QUALITY FORMATION OF WHEAT WITH HIGH CONTENT OF SELENIUM IN REGIONAL CONDITIONS
Abstract and keywords
Abstract (English):
The possibility of increasing the selenium content in the grain of wheat cultivated in the conditions of the Keme-rovo region are shown. The factors that influence the quality of grain and the content of selenium in it have been ana-lyzed. The preservation of selenium in the process of storage has been studied. The technology of cultivation of wheat with high content of selenium has been developed based on the received results.

Keywords:
Wheat, selenium deficiency, factors, conditions, quality indices.
Text
Publication text (PDF): Read Download

Введение

Кемеровская область – один из индустриальных центров России, в котором сочетание угледобычи, металлургии и химической промышленности с осо­бенностями рельефа создает на большей части территории крайне неблагоприятную экологическую обстановку, что усугубляет имеющийся дефицит микронутриентов в рационах населения и вызывает повышенную потребность организма в антиоксидан­тах, к которым можно отнести селен.

Селен является необходимым компонентом ряда основных процессов метаболизма, включая систему антиоксидантной защиты, синтеза гормонов щито­видной же­лезы и иммунитета, кроме того, обладает выраженным антиканцерогенным действием [1].

Основной путь поступления селена в организм человека – потребление с пищей, причем его количе­ство в продуктах питания напрямую зависит от со­держания селена в среде, сопровождающей рост и развитие растений и животных. Значительная часть территории Российской Федерации относится к се­лендефицитным регионам, что делает исследования в направлении повышения содержания селена в про­дуктах массового питания особенно актуальными.

На данный момент перспективным способом снижения дефицита селена в организме человека яв­ляется обогащение им растительного сырья, так как этот способ имеет ряд преимуществ:

1) при обогащении растений селен переходит из неорганической формы в органическую – селенометионин;

2) растительные продукты составляют весомую часть рациона современного человека;

3) обогащенные селеном кормовые растения яв­ляются наиболее доступным средством поддержания селенового статуса у сельскохозяйственных живот­ных. Включение селенометионина в рацион живот­ных позволяет существенно увеличить концентра­цию селена в получаемых продуктах животновод­ства;

4) при обогащении растений можно регулировать содержание селена в готовой продукции, что позво­ляет исключить возможность превышения дозы ре­комендуемой нормы потребления и снизить риск возникновения отравления селеном;

5) внесение селена в растения позволяет добиться значительного экономического эффекта путем по­вышения урожайности сельскохозяйственных куль­тур [2].

Исходя из вышесказанного целью данной работы является выявление и анализ факторов, формирую­щих качество пшеницы с повышенным содержанием селена в региональных особенностях Кемеровской области. Выбор пшеницы в качестве объекта обога­щения селеном обусловлен следующими факторами:

– пшеница является ценной злаковой культурой, способной аккумулировать селен и трансформиро­вать его в органическую форму – селенометионин;

– продукты ее переработки, в том числе хлеб, хлебобулочные и крупяные изделия, являются про­дуктами массового потребления и имеют социаль­ную направленность;

– анализ зарубежного опыта свидетельствует о том, что затраты на обогащение пшеницы путем вне­сения селена в растение на различных этапах его роста практически не превышают затраты при тра­диционном методе выращивания [3].

 

Материалы и методы

Основным объектом исследований являлась пше­ница сорта «Память Афродиты», выведенная Кемеров­ским научно-исследовательским институтом сель­ского хозяйства (КемНИИСХ). Выбор сорта обу­словлен качественными характеристиками зерна (высоким содержанием клейковины), а также устой­чивостью к природно-климатическим условиям Ке­меровской области. Возможность пшеницы аккуму­лировать селен также подтверждена в испытаниях с использованием сорта «Новосибирская-29». Теоре­тические и практические исследования выполнены в лаборатории кафедры технологии и организации об­щественного питания ФГБОУ ВПО КемТИПП. По­левые работы (высадка, обработка, сбор, определе­ние биометрической характеристики пшеницы) про­водили на экспериментальных площадках КемНИ­ИСХ.

Исследования проводились в период 2009–2011 гг.

В работе использовали стандартные, общепринятые химические, физико-химические, биохимические, мик­робиологические и органолептические методы иссле­дования свойств сырья, полуфабрикатов и готовой продукции. Содержание общего селена определяли методом инверсионной вольтамперометрии (МУ 08-47/132). Математическая обработка данных прове­дена с использованием пакета STATISTIKA, мето­дом парных корреляций (по Пирсону) и дисперсион­ного анализа с помощью программы «Прикладная статистика», ANOVA.

 

Результаты и их обсуждение

Первым этапом исследования являлось исследо­вание факторов, влияющих на накопление растением селена.

Выявлено 3 ряда факторов.

1. Сырье.

2. Технология (параметры и режимы).

3. Почвенно-климатические условия.

1. Фактор «Сырье» рассмотрен с позиции выбора сорта пшеницы, обогащающей селенсодержащей до­бавки и комплексной минеральной добавки.

Сортовые свойства. Количество накапливаемого селена в зерне напрямую зависит от количества клейковинного белка. Сорт пшеницы «Память Аф­родиты» выведен Кемеровским научно-исследова­тельским институтом сельского хозяйства. Данный сорт был выведен и рекомендован как сорт с высо­кими показателями качества клейковины, а также с хорошей устойчивостью к болезням и вредителям в условиях Кемеровской области.

Селенсодержащая обогащающая добавка. Пред­почтение было отдано селениту натрия, обладаю­щему следующими преимуществами: водораство­рим; обладает высокой встраиваемостью в органиче­ские компоненты; благоприятно сказывается на раз­личных процессах, происходящих в растении; явля­ется одной из наиболее экономичных форм селена.

Комплексная минеральная добавка. Выдвинута гипотеза о том, что при применении комплексных минеральных добавок, увеличивающих содержание клейковины в зерне, будет повышаться способность пшеницы кумулировать селен. Для подтверждения гипотезы использована комплексная минеральная добавка «Мастер особый».

2. Фактор «Технология» представляет собой со­вокупность параметров обогащения: способ, фаза и кратность внесения селенобогащающей добавки. Па­раметры обогащения представлены на рис. 1.

3. Почвенно-климатические условия (данный фактор, в рамках которого осуществляется разра­ботка технологии, носит условный характер). К поч­венно-климатическим условиям относятся состав почвы и климатические условия Кемеровской об­ласти.

Влияние типа почв на накопление селена. Терри­тория Кемеровской области характеризуется преоб­ладанием в структуре почвенного покрова выщело­ченных и оподзоленных черноземов с реакцией среды близкой к нейтральной. Теоретически это дает возможность выращивать пшеницу с повышенным содержанием селена. Характеристика почв Кемеров­ской области показала, что наиболее благоприят­ными для выращивания пшеницы с повышенным со­держанием селена являются 6 районов, в том числе Кемеровский.

Влияние климатических условий на накопление селена. Как уже говорилось ранее, содержание клей­ковины в зерне определяет количество аккумулиро­ванного ей селена, а содержание клейковины в зерне на 30 % зависит от благоприятных климатических условий. Для получения зерна пшеницы высокого качества необходимо достаточное, но не избыточное количество влаги, относительно высокая темпера­тура воздуха и интенсивная инсоляция.

Наиболее благоприятным по климатическим ус­ловиям для роста и развития растения за исследуе­мый период времени оказался 2009 г. Для вегетаци­онного периода 2009 г. характерна хорошая обеспе­ченность влагой до фазы колошения зерновых куль­тур, температура немного ниже нормы, но достаточ­ная для формирования хороших количественных по­казателей качества пшеницы. Для вегетационного периода 2010 г. характерна недостаточная обеспе­ченность влагой до фазы колошения зерновых куль­тур; низкие среднесуточные температуры июля, не­достаток солнечного сияния, переизбыток влаги спо­собствовали увеличению продолжительности веге­тационного периода зерновых культур. Для вегета­ционного периода 2011 г. характерна недостаточная обеспеченность влагой в период посев – кущение зерновых культур, что в значительной степени ока­зало негативное влияние на формирование генера­тивных органов.

На рис. 2 представлена схема эксперимента в по­левых условиях.

Целью экспериментальных исследований в 2009 г. являлось подтверждение гипотезы о возможности обогащения пшеницы на примере сорта «Память Афродиты» в условиях Кемеровской области. Кроме того, представляло интерес установить влияние обо­гащения пшеницы селенсодержащим препаратом на урожайность.

Для эксперимента были взяты 3 образца пше­ницы: контроль и 2 образца, обработанные различ­ным количеством селенита натрия (75 и 125 г/га). После сбора урожая были определены основные по­казатели качества зерна и общее содержание селена.      

Органолептические и физико-химические показатели соответствовали требованиям ГОСТ. Общее содер­жание селена в зерне представлено в табл. 1.

 

 

 

Таблица 1

 

Общее содержание селена в зерне пшеницы (2009 г.)

 

Показатель

Контроль

Образец 1

Образец 2

Количество

вносимого

селенита натрия,

г/га

0

75

125

Урожайность,

ц/га

2,72±0,024

2,75±0,024

2,80±0,024

Количество

селена в зерне,

мг/кг

0,010±0,002

0,015±0,0037

0,027±0,0037

 

Результаты исследований показали, что гипотеза подтвердилась. Содержание селена в пшенице было увеличено в 2,7 раза без отрицательного влияния на основные показатели качества зерна.

В 2010 г. целью исследований было изучение влияния различных концентраций селенита натрия на накопление селена в пшенице с целью выбора оптимальной, а также определение основных факторов, влияющих на аккумуляцию пшеницей селена. Для этого были взяты 14 образцов пшеницы, отличающихся количеством вносимого Na2SeO3, кратностью полива и применением комплексной минеральной добавки.

В ходе товароведной оценки по органолептиче­ским показателям отклонений обнаружено не было.

Оценка физико-химических показателей, некото­рые из которых представлены в табл. 2, позволила сделать следующие выводы.

1. При однократном внесении селенита натрия более 300 г/га наблюдается отрицательное воздейст­вие на растение – качество зерна заметно ухудша­ется.

2. Однократное внесение селенита натрия в коли­честве 500 г/га является губительным для растения.

3. При внесении селенита натрия в количествах 125–187 г/га наблюдается положительная динамика в основных показателях качества: количество и каче­ство клейковины, натурная масса и масса 1000 зерен, урожайность.

4. Количество клейковины у образцов пшеницы, обработанных добавкой «Мастер особый», выше по сравнению с контролем – до 17 %, чем у образцов, не обработанных минеральной комплексной добавкой.

Определение общего содержания селена в зерне показало: наибольшее количество селена накоплено образцами № 10, 12 и 14, при этом у образца № 12 низкая урожайность. Образцы № 10 и 14 близки по итоговому содержанию селена в зерне, но количе­ство селенита натрия, затраченного на обработку об­разца № 14, значительно превышает количество ОД, затраченной на 10-й образец, что является экономи­чески невыгодным. Таким образом, количество селе­нита натрия 374 г/га является оптимальным при дву­кратном внесении совместно с минеральной добав­кой «Мастер особый».

 

 

 

Рис. 1. Параметры обогащения

 

 

Рис. 2. Схема проведения эксперимента в полевых условиях

 

 

 

Таблица 2

 

Урожайность и физико-химические показатели качества зерна, n = 5 (2010 г.)

 

Номер

образца

Количество вносимого Na2SeO3, г/га/

кратность полива, раз /

количество вносимой минеральной комплексной добавки, кг/га

Показатель качества

Количество клейковины, %

Эластичность

Растяжимость, см

Натурная масса, г/л

Количество

селена в зерне, мг/кг

 

Урожайность, ц/га

 

1 класс ≥ 36 %,

2 класс

28–32%,

3 класс

23–27 %,

4 класс

18–22 %,

5 класс

не ограничен

Хорошая,

удовл.,

неудовл.

До 10 –

короткая,

10–20 –

средняя,

свыше 20 – длинная

Не менее 750 – для

2 класса,

не менее 730 – для

3 класса

Контроль

0/0/0

26,97±2,496

Удовл.

15

750,3±0,94

0,01±0,015

2,69±0,74

Образец № 2

0/0/4

27,10±2,484

Удовл

16

751,5±1,36

0,01±0,015

2,74±0,248

Образец № 3

224/1/0

27,40±2,484

Удовл.

18

751,6±0,94

0,017±0,021

2,76±0,248

Образец № 4

224/1/4

27,46±2,484

Удовл.

18

752,3±0,89

0,023±0,009

2,83±0,496

Образец № 5

112/2/0

27,39±2,484

Удовл.

17

751,5±1,36

0,020±0,004

2,76±0,248

Образец № 6

112/2/4

28,9±2,484

Хорошая

20

756,2±0,49

0,023±0,009

2,90±0,248

Образец № 7

374/1/0

25,62±4,968

Удовл.

13

751,4±0,75

0,033±0,009

2,6±0,496

Образец № 8

374/1/4

26,43±7,452

Хорошая

21

752,3±0,89

0,040±0,007

2,7±0,496

Образец № 9

187 /2/0

26,5±9,936

Удовл.

17

759,1±0,49

0,030±0,002

3,0±2,484

Образец № 10

187/2/4

31,55±2,484

Хорошая

23

763,2±0,84

0,049±0,004

3,32±2,484

Образец № 11

500/1/0

24,40±9,936

Удовл.

12

732,1±0,62

0,047±0,002

1,5±0,248

Образец № 12

500/1/4

24,80±7,453

Удовл.

12

734,4±0,62

0,050±0,007

1,5±0,248

Образец № 13

250/2/0

25,67±2,496

Удовл.

17

748,2±1,08

0,042±0,012

2,78±2,484

Образец № 14

250/2/4

26,85±19,873

Хорошая

21

752,9±0,14

0,051±0,004

2,85±2,484

 

 

В 2011 г. проводились исследования для под­тверждения данных, полученных в 2010 г. Кроме того, представляло интерес изучить рост и развитие растения из зерна с повышенным содержанием се­лена (пшеница урожая 2010 г.), а также влияние на показатели качества зерна и количество накапливае­мого селена обработки зерен пшеницы перед посе­вом. По органолептическим показателям все опыт­ные образцы не уступают контролю и соответствуют требованиям ГОСТ. Результаты изучения физико-химических показателей представлены в табл. 3.

 

 

Таблица 3

 

Физико-химические показатели обогащенной пшеницы (2011 г.)

 

Номера

образца

Количество вносимого Na2SeO3, г/га/

кратность полива, раз/

количество вносимой комплексной минеральной добавки, кг/га

Показатель

Количество

клейковины, %

Эластичность

Растяжимость, см

Натурная масса, г/л

1 класс ≥ 36 %,

2 класс 28–32 %,

3 класс 23–27 %,

4 класс 18–22 %,

5 класс не ограничен

Хорошая,

удовл.,

неудовл.

До 10 – короткая,

10–20 – средняя,

свыше 20 – длинная

Не менее 750 –для 2 класса,

не менее 730 –для 3 класса

Образец № 1

(контроль)

0/0/0

26,84±2,484

Хорошая

17

708±4,96

Образец № 2

0/0/0

Обогащенная

пшеница 2010 г.

24,38±7,452

Удовл.

16

683±5,4

Образец № 3

187/1/0

25,54±4,968

Хорошая

14

696±4,96

Образец № 4

187/1/4

29,44±2,484

Хорошая

19

763±4,96

Образец № 5

187/2/0

23,34±2,484

Удовл.

13

740±6,57

Образец № 6

187/2/4

31,36±4,968

Хорошая

21

769±6,57

Образец № 7

187/3/0 (замачивание семян перед высадкой + двукратный полив)

25, 56±4,968

Хорошая

15

751±3,28

 

Таблица 4

 

Общее содержание селена в зерне и урожайность (2011 г.)

 

Номер

образца

Количество

вносимого Na2SeO3, г/га

Кратность внесения, раз

Количество вносимой комплексной добавки, кг/га

Количество селена в зерне, мг/кг

Урожайность, ц/га

Образец № 1

0

0

0

0,01±0,015

2,69±0,74

Образец № 2

0

0

0

0,015±0,015

2,74±0,248

Образец № 3

187

1

0

0,020±0,024

2,76±0,248

Образец № 4

187

1

0

0,037±0,024

2,83±0,496

Образец № 5

187

2

0

0,052±0,049

2,76±0,248

Образец № 6

187

2

4

0,087±0,024

2,90±0,248

Образец № 7

187

3

0

0,085±0,024

2,6±0,83

 

 

Результаты исследования содержания селена в пшенице в 2011 г. представлены в табл. 4.

Данные таблиц показывают:

1) по количеству и качеству клейковины все образцы показали достаточно хорошие результаты. При этом у образцов, которые были обработаны только поверхностным опрыскиванием, показатели лучше, чем у образцов, в которых применяли замачивание семян перед посевом;

2) по показателю «натурная масса» образцы с 4 по 7 на 6–9 % превосходят контроль.

По итогам 2011 г. сделаны следующие выводы.

1. Использование для посева обогащенной пшеницы предыдущего урожая без дополнительного внесения селенита натрия дает большее содержание селена, чем в контроле, но все же достаточно низкое –       0,015 мг/кг по сравнению с исходными 0,027 мг/кг.

2. Результаты урожая 2011 г. подтвердили предположение о положительном влиянии комплексной минеральной добавки на количество аккумулированного селена пшеницей. Использование комплексной минеральной добавки увеличивает содержание селена в зерне до 17 %.

3. Наибольшее количество селена накоплено образцом № 6 (0,087 мг/кг), полученным при поверхностном опрыскивании растения препаратом селена в количестве 374 г/га.

Изучение показателей качества хлеба из селенобогащенного сырья показало, что по всем показателям хлеб соответствует требованиям нормативных документов, а содержание селена в среднем составляет      5,2 мкг/100 г, что соответствует 22 % от суточной потребности при потреблении хлеба в количестве 300 г.

Зерно пшеницы является сырьем длительного хранения, следовательно, представляло интерес изучить сохранность селена в зерне с течением времени. Результаты исследований показали, что сохранность селена в зерне по истечении двух и трех лет хранения составляет 98–99,5 %.

Итогом исследований 2009–2011 гг. явилась технология обогащения пшеницы селеном, основными элементами которой являются следующие.

Сырье. В качестве сорта пшеницы, характеристики которой показывают способность ее к аккумуляции селена, выбрана пшеница «Память Афродиты»; обогащающая добавка – селенит натрия; комплексная минеральная добавка, способствующая повышению содержания селена в пшенице на 11–17 %, – «Мастер особый».

Параметры. Определены способ внесения (поверхностное опрыскивание), фазы внесения (выхода в трубку и молочной спелости зерна) и кратность внесения селенсодержащей обогащающей добавки (двукратное).

Условия реализации разработанной технологии. Анализ климатических условий и характеристика почв Кемеровской области показали, что наиболее благоприятными для выращивания пшеницы с повышенным содержанием селена являются 6 районов, в том числе Кемеровский.

References

1. Tutel'yan, V.A. Selen v organizme cheloveka. Metabolizm. Antioksidantnye svoystva. Rol' v kancerogeneze / V.A. Tutel'yan, V.A. Knyazhev, S.A. Hotimchenko, N.A. Golubkina, N.E. Kushlinskiy, Ya.A. Sokolov. - M.: Izdatel'stvo RAMN, 2002. - 201 s.

2. Golubkina, N.A. Vliyanie geohimicheskogo faktora na nakoplenie selena zernovymi kul'turami i sel'skohozyay-stvennymi zhivotnymi v usloviyah Rossii, stran SNG i Baltii / N.A. Golubkina // Problemy regional'noy ekologii. - 1998. - № 4. - S. 94-101.

3. Merja Eurola. Effects of Selenium Fertilization on the Selenium Content of Cereal, Grains, Flour, and Bread Produced in Finland / Merja Eurola, Paivi Ekholm // Cereal Chemistry. - 1990. - № 4. - Vol. 6. - R. 334-337.


Login or Create
* Forgot password?