сахаристость, % 17,80 17,46 17,34 17,25 16,95 15,86
Сухие вещества (СВ), % 25,93 27,25 28,1 29,74 30,28 32,82
Содержание а-аминного азота, ммоль/ 100 г свёклы 2,43 3,20 4,72 7,24 9,26 13,23
Содержание РВ, % 0,098 0,116 0,126 0,239 0,318 0,512
Содержание углекислой золы, % 0,498 0,532 0,607 0,663 0,761 0,824
Чистота клеточного сока, % 86,10 86,42 85,30 82,75 80,16 78,54
Содержание белковых веществ в клеточном соке, мг/см3*100 СВ 19,73 19,12 14,89 5,23 4,34 3,92
Чистота очищенного сока, % 91,60 91,24 90,22 88,20 86,04 84,32
Прогнозируемые потери сахара в мелассе, % 2,10 2,25 2,62 3,78 4,64 5,63
Прогнозируемый выход сахара, % 14,70 14,21 13,72 12,47 11,31 9,23
Коэффициент извлечения сахара из свёклы, % 82,6 81,4 79,1 72,3 66,7 58,2
В результате многолетних исследований установлено отрицательное влияние бактериального увядания на химический состав корнеплодов сахарной свеклы и продукты их переработки.
В процессе роста корнеплоды выделяют различные органические и минеральные соединения (сахара, органические кислоты, спирты, альдегиды, витамины, фосфатные и азотные соединения). Эти вещества могут служить источниками питания почвенных микроорганизмов, способствуя их активному развитию вокруг корнеплодов. Изменения, происходящие в свекловичном сырье в результате инфицирования возбудителями сосудистого бактериоза, сопровождаются скоплением разнообразных микроорганизмов в ризосфере корнеплодов сахарной свеклы.
Для определения численности основных физиологических групп микроорганизмов в ризосфере в качестве объекта исследования были взяты растения сахарной свеклы: здоровые; инфицированные, с менее выраженными симптомами бактериального увядания, соответствующие 2-3 баллам; поражённые на 4-5 баллов.
Следует отметить, что рН солевой вытяжки почвы варианта со здоровыми растениями был на уровне 5,13, в варианте с корнеплодами, степень поражения которых составила 2-3 балла, - 5,01, а с корнеплодами со степенью поражения 45 баллов - 5,08.
Важным полифункциональным компонентом почвенной биоты является группа микроскопических грибов, которая входит в гетеротрофный блок биогеоценозов. Микромицеты имеют узкую специфичность по отношению к субстрату и обладают широкой полифункциональностью метаболических путей, что обусловливает их повсеместное распространение, а потому они доминируют среди целлю-лозолитических микроорганизмов и составляют 60-90 % целлюлозоразрушающей микробной биоты. Однако, изучение динамики их численности является актуальным еще и потому, что среди них обнаружено наибольшее количество токсинооб-разователей и фитопатогенов, определяющих фитосанитарное состояние почвы, а соответственно и выращиваемых на ней растений сахарной свеклы [7].
В результате исследования ризосферы здоровых растений сахарной свёклы в ней было выявлено 72,5 тыс. КОЕ в 1 г а.с.п. (абсолютно сухой почвы) микромице-тов; в ризосфере растений, пораженных сосудистым бактериозом на 2-3 балла, их было в 2,3 раза; в ризосфере растений, поражённых на 4-5 баллов, - в 2,7 раза больше относительно здоровых растений (рис 1).
Рис 1. Численность микромицетов в ризосфере растений сахарной свеклы
Аналогичная тенденция наблюдалась и при подсчете бактериальной микрофлоры, которую учитывали на приведенных выше средах. Так, при увеличении степени поражения растений сахарной свёклы повышалась и численность бактерий от 56,4 (в ризосфере здоровых растений) до 93,4 млн КОЕ в 1 г а.с.п. (в ризосфере пораженных на 4-5 баллов) (рис 2). Возможно, это происходит из-за увеличения поступления сахаров в прикорневую зону растений сахарной свёклы.
Рис 2. Численность бактерий в ризосфере растений сахарной свеклы
Активнее развивалась и группа актинобактерий. Эти микроорганизмы обладают мощным ферментативным аппаратом и развиваются на субстратах, обедненных мобильными соединениями. Активное развитие актинобактерий свидетельствует о более глубоких минерализационных процессах, протекающих в почве [8]. Их численность в ризосфере здоровых растений составила 4,6 млн КОЕ; в ризосфере пораженных на 2-3 балла бактериозом растений она была выше на 0,6 млн КОЕ (или на 13 %); в ризосфере пораженных на 4-5 баллов растений численность группы актинобактерий возросла в 2,2 раза в сравнении со здоровыми растениями (рис 3).
Рис 3. Численность актинобактерий в ризосфере растений сахарной свеклы
Из вышеизложенного следует, что развитие большинства групп микробного сообщества в ризосфере растений сахарной свёклы, возможно, вызвано поступлением из корнеплодов, пораженных сосудистым бактериозом, в почву сахаров, являющихся субстратом для микроорганизмов.
Дыхательный обмен, в результате которого выделяется энергия и синтезируются пластические вещества для противодействия патогенам, играет основную роль в устойчивости растений. Наиболее важным показателем этого процесса, характеризующим потери углеводов, является его интенсивность. Исследователями лаборатории кафедры технологии хранения и переработки сельскохозяйственных продуктов Ульяновской сельскохозяйственной академии (1987) определено, что снижение интенсивности данного процесса повышает лежкоспособность корнеплодов, уменьшает потери сахара. Следует предположить, что о реакции свеклосы-рья на поражение болезнями можно судить по интенсивности дыхания корнеплодов, с которым связано выделение ими тепла [3].
Наши исследования показали, что если интенсивность дыхания здоровых корнеплодов была на уровне 17,2 мг СО2/кг-ч, то в остальных образцах наблюдалось увеличение данного показателя от 19,7 до 31,2 мг СО2/кг-ч. Аналогичная тенденция отмечена по количеству выделяемого корнеплодами тепла, значение которого выросло от 189,2 до 343,2 кДж/ т-ч (рис 4).
Рис 4. Интенсивность дыхания корнеплодов сахарной свеклы и количество выделяемого ими тепла в зависимости от степени бактериального увядания
С изменением интенсивности дыхания корнеплодов согласуется изменение таких показателей, как содержание сухих веществ и сахарозы. При увеличении степени поражения корнеплодов возбудителями сосудистого бактериоза наряду с повышением интенсивности дыхания наблюдалось повышение содержания сухих веществ (СВ) и снижение содержания сахарозы ( см. таблицу ).
Таким образом, в результате исследований установлено ухудшение технологического качества корнеплодов сахарной свеклы по мере повышения степени бактериального инфицирования их сосудисто-проводящей системы в период вегетации, что может вызвать осложнения при хранении и переработке такого сырья. Для прогнозирования производственно-технических показателей свеклосахарных заводов необходимо до уборки проводить фитосанитарный мониторинг посевов сахарной свеклы на наличие бактериального увядания.
ЛИТЕРАТУРА
1. Путилина, Л.Н. Влияние сосудистого бактериоза на технологические качества сахарной свеклы [Текст]/ Апасов И.В., Селиванова Г.А Сахарная свекла. -2015. - № 5. - С. 36-40.
2. Bulgarelli D. et. al. Structure and functions of the bacteria! microbiota of plants / / Annua! review of plant biology. - 2013. - V. 64. - P. 807-838.
3. Свиридов, А.В.,. Факторы, влияющие на микроклимат в кагатах сахарной свёклы [Текст]// Дорошкевич Е.И., Просвиряков В.В. Защита и карантин растений. - 2013. - № 11. - С. 17-20.
4. Теппер, Е.З., Шильникова В.К., Переверзева Г.И. Практикум по микробиологии. М.: Дрофа, 2004. - 255 с.
5. Апасов, И.В., Путилина Л.Н., Селиванова Г.А. Изменение технологических качеств корнеплодов сахарной свеклы, пораженных сосудистым бактериозом [Текст]// Сахар. - 2014. - № 9. - С. 35-38.
6. Путилина, Л.Н., Кульнева Н.Г., Селиванова Г.А., Землянухина О.А. Технологическая оценка сахарной свеклы, инфицированной возбудителями сосудистого бактериоза в период вегетации / /[Текст] /Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. - 2016. - № 3 (69). - С. 239-247.
7. Свистова, И.Д. Микромицеты чернозема - продуценты целлюлолитических ферментов: Монография. / Воронеж: Изд-во Воронеж. гос. ун-та, 2003. - 152 с.
8. Звягинцев, Д.Г., Зенова Г.М. Экология актиномицетов. - М.: ГЕОС, 2001. -256 с.
REFERENCES
1. Putilina L.N., Apasov I.V., Selivanova G.A. Vliyaniye sosudistogo bakterioza na tekhnologicheskiye kachestva sakharnoy svekly [Influence of vascular bacteriosis on sugar beet technological quality], Sakharnaya svekla, 2015, No 5, S. 36-40 (Rassian).
2. Bulgarelli D. et. al. Structure and functions of the bacterial microbiota of plants, Annual review of plant biology, 2013, V. 64, P. 807-838 (Germany).
3. Sviridov A.V., Doroshkevich E.I., Prosviryakov V.V. Faktory, vliyayushchiye na mikroklimat v kagatakh sakharnoy svyokly [Factors influencing upon microclimate in sugar beet clamps], Zashchita i karantin rasteniy, 2013, No 11, S. 17-20 (Rassian).
4. Tepper E.Z., Shilnikova V.K., Pereverzeva G.I. Praktikum po mikrobiologii [Microbiology practical work], M.: Drofa, 2004, 255 s. (Rassian).
5. Apasov I.V., Putilina L.N., Selivanova G.A. Izmeneniye tekhnologicheskikh kachestv korneplodov sakharnoy svekly, porazhennykh sosudistym bakteriozom [Chang in technological qualities of sugar beet roots affected by vascular bacteriosis], Sakhar, 2014, No 9, S. 35-38 (Rassian).
6. Putilina L.N., Kulneva N.G., Selivanova G.A., Zemlyanuhina O.A. Tekhnolog-icheskaya otsenka sakharnoy svekly, infitsirovannoy vozbuditelyami sosudistogo bakterioza v period vegetatsii [Technological evaluation of sugar beet infected with vascular bacteriosis pathogenes during vegetation period], Vestnik Voronezhskogo gosudar-stvennogo universiteta inzhenernykh tekhnologiy, 2016, No 3 (69), S. 239-247 (Rassian).
7. Svistova I.D. Mikromitsety chernozema - produtsenty tsellyuloliticheskikh fer-mentov. Monografiya [Micromycetes of chernozem are producers of celluloselytic enzymes. The monograph.], Voronezh. gos. ped. un-t. - Voronezh: Izd-vo Voronezh. gos. un-ta, 2003, 152 s. (Rassian).
8. Zvyagintsev D.G., Zenova G.M. Ekologiya aktinomitsetov [Ecology of actinomy-cetes], M.: GEOS, 2001, 256 s. (Rassian).
