Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

КУЛЬТИВИРОВАНИЕ СТЕВИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДА СВЕТОКУЛЬТУРЫ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ПРОДУКТОВ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ПИТАНИЯ

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "КУЛЬТИВИРОВАНИЕ СТЕВИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДА СВЕТОКУЛЬТУРЫ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ПРОДУКТОВ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ПИТАНИЯ"

ЗГ303\

Ма правах рукописи

Батурина Ирина Анатольевна

КУЛЬТИВИРОВАНИЕ СТЕВИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДА СВЕТОКУЛЬТУРЫ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ПРОДУКТОВ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ПИТАНИЯ

03.00.16 - экология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Красноярск -2005

Работа выполнена в лаборатории управления биосинтезом фототрофов Института биофизики СО РАН и на кафедре товароведения продовольственных товаров ГОУ ВПО «Красноярский государственный торгово-экономический институт»

Научный руководитель доктор биологических, наук, профессор Тихомиров Александр Аполлинариевич

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Карначук Раиса Александровна; доктор биологических наук, профессор Демиленко Галина Александровна.

Ведущая организация Агрофизический институт Россел ьхоза ка дем и и (Санкт-Петербург)

Зашита диссертации состоится «/1 2005г. в ') ч. на заседании

диссертационного совета Д 220.037.01 в Красноярском I осу дарственном аграрном университете по адресу: 660049, г.Красноярск, проспект Мира, 88, Факс: (3912) 27-86-52

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет».

Автореферат разослан «/У» лшр^ 2005г.

Ученый секретарь диссертационного совета

¿¿¡¡у'--—Полонская Д.Е.

Актуальность темы. Эколого-гигиеническая безопасность пищевых ресурсов представляет собой важную современную проблему, нуждающуюся ь расширении исследований. В XXI веке технологии получения продуктов массового потребления подвергнутся значительным изменениям, значительно увеличится производство функциональных пищевых продуктов и продуктов лечебного назначения.' Поэтому в последнее время уделяется большое внимание биологически активным добавкам вследствие сложившейся экологической," экономической, социальной ситуациям. В производстве продуктов. функционального питания важное место занимает стевия, применение которой в пищевой промышленности позволит частично заменить сахар, что особенно важно для решения проблемы здорового питания рольных сахарным диабетом. В настоящее время для оздоровления населения взамен сахара в продуктах питания предложен ряд природных и синтетических подсластителей, большинство из которых вызывает определенные побочные эффекты. В связи с Э1тим поиск новых сахароэамен^телей, не вызывающих при использовании побочных явлений весьма актуален. Одним из способов формирования сырьевой базы таких сахарозам енитслей в суровых климатических условиях является выращивание стевии в условиях светокультуры. Недостаточная изученность вопросов культивирования стевии в условиях светокультуры и необходимость соэдандо технологического процесса производства биомассы стевии в регионах с тяжелыми климатическими условиями определяет актуальность проблемы. Поэтому настоящая работа посвящена изучению возможности выращивания стевии в условиях светокультуры и использованию полученного сырья при производстве продуктов функционального питания. Цель - изучение особенностей круглогодичного культивирования стевии, используя метод интенсивной светокультуры для последующего использования ее биомассы при производстве продуктов функционального питания. ■

Основные задачи:

- оценить роль структуры ценоза в формировании урожая стевии и накопление стевиозида в условиях светокультуры;

- исследовать влияние световых режимов выращивания на формирование урожая стевии в условиях светокультуры;

- определить возможности использования стевии при производство хлебобулочных изделии и безалкогольных напитков функционального назначения,

Защищаемые положения.

1, Для стевии, культивируемой в условиях светокультуры накопление стевиозида и биомасса растений имеют нормальное распределение с максимумом в центральной части по вертикальному профилю посева.

2. . Существует неоднозначность влияния излучения различного спектра на накопление биомассы стевии и дитериеновых гликозидов. Наибольший вес сухой биомассы отмечен в листьях

стевии под воздействием

ЦНБ МСХА фонд научной литературы

белого света, далее по эффективности воздействия следует излучение красной области спектра. Наименее эффективным оказалось излучение синей области спектра. Наибольшее количество стевиозида в листьях накапливается в пересчете на сухое вещество на белом и синем свету, а наименьшее на красном.

3. Разработаны рецептуры булочных изделий и безалкогольного напитка «Здоровье» с использованием стевин. Показана потенциальная возможность использования стевии в качестве спхарозаменителя при производстве продуктов питания диетического и профилактического назначения.

Научная новизна. Впервые изучены структурные, продукционные и биохимические характеристики ценозов стевии в условиях светокультуры. Показано, что биомасса листьев стевии в течение вегетационного периода имеет распределение с максимумом в центральной части по вертикальному профилю ценоза. Фракционный анализ накопления стевиозида в различных ярусах фитоэлементов ценозов стевии показывает наличие его максимума в средней части, а минимальное содержание стевиозида в нижней части ценоза. Впервые изучена спектральная эффективность действия отдельных областей искусственной ФАР в накоплении биомассы и стевиозида в ценозах стевии. Установлено, что белый и красный свет, в отличие от синего более эффективно обеспечивает накопление биомассы стевии. Наибольшее количество стевиозида в листьях накапливается в пересчете на долю сухого вещества на синем свету, наименьшее - на красном. Разработаны рецептуры булочных изделий и безалкогольного напитка с использованием экологически чистой биомассы стевии, выращенной в условиях светокультуры.

Практическая значимость. ■ Выращивание стевии в условиях светокультуры при различных спектральных режимах облучения дает возможность получать экологически чистую лекарственно-пищевую биомассу круглогодично. Полученные в работе данные по спектральной эффективности действия ФАР для ценозов стевии могут быть использованы при выборе ламп для культивирования стевии в теплицах с использованием искусственного света. Использование стевии, полученной в условиях светокультуры как физиологически значимого и экологически чистого продукта в пищевой промышленности для массовош оздоровления людей путем профилактики особенно актуально для регионов с суровыми климатическими условиями и сложной экологической обстановкой. Апробированы разработанные рецептуры продуктов функционального назначения со стевией и рекомендованы для использования их в массовом питании в качестве лечебно-профилактических целей или для питания детерминированных групп населения, в частности больных сахарным диабетом.

Апробация. Основное содержание работы изложено в 16 публикациях. Данные, полученные в ходе выполнения диссертационной работы, докладывались на И-ой региональной научно-практической конференции

«Эколого-экономячеекие проблемы Красноярского края» (Красноярск, J 999), на IV съезде общества физиологов России (Москва, 1999),. на научной конференции аспирантов КГТЭИ «Актуальные проблемы современной науки и пути их решения» (Красноярск, 2000), на Международном симпозиуме «Пищевые биотехнологии: проблемы и перспективы в XXI веке» (Владивосток, 2000), на ГО Международной научно-практической конференции «Экология и жизнь» (Пенза, 2000), на Ш Международной научно-практической конференции «Экономика, экология и общество России в 21-м столетии» (Санкт-Петербург, 2001), на IV-м Международном симпозиуме «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования» (Пупщно, 2001), на Международной научно-практической конференции «Потребительский рынок: качество и безопасность товаров и услуг» (Орел, 2001), на Международной научно-практической конференции «Современные проблемы торговли, расширения ассортимента и контроля качества - потребительских товаров и продуктов общественного питания» (Санкт-Петербург, 2002). '

Структура н объем диссертации. Диссертация изложена на 131 странице машинописного текста и состоит из введения, четырех глав, включая 11 рисунков, 17 таблиц и 6 приложении. Список литературы представлен ссылками на отечественных и зарубежных авторов.

Лимпый вклад автора. Лично автором были получены экспериментальные данные по анализу биохимического состава стевии; разработаны оригинальные рецептуры и технология производства продуктов функционального питания; проведена оценка товарного качества исследуемых продуктов; проведена статистическая обработка результатов экспериментальных исследований. Экспериментальные данные, полученные по параметрам роста и развития стевии в условиях светокультуры получены автором совместно с руководителем диссертационной работы — д.б.н., профессором, Тихомировым A.A. и к.с-х.н., Долгушевым В.А. Благодарности. Автор глубоко благодарен за помощь в работе к.с-х.н. В.АДолгушеву, к.х.н. В.М.Леонтьеву, к.б.н. Г.ГЛепелевой, а самым приятным долгом считает выражение искренней благодарности своему руководителю профессору д.б.н. А.А.Тихомнрову за постоянную помощь при выполнении и написании работы.

Глава 1 • Обзор литературы В первой главе представлен обзор отечественной и зарубежной литературы, посвященный проблеме экологии питания человека в экологически неблагоприятных регионах, рассмотрено такое современное направление в науке о питании, как функциональное питание {Кочеткова, 1999; Нечаев, 1997; Богатырев, 1997; Тутельян, 1996; Гаппаров, 1999; Potter, 1995; Дудкин, 1988). Рассмотрены вопросы улучшения структуры питания населения, особенно больных сахарным диабетом и проанализирована возможность использования стевии как источника функционального

литания. Рассмотрены особенности культивирования стевии в разных условиях (природно-климатических, светокультуры, закрытого грунта). На основании данных обзора литературы обоснована целесообразность использования метода светокультуры с целью получения лекарственно-ценной биомассы стевии.

Глава 2 • :<

Объекты и методы исследования

Объектом исследования служило многолетнее травянистое растение семейства сложноцветных - стевия (Б1еу|а геЬашИапа Велош).

Для проведения экспериментальных исследований стсвию выращивали в институте биофизики СО РАН методом гидропоники на керамзите, используя открытые установки ускоренного вьграпшвалця растений (УВР). Рассада стевии была получена из Агрофизического научно-исследовательского института РАСХН.

В качестве корнеобитаемой среды использовали керамзит. В качестве питательного раствора использовали модифицированный раствор Кпопа.

В качестве источников облучения использовали лампы: ДИаТ-400, ДРИ 2000-6, ДМЗ-ЗООО, которые хорошо себя зарекомендовали при выращивашш растений в искусственных условиях (Тихомиров и др., 2000; Протасова и др., 1990). Размножение стевии для выращивания в условиях светокультуры вели вегетативным способом. Для окоренения черенки стевии держали в отстоявшейся водопроводной воде в течение 8-Ю суток, а затем переводили на питательную смесь Кнопа, Вегетационные кюветы из нержавеющей стали 13x30x10 см1 заполняли водонроводной водой на 2/3, сверху клали поропластовуто пластину толщиной 5-10 мм с отверстиями 6-7 мм к диаметре, а в них вставляли черенки стевии. Черенки своим основанием касались на 1-1,5 см воды. Когда корни в количестве 3-4 корешков достигали длины 3-4 см, черенки вытаскивали из кюветы и пересаживали на постоянное место. Черенки имели 3-4 пары листьев. '

С целью выяснения влияния продолжительности дня, интенсивности облучения на продуктивность стевии выращивание проводили следующим методом: растения выращивали в вегетационных сосудах из нержавеющей стали 14x22x15 см3, наполненных керамзитом с площадью питания 4 растения на сосуд. До возраста. 60 суток растения выращивали на непрерывном освещении . под лампами ДНаТ-400 с интенсивностью облучения 45 Вт/м1 ФАР. Питательным раствором служил раствор Кнона. Растения формировали по типу кустарника с множеством побегов. В возрасте 60 суток растения подвергали обрезке с расчетом, чтобы оставалось одинаковое количество побегов. У каждого оставшегося побега сохраняли по два междоузлия с целью продолжения роста. Затем растения в 18 сосудах были выставлены на стеллажи с разной освещенностью 30; 45; 60 Вт/м2 ФАР и разной продолжительностью фотонериода 12; 18 часов; непрерывное

освещение. Продолжительность выращивания 60 суток. Для создания темнового периода сосуды с растениями убирали в темное помещение.

Для изучения влияния площади питания на продуктивность стсвии растения выращивали на установке УВР под лампами ДРИ 2000-6 с облученностью 60 Вт/м2 ФАР при непрерывном освсшении на питательной среле Кнопа, в течение 180 суток. Полив осуществляли четыре раза в сутки, температура воздуха составила 24 -25° С.

Для выяснения влияния спектрального состава света на накопление стсвиозида растения стсвии' в вегетационных сосудах выставляли под излучение различных диапазонов ФАР: «красный» (600-700 нм), «синий» (400-500 нм), «белый» (400-700нм) интенсивностью 100 Вт/м1 н 16 часовом фото периоде. Для этого использовали излучение ламп ДРИ 2000-6 с цветными фильтрами. Спектральные характеристики цветных фильтров представлены в литературе (Тихомиров и др., 1991).

При- выборе спектрального состава света исходили из основных представлений о приспособнтелышх к спектральному составу света морфогснстнчсских реакциях растений, которые к настоящему времени достаточно хорошо разработаны (Воскресенская, 1965; Шульгин, 1973; Запромстов, 1987; Лисовский, 1987; Протасова, 1987 и др.).

Для определения научно-обоснованных сроков уборки стевии по критерию накопления лекарственно-ценных соединений, был проведен фракционный анализ накопления дитерпеновых гликозндов в разных частях растения в фазу образования семян, Сладкие дитерменовые гликозиды получили название «стевиозид» (Wood, 1955). В этих экспериментах растения выращивали при облучении лампами ДМЗ-ЗООО, интенсивностью 60 Вт/м2 ФАР, в течение 180 суток. В качестве выборки из посева стевии брали по 20 растений примерно одинаковых по морфолошческим признакам.

Для определения дитерпеновых гликозндов использовали модифицированный нами фотометрический метод. При модификации метода определения дитерпеновых гликозндов использовался метод экстракции и выделения дитерпеновых гликозндов по Комисаренко (1994). Модификация метола заключается в выделении дитерпеновых гликозндов, экстракции буганолом и количественном определении дитерпеновых гликозндов по глюкозе в водном растворе. Сущность модифицированного метола состоит в количественном определении глюкозы, эквивалентной массе дитерпеновых гликозндов (Батурина и др., 2001).

Исследования проводили в следующем порядке: измельченные листья cremni подвергал и экстрагированию 10-кратным количеством 80%-го этилового спирта. Извлечение длилось в течение 2 часов. Полученный экстракт упаривали до смолоподобного остатка в сушильном unta фу, который затем тщательно перемешивали с горячей дистиллированной водой (п соотношении 1:0,4), отфильтровывали и охлажденную смесь обрабатывали буганолом. Бутанольный экстракт высушивали в сушильном шкафу при температуре не выше 90°С. Сухой остаток растворяли дистиллированной водой в мерной колбе на 100 мл.

Далее измеряли оптическую плотность раствора после добавления антронового реактива на фотоэлектроколориметре. Рассчитывали содержание гл и коз и до в используя калибровочный график по глюкозе.

Методы оценки качества созданных продуктов определяли согласно ГОСТ 5667-65, ГОСТ 5669-96, ГОСТ 5670-96, ГОСТ 21094-75, ГОСТ 6687.290, ГОС Т6687.3-86, ГОСТ 6687.5-86. Изучение функциональных свойств готового продукта с целью подтверждения их действия проводилось в Институте медицинских проблем Севера СО РАМН

Полученные экспериментальные данные были обработаны статистическими методами (Макаров, 1998).

1 V ■

Глава 3

Продукционные и биохимические характеристики стеакн при

различных условиях культивирования -Данные, представленные в табл. 1 ■ показывают, что среди рассмотренных световых режимов культивирования стевии наибольший вес сухой биомассы (390 г/м1) отмечается при облученности 60 Вт/м5 ФАР и непрерывном облучении. Следует отметить, что при облученности 30 Вт/м1 ФАР нри переходе от длины фотопернода 12 час к 18 часам наблюдается увеличение биомассы; при переходе на непрерывное освещение отмечается снижение веса биомассы л о чти в 2 раза. Такая же закономерность наблюдается и при облученности 45 Вт/м ФАР. Такое снижение биомассы связано с отмиранием листьев нижних ярусов при непрерывном освещении. Этот процесс возникает из-за недостаточности светового питания нижних, ярусов листьев, так как уровни облученности 30-45 Вт/м1 ФАР еще недостаточны для создания необходимых световых условий фотосинтеза' листьев нижних ярусов, что приводит к их преждевременному старению и отмиранию. Можно предположить, что процессы - тем нового дыхания способные обеспечить отток ассимилятов для питания нижних листьев, при непрерывном облучении заторможены.

Таблица 1. Влияние продолжительности фотопериода и интенсивности облучения лампами ДНаТ - 400 на формирование урожая

Облучен ность, Вг/м1 ФАР Фотопериод

12 часов 18 часов Непрерывное освещение

Вес биомассы, г/м"1

Сырой Сухой Сырой Сухой Сырой Сухой

30 219,0 ± 44,0 63,0 ± 14,0 569,0 ± 141,0 138,0± 37,0 366,0 ± 88,0 72,0 ± 18,0

■ 45 390,01 97,0 96,0 ± 19.0 845,0 ± 195,0 203,0 ± 41,0 683,0 ± 132,0 143,0 ± 30.0

60 1228,0 ± 266,0 245,0 ± 52,0 1747,0 ± 414,0 354,0 ±. 68,0 2124,0 ± 446,0 390,0 ± 92,0

Таблица 2. Влияние площади питания на морфологические характеристики и продуктивность стевии. Облученность 60 Вт/м2 ФАР под лампами ДРИ2000-6_

Гус Высо Чис Чис Чис Доля Сырой вес, Сухой вес,

тага та ло ло ло листь г/м1 г/м2

посе расте побе цвето листь ев в Лис Стеб Лис Стеб

ва. ния, гов нос св на об тья ли тья ли

раст/ см на 1 ных I щей

м2 расте побс растс био

НИИ гов, в НИИ массе

т.ч.

66 72,0 8,7 2,3 19,0 45,7 2039,0 2422,0 343,0 283,0

± ± ± ± ± ± ± + ' ± ■

15,1 1,8 0,6 9,2 459,0 530,0 62,0 61,0

100 70,3 5,7 2,4 21,0 55,9 3640,0 3110,0 620,0 490,0

± ± ± ± ± ± ± ± ±

14,4 1,2 0,5 5,2 11,8 683,0 680,0 129,0 130,0

133 90,3 11,3 33 24,0 40,7 4960,0 8884,0 984,0 1436,0

± ± ± ± ± ± ± ± ±

16,3 2,2 0,6 5,4 8,9 1074,0 1818,0 236,0 312,0

Данные экспериментов по влиянию площади питания на морфологические характеристики (табл.2) показывают, что при увеличении густоты посева до 133 растем1 уменьшается освещение отдельных растений в посеве и наблюдается int вытягивание. Более высокий процент листьев в общей биомассе отмечен при густоте посева 100 растем2 и составляет 55,9 %.

Из таблицы 3 видна неоднозначность влияния излучения различного спектра на накопление биомассы стевии. Так, наибольший всс сухой биомассы отмечен а листьях стевии под воздействием белого света (2,8г).

Как известно, в области ФАР поглощение света для листьев различных растений весьма велико и имеет два четких максимума — в синей и красной областях спектра (Протасова, 1987, Тихомиров и др., 1991). Данные табл.З показывают, что далее по эффективности воздействия следует излучение красной области спектра. В этом спектральном варианте листья стевии имеют вес — 1,6г. По данным Протасовой (1987) красная область спектра способствует интенсивному росту площади листьев растений и осевых органов. Наименее эффективным на накопление биомассы оказалось излучение синей области спектра (табл.З). По данным Мошкова (1966) синяя область видимого спектра способствует задержке роста осевых органов и быстрому переходу растений от роста к репродукции, предполагая накопление вторичных метаболитов.

Результаты таблицы 3 показывают, что исследуемые снетральные варианты имеют ряд существенных различий по накоплению стевнозида.

Таблица 3. Влияние спектрального состава света на накопление биомассы и стевиозида в растении стевии. Возраст растений — 15 суток. Облученность 100 Вт/м1 ФАР. Фотопериод 1 бчас.___

Фи то Спектральный состав излучения.

эле мси Красный (600-700 нм) Синий (400-500 нм) Белый (400-700 нм)

ты Су Стеви Абс, Су Стеви Абс. Су Сгеви Абс.

хои ознд, вых. хой озид, вых. хой 03ИЛ, вых.

вое. %, с/в стевио вес, %, с/в стеви вес4 %, с/в стеви

г/1 раст. зида, 10'2, г г/1 раст. озида 10 2, г г/1 раст. озида, 10"2, г

Лис 1,6 0,27 0,40 0,8 0,63 0,50 2,8 0,46 1,30

тья ± ± ± . ± ± ± ± ± ±

0,4 0,01 0,02 0,2 0,03 0.02 0,6 0.02 0,06

Сте 1.4 0,020 0,030 0,40 0,100 0,040 1,4 0,080 0,100

бли ± ± ± ± ± ± ± ± ±

0,3 0,001 0,001 0,07 0,005 0,001 0,3 0,003 0,005

Так, наибольшее количество стевиозида в листьях накапливается в пересчете на сухое вещество на синем свету (0,63%); наименьшее - на красном (0,27%). Известно, что спектральный состав света оказывает влияиие на синтез гормонов растений, алкалоидов, эфирных масел и т.д. (Кузнецова, 1978, Карначук, 1989). Однако, это влияние неоднозначно. Таким образом, синий свет целесообразнее использовать в сравнении с красным для получения с целого растения стевии более высокого выхода стевиозида. Однако в количественном отношении для получения Солее высокого абсолютного выхода стевиозида режим с использованием белого света является предпочтительным.

Таким образом, результаты эксперимента показали, что ихтучение красной и белой областей спектра, в отличие от синей обеспечивает накопление большей биомассы на протяжении периода вегетации. Однако при получении растительного лекарственного сырья содержание в нем продукта вторичного обмена может быть важнее общей биомассы.

Фракционный анализ накопления биомассы и стевиозида в разных но ярусности листьях, стеблях, боковых побегах показывает, что биомасса листьев стевии (в расчете на 1 растение) в ходе се роста имеет распределение с максимумом в центральной части по вертикальному профилю посева растения (рис. 1, 2, 3). Графически представлены зависимости биомассы листьев стевии; абсолютного выхода стевиозида из них (рис.1); биомассы стеблей; абсолютного выхода стевиозида из них (рис.2); биомассы боковых побегов; абсолютного выхода стевиозида из них (рис.3) от номера междоузлия. Из графиков видно, что между сухим весом изучаемых органов

растения стевии и номером междоузлия (рис,1А, рис.2А, рис.ЗА); между абсолютным выходом стевиозида из листьев (рис.1 Б), стеблей (рис.2Б), боковых побегов (рис.ЗБ) и номером междоузлия существует нелинейная корреляционная зависимость.

О 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Номер междоузлия а Экспериментальные данные — Раечетнаякривая

Рис.1 Зависимость биомассы листьев (А) и абсолютного выхода стевиозида (Б) от номера междоузлия Эта зависимость может быть аппроксимирована гауссовой функцией, которую можно представить в виде:

/(ж) = с-ехр(й0 +Ь[Л: + &2.х2)-

В результате расчетов этих зависимостей используя метод наименьших квадратов получим:

Таблица 4. Параметры гауссовой функции__

Пара Листья Стебли Боковые побеги

мет Био Абсолют Б но Абсолют Био Абсолют

ры масса ный масса ный масса ный

стсвии выход стевии выход стевии выход

стевиоз. стевиоз. стевиоз.

с 0,2390 0,4779 0,8149 0,0393 0,2719 0,3658

Ьв 0,6161 0,9703 1,2020 0,2926 -3,7497 -3,4082

Ь, 0,1922 0,2310 0,1503 0,3649 0,8097 0,7854

Ь; -0,0089 -0,0089 -0,0115 -0,0167 -0,0308 -0,0322

Наибольшие значения абсолютного выхода стевиозида из листьев, отдельных участков стеблей и боковых побегов приходятся на среднюю часть растения, а наименьшие - на нижнюю. Здесь можно отметить, что между сухим весом листьев; боковых побегов и абсолютным выходом стевиозида существует умеренная корреляционная зависимость.

2 ^ ■ ■ ° 6 п - а

С и.з -1 ч о.А • ъ 1 з0,2' 3 ^ о.1 - п . 2 А 6 8 10 12 14 16 16 20 а О О ¿Г о о

0 2 4 6 8 10 12 14 16 10 20 Не мер междоузлия а Экспериментальные данные — Расчетная кривая

Рис.2 Зависимость биомассы участков стеблей (А) и абсолютного выхода из

них стевиозида (Б) от номера междоузлия Коэффициенты детерминации для полученных линий регрессии (рнс.1, 2,3) представлены в таблице 5. Поскольку они достаточно близки к единице, то можно считать, > что гауссова функцня в целом хорошо описывает полученные в работе эмпирические данные. Можно отметить, что между сухим весом стеблей и абсолютным выходом стевиозида существует слабая корреляционная зависимость (коэффициент корреляции в данном случае равен г^0,28).

Таблица 5.3ависимость между фитоэлементами ценоза стсвии и абсолютным выходом стевиозида ■ _

Коэф фицие нты Листья Стебли Боковые побеги

Бно масса Абсолют ный выход стевиози да Био масса Абсолют ный выход стевиози да Био масса Абсолют ный выход стевиози да

Я* 0,86 0,77 0,97 0,81 . 0,92 0,74

0,54 0,28 0,66

Примечание: "Коэффициент детерминации, Я

** Коэффициент корреляции между биомассой и абсолютным выходом

стевиозида, г.

« ^ 1,5 п

9 •

® Ч "" 1 п

« 2 £ '.О

III 05

и о

к

<4

ъ

3

| и

5 ч"

Б о и

и я

0,0

2.5 2.0 ■ 1.5 ■ 1.0 ■ 0,5 0.0

-1—I-1-1-1—I-1-1—г—I-1-1—I

7 а Э 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

5 6 7 8 9 10 11 12 13-14 15 16 17 18 19 Номер междоузлия ° Экспериментальные данные —■ Расчетная кривая

Рис.3 Зависимость биомассы участков боковых иобетв(А) и абсолютного выхода из них стевиозида (Б) от номера междоузлия Поскольку, биомасса листьев, стеблей, боковых побегов степи и в ходе ее роста имеет распределение по вертикальному профилю с максимумом в основном в центральной части ценоза, то и абсолютный выход стевиозида также концентрируется в центральной части растения.

Рассмотрим распределение стевиозида в пересчете на сухое вещество. Из рис.4 видно, что зависимость между выходом стевиозида в пересчете на сухое вещество и номером междоузлия носит довольно случайный характер, а линия регрессии имеет скорее всего вид прямой, незначительно возрастающей при увеличении номера междоузлия. Результаты показывают, что выход стевиозида на единицу сухого вещества распределен довольно хаотично в листьях, участках стеблей и боковых побегах растения. При этом в среднем, условия выработки стевиозида для верхних ярусов несколько выше, чем для нижних.

Отметим, что частный коэффициент корреляции между выходом стевиозида на единицу сухого веса и абсолютным выходом стевиозида равен г=0,93, т.е выход стевиозида на единицу сухого веса находится в прямой сильной корреляционной зависимости от абсолютного выхода стевиозида (и наоборот). Это вполне объяснимо, поскольку «производительность» стевиозида будет, выше в тех случаях, где выше абсолютный выход стевиозида. Следует отметить отсутствие зависимости между выходом стевиозида в листьях на единицу сухого веса и сухим весом листьев, В этом случае парный коэффициент корреляции равен г=0,088, то есть между выходом стевиозида на единицу сухого веса и сухим весом листьев практически нет корреляционной зависимости. Однако частый коэффициент корреляции между выходом стевиозида на единицу сухого веса

и сухим весом листьев (при удалении корреляционной зависимости между выходом стевнозида на единицу сухого- веса и абсолютным выходом стевиозвда) равен т=-0,84, т.е чем больше биомасса листьев, тем меньше «производительность» стевнозида.

5 6 7 8 8 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Номер междоузлия Экспериментальные данные — . Расчетная кривая

Рис. 4 Зависимость выхода стевнозида в пересчете на сухое вещество от номера междоузлия (А-листья, Б-сгебли, В-боковые побеги) Таким образом, можно предположить, что «производительность» стевнозида (выход стевнозида на единицу сухого веса) выше для молодых листьев верхнего яруса, с ростом листьев выход стевнозида на единицу сухого веса понижается, хотя абсолютный выход стевнозида для листьев центрального яруса повышается за счет увеличения биомассы листьев.

Таким образом, в период сбора лекарственно-ценной биомассы стевии следует обращать внимание на то, что накопление стевнозида и биомасса растений имеют нормальное распределение с максимумом в центральной части по вертикальному профилю посева.

Глава 4

Использование стевии как элемента функциональною питания

Для определения потенциального потребителя стевии как элемента функционального питания былл проведены маркетинговые исследования.

Анализ ассортимента реализуемой продукции показал, что имеются хлебобулочные изделия с наполнителями, такими как орехоплодные (арахис^ кедровый орех и т.д.), чернослив, изюм, пряности (кориандр, тмин и др.).-Эти наполнители повышают физиологическую ценность данной продукции.

Однако, с позиция назначения продукции для определенной категории покупателей, например, больных сахарным диабетом в ассортименте реализуемой продукции отмечается отсутствие таких продуктов. Поэтому, использование стсвии в качестве сахарозамепитсля при изготовлении хлебобулочных изделий является целесообразным (Батурина и др., 2000).

Нами в качестве сахарозамекителя, определяющего функциональные свойства создаваемого продукта использовалась стевия, выращенная в условиях светокультуры (Батурина и др., 2000). Выбор дозировки подслащивающего вещества л составление рецептуры проводили с учетом коэффициента сладости стсвиозида, и необходимости корректировки дозировок в конкретных продуктах.

В условиях малого предприятия по производству хлебобулочных изделий производилась выпечка батона "Докторский", булочных изделий: булочка "Диабетическая" и булочка "Необыкновенная". В рецептуру батона (^Докторский» входили ингредиенты: мука пшеничная 2 сорта, дрожжи, маргарин, соль поваренная пищевая. Далее осуществляли подбор оптимальных дозировок сгевии в батон и проводили исследование их влняния на качество готовых изделий. При изготовлении батона «Докторский» сахар полностью заменялся измельченными листьями стевии в количестве: 0,001; 0,01; 0,05; 0,07; 0,1; 0,15; 0,2% к массе муки. Результаты проведенных исследований показали, что оптимальным количеством стевии, вносимой в тссто является 0,05 и 0,07%. Наряду с выпечкой батона "Докторский" нами производилась и экспериментальная выпечка булочных изделий: булочки "Диабетическая" и "Необыкновенная". При изготовлении "Диабетической" булочки использовалась мука пшеничная 1 сорта, стевия в измельченном виде, масло подсолнечное, молоко сухое обезжиренное, дрожжи хлебопекарные, соль поваренная пищевая. В рецептуру булочки "Необыкновенной" входили следующие ингредиенты: мука ншеничная I сорта, стевия, маргарин, дрожжи, соль поваренная пищевая.

Выпеченные булочные иэлелня имеют высокие дегустационные характеристики органолептических и физико-химических показателей качества .Таким образом, результаты исследований показывают, что стевия может быть использована в качестве с ахаро заменителя при изготовлении булочных изделий. При этом природный сахароэамсии тель гармонирует с другими ингредиентами булочных изделий (Батурина и др., 2000; Батурина и др., 2001; Батурина и др., 2002).

Многочисленные исследования отечественного рынка налитков показывают, что лечебно-профилактические, особенно на натуральном сырье практически не представлены. на отечественном рынке. Большинство так называемых "коммерческих" напитков производится с использованием сахарозаменителей, синтетических красителей и ароматизаторов, имеющих в лучшем случае статус идентичных натуральным. Отсутствуют нанизки, приготовленные с использованием природных сахарозаменителей (Батурина и Др., 2002),

Действующим веществом предлагаемого нами напитка "Здоровье", приготовленного с использованием стевии являются днтерпеновые гликозиды. Для изготовления безалкогольного напитка "Здоровье" были использованы такие ингредиенты, как вода, стсвия, клюква (Батурина и др., 2002). Для получения гармоничного вкуса выбрали именно клюкву, которая выступает в качестве красителя и регулятора кислотности. Эксперимент проводился в лаборатории ООО "Пикра" (г.Красноярск). Результаты экспериментальных исследований безалкогольного напитка "Здоровье" показывают, что по орган олептическнм и физико-химическим характеристикам он имеет соответствующие напиткам характеристики.

Таким образом, применение стевии позволяет полностью заменить сахар в булочных изделиях и безалкогольных напитках, сохраняя их вкусовые качества и придавая нм лечебные свойства. Актуальность изготовления таких продуктов представляется несомненной, учитывая приоритетность разработки продуктов здорового питания в государственных российских и зарубежных программах и проектах.

Изучение функциональных свойств булочных изделий с целью подтверждения их действия проводилось в Институте медицинских проблем Севера СО РАМН. На разработанные изделия имеется заключение Института медицинских проблем Севера СО РАМН о возможности использования рецептур в пищевой промышленности.

Заключение

Результаты исследований дают основание считать, что правильный выбор спектрального состава искусственного света дает возможность сократить в условиях светокультуры период получения лскарственно-пищевого сырья стевии и использовать ее экологически чистую биомассу в качестве источника стевиозида.

Предлагаемые в работе световые технологии могут использоваться в тепличных хозяйствах различных регионов Сибири, включая северные. Это приближает получение биологически активного сырья стевии к экологически неблагоприятным районам, где его использование в качестве сахарозаменителя наиболее оправдано.

Выращивание стевии в ограниченных объемах в условиях светокультуры позволяет гарантированно получать экологически чистую свежую растительную продукцию на месте, где находится потребитель. Качество сырья я этом случае не страдает из-за отсутствия необходимости транспортировки в регионы с суровыми климатическими условиями.

Разработанные рецептуры апробированы и рекомендованы для использования их в массовом питании или в качестве лечебно-профилактических. Исследования, проведенные в гастроэнтерологическом отделении Института МПС СО РАМН и терапевтическом отделении МСЧ №46 г.Красноярска о возможности использования булочных изделий с добавками стевии на состояние больных, страдающих сахарным диабетом показали, что представленные изделия оказывают иммуностимулирующее

действие на течение болезни, полностью удовлетворяют вкусовым качествам п не вызывают побочных действий на организм человека. Внедрение рецептур в массовое производство позволит расширить существующий ассортимент булочных изделий и- безалкогольных напитков лечебно-профилактичсского действия на натуральном сырье. С точки зрения экологии человека, наличие таких изделий в реализации позволит разнообразить ассортимент продуктов питания больных сахарным диабетом в условиях Сибирского региона и Севера с суровыми климатическими условиями и неблагополучной экологической обстановкой, связанной о антропогенной деятельностью. При производстве продуктов питания с использованием стевии в тахих регионах метод светокультуры, хотя и достаточно дорогой, может быть оправдан отсутствием реальной альтернативы регулярного завоза свежсго сырья.

> В целом все исследования, проведенные в рамках данной работы можно рассматривать как вклад в научное обоснование по созданию единого комплекса, включающего получение растительного сырья стевии и его использование, " в частности в производстве булочных изделий и безалкогольных напитков функционального назначения. Использование метода светокультуры позволит гарантировать наличие биологически активных веществ в свежем сырье, а следовательно повысить потребительские достоинства, качество и эффективность использования диабетических продуктов для целевого производства в регионах с суровыми климатическими условиями и неблагоприятной экологической обстановкой.

Расчеты затрат на выращивание стевии в условиях светокультуры показали что, наибольшие затраты приходятся на выращивание в течение 180 суток при непрерывном облучении (9553 руб/мг), возмещающиеся ' снижением стоимости 1 кг полученной биомассы в 8,7-26,9 раза от средней.

Выводы

1. Показано, что для стевии^ культивируемой в условиях светокультуры накопление стевиозида и * биомасса растений имеют нормальное распределение с максимумом в центральной части по вертикальному профилю посева.

2.-Выход стевиозида на единииу сухого веса выше для молодых листьев, с увеличением возраста листьев концентрация стевиозида на единицу сухого веса понижается, а абсолютный выход стевиозида для листьев центрального яруса повышается за счет увеличения биомассы листьев.

1 3. Показано, что излучение красной и белой областей спешра, в отличие' от синей обеспечивает накопление большей биомассы на протяжение периода вегетации. Однако при получении растительного лекарственного сырья содержание в нем продукта вторичного обмена может быть важнее общей биомассы.

4* Показано, что синий свет целесообразнее использовать в сравнении с красным для получения с целого растения более высокого выхода

стсвиозида. Однако в количественном отношении для получения более высокого абсолютного выхода стевиозида режим с использованием белого света является предпочтительным.

5. Стевия, выращенная в условиях светокультуры, и используемая в дальнейшем доя проведения испытаний в качестве сахаро дамсн итсля при изготовлении булочных изделий, является совместимой с выбранными ингредиентами при выпечке согласно разработанным рецептурам, которые рекомендованы для внедрения в производство.

6. Стевия, выращенная в условиях светокультуры и используемая в дальнейшем для проведения испытаний в качестве сахарозаменителя при производстве безалкогольных напитков (на примере нанитка «Здоровье») является совместимой с выбранными ингредиентами согласно разработанной рецептуре, что экспериментально подтверждает возможность внедрения егевии в качестве сахарозаменителя при производстве безалкогольных напитков.

Основные положения диссертации опублнковипы в работах;

1 .Батурина И. Л. Стевия - природный подсластитель пищевых продуктов / И.

A. Батурина, О. А.Зырянова // Молодежь и наука - третье тысячелетие: сб. тез./ ККО Фонда НТИ и ТДМ.- Красноярск, 1999.- C.120-12I.

2.Еатурина И. А. Стевия - доступный заменитель сахара / И. А. Батурина, Е.

B. Храмцова // Молодежь и наука - треть« тысячелетие: сб. тез. / ККО Фонда НТИ и ТДМ.- Красноярск, 1999.- С.122.

3.Нс которые особенности биохимического состава и формирования урожая ряда ценных лекарственных растений в искусственных условиях / А. А. Тихомиров, В. А. Долгушев, II, А.Батурнна и др. // IV съезд общества физиологов России: тез. докл.- М., 1999. - Т.1. - С.282.

4.Батурина II.А. Сгевня - натуральный подсластитель продуктов питания / И. А. Батурина, О. А. Зырянова // Эколого-экономические проблемы Красноярского края: сб. тез. И регион, науч.-пракг. конф. / Краснояр. joc. торг.-экон. ин-т.- Красноярск, 1999.- С. 179-180.

5.Батурина И. А Стевия - перспективный заменитель сахара / И. А.Батурина, Е. В-Храмдова // Эколого-экономические проблемы Красноярского края: сб. тез. 11 решон. науч.-практ. конф./ Краснояр. гос. торг.-экон. ин-т.-Красноярск, 1999.- С.180-181. .

6.Батурина И. А. Стевия - перспективная культура для производства диабетических продуктов / И. Л.Батурина, В, М.Леонтьев, Л. Л.Тихомиров // Пишевые биотехнологии: проблемы и перспективы в XXI веке: тез. докл. международ, симпозиума / ДВГАЭУ.- Владивосток, 2000.- С.303-304.

7.Батурина II, А. Использование стевии, выращенной в условиях искусственного выращивания / И. Л.Батурина, А., Л. Тихомиров, Г. Г. Чепелева // Актуальные проблемы современной науки и пути их решения: сб. тр. науч. конф. аспирантов / Краснояр. гос. торг.-экон. ин-т.- Красноярск, 2000.-С.74-75.

8.Батурина И. А. Использование экологически чистого продукта в питании населения Красноярского края / И, А.Батурина, В. МЛеонтьев, А,

A.Тихомиров // Экология и жнзнь: сб. материалов III международ, науч.-практ. комф.- Пенза, 2000,- Ч. 1С.50-51.

9.Батурнна II. А. Об актуальности получения экологически чистого сахарозаменитсля, выращенного в условиях искусственного выращивания / И. А. Батурина, А. А.Тихомиров // Экономика, экология и общество России в 21-м столетии; труды 3-й межцуиарод науч.-практ. конф., 23-25 мая 2001г./ С.-Петерб. гос. тех. ун-т. - СПб., 2001.- С,1054-1059.

10. Батурина И. А. Некоторые биохимические характеристики Stevia Rebaudiana Bertoni. / И. А.Батурина // Актуальные проблемы современной науки и пути их решения: материалы межвуз, науч, конф. аспирантов / Краснояр, гос. торг.-экон. нн-т. - Красноярск, 2001,-С.65-69. И.Батурина H.A. Использование стевии как элемента функционального питания / IIА.Батурина, Г.Г.Чепелева, А.А.Тихомиров // Современные проблемы торговли, расширения ассортимента и контроля качества потребительских товаров и продуктов общественного питания: материалы международ, науч.-практ. конф., 7-10 октября 2002/ С.-Пстсрб. торг.-зкон инт. - СПб., 2002.- Ч. 2. - С,85-87.

12.Батурина H.A. Новая продукция функционального назначения с использованием природного сахарозаменителя / И.А. Батурина, В.М, Леонтьев, Г. Г. Чспслсва//Экономика, Психолога я, Бизнес. 2004,- С.82-89.

13. Использован и с условий искусственного выращивания для получения пищевого сырья с заданными свойствами / А. А.Тихомиров, В. А. Долгушев,

B, МЛеонтьев и др. // Пищевые биотехнологии; проблемы н перспективы в XXI веке: тез. докл. международ, симпозиума / ДВГАЭУ. - Владивосток, 2000. - С.34-36.

14. Некоторые физиолого-биохимические характеристики стевии при выращивании в условиях светокультуры / II. А. Батурина, А. А. Тихомиров, В. А. Дсшгушев и др. // Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования: труды IV международ, симпозиума / Рос, ун-т. дружбы народов. - М., 2001. - С.419-421.

15.Продукты питания лечсбио-нрофмлактичсского назначения на основе природного сахарозаменителя / И.А. Батурина, А.А.Тихомиров, Г.Г.Чепелева и др. // Потребительский рынок: качество и безопасность товаров и услуг: материалы международ, науч.-практ. конф. 18-21 дек. 2001 г. / Орловский ГТУ. - Орел, 2001. -С.305.

16.Стевия — нетрадиционное растение полифункционального действия / И. А. Батурина, А. А. Тихомиров, Г. Г. Чспслепа и др. // Молодежь и наука —третье тысячелетие: сб. тез. / Краевое отделение Фонда научно-технической, инновационной и творческой деятельности молодежи России - Красноярск, 1998.-C.I37.

Отпечатано в Красноярской городской типографии

ООО «Элекгробыпехника»

Ул.Еограда, 93а, заказ № 168, тираж 100 экз.

i-641 в