Оценка экологических характеристик зерна пшеницы различных природно-географических зон Оренбургской области

Оценка экологических характеристик зерна пшеницы различных природно-географических зон Оренбургской области

П.В. Медведев, д.т.н, профессор, А.С. Степанов, к.т.н, В.А. Федотов, аспирант, Оренбургский ГУ

Исследование посвящено некоторым экологическим характеристикам зерна пшеницы сортов, распространённых в Оренбургской области, прямо или косвенно отражающимся на качестве готовых продуктов — хлеба и хлебобулочных изделий, а значит, на здоровье потребителей. Произведена оценка накопления яровой пшеницей тяжёлых металлов и её микробиологической обсеменённости с учётом сортовых характеристик, а также с учётом особенностей зоны произрастания.

Объектами исследований стали образцы 13 наиболее распространенных сортов яровой пшеницы урожая 2004—2008 годов, выращенных в

Западной, Центральной и Восточной зонах Оренбургской области. Исследованные сорта в настоящее время лидеры посевов в нашем регионе, на их долю приходится до 80% площади сельскохозяйственных угодий, отведённых под посев яровой пшеницы. Это такие сорта, как Варяг, Оренбургская 13, Оренбургская 10, Учитель, Прохор, Безенчукская Янтарь, Степь 3 и другие.

Выбранные для изучения зоны также не случайны. С учётом большой территориальной протяжённости нашей области с запада на восток наблюдается значительная градация погодноклиматических, а также геологических, в частности почвенных, условий произрастания зерновых культур. Кроме того, эти зоны подвержены техногенным воздействиям различной степени [1].

В связи с подобной дифференциацией представляет интерес сравнительный анализ содержания тяжёлых металлов (ТМ) в различных сортах яровой пшеницы разных зон Оренбургской области.

Содержание ТМ в образцах определялось с помощью атомно-абсорбционного спектроскопического анализа с графитовой печью. Измерялись концентрации следующих важных химических элементов: марганца, свинца, кадмия, меди, цинка и никеля. Результаты сравнительного анализа содержания ТМ в образцах разных зон представлены на графике (рис. 1). Вследствие большого разброса концентраций для разных ТМ, а также для большей наглядности и читабельности графика их значения были приведены к единому диапазону разброса.

Во всех случаях содержание тяжёлых металлов в исследуемом зерне ниже или на уровне ПДК. Образцы пшеницы преимущественно Восточной и Центральной зон нашей области отличаются более высоким содержанием таких металлов, как марганец, хром, свинец, никель. Для меди и цинка подобных чётких зависимостей не наблюдается, разброс концентрации этих элементов не позволяет судить о преобладании той или иной зоны.

Предположительно, превалирование Восточной и Центральной зон в ряде случаев связано с более высокой концентрацией там промышленных объектов, служащих источниками загрязнения окружающей среды различными химическими элементами, а также одновременно более благоприятными природно-климатическими и почвенными условиями (рН почвы, концентрация в ней ионов калия и магния и т.д.).

В ходе сравнительного анализа полученных статистических данных, последовательно исключив влияние природно-климатических и почвенных особенностей зон районирования, выделены сорта, обладающие максимальной и минимальной накопительной способностью различных ТМ. Результаты группирования сортов, наибо-

1. Зависимость накопления ТМ от сорта яровых пшениц Оренбургской области

Максимальное Минимальное

Сорт содержание содержание

элементов элементов

Харьковская 3 Zn, Pb, Ni, Mn Cd

Оренбургская 21 Zn, Pb, Mn, Cd -

Оренбургская 10 Ni Mn, Cu

Саратовская 42 Pb, Cr, Cu -

Варяг - Cd

Юго-Восточная 3 Cr Cd

Безенчукская - Ni, Cr, Cu

Янтарь

Учитель - Zn, Pb, Cu

лее отличившихся своей накопительной способностью, представлены в таблице 1.

Сорта Харьковская 3, Оренбургская 21 и Саратовская 42 проявили большую накопительную способность практически ко всем исследованным элементам. Безенчукская Янтарь и Учитель — сорта с наиболее низким содержанием ТМ, а значит, они менее чувствительны к промышленным загрязнениям и сельскохозяйственным металлсодержащим удобрениям.

Следующей важной рассматриваемой нами экологической проблемой стала проблема микробиологического загрязнения зерновых культур. В последние годы заметно увеличилось распространение картофельной болезни выпекаемого хлеба. Это связано с открытием большого количества мини-пекарен, в которых микробиологический контроль поступившей муки практически не ведётся.

Возбудителями картофельной болезни хлеба являются спорообразующие бактерии Bacillus subtilis и их физиолого-морфологический вариант Bacillus Mesentericus. Эти бактерии, попадая в организм человека, способны вызывать серьёзные нарушения функционирования иммунной системы, желудочно-кишечного тракта, печени, органов дыхания, нервной системы. Поэтому даже если спорообразующие бактерии

1

0,8 0,6 0,4 0,2 0

Цинк ' ' Никель ' 'Марганец ' Кобальт

Рис. 1 - Зависимость содержания тяжёлых металлов от зоны произрастания яровой пшеницы

не вызывают картофельной болезни хлеба, всё же их наличие в готовых изделиях крайне нежелательно [2].

В настоящее время известные методы определения степени микробиологического загрязнения зерна страдают определёнными недостатками. Так, метод пробной лабораторной выпечки трудоёмок и, в случае заражения штаммами, имеющими низкую амилолитическую активность, даже при значительных концентрациях, не даёт положительных результатов. Известен экспресс-метод диагностики картофельной болезни по активности спорообразующих бактерий в хлебопекарном сырье и готовой продукции, его результаты свидетельствуют о качественных показателях бактерий в протеолитическом отношении, но не являются информативными в плане количественной оценки заражённости. В результате, они часто представляют искаженную картину о реальной степени заражённости сырья [3].

Для количественной оценки степени заражённости зерна пшеницы спорообразующими бактериями группы картофельной палочки нами

использовался хорошо зарекомендовавший себя метод вакуумной мембранной фильтрации микроорганизмов. Он широко применяется в пищевой промышленности для мониторинга микробиологической обсеменённости безалкогольных напитков и пива. Количество спорообразующих бактерий учитывали из смывов, прогретых на водяной бане в течение 10 мин. при t = 80 °С, для исключения роста неспоровой микрофлоры. Смывы из исследуемых образцов зерна пшеницы высевались на питательные картонные подложки (ПКП) Sartorius со средой Standard- TCC (являющейся селективно-дифференциальной для бактерий B.subtilis и B.mesentericus), позволяя получать их высококонтрастные колонии.

На рисунке 2 представлены фотографии задокументированных мембранных фильтров некоторых образцов, наглядно демонстрирующих развитие колоний бактерий в питательной среде.

Результаты анализа всех изученных образцов зерна представлены на графике (рис. 3). Как видно, показатели обсеменённости значительно зависят от зоны произрастания.

Ч

J+_. *

I* Г:

Рис. 2 - Фильтр с колониями из смывов образцов пшеницы:

а - Центральной зоны, б - Западной зоны, в - Восточной зоны

КОЕ/

Рис. 3 - Уровень заражённости зерна пшеницы различных зон районирования спорами B.subtilis и B.mesentericus

а

Известно, что мука, содержащая до 10 КОЕ/г (КОЕ — колониеобразующих единиц), считается слабо заражённой, до 100 КОЕ/г — умеренно заражённой, более 1000 КОЕ/г — сильно зараженной [4]. Стоит отметить у всех образцов весьма высокую обсеменённость — от средне заражённой до сильно заражённой (от 200 КОЕ/г до 3000 КОЕ/г). Однако, если содержание В.шЫШи и В.теяеМепсш в смывах образцов Западной и Центральной зон, как правило, не превышает 700—800 КОЕ/г, то у образцов Восточной зоны оно гораздо выше — вплоть до 3000 КОЕ/г.

На развитие в почве сенной палочки (а также на её перенос на поверхность зерна и в дальнейшем в муку) влияет огромное множество факторов, начиная от погодных условий и заканчивая агротехническими приёмами. Так, например, бесконтрольное применение азотсодержащих удобрений существенно увеличивает число колоний сенной палочки в почве.

Предположительно, большая обсеменённость образцов Восточной зоны связана с их почвен-но-климатическими условиями. Наиболее полной характеристикой влагообеспеченности территории является гидротермический коэффици-

ент Селянинова (ГТК). ГТК в Северной зоне региона указывает на незначительную засушливость климата (ГТК 0,8—1,1). На большей части территории, в Центральной и Западной зонах — средняя засушливость (ГТК 0,6—0,8) и в юго-восточной части Оренбуржья — сильная засушливость (ГТК — менее 0,6).

В районах с преимущественно засушливым климатом сенная и картофельная палочки, являясь спорообразующими, лучше других микроорганизмов переносят негативные природные явления. Конкуренция со стороны других бактерий и грибов в этих районах гораздо ниже. Как можно предположить, по этой причине зерно этих районов более обсеменено бактериями картофельной палочки.

Литература

1. Крючков А. Г. Основные принципы и методология агро-экологического районирования зерновых культур в степи Южного Урала // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. М., 2006. С. 704.

2. Афанасьева О.А. Микробиологический контроль хлебопекарного производства. М.: Пищевая промышленность, 1976. С. 113.

3. Витавская А.В., Дудиков Г.Н., Тулемисова К.А. Биологическая защита хлеба от картофельной болезни хлеба. Алматы, 1998. С. 4-32.

4. Клевакин В.М. Санитарная микробиология пищевых продуктов. Л.: Медицина, 1986. С. 164.