Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Литературный обзор 17
1.1 Народно-хозяйственное значение культуры гороха и направления его использования 17
1.2 Характеристика современных морфотипов гороха 22
1.3 Направления и результаты селекции зернового гороха 27
1.4 Химический состав и пищевая ценность зерна гороха и продуктов его переработки 33
1.5 Использование зерна гороха и продуктов его переработки в пищевых технологиях 51
1.6 Перспективы комплексной переработки зерна 60
Выводы по главе 1 66
ГЛАВА 2 Объекты, материал и методы исследований.. 68
2.1 Объекты и материал исследований 70
2.2 Методы исследований 71
2.2.1 Методы исследования растений гороха 71
2.2.2 Методы исследования селекционного материала 72
2.2.3 Методы исследования семян 73
2.2.3.1 Методы исследования технологических показателей, показателей качества крупы и кулинарных достоинств 73
2.2.3.2 Методы исследования биохимических показателей 74
2.2.4 Методы исследования нативных крахмалов 76
2.2.5 Методы исследования пищевых продуктов с использованием нативных крахмалов гороха 78
2.2.6 Методы исследования зародышевых продуктов из зерна гороха и муки пшеничной 80
2.2.7 Методы исследования оболочек зерна гороха 82
2.2.8 Методы исследования пектинов из оболочек зерна гороха 83
2.2.9 Методы исследования хлеба 84
2.2.10 Методы исследования показателей безопасности сырья и пищевых продуктов 85
ГЛАВА 3 Оценка современных сортов и форм гороха по показателям качества семян 87
3.1 Технологические показатели 89
3.2 Показатели качества крупы 93
3.3 Показатели, определяющие кулинарные качества 97
3.4 Биохимические показатели 100
3.5 Структура белкового комплекса 107
3.5.1 Компонентный состав белка 107
3.5.2 Аминокислотный состав белка 113
3.6 Источники показателей качества семян 118
Выводы по главе 3 120
ГЛАВА 4 Научное обоснование направлений использования зерна современных сортов и форм гороха 122
4.1 Оценка пригодности к кормовому использованию 123
4.2 Оценка пригодности к продовольственному использованию 128
4.3 Оценка пригодности для промышленной переработки на крахмал и амилозу 132
4.4 Оценка пригодности для промышленной переработки на белковые продукты 138
4.5 Систематизация сортов и форм гороха по направлениям использования 141
Выводы по главе 4 143
ГЛАВА 5 Результаты селекционной работы по повышению содержания амилозы в крахмале семян гороха 145
5.1 Исследование коллекции сортов гороха 146
5.2 Исследование селекционного материала 149 5.3 Характеристика высокоамилозного сорта гороха Амиор 151
5.4 Оценка экономической эффективности производства сорта
гороха Амиор 155
Выводы по главе 5 157
ГЛАВА 6 Разработка технологии получения и исследование качества нативных крахмалов из зерна современных сортов и форм гороха 160
6.1 Разработка технологии получения нативных крахмалов 160
6.2 Исследование микроструктуры нативных крахмалов 165
6.3 Исследование термодинамических характеристик желатинизации нативных крахмалов 168
6.4 Исследование функционально-технологических свойств нативных крахмалов 171
6.5 Исследование показателей качества нативных крахмалов 175
Выводы по главе 6 177
ГЛАВА 7 Разработка пищевых продуктов с использованием нативных крахмалов из зерна гороха 179
7.1 Разработка и исследование качества состава теста для
производства макаронных изделий с высокоамилозным гороховым крахмалом 179
7.2 Разработка и исследование качества смеси для получения киселя
с гороховым крахмалом 188
7.3 Промышленная апробация и экономическая эффективность внедрения в производство пищевых продуктов с использованием нативных крахмалов из зерна гороха 194 Выводы по главе 7 196
ГЛАВА 8 Разработка технологий получения и исследование качества побочных продуктов переработки зерна гороха на крахмал 198
8.1 Разработка технологии получения и исследование качества
зародышевых продуктов из зерна гороха 200
8.1.1 Технология получения, исследование химического состава и показателей качества зародышевых продуктов 200
8.1.2 Исследование изменений качества зародышевых продуктов
в процессе хранения 208
8.2 Разработка технологии получения и исследование качества пектиновых веществ из оболочек зерна гороха 212
8.2.1 Исследование химического состава и физических свойствоболочек зерна гороха 213
8.2.2 Технология получения пектиновых веществ из оболочек зерна гороха 215
8.2.3 Характеристика пектинов из оболочек зерна гороха 220
Выводы по главе 8 225
ГЛАВА 9 Разработка технологии производства хлеба с зародышевым продуктом из зерна гороха 228
9.1 Сравнительная оценка пищевой ценности зародышевого продукта из зерна гороха и пшеничной муки 228
9.2 Исследование влияния зародышевого продукта из зерна гороха на качество пшеничной муки 232
9.3 Разработка технологии хлеба с зародышевым продуктом из зерна гороха 236
9.4 Оценка качества хлеба с зародышевым продуктом из зерна гороха 241
9.5 Исследование химического состава и биологической ценности хлеба с зародышевым продуктом из зерна гороха 245
9.6 Исследование качества хлеба с зародышевым продуктом из зерна гороха в процессе хранения 248
9.7 Промышленная апробация и экономическая эффективность внедрения в производство хлеба с зародышевым продуктом из зерна гороха 250
Выводы по главе 9 251
Заключение 253
Предложения производству 256
Список использованных источников
- Характеристика современных морфотипов гороха
- Методы исследования пищевых продуктов с использованием нативных крахмалов гороха
- Показатели, определяющие кулинарные качества
- Оценка пригодности для промышленной переработки на белковые продукты
Введение к работе
Актуальность темы исследования. В соответствии с Государственной Программой развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013-2020 гг. к одним из приоритетных направлений развития растениеводства отнесены следующие: стимулирование роста производства основных видов сельскохозяйственной продукции; расширение ассортимента и повышение качества продуктов питания на основе комплексной переработки растениеводческого сырья; рациональное использование вторичных ресурсов и отходов производства.
В связи с этим, основными направлениями повышения эффективности использования зерна современных морфотипов гороха являются: внедрение перспективных сортов и форм зернового гороха, отвечающих требованиям современного производства; освоение инновационных технологий переработки зерна гороха; разработка ресурсосберегающих технологий производства пищевых продуктов, обогащенных микронутриентами.
Данные направления легли в основу исследований по теме диссертационной работы и определили ее актуальность.
Степень разработанности темы исследования. В настоящее время известен ряд форм гороха с измененным типом листа и стебля, вовлечение которых в селекционный процесс позволило отечественным селекционерам А.Н. Зеленову, В.Н. Уварову, И.В. Кондыкову, А.М. Шевченко, Ф.А. Давлетову, Т.С.Титенок, Н.М. Вербицкому, А.Е. Зубову, А.Н. Фадеевой и др. создать серию высокотехнологичных сортов. Агропромышленный комплекс РФ нуждается в новых сортах гороха, отличающихся не только высоким содержанием белка и стабильно высокой урожайностью, но и предназначенных для промышленной переработки. Однако целенаправленной работы в этом направлении не проводится.
В формировании качества зерна гороха ведущая роль принадлежит бел-ково-углеводному комплексу, изучению которого посвящены труды Р.Х. Ма-кашевой, И.И. Бенкен, В.И. Володина, В.Г. Конарева, Н.Е. Павловской, П.И. Шумилина, D.A. Murray, M. Hybl и др. известных ученых. Однако сведения об особенностях качества и химического состава зерна современных морфотипов гороха немногочисленны. Вместе с тем, они необходимы для решения проблемы рационального использования зерна различных сортов и форм гороха.
Задача повышения качества неразрывно связана с вопросом эффективного и рационального использования зерна гороха по целевому назначению с учетом расширения ассортимента продуктов питания повышенной биологической ценности. Научные представления и практические основы технологий, обеспе-
чивающих комплексную переработку зерна с возможностью использования продуктов переработки в пищевых технологиях, заложены в трудах отечественных ученых Н.Р. Андреева, И.Н. Алейникова, Л.В. Донченко, Г.Г. Фирсо-ва, В.А. Полякова, И.А. Рогова, В.В. Аксенова, Т.А. Никифоровой, Л.В. Рима-ревой, А.А. Шаззо и др. Однако в научно-технической литературе данные о разработке безотходных технологий переработки зерна гороха немногочисленны.
Выполнение диссертационной работы проводилось в рамках НИР кафедры «Товароведение, экспертиза товаров и туризм» ФГБОУ ВПО «Орловский государственный институт экономики и торговли» «Разработка и совершенствование товароведно-технологических приемов переработки сельскохозяйственного сырья, производства, экспертизы качества и безопасности продовольственных товаров повышенной пищевой ценности» (№ ГР 0120.0 800700), «Совершенствование технологий производства и товароведная оценка качества сырья и пищевых продуктов повышенной пищевой ценности» (№ ГР 01201280244), задания Министерства образования и науки РФ «Разработка экологически безопасных технологий производства функциональных пищевых продуктов с использованием нетрадиционного растительного сырья» (№ ГР 01201265786).
Цель исследования – научно-практическое обоснование эффективных способов переработки зерна современных сортов и форм гороха.
Задачи исследований:
– дать комплексную оценку семян современных сортов и форм гороха по технологическим, биохимическим показателям, показателям качества крупы и показателям, определяющим кулинарные достоинства;
– изучить особенности формирования качества семян различных форм гороха и выделить среди них источники основных показателей качества для селекционной работы на улучшение качества с целью дальнейшей переработки;
– систематизировать показатели качества зерна гороха по направлениям использования и провести оценку пригодности современных сортов и форм гороха на кормовые, продовольственные цели и для промышленной переработки;
– разработать селекционную программу по созданию сорта зернового гороха с повышенным содержанием амилозы в крахмале и дать экономическую оценку эффективности его производства;
– разработать технологию безотходной переработки зерна современных сортов и форм гороха на крахмал и исследовать качество выделенных нативных крахмалов;
– научно обосновать целесообразность использования нативных крахмалов из зерна современных сортов и форм гороха в производстве пищевых продуктов повышенной биологической ценности;
– разработать технологии переработки побочных продуктов производства крахмала – зародышей и семенных оболочек;
– исследовать химический состав и показатели качества зародышевых продуктов из зерна и пектинов из оболочек зерна гороха;
– изучить влияние зародышевого продукта из зерна гороха на качество пшеничной муки;
– разработать технологию производства и провести оценку качества хлеба с зародышевым продуктом из зерна гороха;
– провести промышленную апробацию и оценить экономическую эффективность внедрения в производство пищевых продуктов с использованием продуктов переработки зерна гороха.
Научная новизна. Установлено влияние морфологических признаков
растений гороха на показатели качества семян и определены корреляционные
взаимосвязи между показателями качества. Впервые проведена систематизация
показателей качества зерна для оценки пригодности современных сортов и
форм гороха на кормовые, продовольственные цели и для промышленной пере
работки. На основе требований к высокоамилозному технологичному сорту го
роха разработана и реализована селекционная программа по созданию зерново
го сорта с повышенным содержанием амилозы в крахмале семян. Научно обос
нована эффективность безотходной технологии переработки зерна гороха на
крахмал, предусматривающая использование побочных продуктов производ
ства. Показано, что крахмалы гладкозерных и морщинистых форм гороха раз
личаются по термодинамическим параметрам и функционально-
технологическим свойствам, что определяет направления их использования для
производства пищевых продуктов. Определена эффективность использования
нативных крахмалов из зерна гороха при производстве макаронных изделий и
концентратов киселя, подтвержденная повышением качества и биологической
ценности готовой продукции. Показано, что зародышевые продукты из зерна
гороха являются источником высококачественного белка, ненасыщенных жир
ных кислот и ряда биологически активных соединений. Установлено влияние
предварительной термической обработки на сохранение качества зародышевых
продуктов из зерна гороха. Научно обоснована технология получения пектинов
из оболочек зерна гороха и установлена возможность их применения в составе
пищевых продуктов в качестве структурообразователей и сорбентов ионов тя
желых металлов. Показана эффективность частичной замены пшеничной муки
на зародышевый продукт из зерна гороха и научно обоснован способ внесения
зародышевого продукта (в составе суспензии с частью пшеничной муки), обес
печивающий улучшение физико-химических и структурно-механических пока
зателей готовых изделий.
Теоретическая и практическая значимость работы. По результатам изучения различных морфотипов гороха по технологическим показателям, показателям качества крупы, кулинарным и биохимическим показателям качества семян выделены источники с высокими показателями для селекционной работы на улучшение качества с целью расширения сырьевой базы перерабатывающей промышленности. Предложена система оценки современных морфотипов гороха по направлениям использования зерна, позволившая выявить сорта и формы, имеющие многоцелевое использование и не отвечающие требованиям современного производства. Передан (в соавторстве) в Государственное сортоиспытание и предложен для внесения с 2014 г. в Госреестр селекционных достижений, допущенных к использованию, высокоамилозный сорт зернового гороха Амиор (Заявка № 8854478). Предложена безотходная технология переработки зерна гороха на крахмал, предусматривающая использование вторичного сырья, ранее считавшегося отходами производства. Разработана технология, обоснованы условия и сроки хранения зародышевого продукта из зерна гороха. С учетом физических свойств и морфологических особенностей оболочек зерна гороха рекомендованы технологические параметры гидролиза-экстрагирования пектиновых веществ при выделении пектина из оболочек зерна гороха. Разработан состав теста для производства макаронных изделий (Патент РФ № 2489901) и смесь для получения киселя (Патент РФ № 2490970) с использованием нативных крахмалов из зерна гороха. Разработан способ производства хлеба из пшеничной муки с добавлением зародышевого продукта из зерна гороха, на который получено уведомление о положительном результате формальной экспертизы заявки на изобретение № 2013143758/13 (067391). Разработанные рецептуры состава теста для производства макаронных изделий, смеси для получения киселя и способ производства хлеба апробированы и рекомендованы к внедрению на предприятиях Орловской области, в том числе в ООО «Хоты-нецкий пищекомбинат» (п. Хотынец), СССППК второго уровня «Кооппродук-ты» (г. Орел), СССППК «Сельский» (пгт. Нарышкино).
Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВПО «Орловский государственный институт экономики и торговли» и используются при реализации профессиональных образовательных программ подготовки специалистов по специальности 080401.65 «Товароведение и экспертиза товаров (по областям применения)» и бакалавров по направлениям 100800.82 «Товароведение», 260800.62 «Технология продукции и организация общественного питания», а также включены в изданные учебные пособия и монографии.
Методология и методы исследования.
При проведении исследований применялись методологические концеп-
ции, объединяющие подходы к разработке эффективных способов переработки зерна гороха на основе стандартных и специальных методов планирования и методик проведения экспериментов, систематизации результатов исследований.
Положения, выносимые на защиту:
– результаты оценки потенциала современных сортов и форм гороха по показателям качества семян;
– реализованный комплексный подход к оценке и систематизация современных сортов и форм гороха по направлениям использования;
– результаты реализации селекционной программы по повышению содержания амилозы в крахмале семян гороха;
– научное обоснование технологии переработки зерна гороха на крахмал, предусматривающей использование побочных продуктов производства;
– научное обоснование использования нативных крахмалов из зерна гороха для разработки пищевых продуктов повышенной биологической ценности;
– технологии переработки побочных продуктов производства крахмала из зерна гороха с целью использования их для производства биологически ценных продуктов питания.
Степень достоверности и апробация результатов работы.
Достоверность полученных данных подтверждена математической обработкой результатов исследований, применением современных физико-химических методов анализа, промышленной апробацией, публикацией основных результатов работы в рецензируемых изданиях.
Основные результаты исследований доложены и обсуждены на всероссийских конференциях (Москва, 2001, 2009; Екатеринбург, 2012; Орел, 2012, 2013); на международных конференциях, симпозиумах и конгрессах (Cracov, Poland, 2001; Москва, 2001, 2007, 2008, 2009, 2010, 2011, 2012, 2013; Орел, 2004, 2005, 2006, 2010; Ульяновск, 2002; Мурманск, 2004; Могилев, Беларусь, 2007; Przemysl, Poland, 2008; Мичуринск, 2008, 2010; Саратов, 2009, 2010; Курск, 2011; Краснодар, 2011; Ульяновск, 2012; Махачкала, 2012; Алматы, Казахстан, 2012, 2013; Салоники, Греция, 2012; Воронеж, 2012, 2013; Санкт-Петербург, 2013).
Результаты исследований отмечены дипломами: победителя Областного конкурса молодых ученых 2005 года, учрежденного губернатором Орловской области (Орел, 2007); за 1 место во Второй Всероссийской Олимпиаде развития сельского хозяйства и агропромышленного комплекса России в номинации «Развитие перерабатывающей промышленности России» (Москва, 2011), а также демонстрировались на Выставке «Наука Орловщины: от идей к реализации», Бизнес-центр ОГАУ (Орел, 2011, 2012) и Орловском экономическом форуме (Орел, 2012).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 78 работ, в том числе 16 статей в рецензируемых изданиях, входящих в список ВАК РФ, 3 депонированные научные работы, 7 монографий, 2 патента РФ на изобретения, 2 положительных решения по заявкам.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, девяти глав, заключения, предложений производству, списка использованных источников и приложений. Диссертация изложена на 389 страницах, иллюстрирована 75 таблицами и 47 рисунками. Список использованных источников включает 438 наименований, в том числе 91 на иностранных языках. Приложений – 14.
Личный вклад автора. Представленная диссертационная работа является обобщением научных исследований, проведенных автором лично с 1998 по 2013 гг., в том числе в качестве соисполнителя госбюджетных и хоздоговорных НИР, а также в ходе руководства научной работой аспирантов и дипломников. Часть данных получена во время совместной работы с сотрудниками ГНУ ВНИИ ЗБК Россельхозакадемии, которые являются соавторами сорта Амиор и некоторых публикаций.
Автор выражает искреннюю признательность научному консультанту, доктору сельскохозяйственных наук, профессору, Заслуженному работнику сельского хозяйства РФ, главному научному сотруднику лаборатории селекции зернобобовых культур ГНУ ВНИИ ЗБК Россельхозакадемии Анатолию Николаевичу Зеленову за предоставленные для исследования образцы гороха, научные и методические консультации, ценные замечания и предложения при выполнении работы.
Автор благодарит ректора ФГБОУ ВПО «ОрелГИЭТ», д. э. н., профессора Н.И. Лыгину, проректора по учебной работе, д. э. н., профессора И.Г. Паршу-тину за поддержку и оказанную помощь; директора ГНУ ВНИИ ЗБК Россель-хозакадемии, д. с.-х. н., профессора В.И. Зотикова за предоставленную возможность проведения исследований на базе института; старшего научного сотрудника лаборатории селекции зернобобовых культур ГНУ ВНИИ ЗБК Россельхо-закадемии, к. с.-х. н. В.Н. Уварова за предоставленные для исследования образцы гороха; коллег из ФГБОУ ВПО «ОрелГИЭТ», ФГБОУ ВПО «ОГАУ», ГНУ ВНИИ ЗБК Россельхозакадемии, ФГБОУ ВПО «ОГУ», ФГБУ «Орловский референтный центр Россельхознадзора», ГНУ ВИК им. В.Р. Вильямса Росельхо-закадемии, ИБХФ им. Н.М. Эммануэля РАН (г. Москва), ВНИИМП им. В.М. Горбатова Россельхозакадемии (г. Москва), ГНУ ВНИИЖ Россельхозакадемии, Московский филиал (г. Москва), ФГБОУ ВПО «ВГУИТ» (г. Воронеж) за помощь при проведении экспериментов.
Характеристика современных морфотипов гороха
А.Н. Зеленов с соавторами [114] отмечают, что потенциальные возможности Мутанта Агритек и В-Агримута выше, но они не реализуются из-за сильной полегаемости, обусловленной отсутствием усиков на листьях.
Исследование полипептидного состава запасных белков семян сорта Мультик и производных от него мутантов показало, что их белковые спектры достаточно однородны и насчитывают 30-37 компонентов, 24 из которых общие для всех образцов [114].
Индивидуальным отбором из гибридной комбинации Пап-485/4 х Рас-тип получен А-Агримут с дважды непарноперистыми листьями и усиками у основания листочков. Признак контролируется рецессивными аллелями af, tl и tacА [226].
Однако у вышеперечисленных форм даже при формировании бобов на растении рост стебля не прекращается. В результате происходит израстание стебля и, как следствие, снижение продуктивности.
Стабилизировать урожайность удалось путем создания форм с ограниченным ростом стебля, у которых после формирования апикального соцветия останавливается рост главного стебля. Благодаря ограниченному числу продуктивных узлов сокращаются сроки цветения, плодообразования и созревания, и, как следствие, сокращается репродуктивный период и сроки созревания, что облегчает механизированную уборку [163].
Одной из разновидностей детерминантного габитуса у гороха является форма с фасциированным (штамбовым) стеблем [190]. Установлено, что контролируют данный признак гены fa [55] и fas [428].
Фасциированные формы имеют длинный, ослабленный в нижней части стебель, не способный выдерживать в вертикальном положении массу репродуктив 26 ных органов, находящихся практически в одной точке. Поэтому В.Х. Хангильдин [320] предположил, что данная форма не имеет селекционной ценности. Фасции-рованный сорт Штамбовый 2 не получил широкого распространения в производстве [333].
Полученный И.А. Поповой [261] детерминантный мутант с апикальным соцветием и морщинистыми семенами (московская модель), а также генетически идентичная луганская модель с гладкими семенами [421] пока не нашли широкого применения, прежде всего из-за малого (1-2) числа продуктивных узлов.
В 1980 году в Польше была выделена линия с детерминантным ростом под номером Wt 16100 [500], которая фенотипически не отличалась от мутанта J.I. 1358/B из генетической коллекции института Джона Иннеса (Великобритания).
А.М. Шевченко [344] выделил растение с детерминантным типом роста стебля, на базе которого был создан сорт Детерминантный ВСХИ, однако из-за невысокой урожайности и сильной полегаемости стебля он не получил широкого распространения.
Тесное сцепление гена det с геном r (морщинистость семян) затрудняло использование детерминантов в селекции гладкосемянных зерновых сортов гороха. Однако согласно закону о гомологических рядах в наследственной изменчивости признак детерминантности должен присутствовать и у зерновых гладкосемянных сортов [36].
А.Е. Зубовым [137] из сорта Куйбышевский детерминантный был получен мутант зернового гороха (самарская модель), у которого стебель завершался соцветием с двумя или четырьмя цветками. Растения отличались более ранним цветением и созреванием. Недостатком самарских детерминантов является редукция прилистников в продуктивной зоне стебля, что снижает фотосинтетический потенциал растений [512].
Для обозначения гена, контролирующего эту модель детерминантного типа роста, было предложено использовать символ deh (determinante habit) [421]. Определен рецессивный характер наследования признака. Установлена неаллельность генов, контролирующих детерминантный тип роста у зернового и овощного горо 27 ха. Признак deh сцеплен с признаками «розовые цветки» и «редуцированные прилистники», что позволило сделать вывод о локализации гена, контролирующего детерминантность, в третьей хромосоме [137, 421].
Придание сортам свойства детерминантности позволило увеличить генетический рост урожайности путем перераспределения общего урожая в пользу наиболее ценной хозяйственной части – семян. Установлено, что самарские детерминанты отличаются повышенным содержанием белка в семенах [365, 498]. Недостатком детерминантов самарской модели, создающим определенные проблемы для семеноводства, является неполная частота проявления (пенетрант-ность) признака, которая зависит от условий выращивания [126].
Еще одним шагом в сторону улучшения технологичности и повышения урожайности сортов гороха стало создание В.Н. Уваровым [310, 311, 312] детер-минантной формы с соцветием, напоминающим соцветие люпина и получившей название «люпиноид». Особенностью данной формы является наличие апикального цветоноса с многочисленными очередно расположенными цветками на коротких цветоножках [474]. Образование большого числа бобов на продуктивный узел растениями люпиноидов обеспечивает потенциальную способность формировать высокую продуктивность. Развитие признака многоплодный апикальный цветонос у морфотипа люпиноид обусловлено взаимодействием генов stb (det) с генами фасциации fas и fa [313]. В настоящее время данная форма усиленно прорабатывается в селекционных питомниках [163]. В результате рекомбинации лю-пиноидов с другими оригинальными мутантами были выделены люпиноидные генотипы с рассеченными листочками [165].
Методы исследования пищевых продуктов с использованием нативных крахмалов гороха
Объектом исследования в диссертационной работе являлись: – 23 сорта гороха морщинистого типа мировой селекции; – 34 сорта и селекционные линии гороха различных морфотипов, из них: 6 образцов – листочковые индетерминантные; 1 образец – листочковый детерми-нантный; 12 образцов – усатые (безлисточковые) индетерминантные; 1 образец – усатый детерминантный; 4 образца – хамелеоны индетерминантные; 1 образец – хамелеон детерминантный; 3 образца – люпиноиды c обычным типом листа; 1 образец – люпиноид с усатым типом листа; 1 образец – рассеченнолисточковый де-терминантный; 1 образец – многократно непарноперистый индетерминантный; 2 образца – многократно непарноперистые детерминантные; 1 образец – дважды непарноперистый индетерминантный (Приложение А, Приложение Б). 11 образцов имеют гладкие неосыпающиеся семена; 7 – гладкие осыпающиеся; 2 – морщинистые неосыпающиеся; 14 – морщинистые осыпающиеся. – селекционные линии Ус-95-929, Аз-23, Аз-95-614, Аз-93-1991, Аз-96-725 и др.
Образцы гороха для исследований были предоставлены доктором сельскохозяйственных наук, профессором, Заслуженным работником сельского хозяйства РФ, главным научным сотрудником лаборатории селекции зернобобовых культур ГНУ ВНИИ зернобобовых и крупяных культур Россельхозакадемии А.Н. Зелено-вым, а также кандидатом сельскохозяйственных наук, старшим научным сотрудником ГНУ ВНИИ зернобобовых и крупяных культур Россельхозакадемии В.Н. Уваровым. – зерно, оболочки и зародыши зерна гороха; – нативные крахмалы, зародышевые продукты, пектины из оболочек зерна гороха; – пищевые продукты с использованием продуктов переработки зерна гороха.
В ходе технологических исследований использовали следующее сырье: крахмал картофельный – по ГОСТ Р 53876-2010; муку пшеничную хлебопекарную высшего сорта – по ГОСТ Р 52189-2003; воду питьевую – по ГОСТ Р 51232 71
98 и СанПин 2.1.4.1074-01; cахар-песок – по ГОСТ 21-94; кислоту лимонную – по ГОСТ 908-2004; яблоки и груши сушеные – по ГОСТ 28502-90; соль поваренную пищевую – по ГОСТ Р 51574-2000; масло растительное – по ГОСТ Р 52465-2005; дрожжи прессованные хлебопекарные – по ГОСТ 171-81.
Методы исследования растений гороха Исследования проводили на полях севооборота лаборатории селекции зернобобовых культур ГНУ ВНИИ ЗБК Россельхозакадемии (г. Орел). Предшественники – однолетние травы на зеленый корм, яровой ячмень. Применяли следующие агротехнические приемы: ранневесеннее боронование с целью закрытия влаги, две предпосевные культивации. Минеральные удобрения вносили под культивацию из расчета N30:Р60:К60.
В течение вегетации на опытных полях проводили мероприятия по борьбе с сорняками и вредителями (ручная прополка сорняков, применение гербицидов) в соответствии с «Методическими рекомендациями для возделывания гороха в Орловской области» [298].
Посев гибридов F1 и F2 проводили в теплице вручную; посев последующих поколений – в поле селекционной сеялкой ССФК-7М; в контрольном питомнике и конкурсном сортоиспытании – сеялкой СКС-6-10.
В течение вегетации проводили фенологические наблюдения. Фиксировали дату начала и полных всходов, начало и полное цветение, начало и полное созревание. За дату начала фазы принимали наступление ее у 10-15 % растений на всей делянке, а полную фазу отмечали при наступлении ее не менее чем у 75 % растений [198]. Одновременно отмечали морфологические признаки растений: длину и тип стебля, тип листа, размер прилистника, наличие прицветничка, тип соцветия и окраску цветка, а также тип бобов и семян [473].
Устойчивость растений к полеганию определяли в фазу полного созревания семян по пятибалльной шкале [198]. Уборку гибридных растений проводили вручную. Уборку растений в коллекционном, селекционных, контрольном питомниках и в конкурсном сортоиспытании проводили селекционным комбайном Сампо-130 в фазу полного созревания. Обмолот снопов – на селекционной молотилке МСУ-1.
Изучение селекционного материала проводили по следующей схеме: коллекционный питомник питомник гибридизации гибридный питомник (F1, F2) питомник отбора (F3 и далее) селекционный питомник 1-го года селекционный питомник 2-го года контрольный питомник конкурсное сортоиспытание.
Создание гибридного материала проводили методом внутривидовых скрещиваний путем принудительного опыления кастрированных цветков материнских растений пыльцой отцовских сортов с применением изоляции [33]. По каждой комбинации скрещивали 30 цветков.
При изучении возможности использования гетерофильной формы гороха для создания сортов амилозного типа в F3 проводили отбор элитных растений в период полного созревания и оценивали их в сравнении с родительскими сортами.
В процессе селекционной работы на повышенное содержание амилозы в крахмале семян безлисточковые растения в расщепляющихся гетерогенных по типу листа (листочковые : усатые) популяциях были неконкурентоспособными. Поэтому применяли двухэтапный метод отбора, разработанный Т.С. Титенок и А.Н. Зеленовым [302].
В F2 и F3 проводили массовый отбор относительно продуктивных растений с усатыми листьями, семена обезличивали и в следующем поколении уже из гомогенной популяции осуществляли индивидуальный отбор элитных растений с морщинистыми семенами.
Показатели, определяющие кулинарные качества
В среднем за годы изучения повышенное содержание жира было обнаружено в семенах сортов Темп (2,40 %), Батрак (2,43 %), Амих-99-1132 (2,45 %).
Содержание клетчатки по годам исследования варьировало незначительно и составило в среднем 6,46 % (Приложение В, таблица В.14). Однако по сортооб-разцам в пределах года межсортовое варьирование было более существенным с коэффициентом вариации до 6,9 % (2007 г.). Наименьшее содержание клетчатки в среднем за 2005-2008 гг. было установлено в семенах Амих-99-1064 (5,78 %), а наибольшее – у Амих-99-1132 и Пап-986/6 (по 6,79 %).
К числу антиалиментарных факторов белковой природы, содержащихся в семенах гороха, относятся ингибиторы протеиназ – ферментов трипсина и химот-рипсина.
Трипсинингибирующая активность в среднем по коллекции составила 10,99 мг/г, с варьированием по годам в пределах 9,61-13,71 мг/г (Приложение В, таблица В.15). Наибольшая активность данного антипитательного фактора у исследованных сортообразцов была выявлена в условиях 2005 г. – от 7,40 (Рас-тип) до 18,90 мг/г (Вега). В 2008 г. семена гороха содержали ингибиторов трипсина в наименьшем количестве – 5,25 (Амиус-99-1245)-15,12 мг/г (Амиус-97-2301).
Наиболее стабильным и низким содержанием ингибиторов трипсина характеризовались семена сортообразцов Орловчанин (7,94 мг/г), Батрак (7,04 мг/г), ЛУ-268-99 (8,23 мг/г), ЛУ-153-06 (7,88 мг/г), Рас-тип (7,32 мг/г), Мутант Агритек (7,77 мг/г). Однако достоверно низким по сравнению с районированными стандартами содержанием данного антипитательного фактора в течение 2005-2008 гг. отличались только сорта Темп, Батрак и селекционные линии Амиус-424, Амиус-1433.
Сравнительный анализ форм гороха с различным типом семян не выявил существенных отличий между ними в содержании ингибиторов трипсина. Детерминанты с обычным типом листа и хамелеоны превышали по содержанию инги 106 биторов трипсина индетерминантные формы с аналогичным типом листа, соответственно, на 4,01 и 5,59 мг/г в среднем. Вероятно, у сортообразцов с ограниченным ростом стебля происходит перераспределение ассимилятов в пользу семян, что способствует более интенсивному накоплению не только белков, но и ингибиторов белковой природы. Вместе с тем сортообразцы-люпиноиды характеризовались сравнительно невысоким уровнем накопления ингибиторов трипсина (7,88-9,60 мг/г), за исключением ЛУ-213-94 (12,97 мг/г).
Активность ингибиторов химотрипсина в целом по коллекции была ниже активности ингибиторов трипсина в среднем на 1,24 мг/г. Наибольшая активность ингибиторов химотрипсина была отмечена в 2005 г. – 10,40 мг/г, с варьированием от 6,40 (В-Агримут) до 13,96 мг/г (Орел), а наименьшая в 2006 г. – 9,02 мг/г, с варьированием от 3,24 (Амиус-97-2301) до 14,85 мг/г (Орел) (Приложение В, таблица В.16). Следует отметить, что большинство исследуемых сортов и форм были нестабильны по данному показателю по годам исследования. Сравнительно низкой и стабильной антипротеиназной активностью отличались сорт Орловчанин (8,36 мг/г), селекционные линии ЛУ-213-94 (8,98 мг/г), Амиус-424 (8,12 мг/г), Амиус-99-1245 (8,85 мг/г), Пап-485/4 (8,36 мг/г). Пап-986/6 (7,71 мг/г). Сортооб-разцов с достоверно низкой в течение 2005-2008 гг. активностью ингибиторов химотрипсина выявлено не было.
Ваимосвязи между активностью ингибиторов химотрипсина и типом семян выявлено не было. Детерминанты с обычным типом листа и хамелеоны превышали по содержанию ингибиторов химотрипсина индетерминантные формы с аналогичным типом листа, соответственно, на 2,50 и 3,50 мг/г в среднем. Зависимости антипротеиназной активности от типа листа не установлено.
Исследование переваримости белка различных форм гороха показало, что в целом по коллекции признак варьировал от 58,02 (2008 г.) до 63,27 % (2007 г.) (Приложение В, таблица В.17). Межсортовое варьирование переваримости наиболее значительным было в 2008 г., составив 6,0 %, а наименьшим – в 2006 г. – 3,6 %.
В среднем за 2006-2008 гг. наиболее высокой переваримостью отличались белки сорта Мультик и Тристар, превышая стандарт Орловчанин на 5,66 и 6,14 %, стандарт Вега – на 0,95 и 1,43 %, соответственно. Наименьшей переваримостью характеризовался белок линии Рас-тип (56,23 %).
Содержание белкового азота в семенах исследуемых сортов и форм гороха по годам исследования варьировало незначительно, составив в среднем 3,40 (2006 г.)-3,58 % (2007 г.). В пересчете на белок (N6,25, СВ) данный показатель составил 21,79 % в среднем по коллекции, с варьированием по годам от 21,06 (2006 г.) до 22,42 % (2007 г.) (Приложение В, таблица В.18).
Наибольший процент белкового азота в среднем за годы исследования был отмечен в семенах сорта San Cipriano (24,89 %), а наименьший – у сорта Темп (19,51 %). Сортообразцы морщинистого типа Амих-1660, Амиус-99-1245, San Cipriano достоверно превысили по количеству белкового азота в семенах районированный стандарт Орловчанин.
Морщинистые формы в среднем за все годы исследования по количеству белкового азота в семенах в пересчете на белок (N6,25, СВ) превысили образцы с гладкими семенами на 1,95 %. Однако доля белкового азота в процентах к общему белку у морщинистых форм составила 86,23 % в среднем по годам и сортам, что на 1,00 % ниже, чем у гладкосемянных форм.
У индетерминантных форм процент белкового азота (N6,25, СВ) в среднем за годы исследования составил 22,11 %, а у детерминантов – 21,02 %. Вместе с тем доля белкового азота в общей массе белка у форм гороха с ограниченным ростом стебля была несколько выше (87,37 %), чем у обычных форм (86,47 %).
Наибольшая доля белкового азота (% к общему белку) отмечена в семенах сортов Орловчанин и Мадонна – 93,44 и 95,91 %, соответственно.
Кроме белковых веществ, в семенах гороха содержатся и другие азотистые соединения: свободные аминокислоты, их амиды, нуклеиновые кислоты, пептиды, азотистые соединения, минеральный азот [41]. Основная масса небелковых азотистых соединений представлена свободными аминокислотами. Содержание их в целом по коллекции составило 0,54 % азота или 3,37 % белка СВ.
Важнейшим показателем качества растительных белков является их растворимость. Белки семян гороха были представлены тремя основными фракциями: водо-, соле- и щелочерастворимой, а также рядом второстепенных (рисунок 5). Наибольшая доля в белковом комплексе изученных форм приходилась на водосо-лерастворимую фракцию - 81,41 %, состоящую из альбуминов и глобулинов [345, 397].
Оценка пригодности для промышленной переработки на белковые продукты
Н.Ш. Муминов [206] показал стабильность содержания пектина в сухом сырье при хранении в течение 24 мес. Однако исследованиями Л.В. Донченко и Г.Г. Фирсова [75] установлено, что при хранении в течение года даже высушенного сырья его студнеобразующая способность снижается на 10-12 %.
Установлено, что оболочки зерна гороха, предназначенные для извлечения пектиновых веществ, могут храниться в течение 10 мес. при относительной влажности воздуха не более 70,0 % и температуре 5 … 20С [390]. В этих условиях не происходит существенных изменений в качестве сырья и выходе пектина. Таким образом, при организации производства пектина из оболочек зерна гороха обеспечивается круглогодичная работа предприятия по получению пектина.
Оболочка зерна гороха состоит из эпидермиса – ряда толстостенных столбчатых клеток, расположенных перпендикулярно к поверхности семени (палисадных клеток). Наружная стенка эпидермиса покрыта кутитулой, слабо проницаемой для воды. За эпидермисом располагается ряд гиревидных клеток (гиподерма) и несколько слоев паренхимы.
По данным Д. Брассара с соавторами [229], пектин локализуется в стенках клеток паренхимной ткани семенных оболочек гороха. В связи с этим для улучшения процесса экстрагирования пектиновых веществ необходимо предварительно измельчить семенные оболочки.
Установлено, что измельчение оболочек зерна гороха до размера частиц не более 1 мм способствует наиболее полному извлечению пектиновых веществ из подготовленного сырья.
В зависимости от особенностей исходного сырья экстрагирование пектиновых веществ производят органическими (лимонная, щавелевая, уксусная и др.) и минеральными (соляная) кислотами в различных концентрациях, молочной сывороткой, щавелевокислым аммонием, ферментными препаратами и т.д. [75, 80, 234, 235, 238, 242].
Исследованиями Б.Д. Турбаева [309] установлено, что под действием раствора минеральной кислоты клеточные стенки створок коробочек хлопчатника практически разрушаются. Поэтому в качестве гидролизующего агента нами был использован раствор соляной кислоты, который, по данным Л.В. Донченко и Г.Г. Фирсова [75], обладает наибольшей реакционной способностью.
При исследовании различных концентраций раствора соляной кислоты для гидролиза-экстрагирования пектина из оболочек зерна гороха установлено, что 2,0 %-ная концентрация соляной кислоты является оптимальной для данного процесса, так как обеспечивает наибольший выход пектиновых веществ из сырья.
Снижение кислотности, по данным Е.А. Кузнецовой и др. [182], приводит к снижению выхода пектина.
Технологическая схема получения пектина из оболочек зерна гороха представлена на рисунке 37.
Гидролиз-экстрагирование пектиновых веществ из оболочек зерна гороха проводили 2,0 %-ным водным раствором соляной кислоты при гидромодуле 1:7. рН среды составляла 1,2 … 1,5; температура гидролизуемой смеси 75 … 78С; продолжительность гидролиза 110 … 120 мин [390]. В этих условиях обеспечивается наибольший выход пектиновых веществ из оболочек зерна гороха.
Повышение температуры свыше 75 … 78С вызывает деградацию пектиновых веществ [75], вследствие чего ухудшаются их физико-химические показатели, а также значительно снижается их выход из сырья (рисунок 38). Продолжительность процесса гидролиза-экстрагирования свыше 120 мин не приводит к увеличению выхода пектина.
По окончании гидролиза полученный гидролизат центрифугировали в течение 10 мин при 3000 об./мин с получением твердой фазы и пектинового экстракта. Твердую фазу многократно промывали водой до рН 7,0, высушивали и просеивали, получая нерастворимые пищевые волокна. Пектиновый экстракт охлаждали до комнатной температуры. Он имел желтовато-коричневый цвет, обусловленный присутствием в семенных оболочках гороха незначительного количества красящих и фенольных соединений.
