vir-nwТруды по прикладной ботанике, генетике и селекцииProceedings on applied botany, genetics and breeding2227-88342619-0982N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources10.30901/2227-8834-2026-2-o2vir-nw-2388Research ArticleИЗУЧЕНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ РАСТЕНИЙSTUDYING AND UTILIZATION OF PLANT GENETIC RESOURCESМониторинг динамики содержания беталаинов столовой свеклы (Beta vulgaris L.) в течение длительного храненияMonitoring of the betalain content dynamics in table beet (Beta vulgaris L.) during long-term storagehttps://orcid.org/0009-0007-3141-4379ЗарецкийА. М.ZaretskyA. M.

Александр Михайлович Зарецкий, аспирант, младший научный сотрудник, ВИР

190000 Россия, Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 42, 44

 

Alexander M. Zaretsky, Postgraduate Student, Associate Researcher, VIR

42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000, Russia

744121296@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9967-7454СоколоваД. В.SokolovaD. V.

Диана Викторовна Соколова, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, ВИР

190000 Россия, Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 42, 44

Diana V. Sokolova, Cand. Sci. (Biology), Senior Researcher, VIR 

42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000, Russia

dianasokol@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6201-4294СоловьеваА. Е.SolovyevaA. E.

Алла Евгеньевна Соловьева, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, ВИР

190000 Россия, Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 42, 44

Alla E. Solovyeva, Cand. Sci. (Biology), Senior Researcher, VIR

42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000, Russia

alsol64@yandex.ruФедеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. ВавиловаРоссияN.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic ResourcesRussian Federation20260607202618725868Copyright © Зарецкий А.М., Соколова Д.В., Соловьева А.Е., 20262026Зарецкий А.М., Соколова Д.В., Соловьева А.Е.Zaretsky A.M., Sokolova D.V., Solovyeva A.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://elpub.vir.nw.ru/jour/article/view/2388Актуальность

Актуальность. Использование беталаинов в качестве натуральных пищевых красителей сталкивается с трудностями, связанными со стабильностью их химической структуры в процессе хранения и, следовательно, их красящей способностью. Актуальность исследования обусловлена недостаточной изученностью закономерностей изменения концентрации беталаинов в течение длительного хранения.

Материалы и методы

Материалы и методы. В исследовании проанализированы 52 образца столовой свеклы из коллекции ВИР с интенсивной красной окраской корнеплодов. Количественное определение беталаинов проводили спектрофотометрическим методом.

Результаты и заключение

Результаты и заключение. Содержание пигментов в исследуемых образцах колебалось от 130 до 1526 мг/100 г сухого веса, из них: бетацианинов – от 82 до 1271 мг/100 г, бетаксантинов – от 23 до 494 мг/100 г. Методом кластерного анализа все образцы были разделены на 4 группы в зависимости от общего содержания беталаинов. Получены данные по ежемесячной динамике беталаинов в корнеплодах столовой свеклы при длительном хранении. В первый месяц после уборки и закладки корнеплодов на хранение наблюдался рост содержания беталаинов примерно на 40%. В среднем при длительном хранении деградация пигмента составила 28%. Снижение беталаинов происходило преимущественно за счет уменьшения количества бетацианинов. Среди изученных образцов наибольший интерес для получения красителя непосредственно после уборки и в первый месяц хранения представляет сорт ‘Генеральская’ (к-3894, Россия). Сорта ‘Комбат’ (к-4032, Россия) и ‘Маруся’ (к-3982, Россия) показали себя как наиболее стабильные источники пигмента на протяжении всего срока хранения.

Background

Background. The use of betalains as natural food colorants faces difficulties related to the stability of their chemical structure during storage and, consequently, their coloring ability. The relevance of the study is due to insufficient knowledge of the patterns of changes in betalain concentration during long-term storage.

Materials and methods

Materials and methods. The study analyzed 52 table beet accessions with intense red root color from the VIR collection. Quantitative measurement of betalains was carried out spectrophotometrically.

Results and conclusion

Results and conclusion. The content of these pigments in the studied accessions ranged from 130 to 1526 mg/100 g dry weight, specifically: betacyanins varied from 82 to 1271 mg/100 g, and betaxanthins from 23 to 494 mg/100 g. Using cluster analysis, all accessions were divided into 4 groups depending on the total betalain content. Data were obtained on the monthly dynamics of betalain content in table beet roots during long-term storage. In the first month after harvesting and placing the roots into storage, an increase in betalain content of approximately 40% was observed. On average, pigment degradation during long-term storage was 28%. The decrease in betalains occurred mainly due to a reduction in the amount of betacyanins. Among the studied accessions, cv. ‘Generalskaya’ (k-3894, Russia) is of greatest interest for obtaining the colorant immediately after harvesting and in the first month of storage. Cvs. ‘Kombat’ (k-4032, Russia) and ‘Marusya’ (k-3982, Russia) turned out to be the most stable sources of the pigment throughout the entire storage period.

свекла столоваяпигментыбетацианиныбетаксантиныдлительное хранениеtable beetpigmentsbetacyaninsbetaxanthinslong-term storageматериал получен в рамках государственного задания согласно тематическому плану ВИР по проекту FGEM-2022-0003 «Мировые ресурсы овощных и бахчевых культур коллекции ВИР: эффективные пути раскрытия эколого-генетических закономерностей формирования разнообразия и использования селекционного потенциала». Исследования проведены в рамках государственного задания FGEM-2025-0007 «Клеточные технологии для расширения селекционного потенциала культур овощного направления использования».the material was obtained as part of the state task according to the thematic plan of VIR, Project FGEM-2022-0003 “Global genetic resources of vegetable and cucurbit crops in the VIR collection: effective ways to disclose ecogenetic patterns in the formation of their diversity and utilization of breeding potential”. The research was conducted within the framework of the state task, Project FGEM-2025-0007 “Cell technologies to expand the breeding potential of crops for vegetable use”.ReferencesБуренин В.И. Генетические ресурсы рода Beta L. (Свекла). Санкт-Петербург: ВИР; 2007.Burenin V.I. Genetic resources of the genus Beta L. (Beet) (Geneticheskiye resursy roda Beta L. [Svekla]). St. Petersburg: VIR; 2007. [in Russian]Casique-Arroyo G., Martinez-Gallardo N., González de la Vara L., Délano-Frier J.P. Betacyanin biosynthetic genes and enzymes are differentially induced by (a)biotic stress in Amaranthus hypochondriacus. PLoS One. 2014;9(6):e99012. DOI: 10.1371/journal.pone.0099012Casique-Arroyo G., Martinez-Gallardo N., González de la Vara L., Délano-Frier J.P. Betacyanin biosynthetic genes and enzymes are differentially induced by (a)biotic stress in Amaranthus hypochondriacus. PLoS One. 2014;9(6):e99012. DOI: 10.1371/journal.pone.0099012Чеснокова Н.Ю., Кузнецова А.А., Левочкина Л.В., Тарабаев М.А. Свойства и применение беталаинового красителя, выделенного из районированного сорта столовой свеклы. Аграрная наука. 2023;374(9):185-190. DOI: 10.32634/0869-8155-2023-374-9-185-190Chesnokova N.Yu., Kuznetsova A.A., Levochkina L.V., Tarabaev M.A. Properties and application of betalaine dye isolated from regional beet variety. Agrarian Science. 2023;374(9):185-190. [in Russian]. DOI: 10.32634/0869-8155-2023-374-9-185-190Das M., Saeid A., Hossain M.F., Jiang G.H., Eun J.B., Ahmed M. Influence of extraction parameters and stability of betacyanins extracted from red amaranth during storage. Journal of Food Science and Technology. 2018;56(2):643-653. DOI: 10.1007/s13197-018-3519-xDas M., Saeid A., Hossain M.F., Jiang G.H., Eun J.B., Ahmed M. Influence of extraction parameters and stability of betacyanins extracted from red amaranth during storage. Journal of Food Science and Technology. 2018;56(2):643-653. DOI: 10.1007/s13197-018-3519-xHammer Ø., Harper D.A.T., Ryan P.D. PAST: Paleontological Statistics Software Package for Education and Data Analysis. Palaeontologia Electronica. 2001;4(1):1-9. http://palaeo-electronica.org/2001_1/past/issue1_01.htmHammer Ø., Harper D.A.T., Ryan P.D. PAST: Paleontological Statistics Software Package for Education and Data Analysis. Palaeontologia Electronica. 2001;4(1):1-9. http://palaeo-electronica.org/2001_1/past/issue1_01.htmHayakawa K., Agarie S. Physiological roles of betacyanin in a halophyte, Suaeda japonica Makino. Plant Production Science. 2010;13(4):351-359. DOI: 10.1626/pps.13.351Hayakawa K., Agarie S. Physiological roles of betacyanin in a halophyte, Suaeda japonica Makino. Plant Production Science. 2010;13(4):351-359. DOI: 10.1626/pps.13.351Herbach K.M., Stintzing F.C., Carle R. Betalain stability and degradation – structural and chromatic aspects. Journal of Food Science. 2006;71(4):R41-R50. DOI: 10.1111/j.1750-3841.2006.00022.xHerbach K.M., Stintzing F.C., Carle R. Betalain stability and degradation – structural and chromatic aspects. Journal of Food Science. 2006;71(4):R41-R50. DOI: 10.1111/j.1750-3841.2006.00022.xHerbach K.M., Stintzing F.C., Carle R. Impact of thermal treatment on color and pigment pattern of red beet (Beta vulgaris L.) preparations. Journal of Food Science. 2004;69(6):491-498. DOI: 10.1111/j.1365-2621.2004.tb10994.xHerbach K.M., Stintzing F.C., Carle R. Impact of thermal treatment on color and pigment pattern of red beet (Beta vulgaris L.) preparations. Journal of Food Science. 2004;69(6):491-498. DOI: 10.1111/j.1365-2621.2004.tb10994.xKhan M.I., Giridhar P. Plant betalains: Chemistry and biochemistry. Phytochemistry. 2015;117:267-295. DOI: 10.1016/j.phytochem.2015.06.008Khan M.I., Giridhar P. Plant betalains: Chemistry and biochemistry. Phytochemistry. 2015;117:267-295. DOI: 10.1016/j.phytochem.2015.06.008Колдаев В.М. Динамика изменения содержания беталаиновых пигментов в корнеплодах красной свеклы в процессе вегетации и хранения. Овощи России. 2023;(3):10-15. DOI: 10.18619/2072-9146-2023-3-10-15Koldaev V.M. Dynamics of changes in the content of betalain pigments in red beet roots during the growing season and storage. Vegetable Crops of Russia. 2023;(3):10-15. [in Russian]. DOI: 10.18619/2072-9146-2023-3-10-15Копытько Я.Ф., Толкачев О.Н. Нахождение в природе, клеточные культуры, применение и фармакологическое действие беталаинов и их производных. Традиционная медицина. 2020;2(61):52-59.Kopytko Ya.F., Tolkachev O.N. Location in nature, cell cultures, application and pharmacological action of betalains and their derivatives. Traditional Medicine. 2020;2(61):52-59. [in Russian]Lin X., Li B., Wen J., Wu J., Tang D., Yu Y. et al. Storage stability and in vitro bioaccessibility of liposomal betacyanins from Red Pitaya (Hylocereus polyrhizus). Molecules. 2022;27(4):1193. DOI: 10.3390/molecules27041193Lin X., Li B., Wen J., Wu J., Tang D., Yu Y. et al. Storage stability and in vitro bioaccessibility of liposomal betacyanins from Red Pitaya (Hylocereus polyrhizus). Molecules. 2022;27(4):1193. DOI: 10.3390/molecules27041193Литвинов С.С. Научные основы современного овощеводства. Москва: ВНИИО; 2008.Litvinov S.S. Scientific foundations of modern vegetable growing (Nauchnye osnovy sovremennogo ovoshchevodstva). Moscow: VNIIO; 2008. [in Russian]Минзанова С.Т., Миронов В.Ф., Цепаева О.В., Выштакалюк А.Б., Миндубаев А.З., Миронова Л.Г. и др. Беталаиновые пигменты растительного происхождения: выделение, структура и химические свойства. Бутлеровские сообщения. 2010;19(2):1-11.Minzanova S.T., Mironov V.F., Tsepaeva O.V., Vyshtakaluk A.B., Mindubaev A.Z., Mironova L.G. et al. Phytogenous betalaine pigments: isolation, structure and chemical properties. Butlerov Communications. 2010;19(2):1-11. [in Russian]Miyagawa Y., Fujita H., Adachi S. Kinetic analysis of thermal degradation of betanin at various pH values using deconvolution method. Food Chemistry. 2021;361:130165. DOI: 10.1016/j.foodchem.2021.130165Miyagawa Y., Fujita H., Adachi S. Kinetic analysis of thermal degradation of betanin at various pH values using deconvolution method. Food Chemistry. 2021;361:130165. DOI: 10.1016/j.foodchem.2021.130165Paunovic D., Stojanovic B., Dimitrijevic D., Kristic J., Kostic D. Betalains – natural pigments for healthy food. Chemia Naissensis. 2020;3(1):32-49. DOI: 10.46793/ChemN3.1.032PPaunovic D., Stojanovic B., Dimitrijevic D., Kristic J., Kostic D. Betalains – natural pigments for healthy food. Chemia Naissensis. 2020;3(1):32-49. DOI: 10.46793/ChemN3.1.032PСаенко И.И., Тарасенко О.В., Дейнека В.И., Дейнека П.А. Бетацианины корнеплодов красной свеклы. Научные ведомости Белгородского государственного университета. Серия Естественные науки. 2012;3(122):194-200.Saenko I.I., Tarasenko D.V., Deineka V.I., Deineka K.A. Betacyanins of red beetroot root. Belgorod State University Scientific Bulletin. Natural Sciences. 2012;3(122):194-200. [in Russian]Sepúlveda-Jiménez G., Rueda- Benítez P., Porta H., Rocha-Sosa M. Betacyanin synthesis in red beet (Beta vulgaris) leaves induced by wounding and bacterial infiltration is preceded by an oxidative burst. Physiological and Molecular Plant Pathology. 2004;64(3):125-133. DOI: 10.1016/j.pmpp.2004.08.003Sepúlveda-Jiménez G., Rueda- Benítez P., Porta H., Rocha-Sosa M. Betacyanin synthesis in red beet (Beta vulgaris) leaves induced by wounding and bacterial infiltration is preceded by an oxidative burst. Physiological and Molecular Plant Pathology. 2004;64(3):125-133. DOI: 10.1016/j.pmpp.2004.08.003Шачек Т.М., Протасеня Л.Н., Зеленкова Е.Н. Применение натурального красителя бетанина в производстве косметической продукции. Пищевая промышленность: наука и технологии. 2023;16(3):67-78.Shachek T.M., Protasenya L.N., Zelenkova E.N. Applications of plant-derived colorant betanin in the coloration of cosmetics. Food Industry: Science and Technologies. 2023;16(3):67-78. [in Russian]Slimen I.B., Najar T., Abderradda M. Chemical and antioxidant properties of betalains. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2017;65(4):675-689. DOI: 10.1021/acs.jafc.6b04208Slimen I.B., Najar T., Abderradda M. Chemical and antioxidant properties of betalains. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2017;65(4):675-689. DOI: 10.1021/acs.jafc.6b04208Соколова Д.В. Динамические изменения содержания бетанина в столовой свекле в течение вегетационного периода: их взаимодействие с абиотическими факторами. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2022;26(1):30-39. DOI: 10.18699/VJGB-22-05Sokolova D.V. Dynamic changes in betanin content during the growing season of table beet: their interplay with abiotic factors. Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2022;26(1):30-39. [in Russian]. DOI: 10.18699/VJGB-22-05Sokolova D.V., Shvachko N.A., Mikhailova A.S., Popov V.S. Betalain content and morphological characteristics of table beet accessions: their interplay with abiotic factors. Agronomy. 2022;12(5):1033. DOI: 10.3390/agronomy12051033Sokolova D.V., Shvachko N.A., Mikhailova A.S., Popov V.S. Betalain content and morphological characteristics of table beet accessions: their interplay with abiotic factors. Agronomy. 2022;12(5):1033. DOI: 10.3390/agronomy12051033Strack D., Vogt T., Schliemann W. Recent advances in betalain research. ChemInform. 2003;62(3):247-269. DOI: 10.1002/chin.200319225Strack D., Vogt T., Schliemann W. Recent advances in betalain research. ChemInform. 2003;62(3):247-269. DOI: 10.1002/chin.200319225Тимакова Л.Н., Долгополова М.А. Селекция свеклы столовой во ВНИИО – филиале ФГБНУ ФНЦО: основные направления и результаты. Известия ФНЦО. 2020;(2):21-26. DOI: 10.18619/2658-4832-2020-2-21-26Timakova L.N., Dolgopolova M.A. Breeding of table beet in All-Russian Scientific Research Institute of Vegetable Growing ‒ branch of Branch of the FSBSI Federal Scientific Vegetable Center: main directions and results. News of FSVC. 2020;(2):21-26. [in Russian]. DOI: 10.18619/2658-4832-2020-2-21-26Устинова Ю.В., Шевченко Т.В., Попов А.М., Плотников К.Б. Свойства и применение природных беталаиновых красителей. Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК – продукты здорового питания. 2021;(4):72-79. DOI: 10.24412/2311-6447-2021-4-72-79Ustinova Yu.V., Shevchenko T.V., Popov A.M., Plotnikov K.B. Properties and application of natural betalain dyes. Technologies for the Food and Processing Industry of AIC – Healthy Food. 2021;(4):72-79. [in Russian]. DOI: 10.24412/2311-6447-2021-4-72-79Валеева Д.И., Саттиходжаев Х., Швинк К.Ю., Гумеров Т.Ю., Решетник О.А., Уткин А.В. Влияние рН среды на концентрацию беталаиновых пигментов растительного происхождения. Научное обозрение. Фундаментальные и прикладные исследования. 2019;(2):ID55. URL: https://scientificreview.ru/ru/article/view?id=55 [дата обращения: 29.03.2025].Valeeva D.I., Sattikhodzhaev H., Shvink K.Yu., Gumerov T.Yu., Reshetnik O.A., Utkin A.V. The effect of pH on the concentration of betalain pigments of plant origin (Vliyaniye pH sredy na kontsentratsiyu betalainovykh pigmentov rastitelnogo proiskhozhdeniya). Nauchnoye obozreniye. Fundamentalnye i prikladnye issledovaniya = Scientific Review. Fundamental and Applied Research. 2019;(2):ID55. [in Russian]. URL: https://scientificreview.ru/ru/article/view?id=55 [дата обращения: 29.03.2025].Vogt T., Ibdah M., Schmidt J., Wray V., Nimtz M., Strack D. Light-induced betacyanin and flavonol accumulation in bladder cells of Mesembryanthemum crystallinum. Phytochemistry. 1999;52(4):583-592. DOI: 10.1016/s0031-9422(99)00151-xVogt T., Ibdah M., Schmidt J., Wray V., Nimtz M., Strack D. Light-induced betacyanin and flavonol accumulation in bladder cells of Mesembryanthemum crystallinum. Phytochemistry. 1999;52(4):583-592. DOI: 10.1016/s0031-9422(99)00151-xWang C.Q., Zhao J.Q., Chen M., Wang B.S. Identification of betacyanin and effects of environmental factors on its accumulation in halophyte Suaeda salsa. Journal of Plant Physiology and Molecular Biology. 2006;32(2):195-201.Wang C.Q., Zhao J.Q., Chen M., Wang B.S. Identification of betacyanin and effects of environmental factors on its accumulation in halophyte Suaeda salsa. Journal of Plant Physiology and Molecular Biology. 2006;32(2):195-201.Yang W., Kaimainen M., Järvenpää E., Sandell M., Huopalahti R., Yang B. et al. Red beet (Beta vulgaris) betalains and grape (Vitis vinifera) anthocyanins as colorants in white currant juice – Effect of storage on degradation kinetics, color stability and sensory properties. Food Chemistry. 2021;348:128995. DOI: 10.1016/j.foodchem.2020.128995Yang W., Kaimainen M., Järvenpää E., Sandell M., Huopalahti R., Yang B. et al. Red beet (Beta vulgaris) betalains and grape (Vitis vinifera) anthocyanins as colorants in white currant juice – Effect of storage on degradation kinetics, color stability and sensory properties. Food Chemistry. 2021;348:128995. DOI: 10.1016/j.foodchem.2020.128995

The authors declare that there are no conflicts of interest present.