Выявление и анализ факторов, формирующих качество пшеницы с повышенным содержанием селена
На правах рукописи
МЯКАШКИНА АННА ВЛАДИМИРОВНА ВЫЯВЛЕНИЕ И АНАЛИЗ ФАКТОРОВ, ФОРМИРУЮЩИХ КАЧЕСТВО ПШЕНИЦЫ С ПОВЫШЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ СЕЛЕНА 05.18.15 - Технология и товароведение пищевых продуктов и функционального и специализированного назначения и общественного питания
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Кемерово - 2012 2
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» доктор технических наук, профессор
Научный консультант:
Маюрникова Лариса Александровна Резниченко Ирина Юрьевна, Официальные доктор технических наук, доцент, оппоненты:
ФГБОУ ВПО «Кемеровский институт пищевой промышленности», профессор кафедры «Товароведение и управление качеством» Влощинский Павел Евгеньевич, доктор медицинских наук, профессор НОУ ВПО Центросоюза РФ «Сибирский университет потребительской кооперации», заведующий кафедрой и «Технология организация общественного питания»» Федеральное государственное бюджетное Ведущая образовательное учреждение высшего организация:
профессионального образования «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова», г. Барнаул
Защита состоится «26» октября 2012 года в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.089.02 при ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» по адресу: 650056, Кемерово, бульвар Строителей, 47, тел./факс 8(3842)39-68-88.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности». С авторефератом можно ознакомиться на официальных сайтах ВАК Минобрнауки РФ (http://vak.ed.gov.ru/ru/dissertation) и ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» (www.kemtipp.ru).
Автореферат разослан «» сентября 2012 года.
Ученый секретарь диссертационного совета Голуб О.В.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. В последние годы обогащенные продукты питания получили очень широкое распространение. Несмотря на то, что цена на такие продукты, как правило, выше, число их потребителей постоянно растет, так как профилактика заболеваний, в любом случае, дешевле, чем лечение. Таким об разом, производство обогащенных продуктов питания становится не только модным, но и коммерчески выгодным предприятием.
Селен – важнейший элемент антиоксидантной защиты организма. Он вхо дит в состав глютатионпероксидазы – фермента, обезвреживающего самые опасные и агрессивные свободные радикалы, именно те, с которыми другие ан тиоксиданты справиться не в состоянии. Селен обладает выраженным антикан церогенным действием, причем, не только предотвращает, но и приостанавли вает развитие злокачественных опухолей, укрепляет сердечную мышцу, необ ходим для синтеза йодосодержащих гормонов щитовидной железы, предохра няет клеточные мембраны от повреждения агрессивными формами кислорода.
Основной путь поступления селена в организм человека – потребление с пищей, причем, его количество, в продуктах питания, напрямую зависит от со держания селена в среде, сопровождающей рост и развитие растений и живот ных. Значительная часть территории Российской Федерации относится к селен дифицитным регионам, что делает исследования, в направлении повышения содержания селена в продуктах массового питания, особенно актуальными.
Большой вклад в решение проблемы селендефицита внесли такие ученые как Тутельян В.А., Скальный А.В., Хотимченко С.А., Голубкина Н.А., Спири чев В.Б. и многие другие. При этом, получение продуктов питания через обо гащенное растительное сырье (на примере пшеницы) с повышенным содержа нием селена представляет научный и практический интерес.
Цель и задачи исследований. Целью работы является выявление и анализ факторов, формирующих качество пшеницы с повышенным содержанием се лена, полученной с использованием технологии внесения обогащающей селен содержащей добавки (ОД) в процессе выращивания.
Для достижения указанной цели определены следующие задачи:
1. Провести анализ фактического содержания селена в продуктах питания, реализуемых на рынке г. Кемерово, с целью обоснования целесообразности разработки продуктов, обогащенных селеном 2. Изучить факторы, влияющие на формирование качества пшеницы, в том числе на аккумуляцию селена:
• сырье – выбор сорта пшеницы, обогащающей селенсодержащей добавки и комплексной минеральной добавки;
• технология (режимы и параметры обогащения) - выбор способа, фазы и кратности внесения обогащающей селенсодержащей добавки;
• почвенно-климатические условия - состав почвы и климат Кемеровской об ласти;
3. Изучить влияние селена на показатели качества пшеницы и установить по роговые значения селенсодержащей обогащающей добавки.
4. Определить содержание селена в исследуемых образцах пшеницы и его со хранность в процессе хранения.
5. Изучить показатели качества муки обойной из обогащенной селеном пше ницы.
6. Изучить показатели качества хлеба, выработанного из обогащенной пше ницы и содержание в нем селена.
Научная новизна исследования:
• Установлены пороговые значения селенсодержащей обогащающей до бавки (min 224 г/га, max – 500 г/га.), являющиеся достаточными и безопасными для обеспечения качества пшеницы и продуктов ее переработки (мука, хлеб);
• Показано, что внесение селенита натрия совместно с комплексной мине ральной добавкой способствует увеличению содержания селена в зерне пше ницы на 11-17%;
• Показано, что основными факторами, обеспечивающими получение пше ницы с повышенным содержанием селена и высокими технологическими свой ствами, являются: способ внесения ОД (поверхностное опрыскивание расте ния), фазы внесения обогащающих добавок (фаза выхода в трубку и фаза мо лочной спелости пшеницы), количество ОД и кратность внесения ОД (двукрат ное).
Практическая значимость. Разработан проект технической документа ции на: пшеницу, с повышенным содержанием селена (ТУ 9712-176-020683315 2012);
муку, с повышенным содержанием селена (СТО).
Результаты работы внедрены в учебный процесс и используются при про ведении лекционных и практических занятий для студентов специальностей «Технология продуктов общественного питания», «Технология продуктов дет ского и функционального питания» ФГБОУ ВПО Кемеровский технологиче ский институт пищевой промышленности.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались на всероссийских и международных научно-практических конференциях -«Пищевые продукты и здоровье человека» (Кемерово, 2010, 2011, 2012), «Управление инновациями в торговле и общественном питании» (Кемерово, 2010).
Публикации: По материалам диссертации опубликовано 11 работ (в т.ч. – в изданиях, рекомендованных ВАК).
Структура и объем диссертационной работы. Работа состоит из введения, обзора литературы, методики экспериментальных исследований, обсуждения полученных результатов, выводов, списка литературы и приложений. Диссертация изложена на 146 листах машинописного текста, содержит 11 рисунков, 57 таблиц и приложений. Библиографический список включает 154 источников, в т.ч. 45 работ зарубежных авторов.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследований, научная новизна и практическая значимость.
В первой главе представлен обзор отечественной и зарубежной литерату ры, посвященный проблеме селенодефицита. Определена роль селена для орга низма человека, проанализирован опыт обогащения селеном основных продук тов питания.
Во второй главе изложены организация и постановка эксперимента, объекты и методы исследований. Общая схема исследований представлена на рис. 1.Экспериментальная часть исследований проводилась в лабораториях ка федры «Технология и организация общественного питания» Кемеровского тех нологического института пищевой промышленности, на опытных делянках и в лаборатории ГНУ Кемеровского НИИСХ Россельхозакадемии.
Объектами исследования служили пшеница сорта «Память Афродиты», зер но пшеницы, мука пшеничная обойная, хлеб из муки пшеничной обойной.
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.
В третьей главе представлены результаты собственных исследований и их обсуждение.
Изучение фактического содержания селена в продуктах, представ ленных на рынке г.Кемерово. Проведено определение фактического содер жания селена в наиболее часто потребляемых и доступных продуктах. Закупку продуктов производили в торговой сети «Кора» ( г.Кемерово). Кроме продук тов, нативно содержащих селен, была исследована детская молочная смесь «Малыш» с целью проверки достоверности информации, содержащейся на маркировке. Результаты представлены в таблице 1.
Таблица 1 – Фактическое содержание селена в продуктах питания и блюдах Наименование Справочные, Фактическое, Отклонение факти- % от суточ мкг/100г* мкг/100г ческого содержания ной потреб селена от теоретиче- ности ского, в % Детская молочная 11,9** 6,2±0,02 -48,0 12, смесь «Малыш» Грецкий орех 5,2 5,05±0,18 -2,88 7, Гречневая крупа 10 10±1,3 -14,0 12, Гречневая каша 15 8,6±0,09 -42,67 12, Крупа рисовая 3,0 3,8±0,07 +21,05 5, Cвинина охлажденная 5,4 4,5±0,04 -16,7 0, Креветки в/м 2,0 2,4±0,04 +16,7 3, Ядро подсолнечника 7,0 6,1±0,22 -12,86 8, Укроп 1,9 1,4±0,05 -26,32 Чеснок 2,0 1,9±0,07 -5,0 2, Хлеб Следы 2 - *- согласно литературным данным;
**-согласно информации на маркировке Этапы исследований Обоснование необходимости разработки продуктов, обогащенных селеном Выявление наличия и глубины дефицита селена Изучение фактического содержания в питании населения Кемеровской области (на селена в продуктах, реализуемых на основе анализа литературных данных) рынке г.Кемерово Выявление и анализ факторов, формирующих качество пшеницы и влияющих в том числе на аккумуляцию селена сырье почвенно технология климатические условия минеральной Определение Определение ские условия Выбор сорта фазы внесе Состав поч Климатиче Способ вне Выбор ОД кратности Варианты пшеницы внесения сения ОД добавки вы Разработка технологии обогащения пшеницы Оценка качества обогащенного зерна Биометрические Органолептические Физико-химические Показатели Содержание показатели показатели показатели безопасности селена Оценка качества муки из обогащенного зерна Органолептические Физико-химические Содержание селена показатели показатели Оценка качества хлеба на основе обогащенного сырья Органолептические Физико-химические Содержание селена показатели показатели Разработка ТД и апробация технологии Рисунок 1 – Общая схема исследований По данным исследования выявлено, что теоретическое и фактическое со держание селена во многих продуктах питания соответствует заявленным (грецкий орех, мясо, чеснок). В таких продуктах как креветки, оно выше, чем по данным литературы. В остальных продуктах фактическое количество селена оказалось ниже, чем заявлено в литературных данных. Наибольшие отклонения отмечены у хлеба и круп, что свидетельствует о низком содержании селена в почве и, как следствие, в зерне и продуктах его переработки, таким образом, продукты, потребляемые населением практически ежедневно удовлетворяют физиологическую потребность в селене в среднем на 4 - 7%. Следует отметить, что детская молочная смесь «Малыш» (производства «Нутриция», г.Истра.), содержит селена почти на 50% меньше, чем заявлено на маркировке.
Исследовано влияние различных видов тепловой обработки(варка и жаре ние) на изменение содержания селена. Результаты представлены в таблице 2.
Таблица 2 – Потери селена при тепловой обработки Наименова- Вид теп- Продолжи- Темпе- Содержание Содержание Потери ние продук- ловой об- тельность ратура, Se до тепло- селена после селена, С та работки обработки, вой обработ- тепловой об- % мин ки, мкг работки, мкг Мясо Варка 35 100 3,6±0,86 4,5±0, (свинина) Жарение 10 160 2,9±0,69 34, Рыба (гор- Варка 10 100 3,9±0,74 23, 5,1±0, буша) Жарение 15 145 3,0±0,68 41, Крупа греч- Варка 12 100 10±1,3 8,6±0,09 невая Крупа пше- Варка 12 100 5±0,67 3,9±0,43 ничная Данные, представленные в таблице 2, показывают, что потери при варке в среднем составляют 14 – 24%, при жарении - 34 – 42%.
Таким образом, можно сделать следующие выводы:
• Низкий уровень содержания селена в продуктах питания говорит о невозможности получения достаточного уровня данного нутриента с рационом.
• Продукты массового потребления, такие как хлеб и крупы дают менее 10 % суточной нормы потребления Se.
• Потери селена при термообработке составляют 14 - 42%.
Целесообразность и преимущество выбора пшеницы в качестве объекта для обогащения обусловлены следующими факторами:
• Пшеница является ценной злаковой культурой, способной аккумулировать селен и трансформировать его в органическую форму - селенметионин.
• Продукты ее переработки, в том числе хлеб, хлебобулочные и крупяные из делия, являются продуктами массового потребления и имеют социальную на правленность.
• Анализ зарубежного опыта свидетельствует о том, что затраты на обогаще ние пшеницы путем внесения селена в растение на различных этапах его роста практически не превышают затраты при традиционном методе выращивания.
Объектом обогащения выбрана пшеница сорта «Память Афродиты».
Далее исследованы факторы, влияющие на накопление растением селена:
1)Фактор «сырье» рассмотрен с позиции выбора сорта пшеницы, обога щающей селенсодержащей добавки и комплексной минеральной добавки;
Сортовые свойства. Количество накапливаемого селена в зерне напрямую зависит от количества клейковинного белка. Сорт пшеницы «Память Афроди ты» выведен Кемеровским научно-исследовательским институтом сельского хозяйства. Данный сорт был выведен и рекомендован, как сорт с высокими по казателями качества клейковины, а также с хорошей устойчивостью к болезням и вредителям в условиях Кемеровской области.
Селенсодержащая обогащающая добавка. Предпочтение было отдано се лениту натрия, обладающему следующими преимуществами: водорастворим;
обладает высокой встраиваемостью в органические компоненты;
благоприятно сказывается на различных процессах, происходящих в растении;
является од ной из наиболее доступных по цене 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 обо гащения: способ, фаза и кратность внесения селенобогащающей добавки. Па раметры обогащения представлены на рисунке 2.
3) Почвенно-климатические условия (данный фактор условный, в рамках которого осуществляется разработка технологии). К почвенно-климатическим условиям относятся состав почвы и климатические условия Кемеровской об ласти.
Влияние типа почв на накопление селена. Территория Кемеровской области характеризуется преобладанием в структуре почвенного покрова выщелочен ных и оподзоленных черноземов с реакцией среды, близкой к нейтральной.
Теоретически, это дает возможность выращивать пшеницу с повышенным со держанием селена. Характеристика почв Кемеровской области показала, что наиболее благоприятными для выращивания пшеницы с повышенным содер жанием селена являются 6 районов, в т.ч. Кемеровский.
Влияние климатических условий на накопление селена. Как уже говорилось ранее, содержание клейковины в зерне определяет количество аккумулирован ного ей селена. А содержание клейковины в зерне на 30 % зависит от благопри ятных климатических условий. Для получения зерна пшеницы высокого каче ства необходимо достаточное, но не избыточное количество влаги;
относитель но высокая температура воздуха и интенсивная инсоляция.
Технологические режимы и параметры Выбор Способ вне- Выбор фазы Кратность ОД сения ОД внесения ОД внесения Однофазное Многофазное Органическая внесение внесение Поверхностное форма 1-разовое опрыскивание Замачивание зерна перед вы садкой + опрыскивание в фазу селенметионин выхода в трубку 2-х разо Внесение в соста селенцистеин Замачивание ве удобрений вое зерна перед Замачивание зерна перед вы селенопиран высадкой садкой + опрыскивание в фазу молочной спелости 3-х разовое При проращива нии зерна на этапе Неорганическая Опрыскивание подготовки сырья форма в фазу выхода в Опрыскивание в фа трубку зу выхода в трубку + в фазу молочной Прикорневой Селенит спелости полив Опрыскивание селенат Замачивание зерна пе в фазу молоч ред высадкой ной спелости +опрыскивание в фазу выхода в трубку Определение безопас + в фазу молочной спе ного уровня содержа лости ния селена в ПП Рисунок 2 – Параметры обогащения Наиболее благоприятным, по климатическим условиям, для роста и разви тия растения, за исследуемый период времени, оказался 2009 г. Для вегетаци онного периода 2009 г. характерна хорошая обеспеченность влагой до фазы ко лошения 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 темпера туры 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 - кущения зерновых культур, что в значительной степе ни оказало негативное влияние на формирование генеративных органов.
С 2009-2011 г.г. проводились полевые исследования по разработке техно логии выращивания пшеницы с повышенным содержанием селена. На рисунке 3 представлен эксперимент в полевых условиях.
Изучение влияния способов обогащения пшеницы на качество зерна Целью экспериментальных исследований в 2009 году являлось подтвер ждение гипотезы о возможности обогащения пшеницы на примере сорта «Па мять Афродиты», в условиях Кемеровской области. Кроме того, представляло интерес установление влияния обогащения пшеницы селенсодержащим препа ратом на урожайность.
Для эксперимента были взяты 3 образца пшеницы: контроль и 2 образца обработанные различным количеством селенита натрия (75г/га и 125г/га). По сле сбора урожая были определены основные показатели качества зерна и об щее содержание селена. Органолептические и физико-химические показатели соответствовали требованиям ГОСТ. Общее содержание селена в зерне пред ставлено в таблице 3.
Таблица 3 – Общее содержание селена в зерне пшеницы (2009 г.) Показатель Контроль Образец 1 Образец Количество вносимого 0 75 селенита натрия, г/га Урожайность ц/га 2,72±0,024 2,75± 0,024 2,80± 0, Количество селена в зер- 0,010± 0.002 0,015±0,0037 0,027±0, не, мг/кг Результаты исследований показали, что гипотеза подтвердилась. Содержа ние селена в пшенице было увеличено в 2,7 раза без отрицательного влияния на основные показатели качества зерна.
В 2010г целью исследований было изучение влияния различных концен траций селенита натрия на накопление селена в пшенице с целью выбора опти мальной, 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 ком плексной минеральной добавки.
2009 2010 Подтверждение технологии обога Доказать возможность пшеницы Выбор оптимальной концентрации накапливать селен в достаточных селенита натрия, кратности внесения, щения в климатических условиях ЦЕЛЬ количествах фазы внесения Кемеровской области Выщелоченный чер- Сорт пшеницы «Память Селенит натрия нозем Афродиты» УСЛОВИЯ Кратность внесения Без применения ком- Без применения комплексной мине- С применением комплексной мине- Без применения комплексной С применением ком плексной минеральной ральной добавки ральной добавки плексной минераль минеральной добавки добавки ной добавки 1) контроль 1) контроль ТЕХНОЛОГИЯ 1) Контроль 1) контроль Количество вносимого NA2SeO3: Количество вносимого NA2SeO3: 2) Обогащенная пшеница Количество вноси 2) 250г/га -разовое опрыскивание 2) 250г/га -разовое опрыскивание Количество вносимого прошлого года мого NA2SeO3:
3) 125г/га - 2-х разовое опрыски- 3) 125г/га - 2-х разовое опрыски NA2SeO3: Количество вносимого 1) 187г/га - 2-х вание вание 2) 75г/га - разовое NA2SeO3:
разовое опрыски 4) 374г/га- разовое опрыскивание 4) 374г/га- разовое опрыскивание 3) 187г/га (обогащенная пше опрыскивание вание семян 5) 187г/га-2-х разовое опрыски- 5) 187г/га-2-х разовое опрыски- ница прошлого года) 3) 100г/га - разовое вание вание 4) 187г/га -замачивание пше опрыскивание ницы) 6) 500г/га -разовое опрыскивание 6) 500г/га -разовое опрыскивание 5) 187г/га – 2-х разовое опры 7) 250г/га 2-х разовое опрыскива- 7) 250г/га 2-х разовое опрыски скивание ние вание 6) 187г/га – замачивание и 2-х разовое опрыскивание Сбор урожая в фазу полной спелости зерна РЕЗУЛЬТАТ Зерно с повышенным Зерно с высоким со Зерно с высоким содер Зерно с повышенным содержанием содержанием селена и держанием селена, жанием селена и высо селена и хорошей урожайностью хорошей урожайно- но низкой урожайно- кой урожайностью стью стью Рисунок 3 - Схема проведения эксперимента в полевых условиях с 2009-2011гг В ходе товароведной оценки по органолептическим показателям отклоне ний от ГОСТ 52554-2006 обнаружено не было. Оценка физико – химических показателей, некоторые из которых представлены в таблице 6, позволила сде лать следующие выводы:
• При однократном внесении селенита натрия более 300 г/га наблюдается от рицательное воздействие на растение - качество зерна заметно ухудшается.
• Однократное внесение селенита натрия в количестве 500 г/га является губи тельным для растения.
• При внесении селенита натрия в количествах 125 – 187 г/га наблюдается по ложительная динамика в основных показателях качества: количество и качест во клейковины, натурная масса и масса 1000 зерен, урожайность.
• Количество клейковины у образцов пшеницы, обработанных добавкой «Мас тер особый» выше, чем у образцов не обработанных минеральной комплексной добавкой, по сравнению с контролем - до 17%.
Определение общего содержания селена в зерне показало (таблица 4): наи большее количество селена накоплено образцами 10, 12 и 14. При этом у образ ца №12 низкая урожайность. Образцы 10 и 14 близки, по итоговому содержа нию селена в зерне, но количество селенита натрия, затраченного на обработку образца №14, значительно превышает количество ОД, затраченной на 10-ый образец, что является экономически невыгодным. Таким образом, количество селенита натрия 374 г/га является оптимальным при двукратном внесении со вместно с минеральной добавкой «Мастер особый».
В 2011 г. проводились исследования для подтверждения данных, получен ных в 2010 г. Кроме того, представляло интерес изучить рост и развитие расте ния из зерна с повышенным содержанием селена (пшеница урожая 2010 г.), а также влияние на показатели качества зерна и количество накапливаемого се лена обработки зерен пшеницы перед посевом. По органолептическим показа телям все опытные образцы не уступают контролю и соответствуют требовани ям ГОСТ. Результаты изучения физико-химических показателей представлены в таблице 5.
Результаты показывают:
По показателю количество и качество клейковины все образцы показали 1) достаточно хорошие результаты. При этом у образцов, которые были обработа ны только поверхностным опрыскиванием показатели лучше, чем у образцов, в которых применяли замачивание семян перед посевом.
По показателю натурная масса все образцы показали хорошие результа 2) ты, однако образцы с 4 по 7 на 6-9 % превосходят контроль.
Таблица 4 – Урожайность и физико-химические показатели качества зерна, n=5 (2010 г.) Количество вноси- Показатель качества мого Na2SeO3, г/га/ Количество клей- Эластичность Растяжи- Натурная мас- Количество Урожайность, Кратность полива, ковины,% мость, см са, г/л селена в зерне, ц/га раз / мг/кг Количество вноси- 1 класс 36% Хорошая До 10– Не менее 750 – № образца мой минеральной 2 класс 28-32% Удовлетв. короткая, для 2 класса, 3 класс 23-27% Неудовл. 10-20 – сред- Не менее 730 – комплексной добав 4 класс 18-22% няя для 3 класса ки,кг/га 5 класс не огра- Свыше20 ничен длинная контроль Удовл.
0/0/0 26,97 ± 2,496 15 750,3±0,94 0,01± 0,015 2,69 ± 0, Образец №2 Удовл 0/0/4 27,10 ± 2,484 16 751,5±1,36 0,01± 0,015 2,74 ± 0, Образец № 3 Удовл.
224/1/0 27,40 ± 2,484 18 751,6±0,94 0,017± 0,021 2,76 ± 0, Образец № 4 Удовл.
224/1/4 27,46 ± 2,484 18 752,3±0,89 0,023± 0,009 2,83 ± 0, Образец № 5 Удовл.
112/2/0 27,39 ± 2,484 17 751,5±1,36 0,020± 0,004 2,76 ± 0, Образец № 6 Хорошая 112/2/4 28,9 ± 2,484 20 756,2±0,49 0,023 ± 0,009 2,90 ± 0, Образец № 7 Удовл.
374/1/0 25,62 ± 4,968 13 751,4±0,75 0,033 ± 0,009 2,6 ± 0, Образец № 8 Хорошая 374/1/4 26,43 ± 7,452 21 752,3±0,89 0,040 ± 0,007 2,7 ± 0, Образец № 9 Удовл.
187 /2/0 26,5 ± 9,936 17 759,1±0,49 0,030 ± 0,002 3,0 ± 2, Образец № 10 187/2/4 31,55 ± 2,484 23 763,2±0,84 0,049 ± 0,004 3,32 ± 2, Хорошая Образец № 11 Удовл.
500/1/0 24,40 ± 9,936 12 732,1±0,62 0,047 ± 0,002 1,5 ± 0, Образец № 12 Удовл.
500/1/4 24,80 ± 7,453 12 734,4±0,62 0,050 ± 0,007 1,5 ± 0. Образец № 13 Удовл.
250/2/0 25,67 ± 2,496 17 748,2±1,08 0,042 ± 0,012 2,78± 2, Образец № 14 Хорошая 250/2/4 26,85± 19,873 21 752,9±0,14 0,051 ± 0,004 2,85 ± 2, Таблица 5 - Физико-химические показатели обогащенной пшеницы (2011 г).
Номера об- Количество Показатели разцов вносимого Количество Эластич- Растяжимость, Натурная Na2SeO3, г/га;
/ клейковины, % ность см масса, г/л Кратность по лива, раз/ Количество 1 класс 36% Хорошая До 10–короткая, Не менее вносимой ком- 2 класс 28-32% Удовлетв. 10-20 – средняя –для 2 клас плексной ми- 3 класс 23-27% Неудовл. Свыше20- са, неральной до- 4 класс 18-22% длинная Не менее бавки, кг/га 5 класс не огра- –для 3 класса ничен Образец №1 0/0/0 Хорошая 26,84±2,484 17 708±4, (контроль) Образец №2 Удовл.
0/0/0 24,38±7,452 16 683±5, Обогащенная пшеница 2010 г.
Образец № 3 187/1/0 Хорошая 25,54±4,968 14 696±4, Образец № 4 Хорошая 187/1/4 29,44±2,484 19 763±4, Образец № 5 Удовл.
187/2/0 23,34±2,484 13 740±6, Образец № 6 Хорошая 187/2/4 31,36±4,968 21 769±6, Образец № 7 Хорошая 187/3/0(замачив 25, 56±4,968 15 751±3, ание семян пе ред высадкой+ 2-х кратный по лив) Проведена математическая обработка полученных данных. С помощью дисперсионного анализа были установлены показатели качества зерна, на кото рые влияет внесение селенита натрия. Результаты показали, что наибольшее влияние селенит натрия оказал на массу 1000 зерен и натурную массу.
Результаты исследования содержания селена в пшенице в 2011 г. пред ставлены в таблице 6.
Таблица 6 – Общее содержание селена в зерне и урожайность (2011 г.) № образца Количество Крат- Количество вно- Количество Урожай вносимого ность симой комплекс- селена в зер- ность, ц/га внесения, ной добавки не, мг/кг Na2SeO3,г/га раз кг/га Образец №1 0 0 0 0,01 ± 0,015 2,69±0, Образец №2 0 0 0 0,015± 0,015 2,74± 0, Образец №3 187 1 0 0,020 ± 0,024 2,76± 0, Образец №4 187 1 0 0,037 ± 0,024 2,83± 0, Образец №5 187 2 0 0,052 ± 0,049 2,76± 0, Образец №6 187 2 4 0,087 ± 0,024 2,90± 0, Образец №7 187 3 0 0,085 ± 0,024 2,6± 0, По итогам 2011 г. сделать следующие выводы:
• Использование для посева обогащенной пшеницы предыдущего урожая без дополнительного внесения селенита натрия дает большее содержание селена, чем в контроле, но все же достаточно низкое - 0,015мг/кг, по сравнению с исходными 0,027мг/кг.
• Результаты урожая 2011г подтвердили предположение о положительном влиянии комплексной минеральной добавки на количество аккумулирован ного селена пшеницей. Использование комплексной минеральной добавки увеличивает содержание селена в зерне до 17%.
• Наибольшее количество селена накоплено образцом № 6 (0,087 мг/кг), полу ченным при поверхностном опрыскивании растения препаратом селена в ко личестве 374 г/га.
На основе имеющихся данных, методом регрессионного анализа, построены математические модели, получены следующие уравнения регрессии:
Без применения комплексной мине- С применением комплексной мине ральной добавки ральной добавки Y1 = 0,0034 + 0,0001X1 + 0,0062X2;
Y1 = 0,0031 + 0,0002X1 + 0,0065X2;
Y2 = 2,5027 + 0,0015X1 + 0,0975X2;
Y2 = 2,4904 + 0,0022X1 + 0,14X2.
где Х1 - Количество вносимого Na2SeO3, Х2 – кратность внесения Y1 – Количество селена в зерне Y2 – Урожайность Уравнения зависимости урожайности и количества селена в зерне от вышеуказанных переменных имеют линейный вид, т.е. в указанных границах при увеличении концентрации вносимой обогащающей добавки, количество селена в зерне увеличивается. Рассмотрение значений более 500г/га не является существенным, поскольку при таких концентрациях селенит натрия будет проявлять свойство токсичности, при этом могут пострадать как растение (гибель), так и человек (химический ожог).
Итогом исследований 2009-2011 г.г. явилась технология обогащения пшеницы селеном, схематически представленная на рисунке 4, основными элементами которой являются: жизненный цикл роста и развития растения, наиболее благоприятные метеорологические условия, а также фазы внесения ОД и комплексная минеральная добавка.
Т.к. пшеница является сырьем, представляло интерес определить показате ли качества продуктов ее переработки, а именно муки. С целью максимальной сохранности полезных веществ муки, в т.ч. селена, наиболее целесообразным способом помола выбрали простой разовый с получением обойной пшеничной муки из образца пшеницы под номером 6 (ОД-187г/га, 2-х разовая обработка в стадию молочной и восковой спелости зерна совместно с применением ком плексной минеральной добавки), т.к. он показал лучшие результаты.
Дополнительные Благоприятная Количество Жизненный температура, сред- действия дней цикл пше няя влажность ницы среды Подготовка зерен (протравливание) 1 ц\100мл воды 10-120С, Высадка зерен пшеницы 50-60% 11- 10-150С, Прорастание зерен 48-50% 10-120С, Фаза кущения 10- 15-28% 187г/га-селенит Фаза выхода в натрия + комплекс ная минеральная трубку добавка (4кг\га)\ 16-190С, 12- 50-60% Фаза колоше ния Фаза цветения 187г/га-селенит на 16-190С, Молочная трия + комплексная 29- Фаза спело- спелость 20-30% минеральная добавка сти (4кг\га)\ 16-190С, Восковая спелость 3-5 % Сбор урожая 374г/га селенита натрия + комплекс 1430 С, Готовое 125 ная минеральная 250 мм зерно добавка» (4кг\га) Рисунок 4 –Технология обогащения пшеницы селеном Далее была проведена органолептическая и физико-химическая оценка ка чества муки. По органолептическим характеристикам мука соответствует ГОСТ. Физико-химические показатели представлены в таблице 7.
Таблица 7– Физико-химические показатели качества муки № образца Норма по ГОСТ Р Контроль (мука Мука из селенсо из необогащен- держащей пшеницы 52189 – Показатель ной пшеницы) Количество клейковины,%, 20 26,3 ±0,34 30,2 ± 0, не менее Растяжимость клейковины, До 10–короткая, 13±0,23 13,5 ± 0, см 10-20 – средняя, свыше 20- длинная) Кислотность, град, не более - 4,6±0,45 4,5 ± 0, Влажность, %, не более 14,5 10,4±0,33 11,7 ±0, Содержание селена, мкг 0,10 0, Данные таблицы показывают, что внесение селенита натрия увеличило ко личество клейковины по сравнению с контролем на 14%, сохранность селена при таком виде переработки составляет около 100%.
Исследование хлебопекарных свойств обогащенной пшеницы. Одним из наиболее существенных и решающих технологических свойств пшеницы яв ляется показатель пробной выпечки из муки, выработанной из данной партии зерна.
По органолептическим показателям образцы соответствуют ГОСТ 27669 88. Физико-химические показатели пробной выпечки представлены в таблице 8.
Таблица 8 – Физико-химические показатели пробной выпечки Норма по ГОСТ Контроль Из селенобогащен ной пшеницы Объемный выход хлеба, - 256,66±0,78 325±1, м3/кг Пористость, не менее % 54-55 56,6±0,89 60,1±4. Кислотность, °, не более 7 2,5±0,23 3,5±0, Массовая доля влаги, %, не 48 44.1±6.3 46,1±0, более Содержание селена, Следы - 5.2±0, мкг/100г Изучение показателей качества пробной выпечки, из селенобогащенного сырья показало, что по всем показателям хлеб соответствует требованиям нор мативных документов, а содержание селена составило 5,2 мкг/100г, что соот ветствует 22 % от суточной потребности при потреблении хлеба в количестве 300 г.
Антиоксидантные свойства зерна. Антиоксидантные свойства пшеницы обусловлены содержанием в ней большого количества различных биологически активных компонентов, одним из которых является селен. Поэтому в ходе вы полнения данной работы было проанализировано изменение антиоксидантной активности селенобогащенной пшеницы сорта «Память Афродиты» в зависи мости от содержания селена в ней.
Таблица 9 – Образцы для определения АОА Образец №1 масло с экстрактом пшеницы сорта «Память Афродиты» (контроль) Образец №2 масло с экстрактом пшеницы сорта «Память Афродиты» с содержанием селена 0,01 мг/кг Образец №3 масло с экстрактом пшеницы сорта «Память Афродиты» с содержанием селена 0,023 мг/кг Образец №4 масло с экстрактом пшеницы сорта «Память Афродиты» с содержанием селена 0,03 мг/кг Образец №5 масло с экстрактом пшеницы сорта «Память Афродиты» с содержанием селена 0,04 мг/кг Образец №6 масло с экстрактом пшеницы сорта «Память Афродиты» с содержанием селена 0,049 мг/кг;
Образец №7 масло с добавлением 5 % раствора аскорутина.
В день получения опытных образцов масел определяли перекисное число исходного сырья, т.е. льняного масла без добавок.
На 4 и 7 сутки определяли перекисное число опытных образцов. На осно вании полученных значений перекисного числа (ПЧ) рассчитали антиоксидант ную активность (АОА). Результаты представлены на рисунке 5.
Рисунок 5 – Значения антиоксидантной активности пшеницы, в единицах аскорутина В результате проведенных исследований было выявлено, что селен, явля ясь природным антиоксидантом, напрямую влияет на антиоксидантную актив ность пшеницы, так, наибольшей антиоксидантной активностью на последний день экспозиции обладают экстракты пшеницы сорта «Память Афродиты» с содержанием селена 0,049 мг/кг, т.е. антиоксидантные свойства пшеницы уве личиваются при увеличении концентрации селена в зерне.
Сохранность селена в зерне. Зерно пшеницы является сырьем длительно го хранения, следовательно, представляло интерес изучить сохранность селена в зерне с течением времени. Результаты исследований представлены в таблицах 10,11.
Таблица 10 – Сохранность селена в зерне урожая 2009 г Показатель Селенобогащенная пшеница Селенобогащенная пшеница (расход 100г/га) (расход 125г/га) Количество селена в зерне в 0,015±0,0037 0,027±0, 2009 г., мг/кг Количество селена в зерне в 0,015±0,0045 0,026±0, 2012 г, мг/кг Таблица 11 – Сохранность селена в зерне урожая 2010 г № образца Селенобогащенная пшеница Селенобогащенная пшеница (расход 187г/га, двукратная (расход 250г/га, двукратная обработка) обработка) Количество селена в зерне 0,049 ± 0,004 0,051 ± 0, в 2010, мг/кг Количество селена в зерне 0,048 ± 0,002 0,051 ± 0, в 2012 г., мг/кг Результаты исследований показывают, что сохранность селена в зерне по истечении двух и трех лет хранения составляет 98-99,5%.
ВЫВОДЫ На основе анализа фактического содержания селена в продуктах питания, 1.
реализуемых на рынке г. Кемерово обоснована целесообразность разработки продуктов, обогащенных селеном.
Выявлены, изучены и даны характеристики факторов, влияющих на спо 2.
собность пшеницы аккумулировать селен:
Сырье. В качестве сорта пшеницы характеристики которой показывают способность ее к аккумуляции селена выбрана пшеница «Память Афродиты», Обогащающая добавка - селенит натрия, комплексная минеральная добав ка, способствующая повышению содержания селена в пшенице на 11-17% «Мастер особый»;
Технология. Определены способ внесения (поверхностное опрыскивание), фазы внесения ( выхода в трубку и молочной спелости зерна) и кратность вне сения 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 се лена являются 6 районов, в т.ч. Кемеровский, в котором проводили исследова ния.
Изучение влияния селенобогащающей добавки на показатели качества 3.
зерна пшеницы позволило установить что:
• внесение селенита натрия не оказало влияния на органолептические показатели качества зерна пшеницы;
• применение селенита натрия повлияло на линейные размеры зерна пше ницы - при увеличении концентрации вносимой ОД размеры зерна увеличива лись (длина до 7%, ширина до 30%).
• изучение физико-химических показателей качества зерна обогащенной пшеницы показало, что при совместном внесении селенита натрия и комплексной минеральной добавки «Мастер» наблюдается улучшение качества зерна по таким показателям как: масса 1000 зерен(до 26%), натура(до 9%), количество(до 17%) и качество клейковины.
• установлены пороговые значения селенсодержащей обогащающей добавки (min 224 г/га, max – 500 г/га.), являющие достаточными и безопасными для обеспечения качества пшеницы.
При увеличении количества вносимого селенита натрия его содержание в 4.
зерне возрастает в прямо пропорциональной зависимости (с небольшими отклонениями, которые зависят от кратности внесения ОД и применения комплексной минеральной добавки) до количества вносимого селенита натрия равного 500, затем наблюдается уменьшение содержания селена в зерне, что можно объяснить избыточным содержанием селена, которое угнетающее действует на растение. Наибольшее количество селена, накопленное пшеницей - 0,087 мг/кг, получено при двукратном внесении 187 г/га селенита натрия совместно с применением комплексной минеральной добавки. Изучение сохранности селена в пшенице по годам 2009- 2012 и 2010-2012 показало, что потери составили не более 2%.
Оценка показателей качества муки обойной из селенсодержащей 5.
пшеницы показала, что наблюдается увеличение одного из основных показателей качества – клейковины до 17% по всем показателям мука соответствует требованиям нормативных документов.
Изучение показателей качества пробной выпечки из селенобогащенного 6.
сырья показало, что по всем показателям хлеб соответствует требованиям нормативных документов, а содержание селена составило 5,2 мкг/100г, что соответствует 22 % от суточной потребности при потреблении хлеба в количестве 300 г.
По материалам диссертации опубликованы следующие работы:
Давыденко Н.И. Разработка новых технологий функциональных продуктов в 1.
условиях сотрудничества вузовской и академической наук / Н.И. Давыденко, А.А.
Синьков, А.В. Мякашкина и др. // Ползуновский вестник. - 2011. - № 3/2. - С. 91 96.
Давыденко Н.И. Получение пшеницы с повышенным содержанием селена / 2.
Н.И. Давыденко, А.В. Мякашкина, А.А. Синьков // Хлебопродукты. - 2012. - № 3.- С. 46-47.
Давыденко Н.И. Основные составляющие инновационного процесса «от 3.
идеи до потребителя» на примере пшеницы с заданными функциональными свой ствами / Н.И. Давыденко, А.В. Мякашкина, А.А. Синьков и др. // Ползуновский вестник. - 2012. - № 2/2. - С. 25-32.
Мякашкина А.В. К вопросу разработки технологии производства хлебобу 4.
лочных изделий, обогащенных селеном / А.В. Мякашкина, В.А. Нестерова // Пи щевые продукты и здоровье человека: сб. науч. работ / Кемеровский технологиче ский институт пищевой промышленности. – Кемерово, 2010. - С. 198-199.
Синьков А.А. О возможности профилактики селенодефицита в Кемеровской 5.
области / А.А. Синьков, А.В. Мякашкина, Н.И. Давыденко // Актуальные вопросы в развитии пищевой промышленности: сб. науч. работ. - Челябинск, 2011.
- С. 57-60.
Синьков А.А. Инновационные технологии в общественном питании / А.А.
6.
Синьков, А.В. Мякашкина, Т.В. Крапива // Управление инновациями в торговле и общественном питании: сб. науч. работ / Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. – Кемерово, 2010. - С. 230-233.
Мякашкина А.В. Применение селенита натрия при обогащении пшеницы и 7.
его влияние на основные показатели качества зерна / А.В. Мякашкина, В.А.
Нестерова // Пищевые продукты и здоровье человека: сб. науч. работ / Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. – Кемерово, 2011. - С. 131-132.
Синьков А.А. Селенодефицит жителей г.Кемерово / А.А. Синьков, А.В.
8.
Мякашкина // Пищевые продукты и здоровье человека: сб. науч. работ / Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. – Кемерово, 2011. - С. 152-153.
Мякашкина А.В. Функциональные хлебобулочные изделия. Состояние и 9.
тенденции / А.В. Мякашкина, А.А. Синьков // Инновационный конвент: Кузбасс:
«образование, наука, инновации»: сб. трудов студентов, аспирантов, ученых. Кемерово, 2011. - С. 152-154.
10. Мякашкина А.В. Фактическое содержание селена в продуктах питания, реализуемых на рынке г.Кемерово // Пищевые продукты и здоровье человека: сб.
науч. работ / Кемеровский технологический институт пищевой промышленно сти. – Кемерово, 2012. - С. 205-207.
11. Мякашкина А.В. Факторы, влияющие на накопление селена растениями на примере пшеницы // Пищевые продукты и здоровье человека: сб. науч. работ / Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. – Кемерово, 2012. - С. 207-209.