Методические аспекты использования БИК-спектрометрии для определения биохимических показателей зерна ячменя

Актуальность. В статье обсуждается возможность использования спектроскопии ближнего инфракрасного отражения (БИК) для экспресс-оценки биохимических показателей у различных форм и разновидностей ячменя. На основании данных, полученных в отделе биохимии и молекулярной биологии ВИР, построены калибровочные модели содержания белка, крахмала, масла, бета-глюканов и суммы фенольных веществ (ФВ) в зерне, позволяющие в дальнейшем проводить скрининговые исследования различных образцов ячменя.

Материалы и методы. Химический состав зерна изучали в образцах голозерного и пленчатого ярового ячменя (Hordeum vulgare L.), выращенного в 2022 г. на северо-западе РФ. Калибровочные модели для определения белка, масла, крахмала, бета-глюканов и ФВ (80 образцов) разработаны для ИК-анализатора Matrix-I фирмы Bruker Optics (Германия). При их построении использовали показания, полученные общепринятыми химическими методами анализа. Содержание белка/азота определяли по Кьельдалю, масла – по массе сухого обезжиренного остатка в модификации С. В. Рушковского, крахмала – поляриметрическим методом по Эверсу, бета-глюканов – весовым методом, сумму ФВ – по методу Фолина и Чокальтеу в модификации Синглетона и Росси.

Результаты. Достоверность построенных калибровочных сопоставляли с результатами определения белка, крахмала, масла, бета-глюканов и ФВ, полученными химическими методами. В результате показано: данные, полученные с помощью калибровочных для определения белка и крахмала, являлись достоверными, остальные модели нуждаются в доработке.

Заключение. Предлагаемый метод позволяет сохранить ценный исходный материал, повысить эффективность труда, при этом не нуждается в применении химических реактивов. После сканирования каждого образца можно получить результаты сразу по нескольким показателям с заданной повторностью и стандартным отклонением.

1. Ефименко С.Г., Ефименко С.К. Определение содержания масла и влаги в семенах горчицы с помощью ИК-спектрометрии. Масличные культуры. Научно-технический бюллетень ВНИИМК. 2019;4(180):36-44. DOI: 10.25230/2412-608Х2019-4-180-36-44

2. Ефименко С.Г., Ефименко С.К., Кучеренко Л.А., Нагалевская Я.А. Экспресс-оценка содержания основных жирных кислот в масле семян рапса с помощью ИК-спектрометрии. Масличные культуры. Научно-технический бюллетень ВНИИМК. 2015;4(164):35-40.

3. Ефименко С.Г., Кучеренко Л.А., Ефименко С.К., Нагалевская Я.А. Оценка основных показателей качества семян сои с помощью ИК-спектрометрии. Масличные культуры. Научно-технический бюллетень ВНИИМК. 2016;3(167):33-38.

4. Ермаков А.И., Арасимович В.В., Ярош Н.П., Перуанский Ю.В., Луковникова Г.А., Иконникова М.И. Методы биохимического исследования растений / под ред. А.И. Ермакова. 3-е изд. Ленинград: Агропромиздат; 1987.

5. Гаркавый П.Ф., Пыльнева П.Н. Аминокислотный состав зерна обычных и высоколизиновых форм ячменя. Вестник сельскохозяйственной науки. 1980;7:71-73.

6. ГОСТ 32749-2014. Межгосударственный стандарт. Семена масличные, жмыхи и шроты. Определение влаги, жира, протеина и клетчатки методом спектроскопии в ближней инфракрасной области. Москва: Стандартинформ; 2019. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200111470 [дата обращения: 21.07.2023].

7. Khoreva V.I., Popov V.S., Kon’kova N.G. Application of the IR spectrometry method in the screening study of various oat species. Ecological Genetics. 2022;20(4):349-357. DOI: 10.17816/ecogen108503

8. Ковалева О.Н., Иванова Н.Н., Хорева В.И., Теплякова С.Б., Потокина Е.К. Каталог мировой коллекции ВИР. Выпуск 851. Ячмень. Агробиологическая характеристика образцов ячменя и результаты молекулярного тестирования аллелей генов фотопериодической реакции PPD и генов яровизации VRN / под ред. И.Г. Лоскутова. Санкт-Петербург: ВИР; 2017.

9. Козьмина Н.П. Биохимия зерна и продуктов его переработки. Москва: Колос; 1976.

10. Красильников В.Н., Барсукова Н.В., Попов В.С. Бета-глюканы овса в функциональном и лечебном питании. Проблемы экономики и управления в торговле и промышленности. 2014;2(6):78-83.

11. Методические указания по изучению и сохранению мировой коллекции ячменя и овса / сост. И.Г. Лоскутов, О.Н. Ковалева, Е.В. Блинова; под ред. И.Г. Лоскутова. Санкт-Петербург: ВИР; 2012.

12. Peng X.R., Liu J.Q., Wang C.F., Han Z.H., Shu Y., Li X.Y. et al. Unusual prenylated phenols with antioxidant activities from Ganoderma cochlear. Food Chemistry. 2015;171:251- 257. DOI: 10.1016/j.foodchem.2014.08.127

13. Плешков Б.П. Биохимия сельскохозяйственных растений. Москва: Агропромиздат; 1987.

14. Popov V.S., Konarev A.V., Kovaleva O.N., Konkova N.G., Khoreva V.I. Weight method for determination of soluble β-glucans in barley grain. Proceedings on Applied Botany, Genetics and Breeding. 2023;184(4):45-52. DOI: 10.30901/2227-8834-2023-4-45-52

15. Итоги за 2023 год. Посевные площади зерновых и зернобобовых культур в России. Интернет-портал Агровестник; 16.08.2023. URL: https://agrovesti.net/lib/industries/cereals/itogi-za-2023-god-posevnye-ploshchadi-zernovykhi-zernobobovykh-kultur-v-rossii.html [дата обращения 21.01.2024].

16. Рибалка О.І., Поліщук С.С., Кірдогло Є.К., Моргун Б.В. Генетичні та селекційні критерії створення сортів голозерного ячменю харчового напряму. Физиология и биохимия культурных растений. 2013;45(3):187-205.

17. Shvachko N.A., Loskutov I.G., Semilet T.V., Popov V.S., Kovaleva O.N., Konarev A.V. Bioactive components in oat and barley grain as a promising breeding trend for functional food production. Molecules. 2021;26(8):2260. DOI: 10.3390/molecules26082260

18. Singleton V.L., Rossi J.A. Colorimetry of total phenolics with phosphomolybdic-phosphotungstic acid reagents. American Journal of Enology and Viticulture. 1965;16(3):144-158. DOI: 10.5344/ajev.1965.16.3.144

19. Wiegmann M., Maurer A., Pham A., March T.J., Al-Abdallat A., Thomas W.T.B. et al. Barley yield formation under abiotic stress depends on the interplay between flowering time genes and environmental cues. Scientific Reports. 2019;9(1):6397. DOI: 10.1038/s41598-019-42673-1

20. Wood P.J., Paton D., Siddiqui I.R. Determination of beta-glucan in oats and barley. Cereal Chemistry. 1977;54:524-533.