Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Деградация пестицида 2,4-да при разных способах обработки зерна пшеницы

ВАК РФ 03.00.04, Биохимия

Автореферат диссертации по теме "Деградация пестицида 2,4-да при разных способах обработки зерна пшеницы"

, оа

гл°

^'государственный комитет российской федерации по вышему образованию московская государственная академия пищевых производств

На правах рукописи

доржиев валерий владимирович

удк 664.727-1:632.95/043.3/ +632.95:66.08.09/043.3/

деградация пестицида 2,4-да при разных способах обработки зерна пшеницы

Специальность 03.00.04 - Биохимия

автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1996

Работа выполнена в Московской государственной академии пищевых производств

Научные руководители:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор технических наук, профессор ПОПОВ М.П.

кандидат химических наук, ст. научный сотрудник СПЕРАНСКАЯ Т.Н.

доктор химических наук, профессор ГОЛУБЕВ В.Н.

кандидат биологических наук, доцент ШАНЕНКО Е.Ф.

НИИ сельского хозяйства центральных районов нечерноземной зоны Российской Федерации

Защита состоится // 1996 г. на заседании дис-

сертационного совета К 063.51.06 Московской государственной академии пищевых производств.

Просим Вас принять участие в заседании диссертационного совета или прислать отзыв в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения, по адресу: 125080, Москва, А-80, Волоколамское шоссе, II.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГАПП.

Автореферат разослан 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.б.н.

Генералова Т.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Основной задачей пищевой промышленности является повышение качества, расширение ассортимента, улучшение питательной ценности пищевых продуктов. В последние года, в связи с интенсивным применением химических средств в сельскохозяйственном производстве, наблюдается загрязнение пищевого сырья, в том числе зерна, остатками пестицидов и другими ксенобиотиками, что отрицательно сказывается на его качестве. Однако широкое применение химических веществ при интенсивных технологиях выращивания зерна остается одним из основных факторов получения высоких урожаев во всем мире.

В связи с этим проблема снижения содержания ксенобиотиков в зерне и зернопродуктах, являющихся одними из основных продуктов питания и кормовых средств, приобрела особое значение в последние годы.

Известно, что при сортовом помоле часть содержащихся в зерне пестипидов и .других ксенобиотиков удаляется с отрубями, но значительное количество остается в муке, а полученные отруби используются при производстве комбикормов. Таким образом, содержащиеся в зерне пестициды попадают в различные продукты питания. Возможности снижения содержания пестицидов при .других технологических приемах ограничены.

В этой связи изучение механизмов деградации пестицидов под действием разных факторов имеет большое значение для разработки приемов, позволяющих снизить загрязненность игли растительного сырья и продуктов его переработки.

Цель и задачи исследования. Цель работы заключалась в исследовании деградации пестицидов при разных способах обработки

зерна и возможного участия в этом процессе его биологических систем (механизмов биодеградации).

Исследования проводились в еле,дующих направлениях:

- влияние различных способов обработки зерна (СВЧ-обработка, ультразвуковая обработка, обработка водой) на разрушение пестицида 2,4-ДА (диметилагдшниевая соль 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты)

- изучение взаимодействия основных химических веществ зерна с пестицидом на модельных системах;

- участие ферментных систем зерна в деградации пестицида.

Научная новизна. Исследовано влияние разных способов обработки зерна (СВЧ-обработка, УЗ-обработка, обработка водой) на деградацию пестиццца 2,4-ДА, относимого к глобальным загрязнителям. На модельных системах изучено взаимодействие пестицида с основными компонентами зерна пшеницы (рас твори:,и е белки, клейковина, крахмал, декстрины, клетчатка). Показано, что только альбуминная фракция белков взаимодействует с пестицидом и связывает его. Клейковинные белки и полисахарида не участвуют в непосредственном взаимодействии с пестицидом 2,4-ДА.

Впервые получены данные, позволяющие определить соотношение пестицида, подвергшегося деградации и перешедшего в связанное состояние.

Установлена корреляция между интенсивностью биодеградашш 2,4-ДА в зерне пшеницы и активностью окислительных ферментов.

Практическая ценность. Предложены способы снижения содержания пестицида в зерне при СВЧ-обработке, УЗ-обработке и обработке водой. По результатам проведенных исследований получено 3 авторских свидетельства.

Апробация работы. Основные положения работы были доложены на научных конференциях Восточно-Сибирского государственного

технологического университета (Улан-Удэ, 1991-1992 гг.), на Всесоюзной научной конференции "Пути повышения качества зерна и Зернопродуктов, улучшения ассортимента крупы,муки и хлеба" (Москва, 1991 г.). Диссертация в целом обсуадалась на расширенном заседании кафедры "Биохимия и зерноведение" МГАПП (Москва, 1994 г.).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 5 печатных работ, получено 3 авторских свидетельства.

Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 119 с. машинописного текста, содержит 17 рис. и 27 табл. Работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, включающей главу о материалах и методах, выводов, списка использованной литературы, приложений.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектом исследования являлось зерно пшениш сорта Селенга урожая 1990 г. из Кабанского ОПХ, сортов Селенга и Бурятская 34 урожая 1991 г. из Иволгинского ОПХ республики Бурятия, выращенное по интенсивной технологии (с применением пестицидоз и удобрений), и товарное зерно из Иркутской области урожая 1992 г. Зерно было нормально вызревшим, средним по техническим показателям качества. Во всех образцах зерна обнаружено остаточное содержание пестицида 2,4-ДА.

В модельных опытах использовали хроматографически чистый препарат 2,4-ДА, полученный в Проблемной научно-исследовательской лаборатории Восточно-Сибирского государственного технологического университета. Препарат представляет собой белое, кристаллическое гигроскопичное вещество. Формула Сю^з^^З* Температура плавления 85-87 °С. Хорошо растворяется в воде, этаноле и метаноле.

В работе использовали следующие способы обработки зерна:

- СВЧ-обработка в бытовой печи "Электроника" с рабочей частотой 2450 мГц и удельной мощностью 2 Вт/г;

- ультразвуковая обработка зерна а ультразвуковой мойке УМ—X с рабочей частотой 25 кГц;

- обработка зерна водой (увлажнение до 15 - 25 % и отволакивание в течение 10 часов);

Исследования проводили в соответствии со следующими методами:

- методы определения качества зерна пшеницы (натурная масса по ГОСТ 10847-74, масса 1000 зерен по ГОСТ 10842-76, содержание мелких зерен, зольность по ГОСТ 10847-74, содержание скрой клейковины и качество клейковины по ГОСТ 13586:1-68);

- хроматографический метод определения гербицидов группы 2,4-Д в объектах внешней среда (метод утвержден заместителем Главного государственного санитарного врача СССР 20 декабря 1976 г.);

- спектрофотометрический метод определения активности пероксида-зы (Бояркин А.Н., 1951 г.); липоксигеназы (Дубнов Г.Г., Попов М.П., 1970 г.);

- фракционирование веществ на колонке с сефадексом й-50 (параметры колонки Ь= 20 см, с1= 1,8 см).

- метод пробной выпечки (ГОСТ 27669-88).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУВДШЕ Деградация пестицида при различных способах обработки зерна Разрушение пестицидов в природной среде и биологических объектах происходит под воздействием разных факторов, как физико-химических, так и биологических. Наибольший интерес при изучении этих процессов представляет деградация пестицидов под

воздействием электрофизической обработки и с помощью биологических систем самого зерна.

СВЧ-обработкз зерна пшеницы. Для равномерной обработки образец зерна с исходной виакностыо 10 % насыпали на стеклянную пластину слоем толщиной I см и помещали в рабочую камеру СВЧ-печи .

Обработка в течение 10 - 60 секунд не приводила к снижении хлебопекарных достоинств зерна. В обработанных образцах зерна определяли содержание 2,4-ДА хроматографическим методом (табл. I). После 40 с обработки содержание пестицида снижается на 25 - 30 %, Наиболее интенсивно разрушение идет в интервале 20 - 40-секунд-ной экспозиции.

Таблица I

Влияние СВЧ-обработки на содержание 2,4-ДА в зерне

Л .....— Длительность ................. .... —г Бурятская 34 Селе - ——'—г нга i

тп/п обработки, Содержание 2,4-ДА 1

с мг/кг ' af 1 • % ОТ ИС—' 1 ХОДКОГО , ■ содерж. • ; мг/кг ; ! % от ис- '• ходного , содерж. '

I 0 0,048 100 0,067 100

2 10 0,048 100 - -

3 20 0,046 96 0,060 90

4 40 0,033 69 0,045 67

5 60 0,031 65 0,045 67

Определение активности ферментов липоксигеназы и пероксида-зы в исследуемых образцах доказало, что СВЧ-обработка в течение 10 - 60 с не влияет на их активность.

СВЧ-обработка инертного носителя с нанесенным пестицидом

2,4-ДА показала, что разрушение пестицида происходит под действием электромагнитного подя сверхвысокой частоты. В качестве инертного носителя использовали фильтровальную бумагу. Содержание пестишда определяли спектрофотометрическим методом. Обработка в течение 60 с привела к разрушению почти 60 % нанесенного количества 2,4-ДА.

Полученные данные показывают, что разрушение пестицида в исследуемом зерне вызвано действием электромагнитного поля сверхвысокой частоты.

На разработанный способ обработки зерна получено авторское свидетельство К 1692507, бюл. К 43, 1991 г.

Ультразвуковая обработка зерна. Обработку осуществляли с помощью ультразвуковых колебаний в воде. Образец зерна массой 50 г помещали в моечную ванну ультразвуковой мойки УМ-1 и заливали 400 мл вода. Зерно перемешивали и подвергали обработке УЗ-колебаниями от 2 до 10 минут.

Определение активности ферментов липоксигеназы и пероксида-зы,в обработанных образцах зерна, показало, что ультразвуковая обработка не влияет на них. В табл. 2 представлены результаты определения содержания 2,4-ДА. Количество пестицида определяли хроматографическим методом. Наиболее интенсивно процесс деградации пестицида идет при обработке в течение 4-6 мин. Содержание 2,4-ДА снижается примерно на 20 %. Дальнейшее увеличение времени обработки не оказывает заметного влияния на разрушение пестицида. При разном исходном содержании 2,4-ДА в исследованных образцах зерна, в процентном выражении разрушение идет одинаково.

По сравнению с СВЧ-обработкой, в этом случае деградация пестицида вдет менее интеншвно.

Таблица 2

Влияние УЗ-обработки зерна на содержание 2,4-ДА

! л Длительность Бурятская 34 ' т Селенга

,п/п обработки, Содержание 2,4-ДА

мин мг/кг Г % от , •исходно-' ,го сод. , мг/кг , % от 'исходного сод.

I 0 0,048 100 0,067 100

2 2 0,048 100 0,065 97

3 4 0,045 94 0,065 97

4 6 0,039 81 0,054 81

5 8 0,038 79 0,052 78

6 10 0,039 81 0,052 78

На разработанный способ обработки зерна получено авторское свидетельство К 1830725, ДСП.

Обработка зерна водой. При обработке зерна водой происходит активизация биологических систем, что может влиять на скорость разрушения пестицидов.

Зерно с исходной влажностью 10 % увлажняли до 15, 20 и 25 %, путем внесения расчетного количества воды и отволаживали в течение 10 часов. В образцах определяли активность ферментов липок-сигеназы и пероксидазы (табл. 3) и остаточное содержание пестицида 2,4-ДА (рис. I). Количество пестицида определяли хроматогра-фическим методом.

Из табл. 3 видно, что при обработке зерна водой происходит заметное увеличение активности ферментов. Динамика этого процесса более выражена у липоксигвназы, активность которой в результате обработки увеличивается на 12 - 16 %. Прирост активности пероксидазы достигает 7 - 15 %.

Таблица 3

Изменение активности ферментов при обработке зерна водой

! л Сорт •Влажность 'Активность 'Активность '•

!п/п ! зерна, iлипоксигеназы iпероксидазы ,

! ! % ! А234 % ! А590 ! % !

10 (исх.) 0,570 100 0,420 100

15 0,620 109 0,430 102

I Бурятская 34 20 0,630 112 0,450 107

25 0,650 116 0,480 115

10 (исх.) 0,600 100 0,450 100

15 0,620 103 0,440 100

2 Селенга 20 0,640 107 0,480 107

25 0,660 112 0,470 104

Общая интенсификация биохимических процессов при увлажнении -зерна сопровождается существенным уменьшением содержания пестицида (рис.1).

Рис. I. Влияние обработки зерна водой на содержание 2,4-ДА.

В образцах, увлажненных до 25 % осталось меньше половины исходного содержания пестицида. Полученные результаты подтверждают участие ферментов в деградации пестицида 2,4-ДА.

На разработанный способ обработки зерна получено авторское свидетельство 12 1818053, бюл. I! 20, 1993 г.

Изучение взаимодействия пестицида с биополимерами зерна в модельных опытах

В качестве моделей основных компонентов зерна использовали препараты белка, крахмал, декстрины и клетчатку. Для определения пестицида применяли спектрофотометрический метод. Оптимальной длиной волны для количественного определения 2,4-ДА является 285 нм (рис.2). В системах "белок-пестицид", содержание каждого компонента раасчитывали по эмпирическим формулам, выведенным на основании калибровочных графиков (рис.3). Для этого замеры проводили при двух длинах волн - 260 и 285 нм:

Сб = 1.18^60 " °'231А285

СДА = °'15А285 " °'176А260 где: С^ - концентрация белка; СДА ~ кониентРашя 2,4-ДА; А260 ~ оптическая плотность при 260 нм; а285 ~ оптическая плотность при 285 нм.

Взаимодействие 2,4-ДА с альбумином. Растворы альбумина и пестицида смешивали при соотношении 60 : I, инкубировали в течение 20 мин и осаждали белок раствором ТХУ. Вместе с белком в осадок переходила часть пестицида, связанного с альбумином. Свободный пестицид ТХУ не осаждает. После центрифугирования, в прозрачных растворах определяли оптическую плотность при 285 нм.

Фон, обусловленный неосаздаемыми при центрифугировании

I - 2,4-ДА Длина волны, нм

2 - Альбумин Рис. 2. УФ - спектры пестицида и альбумина.

I - 2,4-ДА

2 - Альбумин

Рис. 3. Калибровочные графики для определения 2,4-ДА и альбумина.

продуктами составил 0,070 ед, а исходное количество 2,4-ДА в ре- . акпионной смеси - 0,350 ед. Сумма этих значений (0,420 ед), представляет собой расчетное значение оптической плотности, т.е. оаидаемое в том случае, если в системе не происходит никаких взаимодействий. Фактически измеренное поглощение составило 0,300 ед. Разность в 0,120 ед указывает на то, что в системе "альбумин-пестицид" произошло связывание некоторой части 2,4-ДА белком, выпавшим в осадок. Количество связанного пестицида составило примерно 35 % от внесенного, при соотношении пестицид:белок в осадке I : 180.

Для подтверждения вывода о связывании 2,4-ДА белком провели исследования при разных концентрациях белка. Из рис.4 видно, что при нарастании концентрации альбумина в растворе,увеличивается количество связанного и ушедшего в осадок пестицвда. Полученная зависимость на имеет линейного характера, а соотношение пестк-цвд:бедок в осадке изменяется от I : 80 до I : 200.

Проведенные опыты показали способность альбумина связывать пестицвд 2,4-ДА. Но в связи с тем, что при использовании раствора ТХУ из пробы осаждается весь белок, невозможно установить соотношение пестицвд:белок именно в образующемся связанном комплексе. Для решения этой задачи были проведены опыты без применения TU. Мы обратили внимание на то, что при добавлен™ пестицвда к прозрачному раствору альбумина происходит помутнение раствора. Это указывало на образование нерастворимого комплекса. При центрифугировании, образовавшийся нерастворимый комплекс отделяли от раствора белка.

Опыт проводили по еле,дующей схеме: 3 мл раствора альбумина смешивали с растворами 2,4-ДА разной концентрации и оставляли на 30 мин. После отделения нерастворимого комплекса

центрифугированием, в прозрачных растворах определяли оптическую плотность при 260 и 285 нм и рассчитывали концентрацию каждого, компонента по выведенным ранее эмпирическим формулам.

Полученные данные показывают, что в нерастворимом комплексе наблюдается постоянное соотношение 2,4-ДА : белок близкое к I : 5 (рис.5).

Для подтверждения полученных результатов, нерастворимый комплекс, отделенный при центрифугировании в виде осадка, перерастворяли в 0,1 н К1аОН и рассчитывали концентрацию пестицида в комплексе по значениям оптической плотности при 260 и 285 нм. Полученные данные приведены в табл.4. Видно, что количество 2,4-ДА в перерастворенном осадке достаточно хорошо сходится с расчетными значениями, что подтверждает данные о связывании пестицида белком и образование нерастворимого комплекса.

о,з- и

2

I

0 1 2 3 4 5

белок, мг/мл

О Ю 20 2,4-ДА, мкг/мл I - альбумин, 2 - 2,4-ДА

Рис.4. Влияние концентрации белка на количество связанной 2,4-ДА.

Рис.5. Образование нерастворимого комплекса

"2,4-ДА - белок".

Таблица 4

Соотношение пестицид - белок при образовании нерастворимого комплекса

п/п

Исхоцное соотношение компонентов

2,4-ДА; Белок,

Соотношение компонентов в рестворе

I

Соотношение : 2,4-ДА ,компонентов в !в осадке •осадке(расчет.) (факт.) т-;-г

2,4-ДА,! Белок,'2,4-ДА,!Белок,

мкг ! мг мкг мг мкг ! мг ! мкг

1 18 2,32 0 2,18 18 0,14 6

2 30 2,32 0 2,18 30 0,14 30

3 54 2,32 18 2,15 36 0,17 54

4 78 2,32 36 2,12 42 0,20 42

5 102 2,32 54 2,10 48 0,22 42

6 120 2,32 66 2,08 54 0,24 48

7 138 2,32 90 2,10 48 0,22 48

Взаимодействие 2,4-ДА с высокомолекулярными углеводами.

В связи с тем, что в целом зерне пшеницы крахмал составляет самую значительную часть, было необходимо выяснить возможность участия его во взаимодействии с пестицидом 2,4-ДА.

Исходным материалом служил картофельный крахмал. Для снижения нежелательного при спектрофотометрических измерениях фона, предварительно провели его отмывание. Промытый сухой крахмал в количестве 5 г заливали 4 мл раствора 2,4-ДА с концентрацией 0,5 мг/мл и тщательно перемешивали. Реакционную смесь выдерживали з течение 30 млн. После этого смесь заливали 50 мл дистиллированной вода и перемешивали. Полученную суспензию выдерживали 15 мин и отбирали 5 мл, перемешивая при отборе. Контрольный опыт проводали аналогично без внесения пестицида. Пробы центрифугировали и определяли в прозрачных растворах оптическую плотность при 285 нм. Расхождения параллельных значений не превышали 5 %.

Расчетное значение оптической плотности пробы, т.е. ожидаемое в том случае, если пестицид не взаимодействует с крахмалом, сотавило 0,470 ед. Разность между фактическим значением 0,480 ед и расчетным значением составляет 0,010 ед, что не превышает допустимой ошибки при измерениях. Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что 2,4-ДА не взаимодействует с крахмалом.

Для изучения растворимых высокомолекулярных соединений использовали растворимый крахмал и декстрины. Исследование взаимодействия этих веществ с 2,4-ДА проводили с помощью фракционирования на колонке с сефадексом С-50.

Колонку предварительно откалибровали пропуском смеси декстринов и лактозы. Общий объем колонки Л/общ составил 66 мл, а свободный объем Х/св - 24 мл. После этого пропускали через колонку исследуемые вещества в отдельности, а затем смесь "2,4-ДА -крахмал" и смесь "2,4-ДА - декстрины". Выход каждого компонента с колонки контролировали по коэффициенту распределения и по площади пика ^рис.6 и 7). При этом выход пестицида определяли по оптической плотности при 285 нм, а выход крахмала и декстринов -по интенсивности окраски их комплексов с йодом при длине волны 530 нм.

Сравнение пиков элюиии каждого компонента при раздельном пропуске и фракционировании смеси, а также объемов их элюиии, указывает на отсутствие взаимодействия между 2,4-ДА и этими веществами. Видно, что раздельный выход компонентов и выход их из смеси практически одинаков. Полученные данные подтверждают сделанный ранее вывод о том, что пестицид не взаимодействует с высокомолекулярными углеводами.

Взаимодействие 2,4-ДА с клетчаткой. В модельных опытах в качестве клетчатки были использованы лабораторные фильтры.

Рис.6, фракционирование системы "2,4-ДА - крахмал" на колонке с сефадексом С-50.

Рис.7. Фракционирование системы "2,4-ДА - декстрины" на колонке с сефадексом &-50.

Целью проведенных исследований было выяснение способности клетчатки связывать пестицид 2,4-ДА.

Подготовленные фильтры мелко нарезали и в количестве 120 мг помещали в пробирку с 5 мл раствора 2,4-ДА (концентрация 0,04 иг/т). Оптимальное для измерений соотношение было подобрано в результате серии экспериментов. Контрольный опыт проводили, используя вместо раствора пестицида равное количество вода.

Пробирки выдерживали в течение 30 мин, затем центрифугировали и определяли в прозрачных растворах оптическую плотность при длине волны 285 нм. Каждое определение проводили в нескольких повторностях. Расхождения параллельных измерений не превышали 5 %.

При суммировании значений фона в системе "клетчатка - вода", составившего 0,080 ед и уровня пестицида 0,320 ед, получили расчетную (ожидаемую) плотность 0,400 ед, абсолютно совпадающую с фактическим значением. Этот факт убедительно доказывает отсутствие взаимодействия пестицида 2,4-ДА с клетчаткой.

Таким образом, модельные опыты показали, что из основных компонентов зерна (белки и углевода), во взаимодействие с пестицидом вступают только белки. Водорастворимый белок альбумин способен связывать некоторое количество пестиивда из раствора с образованием нерастворимого комплекса.

Связывание и деградация пестицида в суспензиях

В свете полученных данных было интересно выяснить характер процессов в более сложных системах. Суспензии размолотого зерна и муки представляют собой наиболее подходящий объект исследований с использованием спектрофотометрического метода. В таких системах можно смоделировать процессы, протекающие непосредственно

в зерне и в тесте при брожении.

Суспензию цельносмолотого зерна готовили из расчета 3 г размолотого зерна на 100 мл раствора 2,4-ДА с концентрацией 0,04 мг/мл, при перемешивании на магнитной мешалке. В качестве контроля использовали суспензию,приготовленную аналогично на 100 мл вода.

Из суспензии отбирали пробы по 3 мл через равные промежутки времени. Для осаждения белков в кавдую пробу добазляли по 3 мл 10 %-ното раствора ТХУ. После центрифугирования определяли опти-* ческую плотность при 285 нм.

Вначале наблюдается процесс связывания 2,4-ДА, протекающий очень быстро (в течение первых минут). За это время с бетами связывается около 20 % внесенного пестицида ^рис.8,вариант I). При дальнейшем взаимодействии, в суспензии происходит интенсивный процесс разрушения пестицида, связанный с действием биологических систем зерна. Количество разрушенного пестишда достигает почти 30 % от исходного содержания.

Аналогичный эксперимент с мучной суспензией (использовали муку высшего сорта), показал (рис.8, вариант 2), что как и в суспензии цельносмолотого зерна очень быстро прошло взаимодействие 2,4-ДА с белками муки. На первых минутах было связано 20 % внесенного пестицида. Дальнейшего разрушения 2,4-ДА не происходит. Это связано с низкой ферментативной активностью муки высшего сорта по сравнению с зерном.

Таким образом, в суспензии иельносмолотого зерна происходит наряду со связыванием процесс разрушения пестицида, вызванный деятельностью ферментного комплекса. В мучной суспензии происходит только процесс связывания пестицида. В связи с этим, было интересно выяснить роль клейковинных белков во взаимодействии с 2,4-ДА.

Для этого приготовили мучную суспензию с предварительным удалением водорастворимых вкществ.

Из рис.9 видно, что в исходной суспензии с увеличением её концентрации пропорционально возрастает количество связанного пестицида. При этом сохраняется постоянное соотношение количества связанной 2,4-ДА и количества муки в пробе близкое к I : 3500. В системе с удаленной водорастворимой фракцией процесс связывания отсутствует. Полученные данные показывают, что в связывании пестицида 2,4-ДА принимают участие только водорастворимые белки мучной суспензии. Белки клейковинного комплекса не принимают участия в этом процессе.

Далее исследования проводили на дрожжевой суспензии и мучной суспензии с добавлением дрожжей.

Снижения фона, образующегося при суспендировании дрожжей в воде.добились их отмыванием от водорастворимых веществ. Взаимодействие 2,4-ДА с дрожжевой суспензией наблюдали в условиях голодания дрожжевых клеток. Систему инкубировали при температуре 30 °С. Из рис.10 видно, что в дрожжевой суспензии идет только процесс связывания пестицида 2,4-ДА. Связывание происходит очень быстро и количество связанного пестицида достигает 30 % от исходного содержания. В этом процессе принимают участие оболочки дрожжевых клеток.

Мучную суспензию с добавлением 350 мг дрожжей готовили по методике предыдущих опытов, с добавлением пестицида и без него. Суспензию выдерживали при температуре 30 °С. Отбор проб производили в объеме 3 мл на первой минуте, через 30 и 120 мин. В пробах осаадали белки добавлением 3 мл 10 %-ной ТХУ, центрифугировали и определяли оптическую плотность при 285 нм. Из рис.11 видно, что в суспензии произошло связывание пестицида на

л 2

е.-90

03

н

I 80

О)

о о

70

45 60 V , мин

1 - суспензия цельносмолотого

зерна

2 - мучная суспензия

Рис.8. Взаимодействие 2,4-ДА с компонентами зерна и муки в суспензиях.

0 10 20 30 40

суспензия, мг/мл

1 - исходная суспензия

2 - суспензия без водорастворимой фракции

Рис.9. Связывание 2,4-ДА водорастворимыми белками мучной суспензии.

? 80 -а*

^ 60

О)

Я

ш 40

ш 20

се

3 о

о

60

120 Ъ, мин

100

80

I

см

а> я

ЕС

3 60

сц кг о' о

40

О

30 60

90 120

Т, мин

Рис.10. Взаимодействие 2,4-ДА с .дрожжевой суспензией.

Рис.11. Взаимодействие 2,4-ДА и мучной суспензии с добавлением дрожжей.

начальном этапе. Количество связанного пестицида (30 % от исходного содержания), больше, чем в обычной мучной суспензии (рис.8), что вызвано наличием дрожжей, также связывающих 2,4-ДА. Процесс связывания произошел в течение первых минут. Далее мы наблюдаем процесс разрушения пестицида, хотя интенсивность его ниже чем в суспензии иельносмолотого зерна. Количество разрушенного пестицид; через 120 мин взаимодействия составило около 15 %. Разрушение пестицида в данном случае вызвано, очевидно, активной деятельностью дрожжей в мучной суспензии. Как и в суспензии цельносмоло-того зерна здесь наблюдается процесс биодеградации.

Исследование процессов, происходящих в суспензиях показало, что в системах , моделирующих такие сложные объекты как зерно и тесто при брожении, наряду со связыванием некоторой части пестицида, происходит достаточно заметное его разрушение. Процессы связывания, изученные на модельных опытах, происходят с участием водорастворимых белков и клеточных стенок дрожжей. Разрушение пестицида вызвано деятельностью бшяэгических систем зерна, превде всего ферментов, и деятельностью дрожжей.

Деградация пестицида в процессе приготовления хлеба

Опыты на суспензиях выявили важную роль дрожжей в процессе деградации 2,4-ДА. Далее были проведена исследования на реальном объекте при брожении теста и выпечке хлеба. Полученные данные представлены в таблице 5. Из табл.5 видно, что в то время как в тесте с нормальным содержанием дрожжей за время брожения содержание пестицида уменьшилось более чем наполовину, в бездрожжевом тесте снижения содержания пестицида не происходит. Полученные данные показывают, что достаточно интенсивное разрушение

пестицида происходит во время брожения теста и вызвано деятельностью дрожжей, т.е. наблюдается процесс биодеградации пестицида.

Таблица 5

Снижение содержания 2,4-ДА в процессе приготовления хлеба

! № • п/п ! Отбор проб Бездрожжевое ' тесто | Дрожжевое тесто ,

Содержание 2,4-ДА ,

t мг/кг ! % ! мг/кг ! % !

I Тесто после замеса 0,254 100 0,260 100

2 Тесто после брожения 0,245 97 0,106 40

3 Готовый хлеб 0,236 93 0,082 32

Сравнительная эффективность способов обработки зерна и разных стадий технологического процесса для снижения остаточного содержания 2,4-ДА При лабораторном помоле зерна, загрязненного пестицидом 2,4-ДА, получили муку I сорта, которую использовали для приготовления теста и выпечки хлеба по условиям предыдущего опыта. На всех стадиях определяли содержание пестицида (табл.6).

Таблица 6

Снижение содержания пестицида на разных стадиях технологического процесса

i ' Зерно ! ' Мука 1 "Тесто после i 'Тесто после 1 I 'Готовый хлеб'

т , замеса , брожения ! 1

Сод е р ж а н и е 2,4-ДА

!мг/кг! % !мг/кг! % !мг/кг ! % ! мг/кг! % ! мг/кг! % !

0,095 100 0,050 53 0,048 51 0,015 16 0,010 II

Из табл.6 видно, что наибольшее снижение содержания 2,4-ДА происходит в процессе приготовления хлеба. При брожении теста количество пестицида уменьшается более чем в 3 раза по сравнению с содержанием в муке. Сравнение полученных ранее данных по деградации 2,4-ДА при разных способах обработки зерна и данных табл.6, показывает, что биодеградация играет решающую роль при разрушении пестицида. Отсюда еле,дует необходимость более углубленного изучения механизмов биодеградации пестицидов.

ВЫВОДЫ

1. Разработаны способы обработки зерна пшеницы (электрофизическая обработка и обработка водой), позволяющие добиться снижения остаточного содержания пестицида 2,4-ДА. При оптимальных режимах содержание 2,4-ДА уменьшается на 30 % при СВЧ-обработке, на 20 % - при ультразвуковой обработке и более чем на 50 % - при обработке зерна водой.

2. Показано, что разрушение пестицида при электрофизической обработке обусловлено влиянием электромагнитных полей, а при обработке водой - действием активных биологических систем зерна.

3. Показано, что механизмы биодеградации пестицида связаны с действием окислительных ферментов зерна. Снижение содержания пестицида при обработке водой (до 50 %), коррелировало с возрастанием активности липоксигеназы и пероксидазы в среднем на 10 -15 %.

4. На модельных системах изучены процессы взаимодействия пестицида с основными компонентами зерна. Показано, что высокомолекулярные углевода (крахмал, декстрины, клетчатка) не взаимодействуют с пестицидом. Белки способны связывать пестицид с образованием нерастворимого комплекса, при соотношении 2,4-ДА : белок равным 1:5.

5. Исследования, проведенные на суспензиях показали, что часть пестидида связывается в устойчивых комплексах с водорастворимыми белками зерна и дрожжами.

Другая часть пестицида подвергается биодеградации ',до 30 % -в суспензии иельносмолотого зерна и 15 % - в мучной суспензии с добавлением дрожжей).

6. Исследована биодеградация 2,4-ДА на реальном объекте - при брожении теста и выпечке хлеба. Показано, что основное снижение содержания пестицида происходит во время брожения теста (до 50 % от исходного содержания).

7. Проведено сравнение эффективности влияния разных способов обработки на стадиях технологического процесса от зерна до хлеба, на содержание остаточного количества пестицида. Показано, что решающая роль в этом процессе принадлежит биологическим системам зерна и дрожжей.

Таким образом, главное внимание исследователей должно быть обращено на изучение механизмов биодеградации пестицидов.

Публикации

1. Сперанская Т.Н., Доржиев В.В., Попов М.П. и др. Способ обработки зерна и его вариант. - Авторское свидетельство Л 18X8053, бюл. № 20, 1993 г.

2. Сперанская Т.Н., Доркиев В.В., Бутко В.П. и др. Способ влажной обработки продовольственного зерна. - Авторское свидетельство И 1830725, ДСП, 1993 г.

3. Гончикова Ц.Д., Доркиев В.В. и .др. Способ обработки зерна злаковых культур на корм. - Авторское свидетельство 1692507, бюл & 43, 1991 г.

4. Бутко В.П., Бороноева Г.С., Доржиев В.В. и др. Качественная характеристика зерна пшеницы Бурятской ССР. Пути повышения качества зерна и зернопродуктов, улучшения ассортимента крупы, муки и хлеба: Сб. докл. Всесоюз. науч. конф. - М.:ЦНИИТЭИ хлебопродуктов, 1991, с. 75 - 78.

5. Доржиев В.В., Попов М.П., Цыбикова Г.Ц. Изменение свойств зерна пшеницы при его обработке в СВЧ-поле. - М., 1991, 6 с.-Деп. в ЦНИИТЭИ хлебопродуктов 14.05.91, й 1228.

6. Доржиев В.В., Попов М.П., Цыбикова Г.Д. Сверхвысокочастотная обработка зерна. - Информационный листок Бурятского ЦЕПИ. -Улан-Удэ, 1994, К 59-94, 3 с.

7. Доржиев В.В., Попов М.П., Щбикова Г.Ц. Обработка зерна водой. - Информационный листок Бурятского ЦНТИ. - Улан-Удэ, 1994, № 60-94, 3 с.

8. Доржиев В.В., Попов М.П., Цыбикова Г.Ц. Уменьшение остаточного содержания пестицидов при брожении теста и выпечке хлеба. -Информационный листок Бурятского ВДТИ. - Улан-Удэ, 1994,

Я 61-94, 3 с.