vir-nwТруды по прикладной ботанике, генетике и селекцииProceedings on applied botany, genetics and breeding2227-88342619-0982N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources10.30901/2227-8834-2019-2-38-43vir-nw-392Research ArticleКОЛЛЕКЦИИ МИРОВЫХ ГЕНЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЙ ДЛЯ РАЗВИТИЯ ПРИОРИТЕТНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ СЕЛЕКЦИИCOLLECTIONS OF THE WORLD’S CROP GENETIC RESOURCES FOR THE DEVELOPMENT OF PRIORITY PLANT BREEDING TRENDSМАСЛА КОНОПЛИ И ХЛОПЧАТНИКА ОБРАЗЦОВ КОЛЛЕКЦИИ ВИР КАК ИСТОЧНИК ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПИЩЕВЫХ ИНГРЕДИЕНТОВHEMPSEED AND COTTONSEED OILS IN THE ACCESSIONS FROM THE VIR COLLECTION AS SOURCES OF FUNCTIONAL FOOD INGREDIENTSГригорьевС. В.GrigoryevS. V.

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

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

s.grigoryev@vir.nw.ruШеленгаТ. В.ShelengaT. V.

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

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

ИлларионоваК. В.IllarionovaK. V.

197373 Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Новороссийская, 50

50 Novorossiyskaya Street, St. Petersburg 197373, Russia

Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н. И. Вавилова (ВИР)РоссияN. I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources (VIR)Russian FederationСанкт-Петербургский политехнический университет Петра ВеликогоРоссияPeter the Great St. Petersburg Polytechnic University (POLYTECH)Russian Federation20191110201918023843Copyright © Григорьев С.В., Шеленга Т.В., Илларионова К.В., 20192019Григорьев С.В., Шеленга Т.В., Илларионова К.В.Grigoryev S.V., Shelenga T.V., Illarionova K.V.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/392Актуальность

Актуальность. Хлопчатник и конопля – востребованные в мире прядильные и масличные культуры для получения волокна различного назначения, масел, семян, жмыхов и шротов, костры, лекарственных и парфюмерно-косметических средств. В настоящий момент масла конопли и хлопчатника в РФ имеют ограниченное торговое предложение. Расширение сырьевой базы текстильной и пищевой промышленности за счет культивирования промышленных сортов конопли и хлопчатника может иметь значимую перспективу. Производство пищевого масла и семян для получения функциональных пищевых ингредиентов может способствовать повышению качественного уровня питания, сохранит и улучшит здоровье.

Материал и методы

Материал и методы. Исследован состав ненасыщенных и полиненасыщенных жирных кислот масла семян конопли Cannabis sativa L., выращенных в условиях северо-западного Нечерноземья, и семян средневолокнистого и тонковолокнистого хлопчатника видов Gossypium hirsutum L., G. herbaceum L., G. barbadense L., полученных в Адлерском р-не Краснодарского края РФ. Изучение проводили с помощью газожидкостной хроматографии с масс-спектрометрией на хроматографе Agilent 6850 (США). Полученные результаты обрабатывались программами UniChrom и AMDIS.

Результаты и выводы

Результаты и выводы. Содержание омега-6 линолевой кислоты в масле конопли исследованных образцов достигало 64,2%, омега-3 альфа-линоленовой – 27,1%, мононенасыщенной олеиновой – 14,0%. Сумма ненасыщенных жирных кислот – 94,2%, полиненасыщенных – 87,2%. В сравнении с конопляным масло хлопчатника имело меньшую сумму полиненасыщенных кислот (максимум 58,0%). Максимум суммы ненасыщенных кислот – 79,0%. Олеиновой кислоты обнаружено до 22,7%. Выделены образцы конопли и хлопчатника – сорта и линии с высоким содержанием ненасыщенных и полиненасыщенных жирных кислот. Максимальная концентрация омега-6 линолевой кислоты в масле конопли (62,0%–64,2%) отмечена у образцов к-390 (LKCD), к-510 (‘Днепровская 4’) и к-109 (‘Проскуровский’). Наличие омега-3 альфа-линоленовой триненасыщенной кислоты достигало 18,7–27,1% у образцов к-429 (‘ЮСО 1’), к-581 (‘Сурская’) и к-355 (Мари). Содержание уникальной тетраненасыщенной стеаридониковой кислоты до 3,0% – у образца к-355 (Мари). У образцов хлопчатника и-0159127 (Тутум, G. herbaceum) и и-0159125 (Войтенок ФРТ) установлена максимальная сумма полиненасыщенных жирных кислот (54,0–58,0%), сумма насыщенных кислот – до 80% у и-0159127 (Тутум) и сорта ‘Михайловский’. Образец и-0159126 (Тямин, G. barbadense) имел 55% линолевой кислоты при общей сумме ПНЖК 56%. Используя выделившиеся образцы в качестве исходного материала, возможно создание продвинутых специализированных сортов, имеющих в семенах и масле вещества или комплекс веществ, которые могут быть эффективны в снижении риска развития рака и сердечно-сосудистых заболеваний, снижении уровня холестерина, являться ценными добавками в корма сельскохозяйственных животных.

Background

Background. Oils of hemp and cotton presently have reduced retail trade offer in Russia, but are widely produced and used. Industrial hemp is still cultivated and processed domestically. In the 1950s, industrial cotton was cultivated on a hundred thousand hectares in the country, and now there are signs of its restored growing. Both crops have the ability to restore the raw material base to produce textile fibers, seed and oil as well as the potential to improve functional food production, because they contain functional food ingredients in their oil capable of reducing human nutrition disorder risks, preventing or restoring nutrient deficiencies, preserving and improving health.

Materials and methods

Materials and methods. Unsaturated and polyunsaturated fatty acids’ profiles of hempseed (Cannabis sativa L.) and cottonseed (Gossypium hirsutum L., G. herbaceum L., G. barbadense L.) oils were evaluated. Seeds were grown respectively under the conditions of the Russian North-West (hemp) and Adler District, Krasnodar Territory (cotton). The PUFA profile was measured using gas chromatography with mass spectrometry equipment (Agilent 6850, USA). All data were calculated using the UniChrom software.

Results and conclusions

Results and conclusions. The content of the omega-6 linoleic acid in hemp accessions reached 64.2%; omega-3 alpha-linolenic acid, 27.1%; monounsaturated oleic acid, 14.0%. The sum of unsaturated acids was 94.2%; and that of polyunsaturated ones, 87.2%. Compared with hemp oil, cotton oil had a lesser sum of polyunsaturated (maximum 58.0%) acids, while its unsaturated acids were up to 79.0%. Oleic acid was found to reach 22.7% in cottonseed oil. Industrial cultivation of hemp and cotton in Russia need not be limited to textile fiber production, but may serve as a potential base of vegetable oils and food; just because of their PUFA contents, it is promising for the production of functional food ingredients, which have health benefits in reducing the risk of cancer and cardiovascular diseases, lowering the HDL cholesterol levels, and relaxing the smooth muscle cells in arteries, thus increasing the blood flow. Seed cake may be valuable addition to animal feed rations as well. As a result of the evaluations, valuable accessions (cultivars and lines) of hemp and cotton were identified. Although the selected accessions are not the products of previous breeding efforts aimed at the PUFA content improvement, they are promising source materials for the development of new cultivars with seeds enriched with compounds or sets of compounds that provide a beneficial effect on human health when included in the composition of food products (functional food ingredients). 

полиненасыщенные жирные кислотылинолевая кислоталиноленовая кислотафункциональный пищевой продуктpolyunsaturated fatty acidslinoleic acidlinolenic acidfunctional foodРабота выполнена в рамках государственного задания согласно тематическому плану ВИР по теме № 0662- 2019-0001 «Коллекция масличных и прядильных культур ВИР (изучение и расширение генетического разнообразия масличных и прядильных культур)».ReferencesAslam H., Green J., Jacka F. N., Collier F., Berk M., Pasco J., Dawson S. L. Fermented foods, the gut and mental health: a mechanistic overview with implications for depression and anxiety. Nutr. Neurosci, 2018;11:1-13. DOI: 10.1080/1028415X.2018.1544332Aslam H., Green J., Jacka F. N., Collier F., Berk M., Pasco J., Dawson S. L. Fermented foods, the gut and mental health: a mechanistic overview with implications for depression and anxiety. Nutr. Neurosci, 2018;11:1-13. DOI: 10.1080/1028415X.2018.1544332Dzuvor C.K., Taylor J.T, Acquah C., Pan S., Agyei D. Bioprocessing of functional ingredients from flaxseed. Molecules. 2018;23(10):2444. DOI: 10.3390/molecules23102444Dzuvor C.K., Taylor J.T, Acquah C., Pan S., Agyei D. Bioprocessing of functional ingredients from flaxseed. Molecules. 2018;23(10):2444. DOI: 10.3390/molecules23102444Методы биохимического исследования растений / под ред. Ермакова А.И., Л.: Колос; 1972. С.216-218Ermakov A.I. (ed.). Methods of biochemical research of plants (Metody biokhimicheskogo issledovaniya rasteniy). Leningrad: Kolos; 1972. p.216-218. [in Russian].Fontes A.L., Pimentel L., Rodríguez-Alcalá L.M., Gomes A. Effect of PUFA substrates on fatty acid profile of Bifidobacterium breve Ncimb 702258 and CLA/CLNA production in commercial semi-skimmed milk. Sci. Rep., 2018;8(1):155-191. DOI: 10.1038/s41598-018-33970-2Fontes A.L., Pimentel L., Rodríguez-Alcalá L.M., Gomes A. Effect of PUFA substrates on fatty acid profile of Bifidobacterium breve Ncimb 702258 and CLA/CLNA production in commercial semi-skimmed milk. Sci. Rep., 2018;8(1):155-191. DOI: 10.1038/s41598-018-33970-2Григорьев С.В. Хлопчатник российской селекции. Директор. 2004;6:31-32.Grigoryev S.V. Cotton cultivars developed in Russia (Khlopchatnik rossiyskoy selektsii). Direktor = Director. 2004;6:31-32. [in Russian].Григорьев С.В. Перспективы культуры конопли в России. Директор. 2004;9:34-37.Grigoryev S.V. Prospects for industrial hemp in Russia (Perspektivy kultury konopli v Rossii). Director. 2004;9:34-37. [in Russian].Илларионова К.В., Григорьев С.В. Структура ассортимента растительных масел по видам сырья в РФ. В сб.: Инновационные технологии в промышленности – основа повышения качества, конкурентоспособности и безопасности потребительских товаров. 2016. С.137-140.Illarionova K.V., Grigoryev S.V. The structure of assortment of vegetable oil in local market of RF (Struktura assortimenta rastitelnykh masel po vidam syrya v RF). In: Innovative Technologies in Industry: the Basis for Improving the Quality, Competitiveness and Safety of Consumer Goods (Innovatsionnye tekhnologii v promyshlennosti – osnova povysheniya kachestva, konkurentosposobnosti i bezopasnosti potrebitelskikh tovarov). 2016. p.137-140 [in Russian].Laakso S., Lehtinen P., Vahvaselkä M. Process for preparing conjugated linoleic acid. EP1495126A1. Application 2005-01-12. C12P7/6427.Laakso S., Lehtinen P., Vahvaselkä M. Process for preparing conjugated linoleic acid. EP1495126A1. Application 2005-01-12. C12P7/6427.Ledbetter K. Edible cottonseed research receives USDA approval. The Austr. Cottongrower. 2019;39(7):24-26.Ledbetter K. Edible cottonseed research receives USDA approval. The Austr. Cottongrower. 2019;39(7):24-26.Li K., Sinclair A., Zhao F., Li D. Uncommon fatty acids and cardiometabolic health. Nutrients. 2018;10(10):1559. DOI: 10.3390/nu10101559Li K., Sinclair A., Zhao F., Li D. Uncommon fatty acids and cardiometabolic health. Nutrients. 2018;10(10):1559. DOI: 10.3390/nu10101559Peng M., Tabashsum Z., Patel P., Bernhardt C., Biswas D. Linoleic acids overproducing Lactobacillus casei limits growth, survival, and virulence of Salmonella typhimurium and enterohaemorrhagic Escherichia coli. Front Microbiol., 2018;9:26-63. DOI: 10.3389/fmicb.2018.02663Peng M., Tabashsum Z., Patel P., Bernhardt C., Biswas D. Linoleic acids overproducing Lactobacillus casei limits growth, survival, and virulence of Salmonella typhimurium and enterohaemorrhagic Escherichia coli. Front Microbiol., 2018;9:26-63. DOI: 10.3389/fmicb.2018.02663Сорта растений, включенные в Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию (на 02.11.2018). Доступно по: http://reestr.gossort.com/reestr/culture/134 (дата обращения 07.11.2018.Plant varieties included in the State Register of Breeding Achievements Approved for Use (as of Nov. 02, 2018). Available from: http://reestr.gossort.com/reestr/culture/134 (accessed Nov. 07, 2018). [in Russian].Подольная Л.П., Григорьев С.В., Илларионова К.В., Асфандиярова М.Ш., Туз Р.К., Ходжаева Н.А., Мирошниченко Е.В. Хлопчатник в России. Актуальность и перспективы. Достижения науки и техники АПК. 2015;29(7):56-58.Podolnaya L.P., Grigoryev S.V., Illarionova K.V., Asfandiyarova M. Sh., Tuz R.K., Hodzhaeva N.A., Miroshnichenko E.V. Cotton in Russia. Actuality and prospects (Khlopchatnik v Rossii. Aktualnost i perspektivy). Dostizheniya nauki i tehniki APK = Achievements of Science and Technology in the Agroindustial Complex. 2015;29(7):56-58. [in Russian].Roulard R., Fontaine J. X., Jamali A., Cailleu D., Tavernier R., Guillot X., Rhazi L., Petit E., Molinie R., Mesnard F. Use of qNMR for speciation of flaxseeds (Linum usitatissimum L.) and quantification of cyanogenic glycosides. Anal. Bioanal. Chem. 2017;409(30):7011-7026. DOI: 10.1007/s00216-017-0637-7Roulard R., Fontaine J. X., Jamali A., Cailleu D., Tavernier R., Guillot X., Rhazi L., Petit E., Molinie R., Mesnard F. Use of qNMR for speciation of flaxseeds (Linum usitatissimum L.) and quantification of cyanogenic glycosides. Anal. Bioanal. Chem. 2017;409(30):7011-7026. DOI: 10.1007/s00216-017-0637-7Roura-Guiberna A., Hernandez-Aranda J., Ramirez-Flores C.J., Mondragon-Flores R., Garibay-Nieto N., Queipo-Garcia G., Laresgoiti-Servitje E., Soh J.W., Olivares-Reyes J.A. Isomers of conjugated linoleic acid induce insulin resistance through a mechanism involving activation of protein kinase Cε in liver cells. Cell Signal. 2018;53:281–293. DOI: 10.1016/j.cellsig.2018.10.013Roura-Guiberna A., Hernandez-Aranda J., Ramirez-Flores C.J., Mondragon-Flores R., Garibay-Nieto N., Queipo-Garcia G., Laresgoiti-Servitje E., Soh J.W., Olivares-Reyes J.A. Isomers of conjugated linoleic acid induce insulin resistance through a mechanism involving activation of protein kinase Cε in liver cells. Cell Signal. 2018;53:281–293. DOI: 10.1016/j.cellsig.2018.10.013Small E. Classification of Cannabis sativa in relation to agricultural, biotechnological, medical and recreational utilization Cannabis sativa L.: botany and biotechnology. Berlin; 2017.Small E. Classification of Cannabis sativa in relation to agricultural, biotechnological, medical and recreational utilization Cannabis sativa L.: botany and biotechnology. Berlin; 2017.ГОСТ 1128-75. Масло хлопковое рафинированное. Технические условия. М.: Стандартиформ; 2011.State Standard GOST 1128-75. Refined cotton oil. Specifications (Maslo khlopkovoye rafinirovannoye. Tekhnicheskiye usloviya). Moscow: Standartinform; 2011. [in Russian].ГОСТ 8989-73. Масло конопляное. Технические условия. М.: Стандартиформ; 2011.State Standard GOST 8989-73. Hempseed oil. Specifications (Maslo konoplyanoye. Tekhnicheskiye usloviya). Moscow: Standartinform; 2011. [in Russian].ГОСТ Р 52349-2005. Продукты пищевые. Продукты пищевые функциональные. Термины и определения. М.: Стандартинформ; 2005.State Standard GOST R 52349-2005. Foodstuffs. Functional foods. Terms and definitions (Produkty pishchevye. Produkty pishchevye funktsionalnye. Terminy i opredeleniya). Moscow: Standartinform; 2005. [in Russian].Taghvaei M., Jafari S.M., Nowrouzieh S., Alishah O. The influence of cooking process on the microwave-assisted extraction of cottonseed oil. J. Food Sci. Technol. 2015;52(2):1138-1144. DOI: 10.1007/s13197-013-1125-5Taghvaei M., Jafari S.M., Nowrouzieh S., Alishah O. The influence of cooking process on the microwave-assisted extraction of cottonseed oil. J. Food Sci. Technol. 2015;52(2):1138-1144. DOI: 10.1007/s13197-013-1125-5Вахваселькя М., Мяйря-Мякинен А., Суомалайнен Т., Лааксо С., Райнио А., Тюнккюнен С. Способ получения конъюгированной линолевой кислоты. C12P7/64. FindPatent.ru, 2012-2018. Доступно по: http://www.findpatent.ru/patent/226/2265664.html (дата обращения 01.12.2018.Vahvaselkä M., Merya-Mäkinen А., Suomalainen Т., Laakso S., Rajinio А., Tyunkkunen S. The method of obtaining conjugated linoleic acid. C12P7/64 FindPatent.ru, 2012-2018. Available from: http://www.findpatent.ru/patent/226/2265664.html (accessed Dec. 01, 2018). [in Russian].

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