Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,570

ТОРМОЖЕНИЕ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В КЛУБНЯХ КАРТОФЕЛЯ ПОСЛЕ ОБЛУЧЕНИЯ

Цыгвинцев П.Н. 1
1 ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт радиологии и агроэкологии»
Проведена экспериментальная оценка изменения физиологических процессов в клубнях картофеля после радиационного облучения при хранении в различных условиях. Облучение проводилось на ускорителе электронов ИЛУ-6 в режиме тормозного гамма-излучения в дозах 120, 240 и 360 Гр и на гамма-установке ГУР-120 с источником 60Co в дозах 5, 10, 50, 100 и 150 Гр. Облучение клубней картофеля проводили в двукратной повторности. Контрольные и облученные образцы клубней хранились при комнатной температуре 18–22 °С и относительной влажности 30–50 %, в хранилище при температуре 10–12 °С и относительной влажности 85–95 % и в холодильнике при температуре 4–6 °С и относительной влажности 60–80 % в течение свыше 5 месяцев. Установлено, что облучение в дозах свыше 100 Гр снижает потери веса клубней вследствие процессов дыхания и транспирации в процессе хранении в 1,5–2,0 раза по сравнению с необлученным картофелем. Так, в условиях хранения при высокой влажности (85–95 %) и низкой температуре (10–12 °С) потери веса после 4 месяцев хранения составили в контроле 9,2 %, в группах, облученных в дозе свыше 100 Гр – 4,9 %. При хранении в комнатных условиях (влажность 40–60 % и температура 20–24 °С) после 5 месяцев потери веса клубней в контроле составили 29,6 %, в группах, облученных в дозе свыше 100 Гр – 18,6 %, при данных условиях хранения основная потеря веса клубней обусловлена процессами транспирации.
картофель
гамма-облучение
торможение физиологических процессов
1. Санжарова Н.И., Козьмин Г.В., Павлов А.Н., Кобялко В.О., Лой Н.Н., Цыгвинцев П.Н. Радиационные технологии в сельском хозяйстве и пищевой промышленности: история, современное состояние и перспективы // Докл. Международной научно-практической конф. «Радиационные технологии в сельском хозяйстве и пищевой промышленности». Обнинск: ФГБНУ ВНИИРАЭ, 2018. С. 32–36.
2. Kurbangaleev Y., Konyukhov G., Nizamov R., (...), Velikanov V., Aslanov R. Influence of radiation various doses on food products and feeds. Key Engineering Materials. 2018. 781 KEM. P. 190–194.
3. Abolhasani A., Barzegar M., Sahari M.A. Effect of gamma irradiation on the extraction yield, antioxidant, and antityrosinase activities of pistachio green hull extract. Radiation Physics and Chemistry. 2018. V. 144. P. 373–378.
4. Creadу R.M.Mc, Нassid W.Z. The Separation and Quantitative Estimation of Amylose and Amylopectin in Potato Starch. J. Am. Chem. Soc. 1943. № 65 (6). Р. 1154–1157.
5. Мальцев С.В., Пшеченков К.А., Зейрук В.Н. Влияние химических и физических методов воздействия на клубни картофеля различного назначения при хранении // Докл. Международной научно-практической конф. «Радиационные технологии в сельском хозяйстве и пищевой промышленности». Обнинск: ФГБНУ ВНИИРАЭ, 2018. С. 285–289.

Увеличение производства агропромышленной продукции и улучшение ее качества являются одной из важнейших задач обеспечения продовольственной безопасности Российской Федерации, решение которой невозможно без внедрения технологий, обеспечивающих рост производства продукции, снижение потерь при ее хранении и переработке.

Одной из таких эффективных и экологически безопасных технологий, требующих меньших затрат энергии и позволяющих заменить или резко снизить использование фумигантов и других химических препаратов, являются радиационные технологии, подразумевающие использование физических методов защиты растений (ионизирующее и неионизирующее излучение). При этом обработанные продукты не загрязняются остаточными количествами вредных химических соединений, не происходит термического разрушения органических соединений.

Первые исследования в нашей стране по сохранности клубней картофеля после гамма-облучения активно проводились еще в 1960-е гг. [1]. В ходе дальнейших исследований было установлено, что облученный картофель вполне пригоден для промышленной переработки на различные продукты [2, 3].

Воздействие гамма-облучения в дозе свыше 100 Гр подавляет прорастание картофеля и сокращает потери массы и сухого вещества клубней при дыхании даже при хранении в неблагоприятных условиях. Однако существует проблема встраивания процесса облучения в технологический цикл хранения картофеля, которая требует своей проработки как в плане наиболее подходящих видов облучения (гамма, пучок электронов или рентген), так и в плане подбора оптимальных доз и мощностей доз для картофеля разных сортов и для клубней, находящихся на различной физиологической стадии. Поэтому целью эксперимента была оценка возможности использования различного радиационного (гамма, и тормозного электронного) излучения для облучения клубней картофеля.

Материалы и методы исследования

Облучение проводилось на ускорителе электронов ИЛУ-6 в режиме тормозного гамма-излучения в дозах 120, 240 и 360 Гр и на гамма-установке ГУР-120 с источником 60Co в дозах 5, 10, 50, 100 и 150 Гр. Облучение клубней картофеля проводили в двукратной повторности. Контрольные и облученные образцы клубней хранились при комнатной температуре 18–22 °С и относительной влажности 30–50 %, в хранилище при температуре 10–12 °С и относительной влажности 85–95 % и в холодильнике при температуре 4–6 °С и относительной влажности 60–80 % в течение свыше 5 месяцев. В процессе хранения проводили анализ клубней на потерю веса, содержание в клубнях сухого вещества и крахмала.

Потерю веса картофеля в процессе хранения и содержание сухого вещества определяли гравиметрическим методом, содержание крахмала по методу [4] с модификацией: измерения проводили при λ = 650 нм; при калибровке спектрофотометра за ноль оптической плотности принимается 0,125 % раствор йода; для калибровочного графика использовали крахмал картофельный по ГОСТ Р 53876-2010, доведенный до постоянной массы при 103 °С.

Достоверность различий вариантов опыта устанавливали на основе t–теста для средних. В тексте и таблице представлены средние значения с ошибкой.

Результаты исследования и их обсуждение

Качественные показатели клубней, облученных на ускорителе электронов ИЛУ-6, в процессе хранения в различных условиях представлены в табл. 1.

Таблица 1

Показатели качества клубней картофеля при хранении

Срок эксперимента, сутки

Группа, доза

Содержание крахмала , %

Содержание сухого вещества, %

Хранение при 18–22 °С

35

120 Гр

21,0 ± 0,7

21,4 ± 0,8

240 Гр

22,8 ± 2,3

23,1 ± 1,7

360 Гр

20,4 ± 1,3

21,1 ± 0,1

контроль

10,2 ± 0,7

20,7 ± 0,9

77

120 Гр

14,2 ± 1,0

21,3 ± 0,1

240 Гр

21,8 ± 0,7

22,5 ± 0,2

360 Гр

13,9 ± 1,1

20,0 ± 3,2

контроль

11,7 ± 0,2

21,9 ± 1,1

114

120 Гр

15,3 ± 1,5

21,5 ± 1,2

240 Гр

22,9 ± 0,8

22,9 ± 2,2

360 Гр

23,2 ± 1,0

23,3 ± 0,2

контроль

20,0 ± 1,7

22,3 ± 1,2

159

120 Гр

19,2 ± 0,7

24,0 ± 0,4

240 Гр

20,1 ± 0,5

22,7 ± 2,4

360 Гр

14,2 ± 1,1

22,6 ± 1,5

контроль

11,0 ± 0,8

24,1 ± 1,4

Хранение при 4–6 °С

35

120 Гр

19,3 ± 0,7

24,3 ± 1,1

240 Гр

16,4 ± 0,7

20,4 ± 0,4

360 Гр

24,3 ± 1,8

23,7 ± 2,0

контроль

12,6 ± 0,8

26,3 ± 1,2

Окончание табл. 1

Срок эксперимента, сутки

Группа, доза

Содержание крахмала , %

Содержание сухого вещества, %

77

120 Гр

14,6 ± 0,5

21,2 ± 1,3

240 Гр

13,9 ± 0,6

22,4 ± 2,1

360 Гр

18,4 ± 0,7

22,7 ± 2,3

контроль

18,7 ± 0,7

23,2 ± 1,9

114

120 Гр

19,7 ± 1,0

23,2 ± 0,2

240 Гр

17,1 ± 1,7

19,4 ± 0,1

360 Гр

21,1 ± 1,9

23,4 ± 1,4

контроль

15,2 ± 1,1

23,3 ± 0,5

159

120 Гр

15,8 ± 2,2

21,9 ± 1,9

240 Гр

14,1 ± 0,7

19,0 ± 1,1

360 Гр

10,4 ± 0,9

18,3 ± 0,4

контроль

12,7 ± 1,3

21,2 ± 1,1

Как видно из представленных данных, во всех вариантах опыта гомеостаз клубней картофеля поддерживался на одинаковом уровне, не отмечено существенных изменений в процентном содержании в клубнях сахаров, крахмала и сухого вещества в течение всего срока хранения.

В то же время динамика изменения веса клубней картофеля показывает значительные различия, как при разных условиях хранения, так и между контрольным и облученным картофелем (рис. 1–3). При этом достоверных различий в потере веса картофеля, облученного в разных дозах, не отмечено.

chvig1.tif

Рис. 1. Потеря веса картофеля при хранении в комнатных условиях (18–22 °С), %

chvig2.tif

Рис. 2. Потеря веса картофеля при хранении в подвальном помещении (10–12 °С), %

chvig3.tif

Рис. 3. Потеря веса картофеля при хранении в холодильнике (4–6 °С), %

chvig4.tif

Рис. 4. Потеря сухого вещества клубней картофеля при хранении в комнатных условиях (18–22 °С), %

При хранении в холодильнике потери веса как облученного, так и необлученного картофеля составили менее 1 % за каждый месяц хранения, хранение в неблагоприятных условиях привело к экспоненциальной потере массы (рис. 1), при этом облученный картофель после 3 месяцев хранения терял массу в 1,5–2,0 раза медленнее.

Потери веса клубня происходят при хранении в результате двух процессов – транспирации воды и процесса дыхания. В процессе дыхания расходуются сахара, поглощается кислород и выделяется углекислый газ, при этом образуется вода. Сахара образуются в клубнях в процессе гидролиза. В общем виде результат потери крахмала при дыхании можно записать как

(С6Н10О5)n + nН2О ↔ nС6Н12О6 + 6nО2 =

= 6nСО2 + 6nН2О.

Переведя это в весовые соотношения, можно утверждать, что при распаде 162 г крахмала клубень теряет 72 г сухого вещества в процессе дыхания, а оставшиеся 90 г преобразуются в воду, которая также может удаляться из клубня в процессе транспирации. Используя данные по общей потере веса клубня при хранении и содержании сухого вещества, можно отдельно рассчитать потери веса на дыхание и транспирацию. На рис. 4 представлена динамика потери сухого вещества при хранении в неблагоприятных условиях. В данном случае наблюдается линейная потеря, контрольный картофель терял 0,07 % сухого вещества ежесуточно, а облученный – только 0,04 %.

Помимо снижения потери массы и сухого вещества клубней, за счет транспирации и дыхания, облучение картофеля полностью остановило процесс прорастания клубней (рис. 5).

chvig5.tif

Рис. 5. Внешний вид клубней после хранения при различных температурах в течение 5 месяцев

Облучение картофеля в дозе 100 Гр вдвое снижает количество проростков по сравнению с контролем, а в дозе 120 Гр и выше – полностью предотвращает прорастание картофеля (табл. 2).

Таблица 2

Среднее число проростков на один клубень и соотношение веса проростков к весу клубней, %

Группа, доза облучения, Гр

Среднее число проростков на клубень

Доля веса проростков, %

контроль

1,36

7,26

5

1,36

7,12

10

1,23

6,62

50

1,46

6,38

100

0,65

1,89

150

0,00

0,00

Облучение в дозах свыше 100 Гр снижает потери веса клубней вследствие процессов дыхания и транспирации в процессе хранения в 1,5–2,0 раза по сравнению с необлученным картофелем. Так, в условиях хранения при высокой влажности (85–95 %) и низкой температуре (10–12 °С) потери веса после 4 месяцев хранения составили в контроле 9,2 %, в группах, облученных в дозе свыше 100 Гр – 4,9 %. При хранении в комнатных условиях (влажность 40–60 % и температура 20–24 °С) после 5 месяцев потери веса клубней в контроле составили 29,6 %, в группах, облученных в дозе свыше 100 Гр – 18,6 %, при данных условиях хранения основная потеря веса клубней обусловлена процессами транспирации. Потери веса клубней при прорастании необлученного картофеля составили дополнительно 7–8 % после 4 месяцев независимо от условий хранения.

Обращает на себя внимание некоторое увеличение числа проростков при дозе 50 Гр, по сравнению с контролем и меньшими дозами облучения. При взвешивании боковых побегов отдельно видна зависимость уменьшения биомассы проросших глазков, с увеличением дозы и при дозе выше 100 Гр отмечено полное ингибирование процессов роста побегов.

Снижение интенсивности ростовых процессов при воздействии ионизирующей радиации на картофель дозами 50–150 Гр отмечали и другие авторы [5].

Выводы

1. Установлено, что облучение картофеля в дозах 120–360 Гр полностью предотвращает прорастание картофеля. Потери веса клубней при прорастании необлученного картофеля составили дополнительно 7–15 % после 5 месяцев хранения в неблагоприятных условиях.

2. При хранении в комнатных условиях после 5 месяцев потери веса клубней в контроле составили 29,6 %, в группах, облученных в дозах 120–360 Гр – 18,6 %, при данных условиях хранения основная потеря веса клубней обусловлена процессами транспирации.

3. Облучение в дозах свыше 120 Гр снижает потери веса и сухого вещества клубней вследствие процессов дыхания и транспирации в процессе хранении в 1,5–2,0 раза по сравнению с необлученным картофелем.


Библиографическая ссылка

Цыгвинцев П.Н. ТОРМОЖЕНИЕ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В КЛУБНЯХ КАРТОФЕЛЯ ПОСЛЕ ОБЛУЧЕНИЯ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2018. – № 11-2. – С. 341-346;
URL: http://www.applied-research.ru/ru/article/view?id=12502 (дата обращения: 14.11.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074