science-review.ru
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 %.
Таблица 1
Изменение содержания углеводов в клубнях различных сортов топинамбура осенью ( % на сырой вес)
|
Сорта |
Годы |
Сухие вещества |
Моносахариды |
Олигосахариды |
Сумма |
Инулин |
Сумма углеводов |
|
Француз фиолетовый |
2015 |
21,14 |
0,11 |
4,79 |
4,90 |
4,71 |
9,61 |
|
2016 |
19,58 |
0,10 |
6,33 |
6,43 |
6,78 |
13,21 |
|
|
Бланк |
2015 |
19,23 |
0,19 |
5,58 |
5,77 |
5,60 |
11,37 |
|
2016 |
17,87 |
3,90 |
6,36 |
9,26 |
4,32 |
13,58 |
|
|
Ленинградский |
2015 |
21,52 |
0,12 |
6,78 |
6,90 |
6,51 |
13,41 |
|
2016 |
20,77 |
0,25 |
10,63 |
10,88 |
5,40 |
16,28 |
|
|
Салатный |
2015 |
28,60 |
0,35 |
9,56 |
9,91 |
9,79 |
19,70 |
|
2016 |
20,73 |
0,43 |
7,76 |
8,19 |
5,51 |
13,70 |
|
|
Находка |
2015 |
27,40 |
0,12 |
6,07 |
6,19 |
9,13 |
15,32 |
|
2016 |
21,42 |
0,39 |
8,42 |
8,81 |
5,62 |
14,43 |
|
|
Интерес |
2015 |
21,74 |
0,05 |
5,00 |
5,05 |
8,82 |
13,87 |
|
2016 |
19,51 |
0,72 |
9,95 |
10,67 |
4,30 |
14,97 |
Сумма моносахаридов и олигосахаридов в зависимости от сортовых особенностей варьировала от 4,90 % до 10,88 %. Содержание инулина – от 4,30 до 9,79 %. И при этом сумма углеводов достигала 1,79 % (Салатный, 2015 г).
Как видно из табл. 2, изученные сорта топинамбура в процессе перезимовки отличались по содержанию углеводов. Больше всего моносахаров имел сорт Инетерс (5,2 %), затем идут сорта Бланк, Салатный, Француз фиолетовый, Ленинградский (3,8–4,6 %). Меньше всего – 0,12 % – содержалось в сорте Находка. Содержание олигосахаридов в зависимости от сорта колебалось от 21,9 % до 29,7 %. Полисахаридов содержалось от 10,4 % (Салатный) до 20,0 % (Ленинградский). Пектиновых веществ имелось практически одинаковое количество (1,2–1,68 %). В Казахстане выход пектиновых веществ в Карасайском районе составлял 17–18 %, а в Мактааральском районе – 20 % [15]. Разброс по гемицеллюлозе велик, по нему сорта отличались более чем в три раза: так, в сорте Ленинградский – 6,92 %, а в сорте Француз Фиолетовый – 25,4 %.
Таблица 2
Содержание углеводов в клубнях топинамбура ранней весной, в %
|
№ п/п |
Сорта |
Моносахариды, % |
Олигосахариды, % |
Полисахариды, % |
Пектиновые вещества, % |
Гемицеллюлоза, % |
|
1 |
Бланк |
4,6 |
24,6 |
18,0 |
1,2 |
8,3 |
|
2 |
Ленинградский |
3,8 |
21,9 |
20,0 |
1,54 |
6,92 |
|
3 |
Интерес |
5,2 |
27,0 |
12,0 |
1,62 |
25,0 |
|
4 |
Салатный |
4,0 |
29,7 |
10,4 |
1,68 |
11,0 |
|
5 |
Находка |
0,12 |
29,2 |
19,6 |
1,31 |
10,9 |
|
6 |
Француз фиолетовый |
4,0 |
23,0 |
14,8 |
1,5 |
25,4 |
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).
Таблица 3
Содержание спирторастворимых углеводов в клубнях сортов топинамбура осенью ( % на сухой вес)
|
Сорта |
Годы наблюдений |
Дата отбора |
Спирторастворимые сахара |
Инулин |
|
Француз фиолетовый |
2016 |
X |
20,4 |
24,4 |
|
2017 |
XI |
28,4 |
28,6 |
|
|
Бланк |
2016 |
Х |
32,2 |
22,8 |
|
2017 |
ХI |
32,8 |
28,4 |
|
|
Ленинградский |
2016 |
X |
32,0 |
31,5 |
|
2017 |
XI |
25,3 |
31,5 |
|
|
Салатный |
2016 |
X |
35,4 |
24,6 |
|
2017 |
XI |
30,4 |
32,6 |
|
|
Находка |
2016 |
X |
30,8 |
28,6 |
|
2017 |
XI |
31,4 |
24,4 |
|
|
Интерес |
2016 |
X |
20,4 |
30,6 |
|
2017 |
XI |
23,0 |
24,3 |
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).
Библиографическая ссылка
Долотбаков А.К., Шалпыков К.Т. ФРАКЦИОННЫЙ СОСТАВ УГЛЕВОДОВ В РАЗЛИЧНЫХ СОРТАХ ТОПИНАМБУРА (HELIANTUS TUBEROSUS L.) В МАРГИНАЛЬНЫХ ЗЕМЛЯХ ЧУЙСКОЙ ДОЛИНЫ КЫРГЫЗСТАНА // Научное обозрение. Биологические науки. – 2021. – № 2. – С. 5-9;URL: https://science-biology.ru/ru/article/view?id=1223 (дата обращения: 20.04.2024).