Оценка показателей качества семян зерновых, масличных культур и продуктов их переработки

Введение. В настоящее время изучение показателей качества и безопасности зерна, а также продуктов их переработки актуально для решения ряда практических вопросов в области сельского хозяйства, которые связаны с оценкой, отбором и внедрением высокопродуктивных сортов. Результативность сельскохозяйственных мероприятий определяется не только количеством выращенных культур, но и их качеством.

Целевое предназначение сельскохозяйственной культуры определяет стандартные требования, предъявляемые к этой культуре. Эти нормы в первую очередь связаны с химическим анализом состава урожая, оценкой соотношения различных показателей качества зерна (содержание белка, жира, клетчатки, золы), которые накапливаются в плодах культуры в процессе жизненного цикла растения. Способность растений к созданию и накапливанию химических веществ определяется специфическим типом метаболизма и, соответственно, зависит как от самой культуры, так и от условий её произрастания [1].

Природно-климатические условия и плодородные земли Краснодарского края позволяют выращивать практически все зерновые и технические культуры. Среди злаковых самыми распространенными являются пшеница и кукуруза, а среди масличных культур – подсолнечник и соя. При производстве растительных масел (из подсолнечника и сои) получаются отходы – жмыхи и шроты, которые используются в качестве добавок в корма и комбикорма. Семена злаковых, масличных культур, а также продукты их переработки могут быть загрязнены токсичными элементами в процессе выращивания в почве с избыточным содержанием тяжелых металлов. Для обеспечения безопасности зерна необходимо проводить санитарный контроль. Среди тяжелых ме-44

таллов особое внимание уделяют контролю таких токсичных элементов, как свинец, ртуть и кадмий, которые обладают высокой способностью накапливаться в организме при длительном поступлении пищи [2]. В Российской Федерации разработан технический регламент Таможенного союза «О безопасности зерна», который распространяется на зерно, используемое для пищевых и кормовых целей и устанавливает требования к зерну, к процессам производства, хранения в целях экологической безопасности [3].

Данная работа является продолжением ранее начатых исследований, посвященных изучению биохимических показателей в семенах пшеницы, кукурузы, подсолнечника, сои, а также жмыха и шрота подсолнечного и комбикорма для свиней в урожае 2020 г. По окончанию данных исследований нами были отмечены различия в биохимическом составе опытных образцов. Так, например, в семенах пшеницы массовая доля сырого протеина и сырой клетчатки выше, чем в семенах кукурузы, в 1,22 и 1,55 раза соответственно, но в семенах кукурузы массовая доля жира выше в 2,57 раза [4]. На следующем этапе исследования было решено провести сравнительную оценку показателей качества и безопасности семян за 2 года. Поэтому целью данной работы стала сравнительная оценка показателей качества и безопасности семян злаковых, масличных культур и продуктов их переработки (за два года).

Материалы и методы. Исследования проводили в 2019 и 2020 гг. на базе отдела химико-токсикологических исследований в лаборатории ФГБУ «Краснодарская межобластная ветеринарная лаборатория». Объектами исследования служили семена злаковых культур (пшеницы, кукурузы), семена масличных культур (подсолнечника, сои) и продукты их переработки (жмых и шрот подсолнечные и комбикорм для свиней). За два года было проанализировано 268 образцов злаковых культур, 379 образцов масличных культур и 688 образцов продуктов их переработки.

Определяли содержание пяти показателей качества: влаги, сырого протеина, сырого жира, сырой клетчатки, сырой золы в пересчете на абсолютно сухое вещество, а также золы, нерастворимой в растворе соляной кислоте, и двух показателей безопасности: токсичных элементов – кадмия и ртути.

Определение массовой доли влаги в семенах злаковых культур проводили по ГОСТ 13586.5-2015 [5], масличных культур – по ГОСТ 10856-96 [6], в жмыхе и шроте – по ГОСТ Р 54705-2011 [7], в комбикормах – по ГОСТ Р 54951-2012 [8]. Для выполнения анализа применяли анализатор влажности HG-53 («Mettler-Toledo», Швейцария) и сушильной шкаф «СЭШ-3МК» (ФОП Ключкин А.И., Украина). Массовую долю сырого протеина в семенах злаковых и масличных культур определяли по ГОСТ 10846-91 [9], в продуктах их переработки (жмых, шрот подсолнечные и комбикорм для свиней) – по ГОСТ 13496.4-2019 [10]. Массовую долю сырого жира в семенах злаковых культурах вычисляли по ГОСТ 29033-91 [11], масличных – по ГОСТ 10857-64 [12]; в жмыхе и шроте подсолнечных – по ГОСТ 13496.15-2016 [13], в комбикорме для свиней – по ГОСТ 32905-2014 [14]. Для данного исследования применяли аппарат Сокслета R 106S (BehrLabor-Technik, Германия). Определение массовой доли клетчатки проводили на анализаторе «Gerhard FBS6» (Gerhard, Германия) в соответствии с ГОСТ 31675-2012 [15]. Массовую долю сырой золы (золы, нерастворимой в растворе соляной кислоты) в семенах злаковых и масличных культур находили по ГОСТ 10847-2019 [16], в жмыхе и шроте подсолнечных – по ГОСТ 13979.6-69 [17], в комбикорме для свиней – по ГОСТ 26226-95 [18]. Содержание сырой золы определяли на комплексе пробоподготовки «Темос-Эксп-ресс ТЭ-1» («ИТМ», г. Томск). Содержание кадмия в семенах злаковых и масличных культур определяли в соответствии с ГОСТ 30178-96 [19], в продуктах перера- ботки (жмых, шрот, комбикорм) – по ГОСТ 30692-2000 [20]. Анализ проводили с помощью атомно-абсорбционного спектрометра «AAnalyst800» (Perkin Elmer, США). Определение содержания токсичного элемента ртути проводили по ГОСТ 34427-2018 «Продукты пищевые и корма для животных. Определение ртути методом атомно-абсорбционной спектрометрии на основе эффекта Зеемана» [21]. Все исследования проводили на анализаторе ртути «РА-915М» (ООО «Люмэкс-Маркетинг», Россия, г. Санкт-Петербург).

Все полученные данные были обработаны методом вариационной статистики по Стьюденту [22].

Результаты и обсуждение. Все объекты исследования (пшеница, кукуруза, подсолнечник, соя, жмых подсолнечный, шрот подсолнечный, комбикорм для свиней) были объединены в три экспериментальные группы: злаковые культуры, масличные культуры, продукты их переработки.

В таблице 1 представлены результаты биохимического анализа злаковых культур, масличных культур и продуктов их переработки за 2019 год.

Таблица 1

Биохимический анализ семян злаковых, масличных культур и продуктов их переработки (урожай 2019 г.)

Экспериментальная группа	Показатели, %, мг/кг (x̄ ± m)
	массовая доля					содержание
	влаги	сырого протеина	сырого жира	сырой клетчатки	сырой золы (нерастворимой в соляной кислоте)
						кадмия	ртути
Злаковые	11,43 ±	12,04 ±	3,82 ±	2,25 ±	1,71 ±	0,06 ±	0,025 ±
культуры	0,12 *	0,12 7*	0,17 *	0,04 *	0,03 *	0,00	0,00 **
Масличные	7,72 ±	32,94 ±	39,58 ±	15,26 ±	5,95 ±	0,05 ±	0,02 5±
культуры	0,10 *	0,63 *	0,77 *	1,17 *	0,02 *	0,00 *	0,00 **
Продукты	9,05 ±	36,87 ±	5,89 ±	14,07 ±	0,41 ±	0,18 ±	0,025 ±
переработки	0,16 *	0,64 *	0,27 *	0,38 **	0,01	0,00 *	0,00 **

Примечание : * – р ≤ 0,01 значимость различий между показателями семян злаковых и масличных культур, показателями семян масличных культур и продуктов переработки, показателями продуктов переработки и семян злаковых культур; ** – р ≤ 0,05 значимость различий между показателями семян злаковых и масличных культур, показателями семян масличных культур и продуктов переработки, показателями продуктов переработки и семян злаковых культур

Результаты исследования за 2019 г. показали, что значения биохимических показателей по изученным объектам были разными. Так, массовая доля влаги в се- менах злаковых культур была достоверно выше в сравнении с показателями других экспериментальных групп - 11,43 ± 0,12 %. Ее содержание в семенах масличных культур составило - 7,72 ± 0,10 % (р < 0,01). Разница в массовой доле влаги, возможно, связана с тем, что в масличных семенах перераспределение влаги в процессе созревания между ядром и оболочкой является следствием накопления в ядре гидрофобного масла. В оболочке гидрофобные вещества накапливаются менее интенсивно, поэтому к концу созревания лузга сохраняет способность к поглощению воды [23].

Массовая доля сырого протеина составляла в семенах злаковых культур 12,04 ± 0,12 %, а масличных - в 3 раза больше (32,94 ± 0,63 %, р < 0,01). Значительное же количество протеина отмечалось в продуктах переработки (36,87 ± 0,64 %), так как жмых и шрот подсолнечные являются продуктами с высоким содержанием белка, в состав которого входят незаменимые для человека и животных аминокислоты [24].

При изучении массовой доли сырого жира самое высокое значение отмечено в семенах масличных культур - 39,58 ± 0,77 %, в то время как в семенах злаковых - 3,82 ± 0,17 %, в продуктах переработки - 5,89 ± 0,27 % (значимость различий составила р < 0,01). Повышенное (в 9 раз) содержания жира в семенах масличных культур объясняется тем, что жиры являются запасным продуктом у семян масличных растений.

Массовая доля сырой клетчатки в семенах масличных культур и продуктах их переработки выше в 6,78 и 6,25 раз, а в сравнении со значением этого показателя в семенах злаковых культур - 2,25 ± 0,04 %, значимость различий составила р < 0,05.

Массовая доля сырой золы в семенах масличных культур составила 5,95 ± 0,02 %, что выше значений, полученных для семян зерновых культур (1,71 ± 0,03 %) и продуктов переработки (0,41 ± 0,01 %).

Такие изменения, возможно, связаны с тем, что содержание золы в растениях подвержено значительным колебаниям в зависимости от их биологических особенностей, стадии развития, условий выращивания и органа растения [25].

Тяжелые металлы и их соединения являются токсичными элементами [26], способными накапливаться в грунтах, растениях, и в достаточно больших количествах могут поступать в организм человека и животного. Низкое содержание кадмия было отмечено в семенах масличных (90,05 ± 0,00 %) и зерновых культур (0,06 ± 0,00 %) (р < 0,01), значительно большее количество в продуктах переработки (0,18 ± 0,00 %). Однако полученные нами значения не превышали пределы допустимых концентраций, которые равны не более 0,5 мг/кг. Кадмий в почве может содержаться в небольшом количестве [27].

Концентрация ртути во всех группах исследования составила 0,025 ± 0,00 мг/кг (р < 0,05), что в несколько раз ниже максимально допустимого уровня.

В ходе дальнейшего исследования было проведено сравнение показателей качества и безопасности семян зерновых, масличных культур и продуктов их переработки, полученных для урожая 2019 г., с показателями семян урожая 2020 г. (табл. 2).

Высокое содержание влаги (9,39 ± 0,16 %) отмечено в продуктах переработки, наименьшее - в семенах злаковых культур (5,31 ± 0,12 %) (значимость различий составила р < 0,01), среднее - в семенах масличных культур (7,48 ± 0,10 %). Обращает на себя внимание тот факт, что в предыдущем (2019) году содержание влаги в семенах масличных культур и в продуктах переработки не изменилось, а содержание влаги в семенах злаковых культур уменьшилось в 2 раза (2019 г. - 11,43 ± 0,12 %; 2020 г. - 5,31 ± 0,12 %). Возможно, такие результаты связаны с морфолого-анатомическими особенностями строения семян.

Так, в семенах масличных культур все запасные вещества сосредоточены в семядолях, а покровные ткани семян расположены на границе с внешней средой и выполняют защитные функции, так как в состав покровных тканей масличных семян входят липиды, которые обеспечивают непроницаемость для воды и кислорода воздуха. В то время как в семенах зерновых культур биохимические процессы (в том числе дыхание) продолжаются после уборки и при хранении урожая.

Таблица 2

Биохимический анализ семян злаковых, масличных культур и продуктов их переработки (урожай 2020 г.)

Экспериментальная группа	Показатели, %, мг/кг (x̄ ± m)
	массовая доля					содержание
	влаги	сырого протеина	сырого жира	сырой клетчатки	сырой золы (нерастворимой в соляной кислоте)
						кадмия	ртути
Злаковые	5,31 ±	13,03 ±	4,22 ±	2,49 ±	1,83 ±	0,05 ±	0,025 ±
культуры	0,12*	0,16*	0,22*	0,06*	0,03*	0,00**	0,00**
Масличные	7,48 ±	37,42 ±	38,81 ±	14,44 ±	6,01 ±	0,05 ±	0,025 ±
культуры	0,10*	0,79*	0,97*	1,08*	0,02*	0,00*	0,00**
Продукты	9,39 ±	33,77 ±	5,46 ±	15,27 ±	0,37 ±	0,18 ±	0,025 ±
переработки	0,16*	0,66*	0,25*	0,41**	0,01	0,00*	0,00**

Примечание: * – р ≤ 0,01 значимость различий между показателями семян злаковых и масличных культур, показателями семян масличных культур и продуктов переработки, показателями продуктов переработки и семян злаковых культур; ** – р ≤ 0,05 значимость различий между показателями семян злаковых и масличных культур, показателями семян масличных культур и продуктов переработки, показателями продуктов переработки и семян злаковых культур

Из данных таблицы 2 видно, что массовая доля сырого протеина в семенах злаковых культур составляла 13,03 ± 0,16 %, в семенах масличных – 37,42 ± 0,79 % (самый высокий показатель), в продуктах их переработки – 33,77 ± 0,66 %, значимость различий во всех случаях была достоверной и составила р ≤ 0,01. Сравнивая результаты за два года, следует отметить, что данный показатель в семенах злаковых культур и продуктах переработки практически не изменился, а в семенах масличных культур повысился на 5 %. Стоит отметить, что содержание белка в жмыхе и шроте подсолнечных больше, чем в семенах зерновых культур, в 3 раза.

Наши данные совпали с результатами исследований, полученными В.Г. Щербаковым [28].

Массовая доля жира в течение двух лет исследования незначительно различалась в семенах злаковых культур и продуктах переработки (в 1,3 раза), но в сравнении с концентрацией жира в семенах масличных культурах – 9,2 раза и 7,1 раза соответственно (значимость различий составила р ≤ 0,01).

В семенах злаковых культур среднее содержание сырой клетчатки почти в 10 раз меньше, чем в семенах масличных культур, а в сравнении с продуктами переработки – в 5,8 раз. Достоверно значимые различия в значениях биохимических показателей составляли р ≤ 0,01. При сравнении массовой доли клетчатки в семенах масличных культур и продуктах переработки урожаев 2019 и 2020 гг. значимых различий нами отмечено не было.

Максимальная массовая доля сырой золы в исследованиях 2020 г. была отмечена в семенах масличных культур (6,01 ± 0,02 %), в семенах злаковых культур она составила 1,83 ± 0,03 % (р ≤ 0,01), еще меньшее ее значение было в продуктах переработки. Можно предположить, что значения данного биохимического показателя отличаются в виду особенностей культур, так как во многих сельскохозяйственных растениях зола содержится в количестве 3–6 % на сухое вещество. Значения массовой доли сырой золы по годам исследования (2019–2020) практически не различались.

Среднее количество кадмия и ртути в семенах и продуктах переработки в 2020 г. не выходило за пределы допустимых значений и практически не отличалось от результатов исследований 2019 г., что может свидетельствовать об адекватном уровне техногенной нагрузки и буферной способности почв [29].

Выводы. Биохимические исследования являются главной составляющей в реализации целевого предназначения сельскохозяйственных культур, так как играют ведущую роль в определении качества и безопасности зерна и продуктов его переработки.

По результатам проведенного исследования были получены следующие результаты:

• 1.    Отмечены высокие значения массовой доли:

• -    влаги – в семенах злаковых культур и продуктах их переработки;

• -    сырого протеина и сырой клетчатки – в семенах масличных культур и продуктах их переработки;

• -    сырого жира и сырой золы – в семенах масличных культур.

• 2.    Отмечены значимые изменения значений показателей качества и безопасности в двухгодичной динамике: в семенах злаковых культур и продуктах переработки – массовая доля влаги, в семенах злаковых и масличных культур – массовая доля сырого жира, сырой клетчатки, сырой золы; содержание кадмия и ртути во всех группах исследования практически не изменялись.

Содержание токсичных элементов не превышало пределов допустимых концентраций.