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.

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.

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).

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, %

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.