Экспресс-оценка показателей питательной ценности семян Vigna unguiculata (L.) Walp. из коллекции ВИР с помощью БИК-спектроскопии

Актуальность. Вигна (Vigna unguiculata (L.) Walp.) – важнейшая пищевая и кормовая бобовая культура в странах с субтропическим и тропическим климатом. Семена вигны отличаются высокой питательной ценностью и содержат большое количество белка, крахмала, биологически активных соединений и железа, поэтому ее часто используют в питании в качестве заменителя мяса. Создание калибровочных моделей для экспресс-анализа основных показателей качества семян вигны на основе БИК-спектроскопии позволит ускорить оценку образцов по питательной ценности, снизить себестоимость анализа и сохранить селекционный материал.
Материалы и методы. Изучали семена 39 образцов вигны (V. unguiculata) с различной окраской семенной кожуры из коллекции Всероссийского института генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова (ВИР). Показатели качества (белок, крахмал, общее содержание антоцианов) анализировали аналитическими методами, принятыми в ВИР: содержание белка – методом Кьельдаля, крахмала – методом Эверса, антоцианы – спектрофотометрическим методом. Калибровочные модели рассчитывали с помощью системы обработки данных OPUS к ИК-анализатору MATRIX-I (Bruker Optics, Германия).
Результаты и заключение. Использование разработанных калибровочных моделей для определения содержания белка, крахмала и антоцианов в семенах делает возможным массовый анализ образцов вигны с высокой точностью. Это позволит более точно и быстро подбирать исходный материал для селекции сортов с высокими показателями качества семян.

1. Awika J.M., Duodu K.G. Bioactive polyphenols and peptides in cowpea (Vigna unguiculata) and their health promoting properties: a review. Journal of Functional Foods. 2017;38:686-697. DOI: 10.1016/j.jff.2016.12.002

2. Belane A.K., Dakora F.D. Elevated concentrations of dietarily-important trace elements and macronutrients in edible leaves and grain of 27 cowpea (Vigna unguiculata (L.) Walp) genotypes: implications for human nutrition and health. Food and Nutrition Sciences. 2012;3(3):377-386. DOI: 10.4236/fns.2012.33054

3. Бурляева М.О., Гуркина М.В., Мирошниченко Е.В. Применение многомерного анализа для выявления взаимосвязей хозяйственно ценных признаков вигны и дифференциации сортов по овощному и зерновому направлениям использования. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2021;182(4):36-47. DOI: 10.30901/2227-8834-2021-4-36-47

4. Бутенко Л.И., Подгорная Ж.В. Исследования антоцианового комплекса ягод, прошедших криообработку. Успехи современного естествознания. 2016;(11):14-17.

5. Chen H.J., Ooi Y.S., Liu M.L., Chao Y.Y. Study on the growth traits in eighth-month beans (Vigna unguiculata L.). International Journal of Advanced Scientific Research and Management. 2017;2(4):10-17.

6. Методы анализа витаминов: Практикум / сост. Чупахина Г.Н., Масленников П.В. Калининград: Калининградский государственный университет; 2004. DOI: 10.13140/2.1.1147.7449

7. Clingensmith C.M., Grunwald S., Wani S.P. Evaluation of calibration subsetting and new chemometric methods on the spectral prediction of key soil properties in a datalimi ted environment. European Journal of Soil Science. 2018:70(1):107-126. DOI: 10.1111/ejss.12753

8. FAOSTAT. Food and Agriculture Organization of the United Nations. Food and Agriculture Data: [website]. Available from: https://www.fao.org/faostat/en/#data/QCL [accessed Deс. 14, 2024].

9. García-Sánchez F., Galvez-Sola L., Martínez-Nicolás J.J., Muelas-Domingo R., Nieves M. Using near-infrared spectroscopy in agricultural systems. In: K.G. Kyprianidis, J. Skvaril (eds). Developments in Near-Infrared Spectroscopy. Rijeka: InTechOpen; 2017. pub.1084734258. DOI: 10.5772/67236

10. Gonçalves F.V., Medici L.O., Fonseca M.P.S., Pimentel C., Gaziola A.S., Azevedo R.A. Protein, phytate and mi nerals in grains of commercial cowpea genotypes. Anais da Academia Brasileira de Ciências. 2020;92 Suppl 1:e20180484. DOI: 10.1590/0001-3765202020180484

11. 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: 14.05.2024].

12. ГОСТ 9404-88. Межгосударственный стандарт. Мука и отруби. Метод определения влажности. Москва: Стандартинформ; 2007. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200022334 [дата обращения: 22.05.2024].

13. Ha T.J., Lee M.H., Jeong Y.N., Lee J.H., Han S.I., Park C.H. et al. Anthocyanins in cowpea [Vigna unguiculata (L.) Walp. ssp. unguiculata]. Food Science and Biotechnology. 2010;19(3):821-826. DOI: 10.1007/s10068-010-0115-x

14. Hernández-Ruiz R.G., Olivares-Ochoa X.C., Salinas-Va rela Y., Guajardo-Espinoza D., Roldán-Flores L.G., Rivera-Leon E.A. et al. Phenolic compounds and anthocyanins in le gumes and their impact on inflammation, oxidative stress, and metabolism: comprehensive review. Molecules. 2025;30(1):174. DOI: 10.3390/molecules30010174

15. Khang D.T., Dung T.N., Elzaawely A.A., Xuan T.D. Phenolic profiles and antioxidant activity of germinated legumes. Foods. 2016;5(2):27. DOI: 10.3390/foods5020027

16. Огороднова У.А., Тимофеева О.А. Большой практикум по физиологии и биохимии растений: учебно-методическое пособие. Казань: Казанский федеральный университет; 2020.

17. Olale K., Yenesew A., Jamnadass R., Sila A., Aynekulu E., Kuyah Sh. et al. Limitations to use of infrared spectroscopy for rapid determination of carbon-nitrogen and wood density for tropical species. Advances in Analytical Chemistry. 2013;3(3):21-28. DOI: 10.5923/j.aac.20130303.01

18. Orita A., Musou-Yahada A., Shoji T., Oki T., Ohta H. Comparison of anthocyanins, proanthocyanidin oligomers and antioxidant capacity between cowpea and grain legumes with colored seed coat. Food Science and Technology Research. 2019;25(2):287-294. DOI: 10.3136/fstr.25.287

19. Павлова А.М. Вигна. В кн.: Культурная флора СССР. Т. 4. Зерновые бобовые. Москва; Ленинград; 1937. С.623-646.

20. Попов В.С., Шеленга Т.В., Блинова Е.В., Хорева В.И. Применение БИК-спектроскопии для определения основных биохимических показателей качества у овса песчаного. Биотехнология и селекция растений. 2024;7(2):31-41. DOI: 10.30901/2658-6266-2024-2-o1

21. Razgonova M.P., Burlyaeva M.O., Zinchenko Y.N., Krylova E.A., Chunikhina O.A., Ivanova N.M. et al. Identification and spatial distribution of bioactive compounds in seeds Vigna unguiculata (L.) Walp. by laser microscopy and tandem mass spectrometry. Plants (Basel). 2022;11(16):2147. DOI: 10.3390/plants11162147

22. Saha U., Endale D., Tillman P.G., Johnson W.C., Gaskin J., Sonon L. et al. Analysis of various quality attributes of sunflower and soybean plants by near infrared reflectance spectroscopy: development and validation calibration models. American Journal of Analytical Chemistry. 2017;8(7):462-492. DOI: 10.4236/ajac.2017.87035

23. Shevkani K., Kaur A., Kumar S., Singh N. Cowpea protein isolates: Functional properties and application in glutenfree rice muffins. LWT – Food Science and Technology. 2015;63(2):927-933. DOI: 10.1016/j.lwt.2015.04.058

24. Шуайбова Н.Ш., Хабибов А.Д., Омарова П.А. Сравнительный анализ структуры изменчивости морфологических признаков сортообразцов Vigna unguiculata (L.) Warp. в условиях равнинного Дагестана. Известия Горского государственного аграрного университета. 2020;57(1):128-137.

25. Šibul F., Orčić D., Vasić M., Anačkov G., Nađpal J., Savić A. et al. Phenolic profile, antioxidant and anti-inflammatory potential of herb and root extracts of seven selected legumes. Industrial Crops and Products. 2016;83:641-653. DOI: 10.1016/j.indcrop.2015.12.057

26. StatSoft. Электронный учебник по статистике: [сайт]. URL: http://statsoft.ru/home/textbook/default.htm [дата обращения: 06.05.2021]

27. Timko M.P., Ehlers J.D., Roberts P.A. Cowpea. In: C. Kole (ed.). Genome Mapping and Molecular Breeding in Plants. Vol. 3. Pulses, Sugar and Tuber Crops. Berlin; Heidelberg: Springer; 2007. p.49-67. DOI: 10.1007/978-3-540-34516-9_3

28. Tsamo A.T., Mohammed H., Mohammed M., Ndibewu P.P., Dakora F.D. Seed coat metabolite profiling of cowpea (Vigna unguiculata (L.) Walp.) accessions from Ghana using. UPLC-PDA-QTOF-MS and chemometrics. Natural Product Research. 2019;34(8):1158-1162. DOI: 10.1080/14786419.2018.1548463

29. Zia-Ul-Haq M., Ahmad S., Amarowicz R., De Feo V. Antioxidant activity of the extracts of some cowpea (Vigna unguiculata (L) Walp.) cultivars commonly consumed in Pakistan. Molecules. 2013;18(2):2005-2017. DOI: 10.3390/molecules18022005