Способ обогащения селеном овощей и злаков
Владельцы патента RU 2451442:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет" (ТГУ) (RU)
Изобретение относится к растениеводству закрытого грунта и может применяться в сельском хозяйстве, пищевой промышленности, кормопроизводстве, медицине, ветеринарии, биотехнологии. Способ позволяет повысить продукционный процесс растений и пищевую ценности продуктов, произведенных на основе растительного сырья. Способ обогащения селеном овощей и злаков состоит в обработке семян или корней растений. Обработку семян проводят раствором с содержанием селена в ряду концентраций между 0,4 и 40 мг/л, с последующим высевом семян в почву и выращивание под действием света, обогащенного диапазоном волн с длиной 600-700 нм и полученного от люминесцентных ламп при интенсивности 240 мкмоль/м2с или светокорректирующих полиэтиленовых пленок при естественном освещении закрытого грунта. Обработку корней проводят жидким питательным раствором с содержанием соли селена в концентрациях от 0,001 до 1 мг/л в процессе выращивания под действием света с длиной волны в диапазоне 600-700 нм, полученного от люминесцентных ламп при интенсивности 240 мкмоль/м2с. 2 ил., 3 табл., 3 пр.
Изобретение относится к сельскому хозяйству, прежде всего к растениеводству закрытого грунта, к способам повышения продукционного процесса растений и пищевой ценности продуктов, произведенных на основе растительного сырья, и может применяться в сельском хозяйстве, пищевой промышленности, кормопроизводстве, медицине, ветеринарии, биотехнологии.
Известен способ повышения содержания селена в доннике лекарственном (Патент РФ 2340152, опубл. 10.12.2008, А01С 21/00, А01N 59/02), который включает обработку растений водным раствором соли селена, причем раствор соли селена вносят под корень растения в фазе начала цветения в концентрации селена 0,5-4,1 мг/дм2 почвы с последующим обильным поливом водой.
Недостатками известного способа является то, что внесение селена в почву с последующим обильным поливом может служить источником загрязнения почвы селеном, особенно в регионах с нормальным или повышенным содержанием этого микроэлемента. Кроме того, обильный полив снижает содержание питательных элементов в зоне корней, а следовательно, требует дополнительного внесения удобрений, что экономически не рационально (дополнительные затраты на полив и удобрения).
Известен способ обогащения чеснока и корнеплодов селеном (Патент РФ 2189155, опубл. 20.09.2002, A23L 1/304, А01С 1/00), который включает замачивание луковиц и корнеплодов в течение 48 ч в растворе соли селена и для замачивания используют 1%-ный раствор селената натрия, приготовленного на электроактивированной воде с рН 8,0. В известном способе использование электроактивированной воды и высоких концентраций селена требует усложнения способа обработки растительных объектов и решения проблемы очистки сточных вод от высокой концентрации селена, а также возможного накопления неорганических форм селена.
Известен способ обогащения селеном овощей (Патент РФ 2218764, опубл. 20.12.2003, A01N 59/02, A01N 61/00), выбранный в качестве прототипа. Способ состоит в обработке вегетирующих растений водным раствором соли селена с содержанием селена в ряду концентраций между 1 и 200 г селена на кубический метр раствора. Указанный раствор, помимо соли, содержит растительный экстракт в пропорции 0,1-10% для увеличения поступления селена в растения, стимулирования роста и защиты растения.
Недостатком известного изобретения является сложный способ получения вытяжки из растений и дополнительные затраты на его осуществление.
Задачей настоящего изобретения является разработка способа обогащения селеном овощей и злаков с целью расширения ассортимента продуктов, обогащенных селеном, и улучшения их качества.
Поставленная задача решается тем, что способ обогащения селеном овощей и злаков состоит в обработке семян или корней растений водным раствором соли селена, но в отличие от прототипа обработку семян проводят раствором с содержанием селена в ряду концентраций между 0,4 и 40 мг/л, с последующим высевом семян в почву и выращивание под действием света с длиной волн в диапазоне 600-700 нм, полученного от люминесцентных ламп с интенсивностью 240 мкмоль/м2c или светокорректирующих полиэтиленовых пленок при естественном освещении закрытого грунта. Возможно, проводить обработку корней питательным раствором с содержанием селена в концентрациях от 0,001 до 1 мг/л в процессе выращивания под действием света с длиной волн в диапазоне 600-700 нм, полученного от люминесцентных ламп при интенсивности 240 мкмоль/м2c.
Способ может найти применение в получении овощной продукции, обогащенной селеном, что позволяет использовать ее для коррекции селенодефицита в питании человека и животных.
Для обогащения растений селеном применяли селенит натрия, что было обусловлено его большей эффективностью встраивания в органические соединения по сравнению с селенатом натрия. Именно органическая форма селена наиболее усвояемая форма данного микроэлемента.
Введение селена осуществляют с помощью предпосевной обработки семян селенитом натрия с последующим их культивированием в почве или добавлением данной соли в питательный раствор в случае водной культуры. Осуществляют культивирование растений под светом, который обогащен красной областью фотосинтетически активной радиацией, на жидкой среде, содержащей селенит натрия, или выращивание из семян, предварительно обработанных селеном. В качестве источника селективного света могут выступать или дополнительно к естественному освещению равномерно размещенные красные люминесцентные лампы (например, TL-D 36W/15 фирмы Philips) или сочетание красных и белых (например, TL-D 36W/54-765 фирмы Philips) люминесцентных ламп (2:1) или естественный свет, прошедший через светокорректирующее пленочное покрытие теплиц. Последний корректор света может быть получен промышленно с использованием светопреобразующих люминофоров, поглощающих ультрафиолетовое излучение солнечного спектра в диапазоне 370-410 нм и излучающих в красной области спектра в диапазоне 600-700 нм, при этом максимум должен приходится на 615-680 нм. В этой области активной люминесценции пленок наблюдаются максимумы поглощения регуляторных пигментов фитохромов А-Е, а также фотосинтезирующих пигментов хлорофиллов а и b, что приводит к ускорению развития растений и усилению активности их фотосинтеза. Реализация способа может быть иллюстрирована следующими примерами.
Пример 1:
Испытывают действие света в области 600-700 нм на аккумуляцию селена растениями салата сорта Гурман при естественном освещении в почвенной культуре. Контролем служат растения, выросшие при естественном освещении закрытого обычной полиэтиленовой пленкой грунта.
Опытом служат растения, выросшие под светокорректирующей пленкой толщиной 0,120 мм, преобразующей за счет внедрения полимерной композиции (0,1% (по массе) фотолюминофора на основе комплексного соединения нитрата европия с 1,10-фенатролином (Еu(NО3)3Рhеn2) УФ-А (370-410 нм) в красную область спектра с интенсивностью люминесценции излучения 0,007 Вт/м2 (макс. 615 нм, Рисунок 1). Увеличение доли фотосинтетически активной радиации на малую величину может вызывать изменения в протекании низкоэнергетических реакций, связанных с фоторегуляторными пигментами, отвечающими за индивидуальное развитие растений.
Растения салата выращивают из семян, предварительно, выдержанных в течение 10 ч при продувании воздухом в дистиллированной воде и обработанных 1 час водой (контроль) или раствором селенита натрия (40 мг/л - опыт). Семена высевают в теплицу на дерново-подзолистую почву.
По достижении растений салата технической спелости (формирование розетки) растения собирают, промывают проточной дистиллированной водой, высушивают при комнатной температуре и измельчают. Определяют содержание селена в средних пробах, что отражено в таблице 1.
В заявленном способе одновременно с решением основной задачи - обогащение растений селеном в период вегетации методом предпосевной обработки семян селенитом натрия осуществляется и улучшение качества продукции. Таблица 1 показывает, что использование светокорректирующей пленки, увеличивающей долю красной области фотосинтетически активной радиации в солнечном спектре, повышает аккумуляцию селена и образование биологически активных веществ (аскорбиновой кислоты, каротиноидов) по сравнению с традиционно используемой полиэтиленовой пленкой. Для аскорбиновой кислоты показаны антиоксидантные свойства в радикальных реакциях, индуцированных химическими реактивами и ионизирующим излучением, что служит подтверждением повышения качества пищевой продукции.
Пример 2:
Испытывают действие света в области 600-700 нм на аккумуляцию селена растениями капусты сорта Точка при искусственном освещении в почвенной культуре. Контролем служат растения, выросшие при досветке синим светом, полученным от ламп фирмы Philips (рисунок 2) в сочетании с белыми люминесцентными лампами (1:1), суммарной интенсивностью 240 мкмоль/м2c и фотопериодом 16 ч в лабораторных условиях. Опытом служат растения, выросшие при досветке красным светом, полученным от ламп фирмы Philips (рисунок 2) в сочетании с белыми люминесцентными лампами (2:1), суммарной интенсивностью 240 мкмоль/м2c и фотопериодом 16 ч в лабораторных условиях.
Растения капусты выращивают из семян, предварительно, выдержанных в течение 10 ч при продувании в дистиллированной воде и обработанных 1 час водой (контроль) или раствором селенита натрия (обработка семян 20 мг/л селенит натрия - опыт). Семена высевают в готовый нейтральный почвогрунт «Пальма» (продукция ЗАО «МНПП «ФАРТ», 196158, г.Санкт-Петербург, ул.Ленсовета, 58). По достижении растений капусты технической спелости (формирование рассады) растения собирают, промывают проточной дистиллированной водой, высушивают при комнатной температуре и измельчают. Определяют содержание селена в средних пробах, что отражено в таблице 2. Обогащение селеном растений капусты сопровождается повышением их качества, увеличивается содержание аскорбиновой кислоты.
Пример 3
Испытывают действие света в области 600-700 нм на аккумуляцию селена растениями пшеницы сорта Иргина при искусственном освещении в условиях гидропоники.
Контролем служат растения, выросшие при досветке синим светом, полученным от люминесцентных ламп фирмы Philips (рисунок 2) в сочетании с белыми люминесцентными лампами (1:1), суммарной интенсивностью 240 мкмоль/м2с и фотопериодом 16 ч в лабораторных условиях. Опытом служат растения, выросшие при досветке красным светом, полученным от люминесцентных ламп фирмы Philips (рисунок 2) в сочетании с белыми люминесцентными лампами (2:1), суммарной интенсивностью 240 мкмоль/м2с и фотопериодом 16 ч в лабораторных условиях.
Семена, предварительно выдержанные в течение 10 ч при продувании в дистиллированной воде, высевают на плавающие планшеты в проточную 10% питательную среду Кнопа, содержащую селенит натрия в диапазоне концентраций от 0,001 до 1,0 мг/л. По достижении 20-дневного возраста растения пшеницы собирают, промывают проточной дистиллированной водой, высушивают при комнатной температуре и измельчают. Определяют содержание селена в средних пробах, что отражено в таблице 3.
На красном свету происходило большее накопление селена, чем на синем свету, содержание селена увеличивалось двукратно (таблица 3). Накопление селена происходило не пропорционально внешней концентрации, из чего следовало, что в растении существует контроль над поглощением ионов. Внесение в жидкую среду селенита натрия в концентрациях на 3 порядка больших приводило только к двукратному увеличению эндогенного селена в органических соединениях. Из этого следовало, что внесение меньших количеств снижает не только экономическую, но и экологическую нагрузку жидких отходов гидропоники на окружающую среду.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет получать растения улучшенного качества с увеличенным содержанием селена и биологически активных веществ.
| Таблица 1 | ||||
| Содержание селена и биологически активных веществ в листьях растений салата сорта Гурман на стадии вегетации при выращивании в закрытом грунте с покрытием обычной полиэтиленовой пленкой и светокорректирующей пленкой, увеличивающей долю красной области спектра солнечной фотосинтетически активной радиации | ||||
| Условия выращивания | Обработка семян | Селен, мкг/кг сухой массы | Аскорбиновая кислота, мг% | Каротиноиды, мг/дм2 |
| Контроль (обычная полиэтиленовая пленка) | вода | 112,5 | 15,0±0,9 | 0,08±0,03 |
| селенит натрия 40 мг/л | 308,0 | 22,0±1,7 | 0,07±0,01 | |
| Опыт (светокорректирующая полиэтиленовая пленка) | вода | 166,7 | 20,5±0,7 | 0,08±0,01 |
| селенит натрия 40 мг/л | 565,0 | 28,1±2,1 | 0,15±0,02 |
| Таблица 2 | |||
| Содержание селена и биологически активных веществ в листьях растений капусты сорта Точка на стадии вегетации при искусственном освещении в закрытом грунте | |||
| Условия выращивания | Обработка семян | Селен, мкг/кг сухой массы | Аскорбиновая кислота, мг % |
| Синий свет + Белый свет 240 мкмоль/м2c |
вода | 129 108-248 |
10±0,3 |
| селенит натрия 20 мг/л | 200 129-316 |
15±0,7 | |
| Красный свет + Белый свет 240 мкмоль/м2c |
вода | 132 56-259 |
17±0,6 |
| селенит натрия 20 мг/л | 369 235-500 |
21±0,5 |
| Таблица 3 | |||
| Влияние разных концентраций селенит-иона на содержание селена в органических соединениях 20-дневных растений пшеницы сорта Иргина при досветке синим и красным светом (люминесцентные лампы фирмы Philips, 240 мкмоль/м2с) в условиях гидропоники в закрытом грунте | |||
| Условия выращивания | Обработка корней | Селен, мкг/кг сухой массы | Аскорбиновая кислота, мг% |
| Синий свет + Белый свет 240 мкмоль/м2c |
10% среда Кнопа | 24 | 2±0,3 |
| 10% среда Кнопа + селенит натрия 0,001 мг/л | 61 | 5±0,2 | |
| 10% среда Кнопа + селенит натрия 1 мг/л | 130 | 8±0,7 | |
| Красный свет + Белый свет 240 мкмоль/м2c |
10% среда Кнопа | 30 | 2±0,6 |
| 10% среда Кнопа + селенит натрия 0,001 мг/л | 125 | 4±0,5 | |
| 10% среда Кнопа + селенит натрия 1 мг/л | 235 | 6±0,5 |
Способ обогащения селеном овощей и злаков, отличающийся тем, что проводят обработку семян или корней растений, при этом семена обрабатывают водным раствором соли селена в ряду концентраций между 0,4 и 40 мг/л, с последующим высевом семян в почву и выращивание под действием света, обогащенного диапазоном волн с длиной 600-700 нм и полученного от люминесцентных ламп при интенсивности 240 мкмоль/(м2·с) или светокорректирующих полиэтиленовых пленок при естественном освещении закрытого грунта, а корни обрабатывают жидким питательным раствором с содержанием соли селена в концентрациях от 0,001 до 1 мг/л в процессе выращивания под действием света с длиной волны в диапазоне 600-700 нм, полученного от люминесцентных ламп при интенсивности 240 мкмоль/(м2·с).
