Сільське господарство /5. Технології зберігання 
та переробки сільськогосподарської продукції

Сімахіна Г.О., д-р. техн. наук, Штанько О.А., Солодко Л.М.
Національний університет харчових технологій, м.Київ

ВИКОРИСТАННЯ ШТУЧНИХ ЖИВИЛЬНИХ СЕРЕДОВИЩ ДЛЯ ОТРИМАННЯ ВИСОКОМІНЕРАЛІЗОВАНИХ ХАРЧОВИХ МАТЕРІАЛІВ

Сучасна наука про харчування розглядає їжу як джерело основних харчових сполук. Такий підхід виправданий як з фізіологічної, так і з історичної точок зору. З'ясування ролі есенціальних харчових речовин як істинних джерел життя та основ метаболічних процесів стало найважливішим досягненням медичної науки, харчової технології та й біології в цілому. 
Істотні досягнення аналітичної хімії дали змогу охарактеризувати їжу як надзвичайно складний хімічний комплекс, що містить тисячі основних і сотні тисяч мінорних компонентів, здатних справляти виражені і різноманітні фізіологічні впливи на організм людини. І абсолютно обґрунтованою є пропозиція академіка АМН СРСР О.О.Покровського включити хімічні аспекти розгляду їжі в науку про хімію природних сполук, засновником якої був академік М.І.Шемякін. 
Навіть поверхневий аналіз їжі як джерела природних сполук не залишає сумніву у незвичайній широті розмаїття та біологічного значення вивчення її хімічного складу. Очевидно також, що біологічне значення сполук, які входять до складу харчових продуктів, є неоднозначним. І з цієї точки зору характеристику харчових сполук та їхню роль у життєдіяльності людського організму доцільно починати з аналізу мінеральних речовин.
На сьогодні відомо, що всі життєво важливі процеси в організмі людини відбуваються за участі мікро- та макроелементів. Різкий дефіцит чи надлишок мінеральних елементів у середовищі призводить до захворювання рослин, тварин, людей. Такі хвороби радянський учений О.П.Виноградов назвав біогеохімічними ендеміями. Дефіцит мінеральних сполук зумовлено, перш за все, недостатнім надходженням їх із харчовими продуктами. Він не має сезонної залежності і спостерігається протягом усього року. Дефіцит таких нутрієнтів, як йод, селен, кобальт, цинк, магній, кальцій, залізо, характерний для ґрунтів практично на всій території України. 
Тому дана робота, спрямована на вивчення біологічної ролі основних макро- та мікроелементів, дослідження мінерального обміну у рослинах, з'ясування ефекту накопичення в них у процесі пророщування есенціальних мінеральних сполук, можливостей їх переведення з неорганічної форми в органічну та отримання безпечної сировини, є актуальною й важливою. 
Актуальність цієї роботи визначається й тим, що на сьогодні використання хімічних препаратів при вирощуванні сільськогосподарських культур посідає панівне місце. Без застосування пестицидів, наприклад, втрати врожаю зросли б удвічі-втричі, а ціни на отримувану продукцію – у 4...5 разів. Водночас, ріст інтенсивності використання хімічних препаратів супроводжується підвищенням рівня захворюваності населення, й саме з їжею до організму людини потрапляє майже 95% контамінантів. Тому актуальним  є пошук нових малотоксичних і високоефективних сполук, які, на відміну від традиційних отрутохімікатів, не руйнували б металомістких компонентів рослинних клітин і містили б необхідні для організму людини мікро- та макроелементи.
Зміна людиною навколишнього середовища (використання добрив, харчових добавок, оброблення харчових подуктів і консервування, промислове забруднення ґрунтів, повітря і води) може викликати зміни у мінеральному балансі та різних біологічних процесах. Тому аналіз наявних відомостей про рівні мікроелементів у рослинній сировині й у харчових продуктах, що є одним із завдань цієї роботи, необхідний як для визначення потреб у тому чи іншому елементі, так і для проведення кваліфікованої експертизи харчових продуктів. 
Актуальність роботи визначається й тим, що розуміння географічних відмінностей та впливу геохімічних умов, а також зміни у способах пророщування насіння, відіграє істотну роль у ефективному плануванні мінерального складу харчових продуктів і в раціональному використанні отриманих результатів. 
Метою цієї роботи є на основі комплексних досліджень закономірностей взаємодії мінеральних елементів, ефекту їх біонакопичення в рослинній сировині отримати об’єкти з вибірковим накопиченням певних мікронутрієнтів для створення мінералізованих функціональних харчових добавок, призначених для профілактики та лікування мікроелементозів.
На основі аналізу результатів досліджень вітчизняних та зарубіжних учених визначено пріоритетні завдання сучасної науки про харчування у створенні функціональних харчових продуктів та біологічно активних добавок до їжі з підвищеним вмістом  макро- та мікроелементів. З’ясовано за сучасними методами оцінювання рівня споживання з харчовими продуктами якісного та кількісного вмісту мінеральних елементів серед різних груп населення. Визначено мікроелементи, забезпеченість якими організму людини є недостатньою, і обрано їх в якості основних об’єктів дослідження. Розроблено послідовність технологічних етапів пророщування насіння і накопичення в ньому певних мінеральних елементів. На основі літературних даних встановлено варіанти можливих синергічних та антагоністичних взаємодій між окремими елементами для вибору тих композицій, які справляють синергічний вплив один на одного та на інші біологічно активні речовини як у складі харчових продуктів, так і в організмі людини в процесах метаболізму.
Основним принципом композицій живильних середовищ обрали той факт, що організм людини в процесі еволюції адаптувався до певного хімічного складу середовища. Це зумовило його підвищену чутливість до зміни концентрацій у рослинній сировині тих чи інших мінеральних речовин, особливо мікро- та ультрамікроелементів, та їхнього співвідношення. Нестача чи надлишок певних елементів у ґрунтах, а відповідно – й у рослинному та тваринному організмах, змінює характер депонування цих елементів, послаблює або посилює синтез біологічно активних речовин, веде до перебудови метаболічних процесів. Тому на основі літературних даних установили, перш за все, орієнтовні критичні концентрації основних мікроелементів (I, Co, Mo, Cu, Zn, Mn, Fe тощо), збільшення або зменшення яких спричиняє негативні біологічні ефекти на організм людини.
Надзвичайно важливо при компонуванні живильних середовищ враховувати ймовірність антагоністичної взаємодії мінеральних елементів між собою, оскільки такі взаємодії виявляються не лише на рівні рослинних матеріалів, а й несприятливо впливають на процеси у травному каналі, тканинний та клітинний метаболізм в організмі людини. Тому, виходячи з розташування елементів у періодичній системі, передбачили можливість їхніх антагоністичних взаємодій, оскільки в основі останніх лежить фізико-хімічна аналогія елементів, їхня здатність до комплексоутворення тощо. Такий аналіз дав змогу передбачити антагонізм елементів: Zn i Cd; V i Cr; Zn i Cu; Ca i Fe: P i Mo; Na i Zn; Ca i I; Mg i Zn.
На підставі описаних вище результатів скомпонували 4 різних живильних середовища: 
до першого належать сполуки 7 основних елементів мінерального живлення – N, S, P, K, Ca, Mg, Fe;
до другої суміші, окрім зазначених, ввели додатково мікроелементи Mn, B, Zn, Cu; 
до третьої суміші ввели додатково сполуки Mo, V, Co, Ni;
четверта суміш, окрім зазначених елементів, містить Br, I, Se, Be, Na.
Всі мікроелементи додаються у кількості від 1 до 10 мкг. 
Встановлено, що для будь-якого з введених до живильних розчинів елементів існує оптимальна концентрація, за якої спостерігається посилення росту тієї чи іншої рослини: для насіння буряків, шпинату, люцерни, гороху таким необхідним елементом є марганець; для насіння гречки, гороху, гарбуза – цинк; для буряку, шпинату, капусти – бор; для капусти, гороху – мідь.
Введення до складу живильних середовищ мінеральних елементів у вигляді неорганічних солей металів – розчинних у воді хлоридів та сульфатів – показало, що ці солі практично всі гідролізують, в результаті чого метал переходить у гідроксоформи, які біологічно не засвоюються. Тому необхідним виявився пошук тих сполук металів, в яких макро- та мікроелементи виявляють високу біологічну активність.
На основі літературних та власних експериментальних даних виявили перспективність використання для пророщування насіння координаційних сполук макро- та мікроелементів з природними метаболітами – вітамінами, амінокислотами, пептидами. З’ясовано, що найбільш міцні комплекси з досліджуваними металами утворюють амінокислоти, особливо за наявності в них реакційноздатних груп з негативним зарядом у бічних ланцюгах, тобто гістидин, цистин, цистеїн.
На основі аналізу літературних даних встановлено, що обрані для досліджень метали мають різну здатність до комплексоутворення – досить значну Мg і Ca, найбільшу Мо, Мn, Fe, Cu, Co, Zn.  Тобто саме ці елементи доцільно використовувати при підготовці живильних середовищ. До переваг використання координаційних сполук при пророщуванні насіння слід віднести і те, що як термодинамічно стійкі і ліпофільні, ці комплекси, на відміну від неорганічних солей металів, не гідролізуються у водних розчинах живильних середовищ, легко проникають крізь клітинні мембрани, і являють собою транспортні форми як необхідних мінеральних сполук, так і органічних біологічно активних речовин. 
1