Факультет Химии, биологии и биотехнологии

Кафедра Физиологии, анатомии и ботаники

на правах рукописи

НАУЧНЫЙ ДОКЛАД ОБ ОСНОВНЫХ РЕЗУЛЬТАТАХ НАУЧНО-КВАЛИФИКАЦИОННОЙ РАБОТЫ (ДИССЕРТАЦИИ)

«Эколого-биологическая и фитоценологическая характеристика Humulus lupulus L. в РСО-А»

направление подготовки 06.06.01 Биологические науки

Заведующий кафедрой                                                       ________________  

Гаппоева В.С.                                                                                        

 «Допустить к защите»

«___»__________________20_ г.

Научный руководитель к.б.н., доцент                              _______________  Николаев И.А.                                         

Аспирант                                                                           _______________                            Тебоева А.К.                                                                        

Рецензент                                                                          _______________                                                  

Рецензент                                                                          _______________                                          

Владикавказ, 2018г.

Общая характеристика работы.

Актуальность работы.

В современное время активный интерес вызывает изучение дикорастущего растения хмель обыкновенный (Humulus lupulus). Это растение применяется в медицине и пищевой промышленности, что  обеспечивает ему ключевое место во многих исследованиях.

Дикорастущий хмель обыкновенный – многолетние травянистое растение является поставщиком большого количества очень ценных биологически активных соединений, которые активно применяются человеком в жизни. Во многих странах хмель уже долгое время культивируется в масштабах промышленного значения. Основное производство культурного хмеля заложено в Чувашской республике, Алтайском крае и республике Марий Эл. Однако данное растение как дикорастущий вид повсеместно распространен в РФ. В частности, на территории Республики Северная Осетия – Алания.

Многогранная изученность соплодий хмеля, позволяет его широко использовать в медицинской практике, пищевой и пивоваренной промышленностях. В медицине и пищевом производстве применяются соплодия дикорастущего вида хмеля обыкновенного и культурных сортов.  Но листья хмеля обыкновенного только сейчас привлекли внимание для подробного их изучения. Листья хмеля имеют объемную вегетативную массу, которая, ввиду недостаточной изученности их химических свойств и фармакологических особенностей, используются крайне непрактично. В народной медицине как седативное лекарство, и как  растение, потребляемое в пищу. Так же в производстве хмеля листья его являются продуктами отхода,  требующими дополнительных ресурсов на утилизацию.

     В связи с этим целесообразным и перспективным является дальнейшее изучение химического состава биологических и фармакологических свойств дикорастущего растения Humulus lupulus и возможности выявления благоприятных экологических зон, позволяющих, в последствии, активно культивировать данное растение на территории нашей республики, где оно широко используется в промышленных масштабах.

Степень разработанности темы исследования.

Изучению соплодий хмеля обыкновенного значительное количество отечественных и зарубежных работ: Самылина И.А., Горошко О.А., 2005; Арзамасцев А.П., Алексеева М.А., Эллер К.И., 2006; Киселева Т.Л., 1993; 2010; Зу- зук Б.М., 2004; Schwekendiek A., 2007; Zhang W.K., 2013. Листья и побеги хмеля обыкновенного изучались как источники каротиноидов (Garcia-Herrera P., 2013), Латыпова, Г.М. Разработка показателей качества листьев хмеля обыкновенного / Г.М. Латыпова, К.А. Пупыкина, С.В. Закиева // Г.М. Латыпова, С.Ф. Шафикова, Д.Ф. Галимова // Традиционная медицина. – 2011. – № 5 (28). – С. 243-248, Латыпова, Г.М. Исследования по содержанию горьких кислот сырья хмеля обыкновенного / Г.М. Латыпова, Г.В. Аюпова, В.Н. Бубенчикова [и др.] // Научные ведомости Белогородского государственного университета. Серия Медицина. Фармация – 2012. – № 10 (129). Выпуск 18/2. – С. 65-69, Латыпова, Г.М. Исследование факторов, влияющих на процесс экстрагирования соплодий хмеля обыкновенного / Г.М. Латыпова, Е.Д. Батырова, Г.В. Аюпова, Д.Ф. Галимова // Научные ведомости Белогородского государственного университета. Серия Медицина. Фармация – 2012. – № 10 (129). Выпуск 18/3. – С. 54-60. Латыпова, Г.М. Исследование факторов, влияющих на процесс экстракции надземной части хмеля обыкновенного / Г.М. Латыпова, Г.В. Аюпова, С.Ф. Шафикова [и др.] //Медицинский вестник Башкортостана. – 2012. – № 6. – С. 258-261, Латыпова, Г.М. Исследование эфирного масла хмеля обыкновенного / Г.М. Латыпова, С.Ф. Шафикова, Р.Я. Давлетшина, В.А. Катаев и т.д.

Цели и задачи исследования.

Целью работы является комплексное изучение растений рода хмель как перспективного сырьевого источника для пищевой промышленности,  определения наиболее благоприятных экологических условий для дальнейшей культивации данного вида и его применения в производстве хлебобулочных изделий в Республике Северная Осетия – Алания.

Для выполнения поставленных целей были установлены следующие задачи:

1. Изучение и сравнение наиболее благоприятных экологических зон, с необходимыми абиотическими факторами окружающей среды, которые позволят культивировать растение рода хмель в промышленных масштабах.
2. Провести физиолого-анатомическое исследование листьев и шишек растения хмеля обыкновенного, выявить диагностически значимые особенности строения.
3. Проанализировать и проработать степень изученности по химическому составу и биологическим свойствам дикорастущего растения хмеля обыкновенного.
4. Провести сравнительное изучение химического состава листьев и соплодий дикорастущего растения хмеля обыкновенного, на предмет аккумуляции токсичных веществ, в частности, на наличие тяжёлых металлов.
5.  Дать теоретическое обоснование расширения сырьевой базы для пищевой хлебобулочной промышленность, источником которой служит растения изучаемого вида.

Научная новизна.

Результаты проведенных исследований теоретически обосновывают и экспериментально доказывают целесообразность комплексного использования представителей рода хмель дикорастущего в качестве источника промышленного растительного сырья.

В Республике Северная Осетия-Алания  впервые проводились исследования, связанные с аккумулятивными свойствами соплодий и листьев дикорастущего растения хмеля обыкновенного (H.L.) на предмет накопления тяжёлых металлов (Cu, Pb, Ni, Fe, Zn, Co, Cd).

 Кроме этого, ряд изучений, посвященных модификациям клеток эпидермиса шишек, анатомических особенностей соплодий и листьев дикого растения хмеля обыкновенного, определили динамику изменений параметров в размерах и формах изучаемого объекта, позволивших установить закономерность зависимости физиолого-анатомических свойств от  абиотических факторов экологических зон, где был собран исследуемый материал.

Впервые в Республике Северная Осетия-Алания проведено морфолого-анатомическое исследование листьев хмеля обыкновенного дикорастущего. Обозначены значимые количественные и морфологические особенности.

Практическая и теоретическая значимость.

Результаты фитохимических опытов показали перспективность использования и введения в отечественную номенклатуру официального растительного сырья - листьев и соплодий дикорастущего растения хмеля обыкновенного, что расширило бы растительную сырьевую базу хмеля обыкновенного как на территории Республики Северная Осетия – Алания, так и РФ в целом. Были выявлены особенности морфологических и физиолого-анатомических признаков, как результат свойств, проявившихся под воздействием абиотических факторов различных экологических зон, где был собран эмпирический материал для исследований. Были получены результаты исследований аккумулятивных свойств соплодий и листьев дикого растения хмеля обыкновенного, на предмет накопления в них тяжелых металлов (Cu, Pb, Ni, Fe, Zn, Co, Cd).

Результат показал безопасное использование хмелевого отвара из соплодий дикорастущего хмеля обыкновенного в пищевой промышленности, для производства хлебобулочных изделий, сырье для которого было собрано в разных экологических зонах нашей республики.

Доказана перспективность совместного использования дикорастущего растения хмеля обыкновенного, вместе с культивируемыми сортами, что позволит оптимизировать сырьевую базу нашей республики.

Определение естественного  ареала обитания дикорастущего растения хмеля обыкновенного на территории Республики Северная Осетия – Алания. Выявление наиболее благоприятных экологических зон для возможной культивации диких форм растения Humulus lupulus.

Методы исследований.

Основа методов исследования составлена на сборе информационных данных и проработке соответствующей литературы по выбору перспективных объектов из растительного сообщества на территории Республики Северная Осетия – Алания, которые требуют  рационального использования на примере дикорастущего растения рода хмель.

Определение степени изученности химического состава, представителя фитоценозов нашей республики - хмеля обыкновенного; его ресурсного потенциала; экспериментальной обоснованности целесообразности применения данного дикорастущего растения как объекта пищевой промышленности.

Кроме этого, при использовании полевых исследований  были установлены пределы распространения или ареал обитания экологической популяции хмеля обыкновенного дикого вида на территории нашей республики.

Положения, выносимые на защиту:

1. Практическое и теоретическое обоснование применения местных дикорастущих растительных сырьевых источников.
2. Результаты изучения химического состава шишек и листьев диких форм растения Humulus lupulus.
3. Результаты сравнения морфологических характеристик листьев хмеля обыкновенного дикого вида, собранных в разных экологических зонах нашей республики и зависимость размерных модификаций от воздействия абиотических факторов окружающей среды.
4. Результаты исследований хмеля обыкновенного дикорастущего на предмет аккумулятивного эффекта в шишках и листьях тяжёлых металлов (Cu, Pb, Ni, Fe, Zn, Co, Cd ).
5. Экспериментально-теоретическое обоснование целесообразности применения в пищевой промышленности, в частности  хлебопечении, хмелевого отвара из соплодий хмеля обыкновенного дикорастущего.

Публикации.

1. Teboeva A.K., Sattsaeva I.K. Selection conditions keeping the hop yeast in the production tecnology of wheat bread // European Science and technolody. Materials of the X International research and practice conference Vol. II. Munich, Germany 2015. P. 352-355.

2.Сатцаева И.К., Гасиева В.А., Тебоева А.К., Фарниева Я. С. Способ повышения качества и безопасности хлебобулочных изделий из пшеничной муки путем совершенствования технологии хмелевой закваски // Красноярск, Вестник КрасГАУ 2016. С. 118-124.

3. Бузоева З.О., Цораева А.А., Хадаева И.Р., Тебоева А.К., Будаева Ф.И., Хамицаева А.С. Сравнительный анализ показателей качества сухофруктов процессе холодильного хранения //Владикавказ, Студенческая наука – агропромышленному комплексу ГГАУ, № 52 С. 153-155.

Основное содержание работы.

1. Изучения ареала обитания дикорастущего растения хмеля обыкновенного (Humulus lupulus)

Основным объектом работы стало дикорастущее растение хмель обыкновенный (Humulus lupulus). Растение повсеместно произрастает на территории Республики Северная Осетия – Алания. Для изучения ареала обитания данного растения были проведены полевые наблюдения в горных районах 5 ущелий: Цейского (нижний уровень составляет  до 1300 м над уровнем моря); Кобанского (нижний уровень составляет до 570 м над уровнем моря); Куртатинского (нижний уровень составляет до 1500 м над уровнем моря); Дигорского (нижний уровень составляет  до 1350 м над уровнем моря); Дарьяльского (нижний уровень составляет до 680 м над уровнем моря).

В результате полевых наблюдений проведенных на территории РСО-Алании были сделаны следующие наблюдения. Экологические условия отличаются большим разнообразием, так как местность включает в себя несколько географических зон: равнинную, предгорную и горную. Что привело к развитию большого количества различных биогеоценозов, со своими биоценотическими связями, и сложившимся, биотопом, состоящим из растений адаптированных к этим абиотическим условиям. Фитоценозы всех экологических зон отличаются своими особенностями. Особенно заметно это на травянистых формах. В зависимости от высоты географической зоны  многие популяции растительных групп значительно сокращались в своем количестве, их плотность уменьшалась, хотя емкость среды и ареал распространения предполагал их значительное присутствие. Но специфичность каждой зоны, определяет специфичность ее населения, и как следствие, сокращения численности популяций разных видов населяющих эти экологические ниши. Выявлено, что горная экологическая зона, с особенностями специфических абиотических факторов, не пригодна для произрастания дикого хмеля обыкновенного. Климатические условия в горах характеризуются достаточно прохладным летом и более продолжительной зимой, разброс колебаний температур значительно меньше, однако осадки выпадают более обильные. Однако в разных горных частях климат имеет весьма значительные различия: в зимний период времени на территорию Северной Осетии - Алании проникают холодные массы воздуха из Центральной Азии и поднимаются до уровня 1500 метров. Здесь холодный воздух проходит по узким ущельям в горы. На этих высотах находятся активно прогретые южные склоны Скалистого хребта. Когда холодные массы сталкиваются с прогретыми южными склонами Скалистого хребта, пары воды, находящиеся в воздухе, трансформируются в туманы, снегопады, что ведёт к понижению температуры. Но все это происходит на уровне не выше 1,5 километров. А к югу  от Скалистого хребта, в продольных долинах, куда доступ этих воздушных масс перекрыт, стоит теплая солнечная погода. Поэтому первые популяции дикорастущего хмеля обыкновенного встречаются в предгорной местности на открытых участках с невысоким кустарником или на опушках лиственных лесов у подножий гор. Ареал распространения экологической популяции дикорастущее растение хмель обыкновенный (Humulus lupulus) начинается с предгорной части нашей республики и простирается на всю её равнинную зону. Фитоценозы изучаемых экологических зон отличаются своим абиотическим разнообразием условий, что приводит к формированию соответствующих адаптаций у изучаемых растений.  Кроме этого, факторы окружающей среды влияют на количественный состав популяции.

Для исследования был взят растительный материал в 10 районах Республики Северная Осетия-Алания: 5 из которых соответствовали предгорной зоне (с. Верхняя Саниба, с. Урсдон, пригород Владикавказа, с.Дур-Дур, пригород Алагира); и 5 – равнинной (с. Ногкау, с. Дарг-Кох, с. Зильги, с. Змейка, с. Заманкул).

Таблица 1

 Обозначены соответствующие пробы растительного сырья.

2.Фитоценологическая характеристика Humulus lupulus L. в РСО-А

На территории РСО-Алания хмель обыкновенный произрастает на равнине и среднегорье в следующих основных типах растительности  характерных для Большого Кавказа и Предкавказья: 1) степной, 2) лесостепной, 3) лесной, 4) нагорно-ксерофитной.

        Степная растительность РСО-А занимает равнинную часть, предгорья и семиаридные котловины. Хмель здесь встречается редко в понижениях рельефа, на отдельных куртинах деревьев и кустарников.

        Лесостепная растительность занимает склоны Терского, Сунженского хребтов, Северо-Осетинскую наклонную равнину и фрагментарно, семиаридные котловины.  Это зона наибольшего распространения хмеля. Он произрастает по опушкам лесов из Quercus robur, Fraxinus excelsior, Acer campestre, Tilia cordata и на послелесных территориях поросших Salix alba, S. caprea, Crataegus monogina, Prunus spinosa, P. divaricata, Swida australis, Euonymus verrucosa и др.

На южных склонах Скалистого хребта лесостепная растительность с участием хмеля обыкновенного смыкается отчасти с нагорно-ксерофитной и представлена здесь аридным редколесьем, характерным для Закавказья и Дагестана, однако, в определенной степени выраженом и в семиаридных котловинах РСО-А. В условиях Северной Осетии оно состоит из отдельных деревьев Quercus petraea, Crataegus monogina, Prunus divaricata, Salix alba с участием Juniperus communis, Berberis vulgaris, Cotoneaster integerrima, Rhamnus pallasii, видов рода Rosa и др. Часто такие редколесья сочетаются с трагакантниками (Чмийская, Унальская котловины).

        Лесная растительность РСО-А делится на несколько типов леса: пойменные равнинной части, широколиственные и горные.

        Терские пойменные леса состоят из: Populus alba, P. nigra, P. hibrida, а так же, Quercus robur, Ulmus carpinifolia, Populus tremula, Salix fragilis, S. alba, Acer campestre, Fraxinus excelsior, Carpinus caucasica, Alnus incana, Pyrus caucasica, Rhamnus cathartica, Euonymus verrucosa, Prunus spinosa, Viburnum opulus. Часто встречаются лианы: Vitis silvestris, Humulus lupulus, Clematis orientalis, Periploca graeca.

На Северо-Осетинской наклонной равнине по притокам Терека — рр. Гизельдону, Фиагдону, Ардону, Урсдону видовой состав пойменных лесов беднее и однообразнее, из лиан встречаются Vitis silvestris, Humulus lupulus.

        Широколиственные леса на северном склоне Терского хребта представлены байрачными ценозами и состоят из Quercus robur, Ulmus carpini-folia, U. glabra, Fraxinus excelsior, Acer campestre. Подлесок представлен Sambucus nigra, Euonymus verrucosa, Prunus spinosa, P. divaricata, видами рода Rosa. В этих условиях хмель часто произрастает по опушкам и окнам в древостоях и поднимается до высоты 1500 м над уровнем моря.

В сосновых  лесах из Pinus kochiana хмель встречается очень редко в семиаридных котловинах в двух сновных группах: сосняках травяно-кустарниковых (злаково-разнотравные) и ксерофитизированных. В настоящих горных лесах хмель не произрастает.

Нагорно-ксерофитная растительность РСО-А выражена в семиаридных  котловинах Северной межгорной депрессии и в меньшей степени в котловинах Южной межгорной депрессии. Хмель здесь произрастает на мезосклонах северных экспозиций по днищам водотоков и балкам.

3. Обмер клеток эпидермиса чешуек соплодий хмеля обыкновенного (Humulus lupulus)

 Впервые в нашей республике, объектами исследований являлись клетки эпидермиса чешуек шишек хмеля обыкновенного, листья и сами соплодия.  Измерению подверглись клетки чешуек эпидермиса шишек. На каждую пробу было проведено 500 обмеров клеток, в общей сложности, 5000 обмеров.

Рисунок 1 - микропрепараты, используемые в работе по обмеру клеток эпидермиса.

Клетки имеют специфическое строение, внешняя мембрана имеет извилистый рисунок, поэтому обмер производился по крайним точкам клеточных структур. Средние значения длины всех проб составляет 3,05 мкм, а ширины – 1,74 мкм. Колебания длины от 2,46 мкм до 3,56 мкм, и  ширины от 1,44 мкм до 1,89 мкм определяет диапазон нормы реакции модификационной изменчивости в пределах данных параметров.

Таблица 2

Средние значения длины и ширины клеток эпидермиса.

4. Анатомия строения соплодий растения Humulus lupulus

Соплодия растения Humulus lupulus состоят из: плодоножки, прицветника, прицветничка  и лупулиновых желёз.   Плодоножка — это видоизменённый побег, несущий плод, и место присоединения соплодия со стеблем. За плодоножкой идет прицветник. Прицветник хмеля или чешуйки соплодия — это его видоизменённый лист, в пазухе которого располагается цветок и соцветие, а впоследствии развивается плод.  Ещё одним составляющим соцветия является прицветничек. Он расположен между прицветником и цветком хмеля и служит опорной структурой.  Шишковидные соплодия растения хмеля обыкновенного имеют специфические образования, которые выделяют лупулин — это хрупкие и чувствительные желёзки,  защищённые прицветником. Они являются богатым источником смол и эфирного масла. Чтобы увидеть желёзки, достаточно разделить шишковидное соплодие хмеля на две части. Они имеют желтоватую окраску, напоминающую цвет пыльцы, и ярко выраженный запах хмеля. Плодом является – орешек.

Рисунок 2 – соплодие хмеля обыкновенного дикорастущего в разрезе.

В таблицах 3 и 4 представлены количественные характеристики измерений соплодий, чешуек и плодов дикорастущего растения хмеля обыкновенного, собранного гербарного материала в 10 разных точках на территории нашей республики.

Изучение и статистическая обработка параметров измерений растительного материала собранного в разных экологических зонах, даёт следующие результаты, которые определяют тот факт, что условия среды в предгорных и равнинных районах на территории Республики Северная  Осетия – Алания, одинаково благоприятно влияют на качество изучаемого объекта, в частности, дикорастущего растения хмеля обыкновенного.

Таблица 3.

Таблица 4.

5. Морфолого-анатомическое исследование листьев хмеля обыкновенного дикорастущего вида

Впервые в нашей республике проводилось морфолого-анатомическое исследование листьев хмеля обыкновенного дикорастущего вида, были выявлены общие характеристики, которые позволяют проводить диагностику сырья: округлый заполненный у основания стебель, а выше – полый  с крючковидными шипами, также наблюдается наличие узлов в местах прикрепления листовых черешков. Для нижней стороны листовых пластинок характерны выступающие жилки, имеющие вид рёбер с многочисленными шипами. Вся поверхность листовых пластинок, верхняя сторона в особенности, покрыта многочисленными жёсткими волосками.  Черешок округлый, с лицевой стороны листа хорошо заметен желобок, внутри заполненный, у основания имеются прилистники. Цвет окраски черешков, листьев и стеблей варьируется от светло-зелёного до тёмно-зелёного и фиолетового.

 Впервые проведено анатомическое исследование листьев хмеля обыкновенного. Общие признаки: клетки изодиаметрической формы со слабоизвилистыми стенками мембранных образований в верхнем эпидермисе листовой пластинки, и более извилистыми со стороны нижнего слоя кожицы листа. Проводящая система представлена пятью сосудисто-волокнистыми пучками, где хорошо просматривается фрактальность проводящих структур.

 На каждую пробу было взято по 20 тройчатых и 20 цельных листьев   (таблица 5). Основным критерием исследования были морфолого-анатомические параметры листовых пластинок: длина, ширина, симметричность, цвет, форма и т.д. Средняя длина и ширина листовых пластинок, соответственно, составляет – 8,35 см и 6,25см. Колебания числовых характеристик в ту или иную сторону происходит в пределах нормы реакции возможных модификаций, которые формируются под воздействием факторов среды. Встречаемость цельных листьев на лозах исследуемого дикорастущего растения хмеля обыкновенного колеблется в пределах от 12% до 25 %. Симметричность листовой пластинки, насыщенность окраски вегетативных органов, соответствующий аромат, присущий данному растению: все эти аспекты зависят от влияния экологических условий, где собирался исследуемый материал; фактически, определятся прямая зависимость, чем лучше и благоприятней факторы окружающей среды, тем качественней растительное сырьё, взятое на изучение по заложенным критериям.

Сравнительный анализ обмеров всех представленных параметров указывают на то, что при возможной культивации этого растения (Humulus lupulus) можно использовать экологические участки как равнинных зон, так  и  предгорных районов, как наиболее благоприятные для произрастания данного вида растений.

В таблице 5 представлены средние количественные характеристики измерений листьев хмеля обыкновенного.

Таблица 5.

6. Изучение данных исследования содержания тяжёлых металлов в листьях и соплодиях хмеля обыкновенного дикорастущего вида

Следующим шагом в изучении соплодий и листьев хмеля обыкновенного дикорастущего вида стало исследование, проводимое впервые в Республике Северная Осетия – Алания, на аккумулятивные свойства накопления тяжёлых металлов и возможного использования дикого хмеля обыкновенного как безопасное сырье для пищевой промышленности нашей республики.

Объектами исследования являлись образцы шишек и листьев дикорастущего хмеля, дополнительно собранных из 14 различных мест на территории Республики Северная Осетия-Алания:

Образец № 1 – культурный хмель сорта Magnum (контроль).

Образец № 2 – г. Владикавказ, район ТЦ Викалина

Образец № 3 – садоводчество Хуржарин

Образец № 4 – г. Владикавказ, ул. Владикавказская 47/1

Образец № 5 – г. Владикавказ, ул. Колка Кесаева (новая Набережная)

Образец № 6 – с. Дур-Дур

Образец № 7 – окр. озера Заманкул

Образец № 8 – г. Беслан

Образец № 9 – с. Ногкау

Образец № 10 – с.Даргкох

Образец № 11 – с.Змейское

Образец № 12 – с.Зильги

Образец № 13 – собран в лесу, который находится между с. Урсдон и    г. Алагир

Образец № 14 – садоводческое товарищество Учитель

Образец № 15 – с. Урсдон.

Для сохранения качества хмелевого сырья необходимо произвести консервацию шишек и листьев хмеля-сырца (зеленца) при помощи различных технологических приемов.

Первичная обработка шишек и листьев является одним из важных компонентов по сохранению качества хмелевого сырья. Основным способом сохранения хмелевого сырья является доведение влажности хмеля-сырца до соответствующей кондиции  - 11 %.

Для этого шишки и листья хмеля подвергали сушке с одновременной отлёжкой, в течение 7 суток при температуре воздуха 21-25 °С, в хорошо  проветриваемом помещении без попадания прямых солнечных лучей.

Листья, необходимые для статистического анализа, консервировались в виде гербарного материала.

Массовая доля влаги в  исследуемых образцах дикорастущего хмеля после обработки представлена в таблице 6.

Таблица 6

Массовая доля влаги в образцах дикорастущего хмеля

Как видно из данных таблицы, выбранный режим сушки позволил довести влажность хмеля-сырца до параметров, не превышающих контрольной кондиции.

Массовая доля влаги в сырье из дикорастущего хмеля колеблется в пределах от 8,7 до 10,5 %, в контрольном образце (культурном гранулированном хмеле № 1) составила - 9,9 %.

1. Изучение органолептических свойств дикорастущего хмеля

Согласно ГОСТ, органолептические свойства соплодий растения хмеля обыкновенного  имеют ряд нормативных характеристик:

- цвет допускается от светло-желто-зеленого до золотисто-зеленого, кроме этого допускается сырьё с покрасневшими кончиками чешуек;

- запах должен быть специфический хмелевой. Не допускается сырьё с другими посторонними запахами; сырьё пораженное плесенью; сырьё зараженное вредителями; а так же содержащее посторонние (нехмелевые) примеси.

Результаты исследование представлены в таблице 7.

Таблица 7

Органолептическая оценка сырья дикорастущего хмеля.

Количество опавших листьев соплодий не должно превышать 25 % от всей массы хмелевого сырья.

В таблице показано, что исследуемое сырьё дикорастущего хмеля   соответствует заявленным параметрам. Контроль представлен в виде гранулированной формы, поэтому процент опавших листьев не учитывается.

6.2. Изучение растительного материала дикорастущего хмеля по показателю массовой доли альфа-кислот

Промышленная ценность хмелевого сырья определяется количеством содержания в нем горьких альфа-кислот.

Для культурного хмеля  массовая доля альфа-кислот, в пересчете на абсолютно сухое вещество, в процентах, должна составлять не менее 2,5 % .

Этот  показатель количества  содержания горьких альфа-кислот  определяли во всех образцах дикорастущего хмеля методом кондуктометрического титрования.

В таблице показано, что в сырье дикорастущего хмеля (образцы 2-15) массовая доля альфа-кислот, в пересчете на абсолютно сухое вещество, меньше чем качественные показатели для культурных видов хмеля. В контроле содержится 4,6 %  альфа-кислоты, в исследуемых образцах – в пределах от 1,2 до 2,3 %.    

Полученные данные показаны в таблице 8

Таблица 8

Исследование массовой доли альфа-кислот в дикорастущем хмеле

6.3.Изучение безопасности дикорастущего хмеля по показателям     содержания тяжелых металлов в соплодиях и листьях растений

Многие растения, произрастающие в неблагоприятных экологических зонах, способны аккумулировать в клетках вегетативных органов канцерогены, в частности тяжелые металлы.

Для таких районов рекомендовано, на загрязненных почвах, высаживать культурные растения с глубоко распространяющейся корневой системой, так как  зона всасывания находится на кончиках корней, где формируются корневые волоски и попадание вредных веществ в растение значительно уменьшается.

Хмель обыкновенный дикорастущий - одна  из  таких  культур, он имеет сильно развитую коневую систему. Она прорастает в почву  на глубину до 4 м и активно разрастается до 3 м в ширину.

В этой связи возникла необходимость исследования степени загрязненности тяжелыми металлами дикорастущего хмеля обыкновенного и его дальнейшего безопасного применения в хлебопекарном производстве.

Исследования в образцах проводились на определение содержания и концентрации таких металлов как: Cu, Ni, Zn, Fe, Co, Cd, Pb;  с применением атомно-абсорбционного спектрометра КВФНТ-2АТ.

Предварительно была получена сырая зола из соплодий и листьев собранных образцов хмеля.

Сырой золой называется остаток, полученный при сжигании навесок молотого сырья хмеля обыкновенного в муфельных печах.

Результаты по содержанию золы в образцах дикорастущего хмеля представлены в таблице 9.

Таблица 9

Исследование массовой доли золы в соплодиях и листьях дикорастущего хмеля обыкновенного

По принятым нормам  массовая доля золы, в пересчете на абсолютное вещество, в культурном хмеле должна составлять не более 14 %, исследования показали, что в контроле содержится 7 % золы, а в образцах №№ 2-15 соплодий дикорастущего хмеля в пределах от 7,1 до 10,1%, что соответствует требованиям ГОСТ.  По тому же принципу проводилось определение золы в листьях.

Для определения содержания тяжелых металлов в образцах соплодий и листьев дикорастущего хмеля необходимо было провести дополнительную подготовку проб. В тигель с золой добавляли 3-5 капель дистиллированной воды, а затем осторожно - 10 мл разведенной соляной кислоты, в концентрации  1:3. Содержимое перемешивали до полного растворения золы.

Весь этот процесс был необходим для получения основного раствора золы.  Далее проводили десятикратное и стократное разведение основного раствора.

Все образцы растворов были проверены на наличие в них тяжелых металлов таких как: Cu, Pb, Ni, Fe, Zn, Co, Cd. Каждый из этих химических элементов имеет свой спектр длины волны поглощения, которая, в частности, для каждого металла составляет: Сu – 324,70 нм; Pb – 217,00 нм; Ni – 232,00 нм; Fe – 248,90 нм; Co – 240,70 нм; Cd – 228,80 нм.

На рисунках 3-9 и таблице 11 представлены результаты исследования соплодий и листьев; под № Н обозначен допустимый уровень концентрации каждого конкретного металла в растениях, далее по принятой номенклатуре.

Рисунок 3- Содержание Cu в образцах соплодий дикорастущего хмеля

Рисунок  4 - Содержание Pb в образцах соплодий дикорастущего хмеля.

Рисунок 5- Содержание Ni в образцах соплодий  дикорастущего хмеля.

Рисунок  6 - Содержание Fe в образцах соплодий дикорастущего хмеля

Рисунок 7- Содержание Zn в образцах соплодий  дикорастущего хмеля

Рисунок 8 - Содержание Со в образцах соплодий  дикорастущего хмеля

Рисунок  9 - Содержание Сd в образцах соплодий дикорастущего хмеля

Таблица 10

Содержание тяжёлых металлов в листьях дикорастущего хмеля

Как показали, выше указанные, данные исследований, концентрация металлов во всех образцах соплодий и листьев дикорастущего хмеля не превышает нормативных значений. Незначительное увеличение концентрации металлов в клетках листьев связано с тем, что вегетативный период листьев длиннее, чем соплодий, и накопительный эффект выше.

Большинство микроэлементов в клетках живых организмов представлены металлами, их минимальная концентрация обеспечивает полноценное функционирование всех клеточных структур, и, как следствие, работу всего организма в целом.

Так, медь (Cu) выполняет в организме человека ту же функцию, что и железо. Она входит в состав многих, необходимых для полноценной работы живого организма,  ферментов, таких как: гемоцианин, аскорбиназа, тирозиназа, цитохромоксидаза, супероксиддисмутаза. Некоторые активные биологические вещества, в состав которых входит медь, нейтрализуют действие токсинов, вырабатываемых болезнетворными микроорганизмами, и усиливают действие антибиотиков.  

Свинец (Pb), как и остальные элементы является неотъемлемой частью организма человека и  выполняет ряд функций: он стимулирует процессы роста и обновления тканей; участвует в процессах ионного обмена; регулирует процент содержание гемоглобина в крови; активизирует или понижает активность некоторых ферментов. Но при этом считается одним из самых распространенных и опасных мутагенов. Основным источником загрязнения окружающей среды свинцом являются выхлопные газы многочисленного автотранспорта в крупных городах, и многие растения аккумулируют его, а он, в свою очередь, передается по пищевым цепям и обнаруживается в мясе и молоке сельскохозяйственных животных, особенно активно он накапливается вблизи промышленных центров и крупных автомагистралей.

Известно, что ионы никеля (Ni) в сочетании с кобальтом, железом, медью участвует в процессах кроветворения (влияет на созревание молодых эритроцитов и повышает уровень гемоглобина в крови человека).

Железо (Fe) является важным биогенным элементом. Ионы железа (II) входят в состав гемоглобина, обеспечивая функцию транспорта газов в организме.

Цинк (Zn) является компонентом некоторых ферментов, обеспечивающих, в первую очередь, рост и половое созревание организма.

Кобальт (Co) относится к микроэлементам, он является кофактором в составе витамина В12 (кобаламин), который необходим для полноценного функционирования нервной системы человека и обеспечения ферментативных свойств печени.

Кадмий (Cd)  является токсичным ультрамикроэлементом с явно выраженным мутагенным эффектом, который, кроме этого, поражает многие системы организма.

 Из 14 исследуемых образцов дикорастущего хмеля  Cd не обнаружен в 3 пробах,  в остальных  не превышает предельного значения  ˂ 0,5 мг/кг.

Таким образом, подтверждено предположение о том, что хмель обыкновенный дикорастущий не обладает аккумулятивным эффектом токсичных веществ, в клетках своих соплодий (шишек) и листьев, не зависимо от экологического состояния окружающей среды.

7. Изучение микробиологической безопасности пшеничного хлеба, приготовленного с использованием отвара из сырья дикорастущего хмеля обыкновенного

Известно, что активные вещества хмеля обыкновенного обладают бактерицидными свойствами, которые способны нейтрализовать отрицательное воздействие некоторых групп микроорганизмов. Именно эта уникальная функция специфических веществ этого растения является технологически значимой в хлебобулочном производстве. Уровень антибиотического проявления этих веществ, как и любых антисептиков, определяется их определённой концентрацией в составе изучаемой среды.

 Было отмечено, что приготовление отвара из культурных сортов хмеля должно учитывать необходимость регламентирования содержания горьких веществ, которые бы обеспечили оптимальный уровень бактерицидности раствора.

Для исследования влияния отвара из сырья дикорастущего хмеля, готовящегося по необходимой методике в течение 45 мин, на антисептическую активность использовалась пшеничная мука 1-го сорта с повышенной микробиологической обсеменённостью.

Для выявления заболевания хлеба плесневыми грибами приготовленные образцы хлеба складывались в полиэтиленовые пакеты и хранились при средней влажности и температуре 30 ºС до появления на их поверхности видимого мицелия.

В таблице 12 представлены результаты исследований.

Таблица 12

Влияние хмелевого отвара, изготовленного из сырья дикорастущего хмеля

обыкновенного, на скорость поражения пшеничного хлеба плесенью

Было установлено, что на поверхности контрольного образца, приготовленного на воде, видимый мицелий проявляется уже через 96 ч хранения, а на поверхности хлеба, на основе хмелевого отвара - через 123 ч хранения.

Для выявления «картофельной болезни» в хлебобулочных изделиях использовалась пшеничная мука 1-го сорта, обсеменённая бактериями Bacillus suptilis, которая хранилась в условиях оптимальных для развития этих микроорганизмов, в течение 48 часов.

Результаты исследований представлены в таблице 13.

Таблица 13

Влияние хмелевого отвара, изготовленного из сырья дикорастущего хмеля обыкновенного, на скорость заболевания пшеничного хлеба «картофельной болезнью»

В результате исследования было установлено, что первые признаки заболевания контрольного образца пшеничного хлеба, изготовленного на воде, обнаруживались через 24 ч хранения, тогда как в хлебе, изготовленном на хмелевом отваре - через 48 ч хранения.

В сравнительной таблице 13 наглядно прослеживается динамика микробиологической стойкости образцов хлеба, изготовленного из отвара дикорастущего хмеля обыкновенного. Подтвердилась эффективность повышения микробиологической безопасности производства хлебобулочных изделий из пшеничной муки с использованием отвара из дикорастущего хмеля обыкновенного.

Выводы

1. Было произведено комплексное изучение ареала обитания дикорастущего растения хмеля обыкновенного, которое позволило обозначить территорию распространения этого растения от предгорной и по всей равнинной части Республики Северная Осетия – Алания. Анатомическое и морфолого-физиологическое изучение растений хмеля обыкновенного, собранных в разных районах республики, указывает на благоприятные экологические условия предгорной и равнинной зон для разных популяционных групп, и дальнейшего их использования при возможной культивации, в промышленных масштабах, дикорастущего хмеля обыкновенного.
2. Листья и соплодия собранные с растений разных популяционных групп стали предметом исследований на предмет выявления модификационных особенностей, которые на прямую зависят от действий абиотических факторов окружающей среды тех экологических зон, в которых производился сбор растительного материала. Анализ морфологических исследований показал, что условия, в которых произрастали растения изучаемого вида, благоприятны  для изучаемых популяционных групп хмеля обыкновенного.
3. В результате сырье дикорастущего хмеля массовая доля альфа-кислот, в пересчете на абсолютно сухое вещество, меньше установленных норм для культурных видов хмеля. В контроле содержится 4,6 %  альфа-кислоты, в исследуемых образцах– в пределах от 1,2 до 2,3 %. исследования показали, что в контроле содержится 7 % золы, а в образцах соплодий дикорастущего хмеля в пределах от 7,1 до 10,1%, что соответствует требованиям ГОСТ.  По тому же принципу проводилось определение золы в листьях.
4. Концентрация тяжёлых металлов: Cu, Pb, Ni, Fe, Zn, Co, Cd; во всех образцах соплодий и листьев дикорастущего хмеля, не превышает нормативных значений. Незначительное увеличение концентрации металлов в клетках листьев связано с тем, что вегетативный период листьев длиннее, чем соплодий, и накопительный эффект выше.
5. Прослеживается динамика микробиологической стойкости образцов хлеба, изготовленного из отвара дикорастущего хмеля обыкновенного. Подтвердилась эффективность повышения микробиологической безопасности производства хлебобулочных изделий из пшеничной муки с использованием отвара из хмеля.

Список литературы

1. Аксенова З.И. Горькие вещества хмеля и их превращение в процессе пивоварения / З.Н. Аксенова, Д.Б. Лившиц, П.М. Мальцев // Известия вузов. Пищевая технология. - 1971. - №6 - С. 45-48.
2. Алексеева, М.А. Определение полифенольных компонентов хмеля с помощью обращено-фазовой ВЭЖХ / М.А. Алексеева, К.И. Эллер, А.П. Арзамасцев // Химико-фармацевтический журнал. - 2004. № 12.
3.  Богданова В.М. Микробиология пшеничных продуктов / В.М. Богданова. – М.: Пищевая промышленность, 1969. - 563 с.
4. Богатырева Т.Г. Новые пищевые закваски / Т.Г. Богатырева // Хлебопродукты. - 1994. - №3. - С. 9-12.
5. Булгакова, Н.Н. Разработка и совершенствование технологий хлебобулочных изделий функционального назначения Текст.: Автореферат дисс. канд. техн. наук: 05.18.01. -Воронеж, 2004,-26 с.
6. Булгаков Н. И. Биохимия солода и пива. – М.: Пищевая промышленность, 1976, с. 84 – 112.
7.  Булгаков Н.И. Химия пивоварения. - М.: Пищепромиздат, 1954. -179 с.
8. Булгаков Н.И. Химия пивоварения / Н.И. Булгаков. - М.: Пищепромиздат, 1976. - С. 84-112.
9. ГОСТ 9404-88 Мука и отруби. Метод определения влажности - Введ. 1990-01-01. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2001.
10.  ГОСТ 21094-75 Хлеб и хлебобулочные изделия. Метод определения влажности - Введ. 1976-07-01. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2002.
11. ГОСТ 21948-76 Хмель-сырец и хмель прессованный. Методы испытаний - Введ. 1979-07-01. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2002.
12. Герасимчук В.И., Рейтман И.Т., Ежов И.С. Хмель в медицине, быту и народном хозяйстве. – Киев: Урожай, 1994. – 352 с.
13. Главачек Ф., Лхотский А. Пивоварение / Ф. Главачек, А. Лхотский / Пер. с чеш. И.В. Холодовой под ред. А.П. Колпакчи - М.: Пищевая промышленность, 1977. - 365 с.
14. Головкин Б.И., Руденская Р.Н., Трофимова И.А., Шредер А.И. Биологические активные вещества растительного происхождения / Б.И. Головкин, Р.Н. Руденская, И.А. Трофимова, А.И. Шредер  -М.:Наука, 2001.-Т.2.-762 с.
15. Годованный А.А. Хмель и его использование / А.А Годованный. -   К.: Урожай, 1990. - 336 с.
16. Горошко О.А., Похомов В.П., Самылина И.А., Никулин И.Н. Использование хмеля в фитотерапии. / О.А. Горошко, В.П. Похомов, И.А. Самылина, И.Н. Никулин // Практическая фитотерапия.- М.: - 2000. - №1.- C. 39-44
17. Кагановский Б.М., Рейтман Н.Г. Хмель, его лечебные свойства и перспектива использования / Б.М. Кагановский, Н.Г. Рейтман // Растительные ресурсы. - Л.:Наука, 1980. - Т.16.- С. 459-465.
18. Корсун В.Ф., Ситкевич А.Е., Ефимов В.В. Лечение кожных бактерий препаратами растительного происхождения / В.Ф. Корсун, А.Е. Ситкевич, В.В. Ефимов  - Мн.: 1995. - 383 с.
19. Кукес В.Г. Конструирование сбора лекарственных растений / Г.В.     Кукес, В.Г. Ребров, С.Ш. Сулейманов -Хабаровск, 1999. - 320 с.
20. Кузнецова Е.А., Корячкина С.Я., Хмелева Е.В. Применение хмелевого экстракта для повышения микробиологической безопасности зерна в процессе подготовки к производству зерновых хлебобулочных изделий / А.Е. Кузнецова, С.Я. Корячкина, Е.В. Хмелева // Тех. науки.  Фундаментальные исследования №12 - 2010. - С. 100-103.
21. Латыпова, Г.М. Разработка показателей качества листьев хмеля обыкновенного / Г.М. Латыпова, К.А. Пупыкина, С.В. Закиева // Г.М. Латыпова, С.Ф. Шафикова, Д.Ф. Галимова // Традиционная медицина. – 2011. – № 5 (28). – С. 243-248.
22. Латыпова, Г.М. Исследования по содержанию горьких кислот сырья хмеля обыкновенного / Г.М. Латыпова, Г.В. Аюпова, В.Н. Бубенчикова [и др.] // Научные ведомости Белогородского государственного университета. Серия Медицина. Фармация – 2012. – № 10 (129). Выпуск 18/2. – С. 65-69.
23. Латыпова, Г.М. Исследование факторов, влияющих на процесс экстрагирования соплодий хмеля обыкновенного / Г.М. Латыпова, Е.Д. Батырова, Г.В. Аюпова, Д.Ф. Галимова // Научные ведомости Белогородского государственного университета. Серия Медицина. Фармация – 2012. – № 10 (129). Выпуск 18/3. – С. 54-60.
24. Латыпова, Г.М. Исследование факторов, влияющих на процесс экстракции надземной части хмеля обыкновенного / Г.М. Латыпова, Г.В. Аюпова, С.Ф. Шафикова [и др.] //Медицинский вестник Башкортостана. – 2012. – № 6. – С. 258-261.
25. Ляшенко Н.И. Горькие вещества хмеля / Н.И. Ляшенко // Хмелеводство. - 1990.- Т. 12. - С. 8-12.
26. Ляшенко Н.И. Биохимическая характеристика некоторых сортов хмеля / Н.И. Ляшенко // Прикладная биохимия и микробиология. - 1977. - т. 13ю - вып. I. - С. 118-123.
27.  Маннфрид Павлов Энциклопедия лекарственных растений. -Под ред. И.Н Губанова (пер. с нем.). -М., 1998. - 467с.
28.  Матвеева И.В. Биотехнологические основы производства хлеба Текст./И.В. Матвеева. - М.: ДеЛи, 2001. - 150 с.
29. Математическое планирование активного эксперимента и обработка его результатов / В.Н.Савин, Г.И.Касьянов и др.-Краснодар: КубГТУ, 2003. -44 с.
30. Пастушенков Л.В., Пастушенков А.Л., Пастушенков В.Л. Лекарственные растения: Использование в народной медицине и быту. - Л.: Лениздат, 1990. - 384 с.
31. Производство и потребление хмелевого сырья в Российской Федерации (под ред. Рупошева А.Р., Титовой Е.Н. и др.). - М., 1999. - 56 с.
32. Пронченко Г.Е. Лекарственные растительные средства. Под ред. А.П. Арзамасцева, И.А. Самылиной. - М.: ГЭОТАР-МЕД, 2002. - 288 с.
33. Рабинович А.М. Лекарственные травы и рецепты древних времен.-М.:1991.-175с.
34. Сатцаева И.К. Повышение качества пшеничного хлеба на основе совершенствования технологии хмелевой закваски: Дис...к.т.н, доцента. - Орлов, 2005. - 121 с.
35. Сортовой контроль в хмелеводстве. Практическое руководство (под ред. Рупошева А.Р., Рупошевой Г.В.). - М., 2000. - 50 с.
36. Способ приготовления хмелевого отвара / Корячкина С.Л., Сатцаева И.К., Конова Г.И.; заявитель и патентообладатель Орловский государственный технический университет (ОрелГТУ). - № 2004108543/13; заявл. 22.03.04; опубл. 10.12.05, Бюл. № 34. -10 е.: л.
37. Хмель // Пивное дело, №2, 2000. - С. 18-37.
38. Хорунжина С.И. Биохимические и физико-химические основы технологии солода и пива / С.И. Хорунжина. М.: Колос, 1999. - 312 с.
39. Чельдиева Э.И. Результаты интродукции различных сортов хмеля при возделывании на низких шпалерах в условиях РСО-Алания и перспективы их использования. Владикавказ. 2012 г.
40. Шмидт Л.Г. Горькие вещества хмеля и методы их анализа. / Л.Г. Шмидт - М., 1964. - 64 с.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БУЮДЖЕНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «СЕВЕРО-ОСЕТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ К.Л. ХЕТАГУРОВА»

Факультет Химии, биологии и биотехнологии

Кафедра Физиологии, анатомии и ботаники

на правах рукописи

НАУЧНЫЙ ДОКЛАД ОБ ОСНОВНЫХ РЕЗУЛЬТАТАХ НАУЧНО-КВАЛИФИКАЦИОННОЙ РАБОТЫ (ДИССЕРТАЦИИ)

«Эколого-биологическая и фитоценологическая характеристика Humulus lupulus L. в РСО-А»

направление подготовки 06.06.01 Биологические науки

Заведующий кафедрой                                                       ________________  

Гаппоева В.С.                                                                                        

 «Допустить к защите»

«___»__________________20_ г.

Научный руководитель к.б.н., доцент                              _______________  Николаев И.А.                                         

Аспирант                                                                           _______________                            Тебоева А.К.                                                                        

Рецензент                                                                          _______________                                                  

Рецензент                                                                          _______________                                          

Владикавказ, 2018г.