Интенсивная технология проращивания семян как компонентов для пищевых целей

УДК: 631.53.027.325

Интенсивная технология проращивания семян

как компонентов для пищевых целей

И. М. Осадченко, д-р хим. наук, профессор, И. Ф. Горлов, д-р с.-х. наук, профессор, академик РАН, Н. И. Мосолова, д-р биол. наук, О. В. Харченко, канд. с.-х. наук, Д. В. Николаев, канд. с.-х. наук

Поволжский научно-исследовательский институт производства и переработки мясомолочной продукции, г. Волгоград

Процесс проращивания семян сельхозкультур - это в первую очередь переход семян из зародышевого состояния к активной фазе роста, что возможно при оптимизации влажности, температуры, доступе кислорода и т. д. При этом часть веществ (белков, крахмала) семян превращается под воздействием ферментов в мальтозу, глюкозу, мальтодекстрины и высшие декстрины, пептоны, пептиды, аминокислоты и др. Прорастание семян идет по пути гидролиза запасных питательных веществ эндосперма, тесно взаимосвязанного с образованием новых веществ в зародыше, что значительно изменяет первоначальный биохимический состав семян, особенно повышая содержание витаминов. Все это увеличивает питательность и усвояемость пророщенной биомассы [5-7].

Полученные проростки семян сельхозкультур широко используются в процессе кормления животных, а также при производстве различных пищевых продуктов, в том числе в виде различных каш, кисломолочных продуктов и др.

В доступной литературе довольно широко описаны различные способы стимуляции проращивания семян сельскохозяйственных культур, в том числе их замачиванием и проращиванием во влажном состоянии [3-4].

Следует учитывать, что процесс стимуляции проращивания можно также ускорить другими методами: физическими (нагревание и охлаждение), химическими (химреагенты), физико-химическими (электрические и магнитные поля) [1].

Известно использование технологий и устройств для электрохимиче-

ской активации (ЭХА) воды и водных растворов неорганических солей, особенно поваренной соли, для получения ее фракций (католита и ано-лита) для замачивания и проращивания семян сельскохозяйственных культур, в том числе для получения зеленых кормов и повышения урожайности [2-5].

Описан процесс выращивания про-рощенной биомассы, включающий предварительное замачивание семян кукурузы, проса и подсолнечника электроактивированной водой -анолитом с рН 2-7, окислительно-восстановительным потенциалом (редокс-потенциалом) 900-1100 мВ с содержанием активного хлора 300500 мг/л, затем в католите с рН 6-9, ОВП - 300-500 мВ в течение 2-24 ч. Всхожесть семян ускоряется на 1,5 дня. После 30 дней опыта длина проростков опытных образцов превышала контрольный образец по кукурузе на 18,4%, подсолнечнику -на 13,0% [6].

Наиболее существенные недостатки процесса: относительно сложная технология обработки семян (в две стадии), неоправданно высокое содержание «активного» хлора в ано-лите, относительно узкий диапазон показателей качества исходного раствора и фракций ЭХА растворов, отсутствие данных о конструкции электроактиватора и параметрах ЭХА.

Таким образом, актуальным для пищевой промышленности остается вопрос о возможности получения и дальнейшего использования проростков семян сельхозкультур, в частности зерновых и масличных

культур, полученных в результате использования электрохимически активированных растворов для производства компонентов в пищевых целях.

Цель работы - определить оптимальные параметры ЭХА водных растворов для замачивания и проращивания семян ярового ячменя (сорт Прерия), озимой пшеницы (сорт Житница), рапса (сорт Ратник) и рыжика, способствующие повышению качества проростков.

Для расширения ассортимента сырья использовали семена ячменя, пшеницы, рапса и рыжика - культур, являющихся кормовым сырьем для животных и компонентами пивоваренного производства (ячмень).

Семена изучаемых кормовых культур проверяли на соответствие требованиям стандарта (ГОСТ Р 52544-2006); далее отсчитывали определенное количество семян (опытные и контрольные варианты) и замачивали их в течение 3 ч. Затем семена проращивали в бумажных рулонах согласно ГОСТ 12038-84. Энергию прорастания определяли на 3-й день, всхожесть и морфологические показатели - в течение 7 дней. Длину проростков замеряли на 10-й день.

В качестве жидкости для замачивания нами выбран католит разбавленного водного раствора хлорида калия, позволяющий обогатить получаемый зеленый корм калием.

Для проведения электрохимической активации использовали усовершенствованный нами непроточный аппарат типа «Мелеста». Он представляет собой электролизер с брезентовой диафрагмой в основном корпусе цилиндрического типа (диаметр 134 мм, высота 110 мм и объем 1 л). Имеется сменный стакан (анодная камера) с одной стороны цилиндрической формы, а с другой - представляющий собой плоскость с диафрагмой. Аппарат изготовлен из пищевой пластмассы. Соотношение объемов основного сосуда и стакана - 2:1. Сверху корпус частично накрыт пластинкой из оргстекла шириной 40 мм с прорезью посередине для крепления двух электродов - катода из нержавеющей стали и анода из титана с покрытием из смеси оксидов титана и рутения (ОРТА-анод) размером 10х70 мм с рабочей поверхностью 5 см2. Катод располагается в катодной камере, а анод - в анодной камере

Таблица 1

Показатели качества растворов

Концентрация раствора Вид раствора рн ОВП, мВ

Исходный 6,0 +340

0,5 г /л KCl Анолит 1,7 +1040

Католит 11,6 -900

2,0 г /л K2SO4 Исходный Анолит Католит 7,0 1,6 12,0 +254 +515 -925

(стакане). К электролизеру подключен источник постоянного тока -выпрямитель типа ВСА 5к с приборами контроля тока и напряжения. Качество зеленого корма определяли в соответствии с «Инструкцией для лабораторий Госагрохимслужбы по анализу кормов», утвержденной Главным управлением химизации МСХ 25.11.1977 г.

Экспериментальные данные обработаны методами вариационной статистики (Плохинский Н. А., 1970), а также с использованием пакета программ Microsoft Office на ПК.

Предлагаемый способ ЭХА и обработки семян отличается относительной простотой, низкими затратами на химреактивы, удобством обслуживания.

Проведение предварительных исследований показало, что стабильный процесс ЭХА можно вести с концентрацией солей калия 0,5-2,0 г/л при напряжении 41-42 В с токовой нагрузкой 0,5-1,0 А. Для проведения дальнейших исследований выбран следующий раствор солей: 0,5 г/л KCL и 2,0 г/л K2SO4. При этом объем жидкости распределялся следующим образом: анолит - 330 мл, а католит -960 мл. Ранее проведенными экспериментальными исследованиями установлено, что оптимальная продолжительность замачивания семян -около 3 ч.

Исследования по эффективности замачивания и проращивания испытуемых семян сельхозкультур проводили в трехкратной повторности, мы приводим усредненные данные. На эффективность процесса проращивания семян оказывают влияние условия замачивания.

Для оценки качества зеленого корма после проращивания проростков их срезали, затем измеряли высоту.

Энергию прорастания устанавливали на 3-й день, а всхожесть - на 7-й день проращивания.

ENGINEERING AND TECHNOLOGY

Показатели эффективности проращивания семян

Таблица 2

Показатель Фракции замачивания семян

Католит K2SO4 Католит KCl Контроль

Ячмень

Всхожесть, % 99,0 100,0 100,0

Пшеница

Всхожесть, % 98,7 100,0 99,0

Рапс

Энергия прорастания, % 95,0 98,7 84,0

Всхожесть, % 96,0 100,0 98,0

Рыжик

Энергия прорастания, % 95,0 96,7 80,7

Всхожесть, % 96,0 99,3 90,5

Таблица 3

Морфологические показатели проращивания семян ячменя и пшеницы

Фракции замачивания Вода дистиллированная

Вид Католит KCl Католит ^SO4

семян Корни, мм Проростки, мм Корни, мм Проростки, мм Корни, мм Проростки, мм

Ячмень 109,1+7,23 84,7+6,68 82,9+6,72 46,1+6,59 101,8+7,34 60,1+6,65

Пшеница 110,8+6,98 106,3+6,46 78,3+6,75 71,2+6,36 101,2+7,42 80,8+6,57

Пример 1.

В электролизер загружали раствор KCl концентрацией 0,5 г/л (330 мл в анодную и 660 мл - в катодную камеру). Проводили ЭХА при силе тока 0,5-0,6 А, напряжении 42 В в течение 28 мин. С раствором K2SO4 концентрацией 2 г/л ЭХА проводили при силе тока 1,1-1,2 А, напряжении 41 В в течение 20 мин. Показатели качества фракций ЭХА приведены в табл. 1. Католит обладал щелочными свойствами, анолит - кислотными свойствами с определенным показателем ОВП.

Пример 2.

Проведено замачивание в течение 3 ч и проращивание семян.

Из данных результатов, представленных в табл. 2, видно, что наиболее эффективен для замачивания и проращивания семян католит раствора KCl: по сравнению с контролем всхожесть ячменя одинакова, всхожесть пшеницы - выше на 1%; энергия прорастания и всхожесть рапса - больше соответственно на 4,7 и 2,0%; энергия прорастания и всхожесть рыжика - больше соответственно на 16,0 и 8,8%.

Морфологические показатели проращивания семян ячменя и пшеницы показаны в табл. 3.

По приведенным в ней данным более высокая эффективность по отношению к контролю показана в образце с католитом KCl: длина корней

и проростков ячменя была больше соответственно на 7,3 мм (на 7,2%) и 24,6 мм (40,9%); длина корней и проростков пшеницы - больше на 9,6 мм (9,5%) и 25,5 мм (31,5%).

Высокую эффективность применения электрохимически активированного раствора католита можно объяснить влиянием его активных частиц, которыми являются ионы (ОН-), ион-радикалы, растворенный водород (атомарный и молекулярный), способствующие увеличению проницаемости мембранных оболочек клеток, а также стимулирующие активность ферментов.

Исследованиями установлено, что проростки обогащены калием и витаминами по сравнению с исходными семенами на 5-50%.

Экспериментально установлено, что наилучший вариант проращивания семян получен при использовании ЭХА растворов KCl.

Результаты представленных исследований защищены патентом РФ на изобретения [8].

Предложенная технология стимулирования проращивания семян ярового ячменя, озимой пшеницы, рапса, рыжика за счет использования католита электрохимически активированного водного раствора способствует повышению эффективности их выращивания. При этом новая технология позволяет расширить ассортимент стимуляторов

проращивания семян сельхозкультур с использованием электрохимически активированных водных растворов для предприятий пищевой промышленности.

Наиболее эффективно процесс проращивания идет при использовании ЭХА водного раствора хлористого калия.

ЛИТЕРАТУРА

1. Горлов, И. Ф. Патент РФ № 2221753, 2002, С02Р1/46. Способ электрохимического активирования жидкости и устройство для его осуществления/И. Ф. Горлов, А. З. Митрофанов, С. В. Шинкарева: № 2002131366/ 15, заяв. 21.11.2002, опубл. 20.01.2004.

2. Осадченко, И.М. Патент РФ № 25523238, 2013. А01С1/00. Способ стимуляции проращивания семян сельскохозяйственных культур / И.М.

Осадченко, И.Ф. Горлов, О.В. Хачен-ко, Е.Ю. Злобина, Н.И. Мосолова: № 2013145761/13, заяв. 11.10.2013, опубл. 10.06.2015. Бюл. 16.

3. Харченко, О. В. Патент РФ № 2263432, 2004, А01С1/ 00. Способ предпосевной обработки семян зерновых культур/ О. В. Харченко, И. Ф. Горлов, И. М. Осадченко, В. Н. Чурзин.: № 2004116125/ 12, заяв. 26.05.2004, опубл. 10.11.2005.

4. Харченко, О. В. Патент РФ № 2263433, 2004, А01С1/00. Способ предпосевной обработки семян бобовых культур/О. В. Харченко, И. Ф. Горлов, И. М. Осадченко, В. Н. Чурзин.: № 2004120710/12, заяв. 06.07.2004, опубл. 10.11.2005.

5. Осадченко, И. М. Использование электрохимически активированной воды при возделывании ярового ячменя / И. М. Осадченко, И. Ф. Горлов, О. В. Харченко, В. Н. Чурзин // Кормо-

производство. 2007. - № 8. - С. 26-28.

6. Фролов, Д. В. Эффективность влияния электрохимически активированного раствора при предпосевной вакуумной стимуляции семян при выращивании корма гидропонным способом/ Д. В. Фролов, Т. Д. Дерябина, Л. Н. Павлов // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. - 2011. - Т. 4. - № 32-1. С. 73.

7. Горлов, И. Ф. Новое в производстве пищевых продуктов повышенной биологической ценности/И. Ф. Горлов // Хранение и переработка сельхозсырья. -2005. - № 3. - С. 57-58.

8. Осадченко, И. М. Патент РФ №2553238, 2015, А01С1/ 00; А01С1/ 06. Способ стимуляции проращивания семян сельскохозяйственных культур / И. М. Осадченко, И. Ф. Горлов, О. В. Харченко, Е. Ю. Злобина, Н. И. Мосолова;. опубл. 10.06.2015. Бюл. № 16.

Интенсивная технология проращивания семян как компонентов для пищевых целей

Ключевые слова

вода; водородный показатель рН; редокс-потенциал; семена; проростки; эффективность проращивания

Реферат

В статье подробно рассматривается технология замачивания и проращивания семян сельхозкультур с целью получения проростков как компонентов для пищевых целей. Авторы представили сведения о необходимости разработки таких технологий для пищевых производств. Цель работы - определить оптимальные параметры ЭХА водных растворов для замачивания и проращивания семян ярового ячменя, озимой пшеницы, рапса и рыжика, способствующие повышению качества проростков. Для проведения электрохимической активации использовали усовершенствованный авторами непроточный аппарат типа «Мелеста».Эксперименталь-ные исследования показали, что стабильный процесс ЭХА можно вести с содержанием солей калия в концентрации 0,5-2,0 г /л при напряжении 41-42 В с токовой нагрузкой 0,5-1,0 А. Для проведения дальнейших исследований выбран следующий раствор солей: 0,5 г/л КС1 и 2,0 г/л К2Б04. При этом объем жидкости распределялся следующим образом: анолит - 330 мл, католит - 960 мл. В результате морфологических исследований проростков семян ячменя и пшеницы установлено, что при использовании водного раствора КС1 длина корней и проростков ячменя по сравнению с контрольным образцом была больше соответственно на 7,2 и 40,9%; длина корней и проростков пшеницы - больше на 9,5 и 31,5%. Наиболее эффективно процесс проращивания изучаемых сельхозкультур идет при использовании ЭХА водного раствора хлористого калия. Считаем, что в ходе проведенной экспериментальной работы доказана высокая эффективность применения электрохимически активированного водного раствора католита, объясняющаяся влиянием его активных частиц, которыми являются ионы (ОН-), ион-радикалы, растворенный водород (атомарный и молекулярный), способствующие увеличению проницаемости мембранных оболочек клеток, а также стимулирующие активность ферментов.

Авторы

Осадченко Иван Михайлович, д-р хим. наук, профессор, Горлов Иван Федорович, д-р с.-х. наук, профессор, академик РАН, Мосолова Наталья Ивановна, д-р биол. наук, Харченко Оксана Владимировна, канд. с. -х. наук, Николаев Дмитрий Владимирович, канд. с.-х. наук,

Поволжский НИИ производства и переработки мясомолочной продукции, 400131, г. Волгоград, ул. Рокоссовского, д. 6, niimmp@mail.ru

Intensive Technology of Seed Germination as a Component for Human Consumption

Key words

measurement; the pH; the redox potential; water; seeds; germination efficiency; seedlings

Abstracts

The article considers detailed technology of steeping and germination of crops to produce seedlings as a food ingredient. The authors have justified the need for developing such technologies for food production. The purpose of the research was to measure the optimal parameters of the electrochemically active (ECA) water solutions for steeping and germinating the seeds of spring barley, winter wheat, canola, and camelina that improve the seedlings quality. To perform the electrochemical activation, an advanced static «MELESTA» apparatus was used. The experimental studies have shown that the stable ECA process can be carried out with the potassium salts in a concentration of 0.5-2.0 g/l, at a voltage of 41-42V with the current load of 0.5-1.0 A. For further research, the following salt solution was selected: KCL -0.5 g/l and K2S04-2.0 g/l. The volume of liquid was distributed as follows: 330mf of anolyte and 960ml of catholyte. The morphological studies of the seedlings of barley and wheat found that using of the KCL water solution allowed obtaining the roots and seedlings length of barley more by 7.2 and 40.9% (relative percentage); the roots and seedlings length of wheat - by 9.5 and 31.5% (relative percentage). compared with the control sample. The most effective germination process of the crops studied was observed when using the ECA water solution of potassium chloride. The high efficiency of the ECA catholyte water solution is supposed to be proved in the course of the experimental work. This effect was obtained due to the influence of the catholyte active particles, which are the ions (OH-), the radical ions, the dissolved hydrogen (atomic and molecular), contributing to an increase in the cell membrane permeability, as well as in the enzymes stimulating the activity.

Authors

Osadchenko Ivan Mikhaylovich, Doctor of Chemical Science, Professor, Gorlov Ivan Fyodorovich, Doctor of Agricultural Science, Professor, Academician of RAS, Mosolova Natalya Ivanovna, Doctor of Biological Science, Kharchenko Oksana Vladimirovna, Candidate of Agricultural Science, Nikolaev Dmitriy Vladimirovich, Candidate of Agricultural Science,

Povolzhsky Research Institute of Production and Processing of Meat and Dairy Products, 6, Rokossovskogo St., Volgograd, 400131, niimmp@mail.ru