«НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНЫХ СПОСОБОВ ПЕРЕРАБОТКИ ЗЕРНА СОВРЕМЕННЫХ СОРТОВ И ФОРМ ГОРОХА ...»

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ

ЭКОНОМИКИ И ТОРГОВЛИ»

На правах рукописи

ШЕЛЕПИНА НАТАЛЬЯ ВЛАДИМИРОВНА

НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

ЭФФЕКТИВНЫХ СПОСОБОВ ПЕРЕРАБОТКИ

ЗЕРНА СОВРЕМЕННЫХ СОРТОВ И ФОРМ ГОРОХА

Специальность 05.18.01 – Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства Диссертация на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

Научный консультант: Зеленов Анатолий Николаевич доктор сельскохозяйственных наук, профессор, заслуженный работник сельского хозяйства РФ Орел

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………. ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР…………………………………… 1.1 Народно-хозяйственное значение культуры гороха и направления его использования………………………………………………. 1.2 Характеристика современных морфотипов гороха……………….. 1.3 Направления и результаты селекции зернового гороха…………. 1.4 Химический состав и пищевая ценность зерна гороха и продуктов его переработки…………………………………………………….. 1.5 Использование зерна гороха и продуктов его переработки в пищевых технологиях…………………………………………………………. 1.6 Перспективы комплексной переработки зерна……………………. Выводы по главе 1……………………………………………………….

ГЛАВА 2 ОБЪЕКТЫ, МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ..

2.1 Объекты и материал исследований………………………………… 2.2 Методы исследований………………………………………………. 2.2.1 Методы исследования растений гороха………………………….. 2.2.2 Методы исследования селекционного материала………………. 2.2.3 Методы исследования семян………………………………………. 2.2.3.1 Методы исследования технологических показателей, показателей качества крупы и кулинарных достоинств……………………. 2.2.3.2 Методы исследования биохимических показателей………….. 2.2.4 Методы исследования нативных крахмалов……………………… 2.2.5 Методы исследования пищевых продуктов с использованием нативных крахмалов гороха……………………………………………………. 2.2.6 Методы исследования зародышевых продуктов из зерна гороха и муки пшеничной…………………………………………………….... 2.2.7 Методы исследования оболочек зерна гороха…………………… 2.2.8 Методы исследования пектинов из оболочек зерна гороха……. 2.2.9 Методы исследования хлеба………………………………………. 2.2.10 Методы исследования показателей безопасности сырья и пищевых продуктов……………………………………………………………..

ГЛАВА 3 ОЦЕНКА СОВРЕМЕННЫХ СОРТОВ И ФОРМ ГОРОХА

ПО ПОКАЗАТЕЛЯМ КАЧЕСТВА СЕМЯН………………………………… 3.1 Технологические показатели………………………………………… 3.2 Показатели качества крупы………………………………………….. 3.3 Показатели, определяющие кулинарные качества…………………. 3.4 Биохимические показатели…………………………………………. 3.5 Структура белкового комплекса……………………………………. 3.5.1 Компонентный состав белка………………………………………. 3.5.2 Аминокислотный состав белка…………………………………… 3.6 Источники показателей качества семян…………………………….. Выводы по главе 3………………………………………………………..

ГЛАВА 4 НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ НАПРАВЛЕНИЙ

ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЗЕРНА СОВРЕМЕННЫХ СОРТОВ И ФОРМ

ГОРОХА…………………………………………………………………………. 4.1 Оценка пригодности к кормовому использованию………………… 4.2 Оценка пригодности к продовольственному использованию…….. 4.3 Оценка пригодности для промышленной переработки на крахмал и амилозу……………………………………………………………….. 4.4 Оценка пригодности для промышленной переработки на белковые продукты……………………………………………………………… 4.5 Систематизация сортов и форм гороха по направлениям использования…………………………………………………………………… Выводы по главе 4……………………………………………………….

ГЛАВА 5 РЕЗУЛЬТАТЫ СЕЛЕКЦИОННОЙ РАБОТЫ ПО

ПОВЫШЕНИЮ СОДЕРЖАНИЯ АМИЛОЗЫ В КРАХМАЛЕ СЕМЯН

5.1 Исследование коллекции сортов гороха…………………………… 5.2 Исследование селекционного материала…………………………… 5.3 Характеристика высокоамилозного сорта гороха Амиор………….. 5.4 Оценка экономической эффективности производства сорта

ГЛАВА 6 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ И

ИССЛЕДОВАНИЕ КАЧЕСТВА НАТИВНЫХ КРАХМАЛОВ ИЗ ЗЕРНА

6.1 Разработка технологии получения нативных крахмалов…………. 6.2 Исследование микроструктуры нативных крахмалов……………… 6.3 Исследование термодинамических характеристик желатинизации нативных крахмалов…………………………………………. 6.4 Исследование функционально-технологических свойств 6.5 Исследование показателей качества нативных крахмалов…………

ГЛАВА 7 РАЗРАБОТКА ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ С

ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НАТИВНЫХ КРАХМАЛОВ ИЗ ЗЕРНА ГОРОХА…

7.1 Разработка и исследование качества состава теста для производства макаронных изделий с высокоамилозным гороховым крахмалом………………………………………………………………………… 7.2 Разработка и исследование качества смеси для получения киселя 7.3 Промышленная апробация и экономическая эффективность внедрения в производство пищевых продуктов с использованием нативных

ГЛАВА 8 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ ПОЛУЧЕНИЯ И

ИССЛЕДОВАНИЕ КАЧЕСТВА ПОБОЧНЫХ ПРОДУКТОВ

8.1 Разработка технологии получения и исследование качества зародышевых продуктов из зерна гороха……………………………………… 8.1.1 Технология получения, исследование химического состава и показателей качества зародышевых продуктов……………………………….. 8.1.2 Исследование изменений качества зародышевых продуктов 8.2 Разработка технологии получения и исследование качества пектиновых веществ из оболочек зерна гороха……………………………….. 8.2.1 Исследование химического состава и физических свойств 8.2.2 Технология получения пектиновых веществ из оболочек зерна гороха……………………………………………………………………………... 8.2.3 Характеристика пектинов из оболочек зерна гороха…………….

ГЛАВА 9 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ХЛЕБА

9.1 Сравнительная оценка пищевой ценности зародышевого продукта из зерна гороха и пшеничной муки………………………………… 9.2 Исследование влияния зародышевого продукта из зерна гороха на качество пшеничной муки…………………………………………… 9.3 Разработка технологии хлеба с зародышевым продуктом из 9.4 Оценка качества хлеба с зародышевым продуктом из зерна гороха……………………………………………………………………………... 9.5 Исследование химического состава и биологической ценности хлеба с зародышевым продуктом из зерна гороха……………………………. 9.6 Исследование качества хлеба с зародышевым продуктом из зерна гороха в процессе хранения…………………………………………... 9.7 Промышленная апробация и экономическая эффективность внедрения в производство хлеба с зародышевым продуктом из зерна гороха……………………………………………………………………………... ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………… Приложение А. Строение листа различных морфотипов гороха…….. Приложение Б. Характеристика исследуемых сортов и форм гороха... Приложение В. Показатели качества зерна гороха…………………….. Приложение Г. Протокол исследования аминокислотного состава Приложение Д. Аминокислотный состав белка семян гороха………… Приложение Е. Справка о творческом участии в выведении сорта Приложение Ж. Протоколы исследований показателей безопасности Приложение И. Протоколы исследования аминокислотного состава белка зародышевых продуктов из зерна гороха, пшеничной муки и хлеба…. Приложение К. Протоколы исследования антиоксидантной активности зародышевых продуктов из зерна гороха и пшеничной муки…. Приложение Л. Патенты на изобретения……………………………….. Приложение М. Уведомление о положительном результате формальной экспертизы заявки на изобретение……………………………… Приложение Н. Акты о внедрении результатов диссертационной работы…………………………………………………………………………….. Приложение П. Дипломы………………………………………………… Приложение Р. Государственная регистрация НИР…………………….

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования.

В соответствии с Государственной Программой развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013-2020 гг. к одним из приоритетных направлений развития растениеводства отнесены следующие: стимулирование роста производства основных видов сельскохозяйственной продукции; расширение ассортимента и повышение качества продуктов питания на основе комплексной переработки растениеводческого сырья; рациональное использование вторичных ресурсов и отходов производства.

В связи с этим, основными направлениями повышения эффективности использования зерна современных морфотипов гороха являются: внедрение перспективных сортов и форм зернового гороха, отвечающих требованиям современного производства; освоение инновационных технологий переработки зерна гороха; разработка ресурсосберегающих технологий производства пищевых продуктов, обогащенных микронутриентами.

Данные направления легли в основу исследований по теме диссертационной работы и определили ее актуальность.

Степень разработанности темы исследования.

В настоящее время известен ряд форм гороха с измененным типом листа и стебля, вовлечение которых в селекционный процесс позволило отечественным селекционерам А.Н. Зеленову, В.Н. Уварову, И.В. Кондыкову, А.М. Шевченко, Ф.А. Давлетову, Т.С.Титенок, Н.М. Вербицкому, А.Е. Зубову, А.Н. Фадеевой и др.

создать серию высокотехнологичных сортов. Агропромышленный комплекс РФ нуждается в новых сортах гороха, отличающихся не только высоким содержанием белка и стабильно высокой урожайностью, но и предназначенных для промышленной переработки. Однако целенаправленной работы в этом направлении не проводится.

В формировании качества зерна гороха ведущая роль принадлежит белковоуглеводному комплексу, изучению которого посвящены труды Р.Х. Макашевой, И.И. Бенкен, В.И. Володина, В.Г. Конарева, Н.Е. Павловской, П.И. Шумилина, D.A. Murray, M. Hybl и др. известных ученых. Однако сведения об особенностях качества и химического состава зерна современных морфотипов гороха немногочисленны. Вместе с тем, они необходимы для решения проблемы рационального использования зерна различных сортов и форм гороха.

Задача повышения качества неразрывно связана с вопросом эффективного и рационального использования зерна гороха по целевому назначению с учетом расширения ассортимента продуктов питания повышенной биологической ценности. Научные представления и практические основы технологий, обеспечивающих комплексную переработку зерна с возможностью использования продуктов переработки в пищевых технологиях, заложены в трудах отечественных ученых Н.Р. Андреева, И.Н. Алейникова, Л.В. Донченко, Г.Г. Фирсова, В.А. Полякова, И.А. Рогова, В.В. Аксенова, Т.А. Никифоровой, Л.В. Римаревой, А.А. Шаззо и др.

Однако в научно-технической литературе данные о разработке безотходных технологий переработки зерна гороха немногочисленны.

Выполнение диссертационной работы проводилось в рамках НИР кафедры «Товароведение, экспертиза товаров и туризм» ФГБОУ ВПО «Орловский государственный институт экономики и торговли» «Разработка и совершенствование товароведно-технологических приемов переработки сельскохозяйственного сырья, производства, экспертизы качества и безопасности продовольственных товаров повышенной пищевой ценности» (№ государственной регистрации 0120. 800700), «Совершенствование технологий производства и товароведная оценка качества сырья и пищевых продуктов повышенной пищевой ценности» (№ государственной регистрации 01201280244), задания Министерства образования и науки РФ «Разработка экологически безопасных технологий производства функциональных пищевых продуктов с использованием нетрадиционного растительного сырья» (№ государственной регистрации 01201265786).

Цель и задачи.

Цель диссертационной работы – научно-практическое обоснование эффективных способов переработки зерна современных сортов и форм гороха.

Для выполнения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

– дать комплексную оценку семян современных сортов и форм гороха по технологическим, биохимическим показателям, показателям качества крупы и показателям, определяющим кулинарные достоинства;

– изучить особенности формирования качества семян различных форм гороха и выделить среди них источники основных показателей качества для селекционной работы на улучшение качества с целью далнейшей переработки;

– систематизировать показатели качества зерна гороха по направлениям использования и провести оценку пригодности современных сортов и форм гороха на кормовые, продовольственные цели и для промышленной переработки;

– разработать селекционную программу по созданию сорта зернового гороха с повышенным содержанием амилозы в крахмале и дать экономическую оценку эффективности его производства;

– разработать технологию безотходной переработки зерна современных сортов и форм гороха на крахмал и исследовать качество выделенных нативных крахмалов;

– научно обосновать целесообразность использования нативных крахмалов из зерна современных сортов и форм гороха в производстве пищевых продуктов повышенной биологической ценности;

– разработать технологии переработки побочных продуктов производства крахмала – зародышей и семенных оболочек;

– исследовать химический состав и показатели качества зародышевых продуктов из зерна и пектинов из оболочек зерна гороха;

– изучить влияние зародышевого продукта из зерна гороха на качество пшеничной муки;

– разработать технологию производства и провести оценку качества хлеба с зародышевым продуктом из зерна гороха;

– провести промышленную апробацию и оценить экономическую эффективность внедрения в производство пищевых продуктов с использованием продуктов переработки зерна гороха.

Научная новизна.

Установлено влияние морфологических признаков растений гороха на показатели качества семян и определены корреляционные взаимосвязи между показателями качества.

Впервые проведена систематизация показателей качества зерна для оценки пригодности современных сортов и форм гороха на кормовые, продовольственные цели и для промышленной переработки.

На основе требований к высокоамилозному технологичному сорту гороха разработана и реализована селекционная программа по созданию зернового сорта с повышенным содержанием амилозы в крахмале семян.

Научно обоснована эффективность безотходной технологии переработки зерна гороха на крахмал, предусматривающая использование побочных продуктов производства.

Показано, что крахмалы гладкозерных и морщинистых форм гороха различаются по термодинамическим параметрам и функционально-технологическим свойствам, что определяет направления их использования для производства пищевых продуктов.

Определена эффективность использования нативных крахмалов из зерна гороха при производстве макаронных изделий и концентратов киселя, подтвержденная повышением качества и биологической ценности готовой продукции.

Показано, что зародышевые продукты из зерна гороха являются источником высококачественного белка, ненасыщенных жирных кислот и ряда биологически активных соединений.

Установлено влияние предварительной термической обработки на сохранение качества зародышевых продуктов из зерна гороха.

Научно обоснована технология получения пектинов из оболочек зерна гороха и установлена возможность их применения в составе пищевых продуктов в качестве структурообразователей и сорбентов ионов тяжелых металлов.

Показана эффективность частичной замены пшеничной муки на зародышевый продукт из зерна гороха и научно обоснован способ внесения зародышевого продукта (в составе суспензии с частью пшеничной муки), обеспечивающий улучшение физико-химических и структурно-механических показателей готовых изделий.

Теоретическая и практическая значимость работы.

По результатам изучения различных морфотипов гороха по технологическим показателям, показателям качества крупы, кулинарным и биохимическим показателям качества семян выделены источники с высокими показателями для селекционной работы на улучшение качества с целью расширения сырьевой базы перерабатывающей промышленности.

Предложена система оценки современных морфотипов гороха по направлениям использования зерна, позволившая выявить сорта и формы, имеющие многоцелевое использование и не отвечающие требованиям современного производства.

Передан (в соавторстве) в Государственное сортоиспытание и предложен для внесения с 2014 г. в Госреестр селекционных достижений, допущенных к использованию, высокоамилозный сорт зернового гороха Амиор (Заявка № 8854478).

Предложена безотходная технология переработки зерна гороха на крахмал, предусматривающая использование вторичного сырья, ранее считавшегося отходами производства.

Разработана технология, обоснованы условия и сроки хранения зародышевого продукта из зерна гороха.

С учетом физических свойств и морфологических особенностей оболочек зерна гороха рекомендованы технологические параметры гидролизаэкстрагирования пектиновых веществ при выделении пектина из оболочек зерна гороха.

Разработан состав теста для производства макаронных изделий (Патент РФ № 2489901) и смесь для получения киселя (Патент РФ № 2490970) с использованием нативных крахмалов из зерна гороха.

Разработан способ производства хлеба из пшеничной муки с добавлением зародышевого продукта из зерна гороха, на который получено уведомление о положительном результате формальной экспертизы заявки на изобретение № 2013143758/13 (067391).

Разработанные рецептуры состава теста для производства макаронных изделий, смеси для получения киселя и способ производства хлеба апробированы и рекомендованы к внедрению на предприятиях Орловской области, в том числе в ООО «Хотынецкий пищекомбинат» (п. Хотынец), СССППК второго уровня «Кооппродукты» (г. Орел), СССППК «Сельский» (пгт. Нарышкино).

Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВПО «Орловский государственный институт экономики и торговли» и используются при реализации профессиональных образовательных программ подготовки специалистов по специальности 080401.65 «Товароведение и экспертиза товаров (по областям применения)» и бакалавров по направлениям 100800.82 «Товароведение», 260800.62 «Технология продукции и организация общественного питания», а также включены в изданные учебные пособия и монографии.

Методология и методы исследования.

При проведении исследований применялись методологические концепции, объединяющие подходы к разработке эффективных способов переработки зерна гороха на основе стандартных и специальных методов планирования и методик проведения экспериментов, систематизации результатов исследований.

Положения, выносимые на защиту.

– результаты оценки потенциала современных сортов и форм гороха по показателям качества семян;

– реализованный комплексный подход к оценке и систематизация современных сортов и форм гороха по направлениям использования;

– результаты реализации селекционной программы по повышению содержания амилозы в крахмале семян гороха;

– научное обоснование технологии переработки зерна гороха на крахмал, предусматривающей использование побочных продуктов производства;

– научное обоснование использования нативных крахмалов из зерна гороха для разработки пищевых продуктов повышенной биологической ценности;

– технологии переработки побочных продуктов производства крахмала из зерна гороха с целью использования их для производства биологически ценных продуктов питания.

Степень достоверности и апробация результатов работы.

Достоверность полученных данных подтверждена математической обработкой результатов исследований, применением современных физико-химических методов анализа, промышленной апробацией, публикацией основных результатов работы в рецензируемых изданиях.

Основные результаты исследований доложены и обсуждены на всероссийских конференциях: «Актуальные проблемы инноваций с нетрадиционными растительными ресурсами и создания функциональных продуктов» (Москва, 2001);

«Товароведение, экспертиза и технология продовольственных товаров» (Москва, 2009); «Современное хлебопекарное производство: перспективы развития» (Екатеринбург, 2012); «Актуальные проблемы качества и безопасности потребительских товаров» (Орел, 2012, 2013); на международных конференциях, симпозиумах и конгрессах: «Towards the sustainable production of healthy food, feed and novel products» (Cracov, Poland, 2001); «Крахмал и крахмалсодержащие источники – структура, свойства и новые технологии» (Москва, 2001); «Интродукция нетрадиционных и редких сельскохозяйственных растений» (Ульяновск, 2002); «Наука и образование – 2004» (Мурманск, 2004); «Теория и практика функционирования региональных предприятий» (Орел, 2004); «Экологические и технологические аспекты производства, экспертизы качества, маркетинга и рекламы товаров: методология, теория и практика» (Орел, 2005); «Социально-экономические приоритеты региональной политики развития торговли и общественного питания» (Орел, 2006); «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования»

(Москва, 2007, 2009, 2011, 2013); «Техника и технология пищевых производств»

(Могилев, Беларусь, 2007); «Aktualne problemy nowoczesnych nauk – 2008» (Przemysl, Poland, 2008); «Интродукция нетрадиционных и редких растений» (Мичуринск, 2008; Ульяновск, 2012); «Технологии и продукты здорового питания.

Функциональные пищевые продукты» (Москва, 2008, 2010); «Технология и продукты здорового питания» (Саратов, 2009); «Вавиловские чтения – 2009» (Саратов, 2009); «Инновации в технологиях хлебобулочных, макаронных и кондитерских изделий» (Москва, 2010); «Безопасность и качество товаров» (Саратов, 2010); IX «Интродукция нетрадиционных и редких растений» (Мичуринск, 2010);

«Инновации в торговле и общественном питании» (Орел, 2010); «Пре и пробиотики в пищевой промышленности. Здоровое питание населения» (Москва, 2011);

«Наука и инновации в сельском хозяйстве» (Курск, 2011); «Хлебобулочные, кондитерские и макаронные изделия XXI века» (Краснодар, 2011); «Инновационные процессы в АПК» (Москва, 2012, 2013); «Аграрная наука: современные проблемы и перспективы развития» (Махачкала, 2012); «Инновационное развитие пищевой, легкой промышленности и индустрии гостеприимства» (Алматы, Казахстан, 2012, 2013); «Производство продуктов для здоровья человека – как составная часть наук о жизни» (Воронеж, 2012); «Экономика в современном мире: проблемы и перспективы» (Салоники, Греция, 2012); «Новое в технологии и технике функциональных продуктов питания на основе медико-биологических воззрений» (Воронеж, 2013); «Сохранение национальных традиций питания в XXI веке», «Ковалевские чтения-2013» (Санкт-Петербург, 2013).

Результаты исследований отмечены дипломами: победителя Областного конкурса молодых ученых 2005 года, учрежденного губернатором Орловской области (Орел, 2007): за 1 место во Второй Всероссийской Олимпиаде развития сельского хозяйства и агропромышленного комплекса России в номинации «Развитие перерабатывающей промышленности России» (Москва, 2011), а также демонстрировались на Выставке «Наука Орловщины: от идей к реализации», Бизнесцентр ОГАУ (Орел, 2011, 2012) и Орловском экономическом форуме (Орел, 2012).

Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 78 работ, в том числе 16 статей в рецензируемых изданиях, входящих в список ВАК РФ, 3 депонированные научные работы, 7 монографий, 2 патента РФ на изобретения, 2 положительных решения по заявкам.

Структура и объем диссертационной работы.

Диссертация состоит из введения, девяти глав, заключения, предложений производству, списка использованных источников и приложений. Диссертация изложена на 400 страницах, иллюстрирована 75 таблицами и 47 рисунками. Список использованных источников включает 515 наименований, в том числе 91 на иностранных языках. Приложений – 14.

Личный вклад автора.

Представленная диссертационная работа является обобщением научных исследований, проведенных автором лично с 1998 по 2013 гг., в том числе в качестве соисполнителя госбюджетных и хоздоговорных НИР, а также в ходе руководства научной работой аспирантов и дипломников. Часть данных получена во время совместной работы с сотрудниками ГНУ ВНИИ зернобобовых и крупяных культур Россельхозакадемии, которые являются соавторами сорта Амиор и некоторых публикаций.

Автор выражает искреннюю признательность научному консультанту, доктору сельскохозяйственных наук, профессору, Заслуженному работнику сельского хозяйства РФ, главному научному сотруднику лаборатории селекции зернобобовых культур ГНУ ВНИИ зернобобовых и крупяных культур Россельхозакадемии Анатолию Николаевичу Зеленову за предоставленные для исследования образцы гороха, научные и методические консультации, ценные замечания и предложения при выполнении работы.

Автор благодарит ректора ФГБОУ ВПО «Орловский государственный инстиут экономики и торговли», д. э. н., профессора Н.И. Лыгину, проректора по учебной работе, д. э. н., профессора И.Г. Паршутину за поддержку и оказанную помощь; директора ГНУ ВНИИ зернобобовых и крупяных культур Россельхозакадемии, д. с.-х. н., профессора В.И. Зотикова за предоставленную возможность проведения исследований на базе института; старшего научного сотрудника лаборатории селекции зернобобовых культур ГНУ ВНИИ зернобобовых и крупяных культур Россельхозакадемии, к. с.-х. н. В.Н. Уварова за предоставленные для исследования образцы гороха; коллег из ФГБОУ ВПО «Орловский государственный институт экономики и торговли», ФГБОУ ВПО «Орловский государственный аграрный университет», ГНУ ВНИИ зернобобовых и крупяных культур Россельхозакадемии, ФГБОУ ВПО «Орловский государственный университет», ФГБУ «Орловский референтный центр Россельхознадзора», ГНУ Всероссийский институт кормов им. В.Р. Вильямса Россельхозакадемии, Института биохимической физики им. Н.М. Эммануэля РАН (г. Москва), ГНУ ВНИИ мясной промышленности им.

В.М. Горбатова Россельхозакадемии (г. Москва), ГНУ ВНИИ жиров Россельхозакадемии, Московский филиал (г. Москва), ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный уинверситет инженерных технологий» (г. Воронеж) за помощь при проведении экспериментов.

ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Народно-хозяйственное значение культуры гороха Горох является одной из важнейших зернобобовых культур, как в мире, так и в Российской Федерации.

Лидерами в производстве гороха, по данным И.В. Савченко с соавторами [282], являются Канада, Франция, Китай, Россия, а также Индия, Украина, Германия. Удельный вес Европы в мировом производстве гороха снизился с 36 до 27 %.

Ведущие позиции занимает США (46 %), Бразилия – (36 %) и Аргентина (16 %). К основным импортерам зерна гороха относятся страны ЕС (Испания, Бельгия) и страны Азии (Индия) [93].

Горох в России занимает 72-85 % посевных площадей, занятых зернобобовыми культурами, и возделывается во всех 12 земледельческих регионах.

До 1991 г. посевные площади под горохом составляли порядка 3,3 млн. га;

урожайность – 1,2 т/га; валовый сбор – 3,9 млн. т, что обеспечивало около половины потребности в растительном белке. В 2005 г. площади под культурой составляли около 730 тыс. га. Однако в последние годы наблюдается увеличение посевных площадей. Так, если в 2008 г. было засеяно 653 тыс. га, то в 2012 г. – уже 1,28 млн. га, что обусловлено спросом на эту культуру со стороны экспортеров. Крупнейшими странами-потребителями выступают Турция (около 40% от общего объема экспорта), Индия, Италия, Испания, Австрия, использующие российский горох в основном на фуражные цели, для посева и дальнейшей промышленной переработки [267].

Горох имеет разнообразное использование: кормовое – зернофураж, зеленый корм, силос, сенаж, сено, сенная мука; сидерационное – на зеленое удобрение; продовольственное – в виде зрелых семян, свежего зеленого горошка и бобов сахарных сортов в фазе технической спелости, консервов зеленого горошка и свежезамороженного зеленого горошка [366].

Бобовые культуры при благоприятных условиях выращивания создают урожай за счет фиксации атмосферного азота и тем самым поставляют экологически чистый белок без затрат дорогостоящих дефицитных удобрений.

В расчете на единицу площади бобовые культуры дают больше белка, чем злаковые. Если в зерне кукурузы, ячменя и овса содержится 59, 70 и 83 г переваримого протеина в расчете на кормовую единицу (при 105-110 г по нормам), то в зерне гороха – 143-170 г [68, 133].

Кормовая ценность гороха значительно выше, чем зерновых. Содержание (г/кг) сырого протеина – 207, лизина – 14,4, метионина+цистина – 4,0, в то время как в зерне озимой пшеницы, соответственно, 125; 3,5; 5,0 [412].

Наибольшей биологической ценностью отличаются белки зеленого горошка; меньшей – гороха на зерно и корм.

В состав белка зернобобовых культур входят все необходимые для кормления животных аминокислоты. Высокая кормовая ценность зернобобовых культур обусловлена также наличием значительного количества свободных аминокислот, не входящих в состав белка и поэтому легко усваиваемых организмом, а также высоким содержанием и благоприятным сочетанием крахмала, жира, сахара, витаминов.

Растворимость и усвояемость белка бобовых в 1,5-3 раза выше, чем зерновых злаков [95]. Белок бобовых не только сам хорошо усваивается животными, но и повышает усвоение белка других культур.

В качестве критерия оценки пищевого растительного белка применяют следующие показатели: коэффициент переваримости, биологическая ценность, коэффициент использования белка. По данным индийских ученых, эти показатели у гороха составляют, соответственно, 60-91; 48-69 и 11,5 [65]. Содержание обменной энергии в зерне гороха по отношению к сое составляет 80,0 % [132].

Горох является ценным высокобелковым компонентом при производстве полноценных комбикормов. Установлено, что кормление животных 100 кг гороха эквивалентно 45 кг соевых шротов с добавкой 55 кг ячменя [14]. Благодаря высокому содержанию протеина, зерновые бобовые культуры могут удовлетворять потребность свиней и птицы в аминокислотах, а при необходимости, заменить соевый шрот и рыбную муку [406]. Установлено, что при замене в рационе индюшат четверти всего белка животного происхождения гороховым себестоимость 1 ц прироста массы тела снизилась на 7 %. Введение в рацион свиней гороха обеспечивало среднесуточный прирост 502 г на одну голову [41]. В опытах по использованию семян гороха при откорме овец установлено, что белок гороха имеет высокую перевариваемость – 76,8 % [41]. Включение в рационы бычков гороха, обработанного фитоиммуномодулятором, способствовало повышению переваримости питательных веществ рационов, что позволило повысить мясную продуктивность и качество мяса [340].

Растения гороха являются хорошим зеленым кормом, превосходящим по питательности кормовые бобы, кукурузу, озимую рожь [96]. Потребность в зеленой массе гороха в большинстве регионов страны также велика, как и в зерне. В производственных условиях высоко ценятся сорта укосного направления, дающие негрубеющую длительное время зеленую массу с высоким содержанием белка и незаменимых аминокислот [268].

Высокими кормовыми достоинствами обладают и зеленая масса, и сено, и травяная мука. В гороховой соломе содержится до 34 % безазотистых экстрактивных веществ и 6-8 % белка, причем его переваримость в 2-3 раза выше белка соломы хлебных злаков [38]. В зеленой массе гороха на одну кормовую единицу приходится 175 г переваримого протеина, т.е. почти в 1,5 раза больше оптимальной нормы [268]. Зеленая масса гороха, убранная в фазе цветения, по количеству питательных веществ приближается к люцерне, эспарцету и значительно превосходит злаковые [41].

По содержанию переваримого протеина и каротина гороховая травяная мука значительно превосходит злаковые культуры [250], а горохо-ячменный и горохоовсяной силос сбалансированы по белку и отвечают зоотехнической норме [91].

Высокими кормовыми достоинствами отличаются растительные остатки после обмолота (солома). Они содержат до 8 % белка, провитамин А, зольные элементы. Основную массу соломы составляют полисахариды: целлюлоза и гемицеллюлозы (пентозаны) [88]. При добавлении к силосуемой массе кукурузы, гороховая солома поглощает кукурузный сок, тем самым сохраняя питательные вещества силосуемого сырья, увеличивая объемный выход силоса, процент сухого вещества и переваримого протеина [250].

В условиях экономического кризиса возрастает роль зернобобовых культур как стабилизирующего фактора в сохранении и повышении плодородия почвы, сокращении энергозатрат и получении экологически чистой продукции. Это обеспечивается их способностью фиксировать свободный азот из воздуха и мобилизовать труднодоступные для других растений соединения фосфора и калия.

Зернобобовые культуры имеют важное агротехническое значение. Установлено, что в расчете на 1 га при накоплении растениями гороха атмосферного азота в количестве 100-105 кг корневых и пожнивных остатков остается около 47 кг, что равноценно внесению в почву 1,4 ц аммиачной селитры [127].

Зернобобовые культуры имеют хорошие средообразующие свойства [6].

Они обогащают почву биологическим азотом и активируют труднодоступные формы фосфора, кальция и калия, улучшают фитосанитарную устойчивость севооборота, стабилизируют баланс гумуса. Установлена возможность применения минимальной обработки почвы, способствующей снижению производственных затрат, себестоимости и повышению рентабельности производства зерна [148].

Способность гороха к симбиотической и несимбиотической азотфиксации, позволяя снизить нормы азотных удобрений, уменьшает опасность загрязнения почвы и растений избыточным количеством нитратов [95].

Горох относится к культурам, возделывание которых снижает содержание тяжелых металлов в почве. Установлено, что растения гороха, наряду с зерновым сорго и яровой мягкой пшеницей, накапливают наибольшее количество свинца [168].

После уборки гороха в почве остается до 50 кг/га азота, что равноценно внесению 10 т/га навоза [38]. Кроме того, корневая система гороха, проникая вглубь на 1-1,5 м, способна усваивать из почвы фосфорнокислые и другие труднодоступные для зерновых злаковых культур соединения, улучшая химические свойства почвы.

Повышают бобовые культуры и энергетическую эффективность севооборота. Роль гороха как предшественника приближается к паровому полю [41]. Эффективность возделывания озимых по гороху в 2,3-3,2 раза выше, чем по чистому пару и другим предшественникам.

Отходы от переработки бобовых культур используются для сорбции тяжелых металлов из грунтовых вод промышленных регионов [496].

Установлено, что пищевые волокна оболочек семян гороха по сорбционной способности представляют собой средние аниониты (1-3 мэкв сорбата на 1 г пищевых волокон) и слабые амфолиты (до 1 мэкв сорбата на 1 г пищевых волокон) [85]. Они обладают высокой сорбционной способностью по отношению к ионам свинца, аммиака, фенолов, формальдегида, карбамида (мочевины) [86]. Исследованиями Т.А. Прокопенко с соавторами [264] показано, что экстрактами из оболочек семян гороха можно успешно удалять ионы тяжелых металлов из сточных вод промышленных предприятий.

В фармацевтической промышленности широко используют целый ряд видов зернобобовых как сырье для высокоэффективного лечения и лечебнопрофилактических препаратов направленного действия. Фармакологическими свойствами обладают фитостероиды, лектины гороха, ингибиторы протеиназ и др.

биологически активные и минеральные вещества [45].

Установлено, что семена зернобобовых культур, в том числе и гороха, поглощают желчные кислоты и холестерин [456]. Ингибиторы протеиназ гороха действуют угнетающе на пролиферацию раковых клеток в культуре in vitro.

Предполагается, что эти белки предотвращают или сдерживают канцерогенезис в пищеварительном тракте [429]. Поэтому ингибиторы протеиназ могут служить основой для разработки перспективных препаратов для лечения онкологических заболеваний различных органов [175, 407]. Доказано антиоксидантное действие ингибиторов химотрипсина. Принято считать, что ингибиторы защищают от окисления клетки и молекулы желудочно-кишечного тракта. Предполагается, что атомы серы молекул ингибитора способны связывать радикалы, препятствуя их окислению и образованию перекиси водорода [449].

По мнению J. Gueguen [460], ферментативная и химическая активность белков гороха, благодаря высокому содержанию лизина и глутамина, будет способствовать их пищевому и непищевому использованию.

Экстракты и низкомолекулярные фракции фенолов и танинов из зерна гороха обладают антиоксидантной активностью [426].

Содержащиеся в горохе флавоноиды обладают желчегонным, гипогликемическим, гипоазотермическим, антивирусным действием, а также противоопухолевой активностью [105]. Ситостерины образуют нерастворимые комплексы, способные снижать риск развития онкологических и сердечно-сосудистых заболеваний [149]. Сапонины обладают тонизирующим эффектом, положительно влияют на метаболизм липидов, улучшают половую функцию и сперматогенезис, а также применяются для повышения иммунитета, понижения давления крови [139, 448].

1.2 Характеристика современных морфотипов гороха Традиционные сорта гороха имеют сложный лист, обычно состоящий из черешка, 2-3 пар листочков и непарного числа усиков (3-5, иногда 7). Однако, несмотря на систематическое расширение их сортимента, они не всегда удовлетворяют требованиям производства. Высокая облиственность растений приводит к увлажнению стеблестоя, замедленному созреванию и развитию болезней. В результате снижается урожайность и качество семян.

Растение гороха, имеющее дополнительные листовые пластинки вместо усиков, было впервые описано P. Vilmorin [510], который также установил рецессивную природу акациевидного листа. О.Е. White [511] предложил символ Tl для гена, контролирующего развитие листа с усиками, и tl – для гена, изменяющего усики в добавочные листовые пластинки. Позднее на разном материале были получены сходные мутации акациевидного листа [191, 318, 508]. Однако многолисточковая форма не нашла раcпространения в производстве из-за сильного полегания.

«Усатая» форма гороха впервые была получена В.К. Соловьевой [292]. Она оказалась достаточно продуктивной и использовалась для выведения первого безлисточкового сорта гороха Усатый 5 [291]. J. Goldenberg [454] и В.В. Хангильдин [317] независимо друг от друга установили, что признак отсутствия листовых пластинок обусловлен действием рецессивного гена af (leaf).

Введение гена af в культурные сорта привело к снижению площади их листовой поверхности в среднем на 41 % в сравнении с листочковыми формами [7].

Создание сортов с усатым типом листа позволило частично решить проблему устойчивости к полеганию [117], так как благодаря сцеплению усиков растения этого типа находятся в вертикальном положении на 5-15 дней дольше, чем растения обычных сортов [472].

А.Н. Зеленовым [115] была получена форма хамелеон. Ее отличительной особенностью является ярусная гетерофиллия, обусловленная комплементарным взаимодействием аллелей af и unitac. [123]. Два нижних развитых листа у растения данного морфотипа обычно имеют два-три листочка и усик, выходящие практически из одной точки короткого черешка. На трех-четырех последующих узлах расположены усатые листья. В зоне плодоношения лист представлен многократно разветвленными усиками с нерегулярно расположенными на них листочками, иногда имеет форму обычного листа. Экспрессивность данных признаков в значительной степени зависит от генетических особенностей и условий выращивания [126].

Первоначально полученные хамелеоны по семенной продуктивности уступали обычным и усатым формам, что объяснялось несбалансированностью элементов структуры продуктивности [8]. Кроме того, хамелеоны полегали несколько раньше традиционных форм, образовывали большее число непродуктивных узлов, а поэтому зацветали на несколько дней позже традиционных сортов.

Однако исследованиями А.Н. Зеленова и др. [121, 122] установлено, что благодаря формированию мощного и эффективного фотосинтетического аппарата данная форма обладает повышенным биологическим потенциалом и высокими физиологическими показателями продукционного процесса. Хамелеоны превышают традиционные листочковые и усатые формы по накоплению наземной биомассы, концентрации хлорофилла a и b, а также по фотохимической активности хлоропластов [120, 122]. Установлено, что многие селекционные линии хамелеон характеризуются стабильно высоким содержанием белка в семенах, а также отличаются благоприятным аминокислотным составом белка [140, 141].

В процессе селекционной работы были выделены формы с урожайностью на уровне районированного стандарта, различной продолжительностью вегетационного периода, устойчивые к болезням и вредителям. В коллекции морфотипа хамелеон в настоящее время имеются образцы с фасциированным стеблем, детерминантным типом роста (самарская модель), с морщинистыми семенами и т.д. [122].

Рассеченнолисточковая форма (Рас-тип) впервые была выделена как спонтанный мутант в посеве детерминанта самарской модели – усатого с неосыпающимися семенами сорта Батрак [124]. Мутант имеет лист с глубокорассеченными в верхней части листочками и простыми неветвящимися усиками, отходящими от черешочков листочков. Признак обусловлен комплементарным взаимодействием гена безлисточковости af и гена усиковой акации tacA [116]. По данным В.Ю. Щетинина [411] мутант превышает по продуктивности биомассы и семенной продуктивности сорт Батрак, соответственно, на 25 и 28 %.

В результате селекционной работы получены растения, которые по семенной продуктивности и по продуктивности биомассы превосходят родительскую форму Рас-тип, что свидетельствует о перспективности данного морфотипа [111, 125, 409]. Большинство образцов данной формы сочетают высокую продуктивность биомассы с высоким содержанием белка в семенах [226].

Значительный интерес также представляет форма гороха с многократно непарноперистыми листьями. Установлено, что данный морфотип обладает высокой продуктивностью фотосинтеза [411], однако по урожайности семян уступает стандарту [226]. Причиной является недостаточная отселектированность формы, полегаемость стебля, связанная с отсутствием усиков, а также слабая приспособленность к возделыванию в экстремальных погодных условиях. Содержание белка в семенах многократно непарноперистой формы достигает 27-28 %. Однако признак отличается неустойчивостью и зависит от погодных условий в период вегетации [226].

Среди растений нестабильного по типу листа многократно непарноперистого образца «мутант Агритек», выделенного из сорта Мультик (хамелеон), была обнаружена форма гороха с дважды непарноперистыми листьями [114]. Растение было названо Агримут (мутант от Агритека). Признак контролируется тремя рецессивными генами: af, tl и tacB (усиковая акация – В) [496]. Поэтому полученную форму обозначили как В-Агримут. Установлено, что как по продуктивности биомассы, так и по белковости семян он превосходит исходный сорт [114].

А.Н. Зеленов с соавторами [114] отмечают, что потенциальные возможности Мутанта Агритек и В-Агримута выше, но они не реализуются из-за сильной полегаемости, обусловленной отсутствием усиков на листьях.

Исследование полипептидного состава запасных белков семян сорта Мультик и производных от него мутантов показало, что их белковые спектры достаточно однородны и насчитывают 30-37 компонентов, 24 из которых общие для всех образцов [114].

Индивидуальным отбором из гибридной комбинации Пап-485/4 х Рас-тип получен А-Агримут с дважды непарноперистыми листьями и усиками у основания листочков. Признак контролируется рецессивными аллелями af, tl и tacА [226].

Однако у вышеперечисленных форм даже при формировании бобов на растении рост стебля не прекращается. В результате происходит израстание стебля и, как следствие, снижение продуктивности.

Стабилизировать урожайность удалось путем создания форм с ограниченным ростом стебля, у которых после формирования апикального соцветия останавливается рост главного стебля. Благодаря ограниченному числу продуктивных узлов сокращаются сроки цветения, плодообразования и созревания, и, как следствие, сокращается репродуктивный период и сроки созревания, что облегчает механизированную уборку [163].

Одной из разновидностей детерминантного габитуса у гороха является форма с фасциированным (штамбовым) стеблем [190]. Установлено, что контролируют данный признак гены fa [55] и fas [428].

Фасциированные формы имеют длинный, ослабленный в нижней части стебель, не способный выдерживать в вертикальном положении массу репродуктивных органов, находящихся практически в одной точке. Поэтому В.Х. Хангильдин [320] предположил, что данная форма не имеет селекционной ценности. Фасциированный сорт Штамбовый 2 не получил широкого распространения в производстве [333].

Полученный И.А. Поповой [261] детерминантный мутант с апикальным соцветием и морщинистыми семенами (московская модель), а также генетически идентичная луганская модель с гладкими семенами [421] пока не нашли широкого применения, прежде всего из-за малого (1-2) числа продуктивных узлов.

В 1980 году в Польше была выделена линия с детерминантным ростом под номером Wt 16100 [500], которая фенотипически не отличалась от мутанта J.I.

1358/B из генетической коллекции института Джона Иннеса (Великобритания).

А.М. Шевченко [344] выделил растение с детерминантным типом роста стебля, на базе которого был создан сорт Детерминантный ВСХИ, однако из-за невысокой урожайности и сильной полегаемости стебля он не получил широкого распространения.

Тесное сцепление гена det с геном r (морщинистость семян) затрудняло использование детерминантов в селекции гладкосемянных зерновых сортов гороха.

Однако согласно закону о гомологических рядах в наследственной изменчивости признак детерминантности должен присутствовать и у зерновых гладкосемянных сортов [36].

А.Е. Зубовым [137] из сорта Куйбышевский детерминантный был получен мутант зернового гороха (самарская модель), у которого стебель завершался соцветием с двумя или четырьмя цветками. Растения отличались более ранним цветением и созреванием. Недостатком самарских детерминантов является редукция прилистников в продуктивной зоне стебля, что снижает фотосинтетический потенциал растений [512].

Для обозначения гена, контролирующего эту модель детерминантного типа роста, было предложено использовать символ deh (determinante habit) [421]. Определен рецессивный характер наследования признака. Установлена неаллельность генов, контролирующих детерминантный тип роста у зернового и овощного гороха. Признак deh сцеплен с признаками «розовые цветки» и «редуцированные прилистники», что позволило сделать вывод о локализации гена, контролирующего детерминантность, в третьей хромосоме [137, 421].

Придание сортам свойства детерминантности позволило увеличить генетический рост урожайности путем перераспределения общего урожая в пользу наиболее ценной хозяйственной части – семян. Установлено, что самарские детерминанты отличаются повышенным содержанием белка в семенах [365, 498].

Недостатком детерминантов самарской модели, создающим определенные проблемы для семеноводства, является неполная частота проявления (пенетрантность) признака, которая зависит от условий выращивания [126].

Еще одним шагом в сторону улучшения технологичности и повышения урожайности сортов гороха стало создание В.Н. Уваровым [310, 311, 312] детерминантной формы с соцветием, напоминающим соцветие люпина и получившей название «люпиноид». Особенностью данной формы является наличие апикального цветоноса с многочисленными очередно расположенными цветками на коротких цветоножках [474]. Образование большого числа бобов на продуктивный узел растениями люпиноидов обеспечивает потенциальную способность формировать высокую продуктивность. Развитие признака многоплодный апикальный цветонос у морфотипа люпиноид обусловлено взаимодействием генов stb (det) с генами фасциации fas и fa [313]. В настоящее время данная форма усиленно прорабатывается в селекционных питомниках [163]. В результате рекомбинации люпиноидов с другими оригинальными мутантами были выделены люпиноидные генотипы с рассеченными листочками [165].

1.3 Направления и результаты селекции зернового гороха Создание высокотехнологичных сортов предполагает снижение энергозатрат на их возделывание и потерь зерна при уборке. Решение этой задачи, в первую очередь, связано с устранением таких недостатков растений гороха как полегаемость стебля и осыпаемость семян путем внедрения в высокопродуктивные генотипы таких признаков как сросшаяся семяножка, усатый тип листа, ограниченный тип роста стебля и т.д.

Признак неосыпаемости семян гороха был обнаружен латвийским селекционером А. Эглитисом на селекционной станции Приекули (Латвия) [276, 445]. У мутанта, названного тенакс (tenax), на месте рубчика из тканей материнского растения образуется хорошо развитая семяножка, которая прочно прикрепляется к створке боба, в результате чего при растрескивании семена не осыпаются.

Признак неосыпаемости контролируется рецессивным геном def (development funikulus), обуславливающим прочное срастание семяножки зерна со створкой боба [319]. Так как семяножка и семенная кожура развиваются из околоплодника материнского растения, семена со сросшейся семяножкой образуются лишь у растений гомозиготных по гену def. В дальнейшем А.Я. Розенталь [275, 277] осуществил скрещивание мутанта с различными сортами.

А.М. Шевченко [341, 342, 343], используя признак неосыпаемости, в … 1980 гг. создал сорта Неосыпающийся 1, Труженик, Першоцвит, которые возделываются во многих регионах до настоящего времени. В Самарском НИИСХ был создан сорт Новокуйбышевский, который благодаря признаку неосыпаемости семян заметно превосходил другие сорта по технологичности и сбору зерна [136].

Неосыпающийся сорт Арсенал по результатам Госсортоиспытания с 1987 г. был районирован в Северо-Кавказском регионе [32].

Практически все сорта, включенные в последние годы в Госреестр, имеют признак неосыпаемости семян. Однако за рубежом считают, что он снижает технологические качества зерна гороха [70].

Появление короткостебельных форм гороха сначала рассматривали как рецессивную мутацию от Le – высокорослые растения к le – низкорослые. Затем было установлено, что признак «высота растений» контролируется, по меньшей мере, двумя системами генов, одна из которых обусловливает длину междоузлий, а другая – их число. В настоящее время известно более шести морфотипов, генетически различающихся по высоте растений [70].

Первый отечественный короткостебельный сорт Орловчанин был районирован в 1991 г. [126]. Созданный во ВНИИ ЗБК сорт Шустрик [117, 126, 364], имеет короткий (45-60 см), прочный стебель индетерминантного типа с усатыми листьями, благодаря чему устойчив к полеганию до полного созревания и пригоден к уборке прямым комбинированием. Полученные в КНИИСХ устойчивые к полеганию полукарликовые сорта Малышок и Аргон предназначены для возделывания на зерно и пригодны к прямому комбайнированию. Сорт Компакт имеет зигзагообразный стебель, показывает высокую урожайность семян и повышенное содержание белка, устойчив к осыпанию семян и полеганию [32]. В Самарском НИИСХ создан сорт гороха усатого короткостебельного морфотипа Флагман [136], который отличается неполегаемостью, высокой урожайностью, ранним и дружным созреванием, что позволяет возделывать его в северных районах.

При селекции на устойчивость к полеганию большое внимание уделяется формам с усатым типом листа [422].

Селекция безлисточковых сортов гороха в России, а также в странах бывшего СССР была начата в середине 70-х гг. С 1987 г. в Грузии и в Ставропольском крае был районирован кормовой сорт гороха Харьковский усатый селекции Украинского НИИРСиГ [334]. С 1988 по 1991 гг. на Государственное сортоиспытание поступили безлисточковые сорта Норд, Спрут, Самарец, Усач неосыпающийся, Усач интенсивный, Белус, Усатый 86, Усатый 90 и др. Во ВНИИ ЗБК были созданы и районированы сорта усатого гороха Орлус и Спрут 2 [301, 303]. В НПО «ДОН» были получены сорта Аксайский усатый 3, Аксайский усатый 4, Аксайский усатый 5 для выращивания в условиях недостаточного и неустойчивого увлажнения [42]. В КНИИСХ также создан ряд сортов гороха с усатым типом листа: Плутон, Газырек, Лавр, Статус и др. [32].

В Польше в результате скрещивания обычных форм с источниками гена af удалось создать более устойчивые к полеганию сорта Ramir и Diamant [501]. В Англии были созданы урожайные сорта Consort, Countess, Orb с усатым типом листа [453, 461]. В настоящее время наиболее широко возделываются и стабильно увеличивают свой ареал в странах Европы такие сорта как Solara, Carrera, Baccara, Eiffel, Grafila и др. [447].

Повышенная продуктивность биомассы морфотипа хамелеон стала основанием для использования данной формы в селекции на высокую урожайность. Во ВНИИ ЗБК был выведен сорт Спартак, который превосходит стандарт Орловчанин по устойчивости к полеганию, семенной продуктивности, а также содержанию белка [104, 126, 224] и внесен в список ценных по качеству зерна сортов [123]. На Украине также районировано два гетерофильных сорта гороха – Фаргус и Петрониум [123].

Итогом селекционной работы с многократно непарноперистой формой стало создание сорта овощного направления Витязь [81].

Первый сорт зернового гороха с детерминантным ростом самарской модели – Флагман был районирован в 1992 г. [134]. Благодаря ограниченному росту стебля и компактному размещению бобов на его верхушке, сорт превосходит обычные формы по дружности созревания и устойчивости к полеганию.

В последнее время во многих селекционных учреждениях реализуются программы по введению в генотип высокопродуктивных образцов гороха нескольких мутантных генов и созданию на этой основе сортов с измененной архитектоникой, устойчивых к полеганию, высокобелковых, высокоурожайных [130].

По мнению Б.К. Попова [260], основными параметрами технологичных сортов гороха, устойчивых к полеганию, являются стебель средней длины (50 … см) с усатым типом листа, компактным расположением бобов за счет уменьшения длины междоузлий, ограниченным количеством продуктивных узлов и высокой озерненностью бобов.

Сорт Батрак, созданный во ВНИИ ЗБК, сочетает детерминантный тип роста стебля, усатый лист и неосыпающиеся семена [112, 126]. Он отличается повышенным накоплением протеина в семенах – 24-26 %. Белок сорта Батрак обладает высокой биологической ценностью и содержит достаточно много критических аминокислот – метионина и цистина, а также лизина [193]. Сорт внесен в список ценных по качеству сортов гороха. В Самарском НИИСХ создана серия усатых сортов с детерминантным стеблем (Флагман 5, Флагман 7, Флагман 9) [135], внедрение которых в производство позволило полностью перейти к прямому комбайнированию, что обеспечило повышение и стабилизацию урожайности [136]. В Нарымском отделе СибНИИСХиТ выведен пригодный для механизированной уборки сорт гороха Нарымский 15, сочетающий детерминантный тип роста и полукарликовый тип стебля с усатым типом листа и неосыпающимся типом семян [187].

Созданный во ВНИИ ЗБК короткостебельный, с усатыми листьями и мелкими неосыпающимися семенами, устойчивый к полеганию сорт Мультик в среднем за три года конкурсного испытания показал практически одинаковую с крупносемянным стандартом Орловчанин урожайность [126]. Короткостебельный, листочковый, детерминантный (самарская модель) сорт Орловчанин 2 включен в список ценных по качеству сортов гороха [126], отличается от стандарта Орловчанин более высоким содержанием белка в семенах и обладает потенциалом урожайности до 7,5 т/га [312].

Результатом селекции гороха в Башкортостане стало создание сортов зернового гороха Чишминский 95, Чишминский 229, Памяти Хангильдина – высокоурожайных, раннеспелых, с ограниченным ростом и устойчивых к полеганию и осыпанию семян [67, 341].

Зерно гороха является, прежде всего, источником растительного белка. Однако целенаправленной селекции в этом направлении не проводится.

Как известно, недостатком высокобелковых форм является низкая семенная продуктивность и более продолжительный вегетационный период [35, 422].

Исследованиями И.В. Кондыкова с соавторами [166] установлено, что различия в содержании белка у различных морфотипов гороха незначительны. Вместе с тем, отмечено, что сорта безлисточкового типа имеют менее тесную отрицательную взаимосвязь урожайности и содержания белка. Сорта детерминантного типа превосходят по белковости индетерминантные [166, 364].

В.Н. Уваровым [312] показано, что в процессе мутационной селекции можно получать формы гороха с более высоким удельным весом легуминов в составе глобулинов белка, что сопровождается улучшением его аминокислотного состава за счет увеличения содержания метионина, триптофана и цистеина.

По мнению И.В. Кондыкова [164] селекция должна быть направлена не на достижение максимальной урожайности, а на улучшение показателей качества зерна на фоне стабилизации относительно высокого уровня продуктивности.

Агропромышленный комплекс РФ в настоящее время нуждается в новых сортах гороха, характеризующихся не только высокой белковостью и стабильно высокой урожайностью, но и отличающихся высокими товарными и пищевыми качествами семян. Существенное значение для крупяного производства имеют также показатели, влияющие на выход продукта и возможность максимального извлечения из зерна питательных веществ, сосредоточенных в семядолях. Для осуществления процессов переработки современные сорта гороха должны иметь семена с определенными морфометрическими параметрами.

Для производства товарного зерна гороха необходимы высокоурожайные среднеспелые сорта с высокими товарными и пищевыми качествами семян, обладающие устойчивостью к засухе, вредителям и болезням, осыпаемости семян и меньшей полегаемостью стебля [68].

Принципиально новым направлением селекции гороха в настоящее время является селекция на высокое содержание в семенах крахмала и амилозы.

Наибольшее содержание амилозы в крахмале имеют сорта овощного гороха с морщинистыми семенами (генотип rrRbRb). Однако они низкотехнологичны при выращивании и имеют недостаточно высокую урожайность зрелых семян.

В Российской Федерации по Центрально-Черноземному региону районирован отечественный сорт овощного гороха Совинтер 1 [60], имеющий более 25 % амилозы от веса семян. Однако он имеет ряд недостатков: обычные (листочковые) листья, высокую полегаемость стебля, низкую урожайность семян.

В научно-исследовательской фирме Агритек (Чехия) с целью выделения амилозных генотипов проведен скрининг сортообразцов овощного гороха. В результате из генетических ресурсов были выделены источники высокого содержания амилозы [57].

1.4 Химический состав и пищевая ценность зерна гороха По данным А.В. Богомолова и Ф.В. Перцевого [28] в зерне гороха содержится (в %): белка – 24-31, крахмала – 50-60, жиров – 2-3, сахаров – 4-6, минеральных веществ – 3,5-3,6, пектиновых веществ – 1,5-2,8.

Н.Е. Павловская с соавторами [27] указывает, что в зерне гороха в зависимости от сорта и условий выращивания содержится 9-15 % воды, 18-35 % белка, 46-60 % безазотистых экстрактивных веществ, в том числе 20-50 % крахмала, 4- % сахаров, 0,6-1,5 % жира, 2-10 % клетчатки, 2-4 % золы. Сравнительно много в зерне минеральных веществ (особенно железа), микроэлементов, витаминов – А, В1, В2, РР, В6, в зародыше семян содержится витамин Е, в прорастающих семенах – витамин С.

Д. Шпаар с соавторами [406] приводит данные о содержании в зерне гороха (г/кг): углеводов – 634, протеина – 246, жира – 15; витаминов (мг/кг): С – 22…295, А (каротина) – 7,0, В1 – 5,1, В2 – 0,7…6,4, В6 – 1,0; минеральных веществ (г/кг):

калия – 12,0, натрия – 0,1, кальция – 1,0, фосфора – 4,5, магния – 1,5, серы – 1,6, железа – 84.

По данным И.М. Скурихина и А.П. Нечаева [287], в зерне гороха содержится (мг на 100 г продукта):

-каротина – 0,01, витамина Е – 9,1, витамина В6 – 0,27, биотина – 19*10-3, ниацина – 2,2, пантотеновой кислоты – 2,2, рибофлавина – 0,15, тиамина – 0,81, холина – 200.

Согласно данным В.Г. Конарева [162], изучившего 400 образцов мировой коллекции ВИР, в зерне гороха содержание белка варьирует от 19,2 до 29,6 %, лизина – от 6,5 до 8,9 %, метионина +цистина – от 1,3 до 3,0 %.

Исследованиями И.В. Тарыцы [296] установлено, что содержание белка в зерне гороха зависит от условий года (46 %), сортовых особенностей (54 %) и в меньшей степени – от случайных факторов (20 %). Белковость зерна положительно коррелирует с длиной вегетационного периода. Позднеспелые сорта накапливают больше белка, чем средне- и позднеспелые.

Исследованиями В.И. Брежневой [32] показано, что внесение средних и высоких доз NPK положительно сказывается на содержании белка.

В.В. Хангильдиным [321] установлено, что на накопление белка в семенах гороха негативно влияет ген – ингибитор I, блокирующий хлорофилловую пигментацию семядолей.

Н.Н. Корниенко и др. [27] установлена зависимость между содержанием белка и полипептидным спектром белка. В образцах гороха с константным полипептидным спектром содержание белка в зависимости от условий года менее подвержено колебаниям, чем в семенах образцов с нестабильных компонентным составом запасных белков. Количество субъединиц в спектрах белков семян гороха не зависит от длины вегетационного периода. Различия отмечаются в скорости синтеза белков и связаны с генетическими особенностями сорта.

Исследование 69 образцов гороха морфотипа хамелеон показало, что, несмотря на значительное варьирование накопления белка в семенах в зависимости от погодных условий года выращивания, в благоприятных условиях большинство из них способны накапливать в семенах от 23,0 до 27,4 % сырого протеина [169].

По мере созревания семян водорастворимый белок накапливается достаточно равномерно. В фазу молочной спелости содержание белка в семенах морфотипа хамелеон составляло от 13,7 до 16,9 %, в восковую – от 17,4 до 20,7 %, в полную – от 19,8 до 22,9 %.

По сумме незаменимых аминокислот в белке горох занимает одно из первых мест среди зернобобовых культур [100, 103, 382]. Его зерно является хорошим источником лизина [99], триптофана и других аминокислот. Количество лизина в белке может достигать 7 % и более [22]. Содержание триптофана варьирует от 0,42 до 1,4 % [15]. Критическими аминокислотами белка гороха являются метионин и цистеин [64, 193].

Показатель аминокислотного скора белков гороха по шкале ФАО составляет 60 %, степень утилизации организмом человека – 44 % [181]. Это связано с наличием в составе зерна большого количества крахмала, клетчатки и других веществ, экранирующих к ним доступ ферментов [180].

Благодаря присутствию в составе белков гороха большого количества гидрофильных центров: высокополярных аминогрупп глутаминовой и аспарагиновой кислот, полярных групп треонина и тирозина, сульфгидрильных групп цистина, они отличаются высокой влагосвязывающей способностью [62].

Растворимость белка определяет реологические и другие физикохимические характеристики белоксодержащих пищевых систем. Повышение растворимости белка благоприятно для увеличения устойчивости стабилизируемых им эмульсий и пен, но неблагоприятно для тестообразующих свойств белковых суспензий и сорбции ими жиров [307].

Белки семян гороха представлены альбуминами, глобулинами (вицилинами и легуминами) и рядом второстепенных (по количественному соотношению) компонентов [150, 279].

По данным В.И. Володина и В.И. Масаловой [50], у различных сортов и мутантов гороха содержание альбуминов колеблется от 8 до 21,5 %, глобулина – от 58,6 до 76,6 %, глютенина – от 10,0 до 19,8 % В.И. Володиным [47] не выявлено закономерности в накоплении отдельных белковых фракций в зависимости от белковости семян. Однако им был выделен ряд образцов, которые при пониженной белковости содержали больше водорастворимой фракции – альбуминов.

Основную часть белкового комплекса (до 80-90 %) составляют запасные белки глобулины [48, 161, 252, 406, 482]. Они не являются индивидуальными белками, а представлены легумином (11S) и вицилином (7S), различающимися по физико-химическим свойствам [458]. R.R.D. Croy et al. [437] показали наличие в семенах гороха, кроме легумина и вицилина, третьего глобулина – конвицилина.

Белок легумин состоит из субъединиц, имеющих молекулярную массу порядка 60 кДа и распадающихся в присутствии редуцирующего агента на два разных полипептида: с молекулярной массой около 40 кДа и 20 кДа. Молекулярная масса субъединиц вицилина в основном находится в пределах 50-75 кДа. Они формируют тримеры размером от 140 до 225 кДа или низкомолекулярные полипептиды (от 12 до 30 кДа) [328].

В составе глобулинов преобладают легумины. Соотношение легуминов и вицилинов варьирует, по одним данным, от 1,6 до 4,2 [452], по данным других авторов – от 0,2 до 1,5 [432]. Установлено, что это соотношение зависит от генотипа семени. Образцы с низким содержанием легумина относятся преимущественно к разновидностям гороха с морщинистыми семенами [307].

Исследованиями А.Н. Даниленко с соавторами [69] установлено, что легумины семян различных сортов гороха как в нативном, так и в денатурированном состоянии различаются по величинам теплоемкости их гидратации, что свидетельствует о различной степени их интегральной гидрофобности. При денатурации легуминов происходит одно и то же изменение доступной растворителю гидрофобной поверхности белков.

R.A. Davey и W.F. Dudman [441] установили, что легумины гороха содержат 0,33 % глюкозамина и 0,73 % нейтральных углеводов (глюкоза, манноза).

Легумин, вицилин и конвицилин имеют в своем составе незначительное количество серосодержащих аминокислот [266]. О.Г. Смирнова [288] предположила, что это связано с тем, что около 50 % серы в семенах гороха накапливается специализированными низкомолекулярными полипептидами РSР7 с молекулярной массой около 6 кДа. Они не обладают протеолитической или амилазной активностью и не являются структурными компонентами более крупных запасных олигомеров. В течение двух суток с начала прорастания семян они практически полностью исчезают из семядолей, что свидетельствует о важном значении данных белков для прорастающего зародыша.

РSР7 белки составляют около 5 % от общего содержания белка в семенах.

При анализе образцов гороха обнаружен широкий спектр изменчивости как по числу РSР7 полипептидов в спектре, так и по их интенсивности.

Альбумины с молекулярной массой 10-100 кДа составляют 9-13 % всех белков. Они играют важнейшую физиологическую роль, так как с ними связана ферментативная активность семян. Выделенный из белкового экстракта суммарный альбумин обладает инвертазной, каталазной и др. активностями [194, 247].

Альбумины объединяют большинство белков, проявляющих биологическую активность. У бобовых эта фракция включает ферменты (липоксигеназу, уреазу, амилазу), лектины (гемагглютинины) и ингибиторы ферментов (антитрипсиновые вещества).

Аминокислотный состав компонентов белковых фракций идентичен [46, 205]. Однако по количественному содержанию отдельных аминокислот они различаются. Для альбуминов характерно высокое содержание серосодержащих аминокислот, лизина, треонина, а также аспарагиновой и глутаминовой кислот [335, 465, 483]. Глобулиновая фракция содержит больше незаменимых аминокислот [170, 485].

Отдельные группировки солерастворимых белков содержат неодинаковое количество лимитирующих пищевую ценность незаменимых аминокислот – метионина, триптофана и цистеина. Низкое их содержание свойственно вицилинам и вицилиноподобным белкам. В легуминах и легуминоподобных белках они присутствуют в большем количестве [128, 312].

Кроме белковых веществ, семена гороха содержат и другие азотистые соединения (свободные аминокислоты и их амиды, нуклеиновые кислоты, пептиды, азотистые соединения, минеральный азот). Основная масса небелковых азотистых соединений представлена свободными аминокислотами (до 4-5 % веса зерна, т. е.

12-15 % общего азота) [259].

Из углеводов в состав зерна гороха входят крахмал, сахароза, гемицеллюлоза, клетчатка, пектиновые вещества и редуцирующие сахара.

Основным углеводом зерна гороха является крахмал. Его содержание в зависимости от генотипа, по одним данным, составляет от 20 до 54 % [253], по другим – 13-65 % [222]. На крахмалистость зерна оказывают влияние его сортовые особенности, а затем климатические и почвенные условия [10].

Сорта с морщинистыми семенами накапливают крахмала гораздо меньше, чем округлосеменные формы. Большая часть сортов и линий амилозного типа характеризуется средним содержанием крахмала– 36,3 % (в среднем) [466]. Содержание крахмала у зерновых форм несколько выше – 43,5 % в среднем.

Установлено, что содержание крахмала и амилозы увеличивается по мере созревания семян гороха [27]. При полном наливе семян наибольшим количеством амилозы в крахмале характеризуются усатые линии амилозного типа (59, % в среднем), а наименьшим – сорта листочкового морфотипа (56,9 % в среднем).

Крахмал неоднороден по составу. Его главными компонентами являются амилоза и амилопектин. Первая легко растворяется в теплой воде, образуя слабовязкие растворы, второй – в воде при нагревании под давлением, давая очень вязкие растворы.

Семена как с морщинистыми, так и с округлыми семенами накапливают амилозу почти в равном количестве. Однако в крахмале гороха в зависимости от сорта может содержаться от 4 до 75 % амилозы [506].

По способности синтезировать амилопектин округлосемянные и морщинистые формы резко различаются [23]. У округлосеменных сортов соотношение амилоза : амилопектин в крахмале составляет 1 : 2 [462, 466], а содержание амилозы – 37,6-41,6 % [21], и может достигать 50 % [283]. В крахмале морщинистых форм гороха накапливается до 60-75 % амилозы.

По данным Н.Е. Павловской с соавторами [27], содержание амилозы у зерновых сортов в среднем составляет 27,5 %; у овощных высокоамилозных – от 67, до 71,9 %.

М. Hybl et al. [466] на основе изучения обширной коллекции сортов гороха предложили классифицировать горох в зависимости от содержания крахмала и амилозы в зерне на девять групп, соответственно, для гладких и морщинистых семян.

Согласно классификации, предложенной Н.Р. Андреевым [11], гороховый крахмал относится к типу среднезернистых, подтипу амилозных (с содержанием амилозы более 30 %). По массовой доле сухих веществ крахмал гороха относится к группе зерновых и зернобобовых – с содержанием сухих веществ 85-90 % [13].

Синтез гранул крахмала происходит путем полимеризации глюкозы с участием ферментов. Фермент GBSS I необходим для производства линейной амилозы, а фермент SBE II отвечает за совместное действие растворимых синтаз крахмала и разветвленность молекулы крахмала, а именно амилопектина. Чем ниже активность ферментов, ответственных за разветвление в полисахаридной цепи, тем меньше синтезируется амилопектина и тем выше соотношение амилоза/амилопектин в гранулах крахмала.

Согласно модели строения крахмала A. Sarko и H. Wu, амилоза и амилопектин формируют структурный комплекс зерен, который состоит из кристаллической и аморфной частей [425, 507]. А-форма кристаллов крахмала образована двойными спиралями боковых ветвей амилопектина с плотной упаковкой (характерно для зерновых крахмалов). В-форма полиморфной части зерен свойственна картофельному крахмалу. Vh-форма состоит из одинаковых спиралей амилозы и включает липиды.

Для горохового крахмала характерны смешанные кристаллические структуры (А+В), называемые С-формой [155, 326, 451, 515]. Также встречается Vhформа, которая образуется, в основном, при термообработке и ретроградации крахмала.

Положения рефлексов для высокоамилозных гороховых крахмалов соответствуют В-типу структуры. Увеличение содержания амилозы сопровождается изменением типа упаковки двойных спиралей [155]. Для высокоамилозных крахмалов значения средней толщины кристаллов значительно превышают соответствующие величины для гладкозерных образцов горохового крахмала.

C. Gernat et al. [438] считают, что высокоамилозные крахмалы морщинистого гороха содержат как В-тип, так и Vh-тип кристаллитов.

Метод деконволюции калориметрических пиков высокоамилозных крахмалов морщинистого гороха показал, что процесс их плавления может быть описан как процесс плавления смеси низко- и высокотемпературных структур, обозначенных как В- и В*-типы, а также как плавление V-типа кристаллитов [475, 504].

Исследованиями С.С. Козлова [155] установлено, что для контрольного образца крахмала гороха (гладкозерный сорт) наблюдается характерная картина двулучепреломления («мальтийский крест»), что говорит о радиальной ориентации упорядоченных полисахаридных цепей по отношению к поверхности гранулы. Для высокоамилозных гороховых крахмалов двулучепреломления не наблюдается, свидетельствуя в пользу неупорядоченного расположения кристаллических структур в объеме гранулы. Для этих крахмалов реализуется новый тип структурной организации, когда частично кристаллические структуры с небольшим числом когерентно рассеивающих слоев распределены неупорядоченно в аморфной «матрице».

Температура плавления крахмалов зависит как от условий выращивания сельскохозяйственной культуры [502], так и от вида и сорта растений [475, 492, 507]. У гладкозерного гороха в зависимости от сорта различия в температуре плавления достигают 5-6 К [416, 442].

Согласно данным Н.Р. Андреева [11], у горохового крахмала температура клейстеризации составляет 58С, температура максимальной вязкости – 72С.

Крайние значения реологических характеристик принадлежат крупно- и мелкозернистым крахмалам (амилопектиновым и амилозным), а крахмалы с бимодальной дисперсностью имеют средние величины этих показателей.

V.A. Protserov et al. [492] предполагают, что температура плавления крахмалов зависит от толщины кристаллической ламели, количества дефектов кристаллической структуры и типа кристаллической структуры.

Исследованиями Г.О. Кожевникова и др. [154] показано, что изменения толщины кристаллической ламели и содержания дефектов не коррелируют с изменениями температуры плавления крахмалов гладкозерного гороха различных сортов. Поэтому различия температуры плавления в основном определяются типом кристаллической структуры, а отношение кристаллических структур А/ В в крахмалах гладкого гороха различается.

Изучение процесса плавления нативных зерен крахмала гладкого гороха пяти различных сортов показало, что термодинамические параметры плавления крахмала зависят от сорта гороха [154]. Установлено, что температуры плавления крахмалов гороха различных сортов не зависят от толщины их кристаллической ламели и количества дефектов кристаллической структуры. Наблюдаемые различия термодинамических параметров плавления гороха различных сортов, повидимому, определяются соотношением А- и В-типов кристаллической структуры, образующих крахмальную гранулу.

Отмечено, что экструзионный гороховый крахмал, по сравнению с другими видами крахмала, отличается наибольшей вязкостью, что объясняется повышенным содержанием амилозы, а, следовательно, высоким студнеобразованием при приготовлении концентрированных дисперсий крахмал-вода [98].

Из некрахмалистых полисахаридов в семенах гороха имеются гемицеллюлозы, целлюлозы, пектиновые вещества и пентозаны. Гидролизат гемицеллюлозы состоит из различных углеводов (% на сухое вещество): глюкозы – 30,2, арабинозы – 21,0, галактозы – 7,7, ксилозы – 4,9; гидролизат целлюлозы – только из глюкозы со следами арабинозы.

По данным В.М. Косолапова и др. [174] содержание сырой клетчатки в семенах гороха колеблется от 4,90 до 11,03 %.

В зерне гороха содержится 4…7 % моно- и олигосахаридов. Причем основная часть низкомолекулярных углеводов сосредоточена в зародыше зерна. В состав этих веществ входят сахароза, в небольших количествах – раффиноза, мелибиоза, мальтоза, глюкоза и фруктоза. При прорастании зерна в нем накапливается мальтоза [88].

В период созревания семян гороха (от молочной до полной спелости) сахара представлены глюкозой, фруктозой и сахарозой, содержание которых постепенно снижается. Наибольший процент сахаров приходится на сахарозу.

В фазу восковой спелости значительно снижается количество моносахаридов и, особенно, фруктозы. Однако в составе семян раннеспелых и среднеспелых сортов гороха появляется трисахарид раффиноза, идентифицированный у позднеспелого сорта только в семенах технической зрелости.

Н.Е. Павловской с соавторами [27] установлена высокая положительная корреляция между содержанием простых сахаров в семенах гороха и гемагглютинирующей активностью. В процессе созревания семян активность лектинов падает, что связано со снижением содержания простых сахаров и увеличением количества раффинозы и крахмала.

Горох содержит -галактозиды (раффиноза, стахиоза, цицеритол, вербаскоза) [406], которые могут являться причиной метеоризма у человека [307]. Суммарное содержание данных олигосахаридов в зерне гороха составляет 70,7 мг/г, а преобладющими являются раффиноза и стахиоза [467].

По данным David D. Dalgetty и Byung-Kee Baik [439], основным углеводом растворимых пищевых волокон семядолей является глюкоза, а нерастворимых – арабиноза.

В небольших количествах содержатся в семенах и органические кислоты.

Их общее содержание составляет 0,82 %, в том числе летучие – 0,14 %, лимонная – 0,29 %, яблочная – 0,07 % и неизвестная – 0,32 % [443].

Важным компонентом семян гороха являются липиды (2,5 % от массы семян), объединяющие различные группы веществ: жиры (свободные липиды) и жироподобные вещества (липоиды), а также фосфолипиды (связанные липиды).

Жир имеет темно-коричневый цвет, специфический запах и неопределенный вкус.

Основные константы жира гороха: удельный вес при 15°С – 0,919, температура застывания – 15°С, число омыления 184,5, йодное число – 106,0.

Полиненасыщенные жирные кислоты составляют до 52 % жиров гороха, содержащих, в основном, непредельные жирные кислоты [329, 423].

По данным Т.В. Савенковой [280] на долю линолевой кислоты приходится в среднем 36,3 %, олеиновой – 15,4 %, линоленовой – 6,7 %. Насыщенные жирные кислоты представлены в основном пальмитиновой – 12,9 % и стеариновой – 2,1 % кислотами.

Исследование фракционного состава липидов гороха показало, что в состав их входят различные вещества: триглицириды, диглицириды, фосфатиды, каротиноиды, хлорофилл, свободные жирные кислоты, стерины, их эфиры, моноглицериды. Количественное соотношение их колеблется в зависимости от сортовых особенностей и условий года выращивания. Кроме того, в семенах гороха содержится значительное количество неомыляемых веществ, что является характерным признаком липидов всех зерновых бобовых культур.

Каротиноиды липидов содержат 7,1-10,4 мг биологически активного каротина на 100 г вещества, что составляет 89,6-92,9 % от суммы каротинов, и 8,42-13,71 мг ксантофилла.

Свободные липиды содержат 18,13-18,95 % фосфатидов, которые состоят из лецитинов (30,43-35,29 %) и кефалинов (65,23-69,97 %). В связанных липидах установлено более высокое содержание фосфатидов (68,97-73,80 %). Количество лецитиновой фракции колеблется от 38,22 до 51,77 %, кефалиновой – от 48,29 до 61,78 %. Из неомыляемой фракции горохового масла выделены стеролы (2,21-2, %). На долю -ситостерина приходится до 0,5 % к массе сырья [43].

В горохе содержится достаточное количество сапонинов – органических веществ стероидной или тритерпеноидной природы, обладающих пенообразующими свойствами. Горох, в основном, содержит тритерпеновые сапонины олеананового типа, и, в частности, соясапонины А, В, С, D, пизумсапонины I, II [483, 491].

И.И. Керимов [145], исследуя химический состав трех сортов гороха, установил, что содержание сапонинов в их зерне составляет 3,15-4,86 %.

Исследованиями Е.Н. Артемовой и др. [16] показано, что зерно современных сортов гороха обладает хорошими пенообразующими свойствами. Однако четкой корреляции между содержанием белков, сапонинов и пенообразующими свойствами зерна гороха не выявлено.

Хроматографическое исследование экстракта муки гороха сорта Батрак показало присутствие следов сапонинов первой группы. Однако мука сортов Орел и Шустрик содержала сапонины как первой, так второй и третьей групп. Причем в метанольном экстракте сорта Шустрик удалось идентифицировать наибольшее количество сапонинов [16].

Из фенольных веществ в горохе обнаружены глюкозные эфиры nкумаровой и феруловой кислот [105]. Также для бобовых свойственно образование изофлавоноидов [20], в частности, птерокарпанов, играющих роль фитоалексинов. Из растений гороха выделен пизатин (6а-окси-3-метокси-8, 9метилендиоксиптерокарпан) [450].

Исследованиями R. Amarowicz и A. Troszynska [426] установлено, что в экстракте из зерна гороха содержание фенолов составляет 22,6 мг/г, а содержание танинов – 71 А500/г. В составе фенольных компонентов выявлены ванильная, кофейная, п-кумаровая, феруловая кислоты, кверцетин, кемферол, процианидин В2, процианидин В3.

По данным А.И. Даниленко, В.Т. Диановой и Г.О. Кожевникова [69], содержание ингибиторов трипсина в семенах гороха составляет 3-5 % от общего белка.

И.В. Володиным с соавторами [46] установлено, что ингибиторы из семян гороха представляют собой гетерогенный белковый комплекс, состоящий из нескольких компонентов с различной электрофоретической активностью.

М. Ventura et al. [506] обнаружил в ингибиторах трипсина и химотрипсина, выделенных из семян гороха, высокое содержание цистеина и полное отсутствие метионина. V.M. Mateus et al. [479] выявили в ингибиторах трипсина и химотрипсина значительное количество аспарагиновой и глутаминовой кислот.

Наиболее хорошо изучены ингибитор Кунитца, на долю которого приходится 90 % общих активных ингибиторов, и ингибитор Баумана-Бирка, представляющие белки с молекулярной массой 21,5 и 8 кДа, соответственно.

Установлены существенные различия в составе компонентов ингибитора Боумана-Бирка у озимых и яровых сортов гороха [159, 175]. Ю.В. Комиссаровой [159] отмечено, что яровые сорта гороха отличаются большим количеством ингибиторов протеиназ – от десяти до четырнадцати.

Между сортами гороха существует значительное различие в содержании ингибиторов протеиназ. По данным D.W. Griffiths [457], среднее содержание ингибитора трипсина составляет 1,06 единицы ИТ/мг, содержание ингибитора химотрипсина – 3,29 единицы ИХ/мг.

Гладкие сорта гороха содержат больше ингибиторов, чем морщинистые [505], мозговые имеют более высокую их активность, чем яровые белые [457, 478].

Исследование ингибирующей активности протеиназ у стародавних и современных сортов гороха показало, что в ходе селекции она существенно не изменилась [27].

Выявлена зависимость величины трипсин- и химотрипсинингибирующей активности от образования клубеньков Rhizobium. Образцы гороха, не образующие клубеньки, имеют самую высокую активность ингибиторов протеиназ [223].

Четкой коррелятивной зависимости между непоражаемостью гороха заболеваниями и трипсинингибирующей активностью семян не установлено [339].

Исследованиями Н.Е. Павловской и др. [27] установлено, что активность ингибиторов трипсина и химотрипсина в семенах гороха увеличивается по мере созревания. Причем активность ингибиторов химотрипсина в 1,5 раза выше, чем активность ингибиторов трипсина Наибольшее количество ингибиторов протеолитических ферментов находится в нативном горохе [153]. Локализуются они в основном в семядолях и отсутствуют в оболочках [266].

В процессе переработки зерна гороха в крупу, при прорастании семян активность ингибиторов протеиназ, как правило, снижается. В солоде после проращивания гороха ингибиторов не выявлено. Причиной такого изменения может быть деградация ингибиторов под действием цистиновой протеазы.

В процессе экструзионной обработки зерна гороха количество ингибиторов протеиназ снижается [101, 102], что обусловлено денатурацией белка. Инактивируются эти белки и при нагревании [175].

Большое значение в обмене веществ растений имеют зольные элементы. В семенах гороха они состоят, в основном, из окисей фосфора, калия, магния и кальция. Содержание элементов в золе семян изменяется в зависимости от сорта, его происхождения, удобрений, типа почв и других факторов. В золе семян в два раза больше калия, в четыре раза – фосфора, а кальция меньше в четыре раза, чем в золе вегетативной массы.

В 1 кг сухого вещества семян гороха содержится (мг): 44-48 – цинка, около 1 – молибдена, 0,025 – кобальта, 0,59 – меди, 0,626 – лития, 2 – никеля, 0,045 – окиси мышьяка, в небольших количествах йод и бор. В золе зеленого горошка имеется 0,056-0,090 % марганца [443].

Исследования показывают значительные колебания в содержании наиболее важных химических элементов минеральных веществ в семенах сортов гороха:

зола – 2,48-3,86 % (на сухое вещество); элементов (мг на 100 г сухого вещества):

79-212 кальция, 251-488 фосфора, 21-58 железа; окислов (г на 100 г золы): 2,86CаО, 16,98-35,92 – Р2О5, 1,13-2,90 – Fe2О3.

Количество микроэлементов зависит от условий произрастания растений [152], содержания их в почве, а также доступности в наиболее важные периоды роста.

Исследованиями В.М. Косолапова и др. [174] показано, что содержание марганца в сортах гороха варьирует от 7,7 до 14 мг/кг, цинка – от 12,2 до 35 мг/кг, меди – от 1,7 до 7,0 мг/кг, железа от 44 до 75 мг/кг.

Из ферментов в зерне гороха основными являются амилаза, мальтаза, сахараза, пероксидаза, уреаза и протеолитические ферменты [443].

Продукты зернобобовых культур содержат ряд антинутритивных и отчасти токсических веществ, которые ограничивают их использование в питании человека и кормлении животных [153, 266, 406].

К ним относятся ингибиторы протеазы, лектины, токсичные аминокислоты, полифенолы (флавоноиды, танины), гликозиды (сапонины), цианогенные гликозиды, глюкозинолаты, -галактозиды, алкалоиды [266].

Они отчасти сконцентрированы в шелухе и семядолях. Эти соединения снижают переваримость продуктов (таннины, ингибиторы трипсина, фитохемаглутины (лектин), сапонины) и придают семенам горький вкус (сапонины). Обнаружена корреляция между окраской лепестков и кожуры и содержанием таннинов. У сортов гороха с белыми цветками и желтой кожурой содержание таннинов ниже, чем у сортов с пестрыми цветками и бурой кожурой [406].

Содержание лектинов в горохе составляет 100-400 гемагглютининовых единиц на 1 мг [417]. Снизить активность лектинов можно нагреванием при 80С [69], а для выделения их из сырья достаточно экстракции 0,9 % раствором хлорида натрия [183].

Фитин содержит 40 … 50 % фосфора семян зернобобовых. Доступность фосфора зависит от содержания фитаз, которые расщепляют фитино-фосфорный комплекс. В семенах гороха содержание фитазы составляет 36 … 183 единицы фитазы/м2 [406].

Фитиновая кислота в виде ее магниево-кальциевых солей – фитина представляет собой важный резерв фосфора в семенах бобовых. Однако ее присутствие снижает всасывание и усвоение организмом многих макро- и микроэлементов. С белками семян фитиновая кислота может образовывать комплексы, изменяя их растворимость и снижая величину рН [307].

В семенах гороха содержание фитатов составляет порядка 1,02 % [89].

Поверхностные слои зерна гороха, согласно М.С. Дудкину [87], имеют следующий химический состав (% на сухое вещество): влажность – 9,88; зола – 2,14;

вещества, растворимые в спирто-бензольной смеси – 10,84; ЛГП – 17,46; ТГП – 55,34; пентозаны – 16,35; уроновые кислоты – 16,74; пектиновые вещества – 2,10;

лигнин – 5,80; cырой протеин – 4,78; крахмал – 2,62%.

Пищевые волокна оболочек зерна гороха содержат (% на абс.-сух. в-во): гемицеллюлозы – 20,52, целлюлозы – 34,0, лигнина – 31,04, сырого протеина – 2,00, золы – 1,25 [86].

Волокна из внутренней части от внешней оболочки гороха (семенной кожуры) содержат целлюлозу, гемицеллюлозу и пектин. Волокна из внешней части оболочки гороха содержат целлюлозу, гемицеллюлозу и лигнин [229].

М.С. Дудкиным с соавторами [83] изучен аминокислотный состав белка оболочек и пищевых волокон оболочек зерна гороха. Установлено, что в оболочках зерна гороха содержатся все незаменимые аминокислоты, а в пищевых волокнах содержание незаменимых аминокислот выше, чем в оболочках зерна.

Исследованиями польских ученых [503] установлено, что в семенной кожуре гороха содержатся антиоксидантные белки, в т. ч. белок супероксид-дисмутаза, а также фенольные соединения.

Зеленый горошек является богатым источником биологически активных веществ – витаминов, пигментов [190]. Витаминов в зерне гороха в среднем (мг/100г): А – 0,4, В1 – 0,6, В2 – 0,1, РР – 2,4, С – 3,5, Е -8, каротина – 0,1 и пантотеновой кислоты – 0,1. В зеленом горошке и недозрелых бобах гороха наилучшим образом сбалансированы витамины группы В, накапливающиеся в значительном количестве; витамина В1 содержится в 2 раза, В2 – в 1,5 раза, РР – в 5 раз больше, чем в хлебе из муки грубого помола. Витаминов В1 и В2 в горохе в 3-5 раз больше, чем в томатах и моркови. В зеленых бобах, кроме других витаминов, содержатся фолиевая кислота и холин, обладающие липотропным воздействием и влияющие на жировой и холестериновый обмен.

В зрелом сухом горохе витаминов С и Е нет, но они образуются при прорастании семян, одновременно увеличивается также количество витамина РР (никотиновая кислота). Содержание их различное в зависимости от сортовых особенностей и фазы развития.

Исследование раннеспелых и позднеспелых сортов овощного гороха позволило выявить значительные различия по содержанию витаминов в зеленом горошке. Так, раннеспелые образцы содержат тиамина 116-370 мг, позднеспелые 188-447 мг на 100 г вещества, в то время как по количеству аскорбиновой кислоты (соответственно 29-42 и 19-45 мг) и рибофлавина (396-660 и 390-714 мг) они близки между собой.

Установлена зависимость между размером семян и содержанием в них витаминов. Содержание их (мг на 100 г сухого вещества): тиамина в мелкой фракции – 287, средней фракции – 309 и крупной – 358, рибофлавина – соответственно 131, 122 и 111, аскорбиновой кислоты – 42, 33 и 25 при содержании сухого вещества 21, 26 и 30 %. Большое влияние на содержание витаминов оказывает степень спелости семян. В процессе перезревания семян количество аскорбиновой кислоты снижается в среднем на 37 % по сравнению с фазой начала технической спелости, в то время как содержание каротина (провитамин А) изменяется незначительно.

Обнаружено, что в бланшированном зеленом горошке, хранящемся при 24°С в течение 15 мес. содержится 47 индивидуальных химических соединений, из них 13 описано в связи с зеленым горошком впервые. Большинство составляющих – продукты распада жирных кислот, особенно насыщенных и мононенасыщенных 6-углеродных альдегидов, кетонов, спиртов и производных их эфиров.

Идентифицированы три 3-алкилметоксипиразина. Четвертый метоксилопиразин, идентифицированный как 5- или как 6-метил-3-изопропил-2-метоксипиразин, ранее не был обнаружен в зеленом горошке [468].

В горошке зеленом содержатся также в значительном количестве пищевые волокна – в мороженом 37,1; в стручковом – 47,6 г / 100 г сухой массы. [251]. Основными компонентами пищевых волокон являются гемицеллюлоза – 69 и 61 % и клетчатка – 27 и 39 %, соответственно, в мороженом и стручковом горохе. В состав гемицеллюлозы входят гексозы, пентозы и уроновые кислоты.

В прорастающих семенах гороха образуется жирорастворимый витамин Е (токоферол). В небольших количествах у гороха имеется витамин В15 (пангамовая кислота), мг/кг: в недозревших семенах – 650 и в созревших – 408. В зеленом горошке содержатся также инозит (163 мг на 100 г) и холин (263 мг на 100 г).

Продуктами переработки зерна гороха являются гороховая крупа, мука, мучка, шрот и др.

Установлено, что гороховая крупа характеризуется высоким содержанием белков – 23 %, сбалансированных по содержанию незаменимых аминокислот [29, 195, 405]. Углеводы (48,1 %) представлены в основном крахмалом. Из сахаров преобладающим является сахароза. По содержанию клетчатки горох шелушеный занимает промежуточное положение среди других видов круп. В его составе имеется до 4 % пентозанов и небольшое количество пектиновых веществ. Гороховая крупа содержит 10,7 % пищевых волокон, 1,6 % – липидов, 2,6 % – золы [405].

Липиды гороха шелушеного состоят в основном из ненасыщенных жирных кислот, среди которых преобладает линолевая кислота [405].

Из минеральных веществ преобладают калий (731 мг %), фосфор (226 мг %), кальций (89 мг %), магний (88 мг %), железо (7 мг %). Горох шлифованный является источником таких микроэлементов как марганец, медь, цинк, молибден, хром, бор и др. [195].

Выделяется горох шлифованный высоким содержанием витаминов группы В. Содержание витамина В1 составляет 0,9 мг %, витамина В2 – 0,18 мг %, РР – 2, мг %. В крупе гороховой также содержится 0,3 мг % витамина В6, 19,5 мг % биотина, 2,3 мг % пантотеновой кислоты, 16 мкг % фолацина. Энергетическая ценность крупы составляет 299 ккал [195].

Содержание белка в гороховой муке на 117 % выше, чем в пшеничной.

Аминокислотный скор по лизину в три раза, а по треонину – в два раза выше, чем у пшеничной муки. Гороховая мука превосходит пшеничную по содержанию калия, кальция, кобальта. Содержание -каротина составляет 0,07 мг/100 г [285].

В гороховой мучке в зависимости от режимов работы шелушильношлифовального оборудования содержится 20,2-25,5 % белка, 11,2-14,1 % жира, 33,6-35,1 % крахмала и 9,2-14,2 % пищевых волокон [214, 257].