Пектиновые вещества в плодах Cucurbita maxima Duch. в условиях северо-запада России

Оригинальная статья / Original article УДК 635.624:664.292 (470.2)

Семейство Cucurbitaceae включает в себя группу сельскохозяйственных культур, таких как тыква, огурец и дыня, которые применяются в медицине. Растения этого семейства обладают многими целебными и питательными свойствами, которые определяются комплексом содержащихся в их плодах биологически и фармакологически активных веществ. разнообразных по своему химическому строению. Тыква – это важный продукт питания, который ценен не только благодаря содержанию множества функциональных элементов, но и имеет экономическую значимость как недорогой источник пектина [1-5].

Результаты исследований аналитических характеристик выделенного из тыквы пектина казахскими учеными показали, что степень этерификации в них составила 37,94%, поэтому сорта тыквы следует относить к низкоэтерифицированным (Е менее 50%). Однако выделенный пектин имеет высокую комплексообразующую способность – 370 мг Pb2+/г, что характеризует его высокие детоксикационные свойства. Эту способность следует учитывать при разработке пектиносодержащих продуктов функционального назначения [13].

На состав, строение и физиологические свойства пектина влияют методы его извлечения и эколого-географические условия выращивания. Содержащиеся в растениях пектиновые вещества формируют определённые аспекты осуществления в них жизненных процессов. Например, устойчивость растительных организмов к засухе или к длительному содержанию в определённых условиях [14, 15].

В настоящее время на территории Российской Федерации пектин не производится, хотя годовая потребность в нём составляет от 3 до 8 тыс. тонн [16,17]. Основным источником получения пищевого пектина и пектинсодержащего концентрата является растительное сырьё. Важно е место в увеличении выпуска пектиносодержащих пищевых изделий функционального назначения в Ро ссии принадлежит, в основном, яблочному пектину [18]. Эффективным сырьем для производства пектина является тыква – культура неприхотливая в выращивании и дающая стабильные и высокие урожаи. Она с успехом выращивается в самых различных климатических условиях, начиная от зоны таёжных лесов и заканчивая сухой степью. В отдельные годы тыква обеспечивает урожай до 1000 ц плодов с гектара при совсем небольших затратах.

Задачей нашего исследования было изучение общего содержания пектиновых веществ в плодах тыквы C. maxima Duch., выращенных в условиях СевероЗападного региона России, который характеризуется коротким вегетационным периодом и невысокой суммой активных температур, с целью предварительного отбора материала для селекционных программ по расширению линейки биофункциональных продуктов.

Цель исследования – выявить особенности накопления пектиновых веществ у образцов наиболее хозяйственно значимого вида тыквы C. maxima из коллекции ВИР. Выделить образцы с высоким содержанием пектинов, которые могут быть использованы как исходный материал при создании новых сортов тыквы для расширения ассортимента функциональных продуктов пита-ния,пригодных к выращиванию в зонах с неблагоприятными климатическими условиями.

Материалы и методы

Исследования проводили в 2020–2022 гг. в лаборатории биохимии ВИР. Объект исследований – 56 образцов C. maxima различного географического происхождения из мировой коллекции ВИР (Табл.1).

Таблица 1. Список образцов C. maxima из коллекции ВИР, использованных в качестве исследовательского материала Table 1. List of C. maxima accessions from the VIR collection used as research material

Происхождение	Число образцов
Россия	9
Китай	21
Франция	7
Таджикистан	6
Нидерланды	3
Кыргызстан	2
Пакистан	2
Аргентина	2
Канада	2
Узбекистан	1
Зимбабве	1

Образцы для изучения выращивали на полях научнопроизводственной базы «Павловские и Пушкинские лаборатории ВИР» (г. Санкт-Петербург, Пушкин). Почвы опытного поля дерново-слабоподзолистые, супесчаные по механическому составу, с нейтральной кислотностью (pH =7,1–7,6). Мощность гумусного горизонта 23–47 см, содержание гумуса 2,1–3,0%. Обеспеченность подвижными формами калия средняя, фосфора – высокая.

Климат в этом агроклиматическом районе характеризуется умеренно-теплым, в отдельные годы прохладным летом. Самый теплый месяц года – июль, со средней многолетней температурой воздуха 16,5–17,7oС. Сумма положительных температур 2100–2300oС. Период с температурой выше 10oС длится 105–115 дней. Сумма осадков за вегетационный период 550–600 мм в год.

Посев образцов, агротехнические приемы по уходу за растениями, изучение, сбор и подготовку растительного материала для биохимических исследований осуществляли по методикам, разработанным в ВИР [19]. Растения выращивали на двурядных делянках по 5 растений в ряду, всего 10 растений на делянке. Схема посева 2×1,4 м. Посев проводили 23-25 мая. Появление всходов было отмечено на 6-8 день. Уборка плодов проводилась на стадии полной спелости.

Методы исследований: биохимический анализ проводили в отделе биохимии и молекулярной биологии ВИР. Образцы были обработаны и проанализированы, как описано ранее [20]: Содержание сухого вещества муки определяли методом, основанном на взвешивании части измельченной средней пробы до и после высушивания при температуре 100–105°C, до постоянной массы. Сахара определяли по Бертрану. Метод основан на способности редуцирующих сахаров, обладающих свободной карбонильной группой, восстанавливать в щелочном растворе окисную медь в закисную. Общую (титруемую) кислотность – титрованием экстракта 0,1 н щелочью, с пересчетом на яблочную кислоту. Аскорбиновую кислоту – методом прямого извлечения из растений 1% соляной кислотой, с последующим титрованием с помощью 2,6-дихлориндофинола (реактив Тильманса). Каротиноиды были выделены с помощью 100% ацетона, и их абсорбция была измерена на спектрофотометре Ultrospec II при длине волны 440 нм. Определение пектиновых веществ проводили карбо-зольным методом, который основан на получении специфического фиолетово-розового окрашивания уроновых кислот с карбазолом в сернокислой среде.

Статистическая обработка полученных результатов проведена с использованием программы Microsoft Excel.

Результаты и обсуждение

Мякоть плодов C. maxima содержит 70-96% воды и 430% сухого вещества, в состав которого входят (в % на сырое вещество): 0,4-13 сахаров, 0,05-2,76 общей кислотности, 4,0-66,8 мг на 100 г аскорбиновой кислоты, 0,2-17 мг на 100 г каротина, 0,05-0,97 пектиновых веществ [21].

В наших исследованиях по химическому составу разные сорта тыквы C. maxima сильно различались между собой. Плоды тыквы характеризовались наибольшей

Таблица 2. Cодержание основных биохимических веществ в плодах C. maxima (данные приведены на сырое вещество) Table 2. Content of the main biochemical substances in C. maxima fruits (data are given for raw matter)

Показатели среднее min – max CV, % Масса плода, кг 4,74 0,86-12,40 67,1 Сухое вещество, % 15,21 4,20-29,96 42,0 Моносахариды, % 4,20 1,75-6,35 24.2 Дисахариды, % 3,31 0,00-10,20 74,3 Сумма сахаров, % 7,51 2,62-13,21 31,7 Титруемая кислотность, в % на яблочную кислоту 0,13 0,06-0,44 46,1 Аскорбиновая кислота, мг/100 г 17,32 3,54-36,00 50,5 Каротиноиды, мг/100 г 12,59 2,01-31,13 64,7 Сумма пектинов, % 0,38 0,05-0,94 55,3 массовой долей сухого вещества (15,21±6,39%). Основная часть сухого вещества приходится на содержание сахаров (сахарозы и редуцирующих сахаров – глюкозы и фруктозы), причем процентное соотношение их различно для каждого сорта. Большая часть сортов тыквы относятся к группе источников высокопитательных углеводов. Из таблицы 2 видно, что в 1 кг тыквы накапливается от 26 до 132 г легкоферментируемых сахаров при существенных колебаниях в зависимости от сорта. Одновременно тыква является хорошим источником каротиноидов и витамина С, а также органических кислот.

В нашем исследовании тыква рассматривается как сырьевой источник пектиновых веществ (технологически важный показатель качества), которые в тыкве представлены нерастворимым протопектином (клеточные стенки) и растворимым в воде пектином. Диапазон изменчивости пектинов (табл.3) варьировал от 0,59 до 4,24% на а.с.в. (на абсолютно сухое вещество) и в среднем составлял 2,38%.

Следует отметить, что практически у всех исследуемых образцов количество протопектина преобладает над содержанием растворимого пектина, что свидетельствует о твёрдости плодовой мякоти и хороших технологических качествах. Доля протопектина от

Таблица 3. Cодержание пектиновых веществ в плодах C. maxima (в % на а.с.в.)

Table 3. Content of pectin substances in C. maxima fruits (in % per absolutely dry matter)

Пектиновые вещества среднее min – max CV, % Водорастворимые пектины 0,89 0,24-1,36 24,7 Протопектины 1,49 0,35-3,37 49,7 Сумма пектинов 2,38 0,59-4,24 32,5 суммы пектиновых веществ у изучаемых сортов составляет в среднем 60%, с размахом от 38 до 85%. Эти данные свидетельствуют о том, что плоды тыквы C. maxima можно использовать для промышленной переработки с целью получения пектина и пектинопродуктов.

Водорастворимые пектины накапливались в плодах от 0,24 до 1,36% на а.с.в., в среднем 0,89%. Максимальный уровень содержания наблюдался в пяти сортах (более 1,2%): Испанка из Узбекистана (к-3727), Сие-хуа-ме из Китая (к-5291), Nelson F1 из Нидерландов (к-5573), «2013-1» из Китая (к-5288) и Местная из Таджикистана (к-5497).

Содержание протопектина изменялось от 0,35 до 3,37% и в среднем составляло 1,49%. Высокое содержание этого показателя было отмечено в трех образцах тыквы (более 3%): Куриджиман из Франции (к-5569), Queensland Blue из Зимбабве (к-5585) и Крошечка-Хаврошечка из России (к-5642).

По общему содержанию пектиновых веществ на момент полной зрелости из исследованных сортов лидирующее положение занимают те же три образца тыквы, что и по содержанию протопектинов (более 3,8%): Куриджиман из Франции (к-5569), Queensland Blue из Зимбабве (к-5585) и Крошечка-Хаврошечка из России (к-5642). Они превзошли по этому показателю стандартный сорт Волжская серая 92 на 9-11%. По урожайности эти образцы превышали стандартный сорт на 27-59%. Выход пектиновых веществ с 1м2 (в расчете на сырое вещество) у них составил: Куриджиман – 0,04 кг, Queensland Blue – 0,09 кг, Крошечка-Хаврошечка – 0,13 кг, Волжская серая 92 – 0,025 кг.

Соотношение содержания сахаров, органических кислот и пектиновых веществ влияет на студнеобразующую способность пектиновых веществ. Для анализа данного показателя определили сумму сахаров, кислотность исследуемых плодов (в пересчете на яблочную кислоту) и установили соотношение указанных веществ в свежих плодах тыквы (рис. 1). При обработке полученных результатов содержания массовой доли пектина, кислот (в пересчете на яблочную кислоту) и общего сахара, было выявлено следующее соотношение пектины : органические кислоты : сахара (при расчете на 1 долю пектина): 1:0,3:19,8. Данное соотношение в выделенных сортах представлено в таблице 4.

От показателей качества, представленных на рисунке 1, зависит способность нативных пектиновых

Таблица 4. Соотношение пектины : органические кислоты : сахара в выделившихся образцах

Table 4. Ratio of pectins : organic acids : sugars in isolated samples

Сорт	Соотношение
Испанка	1 : 0,15 : 15,08
Сие-хуа-ме	1 : 0,10 : 15,92
Nelson F1	1 : 0,45 : 23,57
«2013-1»	1 : 0,37 : 19,93
Местная	1 : 0,41 : 29,66
Куриджиман	1 : 0,31 : 8,91
Queensland Blue	1 : 0,18 : 7,67
Крошечка-Хаврошечка	1 : 0,15 : 10,52

■ Общая кислотность И Сумма сахаров М Сумма пектинов

Рис.1. Содержание биохимических веществ в плодах тыквы (в среднем,в % на сырое вещество).

веществ, содержащихся в свежих плодах тыквы, к студ-необразованию. Следует отметить, что слабое студне-образование в тыкве связано в основном с низким содержанием органических кислот.

Результаты нашего исследования показали, что на содержание пектинов (рис.2) оказывают существенное влияние экологические условия года выращивания.

Рис.2. Содержание пектиновых веществ в плодах C. maxima,в зависимости от года выращивания (в среднем,в % на а.с.в.)

Оценка экспериментальных данных по взаимосвязи показателя «пектиновые вещества» с хозяйственноценными признаками представлена в табл. 5. Выявлена невысокая отрицательная корреляция (от -0,28 до -0,37) между пектиновыми веществами и массой плода тыквы; высокая положительная корреляция (от +0,69 до +0,88) между пектиновыми веществами и массой сухого вещества; средняя положительная корреляция (от +0,28 до +0,68) между пектиновыми веществами и суммарным содержанием сахаров.

Таблица 5. Взаимосвязь пектиновых веществ с хозяйственно-ценными признаками Table 5. The relationship of pectin substances with economically valuable traits

	Водорастворимые пектины	Протопектины	Сумма пектинов
Масса плодов	-0,28	-0,35	-0,37
Сухое вещество	0,88	0,69	0,83
Сумма сахаров	0,68	0,28	0,44

Выводы

Проведенные исследования показали,что в условиях Северо-Западного региона России у образцов тыквы C. maxima выявлена высокая сортовая изменчивость (от 0,59 до 4,24% на а.с.в.) по содержанию пектиновых веществ. Содержание растворимых пектинов находилось в пределах – 0,24-1,36%. Уровень накопления протопектина в зависимости от генотипа и условий вегетационного периода составил 0,35-3,37%. Изучение показало, что количественные и качественные показатели пектина главным обра- зом зависят от генотипа. Отмечена изменчивость этого признака под влиянием погодных условий. Выделены сорта с высоким содержанием пектиновых веществ в плодах,из них наибольшую ценность представляют сортообразцы, накапливающие большое количество пектинов, обладающие стабильностью этого признака по годам и высокой урожайностью. Этим характеристикам отвечают 3 сорта: Куриджиман из Франции (к-5569), Queensland Blue из Зимбабве (к-5585) и Крошечка-Хаврошечка из России (к-5642).

Alla E. Solovyeva – Cand. Sci. (Biology), Senior Researcher at the Department of Biochemistry and Molecular Biology, ,

ResearcherID is: B-8742-2017,

Tatiana M.Piskunova – Cand. Sci. (Agriculture),

Leading Researcher, Department of Genetic Resources of Vegetable and Melon Crops, ,