TECHNOLOGICAL MODELS TO OBTAIN ECOLOGICALLY FRIENDLY PLANT RAW MATERIALS WITH INCREASED BIOLOGICALLY ACTIVE SUBSTANCES CONTENT FOR THE FUNCTIONAL FOOD AND BIOLOGICALLY ACTIVE ADDITIVES PRODUCTION

Ramidin E. Kazahmedov; Tat&#039;yana G. Prichko; Natal&#039;ya V. Droficheva; Sabina B. Saidova

doi:doi:10.36718/1819-4036-2024-9-221-228

UDC 631.576 UDC 634.8 UDC 635.34

TECHNOLOGICAL MODELS TO OBTAIN ECOLOGICALLY FRIENDLY PLANT RAW MATERIALS WITH INCREASED BIOLOGICALLY ACTIVE SUBSTANCES CONTENT FOR THE FUNCTIONAL FOOD AND BIOLOGICALLY ACTIVE ADDITIVES PRODUCTION

Published в Bulletin of KSAU · Issue 9, 2024 · Pages 221–228 · Rubrics: Food technology

DOI 10.36718/1819-4036-2024-9-221-228 EDN wjwerq

Received: 28.10.2024 Accepted: 29.10.2024 Published: 29.10.2024

Authors

Ramidin E. Kazahmedov ¹ · Tat'yana G. Prichko ² · Natal'ya V. Droficheva ³ · Sabina B. Saidova ⁴

1 Dagestanskaya selekcionnoya opytnaya stanciya vinogradarstva i ovoschevodstva – filial Severo-Kavkazskogo FNC sadovodstva, vinogradarstva, vinodeliya

2 Severo-Kavkazskiy FNC sadovodstva, vinogradarstva, vinodeliya

3 Severo-Kavkazskiy FNC sadovodstva, vinogradarstva, vinodeliya

4 Dagestanskaya selekcionnoya opytnaya stanciya vinogradarstva i ovoschevodstva – filial Severo-Kavkazskogo FNC sadovodstva, vinogradarstva, vinodeliya

ABSTRACT

The objective of the study is to summarize the results of long-term research and present technological models for obtaining environmentally friendly plant raw materials with high medical and biological value. The studies were conducted in 2014–2023 at the production and experimental base, the laboratory of biotechnology, physiology and processed products of grapes, subtropical fruit and vegetable crops of the Dagestan SOSViO (branch of SKFNTSSVV, Derbent) and in the laboratory of storage and processing of fruits and berries of the FGBNU SKFNTSSVV (Krasnodar) using laboratory, pot and field experiments. The possibility of hormonal regulation of physiological processes and accumulation of biologically active substances in grapes, tomatoes and broccoli plants was established experimentally against the background of the use of pesticide-free cultivation technology, the use of biological characteristics of crops, biological protection agents and environmental factors. The paper presents technological regulations for cultivating grape, tomato and broccoli plants, which make it possible to obtain environmentally friendly raw materials with a high content of biologically active substances for the creation of FPP and dietary supplements with a preventive effect: it is necessary to carry out a single treatment of the leaf surface and inflorescences of plants of grape varieties with complex resistance to pests and diseases, with a solution containing gibberellin 25 mg/l, cytokinin 40 mg/l, auxin 2.5 mg/l and streptomycin 400 mg/l 20 days after the end of flowering; carry out a double treatment of early ripening tomato plants (during the period of mass flowering and the beginning of crop ripening) with a solution containing cytokinin 20 mg/l (CAS), gibberellin 15 mg/l (GK3), potassium sulfate 30 mg/l (K2SO4) and the biological protection agent Fitosporin M 5 ml/l against the background of limited water supply; to obtain young broccoli plants by germination on vermiculite and a solution of HAC 0.1 mg/l + EAC 50 mg/l + K2SO4 60 mg/l + KNO3 1.0 g/l and physical conditions – darkness (4 days, 25 °C)/1500 lm, 6500 K, 24 h, 20–22 °C for 15–20 days.

KEYWORDS

grapes tomato broccoli FPP dietary supplements prevention of socially significant diseases

Information Text

Authors:

1. Dagestanskaya selekcionnoya opytnaya stanciya vinogradarstva i ovoschevodstva – filial Severo-Kavkazskogo FNC sadovodstva, vinogradarstva, vinodeliya

2. Severo-Kavkazskiy FNC sadovodstva, vinogradarstva, vinodeliya

3. Severo-Kavkazskiy FNC sadovodstva, vinogradarstva, vinodeliya

4. Dagestanskaya selekcionnoya opytnaya stanciya vinogradarstva i ovoschevodstva – filial Severo-Kavkazskogo FNC sadovodstva, vinogradarstva, vinodeliya

Type:

Article

Pages:

from 221 to 228

Status:

Published

Subject area:

UDC 631.576
UDC 634.8
UDC 635.34

Language:

Russian

Keywords:

grapes, tomato, broccoli, FPP, dietary supplements, prevention of socially significant diseases

Text

Text (PDF): Read Download

Введение. Для сохранения здоровья населения и предупреждения заболеваний немаловажное значение имеет употребление функциональных продуктов питания [1]. Неправильное питание приводит к высокой распространенности избыточной массы тела и ожирения, формирующей повышенный риск заболеваний сердечно-сосудистой системы, диабета, онкологических и других социально значимых патологий. Эти заболевания «ответственны» за высокую смертность и низкую продолжительность жизни населения России [1, 2]. Особенно актуальной становится проблема поиска путей и способов профилактики социально значимых заболеваний, в первую очередь сердечно-сосудистых и онкологических, занимающих соответственно первое и второе места по смертности населения России [3, 4]. Многочисленными исследованиями установлено, что для профилактики данных заболеваний представляют актуальность БАВ винограда (ресвератрол), томата (ликопин) и растений брокколи (глюкозинолаты). Множество лабораторных и клинических исследований подтверждают медико-биологическую ценность данных культур, благодаря высокому содержанию БАВ [5–9]. Сотрудниками ДСОСВиО за 2008–2021 гг. разработана концепция производства биологически активных добавок и ФПП из растительного сырья в Республике Дагестан [10, 11].

Цель исследований – обобщить результаты первого этапа многолетних исследований и представить технологические модели получения растительного сырья с высокой биологической ценностью и экологической безопасностью.

Гипотеза исследования. В основе этапа комплексных исследований по разработке технологических регламентов получения экологически безопасного растительного сырья с высокой медико-биологической ценностью лежала гипотеза о возможности гормональной регуляции физиологических процессов и накопления БАВ в растениях винограда, томата и брокколи на фоне применения безпестицидной технологии возделывания, использования биологических особенностей культур, биологических средств защиты и экологических факторов среды.

Объекты и методы. Исследования проводились на Дагестанской СОСВиО, а также в лаборатории хранения и переработки плодов и ягод ФГБНУ СКФНЦСВВ с использованием лабораторных, вегетационных и полевых опытов и общепринятых методик исследований. Объект исследований – проростки растений брокколи сорта Тонус; растения томата сорта раннего срока созревания Ляна; сорт винограда Первенец Магарача; физиологически активные соединения (ФАС)-ГК₃-гибберелловая кислота (15–25 мг/л); цитокинин (ЦАС 20–40 мг/л), ауксин (НАС 0,1–2,5 мг/л) трофического (ЭАС 50 мг/л), минерального (K₂SO₄30–60 мг/л) характера, БСЗ «Фитоспорин» 5 мл/л и антибиотик стрептомицин 400 мг/л. Сроки применения ФАС методом сплошного опрыскивания растений: томата – 1-й – массовое цветение; 2-й – начало созревания (10 %); винограда – 20 дней после цветения. Влажность почвы в период созревания томата: А – 50,1–56,5 %; Б – 29,4–32,4 %. Варианты опытов представлены в таблицах.

Лабораторные исследования выполнены на оборудовании ЦКП (Центр коллективного пользования) по направлениям: физиолого-биохимические и микробиологические исследования; пищевая безопасность – по общепринятым методикам и ГОСТам. При исследовании качественных показателей плодов томатов определяли: общие сахара – фотометрическим методом на фотоэлектроколориметре КФК-3-01 по ГОСТ 8756.13-87; витамин С – титрометрически по ГОСТ 24556-89; полифенолы и витамин Р – колориметрическим методом в модификации Л.И. Вигорова; АОА – амперометрическим методом по ГОСТ P 54037-2010; ресвератрол – спектрофотометрическим в модификации Генералова; минеральный состав – по ГОСТ 25555.4-91 [12–18].

Результаты и их обсуждение. Индукция феноспермии позволяет изменить соотношение структурных элементов в ягодах модельного семенного сорта Первенец Магарача, возделывание которого в корнесобственной культуре позволяет получать урожай без применения пестицидов. Выявлено снижение количества и массы семян (в 2 раза) в ягодах, что повышает содержание сухих веществ (+ 1,2 %), сахаров в ягодах (+ 41 г/дм³), витамина Р (+ 14 %) без негативного влияния на урожай растений (табл. 1).

В семенах феноспермического происхождения (без эндосперма и зародыша) выше содержание ресвератрола, соответственно, АОА, а также имеется тенденция повышения содержания минеральных элементов (Са, Mg) и улучшения соотношения К/Nа (табл. 2).

Таблица 1

Структура грозди и содержание сахаров в ягодах сорта Первенец Магарача (2022 г.)

Вариант	Масса грозди, г	Масса семени, мг	Массовая концентрация сахаров, г/дм³
Вариант	Масса грозди, г	Масса семени, мг	31.08	10.09
ФАС	311	22	167	212
Контроль	206	45	148	171
НСР₀₅	24			8

Таблица 2

Фенольный комплекс семян сорта Первенец Магарача (2022 г.)

Вариант опыта		Общие полифенолы		Ресвератрол		АОА, по кверцетину
Вариант опыта		мг /100 г	%	мг/100 г	%	мг/дм³	%
1. Контроль		1 575,2	100	2,2	100	113,0	100
2. ФАС		1644,4	104	3,1	141	157,0	139
Литературные источники	семена	720–1 439		1,62–3,96
	кожица	203–239		2,02–2,98
	мякоть	17–20		0

Агробиологические особенности сорта томата Ляна позволяют получать продукцию без применения пестицидов. Урожай томата выше при ограничении водообеспеченности в начале созревания, что, возможно, проявление биологической закономерности – растение увеличивает семенную продуктивность в ухудшающихся условиях произрастания, в данном случае увеличением числа плодов на растении (табл. 3).

Таблица 3

Урожай томата сорта Ляна (2023 г.)

Вариант	Режим орошения	Количество плодов, шт.	Масса плода, г	Урожай с куста, г
Вариант	Режим орошения	Количество плодов, шт.	Масса плода, г	г	% к эталону
1. ГК₃ (эталон)	А	19	60	1140	100
1. ГК₃ (эталон)	Б	21	48	1104	97
2. ЦАС +ГК₃ +К₂ SO₄	А	21	60	1260	111
2. ЦАС +ГК₃ +К₂ SO₄	Б	32	50	1600	140
3. ЦАС +ГК₃ +К₂ SO₄ + Фитоспорин	А	23	54	1242	109
3. ЦАС +ГК₃ +К₂ SO₄ + Фитоспорин	Б	29	56	1624	142
4. Контроль	А	20	40	800	70
4. Контроль	Б	24	52	1144	100
НСР₀₅				94

При недостаточном водообеспечении растений томата с начала созревания урожая и двукратном применении раствора ЦАС, ГК₃ и К₂SO₄в период массового цветения и начала созревания увеличивается антиоксидантная активность выжимок томата, а при сочетании с препаратом «Фитоспорин» – содержание твердого остатка (выжимок) без семян, т. е. предполагаемого сырья для ФПП (+ 78 %) (табл. 4, 5).

Таблица 4

Химический состав томатов, ДСОСВиО (27.07.2023)

Вариант	Режим орошения	Витамин, мг/100 г		Полифенолы, мг/100 г	Минеральные элементы, мг/100 г				АОА, мг/дм³
Вариант	Режим орошения	С	Р	Полифенолы, мг/100 г	К	Na	Mg	Ca	АОА, мг/дм³
ЦАС+Гк+К₂SO₄	А	39,2	18,8	67,6	291,9	11,0	12,4	18,9	370
ЦАС+Гк+К₂SO₄	Б	48,0	20,6	73,2	346,1	9,0	13,1	20,8	433

Таблица 5

Структура плодов томата сорта Ляна, %

Вариант	Режим орошения	Мякоть (без семян)	Кожица	Всего
Вариант	Режим орошения	Мякоть (без семян)	Кожица	%	% к эталону
1. ГК₃ (эталон)	А	41,5	1,1	42,6	100
1. ГК₃ (эталон)	Б	44,3	6,8	51,1	121
2. ЦАС +Гк +К₂ SO₄	А	20,7	1,6	22,1	52
2. ЦАС +Гк +К₂ SO₄	Б	25,8	6,9	54,8	129
3. ЦАС +Гк +К₂ SO₄ + Фитоспорин	А	23,0	6,2	29,9	70
3. ЦАС +Гк +К₂ SO₄ + Фитоспорин	Б	71,5	4,5	76,0	178
4. Контроль	А	41,3	5,5	46,8	110
4. Контроль	Б	31,8	10,2	42,0	99

На фоне недостаточного обеспечения влагой в период созревания урожая, а в биологическом смысле в период формирования семенного потомства растений, суммарное содержание каротиноидов в кожице, половина которых, по литературным данным, представлены ликопином, увеличивается более чем в 3 раза (табл. 6).

Таблица 6

Суммарное содержание каротиноидов в кожице томата сорта Ляна

(контроль – без обработки) (в пересчете на бета-каротин), мг/100 г сухого вещества

Режим орошения/влажность почвы, %	Суммарное содержание каротиноидов
А – 50,1	1,12±0,06
Б – 29,3	3,72±0,19

Установлено, что масса проростков брокколи, имеющих более высокое содержание глюкозинолатов, чем кочаны растения, значительно увеличивается при выдерживании в первые 3–4 сут в темноте и последующем искусственном освещении в сравнении с изученными ранее другими условиями освещенности. Ускорение роста вегетативной массы влияло на появление первого настоящего листа, что сопряжено с уменьшением содержания БАВ онкопротекторного действия (глюкозинолатов, предшественников сульфорафанов). По комплексу показателей наиболее эффективным оказались вариант проращивания на растворе НАС 0,1 мг/л + ЭАС 50 мг/л + K₂SO₄ 60 мг/л + KNO₃ 1,0 г/л в темноте (4 сут) и далее при искусственном круглосуточном освещении 6 500 К, 1 500 Лм и температуре 20–22 °С (табл. 7).

Таблица 7

Влияние ФАС на развитие проростков брокколи сорта Тонус (2023 г.)

(субстрат вермикулит, возраст – 21 день)

Вариант	Гипокотиль, мм	Масса 100 растений, г	Выход сухой массы, %
Естественное освещение + НАС 0,1 мг/л, ЭАС 50 мг/л + K₂SO₄60 мг/л (эталон)	79,8	6,63	127
Темнота + 6 500 К, 1 500 Лм, 24 ч + НАС 0,1 мг/л, ЭАС 50 мг/л + K₂SO₄60 мг/л	73,5	6,10	264
Темнота + 6 500 К, 1 500 Лм, 24 ч + НАС 0,1 мг/л, ЭАС 50 мг/л + K₂SO₄60 мг/л + KNO₃1,0 г/л	99,9	12,73	445

Заключение. Для повышения медико-биологической ценности экологически безопасного растительного сырья, предназначенного для получения ФПП и БАД, необходимо: провести однократную обработку листовой поверхности и соцветий растений сортов винограда, обладающих комплексной устойчивостью к вредителям и болезням, раствором, содержащим гиббереллин 25 мг/л, цитокинин 40 мг/л, ауксин 2,5 мг/л и стрептомицин 400 мг/л через 20 дней после окончания цветения; провести двукратную обработку растений томата раннего срока созревания – в период массового цветения и в начале созревания урожая раствором, содержащим цитокинин 20 мг/л (ЦАС), гиббереллин 15 мг/л (ГК₃), сульфат калия 30 мг/л (К₂SO₄)и биологическое средство защиты «Фитоспорин М» 5 мл/л на фоне ограниченной водообеспеченности; получить молодые растения брокколи проращиванием на вермикулите и растворе НАС 0,1 мг/л + ЭАС 50 мг/л + K₂SO₄ 60 мг/л + KNO₃ 1,0 г/л и физических условиях: темнота (4 сут, 25 °С) /1 500 лм, 6 500 К, 24 ч, 20–22 °С в течение 15–20 сут.

References

1. `Ekologiya i pitanie. Problemy i puti resheniya / M.B. Rebezov [i dr.] // Fundamental'nye issledovaniya. 2011. № 8, ch. 2. S. 393–396.

2. Voropinova O.A., Germanova Yu.I., Malki-na L.V. Sostoyanie i dinamika social'no znachimyh zabolevanij v regionah Severo-Kavkazskogo federal'nogo okruga // Medicinskij vestnik Severnogo Kavkaza. 2014. T. 9, № 1. S. 63–66.

3. Tagirova P.R., Kas'yanov G.I. Pischevye dobavki iz semyan i kozhicy yagod vinograda // Nauchnye trudy KubGTU. 2015. № 9. C. 281–296.

4. Sanjiv A., Akkinappally V. Tomato lycopene and its role in human health and chronic di-seases // CMAJ, 2000. 163(6). P. 739–744.

5. Chandra K., George J., Ahmad N. Resveratrol-based combinatorial strategies for cancer management // Ann N Y Acad Sci. 2013. Jul; 1290(1). P. 113–121.

6. `Effekty kombinirovannogo dejstviya resvera-trola i indol-3-karbinola / N.V. Trusov [i dr.] // Byulleten' `eksperimental'noj biologii i medici-ny. 2010. T. 149, № 2. S. 174–179.

7. Avato P., Argentieri P. Cite as Brassicaceae: a rich source of health improving phytochemicals // Phytochemistry Reviews. 2015. Vol. 14. Is. 6. P. 1019–1033.

8. Broccoli and radish sprouts are safe and rich in bioactive phytochemicals / N. Baenas [et al.] // Postharvest Biology and Technology. Vol. 127. 2017. P. 60–67.

9. HPLC Separation of Sulforaphane Enantiomers in Broccoli and Its Sprouts by Transformation into Diastereoisomers Using Deriva¬tization with (S)-Leucine / M. Okada [et al.] // J. Agric. Food Chem. 2017-65 (1). P. 244–250.

10. Kazahmedov R.`E., Magomedova M.A. `Ele-menty vozdelyvaniya ovoschnyh kul'tur dlya proizvodstva biologicheski aktivnyh dobavok // Problemy razvitiya APK regiona. 2018. № 2 (34). S. 58–60.

11. Kazahmedov R.`E., Kazahmedov `E.R., Mago¬medova M.A. Rol', mesto, osobennosti BAD v profilaktike social'no znachimyh zabolevanij i perspektivy polucheniya `ekologicheski bezo¬pasnogo syr'ya dlya ih proizvodstva v uslo¬viyah yuzhnogo Dagestana // Izvestiya Dagestanskogo GAU. 2019. № 1. S. 45–52.

12. GOST 8756.13-87. Produkty pererabotki plodov i ovoschej. Metody opredeleniya saharov. M.: Standartinform, 2010. 12 s.

13. GOST 24556-89. Produkty pererabotki plodov i ovoschej. Metody opredeleniya vitamina C. M.: Izdatel'stvo standartov, 2003. 11 s.

14. Vigorov L.I. Metod opredeleniya R-aktivnyh veschestv // Trudy III seminara po BAV. Sverdlovsk, 1972. 362 s.

15. GOST P 54037-2010. Produkty pischevye. Opredelenie soderzhaniya vodorastvorimyh antioksidantov amperometricheskim metodom v ovoschah, fruktah, produktah ih pererabotki, alkogol'nyh i bezalkogol'nyh napitkah. M., 2010. 10 s.

16. Metodicheskoe i analiticheskoe obespechenie issledovanij po sadovodstvu. Krasnodar: GNU SKZNIISiV, 2010. 300 s.

17. Chernousova N.I., Yashin Ya.I. Opredelenie summarnogo soderzhaniya antioksidantov v semenah fruktov, yagod, ovoschej ampere-metricheskim metodom // Fenol'nye soedine-niya: fundamental'nye i prikladnye aspekty: sb. nauch. st. po mat-lam X Mezhdunar. simpoziuma (Moskva, 14–19 maya 2018 g.) / otv. red. N.V. Zagoskina. M., 2018. S. 550–555.

18. Generalov I.I. Opredelenie fitoaleksina resveratrola v mestnyh rastitel'nyh istochnikah // Dostizheniya fundamental'noy, klinicheskoy mediciny i farmacii: mat-ly 67-y nauch. sessii sotrudnikov un-ta (Vitebsk, 2–3 fevralya 2012 g.). Vitebsk, 2012. S. 274–275.

19. Generalov I.I. Opredelenie fitoaleksina resve-ratrola v mestnyh rastitel'nyh istochnikah // Dostizheniya fundamental'noj, klinicheskoj mediciny i farmacii: mat-ly 67-j nauch. sessii sotrudnikov un-ta (Vitebsk, 2-3 fevralya 2012 g.). Vitebsk, 2012. S. 274–275.