ZESZYT 588 ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH

Transkrypt

1 ZESZYT 588 ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH ZESZYT 588 ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH WARSZAWA 2017

2 ADVANCES OF AGRICULTURAL SCIENCES PROBLEM ISSUES ISSUE 588 WARSAW 2017

3 ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH Zeszyt 588 Wydział Nauk o Żywności Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie 2017

4 Wydział Nauk o Żywności, Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie RADA REDAKCYJNA Andrzej Lenart przewodniczący André Chwalibog (Dania) Rui Costa (Portugalia) Marco Dalla Rosa (Włochy) Frédéric Debeaufort (Francja) Jesus Frias (Irlandia) Józef Horabik Tadeusz Kudra (Kanada) Jan Łabętowicz Jan Niemiec Edward Pierzgalski KOMITET REDAKCYJNY Dorota Witrowa-Rajchert redaktor naczelna Mirosław Słowiński zastępca redaktor naczelnej Ewa Gondek sekretarz ADRES REDAKCJI Wydział Nauk o Żywności SGGW w Warszawie ul. Nowoursynowska 159c Warszawa Opracowanie redakcyjne Anna Dołomisiewicz, Elżbieta Wojnarowska Czasopismo w postaci wydrukowanej jest wersją pierwotną ISSN eissn Wydawnictwo SGGW, ul. Nowoursynowska 166, Warszawa tel (-22; -25 sprzedaż), fax wydawnictwo@sggw.pl Druk: POLIMAX s.c., ul. Nowoursynowska 161 L, Warszawa

5 Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych nr 588, 2017, 3 14 DOI /ZPPNR CHARAKTERYSTYKA WŁAŚCIWOŚCI PROZDROWOTNYCH GLUKOZYNOLANÓW Ewa Cieślik, Iwona Cieślik, Mariusz Borowski Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie Streszczenie. Warzywa kapustowate ze względu na właściwości antykancerogenne zawartych w nich glukozynolanów stały się przedmiotem wielu badań. W pracy przedstawiono informacje na temat występowania, budowy i właściwości prozdrowotnych glukozynolanów oraz ich roli w żywieniu i prewencji chorób nowotworowych. Scharakteryzowano zawartości tych bioaktywnych związków w różnych warzywach kapustowatych oraz ich pobieranie z dietą przeciętnego Polaka. Zaprezentowano strukturę i charakterystykę chemiczną oraz metabolizm glukozynolanów i ich pochodnych. Ponadto przybliżono działania prozdrowotne tych wtórnych metabolitów roślin z rodziny krzyżowych, zwracając szczególną uwagę na ich właściwości przeciwutleniające i przeciwnowotworowe. Glukozynolany zawarte w roślinach jadalnych, dostarczone do organizmu człowieka zarówno jako składnik diety, jak i wyizolowane związki chemiczne mogą zmniejszać ryzyko rozwoju nowotworów. Spożywanie ich może być więc jednym ze sposobów profilaktyki nowotworowej, a dobór odpowiedniej strategii profilaktycznej powinien zależeć od typu nowotworu, rodzaju organu i uwarunkowań genetycznych. Słowa kluczowe: glukozynolany, warzywa kapustowate, chemoprewencja WSTĘP Od kilkudziesięciu lat obserwowany jest wzrost zachorowalności na nowotwory, szczególnie zauważalny w krajach wysokorozwiniętych. Coraz więcej wyników badań dowodzi, że skuteczną obroną przed tym zjawiskiem może być chemoprewencja. W jej skład wchodzą działania zapobiegawcze, które mają przyczynić się do zahamowania lub odwrócenia procesu nowotworzenia przy użyciu środków syntetycznych bądź naturalnych. Najnowsze doniesienia wskazują na rośliny z rodziny krzyżowych, takie jak brokuły, kapusta czy kalafior, jako naturalne czynniki chemoprewencyjne. Właściwość ta wynika z obecności w nich glukozynolanów i enzymu mirozynazy. W momencie kontak- rrciesli@cyf-kr.edu.pl Copyright by Wydawnictwo SGGW

6 4 E. Cieślik, I. Cieślik, M. Borowski tu tych związków z enzymem dochodzi do powstania izotiocyjanianów, indoli i innych pochodnych o dużej aktywności biologicznej, które mają istotne znaczenie w prewencji nowotworowej [Chen i Kong 2005]. Na proces degradacji glukozynolanów wpływa wiele czynników. Ważne są te, które wpływają na wzrost rośliny, ponieważ są powiązane ze zmianami stężenia glukozynolanów w tkankach. Istotny może być zarówno czas przechowywania warzyw, rozdrabnianie, jak i obróbka hydrotermiczna [McNaughton i Marks 2003]. Aktualne badania dotyczące wpływu oczyszczonych lub częściowo oczyszczonych pochodnych glukozynolanów wskazują na wpływ tych substancji na rozwój nowotworów, co daje szansę na opracowanie na tej bazie skutecznych środków chemoprewencyjnych [Kusznierewicz i in. 2007, Lai i in. 2008]. Największe spożycie warzyw krzyżowych stwierdzono wśród mieszkańców Chin (ok. 100 g dziennie) oraz innych krajów azjatyckich [Seow i in. 2002]. Spożycie warzyw kapustowatych w Europie jest znacznie mniejsze i waha się między 15 a 30 g dziennie w zależności od kraju. Prym wiodą kraje Europy Wschodniej, w tym Polska, w której najwięcej spożywa się kapusty, chociaż ostatnio obserwuje się tendencję spadkową w jej konsumpcji. W latach było to ok. 8,8 kg na osobę rocznie (ok. 24 g dziennie), a w 2011 roku już tylko 6,6 kg (18 g dziennie). Z dietetycznego punktu widzenia istotne jest również spożycie kalafiora i brokułów. W latach utrzymywało się ono na względnie stałym poziomie i wynosiło ok. 2 kg na osobę rocznie. Na przestrzeni ostatnich lat najbardziej zauważalny jest spadek spożycia kapusty kiszonej, przy czym w latach zmniejszyło się z 3,8 kg na osobę rocznie do 2,3 kg. Udział pozostałych warzyw kapustnych w diecie Polaków jest znacznie mniejszy. Na podstawie tych danych można zauważyć, że konsumpcja roślin krzyżowych ogółem maleje, co ze względu na ich korzystne właściwości prozdrowotne nie jest dobrym zjawiskiem. W latach w ramach projektu NCBR AGROBIOKAP przeprowadzono badania dotyczące wykorzystania kapusty białej jako fitoremediatora i biofumiganta na terenach zanieczyszczonych oraz w rolnictwie, w tym rolnictwie ekologicznym [Kusznierewicz i in. 2012]. Celem pracy było przedstawienie informacji dotyczących występowania, budowy i właściwości prozdrowotnych glukozynolanów i ich pochodnych oraz roli tych związków w żywieniu i prewencji chorób nowotworowych. WYSTĘPOWANIE GLUKOZYNOLANÓW Glukozynolany są wtórnymi metabolitami roślin z rodziny krzyżowych (Brassicaceae), rząd kapustowce [Fahey i in. 2001]. Większość spożywanych gatunków należy do rodzaju Brassica, a największy udział w żywieniu ludzi mają: kapusta biała, kapusta czerwona, kapusta pekińska i kapusta włoska, kalafior, brokuły, brukselka, rzodkiewka oraz rzepak [Sawicka i Kotiuk 2007]. Warzywa kapustowate są dobrym źródłem wielu składników odżywczych, w tym składników mineralnych, witamin rozpuszczalnych w wodzie oraz naturalnych przeciwutleniaczy. Spośród substancji biologicznie czynnych dominują glukozynolany, których stężenie i wzajemne proporcje zależą od żyzności gleby, temperatury, poziomu Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

7 Charakterystyka właściwości prozdrowotnych glukozynolanów 5 nawodnienia, a także obecności patogenów i owadów oraz zasobności gleby w siarkę i azot. Udowodniono, że nawożenie siarką i azotem ma znaczny wpływ na zawartość tych związków w nasionach rzepaku [Zhao i in. 1994]. Przy czym sama siarka nie odgrywa tutaj istotnej roli, a jedynie jej kombinacja z azotem. Niektóre wyniki badań wskazują wręcz, że nawożenie samym azotem daje istotny statystycznie wzrost poziomu glukozynolanów w roślinach [Vallejo i in. 2003]. Wzrost ilości glukozynolanów w roślinie jest również warunkowany dostępnością wody, zwłaszcza w rzepaku, ale zjawisko to dotyczy wszystkich roślin krzyżowych [Bouchereau i in. 1996]. Wraz ze wzrostem temperatury wzrastała zawartość glukozynolanów w badanych brokułach. Na wzrost zawartości glukozynolanów w tych warzywach wpływa znacząco inwazja owadów lub patogenów [Pereira i in. 2002]. Glukozynolany występują łącznie z rozkładającym je enzymem mirozynazą, stanowiąc fizjologiczny system obrony roślin przeciw owadom i patogenom [Rask i in. 2000]. Glukozynolany występują wraz z ich pochodnymi, które dominują w danej roślinie i są dla niej charakterystyczne (tab.). Tabela. Table. Występowanie glukozynolanów w żywności pochodzenia roślinnego The presence of glucosinolates in plant foods Nazwa łacińska Nazwa polska Główne glukozynolany i ich pochodne Brassica oleracea var. capitata Brassica oleracea var. botrytis Brassica oleracea var. oleracea f. rubra Brassica oleracea var. sabauda Brassica rapa var. pekinensis Brassica oleracea var. gemmifera Brassica oleracea var. italica Brassica oleracea var. gongyloides kapusta biała kalafior kapusta czerwona kapusta włoska kapusta pekińska brukselka brokuł kalarepa glukobrassycyna, synigryna, indolo-3-karbinol, 3,3 -diindolometan, askorbigen synigryna, progoitryna, glukonapina, glukobrassycyna, indolo-3-karbinol glukoiberyna, synigryna, glukonapina, glukobrassycyna, metoksyglukobrassycyna, progoitryna synigryna, glukoiberyna, glukobrassycyna, metoksyglukobrassycyna synigryna, glukoiberyna, glukorafanina, progoitryna, glukobrassycyna synigryna, glukoiberyna, glukorafanina, glukonapina, glukobrassycyna, neoglukobrassycyna, progoitryna glukobrassycyna, neoglukobrassycyna, glukoiberyna, glukorafanina, sulforafan, iberyna synigryna, glukoiberyna, glukorafanina, glukonapina Raphanus sativus rzodkiew glukorafazatyna, glukorafanina Brassica napus var. oleifera rzepak glukonapina, glukobrassykonapina, glukotropeolina Armoracia rusticana chrzan synigryna, glukorafanina Nasturtium officinale rukiew wodna synigryna, fenyloetyloizotiocyjanian Lepidium sativum rzeżucha ogrodowa synigryna, glukorafanina Brassica oleracea var. sabellica jarmuż synigryna, glukonapina, glukobrassycyna Źródło: opracowanie własne na podstawie Verkerk i Dekker [2004], Song i Thornalley [2007], Brown i Morra [2009]. Source: own study based on Verkerk and Dekker [2004], Song and Thornalley [2007], Brown and Morra [2009]. nr 588, 2017

8 6 E. Cieślik, I. Cieślik, M. Borowski Najwięcej glukozynolanów zawierają warzywa świeże, przy czym ich poziom obniża się wraz z czasem przechowywania. Zmniejszenie zawartości tych substancji następuje również pod wpływem rozdrabniania, jednakże największe ubytki są związane z procesem gotowania. Wykazano, że ubytki glukozynolanów wahają się wówczas w zakresie 18,1 59,2% i wynoszą średnio 35,7% [McNaughton i Marks 2003]. Zaobserwowano, że glukozynolany są dobrze rozpuszczalne w wodzie, stąd ubytki bardziej zależą od ilości wody użytej do gotowania warzyw niż od czasu trwania procesu. Zasadne jest zatem gotowanie ich na parze, co sprzyja lepszemu zachowaniu glukozynolanów. Największą zawartość glukozynolanów stwierdzono w brokułach gotowanych 3,5 min [Jones i in. 2006]. Zmniejszenie zawartości glukozynolanów stwierdza się także w czasie blanszowania, przy czym największe straty (30%) wykazano w próbkach brukselki i brokułów, a najmniejsze (2,7%) w przypadku kalafiora. Jeszcze większe obniżenie poziomu glukozynolanów stwierdzono podczas gotowania jarmużu (72,4%). Po zamrażalniczym przechowywania warzyw kapustowatych nie wykazano jednoznacznych rezultatów. W przypadku niektórych warzyw ilość glukozynolanów wzrastała, a w próbkach innych zmniejszała się [Cieślik i in. 2007, Kapusta-Duch i in. 2016]. Skutecznym sposobem zachowania poziomu tych związków w warzywach ugotowanych było dodawanie sproszkowanej gorczycy do ugotowanych, a następnie przechowywanych warzyw. W przypadku ugotowanych brokułów dodanie już niewielkiej ilości tej przyprawy skutkowało znacznym wzrostem poziomu sulforafanu w spożywanym produkcie [Ghawi i in. 2012]. Bogatym źródłem glukozynolanów są również kiełki wyprodukowane z nasion roślin z rodziny krzyżowych. Obecnie zaleca się spożywanie kiełków z nasion brokułu i rzodkiewki, a fakt, że konsumuje się je zazwyczaj w postaci surowej sprawia, że są doskonałym źródłem tych związków [Shapiro i in. 2001]. Jednakże najwyższe poziomy glukozynolanów ogółem stwierdzono w kiełkach rzepy (5,98 μg g 1 św.m.), kalafiora (5,49 μg g 1 św.m.) i białej kapusty (5,18 μg g 1 św.m.) [Kusznierewicz i in. 2013]. CHARAKTERYSTYKA CHEMICZNA GLUKOZYNOLANÓW Obecnie znanych jest ponad 300 różnych związków należących do glukozynolanów. Charakteryzuje je podobieństwo struktury, której bazą są grupa β-d-tioglukozowa, sulfonowana grupa oksymowa oraz boczny łańcuch pochodzący od jednego z siedmiu aminokwasów białkowych [Moreno i in. 2006, Sosińska i Obiedziński 2007]. Glukozynolany są syntezowane z aminokwasów alifatycznych (leucyny, izoleucyny, waliny, metioniny, alaniny), aromatycznych (fenyloalaniny, tyrozyny) i indolowych (tryptofanu). Proces biosyntezy tych związków nie został jeszcze do końca wyjaśniony. Uważa się, że dochodzi do oksydacyjnej dekarboksylacji aminokwasu (przez N-hydroksyaminokwas) do aldoksymu, który jest następnie konwertowany do struktury glukozynolanu przez formy pośrednie: kwas tiohydroksamowy i desulfoglukozynolan [Wittstock i Halkier 2002, Śmiechowska i in. 2008]. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

9 Charakterystyka właściwości prozdrowotnych glukozynolanów 7 METABOLIZM GLUKOZYNOLANÓW Mirozynaza (β-tioglukozydaza EC ) jest enzymem niezbędnym do rozkładu glukozynolanów. Jej obecność stwierdzono w komórkach wszystkich roślin zawierających te związki. Po uszkodzeniu komórek (krojenie lub żucie) następuje hydroliza wiązania S-glikozydowego, w wyniku której uwalniana jest D-glukoza, siarczan i aglikon ulegający dalszym przekształceniom. Produkty rozkładu są różne w zależności od rodzaju glukozynolanu i warunków środowiska (ph, obecność jonów Fe +2 ). Do głównych z nich należą: tiocyjaniany, izotiocyjaniany, nitryle, epitionitryle. Glukozynolany są związkami o dużej stabilności chemicznej. Aktywne biologicznie izotiocyjaniany i indole powstają w wyniku hydrolizy enzymatycznej. Proces hydrolizy glukozynolanów najprawdopodobniej jest dwuetapowy. W pierwszej fazie mirozynaza wiązana jest kowalencyjnie z resztą glukozową glukozynolanu, w wyniku czego uwalniany jest aglikon. Jest to etap glikozylacji [Wittstock i Halkier 2002]. Następnie dochodzi do uwolnienia glukozy i regeneracji enzymu w obecności cząsteczki wody deglikozylacja. Aglikonem może być niestabilny tiohydroksym-o-sulfonowy, przekształcany do izotiocyjanianu. W odczynie zbliżonym do obojętnego stabilne izotiocyjaniany, powstałe z glukozynolanów z grupą boczną pochodzącą od fenyloalaniny lub metioniny, nie ulegają dalszym przemianom. Niestabilne izotiocyjaniany ulegają cyklizacji do oksazolidyno-2-tionów. Izotiocyjaniany powstające z glukozynolanów z indolowym łańcuchem bocznym pochodzącym od tryptofanu ulegają przemianom do alkoholi [Grubb i Abel 2006]. Proces ten jest dobrze poznany w przypadku kapusty. Do stabilnych produktów rozpadu należą izotiocyjaniany allilu i 2-fenyloetylu. Najważniejszym niestabilnym produktem jest indolo-3-karbinol (I3C) związek o dobrze udokumentowanym działaniu w prewencji nowotworów. Pod wpływem hydrolizy glukorafanina przekształca się w sulforafan lub nitryl sulforafanu. Synigryna przechodzi w izotiocyjanian allilu. Produktem hydrolizy glukobrassycyny jest indolo-3-karbinol, a izotiocyjanian fenyloetylu powstaje z glukonasturcyny [Sawicka i Kotiuk 2007]. Wchłanianie zhydrolizowanych produktów rozkładu glukozynolanów może zachodzić jeszcze przed trawieniem w jelicie cienkim, natomiast niezhydrolizowane ulegają hydrolizie przy udziale mikroflory okrężnicy i mogą być częściowo wchłaniane w jelicie grubym. Procesy te zachodzą przy udziale bakterii jelitowych. Jeśli przekształcająca glukozynolany do aktywnych form mirozynaza zostanie inaktywowana (gotowanie), to i tak dochodzi do powstania aktywnych metabolitów (np. izotiocyjanianów) na skutek działania tych mikroorganizmów. Z procesem tym powiązano wiele bakterii, m.in.: Escherichia coli, Bacteroides vulgatus czy Bifidobacterium spp. [Lampe i Chang 2007]. Powstający w wyniku hydrolizy synigryny izotiocyjanian allilu jest ważnym czynnikiem blokującym powstawanie komórek rakowych. Po spożyciu surowej kapusty jego stężenie w moczu gwałtownie wzrasta. Proces ten jest znacznie mniej nasilony w przypadku kapusty gotowanej. Różnica w odpowiedzi organizmu może wynikać z faktu, że hydroliza glukozynolanów w tym przypadku jest katalizowana przez bakterie jelitowe [Rouzaud i in. 2004]. Lokalizacja glukozynolanów i mirozynazy w komórce nie jest jasna. Uważa się, że glukozynolany mogą być gromadzone w wakuolach razem z kwasem askorbinowym, nr 588, 2017

10 8 E. Cieślik, I. Cieślik, M. Borowski który może wpływać na aktywność mirozynazy znajdującej się w cytoplazmie. Istnieje również ewentualność, że obie substancje znajdują się w różnych komórkach [Rask i in. 2000]. Komórki te mieszczą się w wiązkach przewodzących i dzięki takiej lokalizacji potencjalnie stanowią skuteczny system obrony przed patogenami żywiącymi się sokiem roślin, jak również umożliwiają koordynację syntezy związków obronnych w całej roślinie [Andreasson i in. 2001]. Wraz ze wzrostem zawartości glukozynolanów i ich pochodnych maleje podatność roślin na ataki szkodników [Kliebenstein i in. 2002]. Udowodniono, że zawartość glukozynolanów gwałtownie spada w czasie kiełkowania i w okresie intensywnego wzrostu, jednocześnie ze wzrostem aktywności mirozynazy. Może to dowodzić wykorzystywania glukozynolanów jako substancji budulcowych dostarczających węgla, siarki i azotu [Rask i in. 2000]. WŁAŚCIWOŚCI CHEMOPREWENCYJNE W ROZWOJU NOWOTWORÓW Substancje zawarte w roślinach jadalnych, dostarczone zarówno jako składnik diety, jak i wyizolowane związki chemiczne, mogą zmniejszać prawdopodobieństwo występowania nowotworów, dlatego też ich spożywanie może być jednym ze sposobów profilaktyki nowotworowej. Dobór odpowiedniej strategii wspomagania leczenia w ten sposób powinien jednak zależeć od typu nowotworu, rodzaju organu i uwarunkowań genetycznych [Kelloff 2000]. Proces kancerogenezy jest wieloetapowy i zależny od całej gamy różnych czynników kancerogenów. Początkowe stadium nosi nazwę inicjacji, drugi etap promocji, kolejna faza progresji. Jest ona procesem nieodwracalnym, w trakcie którego dochodzi do niekontrolowanego wzrostu komórek, wzmożonego wytwarzania czynników angiogennych, ekspresji genów kodujących enzymy proteolityczne. Substancje pochodzące z roślin mogą zapobiegać tylko początkowym etapom kancerogenezy. Ich wpływ na późniejsze etapy nowotworzenia jest ograniczony [Fimognari i Hrelia 2007]. Glukozynolany mogą być używane w chemoprewencji na wielu poziomach kancerogenezy. Największe znaczenie mają tutaj izotiocyjaniany, mniejsza jest rola produktów indolowych, epitionitryli, nitryli i tiocyjanianów. Pierwszym z nich jest chemoprewencja pierwotna, z której mogą korzystać osoby zdrowe. Jej podstawowym celem jest zapobieganie powstawaniu zmian nowotworowych. Glukozynolany działają tutaj na wielu obszarach. Pierwszym z nich jest zmniejszenie aktywności enzymów aktywujących kancerogeny, a także indukcja enzymów biorących udział w detoksykacji, czyli enzymów I i II fazy [Kwiatkowska i Bawa 2007]. Ponadto mają one zdolność wychwytywania elektrofilowych metabolitów i reaktywnych form tlenu oraz uruchamiania mechanizmów naprawiających DNA. Mniejsza jest rola glukozynolanów w hamowaniu dalszych etapów kancerogenezy. Procesy te zwane są chemoprewencją wtórną i polegają na odwracaniu powstałych już zmian nowotworowych [Talalay i Fahey 2001]. Mechanizmem znaczącym z tego punktu widzenia jest hamowanie aktywacji onkogenów, indukcja apoptozy, hamowanie proliferacji komórek nowotworowych oraz hamowanie angiogenezy i procesów zapalnych. Ostatni, trzeci, poziom chemoprewencji polega na wspomaganiu leczenia i utrzymywaniu jego efektów w trakcie chemioterapii [Baer-Dubowska 2003]. Najlepiej poznanymi związkami wśród izotiocyjanianów są sulforafan i izotiocyjanian fenyloetylu, a wśród indoli: Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

11 Charakterystyka właściwości prozdrowotnych glukozynolanów 9 indolo-3-karbinol wraz z produktem kondensacji diindolilometanem. Pochodne należące do pierwszej grupy hamują aktywność enzymów biorących udział w pierwszej fazie (aktywacja ksenobiotyków), jednocześnie indukując enzymy II fazy. Związki indolowe natomiast indukują zarówno enzymy I, jak i II fazy detoksykacji [Nho i Jeffery 2001]. Warzywa kapustowate zawierają wiele związków przeciwnowotworowych. Najlepiej poznanym z nich jest indol-3-karbinol. Badania dowodzą jego skuteczności w zapobieganiu nowotworom piersi, endometrium i szyjki macicy [Kusznierewicz i in. 2007]. Hamuje on wzrost i indukuje śmierć komórek nowotworowych, działając antagonistycznie do estrogenu. Wykazano, że indol-3-karbinol i jego pochodne hamują transkrypcję genów odpowiedzialnych za kodowanie receptorów estrogenów [Jin i in. 1999]. Powstałe pod wpływem kwaśnego środowiska produkty kondensacji indol- 3-karbinolu indukują ekspresję genów odpowiedzialnych za zwiększony metabolizm estrogenu, co wpływa na obniżenie jego poziomu we krwi. Wyniki badań klinicznych jasno wskazują, że dawka mg na dobę indol-3-karbinolu powoduje powstanie 2-α-hydroksyestronu związku odpowiedzialnego za właściwy stan zdrowotny piersi [Śmiechowska i in. 2008]. Wykazano również jego korzystny wpływ w przypadku nowotworu szyjki macicy, polegający na statystycznie znaczącej regresji śródbłonka neoplazji u pacjentek przyjmujących związek doustnie [Bell i in. 2000]. Udowodniono, że indol-3-karbinol i jego pochodne indukują apoptozę w hodowlach nowotworowych komórek piersi, prostaty i szyjki macicy [Pappa i in. 2006]. INNE DZIAŁANIA PROZDROWOTNE GLUKOZYNOLANÓW Glukozynolany i ich pochodne wykazują również inne właściwości. Izotiocyjaniany przyczyniają się do aktywacji białek działających przeciwutleniająco, co chroni komórki przed stresem oksydacyjnym [Lee i Park 2003, Kusznierewicz i in. 2010]. Należące do izotiocyjanianów nitryl sulforafanu i izotiocyjanian fenyloetylu wykazują zdolność blokowania jądrowego czynnika transkrypcyjnego, co prowadzi do zmniejszenia wydzielania zapalnych cząstek sygnalizacyjnych [Paolini i in. 2004]. W trakcie badań klinicznych przeprowadzonych na myszach wykazano, że indol-3-karbinol sprzyja zmniejszeniu liczby osobników z rozwiniętą postacią nowotworu szyjki macicy powodowanego wirusem brodawczaka ludzkiego (HPV). Spadek ten jest wprost proporcjonalny do dawki [Jin i in. 1999]. Zwraca się również uwagę na działanie bakteriostatyczne w stosunku do bakterii Helicobacter pylori. Dodanie nitrylu sulforafanu do hodowli mikroorganizmów działa hamująco nawet na szczepy antybiotykooporne [Fahey i in. 2001]. Wyniki badań wskazują również na korzystne działanie pochodnych glukozynolanów w innych chorobach związanych z zaburzeniami pracy mitochondriów. W przypadku choroby Parkinsona sulforafany charakteryzują się działaniem protekcyjnym w stosunku do komórek nerwowych. Ochrona ta polega na zabezpieczaniu komórek przed szkodliwym działaniem utleniaczy [Beal 2009]. Zapobiegają one utlenianiu glutationu, który chroni komórki przed stresem oksydacyjnym [Tarozzi i in. 2009]. Wyniki badań prowadzone z udziałem myszy wskazują, że aplikacja sulforafanu korzystnie wpływa na powikłania związane z reumatoidalnym zapaleniem stawów, co wynika ze zdolności tego związku hamowania aktywności komórek T limfocytów [Kong i in. 2010]. nr 588, 2017

12 10 E. Cieślik, I. Cieślik, M. Borowski DZIAŁANIE NIEPOŻĄDANE GLUKOZYNOLANÓW Nadmierna konsumpcja glukozynolanów może powodować działania niepożądane. Przede wszystkim zwraca się uwagę na działanie wolotwórcze i mutagenne tych związków. Spożywanie bardzo dużych ilości roślin kapustnych hamuje produkcję tyroksyny, powodując spadek aktywności tarczycy. Wiąże się to ze spadkiem poziomu trijodotyroniny i tetrajodotyroniny we krwi, a następnie ze wzrostem oddziaływania przysadki mózgowej na tarczycę, co prowadzi do jej przerostu wola. Zaistnienie takiego zjawiska w przypadku pobierania glukozynolanów ze zrównoważonej diety jest mało prawdopodobne i może nastąpić tylko przy poważnych niedoborach jodu. Ważne jest więc, aby konsumpcja warzyw kapustowatych wiązała się z obecnością jodu w pożywieniu [Śmiechowska i in. 2008]. Udowodniono, że korzystne działanie glukozynolanów zależy od sposobu ich przyjmowania i jest skuteczne tylko wtedy, gdy podawane są tuż przed lub jednocześnie z czynnikiem kancerogennym. W badaniach na zwierzętach i in vitro wykazano, że indol-3-karbinol dostarczany według tego schematu znacząco hamował rozwój nowotworów żołądka, piersi, płuc i wątroby. Przyjmowany w sposób ciągły po czynniku kancerogennym przyczyniał się jednakże do nasilenia zmian nowotworowych. Na podstawie wyników tych badań trudno wyciągnąć jednoznaczne wnioski o wpływie podawanych w ten sposób glukozynolanów na zdrowie człowieka, dlatego nie należy stosować takiego rozwiązania w praktyce dietetyki chorych na nowotwory [Jin i in. 1999]. GLUKOZYNOLANY JAKO SUBSTANCJA FUNKCJONALNA Pomimo że zdrowotne właściwości roślin krzyżowych są dobrze poznane, większość ludzi spożywa mniej niż jedną porcję tych warzyw tygodniowo, jako główny powód podając nieprzyjemny smak [Engel i in. 2002]. Produkcja preparatów glukozynolanowych może być więc rozwiązaniem tego mankamentu i przy okazji umożliwi stworzenie efektywnie działających produktów o działaniu przeciwnowotworowym. Wyniki badań przeprowadzonych z udziałem szczurów dowiodły, że duże dawki glukorafaniny, odpowiadające diecie składającej się w 10% z brokułów, przyczyniły się do wzrostu enzymów II fazy, biorących udział w detoksykacji. Wyniki były porównywalne w przypadku użycia zarówno oczyszczonej, jak i częściowo oczyszczonej glukorafaniny. Należy podkreślić, że tak duża dawka nie wyrządzała żadnych szkód w tkankach, w tym w śluzówce jelita. Sugeruje to, że już częściowo oczyszczony związek może być z powodzeniem stosowany w produkcji suplementów lub jako składnik żywności fortyfikowanej [Lai i in. 2008]. Z kolei badania ekstraktu z kwiatów brokułu dowodzą, że ma on silne przeciwutleniające właściwości i wykazuje zdolność hamowania zmian oksydacyjnych białek. Efekt ten potwierdzono również w badaniach przy użyciu ekstraktu z liofilizowanych kwiatów brokułu [Cho i in. 2006]. W przypadku przyjmowania sulforafanu przez kobiety, które przeszły zabieg zmniejszania piersi, odnotowano wysokie stężenie metabolitów tych związków w tkankach ich piersi. Wydaje się więc, że stosowanie preparatów z brokułów przez kobiety z dużym ryzykiem zachorowania na raka piersi może okazać się dla ich zdrowia korzystne [Cornblatt i in. 2007]. Substancje te wymagają jednak dalszych badań, gdyż nie do końca zostały poznane sposoby wchłaniania i metabolizm glukozynolanów Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

13 Charakterystyka właściwości prozdrowotnych glukozynolanów 11 w organizmie. Ważny jest również wpływ różnych substancji, z którymi miałyby być przyjmowane, jak i interakcje ze składnikami żywności. Dodatkowo należy dokładnie zbadać rolę mikroflory jelitowej w metabolizmie związków roślinnych, gdyż metabolity bakteryjne są z reguły aktywne biologicznie i mogą reagować z innymi składnikami żywności. Wzrost wiedzy o interakcjach składników pożywienia, a także o roli mikroflory bakteryjnej w metabolizmie i aktywacji różnych składników diety może przynieść nowe rozwiązania dotyczące projektowania żywności funkcjonalnej. Mogą w ten sposób powstać produkty łączące odpowiednie substancje pochodzenia roślinnego, takie jak glukozynolany i ich pochodne, ze szczepami bakterii aktywującymi je biologicznie [McClement i Decker 2009]. PODSUMOWANIE Warzywa z rodziny krzyżowych są ważnym elementem prawidłowej diety. Dzięki znaczącej zawartości witamin, składników mineralnych i fitozwiązków oddziałują korzystnie na organizm człowieka. Znajdujące się wśród nich glukozynolany i ich pochodne odgrywają istotną rolę w ochronie organizmu przed procesami nowotworzenia. Dzięki ich chemoprewencyjnym właściwościom proces kancerogenezy może być hamowany, a nawet cofany. Organizm może w pełni wykorzystywać zawarte w warzywach krzyżowych związki, pod warunkiem, że zostały przygotowane do spożycia w odpowiedniej postaci, np. surowe. W najbliższym czasie możliwa będzie również produkcja suplementów diety oraz leków stosowanych w walce z nowotworami, które zawierają wyizolowane pochodne glukozynolanów. Bardzo ważne będzie wówczas trzymanie się zalecanych porcji tych substancji w diecie, z uwagi na możliwe skutki uboczne przy nadmiernym ich pobraniu. LITERATURA Andréasson E., Bolt Jørgensen L., Höglund AS., Rask L., Meijer J., Different myrosinase and idioblast distribution in Arabidopsis and Brassica napus. Plant Physiol. 127(4), Baer-Dubowska W., Chemoprewencja profilaktyka i terapia wspomagania nowotworów głowy i szyi. Postępy w Chirurgii Głowy i Szyi 2, Beal M.F., Therapeutic approaches to mitochondrial dysfunction in Parkinson s disease. Parkinsonism Relat. D. 15 (Suppl 3), Bell M.C., Crowley-Nowick P., Bradlow H.L., Sepkovic W., Schmidt-Grimminger D., Howell P., Mayeaux E.J., Tucker A., Turbat-Herrera E.A., Mathis J.M., Placebo-controlled trial of indole-3-carbinol in the treatment of CIN. Gynec. Oncol. 78(2), Bouchereau A., Clossais-Besnard N., Bensaoud A., Leport L., Renard M., Water stress effects on rapeseed quality. Eur. J. Agron. 5(1), Brown P.D., Morra M.J., Brassicaceae Tissues as Inhibitors of Nitrification in Soil. J. Agr. and Food Chem. 57(17), Chen C., Kong A.N., Dietary cancer-chemopreventive compounds:from signaling and gene expression to pharmacological effects. Trends Pharmacol. Sci. 26, Cho E.J., Lee Y.A., Yoo H.H., Yokozawa T., Protective effects of broccoli (Brassica oleracea) against oxidative damage in vitro and in vivo. J. Nutr. Sci. Vitaminol. 52(6), nr 588, 2017

14 Cieślik E., Leszczyńska T., Filipiak-Florkiewicz A., Sikora E., Pisulewski P.M., Effects of some technological processes on glucosinolate contents in cruciferous vegetables. Food Chem. 105, Cornblatt B.S., Ye L., Dinkova-Kostova A.T., Erb M., Fahey J.W., Singh N.K., Chen M.S., Stierer T., Garrett-Mayer E., Argani P., Davidson N.E., Talalay P., Kensler T.W., Visvanathan K., Preclinical and clinical evaluation of sulforaphane for chemoprevention in the breast. Carcinogenesis 28(7), Engel E., Baty C., Le Corre D., Souchon I., Martin N., Flavor-active compounds potentially implicated in cooked cauliflower acceptance. J. Agr. Food Chem. 50(22), Fahey J.W., Zalcmann A.T., Talalay P., The chemical diversity and distribution of glucosinolates and isothiocyanates among plants. Phytochemistry 56(1), Fimognari C., Hrelia P., Sulforaphane as a promising molecule for fighting cancer. Mutat. Res. 635(2 3), Ghawi S.K., Methven L., Niranjan K., The potential to intensify sulforaphane formation in cooked broccoli (Brassica oleracea var. italica) using mustard seeds (Sinapis alba). Food Chem. 138(2 3), Grubb C.D., Abel S., Glucosinolate metabolism and its control. Trends Plants Sci. 11(2), Jin L., Qi M., Chen D.Z., Anderson A., Yang G.Y., Arbeit J.M., Auborn K.J., Indole-3-carbinol prevents cervical cancer in human papilloma virus type 16 (HPV16) transgenic mice. Cancer Res. 59(16), Jones R.B., Faragher J.D., Winkler S., A review of the influence of postharvest treatments on quality and glucosinolate content in broccoli (Brassica oleracea var. italica) heads. Postharvest Biol. Tech. 4, 1 8. Kapusta-Duch J., Kusznierewicz B., Leszczyńska T., Borczak B., Effect of cooking on the contents of glucosinolates and their degradation products in selected Brassica vegetables. J. of Functional Foods. 23, Kelloff G.J., Perspectives on cancer chemoprevention research and drug development. Adv. Cancer Res. 78, Kong J.S., Yoo S.A., Kim H.S., Kim H.A., Yea K., Ryu S.H., Chung Y.J., Cho C.S., Kim W.U., Inhibition of synovial hyperplasia, rheumatoid T cell activation, and experimental arthritis in mice by sulforaphane, a naturally occurring isothiocyanate. Arthritis Rheumatol. 62(1), Kusznierewicz B., Piasek A., Lewandowska J., Śmiechowska A., Bartoszek A., Właściwości przeciwnowotworowe kapusty białej. ŻTNJ 6(55), Kusznierewicz B., Lewandowska J., Kruszyna A., Piasek A., Namieśnik J., Bartoszek A The antioxidative properties of white carbage (Brassica oleracea var. capitata f. alba) fresh and submiteed to culinary processing. J. Food Biochem. 34, Kusznierewicz B., Bączek-Kwinta R., Bartoszek A., Piekarska A., Huk A., Manikowska A., Antonkiewicz J., Namieśnik J., Konieczka P., The dose-dependent influence of zinc and cadmium contamination of soil on their uptake and glucosinolate content in white cabbage (Brassica oleracea var. capitata f. alba). Environ. Sci. Technol. 31(11), Kusznierewicz B., Iori R., Piekarska A., Namieśnik J., Bartoszek A., Convinient identification of desulfoglucosinolates onthe basis of mass spectra obtained during liquid chromatography diode array electrospray ionisation mass spectrometry analysis: Method verification for sprouts of different Brassicaceae species extracts. J. Chromatogr. A 1278, Kwiatkowska E., Bawa S., Glukozynolany w profilaktyce chorób nowotworowych mechanizmy działania. Roczn. PZH 58(1), 7 13.

15 Charakterystyka właściwości prozdrowotnych glukozynolanów 13 Lai R.H., Keck A.S., Wallig M.A., West L.G., Jeffery E.H., Evaluation of the safety and bioactivity of purified and semi-purified glucoraphanin. Food Chem. Toxicol. 46(1), Lampe J.W., Chang J.L., Interindividual differences in phytochemical metabolism and disposition. Semin. Cancer Biol. 17(5), Lee B.M., Park K.K., Beneficial and adverse effects of chemopreventive agents. Mutat. Res , McClement J., Decker E.A., Designing functional foods. Measuring and controlling food structure breakdown and nutrient absorption. Woodhead Puublishing Limited. McNaughton S.A., Marks G.C., Development of a food composition database for the estimation of dietary intakes of glucosinolates, the biologically active constituents of cruciferous vegetables. Brit. J. Nutrit. 90, Moreno DA., Carvajal M., López-Berenguer C., García-Viguera C., Chemical and biological characterisation of nutraceutical compounds of broccoli. J. Pharm. Biomed. Anal. 41(5), Nho C.W., Jeffery E., The synergistic upregulation of phase II detoxification enzymes by glucosinolate breakdown products in cruciferous vegetables. Toxicol. Appl. Pharm. 174(2), Paolini M., Perocco P., Canistro D., Valgimigli L., Pedulli G.F., Iori R., Croce C.D., Cantelli-Forti G., Legator M.S., Abdel-Rahman S.Z., Induction of cytochrome P450, generation of oxidative stress and in vitro cell-transforming and DNA-damaging activities by glucoraphanin, the bioprecursor of the chemopreventive agent sulforaphane found in broccoli. Carcinogenesis 25(1), Pappa G., Lichtenberg M., Iori R., Barillari J., Bartsch H., Gerhauser C., Comparison of growth inhibition profiles and mechanisms of apoptosis induction in human colon cancer cell lines by isothiocyanates and indoles from Brassicaceae. Mutat. Res. 599, Pereira F.M., Rosa E., Fahey J.W., Stephenson K.K., Carvalho R., Aires A., Influence of temperature and ontogeny on the levels of glucosinolates in broccoli (Brassica oleracea var. italica) sprouts and their effect on the induction of mammalian phase 2 enzymes. J. Agric. Food Chem. 50(21), Rask L., Andréasson E., Ekbom B., Eriksson S., Pontoppidan B., Meijer J., Myrosinase: gene family evolution and herbivore defense in Brassicaceae. Plant Mol. Biol. 42(1), Rouzaud G., Young S.A., Duncan A.J., Hydrolysis of glucosinolates to isothiocyanates after ingestion of raw or microwaved cabbage by human volunteers. Cancer Epidemiol. Biomarkers Prev. 13(1), Sawicka B., Kotiuk E., Gorczyce jako rośliny wielofunkcyjne. Acta Scientiarum Polonorum, Agricultura 6(2), Seow A., Yuan J.M, Sun C.L., Van Den Berg D., Lee H.P., Yu M.C., Dietary isothiocyanates, glutathione S-transferase polymorphisms and colorectal cancer risk in the Singapore Chinese Health Study. Carcinogenesis 23(12), Shapiro T.A., Fahey J.W., Wade K.L., Stephenson K.K., Talalay P., Chemoprotective Glucosinolates and Isothiocyanates of Broccoli Sprouts: Metabolism and Excretion in Humans. Cancer Epidemiol. Biomarkers Prev. 10, Song L., Thornalley P.J., Effect of storage, processing and cooking on glucosinolate content of Brassica vegetables. Food and Chemical Toxicology 45(2), Sosińska E., Obiedziński M.W., Badania nad bioaktywnymi glukozynolanami w wybranych odmianach warzyw krzyżowych technika HPLC. ŻNTJ 5(54), Śmiechowska A., Bartoszek A., Namieśnik J., Przeciwrakotwórcze właściwości glukozynolanów zawartych w kapuście (Brassica oleracea var. capitata) oraz produktów ich rozpadu. Postępy Hig. Med. Dośw. 62, nr 588, 2017

16 14 E. Cieślik, I. Cieślik, M. Borowski Talalay P., Fahey J.W., Phytochemicals from Cruciferous Plants Protect against Cancer by Modulating Carcinogen Metabolism. J. Nutr. 13, Tarozzi A., Morroni F., Merlicco A., Hrelia S., Angeloni C., Cantelli-Forti G., Hrelia P., Sulforaphane as an inducer of glutathione prevents oxidative stress-induced cell death in a dopaminergic-like neuroblastoma cell line. J. Neurochem. 111(5), Vallejo F., Tomás-Barberán F.A., Benavente-García A.G., García-Viguera C., Total and individual glucosinolate contents in inflorescences of eight broccoli cultivars grown under various climatic and fertilisation conditions. J. Sci. Food Agric. 83, Verkerk R., Dekker M., Glucosinolates and myrosinase activity in red cabbage (Brassica oleracea L. var. capitata f. rubra DC.) after various microwave treatments. J. Agric. Food Chem. 52(24), Wittstock U., Halkier B.A., Glucosinolate research in the Arabidopsis era. Trends Plants Sci. 7(6), Zhao F., Evans E.J., Bilsborrow P.E., Syers J.K., Influence of nitrogen and sulphur on the glucosinolate profile of rapeseed (Brassica napus L.). J. Sci. Food Agric. 6, CHARACTERISCTICS OF HEALTHY PROPERTIES OF GLUCOSILATES Summary. The aim of the paper was to display the occurance, structure and pro-health properties of glucosinolates and their derivatives as well as their role in cancer prevention. The focus was made on the content of the biologically active compounds in cruciferous vegetables and their intake from Brassica in Poland. Subsequently the structure and chemical characteristics of glucosinolates were presented. Most consumed Brassica species in human nutrition are cabbage, red cabbage, savoy cabbage, cauliflower, broccoli, brussels sprouts, radish and rapeseed. The most important biologically active substances present in these plants are glucosinolates. Their concentration and relative proportions depend on the environmental conditions of cultivation and storage of plants which are soil fertility, temperature, hydration level, and the presence of pathogens and insects. There are more than 300 different compounds belonging to the glucosinolate known. They are characterized by similarities in structure, which is based on a β-d-tioglucose group, sulfonated oxime group and the side chain derived from one of the seven amino acid. The authors paid special attention to the antioxidant and anticancer properties of these compounds. These properties result from the presence of glucosinolates and associated enzyme myrosinase. When the contact of these compounds occurs, it comes to the formation of isothiocyanates, indoles and other derivatives with high biological activity, which are essential in the prevention of cancer. Current research on the impact of purified or partially purified derivatives of glucosinolates show the impact of these substances on the development of cancer, and giving hope for the creation of effective chemopreventive measures. Given these data the sufficient consumption of brassica vegetables is important. In Poland, by far the most consumed is cabbage, although for many years the trend is downward. The share of other Brassica vegetables in the diet of Poles are much smaller. The total consumption of cruciferous plants decreases, which, due to their functional properties is not a good fenomenon. The substantions present in vegatables and other edible plants can reduce the risk of cancer. They exert its function as both taken with the diet as well as an isolated chemical compounds. Therefore, its consumption may be one of the ways of preventing cancer. The selection of appropriate treatment strategies should depend on tumor type, body type and genetics. Key words: glucosinolates, Brassica, chemoprevention Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

17 Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych nr 588, 2017, DOI /ZPPNR UTYLIZACJA ODPADÓW POCHODZĄCYCH Z ZAKŁADÓW PRZEMYSŁU SPOŻYWCZEGO I PALIWOWEGO Z WYKORZYSTANIEM LIPOLITYCZNYCH DROŻDŻY YARROWIA LIPOLYTICA Patrycja Mazurczak 1, Bartłomiej Zieniuk 1, Agata Fabiszewska 1, Dorota Nowak 1, Małgorzata Wołoszynowska 2, Ewa Białecka-Florjańczyk 1 1 Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie 2 Instytut Przemysłu Organicznego Streszczenie. Przemysł spożywczy i paliwowy wytwarzają znaczne ilości trudnych w utylizacji hydrofobowych odpadów, stąd istnieje potrzeba poszukiwania nowych metod ich zagospodarowania. Celem badań była ocena możliwości zastosowania wybranych hydrofobowych odpadów przemysłu spożywczego i paliwowego jako głównego źródła węgla oraz induktora syntezy enzymów lipolitycznych w hodowli szczepu drożdży Yarrowia lipolytica W29. Hodowle wstrząsane prowadzono przez 65 h w 28 C w zmodyfikowanym podłożu YPG, w którym glukoza została zastąpiona olejem po procesie wędzenia ryb, tłuszczem po procesie wędzenia wędlin wieprzowych, tłuszczem po pieczeniu kaczej tuszki, zjełczałym masłem klarowanym lub zużytym olejem silnikowym. Stwierdzono, że odpady te mogą być wykorzystywane jako źródło węgla w hodowli drożdży Y. lipolytica. Produkcję enzymów lipolitycznych zaobserwowano w podłożach zawierających tłuszczowe substraty, a aktywność enzymów korelowano ze składem kwasów tłuszczowych. Wykazano, że istnieje możliwość utylizacji zastosowanych substratów odpadowych w procesach mikrobiologicznych do syntezy enzymów o aktywności lipolitycznej. Słowa kluczowe: Yarrowia lipolytica, lipaza, tłuszcz odpadowy, olej silnikowy agata_fabiszewska@sggw.pl Copyright by Wydawnictwo SGGW

18 16 P. Mazurczak, B. Zieniuk, A. Fabiszewska i inni WSTĘP Wzrost populacji ludności oraz zwiększenie związanych z tym potrzeb żywieniowych i energetycznych doprowadziły do intensywnego rozwoju przemysłu spożywczego oraz paliwowego, ale jednocześnie przyczyniły się do produkcji ogromnych ilości odpadów, które stanowią istotny problem z punktu widzenia ich zagospodarowania. Niektóre odpady, głównie hydrofobowe (np. odpady przemysłu tłuszczowego), mogą być trudne w utylizacji ze względu na ograniczone możliwości technologiczne, a ich utylizacja oraz składowanie generują duże koszty. Nieutylizowane odpady mogą stanowić siedlisko szkodliwej mikroflory, która po przedostaniu się na pola uprawne może pojawiać się wraz ze zbieraną żywnością na stołach konsumentów lub przedostając się do innych ekosystemów, wpływać na zasiedlającą je faunę i florę [Yano i in. 2008, Jayathilakan i in. 2012]. Obecnie poszukuje się tanich, a zarazem skutecznych metod utylizacji odpadów lub sposobów ich zagospodarowania. Odpady można utylizować w oczyszczalniach ścieków, co niestety związane jest często z dużymi kosztami. Odpady bogate w związki azotowe mogą być wykorzystane jako nawóz, inne zawierające węglowodany mogą być substratem do produkcji bioetanolu [Yano i in. 2008, Jayathilakan i in. 2012, Kawa-Rygielska i in. 2013]. Sposobem na zagospodarowanie niektórych odpadów jest dodawanie ich do produktów spożywczych lub pasz. W ten sposób wykorzystano m.in. serwatkę, która jest bogatym w łatwo przyswajalne białko produktem ubocznym uzyskiwanym przy produkcji białych serów [Siemianowski i Szpendowski 2015]. Odpady przemysłowe można równie utylizować z wykorzystaniem mikroorganizmów, pozyskując jednocześnie cenne metabolity, czyli poddawać je tzw. waloryzacji [Błażejak i in. 2014]. To ostatnie podejście zostało wykorzystane przez autorów pracy w odniesieniu do odpadów przemysłu rybnego w syntezie enzymów lipolitycznych przez drożdże z gatunku Yarrowia lipolytica [Fabiszewska i in. 2014]. Drożdże Y. lipolytica występują powszechnie w środowisku naturalnym. Są zdolne do asymilacji różnego rodzaju źródeł węgla. Oprócz cukrów do rozwoju wykorzystują glicerol, tłuszcze, wolne kwasy tłuszczowe oraz węglowodory, dlatego powszechnie spotyka się je w środowiskach zanieczyszczonych odpadami tłuszczowymi lub ropopochodnymi [Zinjarde 2014]. Gatunek ten cieszy się dużym zainteresowaniem ze względu na dużą aktywność sekrecyjną, w tym produkcję enzymów hydrolitycznych, m.in. lipaz, esteraz czy proteaz [Barth 2013]. Drożdże z gatunku Y. lipolytica produkują zarówno lipazy wewnątrzkomórkowe, jak i zewnątrzkomórkowe kodowane przez geny należące do rodziny genów LIP. Najlepiej poznaną lipazą jest białko Lip2p kodowane przez gen LIP2, odpowiedzialne za główną zewnątrzkomórkową aktywność lipolityczną komórek Y. lipolytica [Fickers i in. 2005]. Dotychczasowe badania prowadzone w Katedrze Chemii SGGW wskazały na możliwość hodowli drożdży Y. lipolytica KKP 379 w celu utylizacji odpadów przemysłu rybnego [Fabiszewska i in. 2014]. Celem niniejszej pracy jest pokazanie perspektywy zastosowania wybranych hydrofobowych odpadów spożywczych (pochodzenia mięsnego i rybnego) oraz odpadów przemysłu paliwowego jako głównego źródła węgla oraz induktora syntezy enzymów lipolitycznych w hodowli szczepu drożdży Y. lipolytica W29. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

19 Utylizacja odpadów pochodzących z zakładów przemysłu spożywczego i paliwowego MATERIAŁ I METODY Badania przeprowadzono z wykorzystaniem szczepu lipolitycznych drożdży Y. lipolytica W29 (ATCC ), otrzymanego w laboratorium GPMA na Uniwersytecie Burgundzkim w Dijon, we Francji. Podłożem wykorzystywanym do przeprowadzenia hodowli wstrząsanej było podłoże YP o składzie: ekstrakt drożdżowy 10 g dm 3 (BTL, Łódź, Polska) oraz pepton 20 g dm 3 (BTL, Łódź, Polska) z dodatkiem 2% wybranego odpadu przemysłowego. Odczyn podłoży ustalano na poziomie 5. Podłożem inokulacyjnym było płynne podłoże YPG, uzupełnione w stosunku do podłoża YP o dodatek 2% glukozy (Avantor, Gliwice, Polska). Jako podłoże kontrolne zastosowano podłoże YP. W doświadczeniach wykorzystano pięć rodzajów odpadów: zużyty olej silnikowy, olej powstały w wyniku wytopienia tłuszczu w procesie wędzenia rybich tusz (pochodzących z zakładu przetwórstwa rybnego Rekin sp.j. w Grajewie), masło klarowane zakupione w sprzedaży detalicznej i poddane procesowi jełczenia, tłuszcz powstały w wyniku wytopienia tłuszczu w procesie wędzenia wędlin wieprzowych oraz tłuszcz odpadowy po procesie pieczenia kaczki. Dwa ostatnie odpady zostały wygenerowane w gospodarstwie domowym. Wybór odpadów dokonano według wykorzystanych w badaniach tłuszczów jak najbardziej zróżnicowanych pod kątem pochodzenia i składu kwasów tłuszczowych. Hodowlę wstrząsaną prowadzono w kolbach okrągłych-płaskodennych o objętości 500 cm 3 w 100 cm 3 sterylnego podłoża. Podłoża hodowlane zaszczepiano 0,1 cm 3 24-godzinnej hodowli inokulacyjnej. Wszystkie hodowle prowadzono w temperaturze 28 C na wytrząsarce posuwisto-zwrotnej Julabo SW22 przy 140 obr. min 1. Hodowlę właściwą przerywano po 65 h, kiedy komórki wychodziły z fazy wzrostu logarytmicznego i wchodziły w fazę wzrostu stacjonarnego, a aktywność lipaz zewnątrzkomórkowych była duża [Fabiszewska 2013]. Następnie oddzielano komórki drożdży od płynu pohodowlanego w wirówce MPW-351R (8000 obr. min 1, 10 min, 4 C). Płyn pohodowlany zachowano w celu oznaczenia aktywności lipolitycznej. Biomasę drożdży poddawano suszeniu w wagosuszarce Radwag MAC 50/NH w celu oznaczenia suchej biomasy drożdży metodą termograwimetryczną. Liczbę komórek drożdży w 1 cm 3 podłoża oznaczano metodą płytkową na podłożu YPG z dodatkiem 2% agaru (BTL, Łódź, Polska). Kolonie inkubowano przez 24 h w temperaturze 28 C. Zewnątrzkomórkową aktywność lipolityczną enzymów syntetyzowanych przez drożdże i wydzielanych do podłoża hodowlanego oznaczano metodą spektrofotometrycznego pomiaru postępu reakcji hydrolizy laurynianu p-nitrofenylu [Krzyczkowska i in. 2009, Kapturowska i in. 2012]. Za jednostkę aktywności enzymatycznej lipaz 1 U przyjęto taką ilość enzymu, która jest w stanie uwolnić 1 μmol p-nitrofenolu w czasie 1 min w warunkach oznaczenia w temperaturze 37 C. Skład kwasów tłuszczowych oznaczono metodą chromatografii gazowej z zastosowaniem kolumny kapilarnej i detektora płomieniowo-jonizacyjnego. Tłuszcz poddawano derywatyzacji do postaci estrów metylowych, przy użyciu 1 M metanolanu sodu oraz 10-procentowego BF 3 w metanolu w przypadku próbek oleju rybiego lub 14-procentowego BF 3 w metanolu w przypadku pozostałych próbek. Do analiz oleju rybiego zastosowano aparat firmy Agilent Technologies N GC, wyposażony w kolumnę kapilarną HP 5-MS o średnicy wewnętrznej 0,25 mm i grubości filmu fazy stacjonarnej 0,25 μm oraz aparat firmy Varian CP3800, wyposażony w kolumnę kapilarną ZB-FFAP o długości 30 m, średnicy wewnętrznej 0,25 mm i grubości filmu fazy stacjonarnej 0,25 μm do nr 588, 2017

20 18 P. Mazurczak, B. Zieniuk, A. Fabiszewska i inni analizy pozostałych próbek. Jako gaz nośny użyto helu. Przepływ gazu nośnego wyniósł 1,2 cm 3 min 1. Poszczególne kwasy tłuszczowe zidentyfikowano na podstawie czasów ich retencji, porównując je ze wzorcami. Statystyczne opracowanie wyników przeprowadzono z wykorzystaniem oprogramowania Statistica 12.0 zestaw plus (Statsoft, Polska). Wyniki plonu biomasy i zewnątrzkomórkowej aktywności lipolitycznej analizowano za pomocą jednoczynnikowej analizy wariancji oraz przy zastosowaniu testu Scheffego. Założenie o normalności rozkładu sprawdzono na podstawie wyniku testu Shapiro-Wilka, zaś założenie o jednorodności wariancji testem Browna-Forsytha. Przyjęty poziom istotności wynosił α = 0,05. Wszystkie eksperymenty wykonywano w co najmniej czterech powtórzeniach w odniesieniu do oznaczeń liczby komórek oraz plonu biomasy, a w trzech powtórzeniach w odniesieniu do aktywności lipolitycznej. WYNIKI Przed przystąpieniem do hodowli przeprowadzono analizę składu kwasów tłuszczowych zawartych w triacyloglicerolach w lipidowych odpadowych źródłach węgla (tab.), w celu określenia wpływu poszczególnych kwasów tłuszczowych na zewnątrzkomórkową aktywność lipolityczną badanego mikroorganizmu. Analiza składów kwasów tłuszczowych (tab.) wykazała największą zawartość kwasu oleinowego w tłuszczu z kaczki (41,9%), nieco mniejszą w tłuszczu wieprzowym (37,8%), a najmniejszą w oleju rybim (17,3%). Jest to bardzo istotna informacja, ponieważ niektórzy autorzy uważają, że enzymy lipolityczne syntetyzowane przez drożdże Y. lipolytica wykazują specyficzność substratową w stosunku do tego kwasu [Fickers i in. 2011]. Ponadto w tłuszczu po wędzeniu rybich tusz wykazano obecność wielonienasyconych kwasów tłuszczowych zawierających powyżej 20 atomów węgla w łańcuchu (jak EPA czy DHA), a masło zawierało największą ilość nasyconych kwasów tłuszczowych (68,2%) w stosunku do pozostałych tłuszczy. Właściwe doświadczenie obejmowało hodowle wstrząsane lipolitycznych drożdży Y. lipolytica W29 w podłożach zawierających cztery lipidowe odpady spożywcze i jeden odpad z przemysłu paliwowego. Dodatkowo założono hodowle kontrolne w podłożu YP. Oszacowano liczbę komórek drożdży, oceniono plon biomasy oraz aktywność zewnątrzkomórkowych enzymów lipolitycznych. Wyniki oznaczeń zaprezentowano na rysunku. Największy średni plon biomasy (19,77 g s.s. dm 3 ) uzyskano w hodowli prowadzonej w podłożu zawierającym tłuszcz po pieczeniu kaczki (rys. B). Porównywalnie duży plon biomasy otrzymano w podłożu zawierającym tłuszcz po procesie wędzenia wędlin oraz zjełczałe masło klarowane (odpowiednio 17,89 i 16,95 g s.s. dm 3 ). Gorszy wynik uzyskano dla podłoża z odpadowym olejem rybim (12,28 g s.s. dm 3 ) oraz najgorszy w podłożu kontrolnym YP, które nie zawierało dodatkowego źródła węgla. Uzyskane wyniki świadczą o zdolności badanego szczepu drożdży do asymilacji źródeł węgla o charakterze lipidowym. Oznacza to również, że związki powstałe z rozpadu tłuszczów w badanych odpadach zostały wykorzystane na potrzeby energetyczne oraz budowę i wzrost komórek drożdży. W podłożu z olejem silnikowym pomiar plonu biomasy nie był możliwy z uwagi na charakterystyczny rozwój komórek w postaci biofilmu. Oznaczono natomiast liczbę Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

21 Utylizacja odpadów pochodzących z zakładów przemysłu spożywczego i paliwowego Tabela. Table. Skład kwasów tłuszczowych zawartych w lipidowych odpadach stosowanych w hodowli drożdży jako źródło węgla [% zawartość wszystkich kwasów tłuszczowych] Fatty acid composition of lipid waste substrates used in yeast growth as carbon sources [% total fatty acid content] Zwyczajowa nazwa kwasu tłuszczowego Customary name of fatty acid Laurynowy Lauric Mirystynowy Myristic Mirystooleinowy Myristooleic Palmitynowy Palmitic Palmitooleinowy Palmitoleic Stearynowy Stearic Oleinowy Oleic Linolowy Linoleic Linolenowy Linolenic Arachidowy Arachidonic Eikozaenowy Eicosenoic Eikozapentaenowy Eicosapentaenoic Behenowy Behenic Erukowy Erucic Dokozaheksaenowy Docosahexaenoic Lignocerynowy Lignoceric Pozostałe Other Symbol kwasu tłuszczowego Symbol of fatty acid Olej po procesie wędzenia ryb Oily waste from fish smoking process Tłuszcz po wędzeniu wędlin Oily waste from sausages smoking process Zjełczałe masło klarowane Rancid ghee Tłuszcz po pieczeniu kaczki Oily waste from duck roasting process C12:0 0,2 C14:0 8,1 4,2 16,2 10,4 C14:1 1,0 C16:0 12,1 27,6 35,6 20,7 C16:1 11,5 4,1 2,2 3,5 C18:0 3,2 9,6 16,2 5,4 C18:1 17,3 37,8 25,3 41,9 C18:2 1,4 11,5 1,1 13,6 C18:3 4,6 2,3 1,2 0,4 C20:0 0,4 0,2 0,1 C20:1 10,0 C20:5 (EPA) 8,0 C22:0 0,5 C22:1 11,2 C22:6 (DHA) 10,6 C24:0 0,7 0,3 2,0 2,0 4,0 nr 588, 2017

22 A log jtk cm 3 log CFU cm 3 8,8 8,6 8,4 8,2 8 7,8 7,6 7,4 a a a a a B a a a g s.s. dm 3 g DM dm b 5 c YP C U cm 3 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 bc cd Rysunek. Wpływ odpadowego źródła węgla na liczbę komórek drożdży (A), plon biomasy komórek (B) oraz zewnątrzkomórkową aktywność lipolityczną szczepu Y. lipolytica W29 po 65 h hodowli wstrząsanej (C). Zastosowany odpad w podłożu: 1 tłuszcz po pieczeniu kaczki, 2 tłuszcz po wędzeniu wędlin, 3 zjełczałe masło klarowane, 4 olej po procesie wędzenia ryb, 5 zużyty olej silnikowy, YP podłoże kontrolne. Grupy jednorodne wyodrębnione na podstawie testu Scheffego oznaczono różnymi literami alfabetu Figure. The influence of carbon source on the number of yeast cells (A), biomass yield (B), and extracellular lipolytic activity of Y. lipolytica W29 after 65 h of shaking culture (C). Wastes used in media: 1 oily waste from duck roasting process, 2 oily waste from sausages smoking process, 3 rancid ghee, 4 oily waste from fish smoking process, 5 waste engine oil, YP control medium. Means were separated into statistically different groups by Scheffe test and marked with different letters bc YP a d d

23 Utylizacja odpadów pochodzących z zakładów przemysłu spożywczego i paliwowego komórek drożdży w 1 cm 3 podłoża, która okazała się porównywalna i statystycznie nieistotna dla wszystkich przeprowadzonych hodowli w podłożach z dodatkiem surowców odpadowych (rys. A). Komórki drożdży w podłożach zawierających tłuszczowe substraty produkowały enzymy lipolityczne i największą zewnątrzkomórkową aktywność lipolityczną osiągnięto w podłożu zawierającym olej po procesie wędzenia ryb (0,313 U cm 3 ) rysunek C. Statystycznie istotnie małą aktywność oznaczono w podłożu z tłuszczem po pieczeniu kaczki (0,155 U cm 3 ) oraz z masłem klarowanym (0,118 U cm 3 ). Nie zaobserwowano aktywności enzymatycznej w podłożu zawierającym zużyty olej silnikowy (0,013 U cm 3 ) oraz w podłożu kontrolnym YP (0,003 U cm 3 ). DYSKUSJA Znanych jest wiele sposobów zagospodarowania odpadów przemysłu mięsnego i rybnego. W zależności od regionu, kultury i preferencji żywieniowych produkty uboczne powstające przy rozbiorze mięsa i rybich tusz czy właściwej produkcji mięsnej oraz rybnej przeznaczane są do dalszej obróbki lub utylizacji [Jayathilakan i in. 2012]. Wykorzystanie odpadów jako składników podłoży hodowlanych jest metodą utylizacji odpadów obecnie prowadzoną wyłącznie w skali laboratoryjnej. Autorzy niniejszej pracy wykazali możliwość zastosowania odpadów przemysłu spożywczego i paliwowego w celu pozyskania biomasy komórek drożdży Y. lipolytica. Komórki tego gatunku mogą asymilować substraty hydrofobowe dzięki złożonemu metabolizmowi, zdolnościom adhezyjnym struktury ściany komórkowej oraz możliwościom modyfikacji hydrofobowych właściwości powierzchni komórki [Fickers i in. 2005]. Pomimo że rozwój drożdży obserwowano w każdym z badanych podłoży, aktywność lipolityczną enzymów wykazano wyłącznie w podłożach z lipidowymi odpadami przemysłu spożywczego. Do syntezy enzymów lipolitycznych przez drożdże Y. lipolytica niezbędny jest bowiem induktor w postaci kwasów tłuszczowych i ich pochodnych. W badaniach innych autorów dowiedziono, że węglowodory, które podobnie jak tłuszcze są hydrofobowe, nie wpływają znacząco na syntezę enzymów lipolitycznych. Warto natomiast przeprowadzić dalsze badania nad zdolnością tworzenia biofilmu przez komórki drożdży hodowane w podłożu z dodatkiem oleju silnikowego, które mogłyby w przyszłości przyczynić się do opracowania metody oczyszczania środowiska, w tym wód morskich, z zanieczyszczeń przemysłu paliwowego i naftowego [Zinjarde 2014]. Dotychczas tworzenie biofilmu było wykorzystywane w celu zwiększenia wydajności syntezy aromatów, np. γ-dekalaktonu [Braga i Belo 2013]. Drożdże z gatunku Y. lipolytica wzrastały w postaci biofilmu na termoplastycznej matrycy polimerowej wykonanej z polimetakrylanu metylu (PMMA) w czasie inkubacji wstrząsanej przez 48 h w temperaturze 27 C [Braga i Belo 2013] i w czasie hodowli w bioreaktorze typu airlift [Escamilla-García i in. 2014] oraz na szklanych kuleczkach i płytkach titracyjnych [Zinjarde 2014]. Adhezja komórek do powierzchni abiotycznych sprawia, że komórki obecne w biofilmie są chronione przez matrycę, na której się znajdują, mają lepsze możliwości adaptacyjne, zyskują odmienne właściwości fizjologiczne oraz są mniej narażone na czynniki stresowe środowiska [Escamilla-García i in. 2014, Zinjarde 2014]. nr 588, 2017

24 22 P. Mazurczak, B. Zieniuk, A. Fabiszewska i inni Wyniki zaprezentowane w niniejszej pracy to pierwsza tego typu próba zastosowania drożdży Y. lipolytica w biotechnologicznej metodzie syntezy lipaz z jednoczesną utylizacją tłuszczy odpadowych pochodzenia zwierzęcego (masło klarowane, tłuszcze po wędzeniu czy pieczeniu). Z kolei wykorzystanie odpadów przemysłu rybnego w produkcji enzymów lipolitycznych opisali m.in. Rebaha i Mileda [2013] w artykule przeglądowym. Autorzy przedstawili możliwości zastosowania różnych odpadów rybnych (głowy, skóry, ości) w mikrobiologicznej syntezie enzymów takich jak proteazy i lipazy przez szczepy bakterii Pseudomonas aeruginosa MN7, Bacillus subtilis, B. cereus, Vibrio anguillarum i V. splendidus. Podobny kierunek w badaniach nad utylizacją odpadów pochodzących z zakładów przemysłu rybnego, ale z wykorzystaniem drożdży, został przedstawiony we wcześniejszej pracy autorów artykułu [Fabiszewska i in. 2014]. Goncalves i inni [2009] przeprowadzili badania nad zastosowaniem odpadowej wody po procesie tłoczenia oliwy z oliwek w hodowli drożdży Candida rugosa PYCC 3238, C. rugosa CBS 2275, C. cylindracea CBS 7869 oraz Yarrowia lipolytica W29, Y. lipolytica CBS 2073 i Y. lipolytica IMUFRJ 50682, wykazując zróżnicowaną aktywność lipolityczną badanych mikroorganizmów. Z kolei Saygün i inni [2014] przedstawili w swoich badaniach wpływ różnych olejów oraz odpadów przemysłu olejowego na produkcję lipaz przez drożdże Y. lipolytica YB Badano makuchy (wytłoki) orzechowe, makuchy słonecznikowe, wytłoki z oliwek oraz oleje pochodzące odpowiednio ze żmijowca zwyczajnego, siemienia lnianego, ogórecznika, rzepaku, sezamu i pstrąga. Największą aktywność obserwowano w podłożach z olejem orzechowym, co autorzy wyjaśnili dużą zawartością kwasu oleinowego w tym oleju [Saygün i in. 2014]. W badaniach własnych nie potwierdzono natomiast związku między zawartością tego kwasu a aktywnością lipolityczną komórek. Wyniki aktywności lipaz uzyskane w podłożu z odpadowym olejem rybim mogłyby sugerować istotną rolę wielonienasyconych kwasów tłuszczowych w stymulacji syntezy enzymów lipolitycznych. Można także stwierdzić, że drożdże Y. lipolytica wykazują większą aktywność lipolityczną w podłożach zawierających triacyloglicerole składające się z większej ilości nienasyconych kwasów tłuszczowych. WNIOSKI Na podstawie przeprowadzonych doświadczeń sformułowano następujące wnioski i spostrzeżenia: 1. Hydrofobowe odpady przemysłu spożywczego i paliwowego mogą być wykorzystywane jako źródło węgla w hodowli drożdży Y. lipolytica W29 w celu ich zagospodarowania. We wszystkich badanych podłożach hodowlanych zawierających 2% odpadów tłuszczów spożywczych lub odpadowego oleju silnikowego obserwowano rozwój drożdży na poziomie 10 8 jtk cm 3, uzyskując plon biomasy drożdży od 19,77 g s.s. dm 3 dla podłoża z tłuszczem po pieczeniu kaczki do 12,28 g s.s. dm 3 w odniesieniu do podłoża z odpadowym olejem rybim. 2. Odpady przemysłu paliwowego typu węglowodory (jak zastosowany w badaniach olej silnikowy) nie stymulują aktywności lipolitycznej drożdży Y. lipolytica, ale indukują charakterystyczny rozwój z wytworzeniem biofilmu. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

25 Utylizacja odpadów pochodzących z zakładów przemysłu spożywczego i paliwowego Lipidowe odpady przemysłu spożywczego indukują syntezę zewnątrzkomórkowych enzymów lipolitycznych przez drożdże Y. lipolytica. Największą aktywność lipaz w prezentowanych badaniach uzyskano w podłożu z 2-procentowym dodatkiem oleju odpadowego po procesie wędzenia ryb (0,313 U cm 3 ). Przeprowadzone badania dotyczą skali laboratoryjnej. Autorzy pracy planują zwiększyć skalę hodowli w dalszych pracach w celu oceny potencjału aplikacyjnego zaprezentowanego sposobu utylizacji odpadów przemysłowych typu tłuszcze. LITERATURA Barth G. (red.), Yarrowia lipolytica: biotechnological applications. Microbiology Monographs. Springer-Verlag, Berlin Heidelberg. Błażejak S., Gientka I., Bzducha-Wróbel A., Stasiak-Różańska L., Maszewska M., Ocena zdolności biosyntezy tłuszczu przez drożdże Rhodotorula gracilis w podłożach zawierających ziemniaczaną odpadową wodę sokową wzbogaconą glicerolem. ZPPNR 576, Braga A., Belo I., Immobilization of Yarrowia lipolytica for aroma production from castor oil. Appl. Biochem. Biotechnol. 169, Escamilla-Garcíaa E., O Riordana S., Gomes N., Aguedo M., Belo I., Teixeira J., Marc Belina J., Waché Y., An air-lift biofilm reactor for the production of γ-decalactones by Yarrowia lipolytica. Process Biochem. 49, Fabiszewska A., Badania nad właściwościami katalitycznymi drożdży Yarrowia lipolytica w reakcjach biotransformacji. Rozprawa doktorska, SGGW, Warszawa [manuskrypt]. Fabiszewska A., Mazurczak P., Pielińska A., Zieniuk B., Nowak D., Białecka-Florjańczyk E., Próba zastosowania drożdży Yarrowia lipolytica KKP379 w zagospodarowaniu odpadów przemysłu rybnego. PTPS 2, Fickers P., Fudalej F., Nicaud J.M., Destain J., Thonart P., Selection of new over-producing derivatives for the improvement of extracellular lipase production by the non-conventional yeast Yarrowia lipolytica. J. Biotechnol. 115, Goncalves C., Lopes M., Ferreira J.P., Belo I., Biological treatment of olive mill wastewater by non-conventional yeasts. Bioresource Technology 100, Jayathilakan K., Sultana K., Radhakrishna K., Bawa A.S., Utilization of byproducts and waste materials from meat, poultry and fish processing industries: a review. J. Food Sci. Technol. 49(3), Kapturowska A., Stolarzewicz I., Krzyczkowska J., Białecka-Florjańczyk E., Studies on lipolytic activity of sonicated enzymes from Yarrowia lipolytica. Ultrason Sonochem. 19, Kawa-Rygielska J., Czubaszek A., Pietrzak W., Some aspects of baking industry wastes utilization in bioethanol production. ZPPNR 575, Krzyczkowska J., Stolarzewicz I., Białecka-Florjańczyk E., Spektrofotometryczna metoda pomiaru aktywności lipaz w reakcji hydrolizy laurynianu p-nitrofenylu. W: Wielokierunkowość badań w rolnictwie i leśnictwie 2, Rebah F.B., Miled N., Fish processing wastes for microbial enzyme production: a review. Biotech. 3, Saygün A., Sahin-Yesilcubuk N., Aran N., Effects of different oil sources and residues on biomass and metabolite production by Yarrowia lipolytica YB J. Am. Oil Chem. Soc. 91, nr 588, 2017

26 24 P. Mazurczak, B. Zieniuk, A. Fabiszewska i inni Siemianowski K., Szpendowski J., Metody włączania białek serwatkowych w technologii niedojrzewających kwasowych serów twarogowych. ŻNTJ 5, Yano Y., Oikawa H., Satomi M., Reduction of lipids in fish meal prepared from fish waste by a yeast Yarrowia lipolytica. Int. J. Food Microbiol. 121, Zinjarde S., Apte M., Mohite P., Kumar A.R., Yarrowia lipolytica and pollutants: Interactions and applications. Biotechnol. Adv. 32(5), UTILIZATION OF WASTE FROM FOOD AND FUEL INDUSTRIES BY LIPOLYTIC YEAST OF YARROWIA LIPOLYTICA Summary. Waste disposal and by-product management in many branches of industry pose problems in the areas of environmental protection and sustainability. Hydrophobic waste substrates of food and fuel origin stands for one of the continuously gaining ground for waste management fields. The aim of the study was to evaluate the possibility to use food origin wastes and fuel industry waste as a carbon sources in the culture medium for Y. lipolytica W29 with their simultaneous valorization. Culture media contained 2% of waste substrates. In the study there were evaluated yeast biomass yield, number of yeast cells in 1 cm 3 of medium and extracellular lipase activity after 65 h of yeast growth on a rotary shaker at 28 C. Five wastes were estimated: oily waste from duck roasting process, oily waste from sausages smoking process, rancid ghee, oily waste from fish smoking process and waste engine oil. Additionally fatty acid composition of lipid waste was analyzed using gas chromatography. It was shown the possibility of using these wastes in cultivation of yeast with their simultaneous valorization by obtaining valuable products, e.g. enzymes such as extracellular lipases as well as biomass intended for feed. Yeast biomass yielded from g DM dm 3 for oily waste from duck roasting process to g DM dm 3 for oily waste from fish smoking process. It has been found that waste substrates stimulate the synthesis of extracellular lipases with different efficiency. The highest activity was obtained in medium containing smoked fish oil (0.313 U cm 3 ). Furthermore, in waste engine oil medium no lipase activity of Y. lipolytica yeast was observed, but cells did grow and formed a biofilm. The analysis of fatty acid compositions showed the highest oleic acid content in oily waste from duck roasting process (41.9%), slightly lower waste from sausages smoking process (37.8%) and two-fold lower in fish oil (17.3%). This is very important information, because some authors believe that lipolytic enzymes synthesized by the yeast Y. lipolytica show substrate specificity as compared to that oil. Furthermore, the waste oil from fish smoking process was characterized by the presence of polyunsaturated fatty acids containing more than 20 carbons in chain length (EPA and DHA). There was no correlation between lipolytic activity and oleic acid content in waste fat used as the carbon source in medium, but it can be concluded that Y. lipolytica yeast prefered unsaturated rather than saturated fatty acids in extracellular lipase production. Key words: Yarrowia lipolytica, lipase, waste fat, engine oil Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

27 Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych nr 588, 2017, DOI /ZPPNR PROJEKTOWANIE INNOWACYJNEJ ŻYWNOŚCI NOTE BY NOTE Artur Głuchowski, Ewa Czarniecka-Skubina Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie Streszczenie. Celem pracy jest zaprezentowanie idei i możliwości projektowania innowacyjnych dań kuchni Note by Note. Dania te charakteryzuje użycie czystych związków chemicznych lub ich mieszanin. Nie używa się tradycyjnych produktów roślinnych i zwierzęcych, gdyż nie można ich kontrolować podczas procesu gotowania. Koncepcja ta nie jest rozpowszechniona. Na podstawie literatury przedmiotu omówiono projektowanie dań pod względem: kształtu, konsystencji, barwy, zapachu, smaku, stymulacji nerwu trójdzielnego, temperatury i nazwy dania. Wskazano na różne aspekty ich tworzenia: żywieniowy, technologiczny, toksykologiczny, ekonomiczny, polityczny i społeczny. Dokonano analizy SWOT rozwoju kuchni Note by Note. Do jej mocnych stron należą: innowacyjność, atrakcyjność sensoryczna dań, skrócenie czasu przygotowania i serwowania dań w gastronomii. Ograniczeniem jej rozwoju może być niechęć konsumentów do chemizacji żywności, przywiązanie do tradycji, wysoka cena i nietypowy wygląd potraw. Kuchnia Note by Note wymaga jeszcze dopracowania i oceny naukowej pod względem wpływu użytych technologii na wartość odżywczą, skład stosowanych surowców oraz na interakcje zachodzące między nimi w czasie procesu technologicznego. Słowa kluczowe: gastronomia, żywność, innowacje, kuchnia Note by Note WSTĘP Nieodzownym elementem usług gastronomicznych jest ich ciągła ewolucja i dążenie do zaspakajania zmieniających się potrzeb konsumentów. Jedną z nowości, jaka pojawiła się w ostatnich latach, jest kuchnia Note by Note. Została zaproponowana przez francuskiego chemika Thisa. Pracował on nad zastosowaniem różnego rodzaju związków chemicznych do produkcji potraw i napojów (np. 1-octanu-3-olu w sosie do mięsa; p-etylofenolu w winach i whisky; limonenu, kwasu winowego oraz kwasu askorbinowego ewa_czarniecka_skubina@sggw.pl Copyright by Wydawnictwo SGGW

28 26 A. Głuchowski, E. Czarniecka-Skubina w innych produktach). Początkowo celem innowacji było ulepszenie żywności, ale później stało się impulsem do tworzenia dań wyłącznie ze związków prostych [Everts 2012, This 2013a, b, 2014, 2015, Głuchowski i Czarniecka-Skubina 2016]. Kuchnię Note by Note można zdefiniować jako użycie czystych związków chemicznych lub ich mieszanin do produkcji potraw [This 2013a, b]. Dania tworzy się z wody, sacharydów, aminokwasów, etanolu, lipidów i innych związków chemicznych. Nie używa się tradycyjnych produktów roślinnych i zwierzęcych, gdyż są mieszanką związków, których nie można kontrolować podczas procesu gotowania. Przykładowo wino Note by Note składa się z wody, antocyjanów, cukrów, etanolu, aminokwasów, glicerolu, fenoli, chininy i kwasów organicznych [Pathiyan 2014]. Celem pracy jest zaprezentowanie na podstawie literatury przedmiotu idei i możliwości projektowania poszczególnych elementów dań Note by Note. ROZWÓJ KUCHNI NOTE BY NOTE Pierwsze próby opracowania dań Note by Note przez chemika Thisa wraz z kucharzem Gagnaire em podjęto w 2006 roku, ale pierwsze danie Note by Note numer 1 zaprezentowano w Hong Kongu dopiero w 2009 roku. W jego składzie były: woda, kwas cytrynowy, białka mleka, maltitol, alginian sodu, mleczan wapnia, glukoza, chlorek sodu oraz etanol. Składało się ono z alginianowych perełek, serwowanych z sherbetem (deser lodowy) oraz warstwą chrupiącego peligot (karmel z glukozy). Od tamtej pory powstały kolejne dania, posiłki, a nawet przyjęcie z ofertą menu Note by Note [This 2013a, 2014, 2015]. Przygotowanie tych dań wymaga nowego podejścia do smaku i zastosowania składników o nieznanych właściwościach. This przedstawia możliwości nowej techniki kulinarnej, podróżując po świecie, prowadząc wykłady dla studentów, szefów kuchni i naukowców. Od 2013 roku AgroParis- Tech w Paryżu organizuje międzynarodowy konkurs International Contests for Note by Note Cooking w trzech kategoriach: szefów kuchni, amatorów i studentów [Harding 2014, Burke i Danaher 2016]. W 2014 roku pierwszą nagrodę przyznano za drobiowe tuiles z rozmarynowymi perełkami, cytrynowym pureé i ziemniaczanymi bezami, w składzie którego były: guma gellan, 2-metylo-3-furanotiol, werbenon oraz borneol [Thomson 2014]. Wśród dań tej kuchni jest np. Steak Note by Note produkt bez mięsa, wytworzony przez gotowanie w kuchni mikrofalowej aż do koagulacji mieszaniny: białek, wody, glukozy, barwników, aminokwasów i związków zapachowych rozpuszczonych w oleju [This 2014]. Dania kuchni Note by Note przypominają w smaku oryginały, ale wiele brakuje im do pełni bukietu. This jest świadom konieczności ulepszenia dań tej kuchni [Everts 2012]. Pojawienie się dań Note by Note niesie za sobą wiele pytań dotyczących aspektów związanych z żywieniem, technologią, toksycznością, ekonomią, polityką i ze sztuką kulinarną. Według Thisa są one koniecznością w obliczu zbliżającego się kryzysu energetycznego i wodnego, spowodowanego przeludnieniem się Ziemi i rosnącymi cenami mediów. Konieczne jest więc ograniczenie marnowania się żywności, w drodze od farmy do talerza. Zgodnie z szacunkami FAO z 2009 roku, aż 32% żywności jest marnotrawione, z czego ponad 50% w krajach rozwiniętych [Lipiński i in. 2013, This 2014]. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

29 Projektowanie innowacyjnej żywności Note by Note 27 Bezpośrednie przetwarzanie żywności na proste związki i przygotowanie ich zgodnie z zasadami Note by Note, według twórców kuchni, daje szanse na uniknięcie tych problemów. Głównym składnikiem żywności jest woda, dlatego nielogiczne wydaje się jej transportowanie. Jako przykłady przemawiające za wytwarzaniem żywności Note by Note jej twórcy podają transportowanie produktu sera zamiast surowca mleka czy wina zamiast winogron [Davis 2014]. ASPEKTY TWORZENIA DAŃ NOTE BY NOTE This podkreśla, że dania kuchni Note by Note pod względem żywieniowym mogą być lepsze niż tradycyjne, gdyż używane będą w nich tylko pożądane składniki, a eliminowane składniki niepożądane z punktu widzenia zdrowia konsumentów. Można też wytworzyć dania o obniżonej wartości energetycznej, a wzbogacone w składniki odżywcze [Everts 2012, Ashley 2013, Gales 2013, This 2013a, b, 2014, 2015]. Biorąc pod uwagę aspekty technologiczne i obawy, że to chemizacja żywności, twórcy kuchni wskazują, że składniki stosowane do przygotowania dań Note by Note są obecnie powszechnie wykorzystywane. Wymienić można tu czyste związki chemiczne: wodę, chlorek sodu, sacharozę oraz kolagen i elastynę w żelatynie. Niektóre związki wytwarzane są w procesach: ekstrakcji, oczyszczania i ich modyfikacji, odwróconej osmozy, próżniowej destylacji. Stosując te same metody, można więc otrzymać sacharydy, aminokwasy i glicerydy. This [2013a, 2015] sugeruje, że przy zastosowaniu m.in. odwróconej osmozy i próżniowej destylacji można otrzymać czyste frakcje z tkanek roślinnych i zwierzęcych. We Francji, w INRA Centre wykorzystuje się odwróconą osmozę do otrzymania związków fenolowych z winogron. Ponadto barwniki, witaminy, środki konserwujące, żelujące, zagęszczające i inne są już produkowane przez przemysł dodatków do żywności. Ze zboża ekstrahuje się polisacharydy, białka, aminokwasy, zaś z mleka: aminokwasy, peptydy, białka i glicerydy. Przy tworzeniu dań Note by Note należy uwzględnić też aspekt toksykologiczny. Niezbędne wydają się badania nad wpływem małych dawek związków konsumowanych przez dłuższy czas. Według twórców kuchni toksyczność żywności można zminimalizować przez ograniczenie w niej takich związków, jak: benzo(a)piren, mirycystyna, estragol, glikoalkaloidy, glukozynolany i niektóre fenole pozyskiwane z tkanek roślinnych [This 2013a, b, 2014, 2015]. Podkreślają oni, że żywność tradycyjna także nie została dobrze przebadana i gdyby poddać ją dokładniejszym analizom i testom, mogłoby się okazać, że część z niej nie zostałaby dopuszczona na rynek. Istnieje bowiem pewien paradoks, że nowa żywność jest badana częściej niż tradycyjna. Rozwój kuchni Note by Note wymaga jednak nowych regulacji prawnych i nie można całkowicie wykluczyć możliwości wystąpienia różnych incydentów [This 2013b, 2014]. Nie wiadomo też, jakie związki powstaną poprzez połączenie czystych składników i czy będą one bezpieczne dla zdrowia konsumentów, tak więc aspekt bezpieczeństwa zdrowotnego żywności jest tu bardzo ważny. Istotne jest też uwzględnienie aspektów ekonomicznych (kosztów wyposażenia i zwiększonego pobrania energii elektrycznej) wytwarzania dań Note by Note. Odpowiedź na pytanie, czy ten sposób przygotowania dań będzie droższy, według jej nr 588, 2017

30 28 A. Głuchowski, E. Czarniecka-Skubina twórców nie jest jednoznaczna. Aby otrzymać pożądany bukiet aromatyczny w sosie, trzeba go zgodnie z zaleceniami zredukować o 2/3, a przy przygotowywaniu dania Note by Note wystarczy dodać określone związki chemiczne, które mogą być wyprodukowane przy użyciu mniejszej ilości energii. Część związków wykorzystywanych przez kucharzy nie musi być syntetyzowana, można otrzymać je na drodze ekstrakcji z surowców roślinnych. Sukces kuchni Note by Note zależy od prawidłowego zrozumienia jej założeń. Twórcy kuchni zaprzeczają przekonaniu jej krytyków, że to konsumpcja związków chemicznych. Wskazują na aspekty polityczny i społeczny nowych dań. Według Thisa rolnicy zamiast sprzedawać surowce powinni zacząć przetwarzać produkty rolne bezpośrednio na frakcje roślinne (np. chlorofil) możliwe do wykorzystania w tej kuchni. Sprzedając np. wino zamiast moszcz gronowy czy frakcje roślinne zamiast surowców, stawaliby się bogatsi, mieliby też wpływ na wykorzystanie w rolnictwie GMO [This 2013a, b, 2014, 2015]. PROJEKTOWANIE POTRAW KUCHNI NOTE BY NOTE Projektowanie potrawy Note by Note musi być przemyślane przed przystąpieniem do działań, aby kreować różne przeżycia podczas konsumpcji. Ważne jest rozumienie podstawowych praw fizykochemicznych i znajomość interakcji między składnikami, ich mocy, współdziałania, postrzegania smaków w połączeniu z innymi oraz znajomość ich wpływu na ogólną percepcję dania. Tworzenie nowego dania obejmuje następujące elementy: zaprojektowanie kształtu i konsystencji, barwy, smaku, zapachu, temperatury serwowania. Powinno uwzględnić potrzeby żywieniowe i związane ze stymulacją receptorów smakowych. Niezbędna do tego jest wiedza i doświadczenie z technologii i chemii żywności, dlatego też niezbędna jest tu współpraca kucharzy i naukowców [Barham i in. 2010, This 2014]. Istotna jest też znajomość czasu trwania wrażeń sensorycznych, które zależą od fizycznego składu potrawy: rodzaju użytych składników, obecności substancji tłuszczowych, rodzaju struktury koloidalnej (piana, emulsja, żel, zawiesina itp.). Przykładowo substancje tłuszczowe wydłużają czas percepcji związków zapachowych i smakowych, modyfikując kompleksowo aromat i smakowitość produktu [Kostyra 2004, This 2012]. Według twórców kuchnia Note by Note pozwala na wytworzenie o wiele większej liczby form kształtu składowych dania niż tradycyjnie, a oprócz konsystencji stałej i płynnej istnieją inne jeszcze nieznane. Konsystencja zależy wyłącznie od inwencji kucharza i od użycia różnych związków teksturotwórczych [This 2014]. W ogólnej percepcji dania ważną rolę odgrywa barwa. Informacja wizualna jako pierwsza trafia do mózgu, dlatego istotne jest zaprojektowanie odpowiedniej barwy. Nie jest to zadanie łatwe, ponieważ trudno nadać właściwą barwę daniom złożonym z wielu związków (ile dodać barwnika, jak reaguje on z innymi składnikami itp.). Proponuje się, aby używać barwników formalnie zatwierdzonych przez Unię Europejską i dla których ustalono dawkę dopuszczalnego dziennego spożycia, tzw. ADI (ang. acceptable daily intake) [This 2014]. Za najbardziej bezpieczne uważa się barwniki naturalne, takie Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

31 Projektowanie innowacyjnej żywności Note by Note 29 jak: karoteny, chlorofile, antocyjany, karmel, annato, likopen. O braku ich toksycznego działania wnioskuje się na podstawie wielowiekowego stosowania. Barwniki sztuczne, takie jak: błękit patentowy V, zieleń S, czerń brylantowa BN, brąz HT, powinny być stosowane z uwzględnieniem obowiązujących przepisów prawnych [Brzozowska (red.) 2010]. Użycie sztucznych barwników może potęgować strach konsumentów przed chemią w potrawach i ich szkodliwym działaniem. Działanie to wykazują nie tylko barwniki, również ich metabolity, międzyprodukty, nieprzereagowane surowce i katalizatory. U zwierząt laboratoryjnych wykazano wiele objawów toksycznego działania niektórych barwników syntetycznych na ich organizmy [Brzozowska (red.) 2010]. Wyniki badań wskazują również, że mieszanki sztucznych barwników (tartrazyna, żółcień chinolinowa, żółcień pomarańczowa FCF, azorubina, czerwień koszenilowa, czerwień Allura AC) i benzoesanu sodu stosowane w napojach zwiększały nadpobudliwość dzieci. Z tego powodu obniżono poziom ADI w trzech z nich [McCann i in. 2007, Gajda-Wyrębek i in. 2011]. Zaprojektowanie zapachu dania również nie jest łatwe, gdyż jest on kompozycją wielu związków. Projektowanie odbywa się więc z wykorzystaniem podobieństwa wrażeń sensorycznych. Przykłady związków zapachowych zaprezentowano w tabeli 1. This pogrupował zapachy, nadając im nomenklaturę, np.: zapach tłuszczowy (zapach bekonu i smalcu), mentolowy (zapach mentolu), aldehydowy (zapach ogrzewanego żelaza, wody morskiej, tłuszczu i potu), ziemisty (zapach wilgotnej gleby) i inne. Istotne jest tworzenie właściwej równowagi między różnymi nutami i między zapachem a smakiem oraz uwzględnienie zachowania związków zapachowych i smakowych w określonych matrycach. Należy wziąć pod uwagę np. absorpcyjne właściwości gum i substancji tłuszczowych. Im bardziej związki zapachowe są absorbowane przez nie, tym mniej z nich jest uwalnianych podczas konsumpcji. Niektóre produkty uwydatniają percepcję związków aromatycznych, inne ją ograniczają. Przykładowo mleko ma mocny efekt maskujący, zaś alkohol uwydatnia smak i zapach żywności [This 2014]. Efekty interakcji między matrycami żywnościowymi a dodatkami aromatycznymi to nie tylko zjawiska fizyczne i/lub chemiczne, ale również procesy w obrębie aparatu zmysłowego człowieka [Kostyra 2004]. Projektowanie smaku dania Note by Note to poznanie smaków czystych składników i nauczenie się ich nowej nomenklatury, np. smak glukozowy, tyrozynowy itp. Związki mogą być nazwane smakowymi, jeżeli wiążą się same z receptorem smakowym lub gdy same nie są w stanie związać się z receptorem w połączeniu z innymi cząsteczkami. Związki smakowe podzielono na kategorie substancji nadających smak. Smak kwaśny nadają kwasy organiczne i mineralne (np. kwas cytrynowy, winowy); smak aminokwasowy cysteina (np. smak gotowanych jaj); smak słodki powstaje z zastosowaniem cukrów prostych i złożonych, polioli, sztucznych substancji słodzących, słodkich związków pochodzenia naturalnego (np. stewiozydów, taumatyny, mirakuliny); smak gorzki powoduje chinina i jej sole, α-humulen (w piwie) oraz narginina (w grejpfrucie). Do żywności Note by Note stosowane mogą być też środki aromatyzujące oraz wzmacniacze smaku i zapachu, takie jak glutaminian sodu [Zawirska-Wojtasiak 2007, This 2014]. Wiele związków można użyć do produkcji żywności, gdyż nie ma żadnych przesłanek o tym, że nie nadają się do obróbki kulinarnej. Dobrze, aby efekt sensoryczny był nr 588, 2017

32 30 A. Głuchowski, E. Czarniecka-Skubina Tabela 1. Przykłady związków zapachowych pochodzących z różnych grup chemicznych Table 1. Examples of aromatic compounds from different chemical groups Związki alifatyczne Aliphatic compounds Grupa chemiczna Chemical groups Węglowodory Hydrocarbons Alkohole Alcohols Aldehydy Aldehydes Ketony Ketones Kwasy i estry Acids and esters Terpeny acykliczne Acyclic terpenes Terpeny cykliczne Cyclic terpenes Fenole i pochodne fenolowe Phenols and phenolic derivatives Związki heterocykliczne Heterocyclic compounds Nazwa związku Name of compound 1,3-trans-5-cis-undekatrien 1,3-trans-5-trans-undekatrien 3-octanol cis-3heksen-1-ol 2-trans-6-cis-nonadien-1-ol 2-metylo-dekanal trans-2-heksanal 3-hydroksy-2butanon (acetoina) 2,3-butanodion (diacetyl) octan heksylu propionian etylu heksanonian etylu myrcenol geraniol Zapach Odour zapach żywicy z rośliny Ferula gummosa odour of plant resin Ferula gummosa zapach grzybów mushrooms odour zapach świeżo zerwanej trawy freshly picked grass smell świeży, zapach ogórków fresh cucumber smell zapach skórek z owoców cytrusowych citrus fruits peel aroma przypomina zapach jabłek odour apple-like zapach maślany butter smell zapach masła i margaryny butter and margarine odour zapach przypominający brzoskwinie peach-reminiscent smell w owocach zapach przypomina rum in fruits the smell reminisces of rum zapach grejpfruta grapefruit smell uwydatniają nuty cytrusów i lawendy odour that enhances citrus and lavender notes małe ilości uwydatniają nuty cytrusów small amounts enhance the citruses notes (+) limonen zapach cytrynowy lemon scent ( ) mentol zapach miętowy mint scent eugenol tymol 4-(4-hydroksyfenyl)-2-butanon 2-furaldehyd 2-metylofurano-3-tiol występuje m.in. w goździku i cynamonie occuring among others in the cloves and cinnamon główny składnik tymianku i oregano the main component of thyme and oregano silny zapach malinowy strong raspberry odour zapach świeżo pieczonego chleba freshly baked bread smell zapach pieczonej wołowiny roast beef smell Źródło: This [2014]. Source: This [2014]. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

33 Projektowanie innowacyjnej żywności Note by Note 31 rejestrowany przez następujące po sobie chwile. Proces jest skomplikowany, gdyż ludzie różnie postrzegają smak. W percepcji smaku biorą udział receptory smakowe w większości przypadków nieznane. Na przykład receptory długołańcuchowych nasyconych kwasów tłuszczowych odkryto dopiero w ostatnich 20 latach [This 2014]. Percepcja smaku jest też połączona z percepcją zapachu. Cząsteczki związków zapachowych są uwalniane podczas żucia i unoszą się do jamy nosowej (droga retronosowa), gdzie trafiają do receptorów węchowych [This 2014]. Na percepcję wpływa też barwa i konsystencja potrawy. Szacuje się, że w percepcji smakowitości 20% doznań związanych jest ze zmysłem smaku, a 80% węchu [Martin 2004]. Smak może być zdefiniowany jako mieszanina wrażeń smakowych, węchowych nerwu trójdzielnego, odbieranych podczas konsumpcji [Barham i in. 2010]. Receptory znajdujące się na zakończeniu rozgałęzień nerwu trójdzielnego rejestrują wrażenie świeżości, chłodzące oraz ostrości i ciepła wytwarzane przez wiele przypraw. Do związków nadających wrażenie świeżości zalicza się mentol, eugenol i ksylitol. Wrażenie ostrości nadają piperina (czarny pieprz) i kapsaicyna (ostre papryczki). Na właściwości chłodzące i ogrzewające produktów wpływa mentol, wrażenia ostrości i ogrzewające daje kapsaicyna [This 2014]. Wyniki badań wskazują, że kapsaicyna maskuje waniliowy i pomarańczowy smak, pieprz kajeński wzmacnia intensywność smaku galaretki winogronowej, a smak słodki ogranicza uczucie pieczenia spowodowane kapsaicyną [Sherman i in. 2015]. Firmy z branży przemysłu spożywczego pracują nad badaniem właściwości chłodzących i ogrzewających produktów. Bez tych wrażeń w wielu przypadkach żywność byłaby mdła. Wrażenie ostrości różni się w wielu aspektach od wrażeń smakowych, na ogół pojawia się powoli, ale może trwać przez dłuższy czas (kilka-kilkadziesiąt minut). Wrażenie smaku jest z kolei najbardziej intensywne przez kilka sekund po dostaniu się żywności do jamy ustnej. Właściwości związków stymulujących nerw trójdzielny mogą być wykorzystywane w projektowaniu potraw zarówno ze względu na zdolność do wywoływania wrażeń przez krótki czas i ze względu na ich nowatorstwo [Barham i in. 2010]. Istotnym czynnikiem w postrzeganiu żywności jest też temperatura dania. Niespełnienie oczekiwania konsumentów co do odpowiedniej temperatury serwowania potrawy może wpłynąć na zmniejszenie pożądalności ogólnej, lub nawet spowodować, że klient w ogóle zrezygnuje z produktu. Temperatura żywności dzięki zakończeniom nerwowym odczuwana jest w jamie ustnej. Konsumpcji produktów o temperaturze powyżej 43 C i poniżej 15 C towarzyszy odczucie bólu. Zbadano percepcję zmian temperatury w jamie ustnej i zauważono, że osoby wrażliwe odczuwają zmianę nawet o 1 C. Zdolność do wykrywania zmian temperatury jest zróżnicowana, wzrost temperatury jest szybciej wyczuwalny niż jej spadek [Barham i in. 2010]. Ogrzewanie produktów powoduje odparowywanie najbardziej lotnych związków, dlatego też aby otrzymać podobny efekt sensoryczny jak w przypadku dań serwowanych na ciepło, w recepturze dań podawanych na zimno należy przewidzieć większą ilość związków zapachowych [Kostyra 2004]. Na percepcję temperatury wpływają też związki stymulujące nerw trójdzielny, takie jak mentol (właściwości chłodzące) i kapsaicyna (właściwości ogrzewające) [Barham i in. 2010]. Ogrzewanie zwiększa podrażnienie nerwu trójdzielnego jako wynik wzmocnienia pieczenia mało włókienkowego C-polimodalnego nocyreceptora. Z drugiej strony konsumpcja schłodzonego nr 588, 2017

34 32 A. Głuchowski, E. Czarniecka-Skubina dania zawierającego kapsaicynę prowadzi do ograniczenia percepcji wrażenia pieczenia [Sherman i in. 2015]. Ostatnim ogniwem w projektowaniu dań Note by Note jest nadanie im nazw. Potrawy mogłyby przyjmować kolejne numery, będąc kontynuacją nazwy pierwszego dania (Note by Note numer 1), lecz brzmiałoby to technicznie. Można nazywać je prosto, przez ich strukturalną charakterystykę (np. kruchy żel fenolowy), nadawać im nazwy związane z postaciami historycznymi (np. Fibrés á la Balzac ), lub odwołując się do tradycyjnej kuchni, nazywać dania np. Suflet z triglicerydów i polifenoli Syrah [This 2014]. ANALIZA SWOT ROZWOJU KUCHNI NOTE BY NOTE Kuchnia ta ma zarówno entuzjastów, jak i przeciwników, wiele mocnych i słabych stron (tab. 2), znajduje się w początkowej fazie rozwoju. This szacuje, że potrzeba co najmniej 10 lat zanim uzyska społeczną akceptację [Everts 2012, Ashley 2013, This 2014, Thomson 2014]. Note by Note budzi wiele wątpliwości. Wynikają one z chęci zachowania tradycyjnej żywności i obaw przed nowoczesną (nieznaną) żywnością, tzw. neofobia żywieniowa. Strach ten chronił ludzi przez wieki i skłaniał do pokładania zaufania jedynie do znanej żywności. Z ewolucyjnego punktu widzenia był to instynkt, który chronił przed jedzeniem szkodliwych produktów. Według twórców kuchni w świetle obecnych danych naukowych założenie, że to, co znane jest zdrowe, jest błędne. Jako przykład podają nowotwory przewodu pokarmowego spowodowane konsumpcją produktów używanych przez wieki. Wymieniają też solenie, które zwiększa ryzyko nadciśnienia i zawału. Nie ma więc 100-procentowo bezpiecznej dla zdrowia metody przygotowania żywności [This 2013a, b, 2014, 2015]. Kluczową techniką kulinarną wykorzystywaną w Note by Note jest emulgowanie połączone z tradycyjnymi metodami obróbki termicznej (gotowanie, pieczenie, smażenie) i z metodami takimi jak obróbka w mikrofalach, mrożenie kriogeniczne. Do tego celu przydatna jest wiedza w szczególności z chemii żywności i znajomość wpływu składowych dania na jakość sensoryczną. Tworzone dania cechują nowe innowacyjne walory sensoryczne i estetyczne powstałe przez niespotykane połączenia smakowe, unikalne, oryginalne formy i tekstury oraz barwę. Kucharz staje się kreatorem smaku i zapachu, ma możliwości zaprojektowania produktu dobranego do oczekiwań konsumentów. Połączenie różnych grup związków prostych i/lub ich mieszanin pozwala osiągnąć harmonijne danie. Wykorzystywane mogą być surowce w proszku i płynne. Na rynku występuje szeroka gama dostępnych dodatków do żywności, ale ograniczony jest dostęp do związków aromatycznych (np. 3-merkaptohexan-1-ol). Oryginalna jest sama koncepcja tworzenia dania, które może być zupełnie nowe lub może imitować już istniejące, ale stworzone jest przy użyciu związków prostych lub ich mieszanin [This 2014]. Na razie kuchnia Note by Note ma niewątpliwie charakter edukacyjny dla studentów kierunków studiów związanych z żywnością. Studenci projektując nowe potrawy, wykorzystują wiedzę z różnych dziedzin nauki [Burke i Danaher 2016]. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

35 Projektowanie innowacyjnej żywności Note by Note 33 Tabela 2. Analiza SWOT rozwoju kuchni Note by Note Table 2. Development of Note by Note cuisine SWOT analysis Mocne strony Strengths Produkty innowacyjne unikalne metody gotowania i serwowania jako atrakcja w restauracji Innovative products a unique method of cooking and serving used as an attraction in the restaurant Różnorodne i innowacyjne walory sensoryczne Various and innovative sensory qualities Znajomość składu żywności The knowledge of food composition W gastronomii: skrócenie czasu przygotowania/ /obsługi, szybkość i dokładność obsługi, większa wydajność, możliwość scentralizowanej produkcji In gastronomy: reduced the time of preparation/service, speed and accuracy of service, higher productivity, possibilities of centralized production Mniejsze koszty żywności i serwowania Lower costs of food and serving (food cost) Szanse (możliwości) Opportunities Nowość na rynku, modna koncepcja New on the market, fashionable concept Brak konkurencji Lack of competition Możliwość ograniczenia szkodliwych związków wytwarzanych w czasie przetwarzania żywności The possibility of limiting harmful compounds produced during food processing Możliwość zmniejszenia strat żywności (brak nadprodukcji w restauracji) The opportunity to reduce the food loss (no overproduction in the restaurant) Poszukiwanie nowych form żywności w obliczu kryzysu ekonomicznego, ograniczenie kosztów energii wytwarzania i transportu żywności The search for new food forms in the face of the economic crisis, reducing the cost of energy production and food transport Słabe strony Weaknesses Nietypowy wygląd niektórych potraw (neofobia żywieniowa) Unusual appearance of certain dishes (nutrition neophobia) Wysoka cena High price Nieznana jakość i wartość żywieniowa żywności Unknown quality and nutritional value of food Zagrożenia (obawy) Threats Niechęć konsumentów do chemizacji żywności The unwillingness of consumers to the chemicalization of food Brak pełnej wiedzy na temat wszystkich składników żywności, ich połączeń i interakcji prostych związków w żywności The lack of full knowledge of all food ingredients, their connections and simple compounds interactions in food Przyzwyczajenie do tradycji Odporność na zmiany i nowe koncepcje (zachowawczość wielu konsumentów) General consumers change aversion Resistance to change and new ideas (the conservatism of many consumers) Źródło: opracowanie własne na podstawie Rodgers [2007]. Source: own elaboration based on Rodgers [2007]. nr 588, 2017

36 34 A. Głuchowski, E. Czarniecka-Skubina PODSUMOWANIE Przy obecnym stanie wiedzy i braku badań naukowych oceniających wpływ zastosowanych technologii na wartość odżywczą, na zmiany składu wykorzystanych surowców, na interakcje zachodzące w czasie procesu technologicznego, nie wiadomo, czy wytworzone produkty Note by Note spełniają założenia twórców tej mody kulinarnej. Dotychczas nie w pełni zbadano żywność tradycyjną. Przykładowo akrylamid, powstający w czasie tradycyjnych procesów obróbki termicznej, wykryto w żywności dopiero w latach 90. XX wieku. Nie wiadomo więc, ile czasu zajęłaby ocena żywności i dań Note by Note, gdyż liczba możliwości ich wytwarzania jest prawie nieograniczona. Kuchnia Note by Note wymaga dopracowania i rzetelnej oceny naukowej. Koncepcja tworzenia tego rodzaju dań nie jest rozpowszechniona, trudno więc określić, czy jest to przyszłość przemysłu żywnościowego, czy tylko chwilowa moda. Można przypuszczać, że ze względu na innowacyjność i atrakcyjność, a także założenia odnośnie wartości odżywczej mogłaby znaleźć zastosowanie do projektowania żywności funkcjonalnej. Wydaje się, że obecne zastosowanie w gastronomii i uwzględnianie głównie aspektów sensorycznych oraz w niewielkim stopniu aspektów bezpieczeństwa zdrowotnego może być obarczone dużym ryzykiem dla zdrowia konsumentów. LITERATURA Ashley S., Synthetic Food: Better Cooking Through Chemistry. nova/next/physics/synthetic-food-better-cooking-through-chemistry/ [dostęp: ]. Barham P., Skibsted L.H., Bredie W.L.P., Frøst M.B., Møller P., Risbo J., Snitkjaer P., Mørch- -Mortensen L., Molecular Gastronomy: A New Emerging Scientific Discipline. Chem. Rev. 110, Brzozowska A. (red.), Toksykologia żywności przewodnik do ćwiczeń. Wydaw. SGGW, Warszawa. Burke R., Danaher P., Note by Note: A New Revolution in Cooking. viewcontent.cgi?article=1060&context=dgs [dostęp: ]. Davis E., From methional to fried chicken. Science in School 30, Everts S., Note-By-Note Cuisine. C.&EN 90, 46, 33. Gajda-Wyrębek J., Jarecka J., Kuźma K., Beresińska M., Zawartość barwników mających szkodliwy wpływ na aktywność i skupienie uwagi u dzieci w wybranych środkach spożywczych. Bromat. Chem. Toksykol. 44(3), Gales A., Is this what we ll eat in the future? ,2013 [dostęp: ]. Głuchowski A., Czarniecka-Skubina E., Kuchnia modernistyczna w gastronomii. ZNTiR, WSTiJO w Warszawie 17(1), Harding N., Baking bad: With a growing global population, is using chemicals instead of ingredients the future of cooking? The Independent z 3 października. Kostyra E., Interakcje substancji smakowych i zapachowych ze składnikami żywności aspekty fizykochemiczne. ŻNTJ 4(41), Lipinski B., Hanson C., Lomax J., Kitinoja L., Waite R., Searchinger T., Reducing Food Loss and Waste. Working Paper, Instilment 2 of Creating a Sustainable Food Future, Washington, DC, World Resources Institute. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

37 Projektowanie innowacyjnej żywności Note by Note 35 Martin G.N., A neuroanatomy of flavor. Petits Propose Culinaires 76, McCann D., Barrett A., Cooper A., Crumpler D., Dalen L., Grimshaw K., Sonuga-Barke E., Food additives and hyperactive behaviour in 3-year-old and 8/9-year-old children in the community: a randomised, double-blinded, placebo-controlled trial. The Lancet 370(9598), Pathiyan P., Cheers to cryo margarita. Discovery Channel Magazine India 12, Rodgers S., Innovation of food service technology and its strategic role. Hospitality Management 26, Sherman S.S., Gallant-Shean M.B., Hirsh A.R., The look and feel of food. W: A.R. Hirsh (red.). Nutrition and Sensation, CRC Press. This H., 2013a. Molecular gastronomy is a scientific discipline, and Note by Note cuisine is the next culinary trend. This Flavour 2, 1. This H., 2013b. Celebrate Chemistry. Recent Results of Molecular Gastronomy. European Rev. 21, 2, This H., Note by Note cooking The Future of Food. Columbia University Press, New York. This H., Which knowledge is needed for Note by Note Cuisine? korespondencja A. Głuchowskiego z Herve This (INRA, France), Thomson H., Chemical Cuisine. New Sci. 2972(07/06), Zawirska-Wojtasiak R., Substancje generujące wrażenia zmysłowe. W: J. Gawęcki, N. Baryłko-Pikielna (red.), Zmysły a jakość żywności i żywienia. Wydaw. AR, Poznań. DESIGNING INNOVATIVE FOOD NOTE BY NOTE Summary. The aim of paper is to present the core concept and design possibilities of Note by Note dishes. Innovative Note by Note cuisine is characterized by the use of pure chemical compounds or their mixtures for the food production. The traditional plant and animal products are not used, because they are a mixture of compounds that cannot be controlled during cooking process. This is not an easy task and requires a lot of knowledge in the field of food technology and food chemistry. The cooperation of chefs and scientists is necessary. Creating new dishes must be well thought out before action. Based on the literature, various aspects of creating these dishes, such as: nutritional, technological, toxicological, economic, political and social ones, were indicated. Designing dishes in terms of: shape, texture, colour, aroma, flavour, trigeminal nerve stimulation, temperature, and name of dish were discussed. All these elements are linked and affect the palatability and acceptance of the food product. However, there are many possibilities of solutions for each attributes. Previously created dishes have flavours like natural products, but many of them lack the fullness of flavour. The premise of this cuisine is also based on nutritional aspects. It is not yet known whether the food created in this way will prove itself better than the natural food. The creators of this cuisine are also considering attractive names of dishes, which would encourage to consumption. The SWOT analysis of this cuisine in the future was prepared. Their strengths are innovation, sensory attractiveness, the possibility of shortening the time of preparation and serving in restaurants. Weaknesses of this cuisine is the consumers attachment to tradition and their aversion to chemicalization of food, as well as the high price and the unusual appearance of dishes. nr 588, 2017

38 36 A. Głuchowski, E. Czarniecka-Skubina The concept of creating Note by Note dishes is not widespread. This cuisine requires more refinement and scientific assessment of the influence of the technologies on the nutritional value, changes in the composition of the raw materials used and on the interactions between them during the process. Key words: catering industry, food, innovations, Note by Note cuisine Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

39 Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych nr 588, 2017, DOI /ZPPNR EFFECTS OF CONTINUOUS AND PERIODIC WATER STRESS ON COLD HARDINESS OF RHODODENDRON CULTIVARS Michał Koniarski, Bożena Matysiak Research Institute of Horticulture in Skierniewice Summary. The purpose of the present study was to determine whether water deficit affects cold hardiness of rhododendron Catawbiense Boursault, Lee s Dark Purple, Prinz Karneval and Old Port shrubs. Plants were grown in unheated greenhouse and for 14 weeks from June to mid-september were subjected to six irrigation treatments. In the end of September shrubs were left in an unheated greenhouse or planted into the ground and at the beginning of each month from December to March freezing tolerance tests were performed. The results showed that in all rhododendron cultivars the highest cold hardiness was noted in January and February, lower in March but the lowest in December. Application of four-week water deficit period during summer especially between the first and the second vegetative growth may improve the frost resistance of Rhododendron shrubs. Key words: water deficit, irrigation method, frost tolerance, freezing temperature, electrolyte leakage measurements INTRODUCTION Polish climate is characterized by varying weather conditions and at the same time a high proportion of evaporation in the water balance leads to periodic water scarcity and droughts [Kuśmierek-Tomaszewska et al. 2011, Łabędzki and Bąk 2011]. Water stress and freezing stress are among the most severe environmental stresses that affect plant growth. In literature some studies demonstrate the relationship between tolerance to freezing and drought [Kreyling et al. 2012, Walter et al. 2013]. Cold hardiness and changes in plant water relations are connected and the water content in plant tissues is reduced during Michal.Koniarski@inhort.pl Copyright by Wydawnictwo SGGW

40 38 M. Koniarski, B. Matysiak cold acclimation [Pagter 2008]. Several woody plants subjected to drought stress applied for few weeks have been shown to increase cold hardiness [Poirier and Améglio 2006, Kreyling et al. 2012, Pembleton and Sathish 2014]. Anisko and Lindstrom [1996a, b] examined the effects of reduced irrigation on cold hardiness of Rhododendron cultivars. Their results show that 3 6 weeks reduced water supply in late summer or in autumn increased freezing resistance. Moreover these authors observed that cold hardiness was dependent on the intensity of water deficit in irrigation treatment applied. In 2012, experiments were conducted whose aim was to analyse the effect of regulated deficit irrigation (RDI) on growth and development of potted rhododendron Catawbiense Boursault and Old Port plants [Koniarski and Matysiak 2013]. Those studies found that moderate and severe water deficit maintained throughout the 14-week period of growing of shrubs Rhododendron Catawbiense Boursault and Old Port as well as severe water deficit applied only during the vegetative growth limits the elongation growth of shoots, improves plant habit and quality. Moreover the application of water stress during four- -week period corresponding with floral buds initiation in these rhododendron cultivars increases the number of flower buds made. The purpose of the present study was to examine the subsequent impact of RDI on cold hardiness of rhododendron cultivars Catawbiense Boursault, Lee s Dark Purple, Prinz Karneval and Old Port. MATERIAL AND METHODS Plant material and growth conditions Experiments were conducted at the beginning of each month in two research seasons from December 2013 to March 2014 and from December 2014 to March 2015 in the Research Institute of Horticulture in Skierniewice, Poland. The subject of studies were four Rhododendron cultivars represented by four-year-old Catawbiense Boursault and Old Port shrubs in the first research season and three-year-old Rhododendron Lee s Dark Purple and Prinz Karneval plants in the second, respectively. During first experimental season cold hardiness was tested on leaves of plants grown in plastic containers in unheated greenhouse. Before the experiment with evaluating of cold hardiness started shrubs had been subjected to differentiated irrigation from early June to mid-september Water deficit treatments were established by applying irrigation in proportions to the estimated evapotranspiration (ETp) that was determined by monitoring weight loss from the containers over 24 h. Shrubs were subjected to six irrigation regimes: 1 ETp (control, well watered plants with irrigation rate balancing water loses by evapotranspiration T1), 0.75 ETp (moderate deficit irrigation T2), 0.5 ETp (strong deficit irrigation) during the entire period of experiment T3, and the others three were: 1 ETp for 5 weeks followed by 0.5 ETp for 4 weeks and 1 ETp for 5 weeks (strong deficit irrigation in phase II T4), 1 ETp for 5 weeks followed by 0.25 ETp for 4 weeks and 1 ETp for 5 weeks (very strong deficit irrigation in phase II T5), and 0.5 ETp for 5 weeks followed by 1 ETp for 4 weeks and 0.5 ETp for 5 weeks (strong deficit Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

41 Effects of continuous and periodic water stress irrigation in phases I and III and well watered plants in phase II T6). After the end of this experimental part of the study, shrubs were left in an unheated greenhouse and each container with plant was irrigated with 300 ml of water. The methodology concerned this stage of study was the same as in study of Koniarski and Matysiak [2013] and this is the continuation of that research. In the second research season similar experiment was conducted. In the end of September after the completion of experimental part concerned the impact of water stress on the growth of shrubs, plants were planted into the ground. The temperature in the field ranged from: average 3.4 C; max. 7.1 C; min. 1.3 C in December, 1.4 C, 11.9 C, 10.4 C in January, 1 C, 8.5 C, 6.1 C in February, 5.1 C; 17.5 C; 5.3 C in March, respectively. The meteorological data was recorded by means of the meteorological station Metos (Pessl Instruments, Austria). Measurements of cold hardiness At the beginning of each month from December 2013 to March 2014 in the first study season and from December 2014 to March 2015 in the second experimental season it was taken three annual leaves from different parts of each shrub. The leaves were packed in plastic bags, transported to the laboratory and placed in a fridge for 16 h storage at a temperature 4 C. Next day leaves were removed from the fridge, covered with ice crystals and wrapped in moist cheesecloth. Thus prepared samples were placed in a programmable, controlled climate chamber (Binder IFC 720, Germany) and in order to ensuring ice nucleation, were frozen at the temperature range 0.5 C/ 2.5 C for 2 h. Next a cooling rate of 3 C per hour was employed and leaf sample were kept for one hour at each test temperature ( 10 C, 20 C, 25 C, 30 C) in the first research season and ( 20 C, 25 C, 30 C) during the second experimental season. After freezing, leaf discs about 1 cm in diameter were prepared and placed in vials. Samples consisting of five leaf discs per vial were incubated and shaken (amplitude 7, 100 rpm) in 15 ml of redistilled water for 2 h at 22 C. Each irrigation treatment was represented by five vials, i.e. four vials replications, and one control vial not frozen. In total it was 30 vials for each Rhododendron cultivar. On thus prepared electrolyte solution, which leaked from the damaged leaves, electrical conductivity EC [ms cm 1 ] value was measured by using a conductivity meter (Eijkelkamp, Netherlands). After completing the conductivity measurements, the plant material in the same vials was autoclaved at 121 C for 20 min for its total destruction. In this way the released electrolyte was measured again by the same method as before. The control material obtained from the same leaves were treated and measured similarly, but without freezing phase. The percentage of ions leakage that occurred as a result of frost damage of leaves was calculated according to the formula t% = C1/C2, where C1 is the conductivity of frozen leaves, but C2 is the conductivity of frozen and autoclaved leaves. The percentage of ions leakage in control combination was calculated according to the formula k% = K1/K2, where K1 is conductivity of leaf discs that were not frozen, while K2 is the conductivity of leaf discs that were frozen and autoclaved. Injury I T [%] resulting from exposure to temperature T was defined according to Lim et al. [1998], i.e. I T = (t% k%) / (100 k%) 100. nr 588, 2017

42 40 M. Koniarski, B. Matysiak Statistical analysis Experiments was set up in 4 replications (experimental blocks), each consisted of 10 plants. The analysis of variance (ANOVA) was conducted using Statistica 10 PL 2012 (StatSoft Poland) software. When the ANOVA indicated significant effects, means were separated using Duncan s Multiple Range Test, with p < 0.05 considered to be statistically significant. RESULTS AND DISCUSSION In our study in all rhododendron cultivars in the experiment, along with the reduction of temperature values, leaf frost injury were significantly increasing. Among the four examined cultivars the largest frost damage was observed in Prinz Karneval and the smallest in Catawbiense Boursault (Tables 1 4). The greatest percentage of leaf freeze damage averaged for all water treatments was observed in all tested cultivars in December at the temperature 30 C. Changes in photoperiod and temperature may significantly influence of cold hardiness. In autumn along with reducing of temperature plants cold acclimate, maximum hardiness is reached in mid-winter and in spring plants loose acclimated frost tolerance by deacclimation [Salazar-Gutiérrez et al. 2014]. Our results show that in all rhododendron cultivars the lowest cold hardiness was noted in the beginning of December, however in January and February it was significantly higher (Tables 1 4). For Catawbiense Boursault and Prinz Karneval the lowest percentage of freezing injury at a temperature of 30 C was observed in January (Tables 1, 4), but for Lee s Dark Purple and Old Port in February (Tables 2, 3). In the beginning of March cold hardiness was lower than in the previous two months, but still better than in December (Tables 1 4). Morin et al. [2007] conducting research on cold hardiness of three oak species, Quercus ilex, Q. pubescens, Q. robur observed that in January the mean temperature causing 50% cell lysis (LT 50 ) were 27.8 C, 45.4 C, 56.2 C and were significantly higher than in October, when they were 11,8 C, 14.6 C, 20.7 C respectively. In turn, in the March April period (LT 50 ) were 24.6 C, 37.6 C, 46.9 C, respectively. Similarly, Swiderski et al. [2004] reported that cold hardiness of several cultivars of rhododendrons varied, especially at the beginning and end of winter. According to these authors, plants showed maximum cold hardiness in mid-winter, in January. In our experiment the level of water deficit significantly affected cold hardiness in all rhododendron cultivars. Along with the reduction of water rates in T2 and T3 irrigation regimes in comparison to control plants (T1), cold hardiness of plants decreased significantly for all months (Tables 1 4). In general Catawbiense Boursault plants under T4, T5, T6 water treatments as well as Lee s Dark Purple and Prinz Karneval shrubs under T4 and T5 irrigation treatments were characterized by a significantly higher values of cold hardiness than in T2 and T3 water regimes (Tables 1, 2, 4). Similarly cold hardiness in Old Port shrubs were higher in T4, T5, T6 water treatments than under T2 and T3 irrigation regimes but only in December and February (Table 3). During most experimental months the highest values of frost tolerance was observed under T4 water regime for Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

43 Effects of continuous and periodic water stress Table 1. Injury I T [%] of leaves of Rhododendron Catawbiense Boursault as affected by irrigation method and temperature Tabela 1. Uszkodzenia mrozowe I T [%] liści Rhododendron Catawbiense Boursault w zależności od zastosowanej metody nawadniania oraz temperatury Treatment December 2013 January C 20 C 25 C 30 C mean 10 C 20 C 25 C 30 C mean T1 2.3 a-c * 4.1 de 10.7 i-k 12.9 mn 7.5 cd 0.1 a 0.8 a 3.0 b-e 4.0 ef 2.0 bc T2 2.4 a-c 4.3 de 11.1 j-l 13.4 n 7.8 d 0.1 a 0.9 a 3.4 c-e 4.5 fg 2.2 cd T3 2.7 a-d 4.8 e 12.5 l-n 15.1 o 8.8 e 0.1 a 1.0 a 3.9 d-f 5.2 g 2.6 d T4 1.7 a 3.0 a-d 7.7 f 9.3 gh 5.4 a 0.1 a 0.6 a 2.1 b 2.8 bc 1.4 a T5 2.1 a-c 3.7 c-e 9.7 h-k 11.7 k-m 6.8 bc 0.1 a 0.7 a 2.6 bc 3.5 c-e 1.7 ab T6 1.9 ab 3.5 b-e 9.0 fg 10.8 i-k 6.3 b 0.1 a 0.6 a 2.2 b 2.9 b-d 1.4 a Mean 2.2 a 3.9 b 10.1 c 12.2 d 0.1 a 0.8 b 2.9 c 3.8 d Treatment February 2014 March C 20 C 25 C 30 C mean 10 C 20 C 25 C 30 C mean T1 0.9 a 1.7 cd 4.9 fg 6.1 ij 3.4 bc 1.2 a 2.6 cd 8.9 gh 10.8 k 5.9 b T2 1.0 ab 1.8 d 5.3 gh 6.5 j 3.7 cd 1.5 ab 3.4 de 11.7 l 15.1 n 7.9 c T3 1.1 a-c 1.9 d 5.6 hi 7.1 k 3.9 d 1.8 a-c 3.9 e 13.3 m 16.2 o 8.8 d T4 0.9 a 1.5 b-d 4.5 ef 5.8 h-j 3.2 ab 1.0 a 2.2 bc 7.5 f 9.1 gh 5.0 a T5 0.8 a 1.5 b-d 4.4 ef 5.6 hi 3.1 a 1.2 a 2.6 cd 8.9 gh 9.7 hi 5.6 b T6 0.8 a 1.5 b-d 4.3 e 5.4 gh 3.0 a 1.1 a 2.4 c 8.2 fg 10.0 jk 5.4 b Mean 0.9 a 1.7 b 4.8 c 6.1 d 1.3 a 2.9 b 9.8 c 11.8 d * Means followed by the same letter are not significantly different according to Duncan s Multiple Range Test, p < 0.05; the assessment of significance of differences was done for each month separately. * Średnie oznaczone tą samą literą nie różnią się istotnie według testu Duncana, p < 0,05; ocena istotności różnic była określana oddzielnie dla każdego miesiąca. Lee s Dark Purple plants (Table 2) but under T5 treatment for Prinz Karneval shrubs, where the exception was T4 water regime in February accordingly (Table 4). Mentioned T4 irrigation treatment caused the highest cold hardiness for Catawbiense Boursault, the exception was T5 water regime (Table 1). In turn for Prinz Karneval cultivar the highest values of frost resistance was noted for T4 water regime in December and February but for T5 water regime in January and March (Table 4). Anisko and Lindstrom [1996a] reported that severe drought stress increased frost hardiness of Catawbiense Boursault leaves and stems compared with well watered plants in the first winter, but decreased it in the subsequent winter, while moderate continuous water stress did not increase the cold hardiness during the first winter, but increased it in the second winter. Similarly, Anisko and Lindstrom [1996b] observed that leaves and stems of Catawbiense Boursault shrubs under a continuous dry irrigation treatment were less hardy than those under a medium or wet watering treatment. nr 588, 2017

44 42 M. Koniarski, B. Matysiak Table 2. Injury I T [%] of leaves of Rhododendron Lee s Dark Purple as affected by irrigation method and temperature Tabela 2. Uszkodzenia mrozowe I T [%] liści Rhododendron Lee s Dark Purple w zależności od zastosowanej metody nawadniania oraz temperatury Treatment December 2014 January C 25 C 30 C mean 20 C 25 C 30 C mean T1 5.2 ab * 14.0 e 17.9 gh 12.4 cd 0.9 a 13.3 cd 15.0 fg 9.7 b T2 5.4 ab 14.6 ef 19.5 h 13.2 d 1.1 a 15.5 g 15.7 gh 10.8 c T3 6.1 b 16.4 fg 24.7 i 15.7 e 1.2 a 16.6 hi 17.4 i 11.7 d T4 3.7 a 10.1 c 17.6 gh 10.5 a 0.7 a 10.6 b 13.5 de 8.3 a T5 4.7 ab 12.7 de 16.0 fg 11.1 ab 0.8 a 12.5 c 14.4 ef 9.2 b T6 4.4 ab 11.7 cd 19.4 h 11.8 ab 0.7 a 13.7 de 14.9 fg 9.8 b Mean 4.9 a 13.3 b 19.2 c 0.9 a 13.7 b 15.2 c Treatment February 2015 March C 25 C 30 C mean 20 C 25 C 30 C mean T1 2.0 a 5.9 b 13.1 de 7.0 a-c 3.3 a 11.8 b-d 14.9 e 10.0 b T2 2.1 a 6.3 b 15.5 fg 8.0 cd 4.4 a 15.6 e 19.8 g 13.3 c T3 2.3 a 6.8 b 17.3 g 8.8 d 5.0 a 17.7 f 22.4 h 15.0 d T4 1.8 a 5.4 b 10.5 c 5.9 a 2.8 a 9.9 b 12.6 cd 8.4 a T5 1.8 a 5.4 b 12.3 cd 6.5 ab 3.3 a 11.8 b-d 12.7 cd 9.3 ab T6 1.7 a 5.2 b 14.8 ef 7.2 bc 3.1 a 10.9 bc 13.8 de 9.3 ab Mean 2.0 a 5.8 b 13.9 c 3.7 a 13.0 b 16.0 c * For explanation see Table 1. * Objaśnienia takie jak w tabeli 1. Table 3. Injury I T [%] of leaves of Rhododendron Old Port as affected by irrigation method and temperature Tabela 3. Uszkodzenia mrozowe I T [%] liści Rhododendron Old Port w zależności od zastosowanej metody nawadniania oraz temperatury Treatment December 2013 January C 20 C 25 C 30 C mean 10 C 20 C 25 C 30 C mean T1 6.7 a * 10.6 cd 17.4 g 19.3 h-j 13.5 b 0.7 a 2.9 b 11.2 d-f 11.5 ef 6.6 bc T2 7.1 a 11.7 de 18.1 gh 21.0 j 14.5 c 0.7 a 2.9 b 11.1 d-f 11.3 ef 6.5 a-c T3 9.0 b 14.7 f 20.4 ij 26.7 k 17.7 d 1.0 a 4.5 c 17.4 g 17.9 g 10.2 d T4 6.4 a 10.4 cd 12.6 e 18.9 h 12.1 a 0.6 a 2.7 b 10.7 de 10.8 de 6.2 ab T5 5.8 a 9.5 bc 15.8 f 17.2 g 12.1 a 0.6 a 2.7 b 10.3 d 10.6 de 6.0 a T6 6.8 a 11.2 d 14.6 f 20.4 ij 13.3 b 0.7 a 3.0 b 11.8 f 12.0 f 6.9 c Mean 7.0 a 11.4 b 16.5 c 20.6 d 0.7 a 3.1 b 12.1 c 12.3 c Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

45 Effects of continuous and periodic water stress Table 3 cont. Tabela 3 cd. Treatment February 2014 March C 20 C 25 C 30 C mean 10 C 20 C 25 C 30 C mean T1 4.2 a-c 5.6 de 11.6 h-j 12.8 jk 8.5 c 3.5 a 6.1 de 15.3 gh 17.4 ij 10.6 b T2 4.6 b-d 6.5 ef 12.5 h-k 13.6 k 9.3 d 4.0 ab 6.7 de 17.3 ij 19.5 kl 11.9 c T3 5.2 cd 7.4 f 15.3 l 19.8 m 11.9 e 4.3 a-c 7.3 e 18.8 jk 21.3 m 12.9 d T4 3.1 a 4.4 b-d 9.3 g 11.5 hi 7.1 a 3.4 a 5.7 c-e 14.6 fg 16.6 hi 10.1 b T5 3.7 ab 5.3 cd 10.7 h 11.7 h-j 7.8 b 3.2 a 5.2 b-d 13.3 f 15.2 gh 9.2 a T6 4.4 b-d 6.4 ef 13.1 k 13.3 k 9.3 d 4.2 a-c 7.0 e 18.2 jk 20.7 lm 12.5 cd Mean 4.2 a 5.9 b 12.1 c 13.8 d 3.8 a 6.3 b 16.3 c 18.5 d * For explanation see Table 1. * Objaśnienia takie jak w tabeli 1. Table 4. Injury I T [%] of leaves of Rhododendron Prinz Karneval as affected by irrigation method and temperature Tabela 4. Uszkodzenia mrozowe I T [%] liści Rhododendron Prinz Karneval w zależności od zastosowanej metody nawadniania oraz temperatury December 2014 January C 25 C 30 C mean 20 C 25 C 30 C mean T a * 20.8 cd 23.0 d-f 18.6 b 3.2 a 10.3 c 13.7 d-f 9.1 ab T a 22.7 d-f 25.1 f 20.2 c 3.2 a 10.0 c 14.2 ef 9.1 b T b 28.7 g 31.7 h 25.6 d 5.0 b 14.8 fg 15.7 g 11.8 c T a 20.4 cd 22.5 d-f 18.1 b 3.0 a 9.6 c 12.6 d 8.4 a T a 18.6 bc 20.5 cd 16.6 a 2.7 a 9.4 c 13.2 de 8.4 a T a 22.0 de 24.3 ef 19.6 bc 3.4 a 10.6 c 12.7 d 8.9 ab Mean 12.7 a 22.2 b 24.5 c 3.4 a 10.8 b 13.7 c Treatment Treatment February 2015 March C 25 C 30 C mean 20 C 25 C 30 C mean T1 6.2 a-c 7.7 bc 15.2 ef 9.7 b 6.9 ab 14.8 c-e 18.2 f 13.3 b T2 7.3 a-c 8.2 bc 17.9 gh 11.1 cd 7.8 ab 16.7 ef 20.5 g 15.0 c T3 8.1 bc 8.8 c 20.0 h 12.3 d 8.5 b 18.2 f 20.4 g 15.7 d T4 4.9 a 7.1 a-c 12.2 d 8.1 a 6.6 ab 14.3 cd 17.4 f 12.8 ab T5 5.8 ab 6.9 a-c 14.3 de 9.0 ab 6.1 a 12.9 c 15.9 d-f 11.6 a T6 6.9 a-c 6.7 a-c 17.1 fg 10.2 b 8.2 ab 17.7 f 21.7 g 15.9 cd Mean 6.5 a 7.6 b 16.1 c 7.4 a 15.8 b 19.0 c * For explanation see Table 1. * Objaśnienia takie jak w tabeli 1. nr 588, 2017

46 44 M. Koniarski, B. Matysiak CONCLUSIONS 1. For all rhododendron cultivars examined the highest cold hardiness was noted in January and February, lower in March but the lowest in December. 2. The largest frost damage was observed in Prinz Karneval and the smallest in Catawbiense Boursault cultivar. 3. Reduction of water rates in irrigation (T4 and T5 irrigation treatments) during summer especially between the first and the second vegetative growth may improve the frost resistance of Rhododendron shrubs. REFERENCES Anisko T., Lindstrom O.M., 1996a. Seasonal changes in cold hardiness of Rhododendron L. Catawbiense Boursault grown under continuous and periodic water stress. J. Am. Soc. Hortic. Sci. 121, Anisko T., Lindstrom O.M., 1996b. Survival of water-stressed Rhododendron subjected to freezing at fast or slow cooling rates. HortScience 31, Koniarski M., Matysiak B., Growth and development of potted rhododendron cultivars Catawbiense Boursault and Old Port in response to regulated deficit irrigation. J. Hort. Res. 21(1), Kreyling J., Wiesenberg G.L.B., Thiel D., Wohlfart C., Huber G., Walter J., Jentsch A., Konnert M., Beierkuhnlein C., Cold hardiness of Pinus nigra Arnold as influenced by geographic origin, warming, and extreme summer drought. Environ. Exp. Bot. 78, Kuśmierek-Tomaszewska R., Żarski J., Dudek S., Ocena przydatności automatycznej stacji pomiarowej do sterowania nawadnianiem. ZPPNR 561, Lim C.C., Arora R., Krebs S.L., Genetic study of freezing tolerance in Rhododendron populations: implications for cold hardiness breeding. J. Amer. Rhododendron Soc. 52(3), Łabędzki L., Bąk B., System monitorowania suszy na Kujawach. ZPPNR 561, Morin X., Améglio T., Ahas R., Kurz-Besson C., Lanta V., Lebourgeois F., Miglietta F., Chuine I., Variation in cold hardiness and carbohydrate concentration from dormancy induction to bud burst among provenances of three European oak species. Tree Physiol. 27(6), Pagter M., Petersen K.K., Liu F., Jensen C.R., Drought adaptations in Fuchsia magellanica and its effect on freezing tolerance. J. Am. Soc. Hortic. Sci. 133(1), Pembleton K.G., Sathish P., Giving drought the cold shoulder: a relationship between drought tolerance and fall dormancy in an agriculturally important crop. AoB Plants. 6, Poirier M., Améglio T., Impact of summer conditions of growth (drought, defoliation) on freezing tolerance of trees. Cryobiology 53(3) 137, 425. Salazar-Gutiérrez M.R., Chaves B., Anothai J., Whiting M., Hoogenboom G., Variation in cold hardiness of sweet cherry flower buds through different phenological stages. Sci. Hortic-Amsterdam 172, Swiderski A., Muras P., Koloczek H., Flavonoid composition in frost-resistant Rhododendron cultivars grown in Poland. Sci. Hortic-Amsterdam. 100, Walter J., Jentsch A., Beierkuhnlein C., Kreyling J., Ecological stress memory and cross stress tolerance in plants in the face of climate extremes. Environ. Exp. Bot. 94, 3 8. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

47 Effects of continuous and periodic water stress WPŁYW STAŁEGO I OKRESOWEGO DEFICYTU WODY NA MROZOODPORNOŚĆ ODMIAN RÓŻANECZNIKA Streszczenie. Badania mrozoodporności liści krzewów różanecznika były prowadzone w dwóch sezonach badawczych (od grudnia 2013 roku do marca 2014 roku oraz od grudnia 2014 roku do marca 2015 roku) w Instytucie Ogrodnictwa, w Skierniewicach. Celem przeprowadzonych badań było określenie następczego wpływu regulowanego deficytu nawadniania (RDI) na mrozoodporność krzewów różanecznika odmian Catawbiense Boursault, Lee s Dark Purple, Prinz Karneval oraz Old Port. W poprzednich sezonach wegetacyjnych rośliny były uprawiane w nieogrzewanej szklarni. Podczas 14 tygodni, od czerwca do połowy września, krzewy były nawadniane zgodnie z sześcioma wariantami nawodnieniowymi (T1 T6) wyznaczonymi na podstawie wartości ewapotranspiracji (ETp). Trzy z nich obejmowały jednakowe, stałe nawadnianie roślin: 1 ETp (rośliny kontrolne, dobrze nawodnione T1), 0,75 ETp (średni deficyt wody T2), 0,5 ETp (duży deficyt wody T3). Pozostałe trzy warianty obejmowały zróżnicowane nawadnianie w czasie trzech faz wzrostu roślin: 1 0,5 1 ETp silny deficyt wody w fazie II (T4), 1 0,25 1 ETp bardzo silny deficyt wody w fazie II (T5) i 0,5 1 0,5 ETp duży deficyt wody w fazach I oraz III, i dobrze nawodnione rośliny w fazie II (T6). Fazy nawadniania I i III (każda trwająca po 5 tygodni) odpowiadały wegetatywnej fazie rozwojowej krzewów. Z kolei faza II nawadniania, trwająca 4 tygodnie, odpowiadała fazie inicjacji kwitnienia oraz tworzenia pąków kwiatostanowych. W końcu września odmiany Lee s Dark Purple i Prinz Karneval posadzono do gruntu, a Catawbiense Boursault i Old Port pozostawały w zimie w szklarni. W obydwu sezonach badawczych na początku każdego miesiąca, od grudnia do marca, były przeprowadzane badania mrozoodporności liści, w których określono uszkodzenia mrozowe na podstawie wycieku elektrolitu z uszkodzonych komórek liścia. W pierwszym sezonie badawczym dla odmian Catawbiense Boursault i Old Port zastosowano wartości temperatury 10 C, 20 C, 25 C, 30 C, a w drugim doświadczeniu odpowiednio dla odmian Lee s Dark Purple i Prinz Karneval liście poddano temperaturze 20 C, 25 C, 30 C. Wyniki badań wykazały dla wszystkich czterech odmian różaneczników, że największa mrozoodporność była notowana w styczniu i lutym, średnia w marcu, zaś najmniejsza w grudniu. Wielkość stresu wodnego istotnie wpływała na mrozoodporność krzewów u wszystkich czterech badanych odmian różaneczników. W wyniku zastosowania traktowań nawodnieniowych T2 i T3 rośliny cechowały się gorszą mrozoodpornością, z kolei użycie traktowań nawodnieniowych T4, T5 oraz T6 poprawiało mrozoodporność krzewów podczas zimy w porównaniu do kontroli. Słowa kluczowe: deficyt wody, metoda nawadniania, mrozoodporność, temperatura mrożenia, pomiary wycieku elektrolitu nr 588, 2017

48

49 Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych nr 588, 2017, DOI /ZPPNR WYBRANE ZAGADNIENIA Z ZAKRESU BIOLOGII, HODOWLI I REPRODUKCJI CHRYZANTEMY WIELKOKWIATOWEJ Dariusz Kulus Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im. Jana i Jędrzeja Śniadeckich w Bydgoszczy Streszczenie. Chryzantema wielkokwiatowa zaliczana jest do najbardziej popularnych roślin ozdobnych na rynku ogrodniczym. Światowa produkcja tego gatunku rośnie z każdym rokiem. Skomplikowana biologia chryzantemy (wysoki poziom ploidalności, heterozygotyczność, poligeniczna kontrola kwitnienia, samoniezgodność oraz ograniczona żywotność pyłku) ogranicza jednak skuteczność tradycyjnych metod hodowlanych (krzyżowanie i selekcję). Dzisiaj, aby zaspokoić rosnące wymogi rynku w hodowli i rozmnażaniu tego gatunku, stosuje się nowoczesne osiągnięcia biotechnologii. W celu pozyskiwania nowych odmian wykorzystuje się hodowlę mutacyjną. W jej efekcie często uzyskuje się jednak chimery. Organizmy takie wymagają opracowania szczególnych warunków rozmnażania i przechowywania. Ostatnie dekady przyniosły jednak znaczący postęp w zakresie wykorzystania kultur tkankowych w reprodukcji chryzantemy. Celem niniejszej pracy jest przedstawienie wybranych zagadnień z zakresu biologii oraz nowoczesnych metod hodowli i reprodukcji chryzantemy wielkokwiatowej. Słowa kluczowe: chimery, chryzantema, hodowla mutacyjna, in vitro, mikrorozmnażanie WSTĘP W szerokim wachlarzu dostępnych gatunków roślin ozdobnych istnieją takie, które spotykają się ze szczególnym zainteresowaniem producentów i konsumentów. Do tej grupy należy chryzantema (rodzina astrowate, Asteraceae Dum.), która zaliczana jest do najpopularniejszych roślin ozdobnych na świecie [Zhao i in. 2009]. Każdego roku tylko w Japonii sprzedaje się jej około 2 miliardy sztuk w formie ciętej lub doniczkowej, w Holandii 1,5 miliarda, a w Chile 900 milionów. W Polsce produkcja chryzantemy dkulus@gmail.com Copyright by Wydawnictwo SGGW

50 48 D. Kulus dochodzi do kilkudziesięciu milionów, czyli tyle, ile produkuje jej cały kontynent australijski, a także Korea i pięć razy więcej niż Nowa Zelandia [Teixeira da Silva i in. 2013]. Przeciętny Polak tylko w dniu Wszystkich Świętych przeznacza na chryzantemy aż 15% całkowitej rocznej kwoty wydawanej na rośliny ozdobne [Jabłońska i Perzyńska 2009]. W produkcji chryzantemy na 1 i 2 listopada przeważają rośliny doniczkowe. Ich udział w całkowitej powierzchni uprawy wynosi 83%, a na 17% powierzchni są uprawiane cięte chryzantemy [Jabłońska i Sobczak 2011]. W okresie świąt w listopadzie Polacy zakupują kilkadziesiąt milionów doniczek. Tak ogromna światowa podaż możliwa jest dzięki opracowaniu całorocznej, sterowanej produkcji, w której na tej samej powierzchni szklarni uzyskać można nawet cztery zbiory rocznie. Technologia ta opracowana została przez K. Posta (USA) w latach 30. XX wieku [Solecka 1978]. Chryzantema jest jedną z najdłużej uprawianych roślin ozdobnych. W Chinach znana była już 1000 lat p.n.e. Wierzono wówczas, że kwiat ten skrywa klucz do nieśmiertelności i wykorzystywano ją głównie w lecznictwie. W IV wieku trafiła do Korei, a następnie Japonii, stając się jej symbolem narodowym [Dowrick 1953]. Z Azji do Europy (Holandii) dotarła w 1688 roku. Pierwsze próby jej wprowadzenia na rynek europejski okazały się jednak nieskuteczne przez trwającą w Holandii w tym czasie tulipomanię. Stało się to możliwe dopiero w 1789 roku, kiedy do Francji (a rok później także do Anglii) sprowadzono chryzantemę Old Purple [Dowrick 1953]. Do USA chryzantema trafiła w XIX wieku [Trigiano i in. 1998]. Sto lat później stała się jedną z najczęściej uprawianych roślin. Zachowanie lub udoskonalanie cech jakościowych roślin ozdobnych, takich jak: kształt liści, kolor i kształt kwiatów, długość życia w wazonie (pozbiorcza trwałość) oraz pokrój, są nadrzędnym celem współczesnych hodowców. Aby zrealizować te cele, konieczne jest wspieranie się nowoczesnymi osiągnięciami nauki. CHRYZANTEMA WIELKOKWIATOWA CHARAKTERYSTYKA GATUNKU Rodzaj Chrysanthemum obejmuje około 50 kosmopolitycznych gatunków pochodzących ze wschodniej Azji (głównie umiarkowanego i górskiego klimatu Chin), zróżnicowanych pod względem morfologicznym, spokrewnionych blisko z przedstawicielami rodzaju Ajania Poljakov oraz Arcanthemum Tzvelev [Zhao i in. 2009]. Najpopularniejszym przedstawicielem rodzaju Chrysanthemum jest chryzantema wielkokwiatowa (Chrysanthemum grandiflorum /Ramat./Kitam.), będąca mrozoodporną byliną o wzniesionej łodydze (wysokości od 0,3 do 1 m) i naprzemianlegle ułożonych liściach [Wasem i in. 2009]. Nazwa gatunku pochodzi od greckich słów krus anthemon, co znaczy złoty kwiat [Barakat i in. 2010]. Chryzantema, zaliczana jest do RDK roślin dnia krótkiego [Waseem i in. 2009]. Do wytworzenia pąków kwiatostanowych wymaga udziału fitohormonów (giberelin oraz antezyny, będących składowymi florigenu), których odpowiednio wysoki poziom regulowany jest przez fotoperiod. Chryzantema wchodzi w fazę generatywną przy dniu krótszym od krytycznej długości około 10 h (może się jednak zdarzyć, że owa krytyczna długość jest większa niż dla roślin dnia długiego). Wielobarwne kwiatostany koszyczkowate (na które składają się centralnie ułożone, starsze ewolucyjnie, obupłciowe kwiaty promieniste/rurkowe, otoczone żeńskimi kwiatami Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

51 Wybrane zagadnienia z zakresu biologii, hodowli i reprodukcji chryzantemy grzbiecistymi/języczkowatymi) umieszczone są na talerzykowatym rozszerzeniu osi łodygi, zwanym osadnikiem, spełniając funkcję atraktantów dla zapylaczy owadów i ptaków [Anderson 1988]. Chryzantemy pod względem kształtu tworzą 13 rodzajów kwiatostanów [Jerzy 2000]. Najstarsze kwiaty zlokalizowane są na obwodzie kwiatostanu [Chen i in. 2009]. W warunkach naturalnych, w ciągu jednego okresu wegetacji (którego długość zależy głównie od temperatury powietrza) chryzantema wielkokwiatowa tworzy trzy rodzaje pąków kwiatostanowych: pierwszy pąk koronowy (letni), drugi pąk koronowy (późnego lata) oraz rozwijający się najszybciej pąk szczytowy (jesienny). Kwiatostany z nich uzyskane różnią się rozmiarem oraz intensywnością barwy [Jerzy 2000, Zalewska i in. 2002]. Najładniejsze (i typowe dla odmiany), a przy tym najbardziej pożądane są te rozwijające się z pąka szczytowego, dlatego w praktyce ogrodniczej stosuje się określony fotoperiod (10 h dnia w przedłużeniu dnia lub przerwie nocy), co pozwala uzyskać kwitnące rośliny w okresie 6 8 tygodni (wczesne), 9 11 tygodni (średnio wczesne) czy do 15 tygodni (późne) [Jerzy 2000]. Ze względów ekonomicznych producenci wybierają te o najkrótszym cyklu i zbierają nawet cztery plony kwiatów w roku z danej powierzchni. Ponadto w przypadku odmian doniczkowych w celu zyskania kompaktowego, wyrównanego pokroju rośliny traktuje się retardantami wzrostu (np. fluroprimidolem) [Pobudkiewicz 2014]. Chryzantema wielkokwiatowa, jak wykazały badania przeprowadzone w Chinach w połowie lat 80. ubiegłego stulecia, jest hybrydą powstałą najprawdopodobniej wskutek przekrzyżowania Chrysanthemum indicum z C. vestitum [Zhao i in. 2009] biało i żółto kwitnących gatunków spotykanych do dzisiaj na obszarze Chin i Japonii [Dowrick 1953]. Przedstawiciele rodzaju Chrysanthemum stanowią doskonały materiał do badań genetycznych, co związane jest z ich wysokim poziomem ploidalności sięgającym od 2x do 22x, x = 9. Większość uprawianych odmian jest heksaploidami, zawierającymi chromosomy (zwykle 2n = 6x = 54). Pojawiająca się aneuploidia spowodowana jest niewłaściwą segregacją chromosomów w trakcie podziałów mejotycznych [Chen i in. 2009]. Chromosomy mogą różnić się wielkością (a tym samym zawartością DNA) nawet u gatunków o takiej samej ich liczbie. Liczba chromosomów jest pozytywnie skorelowana ze średnicą kwiatostanów [Dowrick 1953]. HODOWLA MUTACYJNA Rynek ogrodniczy nieustannie domaga się nowych odmian chryzantemy. Jednakże jej wysoki poziom alloploidalności, heterozygotyczności i samoniezgodności sporofitycznej, a także ograniczona pula genowa oraz poligeniczna kontrola wzrostu i kwitnienia roślin zawężają możliwość stosowania tradycyjnych metod hodowli (krzyżowanie i selekcja), chociaż sporadycznie pojawiają się i takie doniesienia [Miler 2013]. Niektóre odmiany w ogóle nie tworzą żywotnego pyłku lub nie zawiązują owoców (niełupek). Ze względu na trudności w pozyskiwaniu (małych) nasion o niewielkiej zawartości substancji zapasowych, chryzantema wielkokwiatowa produkowana jest na drodze wegetatywnej (klonalnej) przez sadzonki pędowe [Zalewska i in. 2010], a w ostatnich latach także przez bardziej wydajne sadzonki liściowe [Singh i Chettri 2013] (w warunkach in vitro pozyskiwane są również pramateczniki). Gatunek ten przejawia przy tym naturalne tendencje nr 588, 2017

52 50 D. Kulus do tworzenia sportów spontanicznych mutantów. Szacuje się, że aż ⅓ komercyjnych odmian powstała na drodze spontanicznych mutacji [Dowrick i El-Bayoumi 1966]. Niektóre odmiany są szczególnie podatne na ciągłe występowanie tego zjawiska, inne mogą być stabilne przez całe lata. Pierwsze sporty opisano już w 1832 roku [Dowrick 1953]. Wiele spontanicznych mutantów roślin ozdobnych (w tym chryzantemy) powstaje na skutek utraty lub nabycia dodatkowych chromosomów w efekcie nieregularnych mitoz obserwowanych przykładowo w korzeniach [Stewart i Dermen 1970]. Do najczęściej występujących zaburzeń można zaliczyć nondysjunkcję oraz zlepianie się końców chromosomów w trakcie anafazy. Może to prowadzić do zmiany ich liczby lub fragmentacji. Skutkuje to rozwojem chimery, której charakter zależeć będzie od lokalizacji zaburzeń [Dowrick i El-Bayoumi 1966]. Spontaniczne mutacje pozwoliły na uzyskanie wielu odmian różniących się wielkością, barwą i pokrojem kwiatostanów [Stewart i Dermen 1970] oraz stworzyły podwaliny dla nowoczesnych metod hodowli chryzantemy. Zmienność mutacyjna jest jednym z głównych czynników odpowiedzialnych za ewolucję, a przy tym umożliwia badanie mechanizmów genetycznych warunkujących powstanie danej właściwości (fenotypu) organizmu. Mutacja dotyczy zwykle jednej komórki, która dalej rywalizuje z normalnymi, tworząc najpierw grupę komórek, sektor, a następnie pąk i pełną roślinę [Broertjes 1966]. Wiele mutacji jest jednak eliminowanych podczas wzrostu i rozwoju przez mechanizm dryfu genetycznego oraz selekcję diploi haplontyczną. Hodowla mutacyjna (polegająca na wywoływaniu mutacji będącej niekontrolowaną zmianą w materiale genetycznym roślin pod wpływem działania mutagenu) jest obecnie jedną z najczęściej wykorzystywanych metod pozyskiwania nowych genotypów. Zwykle wykorzystuje się mutageny fizyczne, na przykład promieniowania jonizującego X lub gamma w dawce Gy przez około 15 min lub rzadziej promieniowanie elektromagnetyczne. Mutageny chemiczne, takie jak barwniki: oranż akrydynowy, zieleń malachitowa czy analogi zasad (bromouracyl, tiobromouracyl) lub związki interkalujące (bromek etydyny), są znacznie rzadziej wykorzystywane ze względu na ograniczoną penetrację tkanek. Dawniej działaniu mutagena poddawano sadzonki pędowe, a następnie liściowe [Broertjes 1966]. Obecnie w tym celu wykorzystuje się mikrosadzonki lub ich części pochodzące z kultur in vitro. Indukowane mutanty stanowią ponad 50% wszystkich komercyjnych odmian [Zalewska i in. 2010]. Do 2008 roku zarejestrowano 267 odmian mutantów chryzantem, co stanowi aż 43% wszystkich odmian roślin ozdobnych uzyskanych na tej drodze [Lee i in. 2008]. Metoda ta pozwala w ciągu roku uzyskać całą grupę różnobarwnych odmian, co w warunkach naturalnych trwałoby nawet lat. W wyniku działania mutagenu najczęściej uzyskuje się rośliny o zmienionej barwie kwiatostanu. Ze względu na wspomniany wcześniej wysoki poziom heterozygotyczności chryzantem, niemal wszystkie mutacje dotyczą zmiany genu dominującego na recesywny [Broertjes 1966]. Poza zmianą fenotypu roślin, mutacja może prowadzić także do nabycia nowych właściwości. Przykładowo Broertjes i inni [1983] uzyskali na tej drodze odmiany chryzantemy odporne na chłód, a nawet rosnące i kwitnące szybciej w obniżonej temperaturze (tzw. T-mutanty). Niestety zdarza się też, iż zmianie morfologii kwiatu towarzyszy obniżenie potencjału wzrostowego i regeneracyjnego [Lamseejan i in. 2000]. Nie bez znaczenia na pojawianie się i zakres mutacji pozostaje wybór tkanek roślinnych poddawanych działaniu mutagenu. Napromienianie fragmentów niemerystematycznych daje Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

53 Wybrane zagadnienia z zakresu biologii, hodowli i reprodukcji chryzantemy większe szanse na uzyskanie stabilnych, jednorodnie zmienionych mutantów. Podczas działania mutagenu na tkanki merystematyczne dochodzi najczęściej do powstawania chimer organizmów składających się z różnych genetycznie komponentów [Tymoszuk 2015]. Wynika to z faktu, że mutacja ogranicza się zwykle do warstwy histogenowej (inicjalnej), w której wystąpiła [Broertjes 1966]. W Polsce szczególne zasługi dla rozwoju hodowli mutacyjnej oraz uprawy chryzantemy ma prof. Marek Jerzy oraz jego współpracownicy z Katedry Roślin Ozdobnych i Warzywnych w Bydgoszczy [Jerzy i in. 1991, Miler 2005]. CHIMERYZM CHRYZANTEM STRUKTURA I POCHODZENIE CHIMER Chimery są organizmami składającymi się z dwóch lub więcej genotypów, stąd nazywane są też mozaikami genetycznymi. Etymologia słowa nawiązuje do mitologii greckiej [Szymkowiak i Sussex 1996]. Organizmy takie występują zarówno u zwierząt, jak i roślin. Chimeralne rośliny biorą swój początek z niejednorodnych genetycznie merystemów wierzchołkowych. Mogą zatem powstawać w wyniku szczepienia (takie pochodzenie miały pierwsze opisywane mozaiki), spontanicznie przez działanie promieniowania ziemskiego/kosmicznego lub w efekcie stosowania w szklarniach lamp rtęciowych (skutkującymi endoreduplikacjami, endomitozami, fuzjami komórek lub zahamowania cytokinezy, które mogą prowadzić do utraty bądź nabycia dodatkowego chromosomu, zmiany jego wielkości lub fragmentacji), a także po indukcji czynnikiem chemicznym lub fizycznym, a nawet na skutek zmian epigenetycznych [Stewart i in. 1972, Marcotrigiano 1997]. Chimeryzm może objawić się zatem na każdym etapie ontogenezy osobnika [Szymkowiak i Sussex 1996]. Związane jest to ze strukturą anatomiczną merystemów roślin wyższych. Aktywność merystemu apikalnego pędu determinuje rozwój roślin. Zakłada się on już w trakcie embriogenezy i to z niego rozwijają się następnie pozostałe organy. W merystemach wierzchołkowych i kątowych roślin okrytonasiennych występują trzy warstwy tkankowe (histogenowe/apikalne), ułożone kolejno po sobie: pierwsza warstwa tuniki L1, druga warstwa tuniki L2, oraz korpus L3 [Marcotrigiano 1997]. Układ warstw histogenowych wynika z określonych płaszczyzn podziałów komórkowych zachodzących w merystemie. Badania nad chimerami pozwoliły na określenie funkcji poszczególnych warstw w trakcie rozwoju organów roślin. Komórki tuniki przechodzą podziały antyklinalne, dzięki czemu są wyraźnie oddzielone i nie przenikają się wzajemnie. Warstwa L1 tworzy epidermę (z chloroplastami występującymi jedynie w aparatach szparkowych), zaś L2 mezodermę (mezofil/warstwę subepidermalną). W warstwie L3 natomiast komórki dzielą się zarówno antyklinalnie, jak i peryklinalnie, dając początek tkankom centralnym i przewodzącym roślin [Marcotrigiano 1997]. W rozwój łodyg, liści i pąków zaangażowane są wszystkie trzy warstwy histogenowe. Kwiatostany chryzantem pochodzą jedynie z dwóch zewnętrznych warstw: L1 i L2, przy czym warstwa L1 odpowiada za fioletową barwę kwiatów (lub jej pochodne synteza flawonoidów i karotenoidów), a L2 za pomarańczową barwę (wyłącznie synteza karotenoidów), a także ich wigor, kształt i rozmiar. Gamety powstają natomiast (w 95%) z warstwy L2 [Stewart i Dermen 1970, Wolff i in. 1995]. Korzenie przybyszowe regenerują natomiast wyłącznie z warstwy L3 [Marcotri- nr 588, 2017

54 52 D. Kulus giano 1997]. Mutacje w obrębie komórek inicjalnych poszczególnych warstw prowadzą do powstania chimer. Rozmiar zmienionego obszaru może być bardzo zróżnicowany, objawiając się w postaci smugi na płatku lub obejmując cały kwiatostan [Mandal i in. 2000]. Jeżeli mutacja obejmuje wszystkie warstwy danego sektora merystemu, tworzy się chimera sektorialna, jeżeli fragment jednej warstwy meryklinalna [Marcotrigiano 1997]. W trakcie hodowli mutacyjnej, w wyniku napromienienia merystemu, często dochodzi też do powstania chimer peryklinalnych ze zmienionym (w stosunku do formy wyjściowej) genotypem jednej z warstw, która rozwija się z pojedynczej, zmutowanej komórki [Marcotrigiano 1997]. Rodzaj powstającej chimery zależy od czynnika sprawczego oraz położenia zmienionej komórki [Szymkowiak i Sussex 1996]. W roślinie posiadającej trzy warstwy apikalne dwa genotypy mogą występować w 8 (2 3 ) aranżacjach. W przypadku mutantów barwy kwiatów będących chimerami peryklinalnymi tylko genotyp warstwy L1 różni się genetycznie od warstw głębiej położonych, w których mutacja nie pojawia się. Niejednorodność ta nie może być więc stwierdzona wizualnie [Stewart i Dermen 1970]. Stan chimery peryklinalnej danego pędu jest natomiast przekazywany pędom bocznym, dzięki czemu istnienie owej chimery jest nieograniczone. Stabilność takiego organizmu zależy od zachowania dotychczasowego wzoru podziałów komórkowych [Szymkowiak i Sussex 1996]. W przypadku chryzantemy chimeryzm rzutuje zwykle na fenotyp kwiatostanów. Rzadziej spotyka się chimery, u których jeden komponent nie tworzy chloroplastów w liściach. Mogą one występować w dwóch postaciach. Formy o liściach białobrzegich to chimery peryklinalne z chlorotyczną drugą warstwą tuniki. Formy z białymi sektorami są na ogół chimerami peryklinalnymi z chlorotyczną powierzchniową warstwą tuniki [Hejnowicz 2002]. Strukturę genetyczną roślin można zweryfikować, porównując barwę kwiatów rośliny macierzystej z kwiatami roślin uzyskanych z jej korzeni (albowiem zbudowane są one tylko z jednej warstwy L3) lub przeprowadzając separację komponentów chimer z wykorzystaniem pędów/zarodków przybyszowych, które mogą regenerować z pojedynczej komórki, a więc z jednej warstwy, chociaż znane są przypadki, kiedy merystemoidy tworzyły się z większej liczby warstw, nie gwarantując stabilności [Stewart i Dermen 1970, Zalewska i in. 2007]. W badaniach szczególnie cenne są chimery, których jeden komponent jest diploidalny, a drugi poliploidalny (cytochimery). Taka różnica znajduje wyraz w wielkości komórek i jest łatwa do zidentyfikowania zarówno w merystemie wierzchołkowym, jak i w dojrzałych organach. Chimery mają duże znaczenie w produkcji ogrodniczej, będąc cennym źródłem nowych fenotypów, możliwych do odzyskania na drodze organogenezy przybyszowej, bez zmian wymagań uprawowych czy innych ważnych pod względem ogrodniczym cech. W tym celu wykorzystane zostały już na początku XIX wieku [Stewart i in. 1972]. Ponadto mają zastosowanie w badaniu interakcji między komórkami w trakcie rozwoju rośliny [Szymkowiak i Sussex 1996]. Są jednak problematyczne w rozmnażaniu i przechowywaniu. Rearanżacja warstw (na przykład wskutek uszkodzenia tkanek warstwy L1 w trakcie niewłaściwego przechowywania i zastąpienia ich tkankami L2) skutkuje bowiem kolejną zmianą barwy i/lub pokroju kwiatów lub rzadziej liści [Marcotrigiano 1997]. Aby zachować stabilność, chimery namnaża się technikami wykorzystującymi eksplantaty merystematyczne, na przykład metodą jednowęzłowych fragmentów pędu. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

55 Wybrane zagadnienia z zakresu biologii, hodowli i reprodukcji chryzantemy Nowe pędy rosną wówczas bezpośrednio z pąków bocznych zlokalizowanych w kątach liści, co pozwala na wierne powtórzenie cech chimery peryklinalnej [Zalewska i in. 2012]. Mikrorozmnażanie drogą pąków przybyszowych oraz embriogenezy somatycznej nie gwarantuje stabilności, jeśli regeneracja ma charakter pośredni (przez kalus) lub jeżeli struktury te mają wielokomórkowe i wielowarstwowe pochodzenie. Chryzantemy są jednak ciekawym przykładem roślin, które nawet jeśli regenerują z kalusa (którego polimorfizm został potwierdzony badaniami genetycznymi), zdolne są do formowania pędów jednorodnych genetycznie, co wskazuje na pewien rodzaj selekcji zachodzącej w trakcie organogenezy [Miñano i in. 2014]. DETERMINACJA BARWY KWIATOSTANÓW CHRYZANTEM Za barwę kwiatów odpowiadają trzy główne grupy barwników: betalainy (popularne u kaktusów), karotenoidy i antocyjany. Betalainy i antocyjany bardzo rzadko występują równocześnie. Antocyjany i karotenoidy mogą zaś pojawiać się razem [Grotewold 2006]. U większości chryzantem barwniki zlokalizowane są w kwiatach języczkowatych. Wyjątek stanowi anemonowy typu kwiatostanu, w przypadku którego obecne są one zarówno w kwiatach języczkowatych, jak i rurkowych. W konsekwencji odmiany takie cieszą się największym zainteresowaniem [Chen i in. 2009]. Barwniki zlokalizowane są głównie w komórkach górnej i dolnej epidermy kwiatów [Dowrick i El Bayoumi 1966]. Przy czym antocyjany występują w wakuolach warstwy L1, a żółte chromoplasty rozproszone są w cytoplazmie zarówno warstwy L1, jak i L2 [Stewart i Dermen 1970]. Wśród chryzantem wyróżnia się cztery podstawowe grupy kolorystyczne kwiatów: białe zawierające flawonole (apigeninę, akacetynę, kwercytynę oraz luteolinę); żółte z karotenoidami (luteiną, ksantofilem, taraksantyną i flawoksantyną); różowe/fioletowe posiadające antocyjany (cyjanidynę i jej pochodne: malwidynę oraz ensatynę) i flawonole oraz brązowe (pomarańczowe do czerwonych) zawierające zarówno flawonoidy, jak i karotenoidy [Anderson i in. 1988]. Obecność barwników w kwiatach i ich rozwój warunkowane są genetycznie. Jeden gen odpowiada za syntezę pojedynczego barwnika [De Jong i Custers 1986]. Przykładowo za syntezę antocyjanów odpowiadają geny: CHS, CHI, F3H, F3 H, F3 5 H, DFR oraz LDOX [Lee i in. 2008]. Produkt genu CmCCD4a, CCD (ang. carotenoid cleavage dioxygenase) odpowiada natomiast za degradację karotenoidów, a tym samym biały kolor kwiatów. Ponadto poza genami strukturalnymi w determinacji barwy kwiatów biorą udział geny regulatorowe oraz transpozony (na przykład MELs ang. mobile element-like sequences, DRs ang. direct repeats) [Lee i in. 2008]. Zaburzenia podziałów komórkowych (nondysjunkcja chromatyd) lub pojawienie się mutacji w obrębie określonych odcinków DNA może jednak doprowadzić do zmiany ekspresji genów i syntezy barwników/enzymów, a w konsekwencji zmiany barwy kwiatów [Anderson i in. 1988]. Należy przy tym podkreślić, że niektóre z tych genów występują w większej liczbie kopii, co także przekłada się na ostateczny efekt mutacji [Lee i in. 2008]. Ponadto uzależniony jest on także od chwili, w której mutacja nastąpi. Zahamowanie syntezy antocyjanów we wczesnym etapie produkcji skutkuje uzyskaniem białych kwiatów. Jeśli jednak do inhibicji dochodzi nr 588, 2017

56 54 D. Kulus w późniejszym etapie, efekt może być różny w zależności od tego, jaki barwnik i ile barwnika zostało wcześniej zakumulowane. Warunki środowiskowe mogą także powodować zmiany zabarwienia organów. Przykładowo chłód stymuluje akumulację antocyjanów w liściach i kwiatach [Lee i in. 2008]. Podobny efekt wywołuje światło. Duże znaczenie ma także ph soku komórkowego, zwłaszcza w przypadku chlorofilu w liściach [Zalewska i in. 2002]. Najczęściej spotykaną zmianą u chryzantemy jest nabycie żółtych chromoplastów. Zmiana ta może pojawić się na każdym etapie rozwoju rośliny wskutek zaburzenia mitoz i związana jest z utratą chromosomu niosącego dominujący gen supresorowy żółtego barwnika [Stewart i Dermen 1970]. Bezpośrednia zmiana koloru kwiatów z różowego na żółty jest jednak bardzo rzadka, gdyż wymaga zarówno supresji syntezy antocyjaniny na drodze mutacji, jak i uaktywnienia genów odpowiedzialnych za żółtą barwę na drodze utraty chromosomu [Stewart i Dermen 1970]. Zmiana fenotypu staje się źródłem poważnych strat finansowych przedsiębiorstw branżowych, dlatego też jest niedopuszczalna w komercyjnej produkcji ogrodniczej. Poszukuje się więc wydajnych metod przechowywania i ochrony zasobów genowych chryzantemy. ROLA KULTURY IN VITRO W NAMNAŻANIU I POPULARYZACJI CHRYZANTEMY Aby zaspokoić rosnące wymogi rynku, konieczne jest wprowadzenie innowacyjnych rozwiązań pozyskiwania nowych odmian popularnych gatunków roślin ozdobnych [Zhao i in. 2009]. Z tych względów obecnie w produkcji ogrodniczej coraz większą rolę odgrywają nowoczesne metody bazujące na kulturach tkankowych. Minęło 115 lat od czasu publikacji pierwszych koncepcji roślinnych kultur in vitro autorstwa Gottlieba Haberlandta. W tym czasie nastąpił ogromny postęp w biotechnologii roślin [Read i Preece 2007]. Od 40 lat (w Polsce od 30) produkcja gatunków roślin ozdobnych jest systematycznie przenoszona do laboratoriów i kultur w szkle. Kultury tkankowe bazujące na zjawisku totipotencji unikatowej zdolności roślin do odtwarzania całego organizmu z pojedynczej komórki lub grupy komórek, bez fuzji gamet stanowią podstawowe narzędzie w pracy biotechnologów. W technologii tej niewielkie fragmenty roślin, zwane eksplantatami, uprawiane są na syntetycznych pożywkach w sterylnych, ściśle kontrolowanych warunkach fizycznych. Najbardziej znaczącym zastosowaniem kultur tkankowych jest mikrorozmnażanie (metoda wegetatywnego rozmnażania roślin w warunkach in vitro). Technologię tę opracowano w USA oraz Europie Zachodniej [Wróblewska i Rudzki 2012]. Światowa roczna produkcja roślin z wykorzystaniem kultur in vitro tylko w ciągu ostatnich 10 lat wrosła z 800 milionów do 2 miliardów, z czego 80% to gatunki ozdobne [Rout i in. 2006, Wróblewska i Rudzki 2012]. W przypadku chryzantem kultury in vitro wykorzystywane są też m.in. do uwalniania roślin od wirusów [Previati i in. 2008], produkcji sztucznych nasion [Pinker i Abdel-Rahman 2005], haploidów zarówno na drodze andro-, jak i gynogenezy [Watanabe 1977, Gao i in. 2011], indukowania zmienności [Miler i Zalewska 2014], pozyskiwania metabolitów wtórnych [Teixeira da Silva i in. 2013], separacji chimer i ratowania hybryd [Tymoszuk i Zalewska 2014], w poszukiwaniu Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

57 Wybrane zagadnienia z zakresu biologii, hodowli i reprodukcji chryzantemy genetycznego pokrewieństwa wśród uzyskiwanych mutantów i elitarnych odmian [Mukherjee i in. 2013] oraz w badaniach podstawowych z wykorzystaniem transformacji genetycznej [Lee i in. 2013], a także krioprezerwacji [Kulus 2015]. Warunki kultury in vitro chryzantemy są dobrze poznane [Waseem i in. 2013]. Pierwsze prace z tego zakresu pochodzą z drugiej połowy ubiegłego wieku [Hill 1968]. W 1952 roku Morel i Martín wykorzystali kulturę merystemów do uzyskania wolnych od wirusów roślin. W 1974 roku Earle i Langhans uzyskali mikrosadzonki chryzantemy, wykorzystując 0,5 mm długości pąki wierzchołkowe. Pozwala to przypuszczać, że eksplantaty takie mogą być z powodzeniem wykorzystywane w krioprezerwacji. Kolejne prace dotyczyły wpływu różnych regulatorów wzrostu na zdolność regeneracyjną stożków wzrostu. Pierik [1987] wykazał, że w przypadku chryzantemy najważniejsza jest w pożywce obecność cytokinin. Należy jednak mieć na uwadze, iż w przypadku niestabilnych odmian będących chimerami obecność niektórych cytokinin może zaburzać ich strukturę histogenową. Z tego powodu wskazane jest stosowanie kinetyny (KIN) lub tidiazuronu (TDZ) zamiast popularnej benzyloadeniny (BA). Kolejne dekady przyniosły ogromny postęp w dziedzinie mikrorozmnażania chryzantemy. W 1996 roku Grewal i inni opracowali wydajną metodę szybkiego namnażania wolnych od chorób chryzantem. Obecnie coraz częściej są one produkowane z wykorzystaniem technologii kultur tkankowych, dzięki czemu uzyskane w ten sposób rośliny cechują się lepszą jakością oraz szybszym rozwojem [Ilahi i in. 2007]. Wielu autorów dowiodło dużej efektywności namnażania chryzantem (różnych gatunków i odmian) w kulturach in vitro, uzyskując regenerację roślin z fragmentów pędów (węzłów i międzywęźli), pąków bocznych i wierzchołkowych, merystemów apikalnych, korzeni, liści, płatków, zalążni czy nawet protoplastów na pożywkach o różnorodnym składzie [Waseem i in. 2011, 2013, Teixeira da Silva 2014]. Mikrorozmnażanie odgrywa ważną rolę w produkcji chryzantemy wielkokwiatowej. Wiele komercyjnych laboratoriów wprowadziło ten gatunek do swojego asortymentu. Dotychczas do mikrorozmnażania chryzantemy wielkokwiatowej wykorzystano technikę jednowęzłowych fragmentów pędów [Miler i Zalewska 2014] oraz pąków przybyszowych [Kaul 1990], a także bezpośrednią i pośrednią embriogenezę somatyczną [Ilahi i in. 2007], w zależności od dostępnego materiału roślinnego oraz pożądanego celu. W przypadku stabilnych odmian chryzantemy najczęściej wykorzystywaną metodą ich mikrorozmnażania jest jednak metoda pędów przybyszowych. Dotychczasowe badania wykazały, że eksplantaty pędowe chryzantemy cechują się większym potencjałem regeneracyjnym niż liściowe, chociaż to na tych drugich częściej uzyskuje się bardziej pożądaną regenerację bezpośrednią [Kaul i in. 1990]. W przypadku odmian z grupy Lady bardzo dobre rezultaty uzyskuje się, stosując zmodyfikowaną pożywkę MS [Murashige i Skoog 1962] uzupełnioną 2,66 μm BA i 11,42 μm IAA [Zalewska i in. 2007]. Organogeneza przybyszowa ma ogromne znaczenie dla hodowli mutacyjnej oraz transgenicznej, gdyż pędy przybyszowe często regenerują z pojedynczej komórki. Nie ma więc wówczas ryzyka tworzenia się chimer [Zalewska 2010]. Ponadto zjawisko to może być wykorzystane w separacji chimer. Często zdarza się bowiem, że w efekcie hodowli mutacyjnej tworzą się chimery meryklinalne lub sektorialne, w których tylko pewien obszar merystemu ulega mutacji. Dzięki regeneracji roślin z tego niewielkiego fragmentu możliwe jest uratowanie cennego genotypu, którego nie można odseparować nr 588, 2017

58 56 D. Kulus w warunkach in vivo. Organogeneza może przebiegać przez kalus, więc może towarzyszyć jej wystąpienie zmienności somaklonalnej. Wynika to z faktu, że kalus jest niestabilną genetycznie tkanką, co powodują pojawiające się często aberracji chromosomów: ich zlepiania, pękania, delacji, translokacji itp. W rezultacie możliwe jest uzyskanie wielu nowych odmian [Zalewska i in. 2007]. Obecnie uważa się, że najbardziej wydajną techniką mikrorozmnażania roślin jest embriogeneza somatyczna, zwłaszcza z wykorzystaniem bioreaktorów. Jak dowodzą Kereša i inni [2012], eksplantatem najbardziej podatnym na indukcję embriogenezy u chryzantemy są kolejno liście, płatki kwiatów, najmniej zaś fragmenty pędów (międzywęźla). Największy współczynnik konwersji zarodków w rośliny uzyskano jednakże z zarodków zregenerowanych z płatków (52%). Aby uaktywnić kompetencję komórek, eksplantaty należy wyłożyć na pożywkę uzupełnioną wysokim stężeniem auksyn i niższym cytokinin [Lema-Rumińska i in. 2015]. Jak donoszą Tanaka i inni [2000], najlepiej sprawdza się wysokie stężenie IAA (5,7 μm) z dodatkiem kinetyny (0,5 μm). Z kolei Kereša i inni [2012] najwięcej zarodków somatycznych uzyskali na drodze bezpośredniej, stosując pożywkę MS z 5,4 μm kwasu naftylooctowego (NAA) oraz 0,4 μm BA. Efektywność konwersji zarodków somatycznych chryzantem jest jednak ograniczona, co limituje wykorzystanie tej techniki mikrorozmnażania. Badania przeprowadzone przez Kaul i innych [1990] oraz Barakata i innych [2010] dowiodły, iż wydajność kultur in vitro chryzantem jest silnie uzależniona od odmiany. Istotnym problemem pozostaje także kwestia sposobu przechowywania ogromnej liczby tworzonych genotypów, które z czasem przestają być obiektem bezpośredniego zainteresowania. Pinker i Abdel-Rahman [2005] opracowali metodę produkcji sztucznych nasion chryzantemy, która wykorzystuje proces zamykania pąków wierzchołkowych w alginianowej otoczce w celu ich krótkotrwałego przechowywania podczas transportu, które następnie można łatwo odtworzyć in vitro lub ex vitro. Metoda ta pozwala jednak na maksymalnie kilkumiesięczne zabezpieczenie materiału roślinnego. Także zastosowanie spowolnionego wzrostu w warunkach kultur in vitro wiąże się z ryzykiem wystąpienia zmienności somaklonalnej. Jevremović i inni [2006] po 10 latach prowadzenia kultury chryzantemy White Spider uzyskali 10% roślin o zmienionym kolorze oraz morfologii kwiatostanów. Sutter i Langhans [1981] zaobserwowali liczne zmiany fenotypu chryzantem przechowywanych przez 9 lat in vitro. Cechowały się one mniejszymi, nieregularnymi kwiatostanami, a także opóźnionym kwitnieniem. Z tych powodów kwestia opracowania skutecznych metod długotrwałego przechowywania zasobów genowych chryzantem pozostaje otwarta, niewątpliwie jednak kultury tkankowe będą stanowiły integralny element systemów ochrony zasobów genowych. PODSUMOWANIE Chryzantema dzięki dużej trwałości i różnorodności kwiatostanów jest uprawiana i hodowana na całym świecie zarówno na kwiat cięty, jak i doniczkowy. W efekcie niesłabnącej popularności każdego roku powstają setki nowych odmian, głównie na drodze hodowli mutacyjnej (z wykorzystaniem promieniowanie X lub gamma), które namnażane są m.in. z wykorzystaniem kultur in vitro. Chryzantemy są pod tym Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

59 Wybrane zagadnienia z zakresu biologii, hodowli i reprodukcji chryzantemy względem jednak szczególnie trudnym materiałem. Wiele z nich to bowiem chimery o niejednorodnej strukturze genetycznej. Organizmy takie są szczególnie narażone na wystąpienie zmienności, jeśli rozmnażane lub przechowywane są w niewłaściwy sposób. Z tych względów w przypadku roślin chimeralnych najczęściej w reprodukcji in vitro wykorzystuje się technikę jednowęzłowych fragmentów pędu. Inne metody mikrorozmnażania mogą doprowadzić do separacji komponentów chimery, jeśli regeneracja zachodzi pośrednio przez kalus. Metody te jednak mogą być bardzo cenne w hodowli na etapie regeneracji. Podziękowania Autor pragnie podziękować Pani dr hab. inż. Annie Mikule, prof. PAN za cenne wskazówki w trakcie przygotowywania niniejszej pracy. LITERATURA Anderson N.O., Ascher P.D., Widmer R.E., Thin-layer chromatographic analysis of flower color phenotypes in Dendranthema grandiflorum Ramatuelle inbreds and clonal cultivars. Euphytica 37, Barakat M.N., Abdel Fattah R.S., Badr M., El-Torky M.G., In vitro culture and plant regeneration derived from ray florets of Chrysanthemum morifolium. Afr. J. Biotech. 9(8), Broertjes C., Mutation breeding of chrysanthemums. Euphytica 15, Broertjes C., Koene P., Pronk T.H., Radiation-induced low-temperature tolerant cultivars of Chrysanthemum morifolium Ram. Euphytica 32, Chen F-D., Li F-T., Chen S-M., Guan Z-Y., Fang W-M., Meiosis and pollen germability in small-flowered anemone type chrysanthemum cultivars. Plant Syst. Evol. 280, De Jong J., Custers J.B.M., Induced changes in growth and flowering of chrysanthemum after irradiation and in vitro culture of pedicels and petal epidermis. Euphytica 35, Dowrick G.J., The chromosomes of chrysanthemum II. Heredity 7, Dowrick G.J., El-Bayoumi A., The induction of mutations in chrysanthemum using X and gamma radiation. Euphytica 15, Earle E.D., Langhans R.W., Propagation of chrysanthemum in vitro I. Multiple plantlets from shoot tips and the establishment of tissue cultures. J. Am. Soc. Hortic. Sci. 99, Gao Y., Chen B., Zhang J., Anther culture of garden chrysanthemum. Acta Hortic. 923, Grewal H.S., Gosal S.S., Arora J.S., Singh K., Propagation of ornamental plants through tissue culture. W: A.S. Islam (red.), Plant Tissue Culture. Oxford & IBH Publishing, New Dehli, Grotewold E., The genetics and biochemistry of floral pigments. Ann. Rev. Plant Biol. 57, Hejnowicz Z., Anatomia i histogeneza roślin naczyniowych. Państwowe Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa. Hill G.P., Shoot formation in tissue cultures of Chrysanthemum Bronze Pride. Physiol. Plant. 21(2), Ilahi I., Jabeen M., Sadaf N., Rapid clonal propagation of Chrysanthemum through embryogenic callus formation. Pak. J. Bot. 39(6), nr 588, 2017

60 58 D. Kulus Jabłońska L., Perzyńska K., The level of demand for ornamental plants in Warsaw in 2007 and its determinants. Zesz. Nauk. Instytutu Sadownictwa i Kwiaciarstwa 17, Jabłońska L., Sobczak W., Rynek chryzantemy w Polsce w okresie Święta Wszystkich Świętych. Roczniki N. Rol. S. G. 98(4), Jerzy M., Chryzantemy. PWRiL, Warszawa. Jerzy M., Zalewska M., Piszczek P., Mutageneza u chryzantemy wielkokwiatowej (Dendranthema grandiflora Tzvelev) indukowana in vitro promieniowaniem X i gamma. Hodowla Roślin i Nasiennictwo 3, Jevremović S., Trifunović M., Nikolić M., Subotić A., Radojević L., Clonal fidelity of chrysanthemum regenerated from long term cultures. Genetika 38(3), Kaul V., Miller R.M., Hutchinson J.F., Richards D., Shoot regeneration from stem and leaf explants of Dendranthema grandiflora Tzvelev. Plant Cell Tiss. Org. Cult. 21, Kereša S., Mihovilović A., Barić M., Židovec V., Skelin M The micropropagation of chrysanthemums via axillary shoot proliferation and highly efficient plant regeneration by somatic embryogenesis. Afr. J. Biotech. 11(22), Kulus D., Application of cryopreservation for chrysanthemum genetic resources conservation. ISHS Acta Horticulturae 1087, Lamseejan S., Jompuk P., Wongpiyasatid A., Deeseepan S., Kwanthammachart P., Gammarays induced morphological changes in chrysanthemum (Chrysanthemum morifolium). Kasetsart J. Nat. Sci. 34, Lee G-J., Chung S.J., Park I.S., Lee J.S., Kim J B., Kim D.S., Kang S-Y., Variation in the phenotypic features and transcripts of color mutants of chrysanthemum (Dendranthema grandiflorum) derived from gamma ray mutagenesis. J. Plant Biol. 51(6), Lee S.Y., Kim J.H., Cheon K.S., Lee E.K., Kim W.H., Kwon O.H., Lee H.J., Phenotypic and molecular characteristics of second clone (T0V2) plants of the LeLs-antisense gene-transgenic chrysanthemum line exhibiting non-branching. J. Plant Biotech. 40, Lema-Rumińska J., Tymoszuk A., Miler N., Durau B., Regeneracja kalusa z eksplantatów korzeniowych u Chrysanthemum grandiflorum (Ramat.) Kitam. ZPPNR 580, Mandal A.K.A., Chakrabarty D., Datta S.K., In vitro isolation of solid novel flower colour mutants from induced chimeric ray florets of chrysanthemum. Euphytica 114, Marcotrigiano M., Chimeras and variegation, patterns and deceit. Hort. Sci. 32, Miler N., Dlaczego warto stosować mutagenezę indukowaną w hodowli chryzantem? Biotechnologia 69, Miler N., A może by tak wrócić do krzyżowania chryzantem? Materiały z sympozjum nt. Co nowego w chryzantemach, Poznań, Miler N., Zalewska M., Somaclonal variation of chrysanthemum propagated in vitro from different explants type. Acta Sci. Pol., Hort. Cult. 13(2), Miñano H.S., Ibáñez M., González-Benito M., Martín C., Sequential study of the genetic stability of callus and regenerated shoots in chrysanthemum. Prop. Orn. Plants 14, Morel G., Martín S., Guérison de dahlias atteints d une maladie à virus. Comptes Rendus de l Académie des Sciences 235, Mukherjee A.K., Dey A., Acharya L., Palai S.K., Panda P.C., Studies on genetic diversity in varieties of Chrysanthemum using RAPD and ISSR markers. Indian J. Biotech. 12, Murashige T., Skoog F., A revised medium for rapid growth and bio assays with tobacco tissue cultures. Physiol. Plant. 15, Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

61 Wybrane zagadnienia z zakresu biologii, hodowli i reprodukcji chryzantemy Pierik R.L.M., In vitro propagation of higher plants. Martínus Nizhoof Publishers, Boston. Pinker I., Abdel-Rahman S.S.A., Artificial seeds for propagation of Dendranthema grandiflora (Ramat.). Prop. Orn. Plants 5(4), Pobudkiewicz A., Effect of growth retardant on some morphological and physiological traits of chrysanthemum. Pol. J. Nat. Sci. 29(4), Previati A., Banelli C., Da Re F., Giannini M., In vitro production of virus-free chrysanthemum stock plants for cut flowers. Prop. Orn. Plants 8(3), Read P., Preece J., Micropropagation of ornamentals: the wave of the future? Prop. Orn. Plants 7(3), Rout G.R., Mohapatra A., Jain S.M., Tissue culture of ornamental pot plant: A critical review on present scenario and future prospects. Biotechnol. Adv. 24, Singh P., Chettri R., A new propagation method for rapid multiplication of chrysanthemum under in vivo conditions. Int. J. Conserv. Sci. 4(1), Solecka M., Chryzantemy. PWRiL, Warszawa. Stewart R.N., Dermen H., Somatic genetic analysis of the apical layers of chimeral sports in chrysanthemum by production of adventitious shoots. Am. J. Bot. 57(9), Stewart R.N., Meyer F.G., Dermen H., Camellia + Daisy Eagleson a graft chimera of Camellia sasanqua and C. japonica. Am. J. Bot. 59(5), Sutter E., Langhans R.W., Abnormalities in chrysanthemum regenerated from long term cultures. Ann. Bot. 48(4), Szymkowiaki E.J., Sussex I.M., What chimeras can tell us about plant development. Ann. Rev. Plant Physiol. Mol. Biol. 47, Tanaka K., Kanno Y., Kudos S., Suzuki M., Somatic embryogenesis and plant regeneration in chrysanthemum (Dendranthema grandiflorum (Ramat.) Kitamura). Plant Cell Rep. 19, Teixeira da Silva J.A., Novel factors affecting shoot culture of chrysanthemum (Dendranthema grandiflora). Botanica Lithuanica 20(1), Teixeira da Silva J.A., Shinoyama H., Aida R., Matsushita Y., Raj S.K., Chen F., Chrysanthemum Biotechnology, Quo vadis? Critical Rev. Plant Sci. 32, Trigiano R.N., Scott M.C., Caetano-Anollés G., Genetic signatures from amplification profiles characterize DNA mutation in somatic and radiation-induced sports of Chrysanthemum. J. Am. Soc. Hortic. Sci. 123(4), Tymoszuk A., Hodowla chryzantemy wielkokwiatowej na drodze mutagenezy indukowanej promieniowaniem X i gamma. ZPPNR 582, Tymoszuk A., Zalewska M., In vitro adventitious shoots regeneration from ligulate florets in the aspects of application in chrysanthemum breeding. Acta Sci. Pol., Hort. Cult. 13(2), Waseem K., Jilani M.S., Jaskani M.J., Khan M.S., Kiran M., Khan G., Significance of different plant growth regulators on the regeneration of chrysanthemum plantlets (Dendranthema morifolium L.) through shoot tip culture. Pak. J. Bot. 43(4), Waseem K., Jilani M.S., Khan M.S., Kiran M., Khan G Efficient in vitro regeneration of chrysanthemum (Chrysanthemum morifolium L.) plantlets from nodal segments. Afr. J. Biotech. 10(8), Waseem K., Khan M.Q., Jaskani J., Jilani M.S., Khan M.S., Effect of different auxins on the regeneration capability of chrysanthemum leaf discs. Int. J. Agric. Biol. 11, Watanabe G., Successful ovary culture and production of F1-hybrids and androgenic haploids in Japanese Chrysanthemum species. J. Heredity 68(5), nr 588, 2017

62 60 D. Kulus Wolff K., Zietkiewicz E., Hofstra H., Identification of chrysanthemum cultivars and stability of DNA fingerprint patterns. Theor. Appl. Genet. 91(3), Wróblewska W., Rudzki P., The production tendency of ornamental plants by tissue culture in Poland and the world. Ann. Univerisitatis Mariae Curie-Skłodowska 22(4), Zalewska M., Antkowiak M., Tymoszuk A., Micropropagation of Ajania pacifica (Nakai) Bremer et Humphries with single-node method. Nauka Przyroda Technologie 6, 1 6. Zalewska M., Lema-Rumińska J., Miler N., In vitro propagation using adventitious buds technique as a source of new variability in chrysanthemum. Sci. Hortic. 113, Zalewska M., Lema-Rumińska J., Woźny A., Występowanie barwników w kwiatach języczkowatych chryzantemy wielkokwiatowej (Dendranthema grandiflora Tzvelev) w zależności od rodzaju pąka kwiatostanowego. ZPPNR 483, Zalewska M., Miler N., Tymoszuk A., Drzewiecka B., Winiecki J., Results of mutation breeding activity on Chrysanthemum grandiflorum /Ramat./ Kitam. in Poland. Electron. J. Polish Agric. Univ. 13(4) #27. Zhao E.H., Liu Z.H., Hu X., Yin J.L., Li W., Rao G.Y., Zhang X.H., Huang C.L., Anderson N., Zhang Q.X., Chen J.Y., Chrysanthemum genetic resources and related genera of Chrysanthemum collected in China. Genet. Res. Crop Evol. 56, SELECTED ASPECTS OF BIOLOGY, BREEDING AND REPRODUCTION OF CHRYSANTHEMUM Summary. Due to a great variety of flower shapes and colours, chrysanthemum is one of the most popular ornamental plants. It is expected that in the future chrysanthemum may become the number one product on the market. However, a complicated biology of the species; high ploidy and heterozygosis, polygenic control of flowering, self-incompatibility and limited pollen viability, reduces the efficiency of traditional breeding methods (selection and crossing), popular in the 19 th century when they allowed for the production of dozens of cultivars. Today, in order to meet the growing demands of the market, modern biotechnology tools are applied. Mutation breeding (with the use of physical agents: 5 30 Gy X or gamma irradiation mainly) are commonly used since the 1960s. The technique facilitates a fast and low-cost production of new cultivars; with changed flower colour, leaf shape or the entire plant architecture being altered. The most efficient cultivars used as a source of explants for mutation breeding are those of purple flowers, while the least the yellow-blooming ones. As a results of induced or spontaneous mutations, however, genetically unstable chimeras are often regenerated, if the mutation is present only in the part of the meristem. Such organisms require particular consideration while developing protocols for their storage and propagation, since they are vulnerable for the separation of chimerical components. The recent decades have brought a significant progress in the application of tissue culture in chrysanthemum reproduction and breeding. In vitro cultivation of chrysanthemum was first developed in the 20 th century and used for eliminating viruses and other pathogens. For this purpose meristem cultures have been still applied. The most popular application of tissue cultures, however, is micropropagation. As for chrysanthemum, various explant types were used for multiplication; roots, leaves, nodes, internodes and flowers. In general, stem explants are more efficient than leaves in terms of the multiplication rate, while flowers are more susceptible to the occurrence of somaclonal variation. Explants with meristems, usually single-node fragments, are used for vegetative multiplications of periclinal chimeras since only then can Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

63 Wybrane zagadnienia z zakresu biologii, hodowli i reprodukcji chryzantemy their stability be maintained. Other techniques; adventitious organogenesis and somatic embryogenesis, are more efficient, as based on the concept of plant totipotency, however, they are more threatened with somaclonal variation occurrence and have a limited use with commercial propagation of chimeras. Still they are very useful in both mutation and transgenic breeding at the stage of regeneration. To stimulate regeneration cytokinins, usually benzyladenine, and various auxins, in lower concentrations, are applied. The aim of this paper is to present selected aspects of biology and modern methods of breeding and reproduction in chrysanthemum. Key words: chimeras, chrysanthemum, mutation breeding, in vitro culture, micropropagation nr 588, 2017

64

65 Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych nr 588, 2017, DOI /ZPPNR WPŁYW DODATKU PREPARATU BŁONNIKA JĘCZMIENNEGO VITACEL BG 300 NA WYBRANE WYRÓŻNIKI JAKOŚCI KONSERW MIĘSNYCH Joanna Miazek, Bartłomiej Cebula, Mirosław Słowiński Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie Streszczenie: Celem badań było określenie wpływu dodatku preparatu błonnika jęczmiennego Vitacel BG 300 na wybrane wyróżniki jakości pasteryzowanych i sterylizowanych konserw mięsnych. Przygotowano sześć wariantów konserw, różniących się wielkością dodatku preparatu błonnikowego (0,0; 3,0 i 6,0%) oraz rodzajem zastosowanej obróbki termicznej (pasteryzacja i sterylizacja). W gotowych konserwach oceniono: wielkość ubytków masy podczas obróbki termicznej, parametry barwy (CIE L*a*b*), parametry tekstury oraz wybrane cechy sensoryczne. Stwierdzono, że niezależnie od rodzaju obróbki termicznej dodatek preparatu błonnikowego Vitacel BG 300 na poziomach 3,0 i 6,0% do konserw z mięsa drobiowego nie wpłynął istotnie ani na ilość wycieku termicznego, ani na wartości parametrów barwy L* oraz a*. Spowodował natomiast istotny wzrost wartości parametru barwy b* oraz zwiększenie twardości bloków konserw, co jednocześnie wiązało się ze wzrostem parametru żujności. Ocena organoleptyczna wykazała, że konserwy mięsne zawierające dodatek preparatu BG 300 nie różniły się istotnie od wyrobu kontrolnego. Słowa kluczowe: błonnik jęczmienny, konserwa mięsna, β-glukan WSTĘP Preparaty błonnikowe są dosyć powszechnie wykorzystywane w przetwórstwie mięsa ze względu na swoje właściwości technologiczne, a także zdrowotne. Ich obecność w produktach mięsnych wiąże się z osiągnięciem takich korzyści technologicznych, jak: polepszenie wiązania wody i tłuszczu przy jednoczesnej redukcji wycieku w procesie obróbki termicznej, poprawa tekstury z jednoczesnym wzrostem lepkości, ograniczenie synerezy oraz możliwość kontroli aktywności wody [Tarte 2009]. joanna_miazek@sggw.pl Copyright by Wydawnictwo SGGW

66 64 J. Miazek, B. Cebula, M. Słowiński Od pewnego czasu w produkcji żywności prowadzone są próby wykorzystania preparatów błonnika owsianego i jęczmiennego, co spowodowane jest chęcią wzbogacenia produktów mięsnych w składnik prozdrowotny, jakim jest rozpuszczalny w wodzie ß-glukan. Związek ten jest polisacharydem zbudowanym z cząsteczek D-glukozy połączonych wiązaniami β-glikozydowymi w określonych pozycjach, jest składnikiem budującym ściany komórkowe drobnoustrojów, alg, grzybów oraz zbóż [Gibiński i Sikora 2009]. Zgodnie z rozporządzeniami Komisji (UE) 1160/2011 (z dnia 14 listopada 2011 r.) oraz 1048/2012 (z dnia 8 listopada 2012 r.) na etykiecie wyrobów z dodatkiem błonnika jęczmiennego i owsianego, zawierających β-glukan w ściśle określonej w rozporządzeniach ilości, możliwe jest umieszczenie następujących oświadczeń zdrowotnych: Wykazano, że β-glukan występujący w owsie/jęczmieniu obniża/redukuje poziom cholesterolu we krwi. Wysoki poziom cholesterolu jest czynnikiem ryzyka rozwoju choroby wieńcowej serca. Celem przeprowadzonych badań było wytworzenie i ocena konserw pasteryzowanych i sterylizowanych, w których zastosowano dodatek błonnika jęczmiennego, bogatego w β-glukan. MATERIAŁ I METODY Przedmiot badań stanowiły modelowe konserwy wyprodukowane z mięsa ud kurcząt oraz podgardla wieprzowego, ze zróżnicowaną ilością dodatku preparatu błonnika jęczmiennego Vitacel BG 300. Surowiec mięsny pozyskiwany w warunkach przemysłowych został zakupiony jednorazowo (aby wyeliminować wpływ zróżnicowania surowców) przed pierwszą serią badań w hurtowni Makro Cash & Carry. Następnie podzielono go na trzy równe porcje, zamknięto w opakowaniach próżniowych oraz przechowywano w stanie zamrożonym (temperatura 22 C ±2 C) przez okres nie dłuższy niż 3 tygodnie. Doświadczenie obejmowało proces wytwarzania modelowych konserw mięsnych oraz ocenę jakości gotowego produktu. Wykonano trzy serie doświadczalne, podczas których produkowano sześć wariantów konserw (trzy pasteryzowane oraz trzy sterylizowane) o stałym składzie surowcowym (tab. 1), różniących się tylko ilością dodatku preparatu błonnika jęczmiennego Vitacel BG 300 (J. Rettenmaier & Söhne GmbH+Co. KG, Niemcy), który wynosił: 0,0% (wariant kontrolny), 3,0% (wariant I) lub 6,0% (wariant II) suchego preparatu w odniesieniu do masy surowców mięsno-tłuszczowych. Każdy z wariantów farszu przygotowywano w kolejnych seriach według takiego samego schematu produkcyjnego. Przed przystąpieniem do produkcji modelowych konserw mięso z ud kurcząt oraz surowiec tłuszczowy rozmrażano przez około 24 h w warunkach chłodniczych (temperatura 4 6 C). Po rozmrożeniu zostały one rozdrobnione w wilku laboratoryjnym z siatką o średnicy otworów 3 mm. W celu przygotowania poszczególnych wariantów farszów surowce zostały poddane procesowi kutrowania w kutrze laboratoryjnym przy zachowaniu następującej kolejności dodawania składników: 1) mięśnie udowe kurcząt + mieszanka peklująca + preparat wielofosforanowy + izoaskorbinian sodu + 1/3 lodu (ok. 1 min), 2) preparat błonnika jęczmiennego Vitacel BG /3 lodu (ok. 3 min), 3) podgardle wieprzowe + pieprz + 1/3 lodu (ok. 6 min). Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

67 Wpływ dodatku preparatu błonnika jęczmiennego Tabela 1. Skład recepturowy poszczególnych wariantów farszów na konserwy mięsne [%] Table 1. The formula of batters for different options of meat canned products [%] Wariant farszu Variant of batter Składnik receptury Recipe ingridient 0 I II Mięśnie udowe kurcząt Chicken thigh muscles Podgardle wieprzowe Pork jowl Razem surowce mięsno-tłuszczowe Meat and fat total Lód ice* Mieszanka peklująca Curing salt* 1,8 1,8 1,8 Izoaskorbinian sodu Sodium erythorbate* 0,05 0,05 0,05 Preparat wielofosforanowy Tari P31 Phosphates Tari P31* 0,3 0,3 0,3 Pieprz czarny mielony Ground black pepper* 0,1 0,1 0,1 Pieprz ziołowy mielony Ground herbal pepper* 0,2 0,2 0,2 Preparat błonnika jęczmiennego Vitacel BG 300 Barley fibre Vitacel BG 300* * W stosunku do surowców mięsno-tłuszczowych In relation to meat and fat raw food. Temperatura otrzymanego farszu nie przekraczała 12 C. Następnie farsz został odpowietrzony, po czym napełniono nim puszki metalowe w ilości 190 g ±0,1 g. Po tym etapie puszki zamknięto z wykorzystaniem ręcznej zamykarki na podwójną zakładkę oraz poddano obróbce termicznej. Po trzy puszki z każdego wariantu poddano pasteryzacji w łaźni wodnej (50 min w temperaturze około 100 C, do uzyskania w centrum geometrycznym produktu temperatury 72 C) oraz sterylizacji w autoklawie (temperatura 121 C, do uzyskania w najzimniejszym punkcie produktu wartości sterylizacyjnej F = 3). Po zakończeniu obróbki termicznej konserwy studzono w łaźni wodno-lodowej, a potem umieszczono w chłodni (temperatura 4 6 C) na 24 h. Po tym czasie przystępowano do oceny wybranych wyróżników jakości, w ramach których: określono ilość wycieku po obróbce termicznej [Mitek i Słowiński (red.) 2006], dokonano pomiaru parametrów barwy w skali CIE L*a*b* (kolorymetr Minolta CR 200; źródło światła D65, ustawienie obserwatora pod kątem 10, otwór głowicy pomiarowej 8 mm, wykalibrowany na wzorcu bieli: L* 99,18; a* 0,07; b* 0,05) [Instrukcja obsługi spektrofotometru Konica Minolta CR-200], określono parametry tekstury przy użyciu testu podwójnego ściskania (maszyna wytrzymałościowa ZWICK typ 1120; walce wycięte z bloku mięsnego średnica 10 mm, wysokość 20 mm, stopień deformacji 30%, prędkość przesuwu głowicy 50 mm min 1 ) [Instrukcja obsługi aparatu Zwick 1120]. Przeprowadzono także ocenę organoleptyczną wyrobów metodą skalowania pięciopunktowego [Baryłko-Pikielna i Matuszewska 2009]. Otrzymane wyniki poddano analizie statystycznej jednoczynnikową analizą wariancji oraz testem Tukeya HSD (poziom istotności α = 0,05) przy użyciu programu Statistica nr 588, 2017

68 66 J. Miazek, B. Cebula, M. Słowiński WYNIKI I DYSKUSJA Ilość wycieku termicznego z mięsa i przetworów mięsnych jest uzależniona głównie od parametrów obróbki termicznej (czas trwania, temperatura), rodzaju użytego mięsa (gatunek i wiek zwierzęcia, zawartość tkanki tłuszczowej oraz łącznej) oraz zastosowanych dodatków funkcjonalnych. Ubytki te prowadzą do obniżenia masy gotowego wyrobu oraz do zmniejszenia jego soczystości, co jest zjawiskiem bardzo niepożądanym [Kijowski 1993, Dolatowski i Twarda 2002, Grochalska i Mroczek 2002, Adamczak i Szczeblewska 2004, Miazek i Mroczek 2013]. W przeprowadzonym doświadczeniu nie stwierdzono istotnego (α = 0,05) wpływu wielkości dodatku preparatu błonnika jęczmiennego na ilość powstałego wycieku termicznego w ramach tego samego sposobu obróbki termicznej. Tym niemniej, zaobserwowano około dwukrotnie większą ilość wycieku w modelowych konserwach mięsnych poddanych procesowi sterylizacji w porównaniu z wyrobami poddanymi pasteryzacji. Potwierdza to znaczący wpływ wysokości temperatury przeprowadzonego sposobu utrwalania konserw na ilość wycieku termicznego. Wartości ubytków termicznych mieściły się w przedziale 2,09 5,93% (rys). [%] ,84b 5,93b 5,14b 2,70a 2,33a 2,09a 0 I II 0 I II Pasteryzowane Pasteurized Sterylizowane Sterilized Wariant farszu Variant of batter a, b wartości średnie oznaczone różnymi literami różnią się statystycznie istotnie na poziomie istotności α 0,05; n = 3. a, b mean values denoted by various letters differ statistically significantly at level of significance α 0.05; n = 3. Rys. Fig. Wpływ dodatku preparatu błonnika jęczmiennego Vitacel BG 300 na wielkość ubytków termicznych (oznaczenia wariantów jak w tabeli 1) The effect of barley fiber Vitacel BG 300) on the amount of cooking losses (particular variants marked in Table 1) Miazek i inni [2014] również stwierdzili, że dodatek preparatu błonnika Vitacel BG 300 (w ilościach 1,5 i 2,5%) oraz preparatu błonnika Vitacel HF 600 (w ilościach 1,5 i 2,5%) do farszu kiełbas homogenizowanych nie różnicował w sposób istotny wielkości wycieku termicznego w porównaniu do wariantu bez dodatku błonnika. Ponadto autorzy ci zaobserwowali tendencję do zmniejszania się ilości wycieku po obróbce termicznej wraz ze wzrostem wielkości dodatku preparatów błonnikowych. Taką samą zależność zaobserwowano również w niniejszych badaniach. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

69 Wpływ dodatku preparatu błonnika jęczmiennego Pinero i inni [2008] stwierdzili natomiast, że dodatek preparatu Nutrim-10 zawierającego β-glukan z owsa do kotlecików wołowych o zmniejszonej zawartości tłuszczu wpłynął na polepszenie retencji wody oraz tłuszczu w produkcie po procesie gotowania w porównaniu z wariantem kontrolnym zawierającym normalną ilość tłuszczu. Zastosowany dodatek koncentratu błonnika jęczmiennego przez Peterssona i innych [2014] do produkcji smażonych kulek mięsnych również wpłynął na zmniejszenie ubytków powstających podczas obróbki termicznej w porównaniu z wyrobem wyprodukowanym ze zmniejszoną zawartością tłuszczu i zmniejszoną ilością dodatku mąki ziemniaczanej. Podobne wyniki uzyskali Alavarez i Barbut [2013], którzy stwierdzili, że wraz ze zwiększeniem ilości dodatku preparatu błonnika z owsa Viscofiber do farszów mięsnych zmniejsza się wielkość wycieku termicznego powstającego w czasie gotowania. Dodatek preparatu błonnika jęczmiennego Vitacel BG 300 do konserw z mięsa drobiowego nie wpłynął istotnie (α = 0,05) ani na ilość wycieku termicznego, ani na wartości parametrów barwy L* oraz a*. Spowodował natomiast istotny (α = 0,05) wzrost wartości parametru barwy b*. Średnie wartości parametru barwy L* mieściły się w przedziale 70,22 71,90, parametru a* w przedziale 6,62 8,55 oraz parametru b* w przedziale 7,67 13,20 (tab. 2). Konserwy sterylizowane charakteryzowały się większą średnią wartością składowej b* barwy niż pasteryzowane, co może wskazywać na następującą podczas sterylizacji karmelizację węglowodanów prostych zawartych w preparacie błonnikowym. Miazek i inni [2014], badając wpływ dodatku preparatów błonnika z owsa i jęczmienia na jakość kiełbas homogenizowanych, nie stwierdzili istotnych (α = 0,05) zmian w parametrach barwy CIE L*a*b* między wyrobami z błonnikiem a wariantem bez błonnika. Zaobserwowali jednak tendencję zmniejszania się jasności barwy produktu wraz ze zwiększaniem ilości dodatku zastosowanych preparatów. Pociemnienie i brązowienie Tabela 2. Wpływ dodatku preparatu błonnika jęczmiennego Vitacel BG 300 na parametry barwy (CIE L*a*b*) konserw mięsnych (oznaczenia wariantów jak w tabeli 1) Table 2. The effect of barley fiber Vitacel BG 300 on color parameters (CIE L*a*b*) of meat canned product (particular variants marked in Table 1) Parametry barwy Colour parameters Wariant farszu Obróbka termiczna Variant L* a* b* Thermal treatment of batter x śr ±s x śr ±s x śr ±s 0 71,88 a 2,49 8,19 a 0,75 6,81 a 0,16 I pasteryzacja pasteurization 71,52 a 1,74 7,71 a 0,98 8,65 bc 0,06 II 70,22 a 0,51 6,62 a 0,75 9,10 c 0, ,90 a 1,41 8,53 a 0,81 7,67 ab 0,20 I sterylizacja sterilization 71,00 a 1,75 8,55 a 1,05 11,71 d 0,80 II 70,24 a 1,31 8,50 a 0,40 13,20 e 0,83 a, b wartości średnie oznaczone różnymi literami w ramach danego wyróżnika jakości różnią się statystycznie istotnie (α 0,05; n = 3). a, b mean values denoted by various letters for one feature differ statistically significantly (α 0.05; n = 3). nr 588, 2017

70 68 J. Miazek, B. Cebula, M. Słowiński wyrobów mięsnych spowodowane dodatkiem preparatów β-glukanu stwierdzili także Alvarez i Barbut [2013]. Do podobnych wniosków doszli także Morin i inni [2002], którzy zaobserwowali wzrost parametru barwy b* odpowiadającego za udział barwy żółtej wynikający z dodatku do kiełbasek śniadaniowych koncentratu β-glukanu pochodzącego z jęczmienia. W niniejszych badaniach również zaobserwowano tendencję do zmniejszania się jasności barwy konserw wraz ze zwiększaniem ilości dodatku preparatu błonnika zawierającego β-glukan. Ponadto stwierdzono istotny wzrost składowej barwy b* konserw zawierających obie zastosowane dawki preparatu bogatego w β-glukan z jęczmienia w porównaniu z wyrobem kontrolnym. Nie stwierdzono istotnego wpływu dodatku preparatu błonnika jęczmiennego Vitacel BG 300 na spoistość oraz sprężystość konserw. Dodatek preparatu błonnika powodował wzrost ich twardości i żujności (tab. 3). Tabela 3. Wpływ dodatku preparatu błonnika jęczmiennego Vitacel BG 300 na profil tekstury bloków konserw (oznaczenia wariantów jak w tabeli 1) Table 3. The effect of barley fiber Vitacel BG 300 on texture profile of meat canned products (particular variants marked in Table 1) Wariant farszu Variant of batter Obróbka termiczna Thermal treatment spoistość adhesiveness Parametry tekstury Texture profile analysis sprężystość springiness twardość hardness żujność chewiness x śr ±s x śr ±s x śr ±s x śr ±s 0 0,62 b 0,02 0,81 c 0,02 21,91 c 0,59 10,89 b 0,21 I pasteryzacja pasteurization 0,60 b 0,02 0,82 c 0,03 26,61 d 1,72 12,82 b 0,77 II 0,60 ab 0,01 0,79 bc 0,01 29,80 d 1,40 14,00 b 1,90 0 0,54 ab 0,02 0,74 a 0,01 11,67 a 1,23 4,81 a 0,74 I sterylizacja sterilization 0,50 ab 0,09 0,76 ab 0,01 17,01 b 2,00 6,70 a 1,50 II 0,48 a 0,04 0,76 ab 0,02 16,98 b 1,56 5,83 a 0,94 a, b wartości średnie oznaczone różnymi literami w ramach danego wyróżnika jakości różnią się statystycznie istotnie (α 0,05; n = 3). a, b mean values denoted by various letters for one feature differ statistically significantly (α 0.05; n = 3). Obok wzrostu twardości produktu zaobserwowano także tendencję wzrostową żujności produktu wraz ze zwiększaniem ilości dodatku preparatu Vitacel BG 300. Świadczy to o wpływie preparatu błonnika jęczmiennego na tworzenie bardziej zwartej struktury wyrobów. Jest to wynikiem jego zdolności do sieciowania i utrzymywania wody oraz tłuszczu w produkcie. Znajduje to potwierdzenie w tendencji do redukowania przez dodatek preparatu błonnika ilości wycieku termicznego w konserwach. Wyniki niniejszej pracy w pełni korespondują z wynikami uzyskanymi przez Miazek i innych [2014], w których dodatek preparatu błonnika jęczmiennego do kiełbas homogenizowanych na poziomach 1,5 i 2,5% powodował istotny wzrost żujności produktu, bez istotnych różnic w jego spoistości oraz sprężystości w porównaniu z wariantem kontrolnym. Podobną zależność ci sami autorzy wykazali odnośnie błonnika owsianego dodawanego na poziomie 2.5%. Wzrost twardości kiełbasy bolońskiej Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

71 Wpływ dodatku preparatu błonnika jęczmiennego spowodowany dodatkiem błonnika owsianego na poziomie 30% zaobserwowali także Verma i Banergjee [2010]. Ocena organoleptyczna nie wykazała istotnego (α = 0,05) wpływu dodatku preparatu błonnika jęczmiennego na takie wyróżniki, jak: smak, zapach, barwa oraz konsystencja, gotowego wyrobu. Pomimo stosunkowo niskich not przyznawanych w przeprowadzonej ocenie organoleptycznej na uwagę zasługuje fakt, że zarówno wariant kontrolny, jak i wszystkie pozostałe badane warianty zawierające dodatek błonnika jęczmiennego otrzymały zbliżone noty (tab. 4). Tabela 4. Wpływ dodatku preparatu błonnika jęczmiennego Vitacel BG 300 na ocenę organoleptyczną konserw (oznaczenia wariantów jak w tabeli 1) Table 4. The effect of barley fiber Vitacel BG 300 on sensory characteristic of meat canned products (particular variants marked in Table 1) Wariant farszu Variant of batter Obróbka termiczna Thermal treatment Ocena organoleptyczna Sensory characteristic konsystencja barwa colour zapach smell smak taste texture x śr ±s x śr ±s x śr ±s x śr ±s 0 2,63 a 0,25 2,33 a 0,51 2,33 a 0,47 2,96 a 0,26 I pasteryzacja pasteurization 2,29 a 0,38 2,29 a 0,40 2,33 a 0,07 3,00 a 0,13 II 2,08 a 0,07 2,75 a 0,63 2,21 a 0,59 2,25 a 0,82 0 3,08 a 0,92 2,88 a 0,88 2,38 a 0,13 2,17 a 0,58 I sterylizacja sterilization 3,17 a 0,31 3,21 a 0,59 2,83 a 0,14 2,46 a 0,40 II 3,21 a 0,62 3,08 a 0,94 2,67 a 0,38 1,92 a 0,63 a, b wartości średnie oznaczone różnymi literami w ramach danego wyróżnika jakości różnią się statystycznie istotnie (α 0,05; n = 3). a, b mean values denoted by various letters for one feature differ statistically significantly (α 0.05; n = 3). Można zatem stwierdzić, że dodatek preparatu Vitacel BG 300 nie powoduje pogorszenia cech sensorycznych produktu, a jej polepszenie można uzyskać poprzez zastosowanie odpowiednio dobranej mieszanki przypraw. Doświadczenie przeprowadzono w układzie modelowym, a otrzymany wynik należy uznać za korzystny, gdyż wykazano, że dodatek preparatu błonnika jęczmiennego nie zmienia podstawowych cech sensorycznych. Neutralność w smaku i zapachu powszechnie uznaje się za zaletę preparatów błonnikowych. Otrzymane wyniki korespondują z doświadczeniami innych autorów. Cegiełka i Młynarczyk [2010] stwierdziły, że dodatek preparatu błonnika do hamburgerów drobiowych nie powodował istotnych zmian w ich smaku, barwie i zapachu, wpłynął natomiast na uzyskanie bardziej pożądanej konsystencji ocenianej sensorycznie. Bilska i inni [2002], oceniając możliwość zastosowania preparatów Vitacel do produkcji wędlin typu mielonka, wykazali, że dodatek ten nie wpływał w sposób istotny na oceniane sensorycznie smak, barwę, zapach oraz konsystencję wyrobów. Do podobnych wniosków doszli Adamczak i inni [2003], którzy badali wpływ dodatku błonnika pszennego, karagenu oraz białka sojowego na jakość kiełbas drobno rozdrobnionych. nr 588, 2017

72 70 J. Miazek, B. Cebula, M. Słowiński WNIOSKI 1. Niezależnie od zastosowanej dawki (3,0 lub 6,0%) dodatek preparatu błonnika jęczmiennego Vitacel BG 300 nie wpływał istotnie na ilość ubytków termicznych oraz parametry barwy L* oraz a*, powoduje natomiast istotny wzrost wartości parametru barwy b* modelowych konserw mięsnych. 2. Biorąc pod uwagę teksturę (twardość i żujność), można stwierdzić, że preparat błonnika jęczmiennego Vitacel BG 300 przyczynia się do poprawy konsystencji drobno rozdrobnionych konserw mięsnych bez pogarszania ocenianych cech sensorycznych, a dzięki zawartości β-glukanu otrzymuje się produkt o podwyższonej wartości odżywczej. Użycie jego w produkcji tego typu konserw mięsnych jest więc celowe i uzasadnione. LITERATURA Adamczak L., Słowiński M., Ruciński M., Wpływ dodatku κ karagenu, izolatu białka sojowego i błonnika pszennego na jakość technologiczną niskotłuszczowych kiełbas drobno rozdrobnionych. Acta Sci. Pol. Techn. Alim. 2, Adamczak L., Szczeblewska A., Wpływ temperatury początkowej obróbki termicznej i metody studzenia na jakość średnio rozdrobnionych produktów blokowych. Acta Sci. Pol. Techn. Alim. 2, Alvarez D., Barbut S., Effect of inulin, β-glucan and their mixtures on emulsion stability, color and textural parameters of cooked meat batters. Meat Sci. 94, Baryłko-Pikielna N., Matuszewska I., Sensoryczne badania żywności. W: Podstawy. Metody Zastosowania, Wydawnictwo Naukowe PTTŻ, Warszawa, Bilska A., Krysztofiak K., Sęk P., Uchman W., Wpływ dodatku preparatu Vitacel na jakość wędliny typu mielonka. Acta Sci. Pol. Techn. Alim. 1, Cegiełka A., Młynarczyk K., The effect of addition of the wheat fibre Vitacel WF 400 on the quality of chicken hamburgers. Nauka Przyr. Technol. 4(5), 55. Dolatowski Z.J., Twarda J., Rola wody w mięsie. Mięso i Wędliny 8, Gibiński M., Sikora M., Spożywcze i niespożywcze zastosowanie β-glukanów. Uniwersytet Rolniczy w Krakowie, Kraków. Grochalska D., Mroczek J., Wpływ izolatu i koncentratu białek sojowych na właściwości drobno rozdrobnionych farszów z mięsa drobiowego. Przem. Spoż. 12, Instrukcja obsługi spektrofotometru Konica Minolta CR-200. Instrukcja obsługi aparatu Zwick Kijowski J., Metody utrwalania mięsa drobiowego. W: Technologia mięsa drobiowego. Red. T. Grabowski. WNT, Warszawa, Miazek J., Mroczek J., Wpływ dodatku preparatu Gel-Fat i czasu sterylizacji na właściwości modelowej konserwy mięsnej. ŻNTJ 90, Miazek J., Słowiński M., Jankowski B., Wpływ preparatów błonnika owsianego Vitacel HF 600 i błonnika jęczmiennego Vitacel BG 300 na jakość kiełbas Homogenizowanych. ZPPNR 579, Mitek M., Słowiński M. (red.), Wybrane zagadnienia z technologii żywności, Wydawnictwo SGGW, Warszawa, , Morin L.A., Temelli F., McMullen L., Physical and Sensory Characteristics of Reduced-Fat Breakfast Sausages Formulated With Barley β-glucan. J. Food Sci. 67, Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

73 Wpływ dodatku preparatu błonnika jęczmiennego Petersson K., Godard O., Eliasson A.C., Tornberg E., The effect of cereal additives in lowfat sausages and meatballs. Part 2: Rye bran, oat bran and barley fibre. Meat Sci. 96, Pinero M.P., Parra K., Huerta-Leidenz N., Arenas de Moreno L., Ferrer M., Araujo S., Barboza Y., Effect of oat s soluble fibre (β-glucan) as a fat replacer on physical, chemical, microbiological and sensory properties of low-fat beef patties. Meat Sci. 80, Rozporządzenie Komisji (UE) 1160/2011 z dnia 14 listopada 2011 r. w sprawie udzielenia i odmowy udzielenia zezwolenia na niektóre o świadczenia zdrowotne dotyczące żywności i odnoszące się do zmniejszenia ryzyka choroby. L 296/26. Rozporządzenie Komisji (UE) 1048/2012 z dnia 8 listopada 2012 r. w sprawie udzielenia i zezwolenia na oświadczenia zdrowotne dotyczące żywności i dotyczące zmniejszenia ryzyka choroby. L 310/38. Tarte R., Ingredients in Meat Products. Properties, Functionality and Applications. Springer Science, Madison. Verma A.K., Banerjee R., Dietary fibre as functional ingredient in meat products: a novel approach for healthy living a review. Food Sci. Technol. 3, EFFECT OF ADDITION OF BARLEY FIBER VITACEL BG 300 ON SELECTED QUALITY FACTORS OF MEAT CANNED PRODUCTS Summary. Currently there is a large assortment of dietary fiber concentrates on the market differing in their properties. In the meat industry it is common to use preparations rich in fibre, mainly wheat and potato fibers, due to their good technological properties. Nowadays, attempts to use oat and barley fibers are also carried out. This is due to the desire to enhance meat products in health-promoting ingredient which is water-soluble β-glucan. The goal of the study is to investigate the effect of the amount of addition (three batter variants were manufactured: control, with 3.0 and 6.0%) of barley fibre preparation rich in β-glucan (Vitacel BG 300) on selected quality factors of meat canned products with two types of thermal treatment (pasteurization and sterilization). Following raw materials were used to produce batters: chilled chicken thigh muscles and pork jowl (3-mm fragmentation), as well as additives (curing mixture, sodium citrate, phosphates and seasonings black and herbal pepper). Ready homogenized batters were stuffed in metal tin, closed by double fold and heat (pasteurized or sterilized). After thermal treatment, meat canned products were chilled for 24 h (4 6 C) and then the following characteristics of final products were examined: the size of thermal leakage, colour parameters (CIE L*a*b*) measured instrumentally with Minolta CR 200 colorimeter, texture profile analysis (TPA) by using ZWICK and sensory characteristic using scaling method (0 5 points scale). Obtained results were subjected to statistical analysis in Statistica 10 using one-factor analysis of variance and Tukey test. The results showed, that the addition of Vitacel BG 300 fibre preparation 3.0 and 6.0% levels to tested meat canned product (pasteurized and sterilized) did not significantly affect thermal leakage, as well as colour parameters L* and a*, but it caused a significant increase in b* colour parameter. Taking under consideration texture (hardness and chewiness), as well as sensory acceptability, it may be concluded, that barley fibre preparation Vitacel BG 300 did not weaken the quality of the examined products compared to control variant. As conclusion it can be stated, that using BG 300 Vitacel preparation is justified but its use requires further study. Key words: barley fiber, meat canned product, β-glucan nr 588, 2017

74

75 Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych nr 588, 2017, DOI /ZPPNR WPŁYW MOCZENIA NASION BOBIKU NA ICH WARTOŚĆ ODŻYWCZĄ DLA KURCZĄT BROJLERÓW Maria Osek, Anna Milczarek, Magdalena Pachnik Uniwersytet Przyrodniczo-Humanistyczny w Siedlcach Streszczenie. Celem badań było porównanie wpływu stosowania mieszanek z udziałem surowego lub moczonego bobiku w żywieniu kurcząt brojlerów. Nasiona bobiku poddano analizie chemicznej, a następnie przeprowadzono doświadczenie żywieniowe na kurczętach ROSS 308. Czynnikiem doświadczalnym były nasiona bobiku wprowadzone do mieszanek starter w ilości 10%, a grower w ilości 20% według układu: grupa K (kontrolna) nasiona surowe, grupa B12 nasiona moczone 12 h, grupa B24 nasiona moczone 24 h. W moczonych nasionach bobiku wykazano zmniejszenie koncentracji popiołu i tłuszczu, a zwiększenie białka ogólnego i włókna. Po 6 tygodniach odchowu kurczęta żywione mieszankami zawierającymi moczone nasiona uzyskały mniejszą o 6,5 i 4,5% masę ciała przy większym zużyciu paszy. Wykazano jednak, że tuszki kurcząt żywionych mieszankami zawierającymi bobik moczony przez 24 h były lepiej umięśnione, mniej otłuszczone, a w mięśniu piersiowym stwierdzono najmniej tłuszczu surowego i najwięcej związków mineralnych. Reasumując, uzyskane wyniki pozwalają na zalecanie w mieszankach dla kurcząt brojlerów bobiku moczonego przez 24 h, jednak tylko w celu poprawy cech poubojowych. Nie rekomenduje się natomiast moczenia bobiku przez 12 h. Słowa kluczowe: bobik, moczenie, kurczęta brojlery, wyniki odchowu, wartość rzeźna WSTĘP Nasiona roślin bobowatych w tym bobiku cieszą się w ostatnim okresie dużym zainteresowaniem żywieniowców [Masoero i in. 2005, Olkowski 2009, Gous 2011, Kiczorowska 2013, Osek i in. 2013]. Stanowią one w mieszankach paszowych alternatywne źródło białka dla genetycznie modyfikowanej poekstrakcyjnej śruty sojowej. Nasiona bobiku w porównaniu ze śrutą poekstrakcyjną sojową mają mniejszą wartość odżywczą spowodowaną nie tylko mniejszą (22 32%) zawartością białka ogólnego amilczarek@uph.edu.pl Copyright by Wydawnictwo SGGW

76 74 M. Osek, A. Milczarek, M. Pachnik i aminokwasów (metionina, cysteina, treonina i tryptofan), ale większą też ilością włókna surowego oraz obecnością substancji o charakterze antyżywieniowym (taniny, inhibitory trypsyny, glikozydy). Antyodżywcze działanie tych związków polega m.in. na pogorszeniu smakowitości paszy, a tym samym zmniejszeniu jej spożycia, obniżeniu wartości energetycznej oraz przyswajalności białka i aminokwasów [Chavan i in. 2001, Iji i in. 2004, Vilarińo i in. 2009]. Skutkuje to przede wszystkim pogorszeniem wskaźników odchowu kurcząt brojlerów, które potrzebują pasz najlepszej jakości. W nasionach bobiku są to głównie taniny, których poziom został wyraźnie obniżony poprzez wyhodowanie odmian niskotaninowych, co stworzyło możliwości szerszego ich wykorzystania w żywieniu zwierząt monogastrycznych [Giuliotti i in. 2014, Milczarek i Osek 2016]. W przypadku odmian wysokotaninowych skutecznym sposobem zwiększenia przyswajalności składników odżywczych, podwyższenia wartości energetycznej oraz zmniejszenia szkodliwości substancji antyżywieniowych zawartych w nasionach jest poddawanie ich różnym zabiegom uszlachetniającym. Celem przeprowadzonych badań było porównanie wpływu stosowania mieszanek z udziałem surowych lub moczonych nasion bobiku w żywieniu kurcząt brojlerów. MATERIAŁ I METODY W pierwszym etapie badań analizowano zmiany w składzie chemicznym nasion bobiku nieznanej odmiany, które poddano moczeniu. Nasiona moczone były przez 12 lub 24 h w wodzie surowej, o temperaturze pokojowej w proporcji dwie części wody na jedną część nasion. Po zakończeniu moczenia wodę odsączono, a następnie nasiona wysuszono w temperaturze 60 C i rozdrobniono w celu oznaczenia w nich zawartości składników podstawowych według AOAC [2005], frakcji włókna zgodnie z metodą Goeringa i Van Soesta [1970] oraz tanin (metoda kolorymetryczna BN-90/ ) i kwasu fitynowego [Oberlas 1971]. Zarówno w nasionach surowych, jak i moczonych oznaczono poziom energii brutto [PN-ISO 9831:2002]. Drugi etap badań to ocena biologiczna nasion bobiku w doświadczeniu żywieniowym na 96 kurczętach ROSS 308. Kurczęta przydzielono do 3 równolicznych grup (K, B12, B24), w obrębie których utworzono 4 podgrupy (po 4 i 4 ). Ptaki odchowywano w klatkach, w pomieszczeniu o regulowanej temperaturze i wilgotności. Przez cały czas trwania eksperymentu stosowano oświetlenie elektryczne, aby zapewnić ptakom 24-godzinne oświetlenie. Przez pierwszy tydzień kurczęta utrzymywano w temperaturze 33 C, którą obniżano cotygodniowo o 2 C, aż do ostatecznej temperatury C. Odchów ptaków prowadzono przez 6 tygodni, żywiąc je przez pierwsze 3 tygodnie mieszankami starter, a przez kolejne 21 dni mieszankami grower (tab. 1). Czynnikiem doświadczalnym były nasiona bobiku wprowadzone do mieszanek starter w ilości 10%, a do grower w ilości 20% według układu: grupa K (kontrolna) nasiona bobiku surowego, grupa B12 nasiona bobiku moczonego 12 h, grupa B24 nasiona bobiku moczonego 24 h. Wartość pokarmową mieszanek zbilansowano według zaleceń podanych w Normach żywienia drobiu [Smulikowska i Rutkowski (red.) 2005], przyjmując do obliczeń wyniki analiz własnych i danych zawartych we wspomnianych normach. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

77 Wpływ moczenia nasion bobiku na ich wartość odżywczą dla kurcząt brojlerów 75 Tabela 1. Skład surowcowy [g kg 1 ] i wartość pokarmowa mieszanek Table 1. Material of mixtures [g kg 1 ] and their feeding value Surowce paszowe Raw material Starter Grower Bobik Faba bean 100,0 200,0 Kukurydza Maize 491,0 492,5 Śruta poekstrakcyjna sojowa Soybean meal 320,0 210,0 Olej sojowy Soybean oil 50,0 60,0 Kreda pastewna Limestone 6,0 5,9 Fosforan 2-Ca Dicalcium phosfate 22,0 20,3 NaCl 3,5 3,8 DL-metionina (99%) DL-methionine (99%) 2,5 2,5 Premiks* Premix Starter/Grower 5,0 5,0 Wartość pokarmowa 1 kg mieszanki Nutritive value in 1 kg mixture Energia metaboliczna Metabolizable energy [MJ] 12,50 12,93 Białko ogólne Crude protein [g] 220,1 196,45 Włókno surowe Crude fibre [g] 42,6 42,73 Lysine [g] 12,19 11,31 Methionine [g] 5,70 5,20 Wapń Calcium [g] 9,61 9,02 Fosfor przyswajalny Available phosphorus [g] 4,47 4,15 * Składniki mineralne i witaminy uzupełniające mieszanki the minerals and vitamins supplemented mixtures as follows: starter [mg]: Fe 50,0; Zn 60,0; Mn 80,0; Cu 9,0; I 0,8; Se 0,25; Co 0,4; witaminy vitamins: E 30,0; K 3 3,0; B1 2,5; B 2 8,0; B 6 5,0; B 12 0,02; biotyna 0,2; kwas foliowy folic acid 1,5; kwas nikotynowy nicotinic acid 45,0; pantotenian wapnia calcium pantothenate 15,0; cholina choline chloride 400,0 lub or [IU]: witaminy vitamins: A ; D grower [mg]: Fe 45,0; Zn 55,0; Mn 70,0; Cu 7,5; I 0,6; Se 0,2; Co 0.25; witaminy vitamins: E 40,0; K 3 2,5; B 1 2,0; B 2 7,0; B 6 4,0; B 12 0,02; biotyna biotin 0,15; kwas foliowy folic acid 1,0; kwas nikotynowy nicotinic acid 40,0; pantotenian wapnia calcium pantothenate 12,5; cholina choline chloride 300,0 lub or [IU]: witaminy vitamins: A ; D W trakcie doświadczenia żywieniowego kontrolowano masę ciała ptaków i spożycie obu typów mieszanek w celu wyliczenia zużycia paszy na jednostkę przyrostu. W dniu zakończenia odchowu z każdej grupy wybrano po 4 kury i 4 koguty o masie ciała zbliżonej do średniej dla płci w danej grupie i ubito je. Po upływie 15 min od uboju oznaczono początkowy odczyn mięsa (ph 15 ). Następnie tuszki poddano 24-godzinnemu chłodzeniu w temperaturze 0 4 C, po czym je zważono i ponownie oznaczono kwasowość mięsa (ph 24 ). Pomiar wykonano przy użyciu przenośnego ph-metru wyposażonego w elektrodę szklaną. Następnie tuszki poddano uproszczonej analizie dysekcyjnej [Ziołecki i Doruchowski 1989], w trakcie której pobrano próbki mięśni do analizy zawartości składników podstawowych [AOAC 2005]. nr 588, 2017

78 76 M. Osek, A. Milczarek, M. Pachnik Wyniki opracowano statystycznie, stosując jednoczynnikową analizę wariancji, a o istotności różnic międzygrupowych wnioskowano na podstawie wielokrotnego testu rozstępu Duncana, opracowując go przy użyciu oprogramowania Statistica. WYNIKI I DYSKUSJA Przeprowadzona analiza schemiczna nasion bobiku (tab. 2) wykazała, że proces moczenia zmienił koncentrację wszystkich składników podstawowych. Tabela 2. Skład chemiczny [g kg 1 ] i wartość energetyczna [kcal kg sm 1 ] nasion bobiku Table 2. Chemical composition [g kg 1 ] and energetic value [kcal kg dm 1 ] of faba bean Wyszczególnienie Item BN B12 B24 Składniki podstawowe Basal nutrients Popiół surowy Crude ash 40,3 35,5 31,9 Białko ogólne Crude protein 274,4 289,4 306,8 Tłuszcz surowy Crude fat 12,4 5,9 6,0 Włókno surowe Crude fibre 75,9 78,9 87,8 NDF 367,4 300,9 295,4 ADF 124,7 151,8 157,8 ADL 38,0 49,3 54,1 CEL 86,6 102,5 103,8 HCEL 242,7 149,2 137,6 Związki bezazotowe wyciągowe N-free extractives 597,0 590,3 567,5 Substancje antyżywieniowe Antinutritional factors Taniny Tannins 10,60 11,47 11,04 Kwas fitynowy Phytinic acid 12,26 11,86 12,14 Energia brutto Gross energy W miarę wydłużania się czasu moczenia malała zawartość popiołu surowego. W bobiku moczonym przez 12 h zmniejszyła się o 12%, a moczonym przez 24h o 21%. Prawdopodobnie spowodowane to było dyfuzją niektórych składników mineralnych do roztworu. W moczonych nasionach bobiku stwierdzono również mniejszą o połowę (niezależnie od czasu moczenia) zawartość tłuszczu surowego. Wykazano natomiast wzrost zawartości białka ogólnego w miarę wydłużania się czasu moczenia. W porównaniu do nasion naturalnych w bobiku moczonym przez 12 h ilość tego składnika wzrosła o ponad 5%, a wydłużenie czasu moczenia o kolejne 12 h spowodowało zwiększenie się ilości białka ogólnego prawie o 12%. Marconi i inni [2000] oraz Bieżanowska-Kopeć i inni [2006] w moczonych nasionach fasoli również stwierdzili zmniejszenie zawartości popiołu surowego. Bieżanowska-Kopeć i inni [2006] wykazali natomiast odwrotne zjawisko dotyczące poziomu tłuszczu, którego w fasoli moczonej było o ponad 27% więcej niż w nasionach surowych. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

79 Wpływ moczenia nasion bobiku na ich wartość odżywczą dla kurcząt brojlerów 77 W przeprowadzonych badaniach stwierdzono, że proces moczenia zwiększył również poziom włókna surowego. W nasionach moczonych przez 12 h ten wzrost był minimalny (3 g), natomiast 24-godzinne moczenie spowodowało, że ilość włókna surowego wzrosła o 15,7% w porównaniu do nasion surowych. Podobny wzrost (o 15%) zawartości włókna ale w moczonych nasionach fasoli odnotowali Winiarska-Mieczan i Koczmara [2006] i nie zależał on od czasu moczenia nasion (24 lub 48 h). Szczególną uwagę zwraca zmiana proporcji poszczególnych frakcji włókna surowego, jaka powstała w procesie moczenia nasion. Zmniejszył się i to już po 12 h moczenia o 18% udział włókna neutralnodetergentowego (NDF), a zwiększył o 21% frakcji ADF (włókno kwaśnodetergentowe). Czas moczenia (12 lub 24 h) spowodował również wzrost poziomu ligniny odpowiednio o 11,3 i 16,1 g vs 38 g w nasionach naturalnych. Po 12 h moczenia nasion zmalała o połowę się ilość hemicelulozy. Świadczy to, że w procesie moczenia następuje znaczne wymywanie węglowodanów łatwo rozpuszczalnych i potwierdza wyniki uzyskane przez innych autorów [Winiarska-Mieczan i Koczmara 2006, Wieczorek i Lahuta 2007] zajmujących się wpływem różnych procesów na zmiany fizykochemiczne nasion strączkowych. Głównym czynnikiem antyodżywczym w nasionach bobiku są taniny. Patrick i Stoddard [2010] twierdzą, że w odmianach kwitnących kolorowo jest ich znacznie więcej niż w odmianach białokwitnących. W ocenianych nasionach bobiku niezależnie, czy były one naturalne, czy moczone, stwierdzono znaczną ilość tych substancji (około 11 g w 1 kg s.m.), co świadczy, że był to bobik wysokotaninowy. Jak można było się spodziewać, zabieg moczenia nie wpłynął na zmianę zawartości tanin, bowiem substancje te zlokalizowane są w łusce i usunięcie okrywy nasiennej jest doskonałą metodą zmniejszenia ich ilości. Są one substancjami termolabilnymi, stąd też inne technologie, np. gotowanie, autoklawowanie, mikronizacja, są skuteczne w ich usuwaniu. Jak podaje Alonso i inni [2000], w procesie autoklawowania następuje drastyczne zmniejszenie zawartości tych substancji. Masey i inni [2012] uważają jednak, że obłuszczenie w największym stopniu poprawia wartość odżywczą nasion bobiku. W dostępnej literaturze nie ma doniesień na temat wpływu moczenia nasion bobiku na poziom substancji antyodżywczych. Zabieg ten stosowany jest zazwyczaj w celu poprawy wartości pokarmowej nasion tych strączkowych (fasola, soczewica, ciecierzyca itp.), które stosowane są w diecie człowieka. Badania przeprowadzone przez Bieżanowską-Kopeć i innych [2006] dowodzą, że w wyniku procesu moczenia nasion fasoli poziom tanin obniżył się w nich istotnie (p 0,01) w porównaniu do nasion suchych. Oznaczona w badaniach zawartość fitynianów była na podobnym poziomie zarówno w surowych, jak i moczonych nasionach bobiku. Dowodzi to, że substancje te są trwałe i, jak twierdzą Alonso i inni [2000], termostabilne, ponieważ nawet takie zabiegi jak gotowanie czy autoklawowanie nie degradują tych związków. Wprowadzenie do mieszanek dla kurcząt brojlerów nasion bobiku (naturalnego, moczonego przez 12 lub 24 h) miało wpływ na wyniki produkcyjne (tab. 3). Po 3 tygodniach odchowu kurczęta otrzymujące mieszankę starter z udziałem 10% nasion bobiku surowego uzyskały istotnie (p 0,05) większą masę ciała w porównaniu do ptaków grupy B12. Podobnie w drugim okresie odchowu kurczęta żywione mieszanką zawierającą bobik moczony przez 12 h rosły najwolniej i w konsekwencji w dniu zakończenia doświadczenia ważyły o 152 g (6,5%) mniej niż kontrolne. Kurczęta z grupy B24 ważyły również mniej (ponad 4%) od ptaków kontrolnych, ale więcej (o 51 g) od kurcząt nr 588, 2017

80 78 M. Osek, A. Milczarek, M. Pachnik Tabela 3. Wskaźniki odchowu kurcząt brojlerów Table 3. Rearing results of broiler chickens Grupa Group Wyszczególnienie Item BN B12 B24 SEM Masa ciała Body weight [g] Początkowa initial 42,9 42,7 43,1 0,33 W 21. dniu on 21st day 815 a 744 b 768 ab 12,62 W 42. dniu on 42nd day 2339 a 2187b 2238 ab 39,06 Spożycie paszy [g szt h 1 ] Feed intake [g head 1 day 1 ] dnia days ,6 55,8 56,5 0, dnia days a 120,4b 123,0ab 0, dnia days ,8 88,1 89,7 1,33 Zużycie paszy Feed conversion ratio [kg] dnia days ,53 b 1,66 a 1,63 a 0, dnia days ,78 a 1,75 b 1,76 a 0, dnia days ,70 1,73 1,72 0,45 a, b p 0,05. żywionych mieszankami zawierającymi bobik moczony przez 12 h, z tym, że różnica ta okazała się statystycznie nieistotna. Gorsze przyrosty masy ciała kurcząt doświadczalnych można łączyć z mniejszą ilością spożytych mieszanek, co prawdopodobnie było związane z ich smakowitością. Analizując spożycie paszy, nie można nie zauważyć, że właśnie mieszanki z bobikiem moczonym kurczęta pobierały mniej chętnie. Szczególnie widać to w okresie stosowania mieszanki grower, której średnie dzienne spożycie w grupie B12 było o 6,6% (p 0,05), a w B24 o 4,7% (p > 0,05) mniejsze w porównaniu do grupy kontrolnej. O opłacalności produkcji mięsa drobiowego najlepiej świadczy zużycie paszy na 1 kg przyrostu masy ciała kurcząt. Wykazano, że młode ptaki (pierwsze 3 tygodnie życia) istotnie (p 0,05) gorzej wykorzystywały mieszanki z udziałem bobiku moczonego, pomimo że spożycie paszy w tym okresie we wszystkich grupach było bardzo zbliżone. Największym (1,66 kg) średnim zużyciem paszy na jednostkę przyrostu cechowały się ptaki z grupy B12, nieco (1,63 kg) mniejszym z grupy B24, a z kontrolnej najmniejszym (1,54 kg), co stanowi odpowiednio 7,8 i 5,8%. Kurczęta starsze (okres podawania mieszanki grower) niezależnie, czy otrzymywały mieszankę z bobikiem surowym, czy moczonym zużywały na 1 kg przyrostu masy ciała podobną jej ilość. W konsekwencji w całym okresie odchowu średnie zużycie paszy przez kurczęta żywione mieszankami z bobikiem moczonym było tylko niewiele ponad 1% większe. Nie można porównać uzyskanych efektów odchowu kurcząt z wynikami innych autorów z uwagi na brak prac z tego zakresu. Można jedynie stwierdzić, że większość wskaźników odchowu była zadowalająca i nie odbiegała od średnich rezultatów uzyskanych we wcześniejszych badaniach [Laudadio i in. 2011, Kiczorowska 2013, Osek i in. 2013] oceniających możliwość substytucji poekstrakcyjnej śruty sojowej, śrutą z bobiku w mieszankach dla kurcząt rzeźnych. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

81 Wpływ moczenia nasion bobiku na ich wartość odżywczą dla kurcząt brojlerów 79 Zastosowane żywienie kurcząt brojlerów nie wpłynęło istotnie na większość analizowanych cech decydujących o ich wartości poubojowej (tab. 4). Tabela 4. Wyniki oceny poubojowej kurcząt brojlerów Table 4. Rearing results of broiler chickens Wyszczególnienie Item Grupa Group BN B12 B24 SEM Masa przed ubojem Body weight before slaughter [g] ,55 Masa tuszki schłodzonej Cold carcass weight [g] ,69 Wydajność rzeźna Dressing percentage [%] 78,6 79,5 79,2 0,68 Udział w tuszce schłodzonej Share in cold carcass [%] Mięśni ogółem Total muscles 43,6 b 44,7 ab 45,6 a 0,28 w tym including: piersiowych breast 22,9 b 22,7 b 24,2 a 0,16 udowych thigh 12,0 b 12,9 a 12,3 b 0,21 podudzi drumstick 8,5 8,6 8,7 0,25 Skóry z tłuszczem podskórnym Skin with subcutaneous fat 2,3 a 1,8 b 1,7 b 0,02 Tłuszczu sadełkowego Abdominal fat 11,8 11,3 11,1 0,39 a, b p 0,05. Wykazano jednak, że kurczęta otrzymujące mieszanki z udziałem bobiku moczonego były lepiej umięśnione od ptaków kontrolnych. Stwierdzono istotną statystycznie różnicę w udziale mięśni piersiowych kurcząt z grupy B24 oraz udowych z grupy B12 a kurczętami kontrolnymi. Zastosowanie w mieszankach moczonego bobiku wpłynęło istotnie na zmniejszenie otłuszczenia ptaków, o czym świadczy udział skóry z tłuszczem podskórnym i tłuszczu sadełkowego. Cechy fizykochemiczne mięsa kurcząt brojlerów kształtowane są przez wiele czynników genetycznych i środowiskowych [Marcinkowska-Lesiak i in. 2013, Osek i in. 2013]. Zastosowane żywienie w sposób istotny wpłynęło na zawartość składników podstawowych i kwasowość mięśni piersiowych (tab. 5). Mięśnie kurcząt żywionych mieszankami z bobikiem moczonym przez 12 h zawierały więcej (p 0,05) suchej masy oraz tłuszczu surowego w porównaniu do mięśni kurcząt z grupy B24. Po 15 min od uboju najniższe (p 0,05) ph 15 miały mięśnie ptaków otrzymujących mieszanki z bobikiem moczonym przez 12 h. Można je zaliczyć do mięsa normalnego, bowiem zgodnie z klasyfikacją jakości mięsa kurcząt podawaną przez Gardzielewską i innych [2003] mięso normalne powinno mieć ph w zakresie wartości od 5,8 do 6,3. Nieco wyższe ph 15 mięśni piersiowych ptaków z grupy BN i B24 kwalifikuje je na pograniczu mięsa z wadą DFD (ang. dark, firm, dry). Najszybsze tempo glikogenolizy stwierdzono w mięśniach kurcząt żywionych mieszankami z udziałem bobiku nr 588, 2017

82 80 M. Osek, A. Milczarek, M. Pachnik Tabela 5. Cechy fizykochemiczne mięśni piersiowych Table 5. Physicochemical properties of breast muscles Grupa Group Wyszczególnienie Item BN B12 B24 SEM Składniki podstawowe Basal nutrients [%] Sucha masa Dry matter 26,83 ab 27,18 a 26,21 b 0,08 Białko ogólne Crude protein 23,91 23,72 23,45 0,28 Tłuszcz surowy Crude fat 1,41 ab 1,97 a 1,27 b 0,15 Popiół surowy Crude ash 1,25ab 1,23b 1,27a 0,01 Kwasowość mięsa Meat acidity ph 15 6,47 Aa 6,27 Bb 6,41 ABa 0,03 ph 24 5,91 a 5,79 ab 5,67 b 0,06 a, b p 0,05. moczonego przez 24 h. Ich ph po 24 h chłodzenia obniżyło się o 0,74 i było istotnie (p 0,05) niższe w porównaniu do mięśni ptaków kontrolnych, zanotowane wartości dowodzą jednak, że było to mięso pozbawione wad. WNIOSKI 1. W nasionach bobiku poddanych procesowi moczenia wykazano zmniejszenie koncentracji popiołu i tłuszczu surowego, a zwiększenie białka ogólnego i włókna surowego, w tym frakcji ADF. Zabieg moczenia nasion bobiku nie wpłynął na poziom substancji antyodżywczych. 2. Po 6 tygodniach odchowu kurczęta żywione mieszankami z moczonymi nasionami bobiku uzyskały mniejszą o 6,5 i 4,5% masę ciała przy większym zużyciu paszy na jednostkę przyrostu w porównaniu do ptaków z grupy kontrolnej. 3. Wykazano, że tuszki kurcząt żywionych mieszankami zawierającymi bobik moczony przez 24 h były lepiej umięśnione, mniej otłuszczone, a w mięśniu piersiowym stwierdzono najmniej tłuszczu surowego i najwięcej związków mineralnych. 4. Reasumując, uzyskane wyniki pozwalają na zalecanie w mieszankach dla kurcząt brojlerów bobiku moczonego przez 24 h, jednak tylko w celu poprawy cech poubojowych. Nie rekomenduje się natomiast moczenia bobiku przez 12 h. LITERATURA Alonso R., Aguirre A., Marzo F., Effects of extrusion and traditional processing methods on antinutrients and in vitro digestibility of protein and starch in faba and kidney beans. Food Chem. 68, AOAC, Agricultural Chemicals. Official Methods of Analysis, 1, Association of Official Analytical Chemists. Wyd. 18. Gaithersburg Maryland, USA. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

83 Wpływ moczenia nasion bobiku na ich wartość odżywczą dla kurcząt brojlerów 81 Bieżanowska-Kopeć R., Pisulewski P.M., Polaszczyk Sz., Wpływ procesów wodno-cieplnych na zawartość składników biologicznie czynnych w nasionach fasoli (Phaseolus vulgaris L.). ŻNTJ 2(47), BN-90/ Oznaczanie tanin. Chavan U.D., Shahidi F., Naczk M., Extraction of condensed tannins from beach pea (Lathyrus maritimus L.) as affected by different solvents. Food Chem. 75(4), Gardzielewska J., Jakubowska M., Buryta B., Karamucki T., Natalczyk-Szymkowska W., Pomiar ph 1 a jakość mięsa kurcząt brojlerów. Med. Wet. 59, 3, Gous R.M., Evaluation of faba bean (Vicia faba cv. Fiord) as a protein source for broilers. South African Journal of Animal Sciences 41, 2, Goering H.K., Van Soest P.J., Forage fiber analysis. USDA Agricultural Handbook 379, Washington, D.C. Giuliotti L., Salvadori G., Moscati L., Sensi M., Ventura A., Benvenuti M.N., Russo C., Gatta D., Influence of partial introduction of protein sources alternative to soybean on some metabolic and immunological parameters in fattening pigs. Large Anim. Rev. 20, 2, Iji P., Khumalo K., Slippers S., Gous R., Intestinal function and body growth of broiler chickens on maize based diets supplemented with mimosa tannins and a microbial enzyme. J. Sci. Food Agric. 84, Kiczorowska B., Wpływ naświetlania promieniami podczerwonymi nasion bobiku (Vicia faba L.) i łubinu wąskolistnego (Lupinus angustifolius) na ich wartość odżywcza w odchowie kurcząt brojlerów. Rozprawy naukowe UP w Lublinie 378, Lublin. Laudadio V., Ceci E., Tufarelli V Productive traits and meat fatty acid profile of broiler chickens fed diets containing micronized fava beans (Vicia faba L. var. minor) as the main protein source. J. Appl. Poultry Res. 20, 1, Marcinkowska-Lesiak M., Moczkowska M., Wyrwisz J., Stelmasiak A., Zdanowska-Sąsiadek Ż., Damaziak K., Michalczuk M., Wpływ płci na wybrane cechy jakości mięśni mieszańców (CCZk). ZPPNR. 574, Marconi E., Ruggeri S., Cappelloni M., Leonardi D., Carnovale E., Physicochemical, nutritional and microstructural characteristics of chicpeas (Cicer arietinum L.) and common beans (Phaseolus vulgaris L.) following microwave cooking. J. Agric. Food Chem. 48, Masoero F., Pulimeno A.M., Rossi F., Effect of extrusion, expansion and toasting on the nutritional value of peas, faba beans and lupins. Ital. J. Anim. Sci. 4, Masey H., O Neill V., Rademacher M., Muller-Harvey I., Stringano E., Kightley S., Wiseman J., Standard ileal digestibility of crude protein amino acids of UK-grown peas and faba beans by broilers. Anim. Feed Sci. Technol. 175, 3 4, Milczarek A., Osek M., Partial replacement of soya bean with low-tannin faba bean varieties (Albus or Amulet): effects on growth traits, slaughtering parameters and meat quality of Pulawska pigs. Ann. Anim. Sci. 16, 2, Oberleas D., The determination of phytate and inositol phosphates. Methods Biochem. Anal. 20, 87. Olkowski B., Możliwości i ograniczenia w zastosowaniu nasion łubinu żółtego jako substytutu śruty poekstrakcyjnej sojowej w żywieniu kurcząt brojlerów. Rozprawa naukowa 100. Akademia Podlaska, Siedlce. Osek M., Milczarek A., Klocek B., Turyk Z., Jakubowska K., Effectiveness of mixtures with the Fabaceae seeds in broiler chicken feeding. Annales UMCS, Sec. EE Zootechnika 68, 4, nr 588, 2017

84 82 M. Osek, A. Milczarek, M. Pachnik Patrick J.W., Stoddard F.L., Physiology of flowering and grain filling in faba bean. Field Crop. Res. 115, 3, PN-ISO 9831:2002. Pasze, produkty zwierzęce, kał i mocz. Oznaczanie wartości energetycznej brutto. Metoda bomby kalorymetrycznej. Smulikowska S., Rutkowski A. (red.), Normy żywienia drobiu. Zalecenia żywieniowe i wartość pokarmowa pasz. Wyd. 3. Instytut Fizjologii i Żywienia Zwierząt im. J. Kielanowskiego, PAN, Jabłonna. Wieczorek C., Lahuta L.B., Wpływ niektórych zabiegów kulinarnych na zmiany poziomu węglowodanów rozpuszczalnych w nasionach soczewicy i ciecierzycy. ŻNTJ 3, 52, Winiarska-Mieczan A., Koczmara K Wpływ moczenia nasion fasoli (Phaseolus vulgaris), soi (Glycine max) i soczewicy (Lens culinaris) na ich skład chemiczny. Acta Agroph. 8, 2, Vilarińo M., Métayer J.P., Crépon K., Duc G., Effects of varying vicine, convicine and tannin contents of faba bean seeds (Vicia faba L.) on nutritional values for broiler chicken. Anim. Feed Sci. Tech. 150, 1 2, Ziołecki J., Doruchowski W., Metody oceny wartości rzeźnej drobiu. COBR, Poznań. IMPACT OF SOAKING OF FABA BEAN SEEDS ON THEIR NUTRITIVE VALUE IN BROILER CHICKENS Summary. The aim of the studies were to compare the effects of mixtures containing raw or soaked faba bean in broiler chickens feeding. In the first stage of the research was soaked faba bean seeds and chemical analysis on the content of the basal nutrients, fiber fraction and anti-nutritional substances. Next a nutritional experiment was conducted on broiler chickens ROSS 308 which were assigned randomly to 3 groups [4 subgroups (4 cocks cockerels)]. Rearing of the birds was carried out 6 weeks and they were fed during the first three weeks starter mixtures, and for the next 21 days grower. The experimental factor faba bean seeds were introduced into the mixtures starter in the share of 10%, and grower 20% according to the system: group K (control) raw faba bean seeds, group B12 faba bean seeds soaked for 12 h, the group B24 faba bean seeds soaked 24 h. The faba bean seeds subjected to the process of soaking has been shown to reduce the concentration of ash and crude fat and increasing crude protein and crude fiber, as well as ADF fraction. Soaking of the faba bean did not affect the levels of anti-nutritional substances (tannins, phytinic acids). Introduction into mixtures for broiler chickens soaked faba bean had a negative impact on production results, because after 6 weeks of rearing, they received lower by 6.5 and 4.5% of body weight (p 0.05) with higher by 1.8 and 1.2% feed conversion ratio (p > 0.05) in comparison to control chickens. However, it was shown that carcasses of chickens fed with bean soaked for 24 h were better muscled, less fat, and in the breast muscle the least fat and most mineral compounds were found. Results of this study allow to recommend the mixtures for broilers especially faba beans soaked for 24 h but only in order to improve the indicators of slaughter. It is not recommended to wet the faba bean for 12 h. Key words: faba bean, soaking, broiler chickens, rearing results, slaughter value Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

85 Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych nr 588, 2017, DOI /ZPPNR WPŁYW STOPNIA ROZDROBNIENIA ORAZ DODATKU INERTU NA KINETYKĘ SUSZENIA FONTANNOWO-MIKROFALOWEGO TRAWY CYTRYNOWEJ Marta Pasławska, Klaudiusz Jałoszyński, Mariusz Surma, Bogdan Stępień Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Streszczenie. Celem przeprowadzonych badań była ocena wpływu stopnia rozdrobnienia trawy cytrynowej na kinetykę suszenia w złożu fontannowym z wykorzystaniem mikrofal. Suszenie prowadzono przy zastosowaniu prędkości powietrza suszącego 5 m s 1, temperatury 50 C oraz mocy mikrofal 250 W, wykorzystując łodygi pocięte na plastry o grubości 1 cm oraz cząstki uzyskane po podzieleniu plastrów o grubości 1 cm na cztery części. Dla poprawy hydrodynamiki złoża zastosowano również szklane kule o średnicy 3 mm. Kinetykę suszenia oznaczono na podstawie ubytku masy złoża, a następnie opisano odpowiednim modelem matematycznym. Stwierdzono, że podzielenie plastrów na drobniejsze cząstki spowodowało zwiększenie tempa odwadniania materiału i skrócenie czasu trwania procesu o 20%. Zarówno w przypadku plastrów, jak i cząstek obserwowano chwilowe zakłócenia fontannowania złoża, których przyczyną było zbijanie się sztywnych cząstek trawy cytrynowej w porowatą, nieruchomą warstwę, a zastosowanie kul inertu pozwoliło wyeliminować ten efekt. Słowa kluczowe: trawa cytrynowa, suszenie fontannowo-mikrofalowe, kinetyka WSTĘP Trawa cytrynowa Cymbopogon citratus gatunek trawy z rodziny wielichowatych jest rośliną przyprawową, której łodygi i liście mają czysty cytrynowy zapach, pochodzący głównie od cytralu, jednego z sześćdziesięciu składników olejku cytronelowego [Ajayi i in. 2016]. Trawa cytrynowa jest uprawiana na dużą skalę w krajach o klimacie tropikalnym i subtropikalnym [Akhila 2010] jako roślina kulinarna do przyrządzania marta.paslawska@upwr.edu.pl Copyright by Wydawnictwo SGGW

86 84 M. Pasławska, K. Jałoszyński, M. Surma, B. Stępień napojów, zup i potraw warzywnych, mięsnych, a także rybnych. Jest charakterystyczna dla kuchni Indonezji, Malezji, Sri Lanki, Tajlandii oraz Indii, nadaje potrawom aromat cytrynowy z nutą imbiru, jednak bez kwaśnego posmaku. W postaci ekstraktu ma zastosowanie również w przemyśle perfumeryjnym, kosmetycznym oraz w medycynie. Ma udowodnione właściwości przeciwgorączkowe, moczopędne, tonizujące, pobudzające metabolizm, obniżające poziom cholesterolu, antyoksydacyjne, antybakteryjne, przeciwgrzybiczne oraz potencjalne właściwości przeciwnowotworowe [Oloyede 2009, Pereira i in. 2009, Santin i in. 2009, Costa i in. 2011, Matasyoh i in. 2011, Ekpenyong i in. 2015, Costa i in. 2016]. Dostępna jest w handlu detalicznym w postaci świeżej i wysuszonej (głównie metodą tradycyjną na słońcu), jednak susz ma znacznie mniej intensywny aromat, a co się z tym wiąże ma mniejszą zawartość związków aromatycznych niż materiał świeży [Hanaa i in. 2012]. Zawartość związków aromatycznych w suszonych przyprawach zależy od temperatury suszenia oraz czasu trwania procesu [Shanjani i in. 2010], dlatego też zasadne wydaje się poszukiwanie metod suszenia zapewniających intensywne odwadnianie trawy cytrynowej w niskiej temperaturze. Metodą suszenia umożliwiającą uzyskanie suszu w krótkim czasie przy łagodnych warunkach procesu jest suszenie fontannowo-mikrofalowe. Wysychanie następuje w złożu fontannującym pod wpływem przepływającego przez komorę suszarniczą powietrza, a zastosowanie dodatkowego nagrzewania złoża mikrofalami małej mocy umożliwia skrócenie czasu procesu. Pozytywne efekty stosowania tej techniki opisywane były w literaturze w przypadku suszenia jabłek [Pasławska i in. 2013], pszenicy [Jumah i Raghavan 2001] oraz krajanki ziemniaczanej [Yan i in. 2010]. Aby technika ta mogła stać się bardziej powszechna w suszarnictwie ziół i roślin przyprawowych, konieczne jest precyzyjne określenie wpływu wszystkich parametrów procesu na szybkość suszenia oraz jakość suszu. Celem przeprowadzonych badań była ocena efektów wstępnego rozdrabniania trawy cytrynowej oraz dodatku inertu na kinetykę suszenia w złożu fontannowym nagrzewanym mikrofalami. MATERIAŁ I METODY Materiał do badań stanowiły świeże łodygi trawy cytrynowej zakupione w firmie Swedeponic. Polskie świeże zioła (zioła certyfikowane zgodnie z Globalg.GAP GGN: ), a następnie pocięte na plastry o grubości 1 cm (rozdrobnienie 1) oraz plastry o grubości 1 cm, które zostały podzielone na ćwiartki (rozdrobnienie 2). Suszenie prowadzono na stanowisku suszarniczym MP20 (rys. 1) przy zastosowaniu prędkości powietrza suszącego 5 m s 1, temperatury 50 C oraz mocy mikrofal 250 W. Wilgotność względna powietrza w pomieszczeniu wahała się w przedziale 55 60%. Dla poprawy hydrodynamiki złoża zastosowano opcjonalnie szklane kule o średnicy 3 mm. Kinetykę suszenia analizowano na podstawie ubytku masy złoża (waga WLC 3/6/A2, dokładność pomiaru ±0,5 g), oznaczanego co 2 min przez pierwszych 10 min trwania procesu, następnie co 5 min do 100 min oraz co 10 min do zakończenia procesu, oraz zawartości wody w materiale na podstawie metody termograwimetrycznej (waga AS/160/ /C/2, dokładność pomiaru ±0,0001 g). Suszenie prowadzono do momentu, gdy trzy Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

87 Wpływ stopnia rozdrobnienia oraz dodatku inertu na kinetykę suszenia Rys. 1. Fig. 1. Stanowisko laboratoryjne do suszenia fontannowo-mikrofalowego (MP20): 1 stelaż, 2 wentylator, 3 komputer, 4 czujnik temperatury, 5 grzałki elektryczne, 6 fontannujące złoże, 7 komora suszarnicza, 8 zewnętrzna osłona zatrzymująca mikrofale, 9 pokrywa, 10 czujnik temperatury oraz ciśnienia, 11 magnetrony Laboratory stand for spouted bed-microwave drying (MP20): 1 rack, 2 fan, 3 computer, 4 temperature sensor, 5 electric heaters, 6 spouted bed, 7 drying chamber, 8 outside shield stopping microwaves, 9 cover, 10 temperature and pressure sensor, 11 magnetrons kolejne pomiary ubytku masy złoża wynosiły zero. Wszystkie doświadczenia powtarzano trzykrotnie, a do obliczeń brano średnią z powtórzeń. Oznaczenie zawartości suchej substancji dla wszystkich doświadczeń przeprowadzono zgodnie z normą ASAE [1986]. W celu przedstawienia kinetyki procesu suszenia obliczono względną zawartość wody, korzystając ze wzoru: MR = U U τ 0 U U r r gdzie: MR względna zawartość wody [-], U τ zawartość wody po czasie τ [kg H 2 O kg 1 s.s.], U 0 początkowa zawartość wody [kg H 2 O kg 1 s.s.], U r równowagowa zawartość wody [kg H 2 O kg 1 s.s.]. Równowagową zawartość wody w materiale ustalano po zakończeniu suszenia. Do matematycznego opisu krzywych suszenia zastosowano modele przedstawione w tabeli 1. W celu wyboru modelu najlepiej opisującego uzyskane dane wyznaczono średni błąd kwadratowy (RMSE), błąd standardowy (SE) oraz współczynnik determinacji (R 2 ). Analizę regresji krzywych suszenia przeprowadzono przy wykorzystaniu programu Table Curve 3D oraz arkusza Microsoft Excel nr 588, 2017

88 86 M. Pasławska, K. Jałoszyński, M. Surma, B. Stępień Tabela 1. Modele matematyczne wykorzystywane do opisu przebiegu suszenia Table 1. The mathematical formulas used to evaluate the drying process Nazwa modelu Name of model Formuła matematyczna Mathematical formula Literatura References Lewisa Newtona MR = exp ( k τ) Minn i in Page a MR = exp ( k τ a ) Ghazanfari i in Hendersona Pabisa MR = a exp ( k τ) Minn i in Zmodyfikowany Hendersona Pabisa MR = a exp ( k τ) + b exp ( g τ) + + c exp ( h τ) Minn i in Dwuczynnikowy MR = a exp ( b τ) + c exp ( d τ) Yaldl i Ertekin 2001 Logarytmiczny MR = a exp ( k τ) + b Kiranoudis i in Wanga Singha MR = 1 + a τ + b τ 2 ) Minn i in Midilliego Kucuka MR = a exp (k τ n ) + b τ Midilli i in k współczynnik suszarniczy [min 1 ]; a, b, c, d, g, h, n parametry modelu; τ czas [s]. k drying factor [min 1 ]; a, b, c, d, g, h, n model coefficients; τ time [s]. WYNIKI I DYSKUSJA Czas suszenia trawy cytrynowej metodą fontannowo-mikrofalową zmieniał się w zależności od stopnia rozdrobnienia oraz dodatku inertu. Zawierał się w przedziale min, przy czym najdłuższy czas procesu odnotowano przy zastosowaniu rozdrobnienia 1 bez dodatku kul szklanych (równowagowa wilgotność wynosiła 3,2%), a najkrótszy w próbach suszonych z dodatkiem inertu przy obu stopniach rozdrobnienia (uzyskano równowagową wilgotność na poziomie 2%). Podzielenie plastrów (rozdrobnienie 1) na ćwiartki (rozdrobnienie 2) było zabiegiem korzystnym ze względu na skrócenie czasu suszenia z 150 do 130 min, ale w obu wariantach doświadczenia obserwowano chwilowe zakłócenia fontannowania złoża, których przyczyną było zbijanie się sztywnych cząstek trawy cytrynowej w porowatą, nieruchomą warstwę. Wprowadzenie szklanych kul w funkcji inertu zapewniło równomierne rozproszenie złoża oraz spowodowało skrócenie czasu suszenia. Na podstawie porównania wyliczonych współczynników statystycznych R 2, RMSE oraz SE (tab. 2) oceniono przydatność wybranych modeli matematycznych do opisu procesu odwadniania trawy cytrynowej (rozdrobnienie 1 lub 2), bez dodatku i z dodatkiem kul szklanych w funkcji inertu. Stwierdzono, że w każdym z analizowanych wariantów doświadczenia kinetykę suszenia trawy cytrynowej w złożu fontannowym z nagrzewaniem mikrofalowym najlepiej opisywał model stworzony przez Midilliego i Kucuka. Po dobraniu współczynników a, b, k i n (tab. 3), kinetykę suszenia (rys. 2) można przedstawić jako zależność MR = f (τ). Model zaproponowany przez Midilliego i Kucuka został wykorzystany do opisu odwaniania trawy cytrynowej także przez Simha i innych [2016], Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

89 Wpływ stopnia rozdrobnienia oraz dodatku inertu na kinetykę suszenia Tabela 2. Współczynniki dopasowania modeli do przebiegu procesu suszenia trawy cytrynowej Table 2. The formula s matching coefficients to the description the lemongrass drying process Nazwa modelu Name of model Lewisa Newtona Page a Hendersona Pabisa Zmodyfikowany Hendersona Pabisa Dwuczynnikowy Logarytmiczny Wanga Singha Midilliego Kucuka Rozdrobnienie Fragmentation Materiał Material Materiał z inertem Material with inert R 2 RMSE SE R 2 RMSE SE 1 0,988 0,036 0,032 0,989 0,037 0, ,990 0,032 0,031 0,983 0,040 0, ,987 0,034 0,034 0,989 0,031 0, ,992 0,028 0,028 0,982 0,038 0, ,988 0,036 0,032 0,989 0,037 0, ,990 0,032 0,031 0,983 0,040 0, ,995 0,020 0,020 0,991 0,028 0, ,998 0,013 0,013 0,988 0,031 0, ,993 0,028 0,025 0,993 0,025 0, ,995 0,014 0,022 0,988 0,031 0, ,995 0,036 0,032 0,992 0,025 0, ,998 0,023 0,014 0,993 0,024 0, ,989 0,256 0,126 0,985 0,054 0, ,997 0,032 0,017 0,986 0,048 0, ,997 0,016 0,016 0,997 0,017 0, ,998 0,014 0,014 0,999 0,010 0,010 którzy analizowali mikrofalowe suszenie materiału rozdrobnionego na cienkie podłużne włókna, przy mocy mikrofal z zakresu W. Model ten stosowano również do opisu mikrofalowo-konwekcyjnego suszenia innych roślin przyprawowych, takich jak oregano [Wiktor i in. 2013] i bazylia [Wiktor i in. 2012]. Tabela 3. Współczynniki funkcji w modelu Midilliego i Kucuka opisującym przebiegu procesu suszenia trawy cytrynowej Table 3. The coefficients in Midilli Kucuk model describing the lemongrass drying process Materiał Material Rozdrobnienie 1 Fragmentation 1 Rozdrobnienie 1 z inertem Fragmentation 1 with inert Rozdrobnienie 2 Fragmentation 2 Rozdrobnienie 2 z inertem Fragmentation 2 with inert a b k n 0,9767 0,0015 0,0347 0,7417 0,9970 0,0016 0,0545 0,7076 0,9842 0,0012 0,0173 0,9553 1,0031 0,0034 0,0058 0,5570 nr 588, 2017

90 88 M. Pasławska, K. Jałoszyński, M. Surma, B. Stępień MR [-] 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 rozdrobnienie 1 fragmentation 1 rozdrobnienie 1 z inertem fragmentation 1 with inert rozdrobnienie 2 fragmentation 2 rozdrobnienie 2 z inertem fragmentation 2 with inert Rys. 2. Fig [min] Kinetyka suszenia trawy cytrynowej o różnym stopniu rozdrobnienia z dodatkiem lub bez dodatku inertu The drying rates of lemongrass about different fragmentation and dried with or without an inert Na uwagę zasługuje fakt, że szybkość suszenia cząstek trawy cytrynowej o rozdrobnieniu 2 była w początkowych 40 min procesu mniejsza niż w przypadku trawy o rozdrobnieniu 1 (rys. 2), a dopiero od tego momentu zaobserwowano zgodne z przewidywaniami znaczące zwiększenie tempa oddawania wody z materiału o większym stopniu rozdrobnienia. Największą szybkością suszenia przez cały czas trwania procesu charakteryzowała się trawa cytrynowa o stopniu rozdrobnienia 2, suszona z dodatkiem szklanych kul. Dodatek inertnych kulek szklanych wpłynął pozytywnie na dynamikę procesu odwadniania oraz zapobiegał zbrylaniu się cząstek trawy cytrynowej wewnątrz komory suszarniczej zarówno przy rozdrobnieniu 1, jak i rozdrobnieniu 2. WNIOSKI 1. Zwiększenie stopnia rozdrobnienia trawy cytrynowej oraz wprowadzenie inertu poprawiło dynamikę suszenia fontannowo-mikrofalowego oraz skróciło czas trwania procesu. 2. Ze względu na dopasowanie współczynników równania kinetykę procesu suszenia mikrofalowo-fontannowego trawy cytrynowej najlepiej opisywał model matematyczny stworzony przez Midilliego i Kucuka. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

91 Wpływ stopnia rozdrobnienia oraz dodatku inertu na kinetykę suszenia LITERATURA Ajayi E.O., Sadimenko A.P., Afolayan A.J., GC-MS evaluation of Cymbopogon citratus (DC.) Stapf oil obtained using modified hydrodistillation and microwave extraction methods. Food Chem. 2009, Akhila A., Essential oil-bearing grasses: the genus Cymbopogon. CRC Press, Taylor and Francis Group, Routledge. ASAE Standard, American Society of Agricultural Enginnerss, St. Josephs, MI. Costa C.A.R.A., Bidinotto L.T., Takahira R.K., Salvadori D.M.F., Barbisan L.F., Costa M., Cholesterol reduction and lack of genotoxic or toxic effects in mice after repeated 21-day oral intake of lemongrass (Cymbopogon citratus) essential oil. Food Chem. Toxicol. 49(9), Costa G., Ferreira J.P., Vitorino C., Pina M.E., Sousa J.J., Figueiredo I.V., Batista M.T., Polyphenols from Cymbopogon citratus leaves as tropical anti-flammatory agents. J. Ethnopharmacol. 178, Ekpenyong C.E., Akpan E., Nyoh A., Ethnopharmacology, phytochemisrty and biological activities of Cymbopogon citratus (DC.) Stapf extracts. Chin. J. Nat. Med. 13(5), Ghazanfari A., Emami S., Tabil L.G., Panigrahi S., Thin-layer drying of flax fiber: II. Modeling drying process using semi-theoretical and empirical models. Dry. Technol. 24, Hanaa M.A.R., Sallam Y.I., El-Leithy A.S., Aly E.S., Lemongrass (Cymbopogon citratus) essential oil as affected by drying methods. Ann. Agricultural Sci. 57(2), Jumah R.Y., Raghavan G.S.V., Analysis of heat and mass transfer during combined microwave-convective spouted-bed drying. Dry. Technol. 19(3 4), Kiranoudis C.T., Tsami E., Maroulis Z.B., Microwave vacuum drying kinetics of some fruits. Dry. Technol. 15, Matasyoh J.C., Wagara I.N., Nakavuma J.L., Kibural A.M., Chemical composition of Cymbopogon citratus essential oil and its effect on mycotoxigenic Aspergillus species. Afr. J. Food Sci. 5(3), Midilli A., Kucuk H., Yapar Z., A new model for single-layer drying. Dry. Technol. 20(7), Minn W.A.M., Loughlin C.M, Magee T.R.A., Thin-layer modeling of microwave, microwave-convective, and microwave-vacuum drying of pharmaceutical powders. Dry. Technol. 23, Oloyede O.I., Chemical profile and antimicrobial activity of Cymbopogon citratus leaves. J. Nat. Prod. 2, Pasławska M., Stępień B., Jałoszyński K., Surma M., Magganos G., Assessment of possibility of using microwaves for heating spouted bed during drying apples [in Polish]. Agric. Eng. 3(146), Pereira P.P., Puntel R.L., Boschetti T.K., Morel A.F., Antioxidant effects of different extracts from Mellisa officinalis, Matricaria recutita and Cymbopogon citratus. Neurochem. Res. J. 34, Santin M.R., Dos Santos A.O., Nakamura C.V., Filho B.P.D., Ferriera I.C.P., Ueda-Nakamura T., In vitro activity of the essential oil of Cymbopogon citratus and its major component (citral) on Leishmania amazonensis. Parasitol. Res. J. 105, Shanjani P.S., Mirza M., Calagari M., Adams R.P., Effects of drying and harvest season on the essential oil composition from foliage and berries of Juniperus excels. Ind. Crop. Prod. J. 32, nr 588, 2017

92 90 M. Pasławska, K. Jałoszyński, M. Surma, B. Stępień Simha P., Mathew M., Ganesapillai M., Empirical modeling of drying kinetics and microwave assisted extraction of bioactive compounds from Adathoda vasica and Cymbopogon citratus. Alexandria Eng. J. 55, Wiktor A., Łuczywek K., Witrowa-Rajchert D., Modelowanie matematyczne kinetyki suszenia mikrofalowo-konwekcyjnego liści bazylii. ZPPNR 570, Wiktor A., Łuczywek K., Witrowa-Rajchert D., Hankus M., Królikowski K., Aproksymacja krzywych kinetycznych suszenia mikrofalowo-konwekcyjnego liści oregano wybranymi równaniami. ZPPNR 573, Yaldl O., Ertekin C., Thin layer solar drying of some different vegetables. Dry. Technol. 19(3), Yan W., Zhang M., Huang L., Tang J., Mujumdar A.S., Sun J., Study of the optimization of puffing characteristics of potato cubes by spouted bed drying enhanced with microwave. J. Sci. Food Agric. 90, EFFECT OF FRAGMENTATION AND INERT ADDITION ON KINETICS OF MICROWAVE-ASSISTED FLUIDIZED BED DRYING OF LEMONGRASS Summary. The aim of this study was to determine the effect of lemongrass fragmentation on kinetics of fluidized bed drying combined with microwave heating. Lemongrass leaves were cuted on 1 cm bright slices (fragmentation 1) or 1 cm bright slices divided into quartets (fragmentation 2) and dried by microwave assisted fluidized bed drying method. The drying was performed at inlet air velocity 5 m s 1 and temperature 50 C, and at 250 W of microwaves input power. For improving the fluidization process, glass balls about diameter of 3 mm were tested as inert. Kinetics of drying was analyzed on the base of moisture ratio changings and described with appropriate mathematical model. Eight common used mathematical models were selected and tested in order to describe the experimental data. It was found that usage of fragmentation 2 caused improving of drying rate just after 40 min of drying, and shortening of drying process up 150 min to 130 min. During lemongrass drying in form of slices (fragmentation 1) and slice s quarters as well (fragmentation 2), temporary fluidization inhibition was observed. The reason of this effect was clumping of rigid and curled lemongrass pieces in stationary layer. The application of glass balls as inert let to eliminate this negative result and restore fluidization. Solvation of this technical problem entailed the increase of drying rate during microwave assisted fluidized bed of lemongrass and induced also further shortening of drying time. On the basis of the comparison of the coefficient of determination (R 2 ), root mean square error (RMSE), and standard error (SE), the usefulness of selected mathematical formulas to describe the dehydration process was assessed. It was found that the drying kinetics of lemongrass was best described by the Midilli Kucuk model, regardless of the material s fragmentation and inert. For this formula, a high coefficient R 2 ( ) was reported, while at the same time the low values of the SE ( ) and the RSME coefficient ( ) were calculated. In conclusion: the fragmentation of lemongrass to smaller pieces (fragmentation 2) gives improvement of microwave assisted fluidized-bed drying rate and process time only when synchronize together with of inert usage. Key words: lemongrass, microwave-assisted fluidized-bed drying, kinetics Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

93 Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych nr 588, 2017, DOI /ZPPNR OCENA WYBRANYCH WŁAŚCIWOŚCI SKROBI WYIZOLOWANEJ Z NASION KOMOSY RYŻOWEJ Małgorzata Piecyk, Katarzyna Kowalska, Elwira Worobiej, Ewa Ostrowska-Ligęza Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie Streszczenie. Celem pracy była ocena wybranych właściwości skrobi z komosy ryżowej uprawianej w Polsce w porównaniu do skrobi wyizolowanej z nasion komosy pochodzącej z Peru oraz z pszenicy. W skrobiach oznaczano podstawowy skład chemiczny, zbadano ich pęcznienie (SP) i rozpuszczanie amylozy (AML), synerezę, zdolność emulgowania (EC), właściwości termiczne i strawność skrobi in vitro. Różnice między skrobią z różnych komos były głównie wynikiem różnej zawartości amylozy skrobia z komosy czerwonej o najmniejszej zawartości amylozy (3,3%) cechowała się najniższą temperaturą przemiany, najmniejszą synerezą oraz najlepszą zdolnością emulgowania. Skrobia z komosy uprawianej w Polsce miała bardzo słabą zdolność emulgowania, ale dużą stabilność żeli podczas przechowywania. Wyznaczone wartości przewidywanego indeksu glikemicznego wskazują, że zastępowanie skrobi pszennej skrobią z komosy w produktach poddawanych obróbce termicznej nie będzie powodowało obniżenia ich indeksu glikemicznego. Słowa kluczowe: amyloza, strawność skrobi, właściwości funkcjonalne, właściwości termiczne WSTĘP Komosa ryżowa (Chenopodium quinoa Willd.) zaliczana jest, podobnie jak gryka i amarantus, do pseudozbóż. Uprawiana jest głównie na terenie Ameryki Południowej i charakteryzuje się dużą odpornością na warunki środowiskowe i znacznymi zdolnościami adaptacyjnymi. Podjęte próby jej uprawy w Polsce pozwoliły na uzyskanie plonów wynoszących 0,5 1,5 t ha 1, co potwierdza, że roślina w pełni przystosowała się do warunków klimatycznych naszego kraju [Grochowski 1998, Gozdecka i Gęsiński 2011]. malgorzata.piecyk@up.wroc.pl Copyright by Wydawnictwo SGGW

94 92 M. Piecyk, K. Kowalska, E. Worobiej, E. Ostrowska-Ligęza W porównaniu do tradycyjnych zbóż charakteryzuje się dużą wartością odżywczą. Z tego powodu FAO wytypowało ją na roślinę, która może zapewnić bezpieczeństwo żywnościowe na świecie w XXI wieku [FAO 2011]. Wykorzystanie komosy do celów konsumpcyjnych może jednak utrudniać znaczna zawartość saponin na powierzchni jej nasion. Ich ilość w zależności od odmiany i warunków uprawy waha się w granicach 0,01 4,65% suchej masy [Kozioł 1992]. Do zmniejszenia ilości saponin można zastosować zabiegi takie jak skaryfikacja mechaniczna lub wymywanie wodą, które pozwalają na ich redukcję o około 60% [Gozdecka i in. 2010]. Nasiona o dużej zawartości saponin, które nie mogą być przeznaczone na cele konsumpcyjne, mogą być wykorzystane do otrzymywania preparatów białkowych i skrobi. Ze względu na bardzo mały rozmiar ziarenek skrobia komosy ryżowej charakteryzuje się szczególnymi właściwościami jak duża stabilność żeli czy zdolność emulgowania i stabilizacji emulsji. Może być również wykorzystywana w tworzeniu kremowej, gładkiej tekstury, wykazując właściwości podobne do tłuszczu. Skrobia komosy ryżowej stosowana może być również w produkcji biofilmów czy biodegradujących folii [Abugoch James 2009, Valcárcel-Yamani i da Silva Lannes 2012]. Wymienione możliwości wykorzystania skrobi z komosy ryżowej uwarunkowane są nie tylko rozmiarem jej ziarenek, ale zależą również od odmiany nasion, zawartości amylozy oraz od warunków uprawy [Lindeboom i in. 2005b]. Komosa ryżowa uprawiana w jednym z gospodarstw w Polsce ze względów na dużą zawartość saponin nie jest dopuszczona do spożycia. Nasiona takie można wykorzystać do pozyskiwania skrobi, ale konieczna jest ocena jej właściwości wskazujących na możliwość wykorzystania w przemyśle spożywczym. W związku z tym celem pracy była ocena wybranych właściwości skrobi z komosy ryżowej uprawianej w Polsce w porównaniu do skrobi wyizolowanej z nasion pochodzących z Peru oraz z pszenicy. MATERIAŁY I METODY Skrobię izolowano z handlowych nasion komosy białej (QW), czarnej (QB) i czerwonej (QR) pochodzących z Peru oraz nasion komosy białej (QWPL) wyhodowanych w gospodarstwie rolnym, w województwie kujawsko-pomorskim. Do izolacji materiału zastosowano metodę na mokro, w której prowadzono ekstrakcję składników rozpuszczalnych wodą po zhomogenizowaniu z nią nasion, a następnie po przelaniu zawiesiny przez sito i odwirowaniu ekstrahowano ponownie w środowisku o ph 9,1. Otrzymany osad mieszano czterokrotnie z wodą, za każdym razem odwirowując zawiesinę, po czym suszono go w temperaturze otoczenia przez 2 dni, mielono i przesiewano przez sito (o oczkach o średnicy 0,090 mm). Materiałem porównawczym była handlowa skrobia pszenna (PS). Do badania morfologii ziarenek skrobi komosy i pszenicy zastosowano obserwacje pod mikroskopem skaningowym (Hitachi S-4200, Japan) przy powiększeniu wynoszącym odpowiednio i Wilgotność mąk oraz skrobi oznaczano metodą grawimetryczną, prowadząc suszenie próbki (od 2 do 5 g) w temperaturze 130 C przez 2 h. Ilość popiołu oznaczano również grawimetrycznie według metody [AOAC 1990]. Zawartość białka oznaczano metodą Kjeldahla, a do przeliczenia azotu na białko Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

95 Ocena wybranych właściwości skrobi wyizolowanej z nasion komosy ryżowej 93 stosowano przelicznik 6,25. Zawartość amylozy w skrobi oznaczano metodą spektrofotometryczną Williamsa i innych [1970]. Analizy kleikowania skrobi przeprowadzono w skaningowym kalorymetrze różnicowym (DSC, TA Instruments Q 200) według Piecyk i innych [2013]. Z termogramów kleikowania skrobi wyznaczano temperaturę: początku przemiany fazowej (T o, C), maksimum endotermy (T p, C) i końcową przemiany (T k, C), oraz entalpię przemiany (ΔH, J g 1 s.m.). Ponadto obliczano zakres temperatury przemiany (T k T o ) oraz indeks wzrostu piku PHI (ang. peak height index) jako stosunek ΔH/T p T o [Krueger i in. 1987]. Badania właściwościowości funkcjonalnych obejmowały oznaczenie pęcznienia skrobi i rozpuszczania amylozy w temperaturze 55, 65, 75 i 85 C metodą Leacha z zespołem [1959] w modyfikacji Piecyk i innych [2013]. Do zbadania synerezy przygotowano 8-procentowe żele i po odwirowaniu (1500 g, 30 min) przechowywano je w 4 C i po 1 dniu oraz 2 i 7 dniach ponownie je wirowano. Ilość wydzielonej wody ze 100 g początkowej masy żelu przedstawiano jako stopień synerezy. Do oceny zdolności emulgowania wykorzystano metodę Koksela i innych [2008], przygotowując emulsje przez zhomogenizowanie ( obr. m 1, 90 s) 0,5 g skrobi, 4 cm 3 0,05-procentowego roztworu białka sojowego i 4 cm 3 oleju sojowego, które następnie wirowano (2100 g, 20 min). Zdolność emulgowania wyrażano w procentach jako stosunek objętości emulsji do całkowitej objętości roztworu. Strawność in vitro skrobi natywnej i skleikowanej oznaczano metodą Englysta i innych [1992] w modyfikacji Chunga i innych [2009]. Skrobię skleikowaną przygotowano przez ogrzewanie (95 C, 30 min) jej 5% roztworów, które, chłodzono, zamrażano i liofilizowano (40 C, 24 h) i rozdrabniano. Próbki natywne i skleikowane trawiono mieszaniną enzymów, pobierając po 10, 20, 30, 60, 90, 120 i 180 min tego procesu 100 μl, w których oznaczano ilość uwolnionej glukozy testem enzymatycznym (K-GLUC, Megazyme). Do opisu strawności skrobi wyznaczano ilość skrobi szybko trawionej (RDS) strawionej po 20 min, wolno trawionej (SDS) strawionej między 20 a 120 min hydrolizy. Ilość skrobi opornej (RS) stanowiła różnicę między skrobią całkowitą (TS) oznaczoną testem enzymatycznym (K-TSTA, Megazyme) a skrobią strawioną po 120 min hydrolizy. Ponadto obliczono przewidywany indeks glikemiczny (pig) ze wzoru pig = 8, ,862 IH [Granfeld i in. 1992]. Indeks hydrolizy (IH) obliczano jako stosunek pola powierzchni pod krzywą hydrolizy skrobi w próbkach do pola powierzchni pod krzywą hydrolizy skrobi w chlebie pszennym. Otrzymane wyniki przedstawiono jako wartości średnie x ±SD i porównano przy użyciu jednoczynnikowej analizy wariancji przy poziomie istotności p < 0,05, a istotność różnic zbadano testem Duncana w programie Statistica WYNIKI I DYSKUSJA W wyizolowanej skrobi z nasion komosy zawartość białka mieściła się w zakresie 0,63 0,89% (tab. 1). Uzyskane wyniki potwierdzają doniesienia, że izolacja skrobi z nasion komosy jest trudna ze względu na zamknięcie malutkich ziarenek skrobi w białkowej matrycy. Z tego powodu w zależności od sposobu izolacji skrobia ta może zawierać białko w ilości 0,1 2,7% [Lindeboom i in. 2005a, Steffolani i in. 2013]. Można stwierdzić, że zastosowana w pracy metoda izolacji na tle badań prezentowanych w literaturze pozwoliła na dość efektywne usunięcie białek. Ilość popiołu, odzwierciedlająca zanieczyszczenie nr 588, 2017

96 94 M. Piecyk, K. Kowalska, E. Worobiej, E. Ostrowska-Ligęza Tabela 1. Skład chemiczny skrobi wyizolowanej z nasion komosy ryżowej i ze skrobi pszennej Table 1. Chemical composition of isolated quinoa starch and wheat starch Skrobia Starch Wilgotność Moisture [g 100 g 1 ] Popiół [g 100 g 1 s.m.] Ash [g 100 g 1 d.m.] Białko [g 100 g 1 s.m.] Protein [g 100 g 1 d.m.] Amyloza [g 100 g 1 s.m.] Amylose [g 100 g 1 d.m.] QB 7,2 ±0,4 a 0,10 ±0,01 c 0,86 ±0,02 a 10,3 ±0,3 c QW 4,4 ±0,3 b 0,10 ±0,01 c 0,89 ±0,03 a 15,4 ±0,3 b QR 2,9 ±0,1 d 0,13 ±0,02 b 0,89 ±0,03 a 3,5 ±0,3 e QWPL 3,4 ±0,2 c 0,44 ±0,01 a 0,63 ±0,02 b 9,6 ±0,3 d PS 7,2 ±0,1 d 0,15 ±0,02 b nd 23,0 ±0,3 a Wartości w kolumnach oznaczone różnymi literami są istotnie różne przy p < 0,05; nd nie oznaczano. The values in columns with varied letters are statistically different at p < 0.05; nd no detected. błonnikiem, była na zbliżonym poziomie w skrobiach z nasion komos peruwiańskich (0,10% 0,13%), a w skrobi z komosy białej była znacznie większa (0,45%). Największe istotne różnice między badanymi skrobiami z komosy stwierdzono w zawartości amylozy, której ilość mieściła się w szerokim zakresie od 3,5 do 15,4%. Zawartość tego składnika w skrobi z komosy podawana w literaturze mieści się w jeszcze szerszym zakresie, tj. 3,0 25,7%, i jest uzależniona nie tylko od odmiany, ale również od miejsca uprawy i stadium dojrzałości nasion [Lindeboom i in. 2005b, Steffolani i in. 2013, Li i in. 2016]. Analiza mikroskopowa nie wykazała różnic w morfologii i wielkości ziarenek skrobi komosy (rys.). Stwierdzono jedynie różnice w tendencji do tworzenia aglomeratów ich największa ilość występowała w skrobi z QB i QWPL. Uzyskane wyniki obserwacji są zgodne z danymi zawartymi w literaturze, według których kształt ziaren skrobi komosy opisywany jest jako poligonalny, a wielkość mieści się w zakresie 1 2 μm [Abugoch James 2009]. W tabeli 2 przedstawiono różne rodzaje temperatury (T o, T p, T k ) i entalpię (ΔH) oraz zakres temperatury przemiany skrobi z komosy i pszenicy. Z przedstawionych danych wynika, że w porównaniu do skrobi z QB i QW oraz z pszenicy skrobia z QR ma najmniejsze wartości temperatury T o, T p, T k (odpowiednio 48,0; 54,6; 63,4 C) oraz najmniejszą entalpię kleikowania (6,8 J g 1 ). Tak znaczne różnice w wartościach temperatury oraz entalpii przemiany skrobi komosy znajdują potwierdzenie w literaturze, w której podawane wyniki są zbliżone do uzyskanych w pracy [Lindeboom i in. 2005a, Steffolani i in. 2013, Li i in. 2016]. Właściwości termiczne skrobi uwarunkowane są przede wszystkim wewnętrzną strukturą i wielkością jej ziarenek. O szybkości pęcznienia i kleikowania skrobi decydują m.in. sposób i stopień uporządkowania łańcuchów amylopektyny oraz ich długość i oddziaływania między obszarami amorficznymi i krystalicznymi. Różnice w entalpii rozpatrywane są najczęściej jako różnice w energii niezbędnej do roztopienia krystalitów, któremu towarzyszy rozerwanie wiązań wodorowych wewnątrz helis. Według Testera i Morrisona [1990] entalpia odzwierciedla całkowitą krystaliczność, tj. jakość i ilość krystalitów w ziarenkach. Obszary krystaliczne w ziarenkach skrobi są tworzone przez łańcuchy amylopektyny, dlatego wydawać by się mogło, że skrobie o małym Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

97 QB QWPL QW PS QR Rys. Fig. Mikrofotografie (SEM) skrobi z nasion komosy czarnej (QB), białej (QW) i czerwonej (QR) z Peru oraz z komosy białej polskiej (QWPL) ( ) i ze skrobi pszennej (PS) (3000 ) Scanning electron micrograph of quinoa black starch (QB), white (QW) and red (QR) from Peru and of Polish white quinoa (QWPL) ( ) and wheat starch (PS) (3000 )

98 96 M. Piecyk, K. Kowalska, E. Worobiej, E. Ostrowska-Ligęza Tabela 2. Właściwości termiczne skrobi Table 2. Thermal properties of starch Skrobia Kleikowanie Gelatinization Starch T o [ C] T p [ C] T k [ C] ΔH [J g 1 ] T k T o [ C] PHI [ ] QB 50,2 ±0,2 d 58,9 ±0,1 d 69,8 ±0,7 b 12,7 ±0,0 a 19,7 ±0,5 a 1,4 ±0,1 QW 60,7 ±0,1 a 66,3 ±0,0 a 74,1 ±0,8 a 11,8 ±0,1 b 13,5 ±0,9 c 2,1 ±0,0 QR 48,0 ±0,3 e 54,6 ±0,0 d 63,4 ±0,3 d 6,8 ±0,3 d 15,4 ±0,0 b 1,0 ±0,0 QWPL 57,7 ±0,1 b 63,7 ±0,6 b 73,3 ±0,0 a 11,1 ±0,3 c 15,7 ±0,1 b 1,8 ±0,1 PS 55,0 ±0,1 c 59,3 ±0,1 c 67,0 ±0,5 c 10,8 ±0,2 c 12,0 ±0,6 d 2,5 ±0,1 a e różnice między wartościami średnimi oznaczonymi różnymi literami są statystycznie istotne (p < 0,05). a e differences among mean values denoted by different letters are statistically significant (p < 0.05). udziale amylozy będą charakteryzowały się większymi wartościami T o, T p i ΔH, ale w przypadku skrobi z QR o najmniejszej zawartości amylozy zależność ta jest odwrotna. Wszystkie badane w niniejszej pracy skrobie reprezentują typ polimorficzny A, więc obserwowane różnice w entalpii mogą być wynikiem różnic w stopniu uporządkowania łańcuchów amylopektyny. Można więc przypuszczać, że skrobia z QR ma najmniejszą krystaliczność. Ponadto z badań Noda i innych [1998] wynika, że T o, T p i ΔH są skorelowane ujemnie z udziałem krótkich łańcuchów w amylopektynie. Dysocjacja dłuższych łańcuchów amylopektyny zachodzi w wyższej temperaturze, i dlatego skrobie o większym udziale amylozy i dużej liczbie długich łańcuchów w amylopektynie mają wysoką temperaturę przemiany. Z kolei PHI charakteryzuje kształt i stopień symetrii różnych endoterm zależących od oddziaływań między obszarami amorficznymi i krystalicznymi [Krueger i in. 1987]. Najmniejszą wartość PHI miała skrobia z QR o najmniejszej zawartości amylozy. Obserwowane różnice we właściwościach termicznych badanych skrobi znalazły odzwierciedlenie w pęcznieniu skrobi (SP) oraz rozpuszczalności amylozy (AML) tabela 3. W 85 C największe SP miała skrobia z QR (17,0 g g 1 ), najmniejszą zaś z QW i QWPL, tj. około 8,4 g g 1 (różnice nieistotne statystycznie). Otrzymane wyniki są zbliżone do tych podawanych przez Ahameda [1996], tj. 8,54 g g 1 w temperaturze 95 C, ale niższe od podawanych przez Lindeboom i innych [2005a], tj g g 1 w temperaturze 85 C, oraz przez Li i innych [2016], tj. 19,0 33,1 g g 1 w tej samej temperaturze. Jak zwracają uwagę Li i inni [2016], tak znaczne różnice w wynikach podawanych w literaturze mogą być wynikiem nie tylko odmienności skrobi, ale również warunków badań, np. wirowania kleików. Największą AML wśród skrobi z komosy ryżowej w 85 C miała skrobia z QR, tj. 1,05%, a najmniejszą z QB i QWPL (~ 0,6%). Niewielka wartość AML świadczyć może o zwięzłości ziarenek skrobi komosy ryżowej i silnych interakcjach między łańcuchami amylozy i amylopektyny, na co wskazywały wyniki badań przeprowadzonych w DSC, z wyjątkiem skrobi z QR o małej zawartości amylozy, która miała największą wartość SP i AML. Najwyższy stopień synerezy po dniu przechowywania zaobserwowano w żelu skrobi z QW (0,93 g wody 100 g 1 żelu) i była to wartość większa niż dla skrobi pszennej Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

99 Tabela 3. Pęcznienie skrobi komosy i rozpuszczalność amylozy w różnej temperaturze Table 3. Swelling power of quinoa starch and amylose leaching at various temperatures Skrobia Starch Pęcznienie Swelling power [g g 1 ] Rozpuszczalność amylozy Amylose leaching [g 100 g 1 ] 55 C 65 C 75 C 85 C 55 C 65 C 75 C 85 C QB 6,0 ±0,2 b 6,0 ±0,2 d 6,6 ±0,3 d 9,6 ±0,4 c 0,04 ±0,00 c 0,08 ±0,01 b 0,19 ±0,04 c 0,60 ±0,07 c QW 2,9 ±0,1 e 6,4 ±0,1 c 7,2 ±0,0 c 8,3 ±0,1 d 0,06 ±0,00 c 0,27 ±0,05 b 0,52 ±0,02 b 0,83 ±0,08 bc QR 7,2 ±0,0 a 7,3 ±0,3 b 9,0 ±0,1 a 17,0 ±0,6 a 0,22 ±0,00 b 0,27 ±0,01 b 0,45 ±0,06 b 1,06 ±0,01 b QWPL 3,7±0,0 d 5,9 ±0,0 d 7,7 ±0,3 b 8,4 ±0,3 d 0,08 ±0,01 c 0,16 ±0,01 b 0,49 ±0,03 b 0,64 ±0,04 c PS 5,3 ±0,4 c 9,6 ±0,1 a 11,4 ±0,1 b 15,7 ±0,1 b 0,35 ±0,06 a 2,76 ±0,24 a 4,13 ±0,22 a 7,15 ±0,26 a Wartości w kolumnach oznaczone różnymi literami są istotnie różne przy p < 0,05. The values in columns with varied letters are statistically different at p < 0.05.

100 98 M. Piecyk, K. Kowalska, E. Worobiej, E. Ostrowska-Ligęza (0,52 g wody 100 g 1 żelu), a najniższy w żelu ze skrobi z QR (0,02 g wody 100 g 1 żelu) oraz z QWPL (0,15 g wody 100 g 1 żelu) tabela 4. Po 7 dniach przechowywania największą stabilność miał żel ze skrobi z QR (0,17 g wody 100 g 1 żelu), a najmniejszą żel ze skrobi z QW (3,10 g wody 100 g 1 żelu). Stabilność żelu ze skrobi z QWPL w pierwszych 2 dniach przechowywania była mniejsza niż skrobi z QR, ale większa niż żelu pszennego, w przeciwieństwie do innych badanych skrobi komosy. Sodhi i Singh (2002) w badaniach skrobi ryżowej wykazali, że najmniejszą synerezę miały żele ze skrobi o najmniejszej zawartości amylozy i największym udziale małych ziarenek. Z kolei Tovar i inni (2002) zbadali synerezę po 24 h przechowywania w temperaturze chłodniczej w żelach z natywnych skrobi kukurydzianej, ryżowej i z sorgo. Wynosiła ona odpowiednio 2,1, 4,6 i 1,4 g wody 100 g 1 żelu i nie była skorelowana z zawartością amylozy pozornej czy oznaczoną ilością amylozy zretrogradowanej. Autorzy zwracają uwagę, że pewne zależności między zawartością amylozy a podatnością na synerezę można obserwować jedynie wśród skrobi o tym samym pochodzeniu botanicznym. Wśród badanych skrobi komosy, które miały podobną wielkość, czynnikiem decydującym o dużej stabilności przechowalniczej ich żeli była mała zawartość amylozy i dlatego skrobia z QR wykazywała najlepsze właściwości w tym zakresie. Tabela 4. Stopień synerezy żeli oraz zdolność emulgowania roztworów białka sojowego i oleju Table 4. Syneresis degree of gels and emulsion capacity of soy protein solution and oil Skrobia Starch 1 dniu 1 day Synereza [g wody 100 g 1 żelu] po Syneresis [g water 100 g 1 gel] after 2 dniach 2 days 7 dniach 7 days Zdolność emulgowania Emulsifying capacity [%] QB 0,55 ±0,14 b 1,20 ±0,22 b 2,05 ±0,18 b 6,2 ±0,0 b QW 0,93 ±0,02 a 2,21 ±0,30 a 3,10 ±0,33 a 6,4 ±0,4 b QR 0,02 ±0,00 c 0,06 ±0,00 d 0,17 ±0,02 d 41,2 ±0,0 a QWPL 0,15 ±0,10 c 0,55 ±0,10 c 1,40 ±0,26 c 3,0 ±0,1 c PS 0,52 ±0,13 b 0,83 ±0,01 bc 1,10 ±0,08 c 0 Wartości w kolumnach oznaczone różnymi literami są istotnie różne przy p < 0,05. The values in columns with varied letters are statistically different at p < Skrobie same nie mogą tworzyć emulsji, ale mogą modyfikować ich właściwości. Zdolność emulgowania i stabilizacji emulsji typu olej w wodzie przez skrobię może być wynikiem mechanizmu Pickeringa, polegającego na adsorpcji na granicy faz cząstek stałych o średnicy mniejszej niż średnica kropli fazy wewnętrznej. Zdolność skrobi komosy do stabilizacji emulsji o/w ma związek z bardzo małym rozmiarem jej ziarenek oraz kształtem przypominającym zaokrąglone wielościany [Rayner i in. 2012], co potwierdzają wyniki prezentowanych badań, gdyż skrobia pszenna o większych ziarenkach niż skrobia komosy nie wykazała zdolności emulgowania. Skrobia z QWPL charakteryzowała się gorszą zdolnością emulgowania (3,0%) w porównaniu do innych skrobi z komosy, zwłaszcza do skrobi z QR, której zdolność emulgowania wynosiła aż 41,2%. Może to wynikać z większej tendencji skrobi z QWPL do tworzenia aglomeratów (rys.). Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

101 Ocena wybranych właściwości skrobi wyizolowanej z nasion komosy ryżowej 99 Na podstawie przedstawionych w literaturze wyników badań wykazano, że nasiona komosy zastosowane w produktach bezglutenowych wpływają na zmniejszenie ich indeksu glikemicznego [Berti i in. 2004], w związku z tym przeprowadzono badania strawności in vitro skrobi z komosy (tab. 5). W skrobiach natywnych udział skrobi szybko trawionej (RDS) wahał się w przedziale 74,9 86,9% i był znacznie większy niż w skrobi pszennej (19,5%). Największy udział skrobi wolno trawionej (SDS) miała skrobia QW (22,7%), ale był on ponad trzy razy mniejszy niż w skrobi pszennej (68,5%). Różna szybkość trawienia natywnej skrobi znalazła odzwierciedlenie w wartości przewidywanego indeksu glikemicznego (pig), który wahał się w skrobi komosy w granicach od 86,6 (QWPL) do 93,1 (QW), podczas gdy w skrobi pszennej wynosił 65,3. Skrobia komosy cechuje się tym samym typem polimorficznym struktury krystalicznej jak skrobia pszenna. Tego typu struktura jest bardziej podatna na hydrolizę niż skrobia o typie polimorficznym B charakterystycznym dla skrobi ziemniaczanej [Srichuwong i in. 2005]. Strawność skrobi determinowana jest nie tylko strukturą krystaliczną ziarenka, ale również jego wielkością. Przeprowadzone badania kinetyki hydrolizy skrobi o różnym pochodzeniu botanicznym wykazały, że stosunek powierzchni ziarenka skrobi do jego objętości jest jednym z najważniejszych wskaźników określających wielkość obszarów dla wiązania enzymów oraz liczbę dostępnych wiązań glikozydowych [Dhital i in. 2010], dlatego szybkość trawienia skrobi natywnej z komosy była znacznie większa niż skrobi pszennej. Nie można również wykluczyć, że różnice te są efektem rozmieszczenia warstw semikrystalicznych i amorficznych w ziarenkach skrobi. Warren i inni [2011] wykazali, że szybkość wiązania enzymów na powierzchni ziarenka skrobi jest uzależniona od udziału frakcji amorficznej w tym obszarze, tj. im większy jej udział, tym szybsza hydroliza skrobi. Po gotowaniu w skrobi pszennej udział RDS gwałtownie wzrósł do 85,4%, z jednoczesnym zmniejszeniem udziału SDS do 4,1% i RS do 10,5%. Z kolei w skrobiach komosy zmiany te w stosunku do skrobi natywnej nie były tak znaczne: stwierdzono Tabela 5. Parametry wyznaczone w czasie trawienia in vitro [g 100 g 1 s.m.] Table 5. Parameters determined by in vitro starch digestion [g 100 g 1 d.m.] Skrobia Starch RDS SDS RS pig QB natywna native 86,7 ±0,2 b 8,9 ±1,1 c 4,4 ±0,9 e 92,3 ±1,4 ab skleikowana gelatinized 86,9 ±0,6 b 3,0 ±0,8 d 10,1 ±0,5 c 89,3 ±0,5 cd QW natywna native 74,9 ±2,0 e 22,7 ±2,6 b 2,4 ±0,7 f 93,1 ±0,0 a skleikowana gelatinized 89,6 ±1,4 a 2,2 ±1,1 d 8,2 ±1,6 d 92,2 ±1,8 ab QR natywna native 86,9 ±0,5 b 3,1 ±1,0 d 9,9 ±0,6 c 91,0 ±1,1 bc skleikowana gelatinized 85,5 ±0,7 bc 4,0 ±1,1 d 10,5 ±1,0 bc 89,0 ±1,0 d QWPL natywna native 78,1 ±2,1 d 9,1 ±1,0 c 12,9 ±1,1 a 86,6 ±1,8 e skleikowana gelatinized 84,2 ±0,9 c 3,8 ±0,3 d 12,0 ±0,9 ab 88,1 ±0,4 de PS natywna native 19,5 ±0,7 f 68,5 ±0,8 a 12,0 ±1,4 ab 65,3 ±0,7 f skleikowana gelatinized 85,4 ±1,1 bc 4,1 ±0,6 d 10,5 ±1,0 bc 88,5 ±0,3 de Wartości w kolumnach oznaczone różnymi literami są istotnie różne przy p < 0,05. The values in columns with varied letters are statistically different at p < nr 588, 2017

102 100 M. Piecyk, K. Kowalska, E. Worobiej, E. Ostrowska-Ligęza zmniejszenie udziału SDS (z wyjątkiem QR) oraz w skrobi z QB i z QW istotne zwiększenie udziału RS. Zmiany te wpłynęły na nieznaczne zmniejszenie pig skrobi z QB i z QR w stosunku do skrobi natywnych. Z danych literaturowych wynika, że zastąpienie mąki pszennej mąką z komosy w chlebie wpływa na zmniejszenie pig ze 100 do 95 [Wolter i in. 2013]. Uzyskane wyniki strawności skrobi wskazują na znaczący wpływ izolacji skrobi z nasion komosy na jej wartość. Bardzo małe ziarenka tej skrobi otoczone są białkami [Lindeboom i in. 2005a], przez co jej dostępność w nasionach lub mące dla enzymów jest ograniczona. Powstające podczas przetwarzania żywności interakcje między białkami a skrobią również mogą mieć wpływ na strawność skrobi. Wpływ białek na strawność skrobi został potwierdzony m.in. w badaniach in vivo, w których badano efekt glikemiczny u ludzi po spożyciu chleba z mąki pszennej i bezglutenowego z oczyszczonej skrobi, ponieważ stwierdzono, że usunięcie białek wpływało na zwiększenie poziomu glukozy we krwi badanych o 10 20% [Thorne i in. 1983]. WNIOSKI 1. W porównaniu do skrobi pszennej skrobia z nasion komosy ryżowej charakteryzowała się istotnie mniejszą rozpuszczalnością amylozy, zdolnością emulgowania oraz większą strawnością w stanie natywnym. 2. Właściwości termiczne i funkcjonalne skrobi komosy ryżowej w dużym stopniu zależą od zawartości amylozy. Skrobia z QR o najmniejszej zawartości amylozy cechowała się również najniższą temperaturą przemiany, małą synerezą, ale największą siłą pęcznienia i rozpuszczaniem amylozy, co wskazuje na słabsze interakcje między łańcuchami amylozy i amylopektyny. 3. Wyznaczone wartości przewidywanego pig wskazują, że zastępowanie skrobi pszennej skrobią komosy w produktach poddawanych obróbce termicznej nie będzie powodowało obniżenia ich indeksu glikemicznego. 4. Skrobia z komosy uprawianej w Polsce ma słabszą zdolność emulgowania w porównaniu do innych skrobi komosy, ale dużą stabilność żeli podczas przechowywania. LITERATURA Abugoch James L.E., Quinoa (Chenopodium quinoa Willd.): composition, chemistry, nutritional, and functional properties. Adv. Food Nutr. Res. 58, Ahamed N.T., Singhal R.S., Kulkarni R.K., Pal M., Physicochemical and functional properties of Chenopodium quinoa starch. Carbohydr. Polym. 31, AOAC, Official Methods of Analysis. Wyd. XV. AOAC, Arlington, VA. Berti C., Riso O., Monti L.D., Porrini M., In vitro starch digestibility and in vivo glucose response of gluten-free foods and their gluten counterparts. Eur. J. Nutr. 43, Chung H.J., Liu Q., Hoover R., Impact of annealing and heat-moisture treatment on rapidly digestible, slowly digestible and resistant starch levels in native and gelatinized corn, pea and lentil starches. Carbohydr. Polym. 75, Dhital S., Shrestha A.K., Gidley M.J., Relationship between granule size and in vitro digestibility of maize and potato starches. Carbohydr. Polym. 82, Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

103 Ocena wybranych właściwości skrobi wyizolowanej z nasion komosy ryżowej 101 Englyst H.N., Kingman S.M., Cummings J.H., Classification and measurement of nutritionally important starch fractions. Eur. J. Clin. Nutr. 46, FAO, Quinoa: An ancient crop to contribute to world food security. Regional Office for Latin America and the Caribbean. Gozdecka G., Gęsiński K., Charakterystyka masy nasiennej komosy ryżowej po zbiorze. Inż. Ap. Chem. 3, Gozdecka G., Weiner W., Gesinski K., Muszynska J., Zastosowanie wybranych metod usuwania saponin z powierzchni nasion. ZPPNR 546, Granfeldt Y., Björck I., Drews A., Tovar J., An in vitro procedure based on chewing to predict metabolic responses to starch in cereal and legume products. Eur. J. Clin. Nutr. 46, Grochowski Z., Biologia, uprawa i wykorzystanie komosy ryżowej w Polsce (Chenopodium quinoa Willd.). Hodowla Roślin i Nasiennictwo 2, Koksel H., Masatcioglu T., Kahraman K., Ozturk S., Basman A., Improving effect of lyophilization on functional properties of resistant starch preparations formed by acid hydrolysis and heat treatment. J. Cereal Sci. 47, Kozioł M.J., Chemical composition and nutritional evaluation of quinoa (Chenopodium quinoa Willd.). J. Food Compos. Anal. 5(1), Krueger B.R., Walker C.E., Knutson C.A., Inglett G.E., Differential scanning calorimetry of raw and annealed starch isolated from normal and mutant maize genotypes. Cereal Chem. 64, Leach H.W., Mccowen L.D., Schoch T.J., Structure of the starch granule. I. Swelling and solubility patterns of various starches. Cereal Chem. 36, Li G., Wang S., Zhu F., Physicochemical properties of quinoa starch. Carbohydr. Polym. 137, Lindeboom N., Chang P.R., Falk K.C., Tyler R.T., 2005a. Characteristics of starch from eight quinoa lines. Cereal Chem. 82(2), Lindeboom N., Chang P.R., Tyler R.T., Chibbar R.N., 2005b. Granule-bound starch synthase I (GBSSI) in quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) and its relationship to amylose content. Cereal Chem. 82(3), Noda T., Takahata Y., Sato T., Suda I., Morishita T., Ishiguro K., Yamakawa O., Relationships between chain length distribution of amylopectin and gelatinization properties within the same botanical origin for sweet potato and buckwheat. Carbohydr. Polym. 37, Piecyk M., Drużyńska, B., Worobiej E. Wołosiak R., Ostrowska-Ligęza E., Effect of hydrothermal treatment of runner bean (Phaseolus coccineus) seeds and starch isolation on starch digestibility. Food Res. Internat. 50, Rayner M., Timgren A., Sjöö M., Dejmek P., Quinoa starch granules: a candidate for stabilising food-grade Pickering emulsions. J. Sci. Food Agric. 92, Sodhi N.S., Singh N., Morphological, thermal and rheological properties of starches separated from rice cultivars grown in India. Food Chem. 80(1), Srichuwong S., Sunarti T.C., Mishima T., Isono N., Hisamatsu M., Starches from different botanical sources II: Contribution of amylopectin fine structure to thermal properties and enzyme digestibility. Carbohydr. Polym. 60, Steffolani M.E., León A.E., Pérez G.T., Study of the physicochemical and functional characterization of quinoa and kañiwa starches. Starch-Stärke 65, Tester R.F., Morrison W.R., Swelling and gelatinization of cereal starches. I. Effects of amylopectin, amylose, and lipids. Cereal Chem. 67(6), Tovar J., Melito C., Herrera E., Rascón A., Pérez E., 2002: Resistant starch formation does not parallel syneresis tendency in different starch gels. Food Chem. 76, nr 588, 2017

104 102 M. Piecyk, K. Kowalska, E. Worobiej, E. Ostrowska-Ligęza Valcárcel-Yamani B., da Silva Lannes S.C., Applications of quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) and amaranth (Amaranthus spp.) and their influence in the nutritional value of cereal based foods. Food Pub. Health 2(6), Warren F.J., Royall P.G., Gaisford S., Butterworth P.J., Ellis P.R., Binding interactions of α-amylase with starch granules: The influence of supramolecular structure and surface area. Carbohydr. Polym. 86, Williams P.C., Kuzina F.D., Hlynka I., A rapid colorimetric procedure for estimating the amylose content of starches and flours. Cereal Chem. 47, Wolter A., Hager A.S., Zannini E., Arendt E.K., In vitro starch digestibility and predicted glycaemic indexes of buckwheat, oat, quinoa, sorghum, teff and commercial gluten-free bread. J. Cereal Sci. 58, Thorne M.J., Thompson L.U., Jenkins D.J., Factors affecting starch digestibility and the glycemic response with special reference to legumes. Am. J. Clin. Nutr. 38, THE ASSESSMENT OF SELECTED PROPERTIES OF STARCH ISOLATED FROM QUINOA SEEDS Summary. The use of quinoa seeds for consumption can be hindered by the significant saponin content. These seeds could be used to obtain starch, but its properties depend on the seed variety, amylose content, and growth conditions. Therefore, the aim of this study was to evaluate selected properties of starch from quinoa cultivated in Poland as compared to starch isolated from seed originating from Peru and wheat starch. The starch was isolated from seeds of white (QW), black (QB) and red (QR) quinoa originating from Peru, and from seeds of the white quinoa grown in Poland (QWPL). Comparative material was commercial wheat starch (PS). Starch samples were subject to determinations of moisture, protein, ash, and amylose contents, as well as microscopic examinations. Swelling power (SP) and amylose leaching (AML) during heating of starch solutions, syneresis, emulsifying capacity (EC), thermal properties of starch using differential scanning calorimetry (DSC), and starch digestibility in vitro were also tested. The quinoa starches were characterized by very small granule size and large differences in amylose content ( % d.m.). These two factors determined the properties of quinoa starch. The small size quinoa starch grains have caused that it was rapidly digested in the native state and its predicted glycemic index (pgi) ranged from 86.6 (QWPL) to 93.1 (QW), while that for wheat starch Due to the small size granules, quinoa starch also has emulsifying properties in contrast to wheat starch, but this property was dependent on other factors, among others, amylose content. The largest value of EC characterized QR starch (41.2) with the lowest amylose content (3.3%). The QR starch was characterized by the lowest transition temperature, low syneresis, but the greatest swelling power and leaching amylose indicating weak interactions (within the granule interior) between amylose amylopectin chains. The QWPL starch was characterized by weakest emulsifying capacity, relatively high gel stability during storage, and lowest digestibility in the native state as compared to the other quinoa starches. The studies of digestibility of gelatinized starch showed that relative to native starches, the pgi value of starch from QB and from QR slightly decreased, but it was greater or at the same level as in wheat starch. Recorded pgi value indicates that replacing the wheat starch with quinoa starch in products subjected to heat treatment will not cause a reduction in their glycemic index. Key words: amylose, starch digestibility, functional properties, thermal properties Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

105 Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych nr 588, 2017, DOI /ZPPNR OCENA WYBRANYCH EKSTRAKTÓW ROŚLIN PRZYPRAWOWYCH POD WZGLĘDEM ICH WŁAŚCIWOŚCI PRZECIWDROBNOUSTROJOWYCH ORAZ ZAWARTOŚCI FENOLOKWASÓW Jolanta Piekut Politechnika Białostocka Streszczenie. W badaniach wykonano analizę obecności fenolokwasów w roślinach przyprawowych, takich jak: imbir, koper, kwiat nagietka, lubczyk i tymianek. Rośliny dobrano ze względu na częste wykorzystywanie ich w przygotowaniu potraw. Ekstrakty etanolowe z roślin, w których występuje duża różnorodność fenolokwasów oraz duża zawartość związków fenolowych, tj. koper, lubczyk i tymianek, powodowały zahamowanie wzrostu w hodowli bulionowej wybranych mikroorganizmów, pozostałe zaś wykazały stymulację wzrostu badanych szczepów. Najsilniejsze właściwości przeciwbakteryjne ekstraktu z lubczyka wykazano po 24 h inkubacji w odniesieniu do bakterii Escherichia coli (93%) i Staphylococcus aureus (87%), a po 48 h Pseudomonas aeruginosa (96%), Bacillus subtilis (91%) oraz w stosunku do grzybów Candida albicans (90%). Ekstrakt z tymianku również wykazuje właściwości hamujące namnażanie się bakterii, ale tylko w stosunku do dwóch szczepów: Staphylococcus aureus po 24 h inkubacji (82%) i po 48 h inkubacji (89%) oraz Escherichia coli po 48 h inkubacji w odniesieniu do bakterii (85%). Słowa kluczowe: rośliny przyprawowe, kwasy fenolowe, właściwości przeciwdrobnoustrojowe WSTĘP Przyprawy to naturalne lub przetworzone części roślin zielarskich wykorzystywane jako dodatki do żywności. W przetwórstwie rolno-spożywczym odgrywają zasadniczą rolę, nadając produktom atrakcyjny aromat, barwę, przedłużają ich trwałość oraz podnoszą walory smakowe. W zależności od ich składu chemicznego przyprawy j.piekut@pb.edu.pl Copyright by Wydawnictwo SGGW

106 104 J. Piekut w zróżnicowany sposób wpływają na zmysły człowieka lub zwierząt. Mogą pobudzać apetyt, wzmagać czynności wydzielnicze przewodu pokarmowego, regulować perystaltykę jelit, przyspieszać wydalanie niestrawionego pokarmu, działać pobudzająco lub uspokajająco, wpływać na pracę nerek i serca oraz działać bakteriostatycznie lub bakteriobójczo [Świetlikowska 2008]. Jakość sensoryczna żywności przetworzonej zależna jest w dużej mierze od jakości dodatków zapachowych i smakowych. Poza wzbogaceniem atrakcyjności sensorycznej artykułów żywnościowych, przyprawy mogą również wykazywać działanie przeciwdrobnoustrojowe i przeciwutleniające, co związane jest z występującymi w nich biologicznie aktywnymi związkami chemicznymi [Hoffmann 2007]. Niektóre bioaktywne substancje naturalnie występujące w żywności są specjalnie wprowadzane bądź uzyskiwane na skutek jej przetwarzania (zastosowania procesów technologicznych) i mają zdolność całkowitego zatrzymania lub zahamowania wzrostu mikroorganizmów. Określane są one jako konserwanty, inhibitory lub czynniki przeciwdrobnoustrojowe. W celu zapewnienia bezpieczeństwa żywności stosuje się dodatki o charakterze hamującym namnażanie mikroorganizmów. O biostatycznej sile działania dodatku decyduje stężenie, skład mieszanki i rodzaj ekstraktu roślinnego. W niektórych przypadkach wpływ ekstraktu na wzrost drobnoustroju powiązany jest z ich gatunkiem [Wojtatowicz i in. 2009]. Zioła wykorzystywane są również alternatywnie jako antybiotyki w paszach dla zwierząt. Wpływają korzystnie na stan zdrowia bydła, co przekłada się na lepszą wydajność produkcji. Naturalnie wzmacniają ich odporność, pomagają zachować równowagę mikrobiologiczną w układzie pokarmowym i poprawiają jakość mleka krowiego. Charakteryzują się lepszą przyswajalnością, a przy tym są łatwe w stosowaniu [Paschma i Wawrzyński 2007]. Celem pracy była ocena ekstraktów wybranych roślin przyprawowych pod względem ich właściwości przeciwdrobnoustrojowych oraz zawartości fenolokwasów. W badaniach wykonano analizę obecności fenolokwasów (anyżowego, cynamonowego, ferulowego, galusowego, gentyzynowego, kawowego, p-kumarowego, syryngowego, wanilinowego) w ekstraktach etanolowych roślin przyprawowych, takich jak: imbir, koper, kwiat nagietka, lubczyk i tymianek, oraz wyznaczono ogólną zawartość związków fenolowych metodą Folina Ciocalteu. Wybór przypraw dokonano ze względu na dość częste wykorzystywanie ich w przygotowaniu potraw. Testy mikrobiologiczne były prowadzone na wybranych szczepach: bakterii Escherichia coli (EC), Pseudomonas aeruginosa (PA), Staphylococcus aureus (SA), Bacillus subtilis (BS), oraz grzybów Candida albicans (CA). MATERIAŁ I METODY Materiał do badań stanowiły ekstrakty etanolowe imbiru, kopru, tymianku, lubczyku i kwiatu nagietka. Odważono po 2 g (±0,0001 g) świeżego materiału roślinnego, następnie ekstrahowano dwukrotnie 20 cm 3 wodnego roztworu etanolu o stężeniu 70%. Po zakończeniu ekstrakcji wyciągi połączono i przesączono. Każdą próbę uzupełniono do 50 cm 3 roztworem etanolu. Analizę chromatograficzną TLC prowadzono na płytkach pokrytych żelem krzemionkowym Si60 GF 254. Dobór faz ruchomych dokonano na podstawie przeglądu literatury Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

107 Ocena wybranych ekstraktów roślin przyprawowych oraz badań własnych. Najlepsze wyniki uzyskano, stosując mieszaninę rozpuszczalników: toluen, mrówczan etylu i kwas mrówkowy, w 5 : 4 : 1. Do analizy chromatograficznej TLC ekstraktów etanolowych wybranych roślin przyprawowych wykorzystano syntetyczne analogi kwasów fenolowych: anyżowego, cynamonowego, ferulowego, galusowego, gentyzynowego, kawowego, p-kumarowego, syryngowego, wanilinowego, które rozpuszczono w wodnym roztworze etanolu (stężenie 70%). Ogólną zawartość polifenoli w ekstraktach oznaczano przy użyciu metody Folina Ciocalteu (F-C) [Cheung 2003, Singleton i Rossi 1965]. Do wykreślenia krzywej wzorcowej użyto roztworu wodnego kwasu galusowego o stężeniu 2 g dm 3 w wodzie dejonizowanej. Z przesączonego ekstraktu pobrano 0,25 cm 3 roztworu, dodano 1,25 cm 3 odczynnika Folina Ciocalteu i wymieszano. Następnie dodano 1 cm 3 roztworu Na 2 CO 3, wymieszano i inkubowano w temperaturze pokojowej przez 2 h. Po tym czasie zmierzono absorbancję przy długości fali 760 nm z wykorzystaniem spektrofotometru UV-VIS firmy JASCO. Wyniki podano jako równoważnik mg kwasu galusowego (GAE) suchej masy [Djeridane i in. 2006]. Analizy wykonano w czterech powtórzeniach. Celem badań była również ocena właściwości przeciwdrobnoustrojowych ekstraktów roślin przyprawowych w odniesieniu do pięciu testowanych szczepów mikroorganizmów. Pomiar gęstości optycznej miał na celu określenie poziomu zmętnienia zawiesiny bakteryjnej. Wiązka promieniowania jest zmniejszona na skutek rozproszenia, absorbcji i odbicia światła przez hodowlę bulionową, a wartość gęstości optycznej jest proporcjonalna do liczby komórek mikroorganizmów znajdujących się w roztworze. Wzrost bakterii w hodowli bulionowej obliczono z gęstości optycznej i wyrażono w procentach jako stopień zahamowania bądź stymulacji wzrostu mikroorganizmów. Wyniki podano jako wartość średnią z czterech pomiarów. Próbą odniesienia był bulion zaszczepiony bakteriami, bez dodatku żadnego z preparatów hamujących namnażanie. Przyjęto wartość 100%. Za działanie hamujące przyjęto próby, w których wartości były mniejsze niż 100%. Jeśli wyniki były większe niż 100%, uważano to za działanie stymulujące. Testy mikrobiologiczne były prowadzone na wybranych szczepach: bakterii Escherichia coli (EC), Pseudomonas aeruginosa (PA), Staphylococcus aureus (SA), Bacillus subtilis (BS), oraz grzybów Candida albicans (CA). Drobnoustroje pochodziły ze zbiorów Polskiej Kolekcji Mikroorganizmów Polskiej Akademii Nauk działającej przy Instytucie Immunologii i Terapii Doświadczalnej we Wrocławiu. W badaniach użyto bulionu zaszczepionego drobnoustrojami, którego użyto 4,75 cm 3 i dodawano 0,25 cm 3 roztworu badanych ekstraktów. Podłoże kontrolne stanowił bulion zaczepiony testowanym szczepem bez dodatku badanych preparatów. Wszystkie próby inkubowano w cieplarce w temperaturze 36 C w przypadku bakterii oraz w temperaturze 25 C w przypadku grzybów. Wzrost liczby komórek drobnoustrojów w hodowli bulionowej badano po 24 i 48 h inkubacji, wykonując pomiar gęstości optycznej roztworu przy długości fali 600 nm na spektrofotometrze UV-VIS firmy JASCO [Howard i Whitcombe 1995, Wilcks i in. 1998]. Liczbę komórek bakterii w podłożu bulionowym, w przeliczeniu na 5 cm 3 hodowli, określano metodą posiewu redukcyjnego na płytkach Petriego z podłożem agarowym. Miało to na celu standaryzację hodowli i pozwoliło na uzyskanie powtarzalności warunków pomiarowych. Wyniki poddano analizie wariancji (ANOVA). Do określenia stopnia wzajemnych powiązań między poszczególnymi parametrami obliczano współczynnik korelacji (r) nr 588, 2017

108 106 J. Piekut Pearsona. Testowanie prowadzono na poziomie istotności p 0,05. Wszystkie analizy wykonano w programie Statistica WYNIKI I DYSKUSJA Związki fenolowe występują głównie jako hydroksylowe pochodne aromatycznych kwasów: benzoesowego, fenylooctowego, cynamonowego i fenylopropionowego. Analiza chromatograficzna TLC ekstraktów etanolowych wybranych roślin przyprawowych wykazała obecność kwasów: anyżowego, cynamonowego, ferulowego, galusowego, gentyzynowego, kawowego, p-kumarowego, syryngowego, wanilinowego. Najwięcej kwasów oznaczono w ekstraktach z tymianku i lubczyka (tab). Największą zawartość związków fenolowych ogółem (rys. 1) stwierdzono w próbach wyekstrahowanych 70-procentowym etanolem z lubczyka (45,42 mg GAE g 1 s.m.), tymianku (36,32 mg GAE g 1 s.m.) i kopru (34,68 mg GAE g 1 s.m.). Najmniejszą zawartość związków fenolowych odnotowano w kwiatach nagietka (6,19 mg GAE g 1 s.m.) oraz natce pietruszki (7,89 mg GAE g 1 s.m.). Badania potwierdziły istotną korelację między zawartością kwasów fenolowych Tabela 1. Wyniki analizy TLC ekstraktów badanych roślin przyprawowych (faza stała Si60 GF 254, faza ruchoma toluen : mrówczan etylu : kwas mrówkowy w 5 : 4 : 1) Table 1. Results of TLC analysis of tested spice plants extracts (solid phase Si60 GF 254, mobile phase toluene : ethyl formate : formic acid in a ratio of 5 : 4 : 1) Badane kwasy Acids tested Kwas anyżowy Anisic acid Kwas cynamonowy Cinnamic acid Kwas ferulowy Ferulic acid Kwas galusowy Gallic acid Kwas gentyzynowy Gentisic acid Kwas kawowy Caffeic acid Kwas p-kumarowy P-Coumaric acid Kwas syryngowy Syringic acid Kwas wanilinowy Vanillic acid imbir ginger kwiat nagietka marigold flower Ekstrakt Extracts koper dill lubczyk lovage pietruszka parsley tymianek thyme X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

109 Ocena wybranych ekstraktów roślin przyprawowych Rys. 1. Fig. 1. Zawartość polifenoli [mg GAE g 1 s.m.] Phenolic content [mg GAE g 1 d.m.] ,08 imbir ginger 34,68 koper dill 6,19 kwiat nagietka marigold flower 45,42 lubczyk lovage 7,89 pietruszka parsley 36,32 tymianek thyme Ekstrakty z roślin przyprawowych Extracts of the spices plants Zawartość polifenoli ogółem wyrażona jako równoważnik kwasu galusowego (GAE) w ekstraktach etanolowych badanych roślin przyprawowych Total phenolic contents expressed as gallic acid equivalent (GAE) in ethanolic extracts of the spices plants a ogólną zawartością polifenoli na poziomie 0,92, oraz między stopniem zahamowania bądź stymulacji wzrostu testowanych mikroorganizmów w hodowli bulionowej a ogólną zawartością polifenoli na poziomie 0,85. Najsilniejsze właściwości hamujące wykazano w przypadku ekstraktu z lubczyka po 24 h (rys. 2) inkubacji wobec Escherichia coli (93%) i Staphylococcus aureus (87%), a po 48 h (rys. 3) w stosunku do Pseudomonas aeruginosa (96%), Bacillus subtilis (91%) oraz Candida albicans (90%). Stopień wzrostu mikroorganizmów [%] The degree of growth microorganisms [%] Rys. 2. Fig imbir ginger koper dill kwiat nagietka marigold flower BS24 CA24 EC24 PA24 SA24 lubczyk lovage pietruszka parsley tymianek thyme Ekstrakty z roślin przyprawowych Extracts of the spices plants Stopień wzrostu testowanych mikroorganizmów w hodowli bulionowej po 24 h inkubacji z dodatkiem ekstraktów etanolowych badanych roślin przyprawowych The degree of growth of tested microorganisms in broth culture after 24 h of incubation with addition of the spice plants ethanol extracts nr 588, 2017

110 108 J. Piekut Stopień wrostu mikroorganizmów [%] The degree of growth microorganisms [%] Rys. 3. Fig imbir ginger koper dill kwiat nagietka marigold flower BS48 CA48 EC48 PA48 SA48 lubczyk lovage pietruszka parsley tymianek thyme Ekstrakty z roślin przyprawowych Extracts of the spices plants Stopień wzrostu testowanych mikroorganizmów w hodowli bulionowej po 48 h inkubacji z dodatkiem ekstraktów etanolowych badanych roślin przyprawowych The degree of growth of tested microorganisms in broth culture after 24 h of incubation with addition of the spice plants ethanol extracts Ekstrakt z tymianku wykazuje właściwości hamujące namnażanie się bakterii, ale tylko w stosunku do dwóch szczepów: Staphylococcus aureus po 24 h (rys. 2) inkubacji (82%) i po 48 h (rys. 3) inkubacji (89%) oraz Escherichia coli po 48 h (rys. 3) inkubacji (85%). Porównując wyniki badań mikrobiologicznych syntetycznych analogów kwasów fenolowych występujących w badanych ekstraktach z wynikami prezentowanymi w pracy, można zauważyć, iż działanie pojedynczych związków fenolowych jest odmienne od tych samych substancji w układach biologicznych. Jednym z podstawowych problemów w wykorzystywaniu wyciągów roślinnych jako składników utrwalających artykuły rolno-spożywcze jest powtarzalność ich składu chemicznego. Naturalne pochodzenie czy różne partie ekstraktów wytwarzanych przez różnych producentów mogą wykazywać ilościowe i jakościowe zróżnicowanie. Zatem jak twierdzi Smith i inni [2005], stosowanie ich w pełni wystandaryzowanych pod względem określonego profilu związków chemicznych i zdefiniowanej aktywności biologicznej w przetwórstwie surowców i produktów rolno-spożywczych jest bardzo trudne do zrealizowania. Często przeniesienie substancji do warunków in situ niesie ryzyko zmniejszenia siły bójczej. Uzyskanie stabilizacji mikrobiologicznej wiąże się wówczas ze zwiększeniem stężenia dodatku. W wielu produktach rolno-spożywczych można zaobserwować interakcję składników wyciągów z roślin przyprawowych z białkami, tłuszczami czy ze skrobią [Gutierrez i in. 2008, Cava-Roda i in. 2012, Kyung 2012], co wymaga ciągłej standaryzacji poszczególnych etapów produkcji. Przyprawy zależnie od formy, w jakiej są używane (olejki eteryczne, wyciągi wodne i etanolowe, świeże części roślin, susze), mają różny wpływ na zahamowanie wzrostu mikroorganizmów w artykułach żywnościowych. Według wielu badaczy najlepsze właściwości przeciwdrobnoustrojowe wykazują ekstrakty tłuszczowe, olejki eteryczne oraz wyciągi etanolowe roślin przyprawowych [Burt 2004, Suhaj 2006, Djeddi i in. 2007]. Ograniczają Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

111 Ocena wybranych ekstraktów roślin przyprawowych rozwój, bądź eliminują z żywności takie mikroorganizmy, jak: Escherichia coli, Bacillus cereus, Salmonella enteriditis, Salmonella typhimurium, Clostridium botulinum, Listeria monocytogenes. Wyciągi z roślin przyprawowych są w stanie zastąpić konserwanty czy stabilizatory, co spowoduje zmniejszenie ilości składników receptury, a produkt stanie się bardziej bezpieczny dla konsumenta [Bakkali i in. 2008, Vergis i in. 2015]. Jak podaje Synowiec i inni [2011], obecnie do przedłużenia trwałości artykułów żywnościowych wykorzystuje się wyciągi roślinne z przypraw, takich jak: bazylia, pieprz, lebiodka, goździki i szałwia. Ich zaletą jest duża skuteczność przeciwdrobnoustrojowa oraz możliwość kombinacji związków wchodzących w skład ekstraktów. Bazylia jest wykorzystywana głównie do produkcji gotowych dań i konserw. WNIOSKI 1. Najwięcej fenolokwasów oznaczono w ekstraktach z tymianku (anyżowy, galusowy, gentyzynowy, kawowy, p-kumarowy, syryngowy, wanilinowy) i lubczyka (anyżowy, cynamonowy, ferulowy, gentyzynowy, p-kumarowy, syryngowy, wanilinowy). 2. Największą zawartość związków fenolowych ogółem stwierdzono w próbach wyekstrahowanych z lubczyka, tymianku i kopru. 3. Właściwości mikrobiologiczne pojedynczych związków fenolowych są odmienne od tych samych substancji w układach biologicznych. 4. Badania potwierdziły istotną korelację między zawartością kwasów fenolowych a ogólną zawartością polifenoli oraz stopniem zahamowania bądź stymulacji wzrostu testowanych mikroorganizmów w hodowli bulionowej. 5. Wyciągi z roślin przyprawowych mogą zastąpić konserwanty czy stabilizatory, co powoduje zmniejszenie ilości składników receptury, a produkt staje się bardziej bezpieczny dla konsumenta. Podziękowania Badania zostały zrealizowane w ramach pracy statutowej S/WBiIŚ/2/15 i sfinansowane ze środków na naukę MNiSW. LITERATURA Bakkali F., Averbeck S., Averbeck D., Idaomar M., Biological effects of essential oils a review. Food Chem. Toxicol. 46, Burt S., Essential oils, their antibacterial properties and potential applications in foods a review. Int. J. Food Microbiol. 94, Cava-Roda R., Taboada-Rodríguez A., Valverde-Franco M., Marín-Iniesta F., Antimicrobial activity of vanillin and mixtures with cinnamon and clove essential oils in controlling Listeria monocytogenes and Escherichia coli O157:H7 in milk. Food Bioprocess Tech. 5(6), Cheung L.M., Cheung P.C.K., Ooi V.E.C., Antioxidant activity and total phenolics of edible mushroom extracts. Food Chem. 81(2), nr 588, 2017

112 110 J. Piekut Djeddi S., Bouchenah N., Settar I., Skaltsa H.D., Composition and antimicrobial activity of the essential oil of Rosmarinus officinalis L. from Algeria. Chem. Nat. Compd. 43, 4, Djeridane A., Yousfi M., Nadjemi B., Boutassouna D., Stocker P., Vidal N., Antioxidant activity of some Algerian medicinal plants extracts containing phenolic compounds. Food Chem. 97, Gutierrez J., Barry-Ryan C., Bourke P., The antimicrobial efficacy of plant essential oil combinations and interactions with food ingredients. Int. J. Food Microbiol. 124, Hoffmann M., Jakość sensoryczna wybranych warzyw przyprawowych liofilizowanych i suszonych konwencjonalnie. ŻNTJ 2 (51), Howard J., Whitcombe D.M., Diagnostic bacteriology protocols. W: Methods in Molecular Biology (46). Humana Press, Totowa, New Jersey, Kyung K.H., Antimicrobial properties of Allium species. Curr. Opin. Biotech. 23(2), Paschma J., Wawrzyński M., Effect of using herbs in pig diets on growth parameters, carcass traits and dietetic value of pork. Pol. J. Nat. Sci. 4, Singleton V.L., Rossi J.A., Colorimetry of total phenolics with phosphomolybdic-phodphotonegstics acid reagents. Am. J. Enol. Vitic. 16, Smith R.L., Cohen S.M., Doull J., Feron V.J., Goodman J.I., Marnett L.J., Portoghese P.S., Waddell W.J., Wagner B.M., Hall R.L., Higley N.A., Lucas-Gavin C., Adams T.B., A procedure for the safety evaluation of natural flavor complexes used as ingredients in food: essential oils. Food Chem. Toxicol. 43, Suhaj M., Spice antioxidants isolation and their antiradical activity: a review. J. Food Comp. Anal. 19: Synowiec A., Gniewosz M., Bączek K., Węglarz Z., Przeciwdrobnoustrojowe działanie wodno-etanolowego ekstraktu z liści borówki czernicy (Vaccinium myrtillus L.). Bromat. Chem. Toksykol. 44(3), Świetlikowska K. (red.), Surowce spożywcze pochodzenia roślinnego. Wyd. II uzupełnione. Wydawnictwo SGGW, Warszawa. Vergis J., Gokulakrishnan P., Agarwal R.K., Kumar A., Essential oils as natural food antimicrobial agents: a review. Critical Rev. Int. J. Food Sci. Nutr. 55, Wilcks A., Jayaswal N., Lereclus D., Andrup L., Characterization of plasmid paw63, a second self-transmissible plasmid in Bacillus thuringiensis subsp. kurstaki HD73. Microbiology 144, Wojtatowicz M., Stempniewicz R., Żarowska B. (red.), Mikrobiologia żywności. Teoria i ćwiczenia. Wydawnictwo Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu, Wrocław. EVALUATION OF SELECTED SPICE PLANTS EXTRACTS UNDER THEIR CONTROLS OF ANTIMICROBIAL PROPERTIES AND CONTENT OF PHENOLIC ACIDS Summary. Natural or processed spices are parts of herbal plants used as food additives. They stand behind themselves because of their taste or aroma. In agri-food processing spices play a major role giving the products an attractive aroma, color, prolonging durability and enhancing the taste. In dependence of their chemical composition, they remind of a varied way of raising the senses of man or animals. They can stimulate appetite, increase secretion of food, regulate intestinal peristalsis, accelerate excretion, stimulate or calcify, Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

113 Ocena wybranych ekstraktów roślin przyprawowych affect kidney and heart function and bacteriostatic or bactericidal action. The aim of this work is to evaluation the antimicrobial properties and the content of phenolic acids in selected spice plants. The paper presents an analysis of the presence of phenolic acids (anisic, cinnamic, ferulic, gallic, gentisic, caffeic, p-coumaric, syringic, vanillic) in ethanol extracts of spice plants such as ginger, dill, marigold flower, lovage, parsley and thyme. Ethanol extracts with plants that contain high quality phenolic compounds, i.e. dill, lovage and thyme, caused an inhibition of growth in broth cultures selected microorganisms, whereas the others showed stimulation of the growth of tested strains. The strongest antimicrobial properties were observed for lovage extract after 24 h of incubation in reference to Escherichia coli (93%), Staphylococcus aureus (87%), and after 48 h Pseudomonas aeruginosa (96%), Bacillus subtilis (91%) and Candida albicans (90%). Thyme extract also exhibits the properties of inhibiting bacterial growth but only in respect of two strains: Staphylococcus aureus after 24 h of incubation (82%), after 48 h of incubation (89%) and Escherichia coli after 48 h of incubation (85%). Key words: spice plants, phenolic acids, antimicrobial properties nr 588, 2017

114

115 Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych nr 588, 2017, DOI /ZPPNR POZOSTAŁOŚCI HERBICYDÓW W ROŚLINACH UPRAWNYCH Justyna Trajdos, Tomasz Snopczyński, Jerzy Sadowski Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa Państwowy Instytut Badawczy Streszczenie. Herbicydy należą do środków ochrony roślin powszechnie wykorzystywanych w produkcji roślinnej. Niestety ich stosowanie wiąże się z ryzykiem skażenia płodów rolnych pozostałościami. Na poziom pozostałości wpływ ma wiele czynników, np.: gatunek i odmiana rośliny uprawnej, przebieg pogody w trakcie sezonu wegetacyjnego, dawka i rodzaj środka oraz termin jego zastosowania. Jak wynika z krajowego monitoringu, przekroczenia najwyższych dopuszczalnych poziomów pozostałości (NDP) herbicydów w plonie są bardzo rzadkie. W latach odnotowano takie przypadki dla trzech substancji: linuronu w jednej próbce marchwi oraz w dwóch próbkach pietruszki, lenacylu w jednej próbce buraka ćwikłowego, a także symazyny w jednej próbce agrestu. Z kolei w przeprowadzonych w ostatnich latach badaniach polowych, w których do ochrony plantacji przed chwastami wykorzystywano herbicydy, nie wykryto ani jednego przypadku przekroczenia obowiązujących norm NDP. To wskazuje, że przekroczenia NDP stwierdzone podczas krajowego monitoringu mogły być efektem nieprawidłowości w stosowaniu środków chwastobójczych. Słowa kluczowe: herbicydy, pozostałości, rośliny uprawne, płody rolne, najwyższy dopuszczalny poziom pozostałości (NDP) WSTĘP Stosowanie herbicydów w celu ograniczenia występowania chwastów w roślinach uprawnych jest jednym z podstawowych zabiegów agrotechnicznych regulujących wielkość i jakość plonu. Pierwsze wzmianki o stosowaniu środków chwastobójczych sięgają już starożytności do niszczenia zbędnej roślinności używano wtedy soli i popiołu [Praczyk i Skrzypczak 2004]. Obecnie jako herbicydy wykorzystuje się liczną grupę substancji syntetycznych, które różnią się między sobą pod względem budowy chemicznej, formy użytkowej, mechanizmu działania na rośliny, przemieszczania się oraz rodzaju sekretariat@iung.wroclaw.pl Copyright by Wydawnictwo SGGW

116 114 J. Trajdos, T. Snopczyński, J. Sadowski powodowanych zaburzeń fizjologicznych i biochemicznych w określonym miejscu działania [Praczyk i Skrzypczak 2004, Woźnica 2008]. Środki chwastobójcze znajdują zastosowanie w ogrodnictwie, leśnictwie, przy pracach melioracyjnych, zabiegach na terenach przemysłowych, trawnikach, chodnikach czy na poboczach dróg. Największe zapotrzebowanie na herbicydy występuje w rolnictwie, które obecnie trudno sobie wyobrazić bez ich stosowania. Z danych statystycznych [GUS 2013a, b] wynika, że od 2000 do 2011 roku sprzedaż herbicydów w Polsce wzrosła niemalże trzykrotnie, z do t. W strukturze sprzedaży środków ochrony roślin preparaty chwastobójcze stale zajmują pierwsze miejsce w rankingu (61,2% w 2011 roku), wyprzedzając preparaty grzybobójcze i zaprawy nasienne oraz środki owadobójcze. Powszechność stosowania herbicydów w produkcji roślinnej wynika z faktu, iż stanowią one najskuteczniejszy sposób ograniczania lub całkowitej eliminacji zachwaszczenia, co przekłada się na ograniczenie strat wielkości plonów oraz utrzymanie ich parametrów jakościowych. Niestety przy tak dużym wykorzystaniu środków chwastobójczych pojawiają się wątpliwości dotyczące możliwych skutków ubocznych. Mowa tu m.in. o możliwości kumulowania się substancji aktywnych w płodach rolnych będących pierwszym ogniwem łańcucha żywieniowego człowieka. Jest to zagadnienie bardzo istotne, bowiem środki ochrony roślin są zaliczane do zanieczyszczeń chemicznych żywności szczególnie szkodliwych dla zdrowia [Juszczak 2008]. POBIERANIE, PRZEMIESZCZANIE ORAZ ROZKŁAD HERBICYDÓW W ROŚLINACH Przenikanie herbicydów do organizmów roślinnych odbywa się najczęściej przez liście i/lub korzenie, niekiedy także przez łodygę lub pęczniejące i kiełkujące nasiona. Gatunki wrażliwe pobierają substancję aktywną, jednak nie mają zdolności do jej szybkiej dezaktywacji. W rezultacie zostają zakłócone funkcje życiowe i dochodzi do zamierania rośliny. Gatunki niezwalczane, tj. roślina uprawna oraz niektóre chwasty, mogą pobierać substancję aktywną (s.a.), a następnie detoksykować ją, transformując do związków nieszkodliwych. Dochodzi do tego zanim zostaną trwale zaburzone funkcje życiowe. Za wybiórcze (selektywne) działanie herbicydu może być także odpowiedzialna specyficzna budowa morfologiczna i anatomiczna roślin, która uniemożliwia jego działanie, np. poprzez znaczne ograniczenie pobierania substancji aktywnych. Selektywność wynika również z terminu i ze sposobu stosowania preparatów [Woźnica 2008]. Konsekwencją różnic w możliwościach pobierania oraz metabolizowania s.a. są znacznie odbiegające od siebie poziomy pozostałości w gatunkach wrażliwych i odpornych [Sadowski i Kucharski 2001]. Większość współcześnie stosowanych środków chwastobójczych ma działanie systemiczne (układowe), co oznacza, że przemieszczają się w roślinie i działają w miejscach odległych od tych, na które trafiła ciecz opryskowa. Skutkiem może być nierównomierne rozmieszczenie pozostałości w organach roślinnych, co jest korzystne, gdy s.a. gromadzi się w tych częściach roślin, które nie są wykorzystywane w żywieniu człowieka. Przykładowo powszechnie stosowane na plantacjach buraka cukrowego s.a. metamitron i chlorydazon akumulują się głównie w liściach. Poziom pozostałości w korzeniach, które Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

117 Pozostałości herbicydów w roślinach uprawnych 115 są surowcem w przemyśle cukrowniczym, jest najczęściej zdecydowanie niższy [Kucharski i Sadowski 2001]. Wiele s.a. stosowanych w zbożach gromadzi się przede wszystkim w słomie, pozostałości w ziarnie są zazwyczaj wielokrotnie mniejsze [Sadowski i Kucharski 2003]. Metabolizm herbicydu w organizmie roślinnym może przebiegać różnymi drogami. Do najistotniejszych transformacji można zaliczyć: utlenianie, hydroksylację, hydrolizę, dekarboksylację, dealkilację, deaminację, koniugację oraz rozkład związków pierścieniowych [Praczyk i Skrzypczak 2004]. Zdolność do szybkiej biodegradacji herbicydu jest warunkowana genetycznie, a różnice w tempie przemian metabolicznych tej samej s.a. mogą być znaczne nawet w obrębie różnych odmian tego samego gatunku. Sprawia to, że reakcja roślin na herbicyd oraz poziom pozostałości w plonie może zależeć od cech odmianowych [Dastgheib i in. 1994, Rola i in. 2001, Meyer i in. 2010]. WPŁYW CZYNNIKÓW ABIOTYCZNYCH NA POZIOM POZOSTAŁOŚCI HERBICYDÓW W ROŚLINACH UPRAWNYCH Tempo transformacji herbicydów może być modyfikowane przez czynniki abiotyczne. Ważną rolę odgrywają tu warunki klimatyczne, wpływające zarówno na kondycję roślin, a tym samym na sprawność przemian metabolicznych, jak i na długość wegetacji, czyli okresu, w którym te przemiany mogą zachodzić. Kolejnym istotnym czynnikiem mogącym wpłynąć na poziom pozostałości w plonie jest termin wykonania zabiegu chwastobójczego. Po zabiegach jesiennych okres od aplikacji herbicydu do zbioru rośliny jest dłuższy w porównaniu do zabiegów wiosennych, co pozwala na większy stopień degradacji s.a. [Badowski i Kucharski 2004, Domaradzki 2004, Kucharski i in. 2006]. Nawet niewielkie różnice w czasie od aplikacji do zbioru mogą również dostrzegalnie wpłynąć na poziom pozostałości. Kucharski i Urbanowicz [2008], analizując pozostałości linuronu i MCPA w dwóch odmianach ziemniaka różniących się stopniem wczesności, w trakcie zbioru stwierdzili wyższe stężenia pozostałości w liściach i bulwach pochodzących z odmiany bardzo wczesnej, której okres wegetacji był około 45 dni krótszy. Poziom pozostałości może być w dużym stopniu determinowany przez ilość zastosowanego herbicydu, gdyż stężenia wielu s.a. w plonie wzrastają wyraźnie wraz ze zwiększeniem aplikowanych dawek. Zwykle nie istnieje tutaj zależność liniowa i stężenie pozostałości może wzrosnąć gwałtownie dopiero po przekroczeniu pewnej dawki granicznej, co związane jest z ograniczoną wydajnością metabolizmu roślinnego [Domaradzki 2004, Sadowski 2009]. Niestety zmniejszenie dawki herbicydu może prowadzić do spadku efektywności zabiegu [Brzozowski i Brzozowska 2004, Kudsk 2008, Wesołowski i Cierpiała 2010]. W celu ograniczenia ryzyka spadku skuteczności chwastobójczej wraz z redukcją dawki można wykorzystać adiuwanty (wspomagacze). Są to substancje pomocnicze zawarte w środkach ochrony roślin lub dodawane do zbiornika opryskiwacza, których głównym zadaniem jest poprawa skuteczności działania pestycydów (najczęściej herbicydów) poprzez zwiększenie procesów retencji i absorpcji substancji aktywnych do wnętrza komórek roślinnych [Adamczewski i in. 1996, Praczyk i Skrzypczak 2004]. Stosowanie adiuwantów skutkuje zazwyczaj wzrostem pozostałości w roślinach (gdy porównamy tę samą dawkę herbicydu aplikowaną samodzielnie oraz nr 588, 2017

118 116 J. Trajdos, T. Snopczyński, J. Sadowski z dodatkiem adiuwanta), może również spowolnić proces degradacji s.a. w glebie [Kucharski i in. 2012a]. Jednak wykorzystanie adiuwantu z jednoczesną redukcją dawki herbicydu pomaga osiągnąć niższy w porównaniu do dawki pełnej poziom pozostałości oraz porównywalny stopień zniszczenia chwastów [Kucharski 2006, Kucharski i in. 2012b, Kwiatkowski i in. 2012]. MONITORING POZOSTAŁOŚCI HERBICYDÓW W PŁODACH ROLNYCH W celu ochrony zdrowia konsumentów dla poszczególnych pestycydów (w tym herbicydów) ustalane są najwyższe dopuszczalne poziomy pozostałości NDP (ang. MRLs maximum residue levels) w żywności i paszy lub na ich powierzchni. Jednocześnie właściwe instytucje są zobowiązane do kontroli żywności pod kątem obecności pozostałości. W Polsce funkcjonuje dwustopniowy laboratoryjny system kontroli pozostałości środków ochrony roślin w produktach roślinnych. Pierwszym etapem jest nadzór nad prawidłowym stosowaniem pestycydów w roślinach uprawnych, a drugim kontrola żywności, która już jest w obrocie handlowym. Monitoring pozostałości środków ochrony roślin w płodach rolnych pochodzących z produkcji pierwotnej (przed wprowadzeniem na rynek) prowadzony jest od wielu lat przez laboratoria Instytutu Ochrony Roślin Państwowego Instytutu Badawczego. W latach badania realizowano na zlecenie Głównego Inspektoratu Ochrony Roślin i Nasiennictwa (GIORiN), a od 2006 roku według umowy z Ministerstwem Rolnictwa i Rozwoju Wsi (MRiRW). Badaniom poddawane są próby roślinne pobierane przez pracowników Państwowej Inspekcji Ochrony Roślin i Nasiennictwa (PIORiN) w sposób losowy w miejscach produkcji rolniczej. Każdego roku, w latach , analizom poddawano próbek płodów rolnych pod kątem obecności pozostałości środków ochrony roślin, w tym herbicydów [Nowacka i in ]. W trakcie badań monitoringowych pozostałości herbicydów stwierdzano głównie w próbkach warzyw (przede wszystkim w marchwi, selerze, pietruszce). Najczęściej wykrywanymi substancjami były: linuron, trifluralina oraz pendimetalina (tab. 1). Podczas monitoringu krajowego zrealizowanego w latach odnotowano przekroczenia NDP dla herbicydów w sezonach 2003, 2007 i 2012 (w stosunku do obowiązujących w trakcie prowadzenia badań norm oraz wytycznych dotyczących oceny wyników). Dotyczyły one trzech substancji aktywnych wykrytych łącznie w pięciu próbkach: linuronu w jednej próbce marchwi (1,4% wszystkich próbek marchwi badanych w danym sezonie) oraz w dwóch próbkach pietruszki (2,3 i 2,7%), lenacylu w jednej próbce buraka ćwikłowego (3%), a także symazyny w jednej próbce agrestu (7,1%). Należy pamiętać, że według najnowszej dostępnej wiedzy NDP pestycydów w żywności ulegają ciągłej weryfikacji i aktualizacji. W sytuacji stwierdzenia zagrożenia dla konsumentów normy powinny ulec zaostrzeniu. W uzasadnionych przypadkach, które mogą wynikać np. z potrzeby skuteczniejszej ochrony roślin przed agrofagami i pod warunkiem, że będzie to bezpieczne dla konsumentów, limity pozostałości mogą zostać zwiększone. Porównując NDP dla herbicydów obowiązujące w Polsce kilkanaście lat temu z aktualnymi, można jednak zauważyć, że większość dokonanych na przestrzeni lat zmian doprowadziła do wprowadzenia bardziej restrykcyjnych limitów. Przykładowo obowiązujący w przeszłości NDP izoproturonu w ziarnie zbóż wynosił 0,2 mg kg 1, Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

119 Pozostałości herbicydów w roślinach uprawnych 117 Tabela 1. Pozostałości substancji aktywnej herbicydów, wykryte w badanych produktach (próbki pochodzące z krajowego monitoringu) Table 1. Herbicide residues detected in analysed products (samples from national monitoring) Rok Year Produkt Product Substancja aktywna Active ingredient Liczba badanych próbek Number of analysed samples Próbki z pozostałościami Samples with residues liczba number % Zakres wykrywanych pozostałości Range of detected residues [mg kg 1 ] marchew carrot pietruszka korzeń parsley root seler korzeniowy celeriac koper dill marchew carrot pietruszka korzeń parsley root seler korzeniowy celeriac pszenica wheat marchew carrot linuron linuron trifluralina trifluralin flurochloridon flurochloridone linuron linuron pendimetalina pendimethalin linuron linuron linuron linuron pendimetalina pendimethalin linuron linuron flurochloridon flurochloridone linuron linuron pendimetalina pendimethalin linuron linuron izoproturon isoproturone linuron linuron pendimetalina pendimethalin trifluralina trifluralin ,1 0,01 0,03 1 2,4 0, , ,1 0,02 0,1 3 9,1 0,01 0, ,5 0,01 0, ,4 0,03 0, ,5 0,04 0, ,1 0,02 0, ,7 0,03 5 (1*) 13,5 0,02 0,52 3 8,1 0,01 0, ,3 0, ,9 0, ,3 0,02 0,09 1 1,3 0,03 3 3,9 0,02 0,04 nr 588, 2017

120 118 Tabela 1, cd. Table 1, cont. J. Trajdos, T. Snopczyński, J. Sadowski pietruszka korzeń parsley root seler korzeniowy celeriac ziemniak potato seler korzeniowy celeriac pietruszka korzeń parsley root marchew carrot seler korzeniowy celeriac koper dill marchew carrot truskawka strawberry marchew carrot seler celery marchew carrot seler celery pietruszka parsley burak ćwikłowy beetroot linuron linuron pendimetalina pendimethalin linuron linuron chloroprofam chlorpropham linuron linuron linuron linuron linuron linuron trifluralina trifluralin linuron linuron pendimetalina pendimethalin linuron linuron lenacyl lenacil linuron linuron trifluralina trifluralin linuron linuron linuron linuron trifluralina trifluralin prometryna prometryn linuron linuron trifluralina trifluralin linuron linuron trifluralina trifluralin lenacyl lenacil ,3 0,08 1 6,3 0, ,7 0, ,6 0, ,05 0, ,5 0,06 5 6,6 0,04 0,19 1 1,3 0, ,3 0,03 0, ,5 0, ,4 0,02 0, ,1 0, ,3 0,03 0, , , ,1 0,01 0,20 2 2,8 0,10 0,16 1 1,4 0, ,13 0,45 1 2,5 0,01 2 (1*) 4,5 0,07 0,41 3 6,8 0,01 0, (1*) 3 0,19 Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

121 Pozostałości Tabela 1, cd. herbicydów Table 1, cont. w roślinach uprawnych ** agrest gooseberry marchew carrot marchew carrot pietruszka parsley marchew carrot marchew carrot marchew wczesna carrot (early) marchew późna carrot (late) marchew carrot propyzamid propyzamide symazyna simazine linuron linuron trifluralina trifluralin prometryna prometryn linuron linuron trifluralina trifluralin prometryna prometryn trifluralina trifluralin trifluralina trifluralin linuron linuron trifluralina trifluralin pendimetalina pendimethalin prometryna prometryn linuron linuron trifluralina trifluralin linuron linuron pendimetalina pendimethalin trifluralina trifluralin linuron linuron ,1 0,01 1 (1*) 7,1 0,06 6 9,1 0,02 0, ,02 0,08 1 1,5 0,5 6 17,1 0,01 0,14 2 5,7 0,05 0,07 1 2,9 0, , ,1 0, (1*) 14,3 0,02 0,70 1 1,4 0,06 1 1,4 0,01 1 1,4 0, , , ,07 0, , , ,2 0,05 0,19 * Liczba próbek z pozostałościami >NDP Number of samples with residues >MRLs. ** Dla próbek pobranych w 2001 roku podano wyłącznie najczęściej wykrywane związki (częstotliwość wykrywania >5%) For samples collected in 2001 the most frequently detected compounds (detection frequency >5%) are given. Źródło: Nowacka i inni [ ]. Source: Nowacka et al. [ ]. nr 588, 2017

122 120 J. Trajdos, T. Snopczyński, J. Sadowski a obecny limit dla pozostałości w ziarnie żyta, pszenicy i jęczmienia ustalono na poziomie 0,05 mg kg 1, a w ziarnie owsa 0,01 mg kg 1 (jednak wszystkie stężenia pozostałości izoproturonu stwierdzone w badaniach spełniają także aktualne normy tab. 1 i 2). Obok monitoringu pozostałości pestycydów w płodach rolnych, których próbki są pobierane bezpośrednio z miejsc produkcji rolniczej, w ośrodkach naukowych prowadzone są badania materiału roślinnego pochodzącego z kontrolowanych doświadczeń polowych. Doświadczenia polowe, w których ściśle określone są dawki i terminy aplikacji preparatów oraz znane są warunki siedliskowe, pozwalają na szczegółową analizę wpływu poszczególnych czynników na stężenia pozostałości w plonie oraz na doskonalenie technik wykonywania zabiegów. Wyniki tego typu doświadczeń przeprowadzonych z wykorzystaniem herbicydów dostępnych dla krajowej praktyki rolniczej, stosowanych w celu ograniczenia zachwaszczenia, zamieszczono w tabeli 2. W zestawieniu uwzględniono doświadczenia, których cykl badawczy zakończył się między 2001 a 2012 rokiem. Większość przedstawionych doświadczeń zrealizowano na plantacjach roślin zbożowych, buraka cukrowego, rzepaku oraz ziemniaka. Nieliczne przeprowadzono na plantacjach marchwi, cebuli, grochu, kopru, selera i gorczycy. W żadnym z przypadków nie stwierdzono przekroczeń wartości NDP. Pozostałości każdorazowo były niewykrywalne (poniżej progu oznaczalności) lub niższym poziomie, często wielokrotnie, w stosunku do norm obowiązujących w trakcie badań, nawet gdy preparaty aplikowano w pełnych (największych dopuszczonych) dawkach. Tabela 2. Wyniki badań polowych Table 2. Results of field trials Lata badań Years of research Badane produkty Stosowane herbicydy Analysed products Applied herbicides Przekroczenia NDP Exceedings of MRLs Literatura References burak cukrowy: fenmedifam, desmedifam, etofumesat, metamitron, chlorydazon, lenacyl sugar beet: fenmedipham, desmedipham, ethofumesate, metamitron, chloridazon, lenacil pszenica ozima: diflufenikan winter wheat: diflufenican rzepak ozimy: chlopyralid, chlomazon, alachlor, chizalofop- -P-etylowy, fluazyfop-p-butylowy, dimetachlor, metazachlor, napropamid, propyzamid winter rapeseed: clopyralid, clomazone, alachlor, quizalofop- -P-ethyl, fluazifop-p-buthyl, dimetachlor, metazachlor, napropamide, propyzamide marchew: linuron, flurochloridon carrot: linuron, flurochloridone ziemniak: metrybuzyna potato: metribuzin cebula: pendimetalina, oksyfluorofen onion: pendimethalin, oxyfluorfen brak lack brak lack brak lack brak lack Kucharski i Sadowski 2014 Kucharski i in. 2012b Sadowski i in Szpyrka i in Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

123 Pozostałości herbicydów w roślinach uprawnych 121 Tabela 2, cd. Table 2 cont seler korzeniowy: linuron, flurochloridon celeriac: linuron, flurochloridone ziemniak: metrybuzyna, linuron, MCPA potato: metribuzin, linuron, MCPA kukurydza: atrazyna, metolachlor, pendimetalina maize: atrazine, metolachlor, pendimethalin rzepak ozimy: alachlor, metazachlor, chlomazon winter rapeseed: alachlor, metazachlor, clomazone burak cukrowy: fenmedifam, desmedfiam, etofumesat, metamitron sugar beet: phenmedipham, desmedipham, ethofumesate, metamitron pszenica ozima: 2,4-D, MCPA, chlorotoluron, izoproturon, diflufenikan winter wheat: 2,4-D, MCPA, chlorotoluron, isoproturon, diflufenican marchew: linuron, flurochloridon carrot: linuron, flurochloridone ziemniak: linuron, MCPA potato: linuron, MCPA koper włoski: pendimetalina fennel: pendimethalin gorczyca: chlopyralid, metazachlor white mustard: clopyralid, metazachlor ziemniak: metrybuzyna, flufenacet, fluazyfop-p-butylowy, bentazon, MCPA potato: metribuzin, flufenacet, fluazifop-p-buthyl, bentazone, MCPA burak cukrowy: fenmedifam, desmedifam, etofumesat sugar beet: phenmedipham, desmedipham, ethofumesate burak cukrowy: fenmedifam, desmedfiam, etofumesat sugar beet: phenmedipham, desmedipham, ethofumesate groch: chizalofop-p-etylowy pea: quizalofop-p-ethyl burak cukrowy: fenmedifam, desmedifam sugar beet: phenmedipham, desmedipham pszenica ozima: chlorotoluron, izoproturon winter wheat: chlorotoluron, isoproturon rzepak ozimy: chizalofop-p-etylowy, fluazyfop-p-butylowy, haloksyfop-p, chizalofop-p-tefurylu winter rapeseed: quizalofop-p-ethyl, fluazifop-p-buthyl, haloxyfop-p, quizalofop-p-tefuryl brak lack brak lack brak lack brak lack brak lack brak lack brak lack brak lack brak lack brak lack brak lack brak lack Anyszka i in Kucharski i Domaradzki 2009 Jaźwa i in Kucharski i Urbanowicz 2008 Jaźwa i in Kucharski i Badowski 2006 Zarzecka i in Domaradzki i in Domaradzki i Kucharski 2006 Kucharski 2006 Kucharski i in Badowski i Kucharski 2004 nr 588, 2017

124 122 J. Trajdos, T. Snopczyński, J. Sadowski Tabela 2, cd. Table 2 cont pszenica ozima i jara, jęczmień ozimy i jary: 2,4-D, dikamba, MCPA, mekoprop winter and spring wheat, winter and spring barley: 2,4-D, dicamba, MCPA, mecoprop rzepak ozimy: chlopyralid, chlomazon, alachlor, benazolina, trifluralina, chizalofop-p-etylowy, fluazyfop-p-butylowy winter rapeseed: clopyralid, clomazone, alachlor, benzoline, trifluralin, quizalofop-p-ethyl, fluazifop-p-buthyl burak cukrowy : fenmedifam, desmedifam, etofumesat, chlorydazon, metamitron, chizalofop-p-etylowy, fluazyfop-pbutylowy sugar beet: phenmedipham, desmedipham, ethofumesate, chloridazon, metamitron, quizalofop-p-ethyl, fluazifop-pbuthyl pszenżyto ozime: 2,4-D, MCPA, dikamba, chlorotoluron, izoproturon winter triticale: 2,4-D, MCPA, dicamba, chlorotoluron, isoproturon pszenżyto jare: 2,4-D, MCPA, dikamba spring triticale: 2,4-D, MCPA, dicamba pszenica ozima, jęczmień ozimy: 2,4-D, MCPA, dikamba, chlorotoluron, izoproturon winter wheat, winter barley: 2,4-D, MCPA, dicamba, chlorotoluron, isoproturon pszenica jara, jęczmień jary: 2,4-D, MCPA, dikamba spring wheat, spring barley: 2,4-D, MCPA, dicamba Źródło: Opracowanie własne. Source: Own study and elaboration. brak lack brak lack brak lack brak lack Domaradzki 2004 Kucharski i Badowski 2004 Kucharski i Sadowski 2003 Kucharski i Sadowski 2004 PODSUMOWANIE Pestycydy są często postrzegane jako jedno z największych zagrożeń dla bezpieczeństwa żywności. W badaniach ankietowych, przeprowadzonych w Polsce [Ozimek i in. 2004, Nowicki i Sikora 2009, Ozimek i in. 2009], respondenci spośród listy największych zagrożeń dotyczących produkcji i dystrybucji żywności na jednym z pierwszych miejsc wymieniali obecność w pożywieniu pozostałości środków ochrony roślin. Jednocześnie poziom świadomości oraz ogólna wiedza respondentów w zakresie badanej tematyki zostały ocenione stosunkowo nisko. Informacje te wskazują, iż badani mieli pewne subiektywne odczucia w kwestii bezpieczeństwa żywności, co może skutkować niewspółmierną do realnego zagrożenia reakcją. Zatem istnieje potrzeba zwiększenia poziomu wiedzy w tym zakresie. Z zestawionych w niniejszej publikacji danych, pochodzących z wieloletniego urzędowego monitoringu, wynika, że przekroczenia najwyższych dopuszczalnych poziomów pozostałości (NDP) herbicydów w płodach rolnych są incydentalne. W latach Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

125 Pozostałości herbicydów w roślinach uprawnych 123 wykryto jedynie pięć takich przypadków, które stwierdzono w próbkach materiału roślinnego pochodzącego z produkcji ogrodniczej. Incydenty te można próbować tłumaczyć nieprawidłowościami w stosowaniu herbicydów, wynikającymi ze stanu technicznego aparatury do zabiegów chemicznych lub nieprzestrzegania zasad dobrej praktyki w ochronie roślin przez plantatorów [Sadowski i in. 2002]. Wpływ mogły mieć również czynniki sprzyjające większej akumulacji pozostałości, np. niekorzystne warunki pogodowe, późny termin aplikacji oraz stosowanie największych z zalecanych dawek preparatów. Z kolei w kontrolowanych badaniach polowych, prowadzonych w latach na obszarze Polski, nie wykryto ani jednego przypadku przekroczenia obowiązujących norm NDP dla herbicydów, które zastosowano w celu odchwaszczania plantacji. Należy jednak podkreślić, że większość tego typu doświadczeń przeprowadzono na plantacjach takich gatunków uprawnych, dla których przekroczeń NDP nie stwierdzono również w trakcie urzędowych kontroli. Reasumując, można stwierdzić, że przy eliminowaniu zachwaszczenia herbicydami stosowanymi zgodnie z obowiązującymi przepisami oraz zaleceniami producenta danego preparatu ryzyko przekroczenia obowiązujących norm NDP jest znikome, a płody rolne pochodzące z plantacji odchwaszczanych chemicznie są bezpieczne dla konsumenta. Podziękowania Praca wykonana w ramach Zadania 2.3 Programu Wieloletniego Instytutu Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa Państwowego Instytutu Badawczego, finansowanego przez Ministerstwo Rolnictwa i Rozwoju Wsi. LITERATURA Adamczewski K., Grala B., Stachecki S., Ekonomiczne aspekty stosowania adiuwantów przy zwalczaniu chwastów. Prog. Plant Prot./Post. Ochr. Roślin 36(1), Anyszka Z., Sadowski J., Kucharski M., Golian J., Pozostałości linuronu i flurochloridonu w selerze korzeniowym i glebie, w zależności od sposobu wykorzystania roślin okrywowych. Prog. Plant Prot./Post. Ochr. Roślin 51(3), Badowski M., Kucharski M., Wpływ terminu aplikacji graminicydów na poziom pozostałości i skuteczność chwastobójczą w uprawie rzepaku ozimego. Rośliny Oleiste/Oilseed Crops 25(1), Brzozowski J., Brzozowska I., Wpływ dawki herbicydu Granstar 75 DF na plonowanie pszenżyta ozimego i efektywność rolniczą azotu. Acta Sci. Pol., Agricultura 3(1), Dastgheib F., Held R.J., Namjou S., The mechanism of differential response of wheat cultivars to chlorsulfuron. Weed Res. 34(4), Domaradzki K., Wpływ terminu, dawki i sposobu stosowania herbicydów na stężenie pozostałości substancji aktywnych w ziarnie zbóż. Pam. Puł. 135, Domaradzki K., Kucharski M., Wpływ sposobu ochrony plantacji na skuteczność chwastobójczą, plonowanie oraz poziom pozostałości w korzeniu buraka cukrowego. Pam. Puł. 142, Domaradzki K., Kucharski M., Sadowski J., Wpływ metody aplikacji herbicydu Betanal Progress 274 OF na poziom pozostałości w buraku cukrowym. Prog. Plant Prot./Post. Ochr. Roślin 45(2), nr 588, 2017

126 124 J. Trajdos, T. Snopczyński, J. Sadowski GUS, 2013a. Rocznik statystyczny rolnictwa rocznik_rolnictwa_2012.pdf [dostęp: ]. GUS, 2013b. Środki produkcji w rolnictwie w roku gospodarczym 2011/2012. Warszawa [dostęp: ]. Jaźwa A., Rogozińska K., Sadło S., Kuźmenko A., Badania nad zanikaniem chloropiryfosu, cypermetryny, linuronu i flurochloridonu w glebie i marchwi. Prog. Plant Prot./Post. Ochr. Roślin 48(4), Jaźwa A., Szpyrka E., Sadło S., Disappearance of pendimethalin in soil and its residue in ripe fennel. J. Cent. Eur. Agric., 10(2), Juszczak L., Chemiczne zanieczyszczenia żywności i metody ich oznaczania cz. I. Laboratorium przemysłowe 3, Kucharski M., Łączne stosowanie herbicydu z adiuwantem wpływ na pozostałości w glebie i materiale roślinnym. ZPPNR 508, Kucharski M., Badowski M., Pozostałości wybranych herbicydów w glebie i nasionach rzepaku ozimego. Rośliny Oleiste/Oilseed Crops 25(1), Kucharski M., Badowski M., Pozostałości herbicydów w glebie i nasionach gorczycy białej (Sinapis alba). Rośliny Oleiste/Oilseed Crops 27(1), Kucharski M., Domaradzki K., Pozostałości herbicydów w wybranych roślinach uprawnych badania z lat Fragm. Agron. 26(4), Kucharski M., Sadowski J., Wpływ adiuwantów na poziom pozostałości metamitronu i chlorydazonu w glebie i roślinie buraka cukrowego. Prog. Plant Prot./Post. Ochr. Roślin 41(2), Kucharski M., Sadowski J., Pozostałości herbicydów w buraku cukrowym. Mat. konf. nauk. Mikrozanieczyszczenia w środowisku człowieka. Wydaw. Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa, czerwca 2003, Kucharski M., Sadowski J., Pozostałości substancji aktywnych herbicydów w ziarnie zbóż. Pam. Puł. 135, Kucharski M., Sadowski J., Pozostałości herbicydów w korzeniach buraka cukrowego. Prog. Plant Prot./Post. Ochr. Roślin 54(1), 5 8. Kucharski M., Sadowski J., Domaradzki K., Pozostałości herbicydów w glebie i materiale roślinnym zależnie od techniki i terminu ich stosowania. Pam. Puł. 142, Kucharski M., Sadowski J., Domaradzki K., 2012a. Degradation rate of chloridazon in soil as influenced by adjuvants. J. Plant Protection Res. 52(1), Kucharski M., Sadowski J., Kieloch R., 2012b. Adiuwanty w zabiegach przedwschodowych wpływ na skuteczność diflufenikanu i jakość ziarna pszenicy ozimej. Prog. Plant Prot./ /Post. Ochr. Roślin 52(1), Kucharski M., Urbanowicz J., Badanie pozostałości linuronu i MCPA w glebie i roślinach ziemniaka. Biuletyn IHAR 248, Kudsk P., Optimising herbicide dose: a straightforward approach to reduce the risk of side effects of herbicides. Environmentalist 28(1), Kwiatkowski C.A., Wesołowski M., Drabowicz M., Misztal-Majewska B., The effect of adjuvants and reduced rates of crop protection agents on the occurrence of agricultural pests and on winter wheat productivity. Annales UMCS, sect. E, 67(3), Meyer M.D., Pataky J.K., Williams M.M., Genetic factors influencing adverse effects of mesotrione and nicosulfuron on sweet corn yield. Agron. J. 102(4), Nowacka A., Dąbrowski J., Walorczyk S., Drożdżyński D., Kudła M., Schwarz K., Gierschendorf Z., Barylska E., Ziółkowski A., Chmielewska E., Morzycka B., Giza I., Murawska M., Sztwiertnia U., Sadło S., Rupar J., Langowska B., Michel M., Kuźmenko A., Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

127 Pozostałości herbicydów w roślinach uprawnych 125 Pozostałości środków ochrony roślin w płodach rolnych (rok 2001). Prog. Plant Prot./ /Post. Ochr. Roślin 42(1), Nowacka A., Dąbrowski J., Walorczyk S., Drożdżyński D., Kudła M., Barylska E., Ziółkowski A., Chmielewska E., Gierschendorf Z., Morzycka B., Giza I., Murawska M., Sztwiertnia U., Sadło S., Rupar J., Szpyrka E., Rogozińska K., Langowska B., Michel M., Kuźmenko A., Pozostałości środków ochrony roślin w płodach rolnych (rok 2002). Prog. Plant Prot./Post. Ochr. Roślin 43(1), Nowacka A., Gnusowski B., Dąbrowski J., Walorczyk S., Drożdżyński D., Wójcik A., Barylska E., Ziółkowski A., Chmielewska E., Morzycka B., Giza I., Sztwiertnia U., Sadło S., Rupar J., Szpyrka E., Rogozińska K., Langowska B., Michel M., Kuźmenko A., Pozostałości środków ochrony roślin w płodach rolnych (rok 2003). Prog. Plant Prot./Post. Ochr. Roślin 44(1), Nowacka A., Gnusowski B., Dąbrowski J., Walorczyk S., Drożdżyński D., Wójcik A., Barylska E., Ziółkowski A., Chmielewska E., Morzycka B., Giza I., Sztwiertnia U., Sadło S., Rupar J., Szpyrka E., Rogozińska K., Kuźmenko A., Pozostałości środków ochrony roślin w płodach rolnych (rok 2004). Prog. Plant Prot./Post. Ochr. Roślin 45(1), Nowacka A., Gnusowski B., Dąbrowski J., Walorczyk S., Drożdżyński D., Wójcik A., Barylska E., Ziółkowski A., Chmielewska E., Morzycka B., Łozowicka B., Giza I., Sztwiertnia U., Sadło S., Rupar J., Szpyrka E., Rogozińska K., Kuźmenko A., Kontrola pozostałości środków ochrony roślin w płodach rolnych (rok 2005). Prog. Plant Prot./Post. Ochr. Roślin 46(1), Nowacka A., Gnusowski B., Dąbrowski J., Walorczyk S., Drożdżyński D., Wójcik A., Barylska E., Ziółkowski A., Chmielewska E., Giza I., Sztwiertnia U., Łozowicka B., Kaczyński P., Sadło S., Rupar J., Szpyrka E., Rogozińska K., Kuźmenko A., Kontrola pozostałości środków ochrony roślin w płodach rolnych (rok 2006). Prog. Plant Prot./Post. Ochr. Roślin 47(4), Nowacka A., Gnusowski B., Dąbrowski J., Walorczyk S., Drożdżyński D., Raczkowski M., Wójcik A., Barylska E., Ziółkowski A., Chmielewska E., Giza I., Sztwiertnia U., Łozowicka B., Kaczyński P., Sadło S., Rupar J., Szpyrka E., Rogozińska K., Kuźmenko A., Kontrola pozostałości środków ochrony roślin w płodach rolnych (rok 2007). Prog. Plant Prot./Post. Ochr. Roślin 48(4), Nowacka A., Gnusowski B., Walorczyk S., Drożdżyński D., Wójcik A., Raczkowski M., Hołodyńska A., Barylska E., Ziółkowski A., Chmielewska E., Rzeszutko U., Giza I., Łozowicka B., Kaczyński P, Rutkowska E., Szpyrka E., Rupar J., Rogozińska K., Machowska A., Słowik-Borowiec M., Kuźmenko A., Szala J., Pozostałości środków ochrony roślin w płodach rolnych (rok 2008). Próg. Plant Prot./Post. Ochr. Roślin 49(4), Nowacka A., Gnusowski B., Walorczyk S., Drożdżyński D., Wójcik A., Raczkowski M., Hołodyńska A., Barylska E., Ziółkowski A., Chmielewska E., Rzeszutko U., Giza I., Jurys J., Łozowicka B., Kaczyński P., Rutkowska E., Jankowska M., Szpyrka E., Rupar J., Rogozińska K., Kurdziel A., Słowik-Borowiec M., Kuźmenko A., Szala J., Sadło S., Pozostałości środków ochrony roślin w płodach rolnych (rok 2009). Prog. Plant Prot./Post. Ochr. Roślin 50(4), Nowacka A., Gnusowski B., Walorczyk S., Drożdżyński D., Raczkowski M., Hołodyńska A., Frąckowiak D., Wójcik A., Ziółkowski A., Rzeszutko U., Domańska I., Jurys J., Łozowicka B., Kaczyński P., Rutkowska E., Jankowska M., Hrynko I., Szpyrka E., Rupar J., Rogozińska K., Kurdziel A., Słowik-Borowiec M., Michel M., Kuźmenko A., Szala J., Pozostałości środków ochrony roślin w płodach rolnych (rok 2010). Prog. Plant Prot./ /Post. Ochr. Roślin 51(4), nr 588, 2017

128 126 J. Trajdos, T. Snopczyński, J. Sadowski Nowacka A., Gnusowski B., Walorczyk S., Drożdżyński D., Raczkowski M., Hołodyńska A., Frąckowiak D., Wójcik A., Ziółkowski A., Przewoźniak M., Swoboda W., Rzeszutko U., Domańska I., Jurys J., Łozowicka B., Kaczyński P., Rutkowska E., Jankowska M., Hrynko I., Szpyrka E., Rupar J., Rogozińska K, Kurdziel A., Słowik-Borowiec M., Szala J., Szponik M., Michel M., Pozostałości środków ochrony roślin w płodach rolnych (rok 2011). Prog. Plant Prot./Post. Ochr. Roślin 52(4), Nowacka A., Gnusowski B., Walorczyk S., Drożdżyński D., Raczkowski M., Hołdyńska-Kulas A., Frąckowiak D., Wójcik A., Ziółkowski A., Przewoźniak M., Swoboda W., Rzeszutko U., Domańska I., Pszczolińska K., Łozowicka B., Kaczyński P., Rutkowska E., Jankowska M., Hrynko I., Szpyrka E., Rupar J., Rogozińska K., Kurdziel A., Słowik-Borowiec M., Szala J., Szponik M., Pozostałości środków ochrony roślin w płodach rolnych (rok 2012). Prog. Plant Prot./Post. Ochr. Roślin 54(2), Nowacka A., Gnusowski B., Walorczyk S., Drożdżyński D., Raczkowski M., Hołodyńska-Kulas A., Frąckowiak D., Ziółkowski A., Przewoźniak M., Rzeszutko U., Domańska I., Pszczolińska K., Łozowicka B., Kaczyński P., Rutkowska E., Jankowska M. Hrynko I., Szpyrka E., Rupar J., Matyaszek A., Kurdziel A., Podbielska M., Słowik-Borowiec M., Szponik M., Pozostałości środków ochrony roślin w płodach rolnych (rok 2013). Prog. Plant Prot./Post. Ochr. Roślin 55(4), Nowicki P., Sikora T., Bezpieczeństwo i higiena żywności w opinii pracowników wybranej sieci barów bistro. ŻNTJ 3(64), Ozimek I., Gutkowska K., Żakowska-Biemans S., Postrzeganie przez konsumentów zagrożeń związanych z żywnością. ŻNTJ 4(41) supl., Ozimek I., Żakowska-Biemans S., Gutkowska K., Polish consumers perception of food related risks. Pol. J. Food Nutr. Sci. 59(2), Praczyk T., Skrzypczak G., Herbicydy. PWRiL, Poznań. Rola H., Sadowski J., Kieloch R., Kucharski M., Plonowanie wybranych odmian pszenicy ozimej traktowanej herbicydami i poziom ich pozostałości w ziarnie. Biul. Nauk. UWM 12, Sadowski J., Środowiskowe skutki pozostałości herbicydów. Materiały szkoleniowe 94, Wydaw. IUNG, Puławy. Sadowski J., Kucharski M., Wpływ pokrywy roślinnej na rozkład i pozostałości herbicydów w glebie. Recenzowane materiały VIII Międzynarodowego Sympozjum Ekologiczne Aspekty Mechanizacji Produkcji Roślinnej, IBMER, Warszawa, Sadowski J., Kucharski M., Pozostałości herbicydów w roślinach zbożowych. Prog. Plant Prot./Post. Ochr. Roślin 43(1), Sadowski J., Kucharski M., Rola H., Nieprawidłowości w technice zabiegów herbicydowych i ich skutki. Recenzowane materiały IX Międzynarodowego Sympozjum Ekologiczne Aspekty Mechanizacji Produkcji Roślinnej, IBMER Warszawa, Sadowski J., Kucharski M., Tokarz J., Pozostałości herbicydów stosowanych w uprawie rzepaku. Prog. Plant Prot./Post. Ochr. Roślin 50(4), Szpyrka E., Jaźwa A., Machowska A., Słowik-Borowiec M., Sadło S., Zachowanie się niektórych herbicydów w glebach pól uprawnych Podkarpacia. Prog. Plant Prot./Post. Ochr. Roślin 49(3), Wesołowski M., Cierpiała R., Plonowanie i zachwaszczenie pszenicy ozimej w zależności od dawek herbicydu Huzar 05 WG. Acta Agrophys. 15(2), Woźnica Z., Herbologia. Podstawy biologii, ekologii i zwalczania chwastów. PWRiL, Poznań. Zarzecka K., Gugała M., Mystkowska I., Herbicide residues and nitrate concentration in tubers of table potatoes. J. Toxicol. Environ. Health A, 73(17 18), Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

129 Pozostałości herbicydów w roślinach uprawnych 127 HERBICIDE RESIDUES IN CROPS Summary. Herbicides are a group of pesticides widely used in plant production. Currently they constitute the most effective tool for weed control, which can reduce the risk of yield decrease and provide high yield quality. As it results from statistic data from 2000 to 2011 the yearly sale of herbicides in Poland increased nearly three times, namely, from 13,233 to 35,948 tons. Unfortunately, herbicides application is strictly connected with the risk of their presence (active substances residue) in agricultural products. The residue level is affected by numerous factors, e.g.: crop species and cultivar, weather conditions during plant growing period, dose and type of herbicide and term of its application. In the course of official monitoring program (data from years 2001 to 2013), in which samples were taken randomly at production sites by the staff of Plant Health and Seed Inspection and analysed in laboratories of Institute of Plant Protection National Research Institute, herbicides residues were mainly detected in vegetable samples. The most frequently determined active substances were: linuron, trifluralin and pendimethalin. Exceeded amounts of herbicide residue in relation to maximum residue levels (MRLs) occured occasionally. During the presented period, such cases were reported for three substances: linuron in one carrot sample and two parsley samples; lenacil in one red beet sample; simazine in one goosebery sample. However, in the field experiments conducted in last years in Poland, where herbicides were used for weed control, the exceeded MRLs were not detected. It suggests that excceded MRLs values observed during monitoring program, could result from incorrect herbicide applications by farmers. Summing up, it is possible to state that in chemical weed control, performed according to legal standards and recommendation by manufacturer of particular product, the risk of exceeding MRLs standards seems to be insignificant and the crops originating from the herbicide protected plantations are safe for consumer. Key words: herbicides, residues, crops, agricultural products, maximum residue levels (MRLs) nr 588, 2017

130

131 Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych nr 588, 2017, DOI /ZPPNR EFFECT OF SUCROSE CONCENTRATION ON OXALIC ACID BIOSYNTHESIS BY ASPERGILLUS NIGER Ewa Walaszczyk, Elżbieta Gąsiorek, Waldemar Podgórski Wroclaw University of Economics Summary. The aim of the work was to determine the influence of initial sucrose concentration in fermentation medium on oxalic acid synthesis by Aspergillus niger W78C in submerged batch culture. Cultivations were conducted in synthetic medium containing sucrose in the concentration of 100, 125, 150, 175 or 200 g dm 3. As the result of the present investigation, the optimal sucrose concentration was found at the level of 125 g dm 3. In medium containing this amount of carbon source, 70.2 g dm 3 of oxalic acid was obtained. When substrate concentration was the highest, 200 g dm 3, the amount of product was only 5.2 g dm 3 higher than in medium with 125 g dm 3 of sucrose. Moreover, an increase of the initial sucrose concentration resulted in process time extension, an increase of citric and gluconic acids concentration and a decrease of productivity and oxalic acid yield. Key words: oxalic acid, Aspergillus niger, biosynthesis, sucrose, carbon source INTRODUCTION Oxalic acid (OA) is the simplest aliphatic dicarboxylic acid naturally present in every leafy vegetable and hence is present in every vegetable food product [Massey 2007, Cefola and Pace 2015]. It has many uses: beside metal treatment, chemical and pharmaceutical applications, oxalic acid may be used in biohydrometallurgy [Biswas et al. 2013, Kursunoglu and Maya 2015], bleaching [Aghaie et al. 2009, Musiał et al. 2011], waste water treatment [Wei et al. 2013, Abraham et al. 2014] and wastes utilisation [Sun and Qiu 2012, Asghari et al. 2013]. In recent years there is a growing interest in oxalic acid application in food industry as a preservative food additive [Jin et al. 2014, Riuz-Jimenez et al. 2014, Cefola and Pace 2015, Li et al. 2016, Wang et al. 2016]. At present oxalic acid is produced mostly by chemical processes, such as oxidation of carbohydrates, olefins and glycols. These methods have a negative impact on the environ- ewa.walaszczyk@ue.wroc.pl Copyright by Wydawnictwo SGGW

132 130 E. Walaszczyk, E. Gąsiorek, W. Podgórski ment, therefore biological methods of its production are necessary [Emeko 2015, Betiku et al. 2016, Mai et al. 2016]. Among the microorganisms that produce oxalic acid, the fungus Aspergillus niger is favoured as the most efficient [Musiał et al. 2011, Walaszczyk et al. 2014, Emeko et al. 2015, Betiku et al. 2016]. Synthesis of organic acids by A. niger is an adaptive reaction to environmental changes. Oxalic acid is secreted when the ph of the medium is close to neutrality. Its role is to lower the ph quickly and thus limit the growth of competitive microorganisms, mainly bacteria. Citric acid is synthesised when the ph of the environment is low, in order to buffer the medium and prevent the ph increase. Production of gluconic acid is not aimed at acidifying the medium. Biotransformation of glucose to gluconate is a mechanism to bound glucose into compound unavailable to competing organisms. This last process is the most efficient at ph , in which many bacteria have their optimum of growth. The formed gluconic acid is later used by A. niger as a carbon source [Andersen et al. 2009, Poulsen et al. 2012]. Carbohydrates have been widely tested as substrates for oxalic acid biosynthesis, among them: glucose [Mandal and Banerjee 2005, Walaszczyk et al. 2014], sucrose [Strasser et al. 1994, Cameselle et al. 1998, Musiał et al. 2005, Walaszczyk et al. 2015], milk whey [Casamelle et al. 1998], sugar beet molasses [Podgórski and Leśniak 2003], cashew apple juice [Emeko et al. 2015, Betiku et al. 2016] or corncobs [Mai et al. 2016]. Nevertheless, sucrose was used in the first defined medium for organic acids synthesis by A. niger [Currie 1917] and it was recognized by Strasser et al. [1994] as a suitable carbon source for oxalic acid production. In citric acid bioproduction by A. niger sucrose was a better carbon source than glucose and its optimal concentration was set between 13 and 18% [Walaszczyk et al. 2014]. In oxalic acid biosynthesis, the initial sucrose concentration was mostly either 100 or 150 g dm 3 [Strasser et al. 1994, Cameselle et al. 1998, Foryś and Podgórski 2004, Mandal and Banerjee 2005, Musiał et al. 2005, Walaszczyk et al. 2015]. Investigating the influence of substrate concentration on oxalic acid secretion is a very interesting issue considering that there is little research in this field. Podgórski and Leśniak [2003] tested beet molasses and stated that optimal initial sucrose concentration should be 120 g dm 3, while Santoro et al. [1999] obtained the best results using milk whey in the amount of 100 g dm 3. When glucose was the substrate, the highest oxalic acid concentration was reached when sugar amount was 150 g dm 3 [Walaszczyk et al. 2014]. The aim of this work was to examine the influence of initial sucrose concentration on oxalic acid synthesis by A. niger in submerged batch cultures in defined media. MATERIAL AND METHODS Microorganism Aspergillus niger W78C strain from the collection of Biotechnology and Food Analysis Department, Wroclaw University of Economics (Poland) was used in this study. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

133 Effect of sucrose concentration on oxalic acid biosynthesis by Aspergillus niger 131 Medium preparation and culture conditions The only carbon and energy source for microorganism was sucrose in the form of white sugar. The synthetic medium consisted (per 1 dm 3 ) of: sucrose 100, 125, 150, 175 or 200 g, NH 4 NO g, KH 2 PO g, MgSO 4 7H 2 O 0.64 g, ZnSO 4 7H 2 O 0.97 mg, CuSO 4 5H 2 O 0.86 mg, FeSO 4 7H 2 O 1.64 mg, MnSO 4 H 2 O 1.02 mg, distilled water. After sterilization, the medium was inoculated with spores of A. niger in the amount of about per flask. The experiments were carried out 16 to 40 days in 30 C in 750 cm 3 flasks filled with 125 cm 3 of the medium, put on rotary shaker working with the frequency of 150 min 1. The ph was set at 6.0 before sterilisation and regulated manually at this level by the addition of 8 M KOH every second day beginning from the sixth day. The end of the process was set by the lack of increase of total acidity of the medium measured titrimetrically with 0.1 M NaOH, taking into account the amount of KOH added for ph regulation. Analytical methods The dry weight of the biomass was determined gravimetrically by drying harvested and filtered biomass at 105 C to a constant weight. The concentrations of organic acids and sugars were determined using HPLC on Rezex ROA Organic Acid column coupled to a UV detector at 210 nm and an RI detector. The column was eluted with M H 2 SO 4 at room temperature and a flow rate of 0.5 ml min 1. Mathematical and statistical methods Volumetric oxalic acid production rate (productivity) (Q P ) was calculated as: P QP = [g dm 3 day 1 ] t where: P oxalic acid concentration [g dm 3 ], t time [day]. Oxalic acid yield (Y P/S ) was calculated as: P YP/ S = 100 [%] S where: P oxalic acid concentration [g dm 3 ], S initial sucrose concentration [g dm 3 ]. Chemical selectivity (HF) of oxalic acid biosynthesis was calculated as: HF P = 100 [%] P + CA + GA where: P oxalic acid concentration [g dm 3 ], CA citric acid concentration [g dm 3 ], GA gluconic acid concentration [g dm 3 ]. nr 588, 2017

134 132 E. Walaszczyk, E. Gąsiorek, W. Podgórski The statistical analysis of the results was done using MS Excel 2013 and Statistica 12.0 (StatSoft, Inc. 2014). The one-factor analysis of variance (ANOVA) with a confidence level p 0.05 was conducted. Evaporation was less than 15% and was included in calculations. RESULTS AND DISCUSSION The first defined medium for organic acids synthesis by A. niger elaborated by Currie [1917] contained sucrose in the concentration of g dm 3. Later research with this substrate was conducted in media containing sucrose in the amount of 100 [Strasser et al. 1994, Mandal and Banerjee 2005] or 150 g dm 3 [Cameselle et al. 1998, Foryś and Podgórski 2004, Musiał et al. 2005, Walaszczyk et al. 2015]. In order to examine the influence of initial sucrose concentration on oxalic acid biosynthesis, five levels of its concentration were tested throughout this work: 100, 125, 150, 175 and 200 g dm 3. The amounts of product, accompanying acids and dry mass obtained in media with different initial sucrose concentration are presented in Figure P, CA, GA, X [g dm 3 ] sucrose / sacharoza [g dm 3 ] Fig. 1. Rys. 1. P oxalic acid / kwas szczawiowy GA gluconic acid / kwas glukonowy CA citric acid / kwas cytrynowy X dry mass / sucha substancja The maximum concentration of oxalic acid in media with different initial sucrose concentration. The concentration of citric acid, gluconic acid and dry mass are given from the day the maximum oxalic acid concentration was reached Najwyższe stężenie kwasu szczawiowego w podłożach z różnym początkowym stężeniem sacharozy. Stężenie kwasu cytrynowego, kwasu glukonowego i zawartość suchej substancji podano z dnia, w którym osiągnięto najwyższe stężenie kwasu szczawiowego The one-factor analysis of variance of organic acids concentration showed statistical significance of obtained results. In the medium with the lowest initial sucrose concentration (100 g dm 3 ), the lowest oxalic acid concentration was obtained (59.3 g dm 3 ) Figure 1. The increase of substrate amount to 125 g dm 3 caused the increase of product Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

135 Effect of sucrose concentration on oxalic acid biosynthesis by Aspergillus niger 133 concentration to 70.8 g dm 3. Further increase of initial sugar concentration in the medium was not so effective: when the sucrose concentration was 200 g dm 3, the amount of oxalic acid reached 76.0 g dm 3, which was only 5.2 g dm 3 higher than in the medium with the substrate in the concentration of 125 g dm 3. Such high amounts of oxalic acid were not reported in the available literature. Strasser et al. [1994] obtained 38.4 g dm 3 and Mandal and Banerjee [2005] only 7.63 g dm 3 of oxalic acid from 100 g dm 3 of sucrose. Cameselle et al. [1998], Foryś and Podgórski [2004], Musiał et al. [2005] and Walaszczyk et al. [2015] used medium with sucrose in concentration of 150 g dm 3 and obtained respectively: 33.8, 61.2, 46.0 and 44.4 g dm 3. Figure 2 shows the profile of oxalic acid concentration depending on initial sucrose concentration in the medium. The higher the initial concentration of the substrate was, the slower the product amount raised and the longer the time of reaching the maximum of product concentration was: from 16 days in the medium with sucrose in the concentration of 100 g dm 3 to 40 days in the medium with 175 and 200 g dm 3 of the substrate P [g dm 3 ] g dm g dm g dm g dm g dm time / czas [day / dzień] Fig. 2. Rys. 2. Profile of oxalic acid concentration depending on initial sucrose concentration in medium Kształtowanie się stężenia kwasu szczawiowego w zależności od początkowego stężenia sacharozy w podłożu In all the experiments, apart from oxalic acid, A. niger secreted also citric and gluconic acids, but at the end of the process citric acid was present in all media and gluconic only when the initial sucrose concentration was 150 g dm 3 or higher (Fig. 1). The final citric acid amount grew from 7.9 to 40.7 g dm 3 and gluconic acid from 0.0 to 44.3 g dm 3 with the increase of the initial sucrose concentration from 100 to 200 g dm 3. Figure 3 presents changes in citric and gluconic acids concentration depending on the initial sucrose concentration in the medium. Citric acid was synthesised in all medium variants. The lower the initial sugar concentration in the medium was, the quicker citric acid concentration reached the maximum. It is worth noting that the maximum of citric nr 588, 2017

136 134 E. Walaszczyk, E. Gąsiorek, W. Podgórski acid concentration in medium with 100, 125 and 150 g dm 3 of sucrose was always earlier than the maximum of oxalic acid concentration (compare Fig. 2 and 3a). Only in the cultures with higher initial substrate amount, 175 and 200 g dm 3, citric acid concentration grew constantly to the end of the process. a 50 b CA [g dm 3-3 ] ] GA [g dm 3 GA [g dm -3 ] ] time time / czas / czas [day [day / dzień] / dzień] time time / czas / czas [day [day / dzień] / dzień] 100 g dm g dm g dm g dm g dm 3 Fig. 3. Rys. 3. Profiles of citric (a) and gluconic (b) acids concentration depending on initial sucrose concentration in medium Kształtowanie się stężenia kwasu cytrynowego (a) i glukonowego (b) w zależności od początkowego stężenia sacharozy w podłożu Production of gluconic acid by A. niger is a process of oxidation of available glucose into unavailable to other organisms compound that could be used later as a carbon source for oxalic acid synthesis in the case of lack of easier assailable sources [Andersen et al. 2009, Poulsen et al. 2012]. Formation of gluconic acid is indicated as the main disadvantage of usage of sucrose and glucose as carbon sources in bioprocesses with A. niger [Strasser et al. 1994, Cameselle et al. 1998, Walaszczyk et al. 2014]. In the experiments presented in this paper gluconic acid was detected in all medium variants beside the one with the lowest initial sugar concentration (Fig. 3b). It was probably because the substrate was completely used to produce oxalic and citric acids to acidify the medium and there was no glucose left to store it as gluconic acid. As it can be seen in Figure 3b, the higher initial sucrose amount in the medium was, the higher maximum concentration of gluconic acid was observed. In all the experiments with gluconic acid present, after reaching its maximum, the concentration of the acid decreased because it was probably reused as a carbon source for oxalic acid production. The same process course and conclusion were noted by other authors [Strasser et al. 1994, Cameselle et al. 1998, Musiał et al. 2005, Poulsen et al. 2012, Walaszczyk et al. 2014]. In most cases described in the literature, the Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

137 Effect of sucrose concentration on oxalic acid biosynthesis by Aspergillus niger 135 final gluconic acid concentration was higher than oxalic [Strasser et al. 1994, Cameselle et al. 1998, Musiał et al. 2005]. In all experiments reported in this paper the final amount of gluconic acid was always lower than oxalic (Fig. 1), despite the maximum gluconic acid concentration was even g dm 3 (Fig. 3b). Because A. niger cultivated in defined media with sucrose as carbon source secretes three organic acids: oxalic, citric and gluconic (Fig. 1), the chemical selectivity of the process is one of the most important parameters of results evaluation. Oxalic acid biosynthesis processes described in literature had mostly a rather low selectivity, in the range between 29 41% [Strasser et al. 1994, Cameselle et al. 1998, Musiał et al. 2005], mostly because of gluconic acid produced in the amount greater than oxalic. Only Walaszczyk et al. [2015] reported chemical selectivity of the used strain at the level of almost 70%. Figure 4 presents the levels of this parameter in the experiments described in this paper. The chemical selectivity of processes was high, between %, but it decreased with the increase of the initial sugar concentration. Also productivity and oxalic acid yield lowered from 3,7 g dm 3 day 1 and 59% to 1.9 g dm 3 day 1 and 38% respectively when the substrate amount grew from 100 to 200 g dm 3 (Fig. 4). Values of these two parameters were on a quite good level, considering that Musiał et al. [2005] reported that in their experiments productivity of oxalic acid on sucrose media was high, 100 Q P 10 [g dm 3 d 1 ], Y P/S, HF [%] sucrose / sacharoza [g dm 3 ] Qp volumetric oxalic acid production rate / objętościowa szybkość tworzenia kw szczawiowego Yp/s oxalic acid yield / wydajność kwasu szczawiowego HF chemical selectivity / selektywność procesu Fig. 4. Rys. 4. Volumetric oxalic acid production rate, oxalic acid yield and chemical selectivity of oxalic acid biosynthesis depending on initial sucrose concentration in the medium. The values of the parameters were calculated with data from the day the maximum oxalic acid concentration was reached Kształtowanie się objętościowej szybkości produkcji kwasu szczawiowego, wydajności kwasu szczawiowego oraz współczynnika selektywności procesu biosyntezy kwasu szczawiowego w zależności od początkowego stężenia sacharozy w podłożu. Wartości parametrów obliczono na podstawie danych z dnia, w którym osiągnięto najwyższe stężenie kwasu szczawiowego nr 588, 2017

138 136 E. Walaszczyk, E. Gąsiorek, W. Podgórski 6.7 g dm 3 day 1, but the oxalic acid yield they obtained was low, only 31%; Cameselle et al. [1998] reached productivity of 4.2 g dm 3 day 1 and yield of 23%; Strasser et al. [1994] noted 3.8 g dm 3 day 1 1 and 38% and Walaszczyk et al. [2015] 2.7 g dm 3 day and 29% of productivity and yield respectively. CONCLUSIONS Sucrose is a suitable carbon source for oxalic acid synthesis by A. niger. Investigating the optimal substrate concentration in culture medium it was found that the increase of initial sucrose concentration caused the increase of product concentration, but the biggest rise was between 100 and 125 g dm 3 of the substrate. The amounts of accompanying citric and gluconic acids increased with the grow of the initial sugar concentration in the medium, also the time of the process extended, and volumetric production rate and oxalic acid yield decreased. After analysis of obtained data, the optimal initial sucrose concentration was recognized as 125 g dm 3. REFERENCES Abraham F., Arab-Chapelet B., Rivenet M., Tamain C., Granjean S., Actinide oxalates, solid state structures and applications. Coordin. Chem. Rev , Aghaie E., Pazouki M., Hosseini M.R., Ranjbar M., Ghavipanejeh F., Response surface methodology (RSM) analysis of organic acid production for Kaolin beneficiation by Aspergillus niger. Chem. Eng. J. 147, Andersen M.R., Lehmann L., Nielsen J., Systemic analysis of the response of Aspergillus niger to ambient ph. Genome Biol. 10, 5, R47. Asghari I., Mousavi S.M., Amiri F., Tavassoli S., Bioleaching of spent refinery catalysts: a review. J. Ind. Eng. Chem. 19, Betiku E., Emeko H.A., Solomon B.O., Fermentation parameter optimization of microbial oxalic acid production from cashew apple juice. Heliyon 2, e Biswas S., Dey R., Mukherejee S., Banerjee P.C., Bioleaching of nickel and cobalt from lateritic chromite overburden using the culture filtrate of Aspergillus niger. Appl. Biochem. Biotech. 170, Casamelle C., Bohlmann J.T., Nunez M.J., Lema J.M., Oxalic acid production by Aspergillus niger. Part I: Influence of sucrose and milk whey as carbon source. Bioprocess Eng. 19, Cefola M., Pace B., Application of oxalic acid to preserve the overall quality of rocket and baby spinach leaves during storage. J. Food Process Pres. 39, Emeko H.A., Olugbogi A.O., Betiku E., Appraisal of artificial neural network and response surface methodology in modelling and process variable optimization of oxalic acid production from cashew apple juice: a case of surface fermentation. BioResources 10, 2, Foryś E., Podgórski W., Application of replicated 2 3 full factorial central composite circumscribed design of experiment (CCC DOE) for optimization of oxalate biosynthesis by Aspergillus niger W78C. Acta Sci. Pol. Biotechnol. 3 (1 2), Jin P., Zhu H., Wang L., Shan T., Zheng Y., Oxalic acid alleviates chilling injury in peach fruit by regulating energy metabolism and fatty acid contents. Food Chem. 161, Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

139 Effect of sucrose concentration on oxalic acid biosynthesis by Aspergillus niger 137 Kursunoglu S., Kaya M., Dissolution behaviour of Caldag lateritic nickel ore subjected to a sequential organic acid leaching method. Int. J. Min. Met. Mater. 22, 11, Li P., Yin F., Song L., Zheng X., Alleviation of chilling injury in tomato fruit by exogenous application of oxalic acid. Food Chem. 202, Mai H.T.N., Lee K.M., Choi S.S., Enhanced oxalic acid production from corncob by a methanol-resistant strain of Aspergillus niger using semi solid-state fermentation. Process Biochem. 51, Mai F-L., Wu S-J., Lin F-M., Adsorption of copper (II) ions by chitosan-oxalate complex biosorbent. Int. J. Biol. Macromol. 72, Mandal S.K., Banerjee P.C., Submerged production of oxalic acid from glucose by immobilized Aspergillus niger. Process Biochem. 40, Massey L.K., Food oxalate: factors affecting measurement, biological variation, and bioavailability. J. Am. Diet. Assoc. 107, Musiał I., Cibis E., Rymowicz W., Designing a process of kaolin bleaching in an oxalic acid enriched medium by Aspergillus niger cultivated on biodiesel-derived waste composed of glycerol and fatty acids. Appl. Clay Sci. 52, Musiał I., Rymowicz W., Lenart D., Witkowska D., The use of post-refining fatty acids for oxalic acid production by Aspergillus niger at low ph. Biotechnologia Monografie 2 (2) [in Polish]. Podgórski W., Leśniak W., Biochemical method of oxalic acid production from beet molasses. Chem. Pap. 57, 6, Poulsen L., Andersen M.R., Lantz A.E., Thykaer J., Identification of a transcription factor controlling ph-dependent organic acid response in Aspergillus niger. PLOS ONE 7, 12, e Ruiz-Jimenez J., Zapata P.J., Serrano M., Valero D., Martinez-Romero D., Castillo S., Guillen F., Effect of oxalic acid on quality attributes of artichokes stored at ambient temperature. Postharvest. Biol. Tec. 95, Santoro R., Cameselle C., Rodriguez-Couto S., Sanroman A., Influence of milk whey, nitrogen and phosphorus concentration on oxalic acid production by Aspergillus niger. Bioprocess Eng. 20, 1 5. Strasser H., Burgstaller W., Schinner F., High-yield production of oxalic acid for metal leaching processes by Aspergillus niger. FEMS Microbiol. Lett. 119, Sun L., Qiu K., Organic oxalate as leachant and precipitant for the recovery of valuable metals from spent lithium-ion batteries. Waste Manage. 32, Walaszczyk E., Dawidowicz K., Gąsiorek E., Podgórski W., Influence of glucose concentration on oxalic acid synthesis by Aspergillus niger. Acta Sci. Pol. Biotechnol. 13(4), [in Polish]. Walaszczyk E., Podgórski W., Gąsiorek E., Aspergillus niger strain selection for oxalic acid biosynthesis from sucrose. Res. Pap. of Wroclaw University of Economics 411, [in Polish]. Wang Z., Cao J., Jiang W., Changes in sugar metabolism caused by exogenous oxalic acid related to chilling tolerance of apricot fruit. Postharvest Biol. Tec. 114, Wei S., Ren H., Li J., Shi J., Shao Z., Decolorization of organic dyes by zero-valent iron in the presence of oxalic acid and influence of photoirradiation and hexavalent chromium. J. Mol. Catal. A-Chem. 379, nr 588, 2017

140 138 E. Walaszczyk, E. Gąsiorek, W. Podgórski WPŁYW STĘŻENIA SACHAROZY JAKO ŹRÓDŁA WĘGLA W PROCESIE BIOSYNTEZY KWASU SZCZAWIOWEGO PRZEZ ASPERGILLUS NIGER Streszczenie. Celem badań było określenie wpływu początkowego stężenia sacharozy, będącej jedynym źródłem węgla, na proces biosyntezy kwasu szczawiowego przez Aspergillus niger metodą wgłębnej hodowli okresowej. W badaniach stosowano szczep A. niger W78C. Hodowle prowadzono w podłożach syntetycznych zawierających sacharozę w stężeniu 100, 125, 150, 175 lub 200 g dm 3. W podłożu o najniższym początkowym stężeniu sacharozy, tj. 100 g dm 3, uzyskano najniższe stężenie kwasu szczawiowego, tj. 59,3 g dm 3. Podwyższenie stężenia substratu do 125 g dm 3 spowodowało zwiększenie ilości produktu do 70,8 g dm 3, czyli o 19,1%. Dalszy wzrost stężenia cukru w podłożu nie był już tak skuteczny, gdyż w wariancie z najwyższym początkowym stężeniem sacharozy, tj. 200 g dm 3, uzyskano tylko o 5,2 g dm 3 (czyli o 7,4%) więcej kwasu szczawiowego niż w podłożu, w którym ilość substratu była równa 125 g dm 3. Wzrost początkowego stężenia substratu ze 100 do 200 g dm 3 powodował wydłużenie czasu procesu, wzrost stężenia kwasów towarzyszących: cytrynowego i glukonowego, oraz spadek wydajności kwasu szczawiowego i szybkości jego tworzenia. Na podstawie uzyskanych stężeń produktu w podłożach z różnym początkowym stężeniem substratu oraz po analizie parametrów procesu (wydajności kwasu szczawiowego i objętościowej szybkości jego produkcji) uznano, że najkorzystniejsze stężenie sacharozy w tym procesie wynosi 125 g dm 3. Słowa kluczowe: kwas szczawiowy, Aspergillus niger, biosynteza, sacharoza, źródło węgla Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

141 Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych nr 588, 2017, DOI /ZPPNR OCENA WPŁYWU WSTĘPNEJ OBRÓBKI HYDROTERMICZNEJ NASION RZEPAKU NA JAKOŚĆ FIZYKOCHEMICZNĄ I STABILNOŚĆ OKSYDATYWNĄ WYTŁOCZONEGO OLEJU Małgorzata Wroniak, Agnieszka Rękas, Anna Piekut Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie Streszczenie. Celem badań było określenie wpływu wstępnej obróbki hydrotermicznej nasion rzepaku z zastosowaniem promieniowania mikrofalowego na jakość fizykochemiczną i stabilność oksydatywną wytłoczonego oleju. Dwie odmiany rzepaku ozimego Monolit i Brendy nawilżano do wilgotności 7,5%, następnie ogrzewano za pomocą mikrofal (800 W, 2450 MHz) przez 4 i 8 min, dowilżano do wilgotności 6, 7, 8%, a na koniec wytłoczono na zimno olej za pomocą prasy ślimakowej Farmer 10 (firmy Farmet). Otrzymane oleje oceniano pod względem stopnia zbrązowienia, stopnia hydrolizy (liczba kwasowa), pierwotnego (liczba nadtlenkowa) oraz wtórnego stopnia utlenienia (liczba anizydynowa), absorbancji w ultrafiolecie oraz stabilności oksydatywnej w teście Rancimat w 120 C. Wykazano, że ogrzewanie mikrofalowe nasion, po uprzednim ich nawilżeniu, istotnie modyfikuje jakość fizykochemiczną tłoczonego na zimno oleju rzepakowego. Powoduje wzrost stopnia hydrolizy oraz pierwotnego i wtórnego stopnia utlenienia oleju, poziomu dienów (K 232 ) i trienów (K 268 ), przy jednoczesnym podwyższeniu jego stabilności oksydatywnej. Słowa kluczowe: rzepak, ogrzewanie mikrofalowe, tłoczenie, olej rzepakowy, jakość, stabilność oksydatywna WSTĘP Olej rzepakowy, z podwójnie ulepszonych nasion rzepaku, to obecnie jeden z najpopularniejszych olejów jadalnych. Zajmuje trzecie miejsce na świecie, po oleju palmowym i sojowym, pod względem wielkości produkcji [Rękas i in. 2016]. Uznany jest za jeden z olejów roślinnych o największej wartości żywieniowej. Ma najmniejszą malgorzata_wroniak@sggw.pl Copyright by Wydawnictwo SGGW

142 140 M. Wroniak, A. Rękas, A. Piekut wśród olejów zawartość kwasów tłuszczowych nasyconych, dużą zawartość monoenowego kwasu oleinowego, wysoki poziom jednego z najbardziej pożądanych kwasów z rodziny n-3 kwasu α-linolenowego, oraz odpowiedni stosunek kwasów n-6 do n-3 (2 : 1). Dodatkowo olej rzepakowy (szczególnie tłoczony na zimno) zawiera wiele związków bioaktywnych, takich jak: tokoferole, sterole, fosfolipidy, związki fenolowe, barwniki karotenoidowe i chlorofilowe [Przybylski 2011, Kruszewski i in. 2013, Zychnowska i in. 2013], które mogą odgrywać ważną rolę w prawidłowym funkcjonowaniu organizmu ludzkiego. Tłoczenie oleju na zimno jest najstarszą metodą pozyskiwania oleju jadalnego. Technologia ta jest prosta, tania oraz ekologiczna. Uzyskany olej tłoczony na zimno nie wymaga żadnego oczyszczania, z wyjątkiem filtracji, w celu mechanicznego oddzielenia osadu. Jakość olejów tłoczonych na zimno zależy w głównej mierze od jakości i czystości surowca, jego jednorodności, dojrzałości, braku uszkodzenia, wilgotności nasion oraz właściwych warunków podczas przechowywania nasion [Febrianto i Yang 2011]. Termiczna obróbka nasion wpływa na wiele ważnych parametrów jakościowych oleju i jego skład chemiczny. Może przyczyniać się do utraty cennych związków odżywczych (np. tokoferoli) czy zwiększenia zanieczyszczeń rozpuszczalnych w oleju jak np. wolne kwasy tłuszczowe, związki siarki czy barwniki chlorofilowe [Niewiadomski 1983]. Mimo to w licznych badaniach autorzy stwierdzają, że obróbka termiczna powoduje wzrost stabilności oksydatywnej olejów, głównie z uwagi na większą ekstraktywność związków biologicznie czynnych i tworzenie się nowych związków o właściwościach przeciwutleniających (np. produktów reakcji Maillarda) [Spielmeyer i in. 2009, Azadmard-Damirchi i in. 2010, Shrestha i in. 2013, Yang i in. 2013]. Dodatkowo podczas prażenia nasion rzepaku w wysokiej temperaturze (ok. 160 C) przemianom ulegają również związki fenolowe, kwas synapinowy ulega dekarboksylacji do canololu, czyli 4-vinylo-2,6-dimetoksyfenolu, który również ma silne właściwości przeciwutleniające [Zheng i in. 2014, Siger i in. 2015]. W ostatnich latach prowadzone są liczne badania dotyczące możliwości stosowania różnych alternatywnych metod obróbki termicznej nasion rzepaku, w tym konwekcyjnego prażenia [Siger i in. 2015], czy obróbkę cieplną za pomocą mikrofal [Azadmard-Damirchi i in. 2010, Yang i in. 2013]. Celem pracy było określenie wpływu nawilżania i ogrzewania mikrofalowego nasion rzepaku przed tłoczeniem na zimno na jakość fizykochemiczną i stabilność oksydatywną otrzymanego oleju. MATERIAŁ I METODY Materiał do badań stanowiły dwie odmiany nasion rzepaku podwójnie ulepszonego (Brassica napus L.) Monolit oraz Brendy. Nasiona pochodziły z Hodowli Roślin Strzelce grupa IHAR ze zbioru 2015 roku. Użyte w pracy nasiona rzepaku były czyste, zdrowe i nieuszkodzone. Ilość zanieczyszczeń w każdej z odmian była mała, tj. poniżej 1%. Początkowa zawartość wody w nasionach wynosiła 4,35% ( Monolit ) oraz 4,68% ( Brendy ), a zawartość tłuszczu 45,32% ( Monolit ) oraz 45,69% ( Brendy ). Nasiona obu odmian (2 500 g nasion) nawilżono do wilgotności 7,5%. Zapakowano do torebek z tworzywa sztucznego i przechowywano przez 24 h w temperaturze chłod- Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

143 Ocena wpływu wstępnej obróbki hydrotermicznej nasion rzepaku niczej (4 ±2 C). Ogrzewano nasiona przez 4 oraz 8 min w kuchence mikrofalowej marki Panasonic NN-J155W o mocy 800 W (2450 MHz). Ogrzewanie prowadzono w szklanym naczyniu o średnicy 16 cm, bez przykrycia, z mieszaniem nasion co 2 min. Nasiona po obróbce cieplnej odstawiano do osiągnięcia temperatury pokojowej. Temperatura nasion (pomiar termometrem laserowym bezdotykowym typ KC 180B firmy Tynaxtools Polska) bezpośrednio po ogrzewaniu mikrofalowym wynosiła od 80,88 do 144,23 ±2 C w zależności od czasu ogrzewania nasion. Oznaczono ponownie zawartość wody, która wahała się od 0,68 do 6,80% w zależności od czasu ogrzewania i odmiany. Kolejnym etapem było dowilżanie nasion do trzech wilgotności (6, 7 i 8%) przez 24 h w warunkach chłodniczych w temperaturze 4 ±2 C (w celu uzupełnienia ubytku wody po obróbce termicznej nasion). Następnego dnia z nasion obu odmian tłoczono oleje w prasie ślimakowej Farmer 10 firmy Farmet (Czechy), która ma wydajność 9 12 kg nasion h 1. Do tłoczenia użyto dyszy o średnicy 8 mm. Temperatura oleju wypływającego z prasy wynosiła 40 ±2 C. Otrzymane oleje poddano naturalnej sedymentacji w warunkach chłodniczych przez trzy dni. Tłoczenie nasion i analizę olejów przeprowadzono w czasie dwóch miesięcy. Nasiona obu odmian były poddawane obróbce wstępnej i tłoczeniu w dwóch seriach, w dziewięciu wariantach. Właściwości fizykochemiczne otrzymanych olejów rzepakowych określano poprzez oznaczanie zawartości wolnych kwasów tłuszczowych liczba kwasowa [PN-EN ISO 660:2005], nadtlenków liczba nadtlenkowa [PN-EN ISO 3960:2005], aldehydów liczba anizydynowa, oraz obliczenie wskaźnika TOTOX [PN-EN ISO 6885:2008]. Absorbancję w nadfiolecie wyrażoną jako ekstynkcja właściwa w świetle UV oznaczano spektrofotometrycznie przy maksymalnej długości fali 232 i 286 nm [PN-EN ISO 3656:2002]. Oznaczenie indeksu brązowienia wykonano według Cai i innych [2013] poprzez rozcieńczenie próbki oleju w 1 : 20 chloroformem i pomiar absorbancji przy długości fali 420 nm. Do poszczególnych oznaczeń użyto spektrofotometru firmy Helios Thermo Spectronic. Stabilność oksydatywną olejów oznaczano w teście Rancimat w aparacie typu 679 (Methrom) w temperaturze 120 C [PN-EN ISO 6886:2009]. Do przeprowadzenia analizy statystycznej zastosowano trzyczynnikową analizę wariancji. Aby ocenić stopień istotności różnic między wartościami średnimi, użyto testu Scheffego przy p 0,05. WYNIKI I DYSKUSJA W wytłoczonych na zimno olejach oznaczono podstawowe parametry jakości w celu oceny wpływu zmiennych warunków obróbki hydrotermicznej nasion na cechy fizykochemiczne oleju (tab.). Oleje otrzymane z nasion rzepaku odmian Monolit i Brendy charakteryzowały się zbliżonym stopniem hydrolizy (odpowiednio liczba kwasowa LK w zakresie 0,39 0,63 mg KOH g 1 i 0,30 0,55 mg KOH g 1 ). Po zastosowaniu ogrzewania mikrofalowego nasion zaobserwowano w olejach wzrost wartości tej liczby. Niemniej jednak wszystkie analizowane oleje spełniały pod tym względem wymagania określone w Codex Alimentarius (LK < 4 mg KOH g 1 w olejach tłoczonych na zimno i virgin) [Codex Stan ]. LK oleju z nasion odmiany Monolit przy nawilżeniu 6% wzrosła nr 588, 2017

144 142 M. Wroniak, A. Rękas, A. Piekut z 0,47 do 0,63 mg KOH g 1, a w oleju z nasion nawilżonych do 7% z 0,44 do 0,61 mg KOH g 1. Podobnie odnotowano w przypadku odmiany Brendy LK oleju z nasion nawilżonych do 6% wzrosła z 0,33 do 0,49 mg KOH g 1, a z nasion nawilżonych do 7% z 0,33 do 0,55 mg KOH g 1. W przypadku olejów z nasion obu odmian nawilżonych do 8% nie zaobserwowano statystycznie istotnych różnic. Podobny wzrost LK (tj. od 0,52 do 0,69 mg KOH g 1 ) zaobserwowali Zheng i inni [2014] w swoich badaniach nad ogrzewaniem mikrofalowym nasion rzepaku. Siger i inni [2015] również odnotowali po prażeniu nasion rzepaku w temperaturze C przez 5 15 min małą wartość LK olejów, która nie przekroczyła 0,68 mg KOH g 1 i nie różniła się od LK olejów z nasion nieogrzewanych. Badane oleje charakteryzowały się niskim pierwotnym stopniem utlenienia lipidów, uzyskane wartości liczby nadtlenkowej LOO mieściły się w przedziale od 1,18 do 5,57 meq O 2 kg 1 oleju w odmianie Monolit oraz od 1,14 do 2,46 meq O 2 kg 1 oleju w odmianie Brendy (tab.). Oleje spełniały wymagania Codex Alimentarius pod względem LOO w olejach tłoczonych na zimno i virgin (LOO < 15 meq O 2 kg 1 oleju) [Codex Stan ]. Wraz z wydłużeniem czasu ogrzewania i ze wzrostem wilgotności nasion obserwowano zwiększenie zawartości nadtlenków w analizowanych olejach. Największą wartość LOO oleju (5,57 meq O 2 kg 1 ) odnotowano po zastosowaniu obróbki mikrofalowej nasion Monolit przez 8 min, w przypadku nawilżenia nasion do 8%. Zdecydowanie niższy stopień utlenienia olejów z nasion po ogrzewaniu mikrofalowym odnotowano we wcześniejszych badaniach Rękas i innych [2015], w których wartości LOO mieściły się w przedziale 0,53 1,72 meq O 2 kg 1. Liczba anizydynowa (LAn) umożliwia określenie faktycznego stopnia utlenienia oleju, nie jest objęta przepisami unijnymi dla olejów tłoczonych na zimno i virgin, w praktyce jest bliska 0, a w olejach rafinowanych wartość ta nie powinna zaś wynosić więcej niż 8 [Wroniak i in. 2013]. Wartości LAn badanych olejów kształtowały się na poziomie od 0,11 do 0,75 dla nasion odmiany Monolit oraz od 0,15 do 0,76 dla nasion odmiany Brendy (tab.) i nie różniły się statystycznie istotnie między sobą. Wraz z wydłużeniem czasu ogrzewania i stopnia nawilżenia nasion obserwowano wzrost wtórnego stopnia utlenienia olejów. Jednakże uzyskana wartość LAn w badanych olejach była mała, nie przekraczała wartości 1,0, co świadczyło o niewielkim wpływie ogrzewania mikrofalowego nasion rzepaku na wtórny stopień utlenienia oleju. Analizowane oleje charakteryzowały się średnim ogólnym stopniem utlenienia TOTOX, zawartym w przedziale od 2,95 do 11,90 (tab.), mieszcząc się w umownej granicy wyznaczającej dobrą jakość olejów jadalnych, określonej na poziomie 10, z wyjątkiem olejów z nasion rzepaku odmiany Monolit nawilżonych do wilgotności 8%. Badane oleje pod względem absorbancji w ultrafiolecie, określającej m.in. poziom sprzężonych dienów (K 232 ) i trienów (K 268 ), przyjmowały wartości w szerokim zakresie. Wartości K 232 w olejach z nasion odmiany Monolit wahały się w granicach 0,97 2,26 oraz 1,33 2,30 w olejach odmiany Brendy (tab.). Wartość wskaźnika zawartości związków karbonylowych K 268, tj. wtórnych produktów utlenienia, kształtowała się na poziomie od 0,13 do 0,46 w olejach z nasion odmiany Monolit oraz od 0,1 do 0,41 w olejach z nasion odmiany Brendy (tab.). W europejskich przepisach dotyczących wymagań dotyczących olejów tłoczonych na zimno nie wyznaczono wartości granicznych K 232 oraz K 268. Punkt odniesienia może jednak stanowić rozporządzenie Komisji UE 2568/91, Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

145 Tabela. Właściwości fizykochemiczne i stabilność oksydatywna analizowanych olejów rzepakowych Table. Physicochemical properties and oxidative stability of the analysed rapeseed oils Odmiana rzepaku Rapeseed cultivar Wstępne nawilżenie Intial moisture [%] Czas ogrzewania mikrofalowego Microwave heating time [min] Końcowe nawilżenie Final moisture [%] Liczba kwasowa Acid value [mgkoh g 1 ] Liczba nadtlenkowa Peroxide value [meq kg 1 ] Liczba anizydynowa Anisidine value Wskaźnik Totox Totox index [2 PV + AnV] Dieny Dienes [K 232 ] Trieny Trienes [K 268 ] Czas indukcji Induction time [h] Indeks brązowienia Browning index [λ = 420 nm] 0 0,47 ±0,06 a 1,40 ±0,64 a 0,20 ±0,12 a 2,99±0,10 a 1,20 ±0,06 a 0,15 ±0,01 a 3,89 ±0,10 a 0,14 ±0,01 a 4 6 0,56 ±0,01 b 1,52 ±0,70 a 0,11 ±0,04 a 3,15±0,41 a 1,73 ±0,08 ab 0,14 ±0,03 a 4,23 ±0,41 ab 0,20 ±0,02 b 8 0,63 ±0,05 c 2,00 ±0,43 a 0,18 ±0,14 a 4,18±0,16 a 2,06 ±0,25 b 0,38 ±0,02 b 4,79 ±0,16 b 0,25 ±0,01 b 0 0,44 ±0,00 a 1,18 ±0,07 a 0,58 ±0,23 a 2,95±0,09 a 0,97 ±0,44 a 0,13 ±0,01 a 4,06 ±0,09 a 0,12 ±0,01 a Monolit 4 7 0,56 ±0,00 b 1,62 ±0,08 a 0,36 ±0,25 a 3,60±0,18 a 1,3 ±30,28 ab 0,21 ±0,00 a 4,91 ±0,18 b 0,22 ±0,00 b 8 0,61 ±0,06 c 1,96 ±0,26 a 0,51 ±0,33 a 4,42±0,11 a 2,06 ±0,27 b 0,46 ±0,01 b 4,73 ±0,11 ab 0,27 ±0,03 b 7,5 0 0,41 ±0,05 a 4,00 ±0,49 a 0,68 ±0,19 a 8,69±0,16 a 1,45 ±0,05 a 0,13 ±0,02 a 3,80 ±0,16 a 0,16 ±0,01 a 4 8 0,39 ±0,06 a 5,22 ±0,39 ab 0,68 ±0,20 a 11,13±0,29 ab 1,82 ±0,05 ab 0,34 ±0,01 b 4,20 ±0,29 ab 0,26 ±0,01 b 8 0,44 ±0,13 a 5,57 ±0,21 b 0,75 ±0,22 a 11,90±0,10 b 2,26 ±0,04 b 0,38 ±0,36 b 4,71 ±0,10 b 0,27 ±0,01 b 0 0,33 ±0,00 A 1,38 ±0,05 A 0,18 ±0,12 A 3,81±0,09 A 1,42 ±0,01 A 0,10 ±0,03 A 4,52 ±0,09 A 0,15 ±0,00 A 4 6 0,45 ±0,00 B 1,92 ±0,02 A 0,76 ±0,35 A 5,77±0,15 A 1,76 ±0,01 AB 0,22 ±0,12 A 6,19 ±0,15 B 0,24 ±0,02 B 8 0,49 ±0,06 C 2,47 ±0,12 A 0,54 ±0,35 A 6,50±0,07 A 2,30 ±0,00 B 0,41 ±0,01 B 6,93 ±0,07 C 0,26 ±0,01 B 0 0,33 ±0,00 A 1,19 ±0,04 A 0,48 ±0,27 A 3,94±0,16 A 1,33 ±0,46 A 0,14 ±0,01 A 4,44 ±0,16 A 0,16 ±0,02 A Brendy 4 7 0,45 ±0,00 B 1,82 ±0,12 A 0,57 ±0,26 A 5,36±0,14 A 1,97 ±0,22 A 0,30 ±0,04 B 5,77 ±0,14 B 0,24 ±0,02 B 8 0,55 ±0,00 C 2,26 ±0,19 A 0,63 ±0,16 A 6,29±0,06 A 1,79 ±0,05 A 0,27 ±0,02 B 6,80 ±0,06 C 0,26 ±0,01 B 0 0,30 ±0,05 A 1,14 ±0,09 A 0,27 ±0,20 A 3,63±0,15 A 1,62 ±0,03 A 0,14 ±0,01 A 4,86 ±0,15 A 0,16 ±0,01 A 4 8 0,33 ±0,00 A 1,81 ±0,14 A 0,15 ±0,07 A 4,89±0,09 A 2,04 ±0,05 A 0,28 ±0,03 B 6,05 ±0,09 B 0,27 ±0,02 B 8 0,33 ±0,00 A 2,26 ±0,27 A 0,33 ±0,32 A 5,92±0,29 A 2,01 ±0,13 A 0,38 ±0,10 B 6,78 ±0,29 C 0,28 ±0,01 B Przedstawione w tabeli wyniki stanowią średnią z ±odchyleniem standardowym. The results shown in the table are mean value with ±standard deviation. a, b, A, B, wartości oznaczone tymi samymi literami w kolumnie nie różnią się statystycznie istotnie przy p 0,05 (n = 2 3). a, b, A, B, values denoted by the same letters in the columns do not differ statistically significant at p 0.05 (n = 2 3).

146 144 M. Wroniak, A. Rękas, A. Piekut w którym przewiduje się w oliwie z oliwek extra virgin wartość ekstynkcji przy długości fali 232 nm nie większą niż 2,50, zaś przy długości fali 268 nm nie większą niż 0,22. Ze względu na podobieństwo badanych olejów, uznano te wartości również za graniczne, tj. świadczące o dobrej jakości, dla olejów rzepakowych tłoczonych na zimno. Wszystkie wytłoczone oleje rzepakowe nie przekroczyły dopuszczonego poziomu K 232 wartości 2,50. Jednakże pod względem K 268 oleje uzyskane z nasion ogrzewanych przez 8 min przekroczyły graniczną wartość 0,22. Zaobserwowano, że w większości analizowanych wariantów wraz z wydłużeniem czasu ogrzewania nasion wartość K 268 olejów wzrastała, podobnie jak to stwierdzono w przypadku K 232. Podobne wyniki uzyskano we wcześniejszych badaniach Rękas i innych [2015]. Biorąc pod uwagę stabilność oksydatywną otrzymanych olejów, stwierdzono, że zastosowane parametry wstępnej obróbki hydrotermicznej nasion przed tłoczeniem (nawilżenie, ogrzewanie mikrofalowe i końcowe nawilżenie) przyczyniły się do wydłużenia czasu indukcji badanych olejów rzepakowych z nasion obu odmian. Największe zmiany okresu indukcji w teście Rancimat w 120 C zaobserwowano w olejach z nasion ogrzewanych najdłużej, tj. przez 8 min, niezależnie od końcowej wilgotności nasion rzepaku. W przypadku odmiany Monolit przy wilgotności nasion 6% zaobserwowano wydłużenie czasu indukcji oleju z 3,89 do 4,79 h, a w odmianie Brendy z 4,52 do 6,93 h, w porównaniu z olejem z nasion nieogrzewanych (tab.). Każdy z zastosowanych poziomów dowilżenia nasion rzepaku (6, 7, 8%) przed tłoczeniem miał podobny wpływ na stabilność uzyskanego oleju. W literaturze również odnotowano wzrost stabilności oksydatywnej oleju otrzymanego z prażonych mikrofalowo nasion, ale wielokrotnie większy (nawet do 8 razy), co wynika prawdopodobnie z zastosowania dłuższego czasu ogrzewania, a w związku z tym wyższej temperatury nasion C [Veldsink i in. 1999]. Prawdopodobnie zaobserwowane wydłużenie okresu indukcyjnego tych olejów to zsumowany efekt większej, indukowanej podwyższoną temperaturą, ekstraktywności związków towarzyszących lipidom, tj.: steroli, tokoferoli, karotenoidów, fosfolipidów, związków fenolowych, oraz efekt tworzenia nowych związków (w wyniku degradacji termicznej składników nasion), np. canololu pochodnej kwasu sinapinowego, czy też produktów reakcji nieenzymatycznego brunatnienia. Wszystkie te związki mają silne właściwości przeciwutleniające, niektóre wykazują działanie synergistyczne z innymi (tokoferole, fosfolipidy i związki fenolowe) [Wijesundera i in. 2008, Azadmard-Damirchi i in. 2010, Shrestha i in. 2013]. Stopień zbrązowienia, czyli indeks brązowienia, jest miarą brązowej barwy olejów. Jest to wynik powstawania produktów reakcji nieenzymatycznego brunatnienia reakcji Maillarda, które znane są z silnych właściwości przeciwutleniających [Wan i in. 2015]. Stwierdzono, że wraz z wydłużeniem czasu ogrzewania, wzrastała wartość indeksu brązowienia (tab.). Największe wartości absorbancji olejów przy długości fali 420 nm w przypadku nasion obu odmian ( Monolit i Brendy ), otrzymano dla wariantu 8 min ogrzewania przy wilgotności 8% (odpowiednio: 0,274 i 0,283), a najmniejsze w olejach wytłoczonych z nasion nieogrzewanych. Przeprowadzona analiza statystyczna wykazała istotny wpływ zastosowanego ogrzewania mikrofalowego nasion na zbrązowienie otrzymywanych olejów rzepakowych. Zaobserwowane pociemnienie barwy oleju może być wynikiem nie tylko obecności produktów nieenzymatycznego Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

147 Ocena wpływu wstępnej obróbki hydrotermicznej nasion rzepaku brunatnienia, ale również większej ekstraktywności i termicznej degradacji barwników chlorofilowych, karotenoidowych i termicznej degradacji fosfolipidów [Veldsink i in. 1999, Azadmard-Damirchi i in. 2010, Shrestha i in. 2013]. WNIOSKI Jakość fizykochemiczna olejów rzepakowych tłoczonych na zimno ulega pogorszeniu pod wpływem ogrzewania mikrofalowego nasion, co odnotowano przy każdym stopniu nawilżenia nasion oraz w obu odmianach rzepaku Monolit i Brendy. Zaobserwowano niewielki wzrost stopnia hydrolizy, wzrost pierwotnego, wtórnego stopnia utlenienia olejów, poziomu sprzężonych dienów i trienów. Oleje z nasion ogrzewanych najdłużej charakteryzowały się największym obniżeniem jakości. Jednocześnie obróbka mikrofalowa nasion rzepaku przed tłoczeniem powoduje wyraźny, korzystny wzrost stabilności oksydatywnej olejów. Największą zmianę czasu indukcji odnotowano w olejach otrzymanych z nasion odmiany Brendy, przy najmniejszym nawilżeniu nasion, tj. do 6%. Stwierdzono wzrost z 4,52 h (olej z nasion nieogrzewanych) do 6,93 h (olej z nasiona ogrzewanych najdłużej, tj. przez 8 min). LITERATURA Azadmard-Damirchi S., Habibi-Nodeh F., Hesari J., Nemati M., Achachlouei B.F., Effect of pretreatment with microwaves on oxidative stability and nutraceuticals content of oil from rapeseed. Food Chem. 121, Cai L., Cao A., Aisikaer G., Ying T., Influence of kernel roasting on bioactive components and oxidative stability of pine nut oil. Eur. J. Lipid Sci. Technol. 115, Codex Stan Codex standard for named vegetable oil. Codex Alimentarius. Amendment 2005, 2011, Febrianto N.A., Yang N.T., Producing high quality edible oil by using eco-friendly technology: A Review. Adv. J. Food Sci. Technol. 3(4), Kruszewski B., Fąfara P., Ratusz K., Obiedziński M., Ocena pojemności przeciwutleniającej i stabilności oksydacyjnej wybranych olejów roślinnych. ZPPNR 572, Niewiadomski H., 1983: Technologia nasion rzepaku. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa. PN-EN ISO 3656:2011. Oleje i tłuszcze roślinne oraz zwierzęce. Oznaczanie absorbancji w nadfiolecie wyrażonej jako ekstynkcja właściwa w świetle UV. PN-EN ISO 3960:2012. Oleje i tłuszcze roślinne oraz zwierzęce. Oznaczanie liczby nadtlenkowej. PN-EN ISO 660:2005. Oleje i tłuszcze roślinne oraz zwierzęce. Oznaczanie liczby kwasowej i kwasowości. PN-EN ISO 6885:2008. Oleje i tłuszcze roślinne oraz zwierzęce. Oznaczanie liczby anizydynowej. PN-EN ISO 6886:2009. Oleje i tłuszcze roślinne oraz zwierzęce. Oznaczanie stabilności oksydatywnej (Test przyspieszonego utleniania). Przybylski R., Canola/Rapeseed Oil. W: F.D. Gunstone (red.): Vegetable Oils in Food Technology: Composition, Properties and Uses. Wyd. II. Wiley-Blackwell, Oxford, UK. Rękas A., Wiśniewska K., Wroniak M., Wpływ ogrzewania mikrofalowego nasion rzepaku na wydajność i jakość wytłoczonego oleju. ŻNTJ 3(100), nr 588, 2017

148 146 M. Wroniak, A. Rękas, A. Piekut Rękas A., Wroniak M., Krygier K., Rynek rzepaku i oleju rzepakowego w Polsce i na świecie. Przem. Spoż. 70, 7, Rozporządzenie wykonawcze (UE) nr 299/2013 z dnia 26 marca 2013 roku zmieniające rozporządzenie (EWG) nr 2568/91 w sprawie właściwości oliwy z oliwek i oliwy z wytłoczyn oliwek oraz w sprawie odpowiednich metod analizy. L 90/52. Shrestha K., Gemechu F.G., De Meulenaer B., A novel insight on the high oxidative stability of roasted mustard seed oil in relation to phospholipid, Maillard type reaction products, tocopherol and canolol contents. Food Res. Int. 54, Siger A., Kaczmarek A., Rudzińska M., Antioxidant activity and phytochemical content of cold-pressed rapeseed oil obtained from roasted seeds. Eur. J. Lipid Tech., 117, Spielmeyer A., Wagner A., Jahreis G., Influence of thermal treatment of rapeseed on the canolol content. Food Chem. 112, Veldsink J.W., Muuse B.G., Meijer M.M.T., Cuperus F.P., van de Sande R.L.K.M., van Putte K.P.A.M., Heat pretreatment of oilseeds: effect on oil quality. Fett./Lipid. 7, Wan Y., Li H., Fu G., Chen X., Chen F., Xie M., The relationship of antioxidant components and antioxidant activity of sesame seed oil. J. Sci. Food Agric. 95, Wijesundera C., Ceccato C., Fagan P., Shen Z., Seed roasting improves the oxidative stability of canola (B. napus) and mustard (B. juncea) seed oils. Eur. J. Lipid Sci. Technol. 110, Wroniak M., Ptaszek A., Ratusz K., Ocena wpływu warunków tłoczenia w prasie ślimakowej na jakość i skład chemiczny olejów rzepakowych. ŻNTJ 1(85), Yang M., Huang F., Liu C., Zheng C., Zhou Q., Wang H., Influence of microwave treatment of rapeseed on minor components content and oxidative stability of oil. Food Bioprocess Technol. 6, Zheng C., Yang M., Zhou Q., Liu C.-S., Huang F.-H., Changes in the content of canolol and total phenolics, oxidative stability of rapeseed oil during accelerated storage. Eur. J. Lipid Sci. Technol. 116, Zychnowska M., Pietrzak M., Krygier K., Porównanie jakości oleju rzepakowego tłoczonego na zimno i rafinowanego. ZPPNR 575, EVALUATION OF THE EFFECT OF INITIAL RAPESEED HYDROTHERMAL PRE-TREATMENT ON PHYSICOCHEMICAL QUALITY AND OXIDATIVE STABILITY OF PRESSED OIL Summary. According to the Codex Alimentarius Standard for Named Vegetable Oils, virgin oils are defined as oils obtained, without altering the nature of the oil, by mechanical procedures, e.g. expelling or pressing, and the application of heat only. Such trend is highly impacting recent research trends concerned with oilseeds pre-treatment prior to pressing. Within currently being-developed methods of oilseeds heating roasting and microwave irradiation have been receiving increasing attention. The purpose of this elaboration was to determine the effect of initial rapeseed hydrothermal pre-treatment with the use of microwave radiation on the physicochemical properties and oxidative stability of the obtained virgin oil. Two winter double improved rapeseed cultivars Monolit and Brendy were adjusted to moisture contents of 7.5%, and treated with microwaves (800 W, 2450 MHz) for 4 and 8 min, adjusted to moisture contents of 6, 7, 8%, then the oil was pressed with the use of screw press Farmer 10 (Farmet). The resulting oils were evaluated in terms of Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

149 Ocena wpływu wstępnej obróbki hydrotermicznej nasion rzepaku the degree of browning, degree of hydrolysis (acid value), the primary (peroxide value) and secondary oxidation state (anisidine value), the level of conjugated dienes (K 232 ) and trienes (K 268 ), oxidative stability in Rancimat test at 120 C. It was shown that rapeseed microwave heat treatment, after their moisturizing, significantly reduces physicochemical quality of cold pressed rapeseed oil. It increases degree of hydrolysis, the primary and secondary level oxidation of oil, the level of conjugated dienes and trienes. The K 232 values ranged between for oils from the seeds of the cultivar Monolit, and for cultivar Brendy. While the K 268 values (content of conjugated trienes and carbonyl compounds) ranged between for the oils from the seeds of the Monolit and for Brendy. Heating seeds with lower humidity (6%), but longer (8 min) cause the greatest reduction physico-chemical quality of oil, while the highest increase in oxidative stability of oils in the Rancimat test was observed Monolit from 3.89 to 4.71 h; Brendy from 4.52 to 6.93 h). For both Monolit and Brendy varieties, the lowest oxidative stability was found in untreated rapeseed oil samples. Both the microwave period and adjusted seed moisture content were found to have significant impact on the induction period length prolongation improving the oxidative stability of oils. Key words: rapeseed, microwave thermal pre-treatment, cold pressing, rapeseed oil, quality, oxidative stability nr 588, 2017

150

151 Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych nr 588, 2017, DOI /ZPPNR WPŁYW WIELKOŚCI I CZĘŚCI KORZENIA BURAKA ĆWIKŁOWEGO ODMIANY BONEL NA ZAWARTOŚĆ WYBRANYCH ZWIĄZKÓW I AKTYWNOŚĆ PRZECIWUTLENIAJĄCĄ SOKU Katarzyna Gościnna 1, Janusz Czapski 2 1 Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im. Jana i Jędrzeja Śniadeckich w Bydgoszczy 2 Uniwersytet Przyrodniczy im. Augusta Cieszkowskiego w Poznaniu Streszczenie. W pracy badano wpływ wielkości i części korzenia buraka ćwikłowego na zawartość barwników betalainowych, betainy, azotanów(v) oraz na aktywność przeciwutleniającą soku z buraka ćwikłowego odmiany Bonel. Surowiec podzielono pod względem masy na cztery grupy wielkościowe: A , B , C , D >400 g. W obrębie każdej grupy korzenie krojono poprzecznie do osi na cztery części, umownie oznaczone: G, GCP, ŚCP i DCP. Z tak podzielonych buraków przygotowano sok. Stwierdzono, że wartości wszystkich badanych wyróżników zależały od wielkości i części korzenia. Największą zawartość barwników betalainowych miały soki z korzeni buraków z grupy wielkościowej A. Korzenie z grupy wielkościowej C i D odznaczały się największą zawartością azotanów(v). W porównaniu ze środkowymi częściami korzenia buraka, górna i dolna części miały większą zawartość barwników i większą aktywność przeciwutleniającą, ale mniejszą zawartość azotanów(v). Aktywność przeciwutleniająca soku była istotnie skorelowana z zawartością barwników. Słowa kluczowe: burak ćwikłowy, barwniki betalainowe, betaina, azotany(v), aktywność przeciwutleniająca WSTĘP Najważniejszym narzędziem w kształtowaniu właściwości i jakości produktu żywnościowego jest odpowiedni dobór surowca. Wykorzystanie surowca o dużej zawartości związków biologicznie aktywnych, ale o małej zawartości substancji antyodżywczych katarzyna.goscinna@utp.edu.pl Copyright by Wydawnictwo SGGW

152 150 K. Gościnna, J. Czapski przy zastosowaniu odpowiednich technologii jego przetwarzania pozwala uzyskać produkt o dużej wartości prozdrowotnej. Burak ćwikłowy jest bogaty w barwniki betalainowe, betainę i azotany(v). Wśród barwników betalainowych wyróżnia się fioletowe betacyjany i żółte betaksantyny, które wykazują aktywność przeciwutleniającą wobec cząsteczek biologicznych [Czapski i in. 2011, Zielińska-Przyjemska i in. 2012]. Występująca w burakach trimetyloglicyna, zwana zwykle betainą, jest donorem grup metylowych w wielu procesach metabolicznych [Kim i Kim 2005]. Do najważniejszych funkcji betainy jako donora grup metylowych należy udział w przekształcaniu homocysteiny w metioninę [Hagar i Malik 2014]. Azotany kojarzą się negatywnie za sprawą N-nitrozoamin, które powstają pośrednio z azotanów(v) w kwaśnym środowisku żołądka i jak powszechnie uważa się, mogą być przyczyną chorób nowotworowych [Bryan i van Grinsven 2013]. Azotany(V) mogą równocześnie spełniać ważne i dobroczynne funkcje w organizmie człowieka. Większość z tych funkcji związanych jest bezpośrednio z działaniem powstającego z azotanów(v) tlenku azotu (NO). Do ważniejszych właściwości tego związku należą zdolność do obniżania napięcia naczyń krwionośnych, hamowania agregacji płytek krwi oraz wpływ na poprawę wydolności fizycznej organizmu [Bryan i in. 2012, Lundberg i in. 2013]. Celem pracy było zbadanie wpływu wielkości i części korzenia buraka ćwikłowego na przykładzie odmiany Bonel na zawartość barwników betalainowych, betainy i azotanów(v) oraz na aktywność przeciwutleniającą soku z buraka ćwikłowego. MATERIAŁ I METODY Odmiana Bonel charakteryzowała się korzeniami średniej wielkości, o kształcie kulistym, z małą wyrazistością pierścieni. Buraki zakupiono w handlu detalicznym. Po umyciu korzenie podzielono pod względem masy na cztery grupy wielkościowe: A korzenie o masie g (średnia 171 g), B korzenie o masie g (średnia 237 g), C korzenie o masie g (średnia 335 g), D korzenie o masie powyżej 400 g (średnia 439 g). Korzenie umyto, a następnie w obrębie każdej grupy krojono je poprzecznie do osi na cztery części, które umownie nazwano: główką z górną częścią podliścieniową (G), górną częścią podliścieniową (GCP), środkową częścią podliścieniową (ŚCP) i dolną częścią podliścieniową (DCP) rysunek 1. Poszczególne części stanowiły średnio: G 23,2 ±1,3%, GCP 34,2 ±1,8%, ŚCP 32,4 ±2,0%, DCP 10,8 ±0,6% całego Rys. 1. Fig. 1. Sposób podziału korzenia buraka ćwikłowego na części: G główka z górną częścią podliścieniową, GCP górna część podliścieniowa, ŚCP środkowa część podliścieniowa, DCP dolna część podliścieniowa The allocation of red beet root into parts: G head with the upper under leaf part, GCP upper under leaf part, ŚCP the central under leaf part, DCP the bottom under leaf part Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

153 Wpływ wielkości i części korzenia buraka ćwikłowego odmiany Bonel korzenia. Z tak przygotowanych części uzyskano sok za pomocą sokowirówki typu ZJE 1200G. W poszczególnych częściach korzeni oznaczono zawartość barwnikow betalainowych metodą rożnicową według Nilssona [1970], zawartość azotanów(v) [Marten i Harms 2004] i betainy [MacKinnon i in. 2010] metodą wysokosprawnej chromatografii cieczowej HPLC oraz aktywność przeciwutleniającą z kationorodnikiem ABTS [Re i in. 1999]. Analizę statystyczną przeprowadzono w programie Statistica Uzyskane wyniki poddano analizie wariancji dwuczynnikowej (I czynnik wielkość korzenia, II czynnik część korzenia buraka ćwikłowego). Istotność różnic między średnimi wyznaczono przy użyciu przedziałów ufności Tukeya dla poziomu istotności p 0,05. WYNIKI I DYSKUSJA Zawartości badanych składników oraz aktywność przeciwutleniającą soku z buraków o różnych wielkościach przedstawiono w tabeli 1. Zawartość barwników fioletowych zmniejszała się wraz ze wzrostem wielkości korzenia: od 820 dla grupy A do 456 mg l 1 dla grupy wielkościowej D. Tak wyraźnej zależności nie stwierdzono w przypadku barwników żółtych. Zdecydowanie największa ich zawartość była w przypadku soków z grupy A (607 mg l 1 ), w pozostałych grupach była około dwa razy mniejsza (tab. 1). Stwierdzono większą korelację między zawartością fioletowych i żółtych barwników betalainowych (tab. 2). W przypadku odmiany Wodan, dla której przeprowadzono podobne badania, uzyskano inne wyniki. Zawartość barwników fioletowych wynosiła od 1173 do 1454 mg l 1, a żółtych od 736 do 1065 mg l 1 [Czapski i in. 2011]. Korzenie odmiany Tabela 1. Zawartość barwników fioletowych, żółtych, betainy, azotanów(v) i aktywności przeciwutleniającej (ABTS) w zależności od wielkości korzenia buraków Table 1. Content red and yellow pigments, betaine, nitrates and antioxidant capacity (ABTS) depending on the size of beetroot roots Grupa wielkości Group weight A g B g C g D >400 g Część korzenia Part roots cały korzeń all root cały korzeń all root cały korzeń all root cały korzeń all root Barwniki fioletowe Purple pigments [mg l 1 ] Barwniki żółte Yellow pigments [mg l 1 ] Betaina Betaine [mg l 1 ] Azotany(V) Nitrate(V) [mg l 1 ] Aktywność przeciwutleniająca ABTS [mmol Trolox l 1 ] 820 ±11 d 607 ±8 d 1425 ±20 a 1498 ±25 a 10,3 ±0,5 c 582 ±10 c 312 ±6 b 1761 ±16 d 1915 ±20 b 12,1 ±0,2 d 542 ±9 b 299 ±8 a 1542 ±16 c 2333 ±15 d 9,2 ±0,3 b 456 ±7 a 342 ±9 c 1482 ±18 b 2057 ±24 c 8,7 ±0,2 a a, b,... wartości średnie oznaczone tą samą literą nie różnią się istotnie statystycznie (p 0,05). a, b,... mean values marked by the same letter are not significantly different (p 0.05). nr 588, 2017

154 152 K. Gościnna, J. Czapski Tabela 2. Współczynniki korelacji między badanymi wyróżnikami soków z buraka ćwikłowego odmiany Bonel Table 2. Correlation coefficients between the parameters of juice of beetroot roots Bonel variety Parametr Parameter Barwniki fioletowe Purple pigments Barwniki żółte Yellow pigments Betaina Betaine Azotany(V) Nitrate(V) Aktywność przeciwutleniająca Antioxidant capacity Barwniki fioletowe Purple pigments 1,000 0,906 0,052 0,328 0,888 Barwniki żółte Yellow pigments 1,000 0,141 0,201 0,867 Betaina Betaine 1,000 0,199 0,177 Azotany(V) Nitrate(V) 1,000 0,284 ABTS 1,000 Wyróżnione współczynniki są istotne na poziomie p 0,05. Marked correlation coefficients are significant p Bonel w porównaniu z korzeniami odmiany Wodan są znacznie większe, co oprócz odmiany mogło wpłynąć na różnice w zawartości tych związków. Zarówno w przypadku barwników fioletowych, jak i żółtych obserwowano spadek zawartości wraz ze wzrostem wielkości korzenia. Zmniejszanie się zawartości barwników fioletowych wraz ze wzrostem masy korzenia obserwowano również we wcześniejszych badaniach własnych autorów artykułu, które przeprowadzono na 14 odmianach buraków ćwikłowych [Gościnna i in. 2012]. Duże różnice w zawartości barwników betalainowych mogą zależeć od wielu czynników. Oprócz wspomnianej wcześniej odmiany i wielkości korzenia wpływ może mieć także kształt korzenia, warunki klimatyczne i agrotechniczne [Mazza i Chubey 1985, Gościnna i in. 2012]. Sapers i Hornstein [1979] wykazali dużą zmienność zawartości różnych składników podczas badań 48 odmian buraka ćwikłowego. We wcześniejszych badaniach autorów artykułu również stwierdzono istotne różnice w zawartości betacyjanów w korzeniach 14 odmian buraka ćwikłowego [Gościnna i in. 2012]. Poziom barwników fioletowych kształtował się w zakresie od 805 do 1457 mg l 1 dla odmiany Nochowski, a barwników żółtych od 343 do 646 mg l 1 dla odmiany Boro [Gościnna i in. 2012]. Badania na 12 odmianach przeprowadzone przez Watsona i Gabelmana [1982] wykazały, że zawartość betacyjanów może się zwiększać, zmniejszać lub pozostawać stała w czasie okresu wegetacji, a różnice te zależą zarówno od genotypu, jak i terminu siewu. W każdej grupie wielkościowej największą zawartością barwników betalainowych, zarówno fioletowych (rys. 2a), jak i żółtych (rys. 2b), miały soki ze skrajnych części korzenia górnej (G) i dolnej podliścieniowej (DCP). W grupie wielkościowej A zawartość barwników betalainowych była ponad dwa razy większa w skrajnych częściach korzenia w porównaniu z jego środkowymi częściami. Analogiczne wyniki uzyskano dla wcześniej wspomnianej odmiany Wodan [Czapski i in. 2011]. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

155 Wpływ wielkości i części korzenia buraka ćwikłowego odmiany Bonel a b Rys. 2. Fig. 2. Zawartość (a) barwników fioletowych i (b) żółtych w soku w zależności od masy i części korzenia buraka ćwikłowego Content (a) purple and (b) yellow pigments depending on the size and the parts of beetroot roots Największą aktywnością przeciwutleniającą stwierdzono w sokach z części górnej (G) i dolnej podliścieniowej (DCP) korzenia, które zawierały najwięcej barwników fioletowych i żółtych (rys. 3). Wyniki te potwierdzają nasze wcześniejsze badania autorów artykułu, które przeprowadzono na odmianie Wodan [Czapski i in. 2011]. Aktywność przeciwutleniająca soków z buraka ćwikłowego była związana z zawartością barwników fioletowych i żółtych, na co wskazują wysokie współczynniki korelacji między zawartością tych związków a aktywnością przeciwutleniającą mierzoną metodą z kationorodnikiem ABTS+. Uzyskane współczynniki korelacji kształtowały się na podobnym poziomie i wynosiły 0,888 i 0,867 odpowiednio dla barwników fioletowych i żółtych (tab. 2). Według Mikołajczyk i Czapskiego [2006] znacznie większą aktywność przeciwutleniającą wykazują barwniki fioletowe oraz produkty ich rozpadu niż barwniki żółte. Georgiev i inni [2010] porównywali zawartość fioletowych i żółtych barwników betalainowych, polifenoli oraz aktywność przeciwutleniającą mierzoną metodą ORAC i DPPH w ekstraktach z korzeni buraków ćwikłowych i z włośnikowych kultur korzeni buraków ćwikłowych uzyskanych metodą in vitro. Badacze stwierdzili większą aktywność przeciwutleniającą w ekstraktach z włośnikowych kultur korzeni, w których odnotowali mniejszą zawartość betacyjanów oraz większą zawartość betaksantyn i polifenoli w porównaniu z ekstraktami z korzeni buraków ćwikłowych. nr 588, 2017

156 154 K. Gościnna, J. Czapski Rys. 3. Fig. 3. Aktywność przeciwutleniająca w soku w zależności od masy i części korzenia buraka ćwikłowego Antioxidant capacity depending on the size and the parts of beetroot roots Autorzy sugerują znaczny udział związków polifenolowych w kształtowaniu zdolności przeciwutleniającej. Zawartość betainy kształtowała się w zakresie od 1093 do 1890 mg l 1 soku (rys. 4). Według badań innych autorów zawartość tego związku w burakach ćwikłowych mieści się w granicach od 750 do 1300 mg kg 1 [De Zwart i in. 2003, Patterson i in. 2008]. Większą zawartość betainy równą 2264 mg l 1 miała odmiana Turkus [Gościnna i Czapski 2013]. Rys. 4. Fig. 4. Zawartość betainy w soku w zależności od masy i części korzenia buraka ćwikłowego Content betaine depending on the size and the parts of beetroot roots Zawartość azotanów(v) była bardzo zróżnicowana w poszczególnych grupach wielkościowych oraz częściach korzenia buraka ćwikłowego i wynosiła od 1023 do 2456 mg l 1 soku (rys. 5). Jeszcze większe zróżnicowanie obserwowano dla odmiany Wodan. Zawartość azotanów(v) kształtowała się w zakresie od 1177 do 3152 mg l 1 soku [Czapski i in. 2011]. Zawartość tych związków w burakach ćwikłowych zależy przede wszystkim od wielkości nawożenia azotowego, zabiegów agrotechnicznych oraz fazy wzrostu rośliny. Duża zawartość azotanów(v) przy złym sposobie przechowywania Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

157 Wpływ wielkości i części korzenia buraka ćwikłowego odmiany Bonel surowca może sprzyjać powstawaniu toksycznych dla organizmu azotanów(iii) [Phillips 1968]. We wszystkich grupach wielkościowych zaobserwowano większe zawartości azotanów(v) dla środkowych części korzenia, tj. GCP i ŚCP, w porównaniu ze skrajnymi jego częściami. Najmniej azotanów(v) na jednostkę barwników fioletowych było w sokach ze skrajnych części korzenia G oraz DCP (rys. 5). Rys. 5. Fig. 5. Zawartość azotanów(v) w soku w zależności od masy i części korzenia buraka ćwikłowego Content nitrates depending on the size and the parts of beetroot roots Dwuczynnikowa analiza wariancji pozwoliła stwierdzić, że wartości wszystkich badanych wyróżników zależały od wielkości i części korzenia. W większości przypadków istotna była również interakcja tych dwóch zmiennych. WNIOSKI 1. Zawartość barwników fioletowych, żółtych, azotanów(v) i aktywność przeciwutleniająca soków zależały od masy i części korzenia buraka ćwikłowego. 2. Największą zawartość barwników fioletowych i żółtych miały soki z korzeni buraków o najmniejszej masie z grupy wielkościowej A ( g). Największą aktywność przeciwutleniającą i zawartość betainy miały korzenie z grupy wielkościowej B. 3. Korzenie z grupy wielkościowej C i D miały największą zawartość azotanów(v) w porównaniu do korzeni z grup A i D. 4. W porównaniu ze środkowymi częściami korzenia buraka, górna i dolna części miały większą zawartość barwników i większą aktywność przeciwutleniającą, ale mniejszą zawartość azotanów(v). Podziękowania Praca została zrealizowana w ramach projektu Nowa żywność bioaktywna o zaprogramowanych właściwościach prozdrowotnych, PO IG /09, realizowanego w latach na Uniwersytecie Przyrodniczym w Poznaniu. nr 588, 2017