Республика Хакасия, Россия
Красноярский край, Россия
Целью работы являлся анализ характеристик функциональной ценности зерна различных сибирских образцов пшеницы, овса и ячменя. В качестве такового биохимического показателя использовали суммарное содержание антиоксидантов в зерне. Объектами исследования служили 10 образцов ярового ячменя Hordeum vulgare L. (Ача, Абалак Биом, Буян, Красноярский 91, Емеля, Оленек, Такмак, Танай, Уватский), 5 образцов овса Avena sativa L. (Аргумент, Голец, Ровесник, Саян, Тубинский) и 8 образцов яровой пшеницы Triticum vulgare L. (Красноярская 12, Алтайская 70, Омская Краса, Солнечная 573, Оазис, Омская 44, Алтайская 75, Свирель). Зерновые культуры находились в контрастных климатических условиях на территории трех государственных сортоучастков: Бейский (Республика Хакасия), Краснотуранский (Красноярский край), Пий-Хемский (Республика Тыва). Все виды растений выращивали по паровому предшественнику в течение вегетационного периода 2019 г. Суммарное содержание антиоксидантов (ССА) в зерне определяли по апробированной методике на приборе «Цвет Яуза-01-АА» с использованием двух растворителей: горячей бидистиллированной воды и 70 % этилового спирта. Установлено, что в случае с овсом и пшеницей более высокие значения ССА в зерне имели место при использовании в качестве растворителя горячей воды, для образцов ячменя отмечалась противоположная тенденция. Показано, что абсолютные уровни ССА в зерне зависели от климатических условий, биологического вида и сорта. Параметры ССА изменялись по пунктам выращивания в большей степени у образцов ячменя (значения коэффициентов вариации для двух элюентов равны 9,9 и 10,2 %). Наибольшими значениями ССА в зерне характеризовались образцы ячменя (61,6 и 64,8 мг/100 г), а наименьшие величины ССА регистрировались у овса (45,3 и 42,0 мг/100 г). Максимальные величины ССА в зерне наблюдались у образцов овса Аргумент, пшеницы Свирель и ячменя Уватский.
зерно, ячмень, овес, пшеница, сорт, условия выращивания, суммарное содержание антиоксидантов.
Введение. Одним из важных показателей биохимической и функциональной ценности зерна является суммарное содержание в нем антиоксидантов [1, 2]. При этом среди культурных злаков найдены межвидовые различия как по общему содержанию этих веществ, так и по отдельным фенольным соединениям, каротиноидам и токоферолам. Данный факт был выявлен в результате исследования химических экстрактов, полученных из цельного зерна овса, ржи, ячменя, тритикале, твердой и мягкой пшеницы [3, 4]. Сравнительное определение содержания различных антиоксидантов в цельном зерне голозерного ячменя, голозерного овса, ржи, мягкой и твердой пшеницы показало, что самое высокое содержание свободных фенолов и флавоноидов характерно для голозерного ячменя, а токоферолов, желтых пигментов и связанных фенольных соединений – для голозерного овса. По убыванию антиоксидантной активности указанные виды злаков распределились следующим образом: голозерный ячмень, рожь, голозерный овес, твердая и мягкая пшеница [4]. Полученные данные подтвердили найденную ранее высокую антиоксидантную активность зерна ячменя в сравнении с овсом, тритикале и рожью [4, 5].
В другой работе приведены результаты оценки общей антиоксидантной активности метанольных экстрактов зерна ячменя, овса, ржи, мягкой пшеницы и гречихи. В ряду указанных культур антиоксидантная активность экстракта цельного зерна была представлена следующим порядком: гречиха > ячмень > овес > пшеница ≅ рожь [6].
Установлено, что основная часть фенольных соединений в зерне находится в связанном виде (85 % в зерне кукурузы, 76 % пшеницы, 75 % овса, 62 % в зерне риса) [7, 8]. Лидирующим фенольным соединением в зерне ряда злаков является феруловая кислота, которая часто находится лишь в связанном состоянии [7].
Именно связанные фенольные соединения (данный факт доказан на примере овса, пшеницы, кукурузы, риса, тритикале) вносят основной вклад в антиоксидантную активность зерна [5, 9]. В зависимости от антиоксидантных способностей растворимых и нерастворимых фракций зерновые культуры можно расположить следующим образом: ячмень > рожь > овес > пшеница [10].
Основная часть исследований функциональной антиоксидантной ценности зерна представлена в зарубежной литературе. Публикаций, посвященных изучению суммарного содержания антиоксидантов у зерновых культур, в отечественной научной литературе представлено крайне мало.
Цель исследования. Сравнительная оценка различных образцов ячменя, овса и пшеницы сибирской селекции по суммарному содержанию антиоксидантов в зерне.
Объект и методы исследования. В качестве объекта исследования использовали 10 образцов ярового ячменя Hordeum vulgare L. (Ача, Абалак Биом, Буян, Красноярский 91, Емеля, Оленек, Такмак, Танай, Уватский), 5 образцов овса Avena sativa L. (Аргумент, Голец, Ровесник, Саян, Тубинский) и 8 образцов пшеницы Triticum vulgare L. (Красноярская 12, Алтайская 70, Омская Краса, Солнечная 573, Оазис, Омская 44, Алтайская 75, Свирель), которые выращивали на территории трех сортоучастков: Бейский (Республика Хакасия), Краснотуранский (Красноярский край), Пий-Хемский (Республика Тыва). Культуры возделывали в течение вегетационного периода 2019 г. по паровому предшественнику.
Рис. 1. Значения гидротермического коэффициента
по пунктам и месяцам вегетационного периода 2019 г.
Данные, представленные на рисунке 1, отражают значения гидротермического коэффициента по месяцам вегетационного периода и пунктам исследования. Можно видеть, что данный показатель различался как по месяцам, так и по госсортоучасткам. Наименее благоприятным по указанному параметру был Пий-Хемский ГСУ, погодные условия которого были контрастными по обеспеченности осадками: дефицит в мае-июне и избыток в июле.
Суммарное содержание антиоксидантов (ССА) определяли по апробированной методике [11] на приборе «Цвет Яуза-01-АА» с использованием двух растворителей: горячей бидистиллированной воды и 70 % этилового спирта. Измерения уровня ССА выполняли в трехкратной повторности. Статистическая обработка результатов была выполнена с помощью программы MS Excel 2019.
Результаты исследования и их обсуждение. При изучении зерновых культур по показателю ССА самые высокие средние значения были зарегистрированы у образцов ячменя, а минимальные у овса (табл.). При этом разница по указанному биохимическому параметру для двух элюентов составила: между овсом и ячменем – 36 и 54,3 %; ячменем и пшеницей – 15,8 и 27,6; овсом и пшеницей – 17,4 и 21 %. Следует отметить, что у всех образцов уровень ССА различался и в зависимости от применяемого растворителя. Установлено, что в случае с овсом и пшеницей более высокие значения ССА в зерне имели место при использовании в качестве растворителя горячей воды, для образцов ячменя отмечалась противоположная тенденция (табл., рис. 2). Разница в значениях для двух растворителей в среднем для образцов ячменя составила 5,2 %, для пшеницы – 4,7 %, для овса – 7,8 %.
Рис. 2. Среднее значение ССА исследуемых зерновых культур
в зависимости от используемого элюента
Исследуемые зерновые культуры имели сортовые различия по величине ССА (табл.). Для овса наиболее высокие значения данного показателя зарегистрированы в зерне сорта Аргумент, а минимальные у сорта Тубинский. Коэффициент вариации составил относительно невысокие значения, в пределах 3–4 %, за исключением сорта Саян при использовании в качестве элюента горячей воды.
Максимальные значения ССА в зерне пшеницы были выявлены у сорта Свирель, минимальные – у образца Алтайская 70. Большая часть образцов данной зерновой культуры имела значения ССА в интервале от 50 до 60 мг/100 г. Для образцов пшеницы коэффициент вариации находился в более широком диапазоне, при этом основная их часть имела значения до 7 %, что говорит об относительной стабильности рассматриваемого биохимического показателя по пунктам исследования.
Установлено, что ячменное зерно имело более высокие уровни ССА, при этом максимальные значения наблюдались у сортов Уватский и Ача, минимальные – у образца Абалак. Для большей доли сортов ячменя значения ССА находилось в диапазоне от 55 до 65 мг/100 г. Коэффициент вариации для зерна данного вида имел более высокие и разновеликие значения (по сравнению с овсом и пшеницей), что свидетельствует о большей относительной зависимости рассматриваемого биохимического признака от условий выращивания растений.
Среднее суммарное содержание антиоксидантов в зерне различных образцов овса,
пшеницы и ячменя в зависимости от используемого элюента
|
Сорт |
Среднее |
Max-min |
Коэффициент вариации, % |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
Овес |
|||
|
Аргумент |
50,6/47,3* |
53,9–48,2/49,3–44,7 |
4/3 |
|
Голец |
46,3/43,3 |
48,4–44,9/49,9–44,7 |
¾ |
|
Ровесник |
42,4/39,0 |
45–40,2/40,1–37,9 |
5/3 |
Окончание табл.
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
Саян |
47,5/43,6 |
57,3–39,1/51,3–43,8 |
14/3 |
|
Тубинский |
39,5/36,9 |
42–37,1/39,7–33,6 |
4/6 |
|
Среднее |
45,3/42,0 |
– |
6,0/3,8 |
|
Пшеница |
|||
|
Красноярская 12 |
47,7/44,3 |
50,5–45,2/47,4–41,7 |
4/2 |
|
Алтайская 70 |
42,7/39,9 |
46,1–40,2/44,4–35 |
6/9 |
|
Омская Краса |
59,7/56,3 |
62,9–56,6/61,1–52,8 |
3/5 |
|
Солнечная 573 |
59,7/55,8 |
64,4–52,4/60,5–48,7 |
8/8 |
|
Оазис |
43,5/ 47,2 |
46,4–40,1/60,7–39,3 |
5/19 |
|
Омская 44 |
54,0/51,2 |
58,1–48,6/55,7–45,4 |
7/7 |
|
Алтайская 75 |
54,8/52,7 |
58,5–50/49,7–56,2 |
6/5 |
|
Свирель |
63,1/59,1 |
64,9–60,8/60,3–56,2 |
2/2 |
|
Среднее |
53,2/50,8 |
– |
5,1/7,1 |
|
Ячмень |
|||
|
Буян |
55,8/52,8 |
61,4–48,3/60,9–44,9 |
13/14 |
|
Красноярский 91 |
74,8/70,6 |
77,2–73,4/70,3–69,5 |
2/1 |
|
Ача |
81,2/78,4 |
83–79,1/81,1–76 |
2/2 |
|
Биом |
58,7/56,0 |
60,1–57,6/56,3–55,4 |
1/1 |
|
Емеля |
68,6/68,6 |
80,6–56,8/79,5–59,9 |
16/16 |
|
Танай |
62,8/60,7 |
72,5–51,4/71,3–50,1 |
18/17 |
|
Такмак |
68,3/64,8 |
87,6–49,2/81,3–48,7 |
28/26 |
|
Уватский |
86,3/84,1 |
88,8–82,8/85,8–81,3 |
3/2 |
|
Абалак |
53,3/53,6 |
61,3–45,2/63,8–43,2 |
14/19 |
|
Оленек |
59,2/58,2 |
60,9–57,5/60,5–54,9 |
2/4 |
|
Среднее |
61,6/64,8 |
– |
9,9/10,2 |
*Числитель – бидистиллированная вода; знаменатель – этанол.
Выводы. Таким образом, в результате проведенных исследований различных сибирских сортов трех зерновых культур было установлено, что эти виды по уровню ССА в зерне располагаются в следующем порядке: ячмень > пшеница > овес. Коэффициент вариации имел меньшие значения для образцов пшеницы и овса по сравнению с ячменем.
1. Polonskiy V.I., Loskutov I.G., Sumina A.S. Biological role and health benefits of antioxidant compounds in cereals // Biological Communications. 2020. Vol. 65. No. 1. Р. 53–67.
2. Полонский В.И., Лоскутов И.Г., Сумина А.В. Селекция на содержание антиоксидантов в зерне как перспективное направление для получения продуктов здорового питания // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2018. Т. 22. Вып. 3. С. 343–352.
3. Menga V., Fares C., Troccoli A., Cattivelli L., Baiano A. Effects of genotype, location and baking on the phenolic content and some antioxidant properties of cereal species //International Journal of Food Science and Technology. 2010. Vol. 45. No. 1. P. 7–16.
4. Zieliński H., Ceglińska A., Michalska A. Antioxidant contents and properties as quality indices of rye cultivars // Food Chemistry. 2007. Vol. 104. No. 3. P. 980–988.
5. Ragaee S., Abdel-Aal E.S.M., Noaman M. Antioxidant activity and nutrient composition of selected cereals for food use // Food Chemistry. 2006. Vol. 98. No. 1. P. 32–38.
6. Žilić S., Šukalović V.H.T., Dodig D., Maksimo–vić V., Maksimović M., Basić Z. Antioxidant activity of small grain cereals caused by phenolics and lipid soluble antioxidants //Journal of Cereal Science. 2011. Vol. 54. No. 3. P. 417–424.
7. Adom K.K., Liu R.H. Antioxidant Activity of Grains // Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2002. Vol. 50. No. 21. P. 6182–6187.
8. Liu R.H. Whole grain phytochemicals and health //Journal of Cereal Science. 2007. Vol. 46. No. 3. P. 207–219.
9. Das A.K., Singh V. Antioxidative free and bound phenolic constituents in pericarp, germ and endosperm of Indian dent (Zea mays var. indentata) and flint (Zea mays var. indurata) maize // Journal of Functional Foods. 2015. Vol. 13. No. 2. P. 363–374.
10. Tufan A.N., Çelik S.E., Özyürek M., Güçlü K., Apak R. Direct measurement of total antioxidant capacity of cereals: QUENCHER-CUPRAC me-thod // Talanta. 2013. Vol. 108. No. 4. P. 136–142.
11. Сумина А.В., Полонский В.И., Шалдаева Т.М. и др. Овсяный талган как источник антиоксидантов в функциональных продуктах питания // Вестник Российского университета дружбы народов. Сер. Агрономия и животноводство. 2020. Т. 15, № 1. С. 19–29.
