МАСЛИЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ

Масличные растения возделывают для получения раститель­ных жиров, называемых маслами, которые синтезируются и на­капливаются в семенах как запасные вещества. Кроме жиров цен­ность семян масличных растений также определяется содержани­ем в них белков, хорошо сбалансированных по аминокислотному составу, и растворимых в жирах витаминов. Исходя из особеннос­тей химического состава семян масличных культур, видно, что ос­новное направление их хозяйственного использования — получе­ние растительных масел и жмыхов, которые образуются как по­бочные продукты после экстракции масла и характеризуются вы­соким содержанием белков (40—50 % сухой массы).

Из жмыхов после дополнительной экстракции, сушки и из­мельчения получают высокобелковые шроты, используемые в жи­вотноводстве для приготовления комбикормов. У некоторых мас­личных культур в семенах синтезируются цианогенные гликози- ды, алкалоиды, токсины, полифенольные вещества. Поэтому при использовании жмыхов, полученных из семян этих растений, для кормления сельскохозяйственных животных необходимо удалить из них вредные токсичные вещества.

Накопление жиров. Основные запасные вещества семян мас­личных растений — жиры, или ацилглицерины, содержание кото­рых в семенах льна, конопли, горчицы, подсолнечника составляет 30—50 %, а в маке и клещевине достигает 60 %.

Растительные жиры — богатые энергией продукты, и при их окислении высвобождается значительно больше энергии, чем при окислении такой же массы углеводов или белков. Установлено, что энергетическая ценность 1 г жира в среднем составляет 39кДж, углеводов—17, белков — 22—24кДж. Питательная цен­ность жиров определяется также содержанием в них полиненасы­щенных жирных кислот — линолевой и линоленовой, которые не синтезируются в организме человека и животных и должны посту­пать с пищей. В связи с этим растительные жиры представляют собой важные источники незаменимых жирных кислот для чело­века и сельскохозяйственных животных. В масле льна, конопли, мака, подсолнечника, сои, арахиса содержание этих кислот дости­гает 40—80 % общего количества жирных кислот.

Технические свойства растительных жиров также зависят от содержания жирных кислот с двумя и тремя двойными связями: чем их больше в составе масла, тем оно легче окисляется и быст­рее высыхает на воздухе и тем выше качество олифы, лаков и красок, производимых на основе растительных жиров. Для ха­рактеристики содержания в масле ненасыщенных жирных кис­лот используют показатель — йодное число, выражающий количе­ство йода (в г), которое связывается со 100 г жира. Установлено, что масла с хорошими техническими свойствами имеют йодное число в пределах 140—180, пищевые масла — 90—130. Если в рас­тительных жирах содержится более 50 % насыщенных кислот (пальмитиновая, стеариновая, лауриновая и др.), то они имеют твердую консистенцию (кокосовое, пальмовое масла, масло бо­бов какао и др.).

Для оценки пищевой пригодности масла используют еще один показатель — кислотное число, которое показывает количество свободных жирных кислот в масле, образующихся в процессе его прогоркания. При значениях кислотного числа свыще 5 мг КОН на 1 г жира пищевые свойства масла ухудшаются и его нельзя ис­пользовать на пищевые цели.

Жиры откладываются в ядрах семян, образуя упорядоченные внутриклеточные структуры, называемые сферосомами. Сферосомы —это сферические частицы диаметром 0,5 мкм, окруженные липопротеиновой мембраной. Кроме жиров в сферосомах содер­жатся фосфолипиды, фитин и ферменты, участвующие в гидроли­зе жиров (во время прорастания семян). Образование структурных компонентов жира — глицерина, насыщенных и ненасыщенных с одной двойной связью жирных кислот — происходит в цитоплаз­ме, а ненасыщенных жирных кислот с двумя и тремя двойными связями и ацилглицеринов — в гладком эндоплазматическом ретикулуме. Синтезируются жиры из углеводов, поступающих в се­мена из листьев, стеблей и элементов соцветия.

Вскоре после цветения в завязавшихся семенах довольно ин­тенсивно синтезируются структурные элементы клеток, каталити­ческие белки, крахмал, нуклеиновые кислоты. В этот период в се­менах содержится также много растворимых углеводов и небелко­вых азотистых веществ, а жира очень мало. Интенсивное превра­щение углеводов в жир начинается после того, как завершается формирование семенных тканей, которое продолжается у боль­шинства масличных культур 2—3 нед.

Накопление жира сопровождается уменьшением концентра­ции Сахаров, крахмала, пантозанов. О начале интенсивного син­теза жиров можно судить по изменению дыхательного коэффи­циента, который в этот период значительно повышается. Ин­тенсивный синтез жира продолжается почти до полного созре­вания семян и заметно снижается лишь в самом конце их созревания. Динамика содержания жиров и углеводов в созре­вающих семенах масличных культур показана на примере кле­щевины (рис. 145).

Степень зрелости семян оценивают по изменению кислотного числа, характеризующего содержание в масле свободных жирных кислот. На первых этапах созревания семян кислотное число обычно составляет 30—40 мг КОН на 1 г масла, что свидетельству­ет о высоком содержании свободных жирных кислот и низкой скорости синтеза жиров. К концу созревания семян кислотное число снижается до 1,5—2,5.

В процессе созревания семян изменяется качество масла, кото­рое зависит от состава жирных кис­лот. Масло из незрелых семян от­личается повышенным содержани­ем насьпценных кислот — пальми­тиновой и стеариновой, вследствие чего йодное число такого масла очень низкое. По мере созрева­ния семян усиливается синтез не­насыщенных кислот, и особенно полиненасыщенных — линолевой и линоленовой, в связи с чем йод­ное число повышается на 20—30 единиц и более. Так, например, в процессе созревания семян под­солнечника количество пальми­тиновой и стеариновой кислот уменьшается с 25—30 % до 6—10% общего количества жирных кислот в масле, а содержание линолевой кислоты удваивается и составляет в масле зрелых семян 65—80 %. Содержание в масле олеиновой кислоты также снижается. В семенах льна в процессе созревания повышаются интенсивность синтеза линоленовой кислоты и включение ее в состав ацилглицеринов, тогда как ко­личество других кислот в масле уменьшается. Состав раститель­ных масел зрелых семян основных масличных культур представ­лен в таблице 30.

Рис. 145. Изменение содержания угле­водов и жиров при созревании семян клещевины, % сухой массы:

У — сахара; 2 — сырой жир

30. Характеристика растительных масел основных масличных культур

В семенах масличных культур накапливаются и другие липиды, главным образом фосфолипиды, стеролы (1—2%) и фитин (1 — 3 %), которые при экстракции растворяются в масле. В раститель­ных жирах содержатся также жирорастворимые витамины, осо­бенно много токоферола (витамина Е) —50—100мг%. Запасные формы фосфолипидов, фитин, жирорастворимые витамины — ценные компоненты растительного масла, повышающие его пита тельную ценность; их содержание в процессе созревания семян существенно повышается.

При уборке недозрелых семян масличных растений возмо­жен значительный недобор растительных жиров, других липи- дов, витаминов. Масло, полученное из таких семян, характери­зуется низким качеством (низкое йодное и повышенное кислот­ное числа).

Накопление белков. Основные белки семян масличных расте­ний — альбумины и глобулины, на их долю приходится 70—80 % общего количества белков. Это хорошо сбалансированные по ами­нокислотному составу белки, имеющие высокую биологическую питательную ценность. Общее количество белков в семенах мас­личных культур составляет 15—30 %. Запасные белки синтезиру­ются в семенах из аминокислот, поступающих из вегетативных органов растений. Механизм синтеза примерно такой же, как у зернобобовых культур.

На первых этапах созревания семян образуются в основном структурные, каталитические и регуляторные белки, а синтез за­пасных белков начинается несколько позже, когда заканчивается формирование семенных тканей, и продолжается до полного со­зревания семян. Концентрация небелковых соединений азота в процессе созревания семян снижается.

В белковом комплексе семян в процессе их формирования уве­личивается концентрация высокомолекулярных белков — глобу­линов. У некоторых культур наблюдается накопление глютелинов (в горчице до 30 % общего количества белков).

Влияние внешних условий. Во время созревания в семенах масличных растений происходят главным образом два конкури­рующих и взаимосвязанных процесса — синтез белков из ами­нокислот и жиров из углеводов. Жиры содержат значительно больше воды, чем белки, поэтому при дефиците влаги синтез этих веществ ослабляется, в результате в семенах увеличивается концентрация белковых веществ. С другой стороны, при мень­шем поступлении световой энергии синтез белков как более энергоемкий процесс замедляется сильнее. Таким образом, меж­ду процессами синтеза белков и жиров в семенах масличных рас­тений существует примерно такая же связь, как между биосинте­зом белков и углеводов в зерне злаковых и зернобобовых куль­тур. У масличных культур эта связь выражена более заметно, так как образующиеся в их семенах жиры содержат больше воды, чем углеводы.

При возрастании интенсивности солнечной радиации повыша­ется температура окружающей среды и усиливается испарение воды, создавая определенный дефицит влагообеспеченности рас­тений, вследствие чего ослабляются процессы синтеза жиров, а накопление белков возрастает. Высокий уровень влагообеспечен­ности растений наблюдается, как правило, при более частых осад­

ках, когда снижаются интенсивность солнечной радиации и тем­пература окружающей среды. В таких условиях в листьях усилива­ется синтез углеводов, а в семенах жиров.

Аналогичные изменения биохимических процессов в созреваю­щих семенах масличных культур наблюдаются под влиянием кли­матических факторов. В географических опытах установлено, что при возделывании масличных культур в северо-западных регионах нашей страны в условиях достаточного увлажнения и умеренных температур в их семенах больще накапливается жиров, чем на юге и юго-востоке, где в условиях более жаркого и сухого климата усили­вается синтез белков. Установлено, что в зависимости от климата и изменения погодных условий содержание жиров в семенах маслич­ных растений может изменяться на 10—15 %.

Влияние влажности почвы на содержание жиров и белков в се­менах масличных культур можно проиллюстрировать данными, полученными в опытах с подсолнечником (табл. 31).

31. Содержание жиров и белков в семенах подсолнечника в зависимости от влажности почвы

Как показывают результаты опыта, при улучшении влагообес- печенности растений сбор семян подсолнечника увеличился в 2,5 раза, накопление жиров — на 11%, тогда как содержание белков существенно снижалось.

Условия выращивания оказывают влияние на качественный состав масла и накопление в семенах отдельных групп запасных белков. При возделывании масличных растений в условиях повы­шенной влажности и умеренных температур в их семенах образу­ется больше полиненасыщенных жирных кислот и водораствори­мых белков, а в условиях повышенной температуры и меньшей влагообеспеченности снижается количество непредельных кислот в масле и усиливается синтез запасных глобулинов.

С повышением температуры во время созревания семян усили­ваются процессы дыхания, на которые затрачивается больше кис­лорода, участвующего в синтезе ненасыщенных жирных кислот, в результате меньше образуется этих кислот и включается в состав жира, поэтому йодное число жира снижается. Недостаток кисло­рода может быть вызван также закрытием устьиц при повышен­ной температуре. В зависимости от условий влагообеспеченности растений и температуры окружающей среды йодное число масла может изменяться на 10—25 единиц. Сопоставление многочисленных данных, полученных в опытах по изучению действия разных факторов на синтез запасных ве­ществ в семенах масличных растений, показало, что в условиях выращивания, благоприятных для накопления большего количе­ства жира в семенах, улучшается и качество масла, стимулируя ин­тенсивный синтез полиненасыщенных жирных кислот. Выясне­ние действия факторов внешней среды на синтез жиров в семенах масличных культур имеет важное практическое значение, так как на основе полученных данных разрабатывают приемы выращива­ния этих растений, позволяющие снизить отрицательное влияние неблагоприятных погодных условий или особенностей климата данного региона на качество семян.

Легче всего поддается регулированию режим влагообеспечен- ности растений в засушливых условиях путем применения ороше­ния. При поливе наряду со значительным повышением (в 1,5— 2 раза) урожая масличных культур увеличивается и накопление в семенах жира (на 2—10 %), а в составе жира возрастает количество непредельных кислот, в результате чего йодное число повышается на 5—15 единиц.

Оптимизация питания. Многие масличные растения во время формирования и налива семян интенсивно поглощают из почвы фосфор и калий (до 70 % общего их поступления в растения), при недостатке этих элементов накопление жиров снижается. Поэтому фосфорные и калийные удобрения являются важными факторами повышения масличности семян. При их внесении в достаточных дозах, обеспечивающих потребности растений в фосфоре и калии в репродуктивный период развития, урожай­ность масличных культур повышается на 3—5 ц/га и более и в се­менах увеличивается на 2—3 % содержание жиров. При этом в масле возрастает количество полиненасыщенных жирных кис­лот, в результате улучшаются питательная и техническая цен­ность масла.

Интенсивное поглощение азота масличными культурами на­блюдается в фазы их активного роста, когда происходит форми­рование корневой системы, фотосинтетического аппарата и элементов структуры урожая, а в последующий период развития растений их потребность в азоте резко снижается. Более того, усиленное азотное питание масличных растений во время фор­мирования и налива семян стимулирует интенсивный синтез запасных белков, вследствие чего масличность семян снижает­ся. При недостатке азота наблюдается слабый рост растений, в связи с чем закладывается низкий урожай семян с невысоким содержанием жиров. Следовательно, на посевах масличных культур азотные удобрения необходимо вносить в дозах, обес­печивающих оптимальный уровень питания этим элементом в первой половине вегетации растений, в период их интенсивно­го роста.

Влияние удобрений на урожайность и качество семян мас­личных растений показано на примере подсолнечника, кото­рый выращивали в Ставропольском крае на карбонатном чер­ноземе (табл. 32).

32. Влияние удобрений на урожайность и качество семян подсолнечника (Панников, Минеев, 1987)

В этом опыте наиболее оптимально подобрана доза фосфорно­го удобрения, при внесении которого повышались как урожай­ность, так и масличность семян подсолнечника. От внесения азота несколько увеличился сбор семян, но уменьшилось количество жира в семенах, в результате выход жира с единицы площади по­чти не изменился. Доза калийного удобрения была недостаточной для обеспечения оптимального уровня питания калием в период налива семян, поэтому масличность семян снизилась, однако об­щий выход жира увеличился вследствие повышения урожая под­солнечника.

При внесении удобрений можно не только повысить накопле­ние жира в семенах, но и улучшить качественный состав масла. В опытах, где проводили наблюдения за изменением состава и каче­ства жира в семенах в зависимости от условий питания растений, выявлена общая закономерность, характерная для всех масличных культур: если в результате действия удобрений (или других факто­ров) увеличивается накопление в семенах жиров, то оно сопро­вождается повышением степени непредельности жира, связанным с уменьшением в нем количества насыщенных кислот и кислот с одной двойной связью и возрастанием содержания полиненасы­щенных жирных кислот (линолевой и линоленовой). Таким обра­зом, создавая оптимальные условия для накопления в семенах жи­ров, можно значительно увеличить выход высококачественного растительного масла.