Scientific journal

Scientific Review. Biological science

ISSN 2500-3399

ПИ №ФС77-57454

Для обеспечения населения полноценными и экологически чистыми продуктами питания, способными выполнять профилактические функции при различных заболеваниях, вовлекаются в промышленную переработку недоиспользуемые растения. С этой точки зрения значительный интерес в качестве перспективной технической культуры представляет топинамбур (Heliantus tuberosus L.). По мнению многих исследователей, данная культура привлекательна в экологическом плане в связи с устойчивостью ко многим болезням и вредителям, что способствует получению здорового растительного сырья, необходимого для промышленной переработки. Для переработки используется как надземная, так и подземная часть (клубни) растения. По литературным данным химический состав клубней также зависит от места и условий выращивания, природно-климатических условий, сроков сбора урожая и от сортовых биоэкологических особенностей топинамбура.

Земляная груша, или топинамбур, может давать богатый урожай подземной и надземной части (приблизительно 85–150 т/га). Данная культура отличается и высокой экологической толерантностью и пластичностью, так как выращивание его возможно на маргинальных землях практически всего Кыргызстана, но в наших исследованиях мы остановились на бросовых землях Чуйской долины [1, 2].

В разные годы изучена продуктивность топинамбура в техногенно загрязненных почвах и почвах с тяжелыми металлами [3–5], а также его использование в качестве фитомелиоранта радиационно загрязненных почв [6]. Обоснован выбор ингредиентов для получения функциональных композитных смесей на основе порошка клубней топинамбура, животного белка и муки плодов боярышника [7]. Изучены клубни топинамбура и разработаны рецептуры пищевого батончика для лечебного питания детей, больных сахарным диабетом [8].

Результаты исследований, проведенных в Пятигорском медико-фармацевтическом институте – филиале ГБОУ ВПО ВолгГМУ Минздрава России, убедительно показывают, что топинамбур является ценным природным источником БАВ и перспективным сырьем для получения различных лечебных и профилактических средств [9].

Топинамбур характеризуется достаточно высокими питательными свойствами, необходимыми и для кормопроизводства. Высокие кормовые качества позволяют отнести его к числу перспективных кормовых растений [10].

В клубнях и зеленой массе топинамбура содержатся ценные компоненты биохимического характера – белков, углеводов, витаминов (аскорбиновой кислоты, каротиноидов, В) и минеральных веществ, необходимых для кормления животных и повышения их продуктивности. Перечисленные признаки позволяют отнести топинамбур к группе очень ценных и экономически выгодных сочных кормовых культур.

Изучена урожайность коллекционных образцов топинамбура (Heliantus tuberosus L.) в условиях Таджикистана [11].

До настящего времени в Кыргызской республике интерес к топинамбуру был незначителен и отсутствовали районированные сорта.

Исходя из выше перечисленного нами были начаты исследования по биоэкологическим особенностям топинамбура в маргинальных землях Чуйской долины, где в низинных гписометрических отметках имеются значительные площади вторично засоленных земель (более 200 тыс. га). Ранее нами определены глюкофруктаны, выделенные из растительного сырья H. tuberosus сорта Киргизский белый, относятся к глюкофруктанам инулиновой структуры и состоят из D-фруктофуранозных остатков с β-(2—>1) гликозидными связями [12]. Изучен нами также водный режим различных сортов топинамбура [13].

Целью исследования является изучение фракционного состава углеводов в различных сортах топинамбура в маргинальных землях Чуйской долины Кыргызстана.

Материалы и методы исследования

Инулин получали из клубней топинамбура. Содержание инулина определяли по методу Ермакова с некоторыми модификациями.

Нами был определен углеводный состав (моно- и олигосахариды) по мето- ду Д.Н. Оленникова, Л.М. Танхаевой [14]. Для этого сухие измельченные клубни растений экстрагировали 82 %-ным этанолом и определяли до и после гидролиза содержание моно- и олигосахаридов, а также полисахаридов в гидролизатах водных экстрактов для одних и тех же навесок сырья.

У осенних клубней по зонам сумма фруктозанов изменялась незначительно (70,5–75,0 % на сухой вес), но соотношение различных фракций заметно варьировало. Так, в наружном слое преобладали фруктозаны, растворимые в 60 % спирте, в то время как в средней и центральной части – растворимые в 40 % спирте. Количество фруктозанов, растворимых в 90 %, 80 % и 60 % этаноле, возрастало в клубнях от центральной части к наружной. Содержание редуцирующих сахаров колебалось от 1,77 % до 2,70 %, а сахарозы – от 4,74 % до 9,50 % на сухой вес в целых клубнях, различных по величине.

Согласно номенклатуре олигасахаридов, они соответственно называются (фруктозил) 2 сахароза, (фруктозил) 3 сахароза и т.д.

Высшим гомологом этого ряда является инулин, при этом равняется 35. С помощью бумажной хроматографии отчётливо разделили около 15 фруктозанов, отличающихся по степени полимеризации фруктозы.

Фруктозаны по-разному растворяются в холодной воде и в спирте (этаноле), но хорошо растворимы и извлекаются горячей водой.

Результаты исследования и их обсуждение

Совместно с сотрудниками лаборатории химии и технологии растительных веществ нами проводятся исследования по фракционному составу различных сортов топинамбура, выращенных на заболоченных и засоленных почвах Чуйской долины Кыргызстана. Усилия многочисленных исследователей были направлены на изучение инулина и сопутствующих фруктозанов топинамбура: выделение и их разделение, выяснение структуры и характера главных связей в цепи молекул различных фруктозанов. Но, несмотря на большое число работ, фруктозаны топинамбура долгое время оставались малоизученными. Применение новых методов исследования, в сочетании с высокой степенью очистки растительных экстрактов, позволило нам более тщательно изучить фруктозаны топинамбура.

Наблюдения, проводимые нами в разные по погодным условиям годы, показали, что фракционный состав углеводов раличался по сортам и по годам (табл. 1). Так, содержание сухих веществ в клубнях топинамбура варьировало от 17,87 % (Бланк, 2016 г.) до 28, 60 % (Салатный, 2015 г.). В целом в сухом и жарком 2015 г. практически все изученные нами сорта имели повышенное содержание сухих веществ в клубнях осенью, по сравнению с менее жарким 2016 г. Так, в 2016 г. эти показатели колебались от 17,87 % до 21, 73 %, тогда как в 2015 г. – от 19,23 до 28,60 %.

Содержание спирторастворимых фруктозанов колебалось в клубнях различных сортов от 20,4 % (Француз фиолетовый, Интерес, 2016 г.) до 32,8–35,4 % (Бланк, 2017 г.; Салатный, 2016 г.) на сырой вес. В целом нами отмечалось высокое содержание инулина во всех изученными нами сортах топинамбура – от 22,8 % (Бланк, 2016 г.) до 31,5–32,6 % (Ленинградский, 2016 г.; Салатный, 2017 г.) (табл. 3).

Наряду с этим в клубнях, выращенных в 2016 г., меньше спирторастворимых сахаров, представленных преимущественно олигофруктозидами, чем в 2017 г. А сумма спирторастворимых и водорастворимых углеводов вместе взятых была выше в среднем на 1–3 % (на сырой вес) в 2017 г., чем в 2016 г. То же отмечается и при выражении этих же данных в процентах на сухой вес (табл. 3).

Из приведённых данных следует, что содержание инулина в клубнях, выращенных в 2016 г., было больше, чем в 2017 г., особенно у сортов Интерес (30,6 %), Находка (28,6 %), Ленинградский (31,5 %). Клубни остальных изученных сортов, выращенные в 2017 г., содержали меньше инулина, чем в 2016 г. Например, сорта Салатный (24,6 %) и Бланк (22,8 %). Следовательно, различия в содержании спирторастворимых и водорастворимых углеводов в клубнях зависят от наследственных особенностей сорта топинамбура и условий произрастания в конкретном году (температура воздуха, осадки, почва, полив, удобрения, густота стояния и др.).

Особенности погодных условий в разные годы вегетации оказывают значительное влияние на накопление и распределение углеводов – фруктозанов в клубнях рассматриваемых сортов топинамбура. На наш взгляд, большое значение имеет не общая сумма выпавших осадков и сумма температур воздуха (и почвы) за период вегетации, а их равномерное распределение в течение вегетации, особенно в периоды активного роста и развития растений, когда идет формирование урожая клубней и зеленой массы.

В результате исследований, проведенных в условиях Северного Кавказа (РСО-Алания), установлено, что в 2001 г. в клубнях топинамбура сорта Интерес инулина содержалось 17,91 %, в 2002 г. – 17,09 %, а в 2003 г. – 19,90 %. В среднем же за 3 года содержание инулина в клубнях топинамбура было равно 18,30 % [16]. В наших условиях содержание инулина в изученных сортах оказалось выше, по некоторым сортам даже на 50 %, по сравнению с сортами, изученными на Северном Кавказе.

Заключение

Таким образом, наши исследования, проведенные в маргинальных землях Чуйской долины Кыргызстана, выявили, что показатели по фракционному составу углеводов существенно не расходятся с наблюдениями других авторов, изучавших биологические особенности топинамбура в условиях Нечернозёмной полосы Российской Федерации., Узбекистана, Таджикистана и Казахстана.

Рассматривая содержание спирторастворимых и водорастворимых углеводов в клубнях различных сортов и в разные годы, мы обратили внимание на тесную связь между этими двумя фракциями. Как правило, в клубнях, содержащих меньше инулина, было больше спирторастворимых сахаров, представленных преимущественно олигофруктозидами; при этом содержание моносахаридов мало изменялось и оставалось всегда на низком уровне. Аналогичные примеры можно привести и для других сортов – Ленинградского, Бланка и т.д. Наше внимание привлек ещё тот факт, что в клубнях, отобранных в более поздние сроки, например в ноябре, инулина было всегда меньше, чем в клубнях, выкопанных и проанализированных в более ранние сроки. Ввиду того, что растения топинамбура, особенно поздних сортов, продолжают вегетировать до осенних заморозков, клубни, достигшие полной зрелости, выкапываются обычно поздней осенью. Естественно было предположить, что в клубнях при пониженных температурах в конце вегетации усиливаются процессы, вызывающие гидролиз высокомолекулярных фруктозанов типа инулина, которые, как известно, более энергично протекают в период зимнего хранения. Вследствие этого зрелые клубни, взятые для анализа осенью (октябрь), содержат уже меньше инулина, чем в более ранние сроки отбора (сентябрь).