ЛУКИН Алексей Леонид ович АГРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ

Препис

1 На правах р укописи ЛУКИН Алексей Леонид ович АГРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯ УРОЖАЙНОСТИ И КАЧЕСТВА САХАРНОЙ СВЕКЛЫ В УСЛОВИЯХ ЦЧР И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПЕКТИНА Спец иальности: Агр охимия Технология обр аботки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, кр упяных прод уктов, плод оовощной прод укц ии и виноград арства АВТОРЕФЕРАТ д иссертации на соискание ученой степени д октора сельскохозяйственных наук Вор онеж 2005

2 Работа выполнена на кафедре биохимии и микробиологии, кафедре химии ФГОУ ВПО "Воронежский госуд арственный аф арный университет имени К. Д. Глинки. Научные консультанты: доктор химических наук, профессор Влад имир Васильевич Котов; доктор сельскохозяйственных наук, профессор Николай Георгиевич Мязин Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, доктор экономических наук, профессор Шишкин Александ р Фед орович; доктор сельскохозяйственных наук, профессор Кураков Василий Иванович; доктор технических наук, профессор Донченко Люд мила Влад имировна Ведущая организация Московский госуд арственный имени М. В. Ломоносова (кафедра афохимии), университет Защита состоится 27 октября 2005 года в 13 часов на заседании диссертационного совета Д в ФГОУ ВПО Воронежского государственного аграрного университета им. К.Д.Глинки по ад ресу: Россия, , г. Воронеж, ул. Мичурина 1, ФГОУ ВПО "Воронежский госуд арственный аграрный университет имени К.Д. Глинки" С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО ВГАУ имени К.Д.Глинки Автореферат разослан "27"сентября 2005 г. Ученый секретарь диссертационного совета кандидат ^Г^^"" сельскохозяйственных наук, доцент t/ / ^ ' ' О.М.Кольц ова

3 Jj^ M^fr^y ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность исслед ованийzyxwvutsrqponmlkjihgfedcbazyxwvutsrqpon Диссер тац ионная работа посвящ^гна поиску пути комплексного р ешения пр облемы оптимизац ии условий выр ащивания сортов и гибрид ов сахарной свеклы и совер шенствованию технологии оц енки качества пр од уктов глубокой пер ер абагки корнеплод ов в условиях Центр ально Черноземного региона. Развитие свекловод ческой отр асли наряд у с интенсиф икац ией сталкивается с пр облемами, вызванными д исбалансом внесения органических и минер альных уд обр ений, чр езмер ным выносом од них элементов из почвы и ф иксац ией в ней д ругих. С од ной стор оны, в эксплуатац ию ввод ятся новые интенсивные сорта и гибр ид ы, а с д р угое, нехватка уд обр ений зачастую привод ит к сд вигу баланса элеменгов питания в почве. В р езультате возникают под кисление почв и связаннее с ним снижение ур ожайности. По д анным агр охимической службы (ГЦАС), на 1 январ я 2004 год а площад ь под кисленных почв в Вор онежской области составляет 770 тыс. га, или 2 5 % всей пашни. В составе общей пахотной площад и под сахар1юй свеклой наход ится 8 % под кисленных почв. В планах экономического и социального р азвития стр аны д о 2005 года пред усмотрено д овести валовой сбор корнеплод ов сахарной свеклы д о 26 млн. тонн, а пр оизвод ство сахара песка д о 5,3 млн. тонн. Являясь перед овым свеклосеющим р егионом, ЦЧР производ ит более 6 0 % сахара в России. Решение пр облемы обеспечения стр аны сахаром д олжно ид ти по д вум напр авлениям. С од ной стор оны, это обоснование и внед рение ноиых сортов и гибрид ов, отзывчивых на интенсивное вед ение хозяйства, а с д ругой стор оны, созд ание максимально благопр иятных почвенных условий д ля их выр ащивания, в том числе, через стабилизац ию кислотных свойств почв путем внесения мелиорантов с д овед ением д о их естественного ур овня. Комплексное рассмотрение процесса возд елывания сахарной свевшы и производ ства сахара включает также вопр осы глубокой переработки жома как ценного сыр ьевого ресурса и служит р ешению пр облемы загрязнения окр ужающей ср ед ы. В ЦЧР, гд е в год его обр азуется более РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ I БИБЛИОТЕКА i IIKUftKA I "Шйл С Летен zyxwvutsrqponmlkjihgfedcbazy 08

4 377 тыс. тонн, он используется лишь на кор м. Конц епц ией госуд арственной политики в области зд орового питания населения России на период д о 2005 год а, пр инятой Пр авительством РФ (Постановление Xs 917 от 10 августа 1998 год а), пр ед усматр ивается получение новых пр эд уктов ф ункц ионального назначения. В этой связи актуальным является вопрос изучения пектиновых веществ сахарной свеклы д ля ис'тользования в качестве природ ных д етоксикантов. Изучение пектина начато д остаточно д авно, и со вр емени классических работ в области свойств и классиф икац ии пектина выд елились д ва основных напр авления его изучения и использования. Пер вое связано с пр именением пектина в качестве желир ующей д обавки в пищевой пр омышленности. Классиф икац ии сыр ья, технологии получения и использования пектинов в этой области посвящены р аботы Н. П. Шглухиной, Г. Б. Аймухамед овой, Н. С. Кар повича, Л. В. Донченко и д р. Доминир ующим источником пектиносод ержащего сыр ья в России, особенно в ЦЧР, является свекловичный жом, полная переработка когорого на пектин могла бы обеспечить 2/ 3 потр ебности России в низкометоксилир ованных пектинах из местного сыр ья. В наши д ни поиск метод ов очистки пектиновых конц ентратов прод олжает пр ивлекать интер есы ученых. Пр оизвод ство пектина может базир оваться только на критериях комплексного подхода к р ешению научных и пр оизвод ственных вопр осов, а также организации р ьтка сбыта пектина и пектинопр од уктов. Для р ешения этой пр облемы актуальной является д альнейшая разработка новых вид ов пектиносод ержащих прюд уктов и р асшир ение области его автопр омышленного использования. В настоящее вр емя остается откр ытым вопрос опред еления влияния биологических особенностей сахарной свеклы и условий ее выр ащивания на количество и свойства обр азующегося в ней пектина. Свед ения о сод ержании и аналитических характеристиках пектиновых веществ сор тов и гибрид ов сахарной свеклы, возд елываемых в ЦЧР, отсутствуют в литер атур е, что и опред елило необход имость провед ения спец иальных исслед ований.

5 Цель и зад ачи работы.zyxwvutsrqponmlkjihgfedcbazyxwvutsrqponml Целью р является оптимизац ия ур ожайности сахарной свеклы и сод ер жания в ней пектина пр и совместном использовании уд обр ений и мелиор антов, а также получение высокоочищенных препаратов пектина, облад ающих улучшенными технологическими свойствами, на основе совер шенствования метод ов его выд еления, очистки и анализа. Для д остижения поставленной цели решались след ующие зад ачи: Исслед овать влияние д оз уд обр ений и мелиор антов, а также почвенно климатических условий на ур ожайность сахарной свеклы, количество и качество пектина. Изучить д инамику основных элементов питания в зависим эсти от д оз уд обр ений и мелиор антов, и опр ед елить их вынос кор неплод ами сахарной свеклы. Опр ед елить технологические свойства KopHcunoi.oB и аналитические хар актер истики пектина в зависимости от ф она питания. Выявить влияние густоты стояния сахарной свеклы и ср оков убор ки на ур ожайность и технологические свойства кор не тлод ов, сод ержание и свойства пектиновых веществ. Выявить зависимость межд у сор товыми особенностями сахар ной свеклы и аналитическими показателями пектина. Усовер шенствовать метод ы опред еления ф ункц ионального состава молекул пектина. Повысить степень чистоты пектина с пр именением комплексообр азующих веществ. Выявить изменения состава пектина при его об]5а6отке ионообменными смолами. Выявить особенности гид ратац ии пектина, полученного с использованием р азличных метод ов очистки. Разр аботать компьютер ные мод ели, отр ажающие изменение гид ратации и межмолекуляр ных взаимод ействий на р азличных «ггадиях выд еления и очистки пектина. Использовать полученные пектины д ля разработки технических условий рецептур хлеба.

6 Разр аботать способ обр аботки семян озимых культур препаратом пектина с ц елью повьппения их посевных качеств. Научная новизна провед енных исслед ований заключается в том, что в условиях ЦЧР р азр аботаны пр иемы комплексной оц енки корнеплод ов сахарной свеклел, позволившие повысить почвенное плод ород ие, увеличить сод ер жание сахара в корнеплод ах, исслед овать биохимические особенности пектиновых вешеств и их влияние на качество пищевых пр од уктов. В р езультате провед енных исслед ований уточнены д анные по выносу корнеплод ами сахарной свеклы основных элементов питания из уд обр ений и мелиор антов. Установлено влияние густоты стояния и ср оков убор ки на ур ожайность и качественные показатели корнеплод ов. Обосновано влияние сор товых особенностей сахарной свеклы на основные аналитические хар актер истики пектина. Разр аботан способ повышения комплексообр азующей способности пектина сахарной свеклы. Показано, что р азличия в гид ратац ии молекул пектина связаны с обр азованием над молекуляр ных стр уктур, обр азующихся под д ействием связывающего цепи полигалактур оновой кислоты иона кальц ия. Выявлено, что обработка раствора пектина д инатриевой солью этиленд иаминтетр ауксусной кислоты (Na ЭДТА) в раза снижает сод ер жание в пр од укте балластных веществ, повышает степень ионизац ии кар боксильных гр упп и общую гид ратац ию его молекул. Установлено пр еимущество пр именения неионогенного сорбента "Стир осор б МХДЭ " перед анионитами р азличной природ ы пр и сор бц ионной очистке препаратов пектина. Показано, что д ля объяснения явлений, пр отекающих пр и выд елении и очистке пектина, и пр опюзир ования его свойств могут быть использованы метод ы компьютер ного мод елир ования. Под твер жд ены экспер иментальные д анные о гид ратации молекул галактур оновой кислоты и известные д анные о комплексообр азовании молекул пектина с ионами кальц ия с участием, как кар боксильных гр упп, так и спир товых гид роксилов.

7 Пра1 сгическая значимость работы: 1. Полученные р езультаты д остоверно под твер жд ены сохранением почвенного плод ород ия и повышением ур ожайности корнеплод ов сахар ной свеклы. 2. С учетом технологических особенностей возд елывания сахар ной свеклы и ф изико химических свойств пектиновых веществ можно корректирювать ее сбор и качество в условиях пр оизвод ства. 3. Разр аботан способ повышения комплексообр азующей способности пектина. Патет на изобр етение Ru С 08 В 37/ 06, А 2 3 L 1/ Способ повышения комплексообр азующей способности свекловичного пектина / Котов В. В., Лукин А. Л., Васютин А. А., Гвозд ев Н. В. (РФ). 4 с. 4. Усовер шенствована метод ика оц енки ф изико химических показателей пектина с использованием приема совместного конд укто и потенц иометр ического титр ования. 5. Разр аботанные метод ы очисчки пектина положены в основу созд ания технических условий р ец ептур ы хлеба с использованием пектина как пищевой д обавки. 6. С использованием очищенного свекловичного пектина разработан и пр ошел испытания в хозяйстве ЗАО "Коттонинвест Нижнебайгор овский" препарат по стимулир ованию энергии пр ор астания и полевой всхожести яр овых зерновых культур. Положения, выносимые на защиту: Дозы уд обр ений и мелиорантов и ур ожайность корнеплод ов сахар - ной свеклы. Сод ер жание и качество свекловичного пектина в зависимости ш сорта и условий выр ащивания сахарной свеклы. Новый способ очистки пектиновых веществ. Повышение комплексообр азующей способности пектина. Усовершенствованная метод ика опред еления аналитических характер истик пектина. Экспер иментальные д анные по влиянию способа очистки пекгина на его состав и гид р атац ионные хар актер истики.

8 Результаты компьютерного мод елирования состава, процесса выд е- ления, очистки пектина и пр огнозир ования его свойств. Результаты использования очищенного пектина как пищевой д обавки при выпечке хлеба и в качестве стимулятор а роста яр овых зерновых кульгур. Апробация работы. Работа выполнена в соответствии с коорд инац ионным планом научного совета РАН по ад сорбции и хроматэгр аф ии на г. г. (р азд ел : "Исслед ование межрлолекулярных и гид ратац ионных взаимод ействий, кинетики и механизма массопереноса в ионитах и ионообменных мембранах в системах с ор ганическими электр олитами и полиэлектр олитами") и планом НИР ВГАУ на г.г. (тема 6 : "Разр аботка научных основ ф ормир ования устойчивых агр оэкосистем ЦЧР" ). Исслед ования выполнены в лабораториях каф ед ры биохимии и микр обиологии, каф ед ры химии ВГАУ, каф ед р ы аналитической химии ВГУ, лабор атор ии массовых анализов ВГАУ, зональной агр охимической лаборагории и лабораторией д иагностики и ветеринарной мед иц ины, а также в отд еле агр охимии пр и Госуд ар ственном научном учр ежд ении Научно исслед овательский институт сельского хозяйства Центр ально Чер ноземной полосы имени В. В. Докучаева РАСХН. Основные положения д иссер тац ионной р аботы были д оложены и обсужд ены на: 5 Межд ународ ной научно производ ственной конф еренции "Пр о- блемы сельскохозяйственного пр оизвод ства на совр еменном этапе и пути их р ешения" (г. Белгород, БГСХА, г.); Межд унар од ном научном семинар е "1 0 0 лет хр оматогр аф ии" (г. Вор онеж, ВГУ, 1 3 октябр я г.); Межд ународ ной конф еренции "Функц иональные прод укты питания: ги иенические аспекты и безопасность" (г. Кр аснод ар, КубГАУ, мая 20Ci3r.); Межд унар од ной научно пр актической конф еренц ии, посвященной РО летр'ю ВГАУ им. К.Д. Глинки и 10 летию технологического ф акультета ВГАУ "Актуальные напр авления р азвития экологически безопасных

9 технологий пр оизвод ства, хранения и пер ер аботки сельскохозяйственной пр од укц ии" (г. Вор онеж, ВГАУ апреля 2003 г.); Межр егиональной научно пр актической конф еренц ии молод ых ученых и спец иалистов, посвященной 90 летию ВГАУ им. К.Д. Глинки "Вклад молод ых ученых в р азвитие аф ар ной науки в начале XXI века" (г. Вор онеж, ВГАУ, мая 2003 г.); Межд унар од ной научно пр актической конф еренц ии "Актуальные пр облемы и пер спективы р азвития аф опр омышленного комплекса" (Ростовская область, Октябр ьский р айон, пос. Пер сиановский, ДонГАУ, 1 4 ф евр аля 2005 г.); X межд унар од ной конфер> енции "Физико химические основы ионообменных пр оц ессов" (Вор онеж, сентябр я 2004 год а); Межд унар од ной научно пр актической конф еренц ии "Актуальные пр облемы и пер спективы р азвития аф опр омышленного комплекса" (ДонГАУ, 1 2 ф евраля 2005 г); засед ании секц ии растениевод ства научно технического Совета Главного упр авления АПК ад министрац ии области по теме: "Пути повышения эф ф ективности производ ства пр од укц ии р астениевод ства". Главное упр авление АПК, Вор онеж, научных и учебно метод ических конф еренциях проф ессорскопрепод авательского состава, научных сотр уд ников и аспир антов Вор онежского госуд арственного аф ар ного универ ситета имени К. Д. Глинки (Вор онеж, г. г.). Публикац ии. По материалам д иссертац ии опубликовано 35 научных работ, в том числе 1 моноф аф ия, 17 научных статей, получено 2 патента РФ на изобретение и 1 положительное решение на выд ачу патента. Разр абт ано 2 паке! а нормативной д окументац ии на новые пр од укты питания и стимулятор роста семян зерновых культур. Под р уковод ством д иссертанта провед ены совместные исслед ования и защищены канд ид атские д иссертац ии А. А. Васютина ( ), Н. В. Гвозд ева ( ), под готовлена и пред ставлена к защите д иссертац ия С. В. Славгород ского ( ). Стр уктур а и объем р аботы; Диссер тац ия состоит из введ ения, обзора инф ормац ионной и патентной литер атур ы, 6 глав, вывод ов.

10 рекоменд ац ий пр оизвод ству, списка использованной литер атур ы и пр илэжений. Работа изложена на 426 стр. компьютер ного текста, сод ержит 56 р исунков, 79 таблиц. Список использованной литер атур ы включает 513 наименований, в том числе 137 иностр анных автор ов. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Введ ение. Во введ ении привед ено обоснование актуальности рабо ^ы, ф ор мулир уется сущность р ешаемой научной пр облемы, опр ед ехяются цель и зад ачи исслед ования, р ассматр иваются научная нови ШЕ и пр актическая ц енность полученных р езультатов. 1. Влияние уд обр ений и мелиор антов на ур ожайность и качество кор иетод ов сахар ной свеклы. Пр овед енный анализ литер атур ы показал, что СОЕ р еменные тех1юлогни возд елывания сахар ной свеклы не могут считаться консер вативными в CHjry постоянного вар ьир ования всех агр обиологических ф акторов, о которых ид ет р ечь. Анализ изученной литер атур ы показал также, 'гго к настоящему моменту пр од олжают остаеатля нер ешенными зад ачи соответствия и оц енки р астительного мате])игла сыр ьевым тр ебованиям и ц еленаправленного созд ания таких условии, пр и которых получаемое сыр ье буд ет д авать пектин наилучшего качества. 2. Аф ометеор ологические условия. Метод ика провед ения экспер имента. Исслед ования г. г. пр овед ены в полевом опыте отд ела аф охимии НИИСХ ЦЧП им. В. В. Докучаева, в стац ионаре каф ед ры аф охимии ВГАУ, в учебном хозяйстве "Бер езовское", гд е провод ились наблюд ения за сахарной свеклой, выр ащиваемой на р азличных ф онах питания, а так же на опытных полях отд ела селекц ии ВНИИС'С им. А. Л. Мазлумова, гд е бььти исслед ованы сор т, гибрид и линии сахарной свеклы. В НИИСХ ЦЧП им. В В. Докучаевав в гг. был загюжен полево?' опыт по изучению густоты стояния р астений, ср оков убор ки сахарной свеклы и влияния их на качество корнеплод ов. Учетная площад ь д еляик! составила 6,3 м^, д лина ряд ка 7 п.м, шир ина межд ур яд ий 0,45 м, повтор юсть 6 кр атная.

11 Опыт был заложен на ф оне N90P120K90, рекоменд ованном д пя обыкновенных чер ноземов. Высевался сор т Рамонская oднoceмя^ нaя 4 7. У посевов сахарной свеклы была сф ормирована густота стояния р астений 75 80, 85 90, тыс. шт/ га. Фор мир овалась густота вр учную. Убор ка провод илась также вр учную, в 2 ср ока, учет ур ожая взвешиванием корнеапод ов со всей учетной площад и д елянки. В гг. был заложен микр ополевой опыт по изучению влияния уд обр ений и мелиоранта на ур ожайность и качество корнеплод ов. Использовалась след ующая схема: 1. Без уд обр ений (контр юль). 2. Фон + N 2cPi;oK2o 3. Фон + N240P240K Фон + N,2oP,2oK,2o + СаСОз. 5. CaCOj. Сахар ная свекла в стац ионаре каф ед ры агрохимии В'^ АУ в г. г. изучалась в шестипольном севообороте: 1. Чер ный пар 2. Озимая пшениц а 3. Сахар ная свекла 4. Гор ох (зел. кор м) 5. Озимая р ожь 6. Ячмень. Для провед ения экспер имента были отобр аны несколько вар иантов ф онов питания: 1. Без уд обр ений (контр оль). 2. Навоз 40 т/ га (послед ействие) ф он. 3. Фон + N 2oPi2oKi2o 4. Фон I N240P240K Система 1 САХ0 П (N,2oPi2oKi2o) 6. Деф екат (2 8 т/ га) + Ni2oPi2oK,2o. 7. Фонzyxwvutsrqponmlkjihgfedcba + N,2oPi2oK.,2o + СаСОз. 8. СаСОз. Повтор ность опыта четыр ехкр атная, расположение вар иантов системаггическое шахматное, р асположение повторений яр усное общая площад ь д елянки 191,7 м^, учетной 50 м^. В учебном хозяйстве "Бер езовское" посевы сахарной свеклы р азмещались в след ующем севообор оте: 1. Чер ный пар. 2. Озимая пшениц а. 3. Сахар ная свекла. 4. Яр овая пшениц а. 5. Кукур уза 6. Ячмень. Для провед ения экспер имента было отобрано несколько вар иантов ф онов питания: 1. Без уд обрений (контроль). 2. Р90К NcoP9oK9o 4. Ni8oPi8oKi8o. 5. NPK на запланир ованный ур ожай. 6. Послед ействие 30 т/ га навоза. 7. N90P180K N180P90K90 9. N9nP9oKi5o Ю. Послед гйствие 40 т/ га навоза + N9oP9oK90 П. Навоз 30 т/ га послед ействие т/ га навоза+ N45P45K45 И

12 Повторность опыта четырехкратная. Посевная площад ь д елянки 230 м^, учетной 200 м^. Размещение д елячок в опыте д вухъяр усное метод ом ренд омизац ии. В отд еле селекц ии ВНИИСС им. А. Л. Мазлумова были исслед ованы сорт сахарной свеклы Рамонская од носемянная 47 и гибр ид ы РМС 4 6, РМС 6 0, РМС 7 0, Льговская од носемянная 5 2, д ве линии и од на популяц ия сахарной свеклы (МЛТ и ОДЛ). Почвы опытных участков НИИСХ ЦЧП им В. В. Докучаева чер нозем обыкновенный, Опыгной станц ии ВГАУ чер нозем выщелочный, учхоза "Бер езовское" и отд ела селекц ии ВНИИСС им А. Л. Мазлумова чер нозем типичный ср ед немощный. Агр отехника возд елывания сахарной свеклы р екоменд ованная в Вор онежской области, за исключением изучаемых ф акторов. Учет ур ожая сахар ной свеклы провод ился метод ом сплошной убор ки с опред елением загр язненности корнеплод ов. Отбор почвенных и р астительных образцов пр овод ился согласно метод ическим указаниям по географ ической сети опытов. Анализы почвенных и р астительных образцов выполнены общепр инятыми метод ами в лаборатории каф ед ры химии ВГАУ. Экспер иментальные д анные под вергали д испер сионному и корреляц ионному анализу по Б. А. Доспехову ( ). Погод ные условия в год ы провед ения опытов ( гг.) имели свои особенности, но в целом благопр иятствовали р осту и р азвитию р астений сахарной свеклы и получению ур ожайности по вар иантам опыта от 16 д о 52 т/ га. Пр и провед ении исслед ований опред елялись аналитические хар актер истики пектина пр и совместном конд укто и потенц иометр ическом титр овании. Использовались конд иц ионирование ионообменными смолами р аствор ов пектина, а также тер мический анализ и ИК спекгр оскопия пектиновых препаратов. Опр ед елялся аминокислотный состав, зольность^ и сод ержание Сахаров в препарате свекловичного пектина р азличной степени очистки. 12

13 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 3. Влияние уд обрений и агротехники возд елывания на агрохимические свойства почвы, урожайность и качество корнеплод ов. Вод ные и химические свойства почвы.zyxwvutsrqponmlkjihgfedc Минер альные уд обр ения и мелиор анты не оказали существенного влияния на вод ный р ежим почвы, котор ый в большой степени опред елялся интенсивностью ф ормирования ур ожая сахарной свеклы, но способствовали более экономичному расход ованию влаги на созд ание ед иниц ы пр од укц ии. Наименьшее количество влаги расход овано на ф ормиройание I т корнеплод ов в 2003 г., при внесении N240P240K240, 145 т. Наибольшее на вар ианте без внесения уд обр ений т. На ф оне полной нор мы NPK с карбонатом кальц ия коэф ф ициент расход а вод ы по ср авнению с контр олем уменьшился на 35,4 %. Мелиор анты улучшали химические свойства чер ноземов. Внесенный д еф екат на черноземе выщелоченном снизил кислотность в слое почвы О 40 см с р Н 5,15 д о 5,40, как в отд ельности, так и при внесении его совместно с минер альными уд обр ениями, пр и этом насыщенность основаниями повысилась с 83 д о 86 %. Пищевой режим почвы. Для сахарной свеклы в ЦЧР рекоменд ованные д озы внесения полного минерального уд обр ения составляют N9o i2op9o i3ok9o i2o В наших исслед ованиях внесение Ni2oPi2oKi2o в слое 0 30 см в весенний период обеспечило сод ержание нитратного азота в количестве от 17,1 д о 18,3 мг на 1 кг почвы. К моменту смыкания листьев свеклы в ряд ках сод ержание д оступного д ля р астений азота снижалось д о 14,7 15,7 мг/ кг, а в ф азу смыкания листьев в межд уряд ьях сод ержание азота уменьшалось д о 14,2 15,8 мг/ кг. Наименьшее сод ержание нитратного азота (1 2,0 13,1) мг/ кг отмечалось к моменту убор ки корнеплод ов. Наблюд ения за д инамикой под вижного ф осф ора показали, что внесение минерального уд обр ения в д озе Р^ о обеспечивает сод ержание под вижного ф осф ора в черноземе обыкновенном в слое почвгл О 30 см в количестве от 139 д о 147 мг на 1 кг почвы. Сод ержание под вижного ф осф ора в течение вегетации сахарной свеклы снижалось в меньшей степени, чем сод ержание нитр атного азота. Существенных р азличий в 13

14 сод ерж.гнии под вижного ф осф ора по вар иантам опыга перед убор кой сахарнс'й свеклы не наблюд алось. Ссд ер жание обменного калия по вар иантам опыта в слое почвы О 30 С1Л колебалось от 161 д о 205 мг на 1 кг почвы. Таким обр азом, внесение минер альных уд обр ений в д озе N120P120K120 сггособс твует созд анию в черноземе обыкновенном повышенного сод ержлния под вижного ф осф ора и обменного калия. Сод ержание азота, фосфора и калия в корнеплод ах сахарной свекпы и вынос их из уд обрений. Пр и внесении полной д озы уд обр ений N 2oPi2oKi2o В условиях 2003 год а отмечались более высокие показатели по сод е1)ж,шию азота, ф осф ора и калия в корнеплод ах, чем в 2004 год у. Таблица 1. Сод ер жание азота, ф осф ора и калия в корнеплод ах сахарной свеклы в зависимости от уд обр ений, % к сухому веществу (НИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева) Е ариант опыта Годы Азот Фосфор Калий Контр оль '^ 12oP 2oK jt) ^24оР24оК240 *^12oPl2oK 20 + СаСОз СаСОз Сред нее Сред нее Сред нее Сред нее Сред нее 1,71 1,69 1,70 1,76 1,71 1,74 1,80 1,74 1,77 1,75 1,72 1,74 1,72 1,70 1,71 0,50 0,49 0,50 0,51 0,50 0,51 0,53 0,51 0,52 0,51 0,50 0,51 0,50 0,50 0,50 Внесение мелиорантов совместно с полной д озой 2,27 2,25 2,26 2,36 2,30 2,33 2,43 2,35 2,39 2,35 2,31 2,33 2,29 2,26 2,27 минеральных уд обр ений существенно не влияло на сод ержание макроэлементов в кор нетюд ах сахарной свеклы. 14

15 в р езультате провед енных экспер иментов установлено, "то во влажные год ы кор неплод ы сахарной свеклы имеют более иысокое сод ер жание азота. Величина выноса питательных элементов корнеплод ами Cfixapnofi свеклы опред елялась в основном ур овнем ур ожайности. Знание 1 еличин запасов элементов питания в почве, выноса их ед иницей пр од укц ии и коэф ф иц иентов использования питательных веществ из уд обр ений, позволяет р ассчитать нор мы уд обр ений на планир уемый ур ожай. Таблица 2. Вынос питательных веществ корнеплод ами сахарной свеклы и коэф ф иц иенты использования их из минеральных уд обр ений на черноземе обыкновенном ( гг.) Вар иант опыта Контр оль Вынос питательных веществ корнеплод ами сахарной свеклы, кг/ га N 164,4 Р2 О5 47,9 КгО 218,6 Коэф ф иц иенты использования питательных вещее гв из уд обрений N Р2 О5 КзО Nl2 op 2 ok ,7 61,9 284,4 39,4 11,7 54,9 N240P240K24O 260,6 7 6,5 352,3 4 0,1 11,9 55,7 N120P120K120+ СаСОз 211,6 61,9 284,3 39,3 11,7 Вынос азота повышался пр и увеличении д озы азотных уд обр ений в 2 раза примерно на 20 %. Наибольшая величина выноса 4'осф ора корнеплод ами отмечена на д войной д озе уд обр ений и пр евышала котр оль на %. Вынос ф осф ора на полных д озах NPK с применением мелиорантов и без него пр евышал контр оль на 2 3 %. Вынос калия корнеплод ами сахарной свеклы колебался от 214,51 д о 355,84 кг/ га. Наибольший вынос калия приход ился на вар ианты с f.bofihofi д озой NPK. Вынос калия пр и N120P120K 120 примерно в 1,3 раза пр евышал этот показатель на контр оле. На основании показателей выноса элементов питания с ур ожаем основной прод укции на вариантах без уд обрений и пр и их внесенк и бьши р ассчитаны коэф ф иц иенты использования элементов питания из уд обр ений, котор ые составили: по азотгу 39,3 4 0,1, ф осф ору 1 1,7 11,9, калию 54,7 55, , г,zyxwvutsrqpon 1 15

16 Урожайность. Сбор сахара и пектина.zyxwvutsrqponmlkjihgfedcbazyxwvu Конечным показателем плод ород ия почвы общепр инято считаются ур ожай и качество выр ащиваемых культур. В стац ионар ных опытах каф ед ры агр охимии ВГАУ имени К.Д. Глинки на Опытной станщ1и и в учхозе Бер езовское, нами было изучено влияние р азличных д оз уд обр ений и мелиор антов на ур ожайность, сахар истость, сбор сахара и пектина сахарной свеклы сор та Рамонская од носемянная 4 7. В год ы провед ения исслед ований ( гг.) наибольшая ур ожайность была получена на варианте с внесением N240P240K240 "а ф оне послед ействия 40 т навоза на 1 га 41,7 т/ га. Таблица 3. Ур ожайность, сбор сахара и протопектина в зависимости от р азличных д оз минеральных и ор ганических уд обр ений под сахар ную свеклу ( ГГ.) < m Контр оль Варианты Фон 40т/ га навоза (послед ) ФОИ+ Н 20Р120К120 ФOH+ N240P240K240 Фон+ д еф екат (послед.)+ ЫРК (КАХОП) Фон+ д еф екат, (послед.) Фон+ СаСОЗ, (послед.) ^^12оР 2оК 2о+ дефекат (послед.) НСРо,95 Урожайность, т/ га 24,9 30,3 39,8 41,7 40,5 35,0 34,1 39,0 4,3 Сбор сахара, т/ га 4,28 5,27 6,35 6,14 6,84 5,90 5,64 6,44 Сбор протопектина, т/ га 0,23 0,35 0,42 0,45 0,47 0,36 0,40 0,41 Наименьшая сахар истость корнеплод ов сахарной свеклы была на вар ианте ф он + д войная д оза NPK, а наивысший процент сод ержания сахара на контроле без уд обр ений и на ф оне 40 т/ га послед ействия навоза. В учхозе "Бер езовское" максимальный сбор сахара был на вариантах с д войной д озой NPK, N1S0P90K90 и NgoP^K iso Пр и этом в ц елом сахар истость вариантов изменялась незначительно по ср авнению с 16

17 контр олем, и именно за счет высокой ур ожайности д остигались высокие показатели сбора сахара (табл. 4 ). Такое многообразие р езультатов свид етельствует о том, что д ействие минер альных уд обр ений и мелиорантов не од нозначно сказывается на р азличных аф обиологических показателях р астений сахарной свеклы. Наиболее сбалансир ованно р астения р азвиваются в условиях р екоменд ованных д оз NPK. Пр и этом показатели ур ожайности, сбора сахара и корреляц ии сахар истость пр отопектин носили наиболее оптимальный хар актер. В условиях гг. наибольшая корреляц ия сахар пр отопектин была получена на д войной д озе минер альных уд обр ений в учхозе "Бер езовское" (р исунок 1, вариант 11). В стац ионаре каф ед ры агр охимии ВГАУ наибольшая корреляц ия сахар/ протопектин была получена на д озе N120P120K120 (р исунок 1, вар иант 3 ). Таблица 4. Ур ожайность, сбор сахара и пр отопектина в зависимости от р азличных д оз минер альных и органических уд обрений под сахар ную свеклу ( ГГ.) 1 и Контр оль N90P90K90 Nl8oPl8oK. 80 Варианты ЗОт/ га навоза (послед.) N90P180K90 N180P90K90 N90P90K т/ га навоза (послед.)+ М9оР9оК9о НСРо,95 Урожайность, т/ га 16,41 35,15 36,99 26,77 34,46 37,22 36,99 39,75 1,68 Сбор сахара, т/ га 4,28 5,27 6,35 6,14 6,84 5,90 5,64 6,44 Сбор протопектина, т/ га 0,20 0,40 0,47 0,29 0,42 0,44 0,41 0,42 Пр именение минер альных уд обр ений совместно с д еф екатом (р исунок 1, вар иант 8 ) также хар актер изуется высокими показателями сбора сахара в сочетании с высоким ур овнем корреляц ии сахарпр отопектин. Это указывает на то, что применение мелиорантов совместно с минер альными уд обр ениями на почвах, имеющих тенд енц ию к под кислению, эф ф ективно д ля сбалансированного развит ия р астений. 17

18 Возможность изучения связей межд у показателями сахар истости сор тов и гибрид ов и д р угими качественными пр изнаками может существенно р асшир ить и д ополнить возможности селекц ионеров в оц енке сор тов и гибрид ов с ц елью получения новых хозяйственно ц енных пр изнаков на ф оне уже имеющихся. Сбор сахара, т/ га 8,00 ПП,% т 1,5 03 Oi I 2 3 ^ *zyxwvutsrqponmlkjihgfedcbazyxwvutsrqponmlk ^ > < п.п 1..,,1 1,5 16 D Сбор сахара, т/ га о Коррел сахар протопеюин Рисунок 1. Соотношение корреляц ии сахар протопектин и сбора сахара в зависимости от д оз минеральных уд обр ений и мелиорантов 1. Без уд обр ений (контр оль). 2. Навоз 40 т/ га (послед ействие) ф он. 3. Фон + Ni2oPnoKi2o 4, Фон + N24oP24oK24o 5. Система КАХОП Фон + Ni2oPi2ozyxwvutsrqponmlkjihgfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA ^120 + д еф екат (послед ействие). 6. Фон + д еф екат (послед ействие). 7. Фон ь карбонат кальц ия (послед ействие). 8. Деф екат (послед ействие) + Ni2oPi2o< i2o 9. Без уд обрений (контр оль). 10. N90P90K90. П. N,8oPi8oK go 12. Послед ействие 30 т/ га навоза. 13. N9oPi8oK9o 14. N180P90K NcoPgoKigo 16. Послед ействие 40 т/ га навоза + N9oP9oK9o HiMH был изучен состав пектиновых веществ р азличных сор тов, гибрид е в и линий сахарной свеклы пр и выр ащивании их на типичных черноземах ВНИИСС им. А. Л. Мазлумова (таблиц а 5 ). Наивысшую ур ожайность имели сорт Р. од н. 47 и гибрид РМС 6 0. Они же отличались наивысшим сбором сахара и пр отопектина. Валовой сбор п]тотопектина РМС 6 0 и Р. од н. 47 составил 0,56 и 0,48 т/ га соответственно. Высокое сод ержание сахара (в %) отмечается у МТЛ и

19 ОДЛ.zyxwvutsrqponmlkjihgfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA и хотя, как отмечалось ранее, д оля влияния этого признака д остаточно высока, низкая ур ожайность 39,27 и 35,46 т/ га соответственно не позволила получить высокий сбор сахара, что указывает скорее на обр атную зависимость межд у ур ожайностью и сахаристосгы(>. Сор т Л. од н. 52 в год ы исслед ований пр оявил себя нед остаточно и имел в ср авнении с д р угими вар иантами более низкую сахар истость. Таблица 5. Ур ожайность и сод ержание пектиновых вещ< ютв р азличных сор тов, линий и гибрид а сахарной свеклы в условиях севера лесостепной зоны Вор онежской области ( гг.) Сор там гибрид ы МТЛ ОДЛ РМС 6 0 Р од н 47 Л од н. 52 НСРо,9 5 Ур ожайность, т/ га 39,27 35,46 45,43 43,00 39,58 4,43 Сод ержание сахара, % 17,40 17,03 16,94 17,25 16,84 Сбор сахара, г/ га 6,83 6,04 7,70 7,42 6,66 Сод ержание пектина ВП, % ПП, % 0,108 0,119 0,183 0,156 0,170 0,707 0,651 1,228 1,120 1,089 ПП/ ВП 6,570 5,458 6,698 7,195 6,417 Сбор ПП, тла 0,278 0,231 0,558 0,482 0,431 Были осуществлены исслед ования, выявившие зависимость показателей ур ожайности и технологических качеств сахарной свеклы в степной зоне ЦЧР от густоты насажд ения и ср оков убор ки кориеачод ов сахарной свеклы. В таблиц е 6 привед ены р езультаты по урожар ности и качеству корнеплод ов сахарной свеклы в зависимости от густоты стояния р астений и ср оков убор ки на черноземе обыкновенном. Таблица 6. Ур ожайность и качество корнеплод ов сахарной свеклы в зависимости от густоты стояния р астений и ср оков убор ки на черноземе обыкновенном ( гг.) Ср ок убор ки Густота стояния, тыс шт/ га Ур ожай ность, т/ га 43,40 43,15 42,25 44,30 46,05 45,87 Сахар, % 16,38 17,03 16,75 16,78 16,23 17,05 Сбор сахара, т/ га 7,25 4,35 7,07 7,42 7,47 7,82 Сод ержание протопектина, % 0,92 0,88 0,92 0,84 0,80 0,88 ПП/ ВП 10,0 9,8 9,7 8,7 8,4 9,6 Сбор ф отопектина, т/ га 0,39 0, В полевых опытах в Каменной Степи нами получены р е';ультаты (габлиц а 6 ), на основании которых были сд еланы вывод ы о том что по 19

20 ср авнению с рекоменд ованной д ля зоны густотой стояния тыс. шт. на гектар максимальный сбор сахара был получен пр и повышенной густоте стояния, что позволило выд елить этот вариант опьгга и рекоменд овать его в год ы с повышенным количеством осад ков. Полученные д анные свид етельствуют о том, что можно увеличивать густоту стояния р астений к р екоменд уемой в зоне, что положительно влияет в свою очеред ь на общий сбор сахара. В год ы провед ения исслед ований максимальная ур ожайность сахарной свеклы была получена в опытах, провод имых в НИИСХ ЦЧП им В.В. Докучаева. Величина сбора сахара, р ассчитанная на основе д анных ур ожайности и сахар истости, была максимальной пр и густоте стояния растений тыс. шт./ га 7,82 т/ га. На основании провед енных исслед ований можно сд елать вывод, что оптимальным ср оком убор ки на юге лесостепной зоны является сентябр я. Од нако в год ы провед ения исслед ований ур ожайность в северной части лесостепной зоны Вор онежской области уступала ур ожайности в южной части зоны при убор ке в более ранние ср оки, что указывает на необход имость учитывать ср оки убор ки в целях прод ления времени переработки корнеплод ов. Таким обр азом, не исключая возможности получения высоких р езультатов валового сбора сахара и пр отопектина пр и оптимальной густоте стояния р астений, можно использовать загущенные посевы с ц елью получения максимальной отд ачи от сахарной свеклы в процессе ее переработки. Пр и ранних сроках убор ки соотношение пр отопектина к вод орастворимому пектину составигю 95 %, а пр и втором ср оке убор ки снизилось д о 90 %, что свид етельствует о биохимической тр ансф ормац ии протопектинов и переход е их в р аствор имую ф ор му. 4. Совершенствование аналитичесю!! метод ов исслед ования состава и физико химических свойств пектина. В этой главе привед ены экспер иментальные д анные по использованию метод ов конд укто и потенц иометрии при опред елении основных аналитических хар актер истик. Электр охимические метод ы анализа использованы также д ля оц енки сод ержания ац етильных ф упп и солевых ф орм свекловичного пектина. Провед ено исслед ование состава и ф изико химических свойств пектина сахарной свеклы с использованием метод ики совместного конд укто и 20

21 потенц иометр ического титр ования од ной пр обы и пред ложен способ опред еления точек эквивалентности с соответствующей математической обр аботкой д анных. Потенц иометр ическое титр ование как более точное использовано д ля контр оля р езультатов конд уктометр ии. Совместное конд укто и потенц иометр ическое титр ование провод илось на установке, изобр аженной на р исунке 2. Рисунок 2. Схема установки д ля провед ения совместимо конд уктометр ического и потенц иометр ического титр ования 1 иономер ; 2 конд уктометр ; 3 магнитная мешалка; 4 бюр етка д ля титр ования; 5 стакан с измер ительными электр од ами По полученным р езультатам стр оились интегр альные (р исунки 3 а, б) и д иф ф еренц иальные кр ивые титр ования (р исунок 3 в). Интегр альные кр ивые титр ования имеют вид, хар актер ней д тя титр ования слабых кислот сильными основаниями. Из р исунка За вид но, что точное опред еление объема тшр анта в точке эквивалентносги д остаточно субъективно. Для точного установления точки эквивалентности использован метод потенц иометрического THTj^oBaHi M (р исунки 3 6, Зв). Объем титр анта в точке эквивалентности опр ед елялся по пересечению д иф ф еренц иальной кр ивой с осью абсц исс. Вслед ствие сложности стр уктур ы пектиновой молекулы анализ интегр альных кр ивых титр ования может быть значительно затр уд нен (р исунок За). Пр ед ложен способ анализа конд уктометр ических кр ивых построением линий тренд а с максимальным ур овнем аппр оксимац ии. 2 1

22 V < NaOH), нл d^ph/ dv 80 J 0 ti j«jimi.t*tr;t,.tu^, 2 25 if^^ i a'^ TS О V(NaOH) МП Рисунок 3.zyxwvutsrqponmlkjihgfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCB Кр ивые конд укто и потенц иометр ического титр ования свобод ных ка})боксильных гр упп пектина: а, б интегр альные; в д иф ф еренц иальная Решение уравт1ений, описывающих линии тренд а, позволяет найти точку пересечения с более высокой точностью, чем визуальное построение касательных по интеф альным кр ивым титр ования. В таблиц е 7 пр ивед ены ур авнения линий тренд а, по экспер иментальным точкам на пер вом и втором участках кр ивой титр ования (р исунок За). Пр ед ложенный метод д ает р езультаты близкие д анным д;1я потенц иометрического титр ования. Разниц а межд у р езультатами не 22

23 пр евышает 4 %. Метод опред еления точки эквивалентности может быгь пр именим и д ля опред еления этериф иц ир ованных и нейтр ализованных кар боксильных гр упп, а та кже ац етилир ованных гид роксигрупп. zyxwvutsrqponmlk Таблица 7. Ур овень аппр оксимац ии и объем в точке эквивалентности пр и п/ п опред елении сод ер жания свобод ных кар боксильных гр упп уравнение линии тренд а у = 2,0015х 3,4359 у = 2,0234х 3,3696 у= 1,8 5 х 2,6 0 5 у = 2,0748х у = 2,2699х 3,945 Сод ержание свобод ных карбоксильных групп R' 0,9989 0,9990 0,9978 0,9977 0,9986 уравнение линии тренд а у = 0,1965х + 0,7001 у = 0, хю, у 0, х + 0,5122 у = 0,0893х + 0,975 у = 0,0557х+ 1,0559 R^ 0,8567 0,6445 0,9366 0,6250 0,7296 объем титр анта в точке эквлвалентности, мл 2,29 2,30 2,20 2,19 2,25 С учетом полученных д анных опред елялись силовые показатели кар боксильных гр упп д ля степени оц енки их д иссоциац ии по ур авнению Генд ер сона Хассельбаха: а р Н^ р К \ щ, (1 ) \ а гд е а степень нейтрализац ии кар боксильных гр упп; р Н значение, соответствующее 50 % нейтрализац ии. Рассчитанная с использованием д анных (р исунки 3 б, в) величина р К составила 4, Влияние способов выд еления и очистки на состав и физикохимические свойства свекловичною пектина. В главе пр ивед ены д анные о влиянии выд еления пектина из свекловичного жома на его сосггав и ф изико химические свойства. Пектин из экстр акта осажд ался д вумя способами. В первом случае в аликвоту экстр акта д обавлялось 2,5 объема этafloлa и высаживался так называемый "спир товой" пектин. Во втором нейтр ализованная экстр актом аликвота смешивалась с 1 1,1 % раствором CaCl^. Обр азованный коагулят мы назвали "кальц иевым" пектином. Часть выд еленных образц ов пектина обр абатывалась 0,05н р аствором Ыа ЭДТЛ с ц елью его обеззоливания. 23

24 Полученные обр азц ы исслед овались метод ом ИК спектр оскопии и анализировались на зольность, сод ержание аминокислот, общее сод ержгние Сахаров. V, см Рисунок 4. ИК спектр ы свекловичного пектина 1 спир тоосажд енный, 2 спир тоосажд енный, очищенный Na 'ЭДТА, 3 выд еленный СаСЬ 4 выд еленный СаСЬ, очищенный Na ЭДТА. Нг, р исунке 4 показаны ИК спектр ы образцов пектина, выд еленных "спир товым" и "кальц иевым" мегод ами, неочищенного и очищенного с помощью Na ЭДТА. 24

25 Все спектр ы сод ержат д ве большие области частот, первая из котор ых ( см"') характеризует валентные и д еф ормационные колебания ф рагментов молекул пектина, а вторая ( см"') колебания ОН связей. Частоты см'' указывают на колебания пир анозных колец, валентные колебания связей С 0 и д еф ормационные колебания ОН гр упп в нед иссоциированных кар боксильных группах. Яр ко выр аженные полосы см"' под твержд ают колебания пир анозных колец, а см"' и слабее выр аженные см"' указывают на наличие в молекуле пектина простых эф ир ных связей. Ср авнение неочищенных образцов (р исунок 4, кр ивые 1 и 3 ) показывает, что выд еленный "кальц иевым" метод ом пектин сод ержит горазд о меньше "свобод ной " вод ы и вод ы гид ратных оболочек ф ункц иональных ф упп, чем выд еленный "спир товым" метод ом (частоты и см'). Очистка пектина от ионов кальц ия Na ЭДТА вед ет к р езкому перераспред елению в нем вод ы (р исунок 4, кр ивая 4 ). Данные по ИК спектр оскопии свекловичного пектина согласуются с его аналитическими хар актер истиками, полученными в р езультате совместного конд укто и потенц иометрического титр ования (таблиц а 8 ). Таблица 8. Аналитические характеристики свекловичного пектина Показатели Кс К, Ко Емет Пч неочищенный 1 1,5 2, ,5 1 5,0 5 3,4 "кальциевый" ошпценный Образцы пектина 9,6 8 J 5,6 15,3 3 6,8 6 1,6 неочищенный "спиртовой" Аи 0,1 5 0,0 9 0,0 6 0,1 0 сод ержание, %: Кс свобод ные карбоксильные группы; Кн кар боксильные гр уппы, нейтрализованные аммиаком; Кэ карбоксильные гр уппы, этериф иц ир ованные метанолом; Ко сумма карбоксильных q )ynn; Пч галактур оновая кислота; Емет степень этериф икации метанолом; Ац ац етильная составляющая от массы пектина 7, ,3 5 1,5 6 2,2 очищенный 1 0,1 8, ,9 4 6,4 7 6,7 25

26 в эчищенных образцах пектина наблюд ается увеличение сод ер жания галактуроновой кислоты и общего сод ержания кар боксильных гр упп. По со1 ержанию галактуроновой кислоты пектин соответствует пред г.явпяемым к нему тр ебованиям. Виявлено также, что очищенный от балластных веществ "спир товой" пеетин сод ержит в 2 раза, а "кальц иевый" в 3,1 раза меньше д вухвалзнтных металлов и соответственно в 2,0 и 2,2 раза меньше аминокислот. Кечество пектина в пер вую очеред ь зависит от сод ер жания в нем попигалактуроновой кислоты, которое может быть повышено соверши нствованием метод ов его очистки. Од ним из способов очистки пектина является обр аботка его растворов ионообменными смолами. Актуальной является зад ача под бора сорбентов с минимальной селективностью к полигалактур оновой кислоте. И( след ована сорбционная очистка пектина от балластных веществ с использ званием смол анионообменного и неионогенного типов. В р аботе исаользэван катионит КУ 2 8 в Н ф орме с обменной емкостью 4,5 мг экв/ г, а также ряд анионитов отечественного (АВ 1 7 8, Россион 7 Д) и зару()ежного (Релите MG 1, Амбер лит IRA 6 8, Воф атит AD 4 1 ) прои шод ства. Кр оме того, исслед ован макр осетчатый неионогенный сорбент Стир осорб МХДЭ В таблиц е 9 привед ен состав пектина, обр аботанного катионитом KV 2 8 я р авными количествами анионитов и неионогенного сорбента Использование анионитов всех мар ок привод ит к р езкому снижению общего количества карбоксильных гр упп и галактур оновой составляющей. Наибол1зШие потери пектина имеют место пр и использовании анионитов Росснои 7Д и Амбер лит IRA 6 8, минимальные в случае использования вместо анионита неионогенного сорбента Стир осор б МХДЭ По сраврсению с рекоменд уемым АВ 17 8 использование этого сорбента снижает потери пектина в 1,7 раза (таблиц а 9 ). Пр именяемый в работе трад иц ионный способ обр аботки раствора ионигами пред полагает использование их в д остаточно большом эквивалентном отношении к сод ержаниюzyxwvutsrqponmlkjihgfedcbazyxwvutsrqp здльных элементов в пектине. 26

27 Анализ макро и микроэлементов в исслед уемом образце пектина показал их сод ержание, мг/ кг: кальц ий 11952, калий 3488, мед ь 19,4, железо 2 6 2, марганец 5,6, что в сумме составило около 16 г/ кг. В пересчете на ион кальц ия эта величина составляет 0,8 г экв/ кг. Пр и массе образца 0,1 г. сод ержание в нем солей равно '^ мг экв. В тоzyxwvutsrqponmlkjih же время 10 мл смолы АВ 17 8 сод ержат примерно 4 мг экв ф иксированных ионов. Таблиц а 9. Аналитические характеристики пектина, обработанного Аналитические показатели пектина, % Кс Ко Пч Потер и при сорбц ии, % 00 (N >. Ьй 11,8 1 5,1 6 0,2 р азличными типами ионитов 0 0 г^ 1 са < 11,8 6,1 2 2,2 6 3,2 ^S 11,8 6,1 2 2,2 6 3,2 Тип ионита X о = cf г~ о а. 11,8 4,3 14,6 75,8 1 g.^ 1 ^ < 11,8 5,0 1 7,6 7 0,8 \ о о i ^ zyxwvutsrqponmlkjih Си о в 6 о < 11,8 6,7 24,4 59,4 о Т Ё Ч 11,8 Р ё 9,9 о 2 Кс свобод ные кар боксильные ф уппы, Ко сумма карбоксихгьных Фупп, Пч галакгур оновая кислота Многокр атное сверхэквивалентное преоблад ание ионитов над пектином не только способствует увеличению потерь прод укта, но и увеличивает расход сорбента. Поэтому важно учитывать соотношение пектин сорбент, пр и котором потери пектина были бы наименьшими. На р исунке 5 показаны зависимости сод ержания полигалактуроновой кислоты в пектине от количества сор бентов, использующихся ш второй стад ии сорбц ионной очистки. В случае применения как анионита.ав 17 8, так и CiFp ocop 6 a МХДЭ наблюд ается снижение этого показателя с увелччснием количества сорбента. Пр и обработке анионитом наблюд ается резкое снижение (Пч) д аже при небольших количествах сорбента, в то вр емя как в случае Сп росорба МХДЭ этот показатель изменяется незначительно, что указывает на пер спективность применения д анного сорбента в системе очистки пектина. 3 3,1 3 6,7 27

28 Пч,% AS Л \ 35 \ _ X стиросорб АВ 17 0 J 1 1 zyxwvutsrqponmlkjihgfedcbazyxwvutsrqponm \ f V сорбекта, мл РисунокzyxwvutsrqponmlkjihgfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA 5. Зависимость сод ержания полигалактур оновой кислоты (Пч) от количества сорбента (V) Пр и оценке эф ф ективности использования сорбентов важным показателем является степень очистки пектина от балластных веществ. Степень очистки а р ассчитывалась по ф ормуле (2 ) с учетом д анных конд уктометрических опред елений в начальной точке титр ования раствора пектина Хо и после обработки сорбентомzyxwvutsrqponmlkjihgfedcbazyxw Х сорбентов. а=\ ^. (2 ) X, На р исунке 6 привед ены зависимости а от количества используемых V сорбента мл Рисунок 6. Влияние количества сорбента на степень очистки пектина 28

29 Повышение количества сорбента привод ит к увеличению степени очистки пектина от ионизированных пр имесей. В случае использования анионита степень очистки изменяется в небольших пред елах, что еще раз под твержд ает необход имость снижения количества сорбента и цикле очистки пектина. Использование неионогенного сорбента (Стир осор ба МХДЭ ) вслед ствие отсутствия заряд ов на его матрице исключает процесс ионного обмена, а пр ичиной уменьшения электропровод ности расгвора очищенного пектина служит необменная сорбц ия органических электр олитов: аминокислот, белков, меланоид инов. В настоящее вр емя трад иц ионные исслед ования молекул пектина, основанные на классических ф изико химических метод ах, д ополняются все более популяр ными мегод ами компьютерного мод елирования. Метод ами компьютер ного мод елирования исслед ованы особенности гид ратации молекул полигалактуроновой кислоты, обр азующейся иа р азличных этапах технологий получения пектина. Технология выд еления и очистки пектина метод ом кислотной экстр акц ии с послед ующим осажд ением солями кальц ия или спирт зм была смод елирована в сред е компьютер ных пр оф амм Hyp erchem и Chenraffice и обработана с использованием метод ов молекуляр ной механики ММ +, а д ля уточнения геометр ической конф игурации молекул полуэмпир ическим метод ом AM 1. Мод елир ование провод илось в системах, сод еэжащих галактур оновую кислоту как элементарное звено полигалактуроновой. Условия гид ратации галактур оновой кислоты мод елировались путем ср авнения кр атчайших р асстояний межд у молекулами галакту1юновой кислоты и вод ы по связям 0 *'^...Н*. Особенности гид ратации молекул галактуроновой 1а1слогы исслед овались путем послед овательного д обавления к ее мод ели молекул вод ы. Было установлено, что полная гид ратация осуществляется 19 молекулами. Пр и этом кр атчайшие р асстояния 0 *^ '...Н* состааиют от 1,94 д о 2,53 А. Из значений величин д ипольных моментов связей максимально гид ратированным оказывается карбоксилат ион. Несущий заряд и кар бонильный атомы кислород а гид ратированы кажд ы? пятью молекулами вод ы (кр атчайшие расстояния 0 '^ ''...Н* равно 1,94...?,14 А). 29

30 Пр и тгом четыр е молекулы вод ы имеют кр атчайшие р асстояния с обоими этими атомами. Таким образом установлено, что число карбоксилат иона равно 6. гид ратации Од ним из этапов получения пектина является осажд ение д еэтериф ицированных молекул солями щелочноземельных металлов. На р исунке "^ показана мод ель взаимод ействия д вух молекул гид ратированной галактуроновой кислоты (ф р агментов пектиновой молекулы) с гид ратированным ионом Са^*. Кр атчайшие р асстояния иона кальц ия с зар яженными атомами кислород а кар боксильных гр упп составляют 1, ,75 А, что указывает на образование пр очных связей. Образование под обных связей межд у молекулами полигалактур оновой кислоты привод ит к сшивке полимерных ц епей, что и происход ит пр и осажд ении полимера с образованием коагулятов. Компьютер ным мод елированием выявлено, что пр и взаимод ействии гид ратированных ионов Са^* с Na ЭДТА обр азуются устойчивые комплексные соед инения с р асстояниями Са. О""" (1,7 А); Са...О (2,86 А); Ca...N (2,43 А). 7 У \ 0(158) twian «"" «leenjie^ ^ j^ C(i"»» * ^ 0(ieO)_^< 1TO we» 0^188, 0< 1«) Рисунок 7. Взаимод ействие ионов кальц ия с галактур оновой кислотой На р исунке 8 показана мод ель взаимод ействия р аствора Na ЭДТА с д вумя молекулами галакгуроновой кислоты, связанными межд у собой "кальц иевым мостиком". Компьютер ный анализ взаимод ействия Na ЭДТА и солевой ф ор мы пектина показывает, что Трилон Б разрывает связи Са...О в пектине с образованием кр атчайших расстояний ЭДТА...Са...Н2 0 ; ЭДТА...Са...Gal. 30