vuzbiochemiИзвестия вузов. Прикладная химия и биотехнологияProceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology2227-29252500-1558ИРНИТУ10.21285/2227-2925-2023-13-2-213-219NLMLQQvuzbiochemi-1015Research ArticleФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ БИОЛОГИЯPHYSICOCHEMICAL BIOLOGYОпределение предельных температур прорастания семян гороха и ячменяDetermining maximum germination temperatures of pea and barley seedsМатвеевЮ. И.MatveevYu. I.

Матвеев Юрий Игнатьевич - кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник.

117997, Москва, ул. Косыгина, 4

Yuri I. Matveev - Cand. Sci. (Physics and Mathematics), Senior Scientist.

4, Kosygin St., Moscow, 117997

yu.matveev@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2144-1238АверьяноваЕ. В.AveryanovaE. V.

Аверьянова Елена Витальевна - кандидат химических наук, доцент.

659305, Бийск, ул. им. Героя Советского Союза Трофимова, 27

Elena V. Averyanova - Cand. Sci. (Chemistry), Associate Professor.

27, Hero of the Soviet Union Trofimov St., Biysk, 659305

averianova.ev@bti.secna.ruИнститут биохимической физики им. Н.М. Эммануэля РАНРоссияEmanuel Institute of Biochemical Physics, Russian Academy of SciencesRussian FederationБийский технологический институт (филиал) Алтайского государственного технического университета им. И.И. ПолзуноваРоссияBiysk Technological Institute (branch) of the Altay State Technical UniversityRussian Federation202302072023132213219Copyright © Матвеев Ю.И., Аверьянова Е.В., 20232023Матвеев Ю.И., Аверьянова Е.В.Matveev Y.I., Averyanova E.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vuzbiochemi.elpub.ru/jour/article/view/1015

Использование пророщенных семян злаковых и зернобобовых культур в питании человека требует налаживания соответствующего процесса их производства в пищевой промышленности. Для прорастания семян в естественных условиях необходимо от одной до двух недель, что неприемлемо в условиях их производства и переработки. В связи с этим предпринимаются различные технологические приемы для ускорения процесса проращивания семян, основанные на интенсификации биохимических процессов, протекающих в зародыше семени. Целью исследования являлось выявление температурного режима прорастания семян гороха на каждом из этапов двухстадийного технологического процесса для оптимизации прорастания во времени. В качестве объектов исследования рассмотрены данные о температурном режиме и времени прорастания семян гороха сортов Темп, Софья, Спартак, Амиор и ячменя голозерного, особенности химического состава которых имеют решающее значение при прорастании. Количественные оценки предельной температуры прорастания семян определены на основе известных расчетных зависимостей. В рамках двухстадийного подхода к процессу прорастания семян предложен следующий температурный режим их прорастания в технологических процессах: на первом этапе – 37 °С, на втором этапе – 30 °С, что позволит интенсифицировать процесс прорастания и увеличить выход проростков при масштабировании.

The use of sprouted seeds of cereals and legumes in human nutrition requires establishing an appropriate process of their production in the food industry. It takes one-two weeks for seeds to germinate in natural conditions, which is not viable for their industrial production and processing. In this regard, various technological techniques are being undertaken to accelerate the process of seed germination, based on the intensification of biochemical processes occurring in the seed embryos. The aim of this paper is to identify the temperature regime of germination for pea seeds at each stage of a two-stage technological process to optimize their germination over time. The research is based on the data on the temperature regime and germination time of pea seeds of Temp, Sofia, Spartak, Amior and naked barley varieties, the chemical composition of which is crucial during germination. The quantitative estimates of the maximum germination temperature of seeds are determined based on the known computational dependencies. Within the framework of a two-stage approach to the process of seed germination, the following temperature regime of their germination in technological processes is proposed: at the first stage – 37 °C; at the second stage – 30 °C. That will intensify the germination process and increase the yield of seedlings when scaling.

α-амилазатемпература прорастаниявремя прорастаниягорохячменьα-amylasegermination temperaturegermination timepeasbarleyРабота выполнена в рамках госзадания Минобрнауки РФ (мнемокод 0611-2020-013, номер темы – FZMM-2020-0013, ГЗ № 075-00316-20-01)This work was supported by the project 075-00316-20-01 (FZMMM-2020-0013, mnemocode 0611-2020013) from the Ministry of Science and Higher Education of the Russian FederationReferencesBenincasa P., Falcinelli B., Lutts S., Stagnari F., Galieni A. Sprouted grains: a comprehensive review // Nutrients. 2019. Vol. 11, no. 2. P. 421–450. https://doi:10.3390/nu11020421.Benincasa P., Falcinelli B., Lutts S., Stagnari F., Galieni A. Sprouted grains: a comprehensive review. Nutrients. 2019;11(2):421-450. https://doi:10.3390/nu11020421.Вигмор Э. Проростки – пища жизни / пер. с англ. СПб.: Комплект, 1997. 206 с.Wigmore A. Sprouting Book. 1986. 128 p. (Russ. ed.: Vigmor E. Prorostki – pishcha zhizni. Saint Petersburg: Komplekt; 1997. 206 p.).Нилова Д. Лечебная сила живых проростков. М.: Крылов, 2010. 144 с.Nilova D. The healing power of living sprouts. Moscow: Krylov; 2010. 144 p. (In Russian).Мячикова Н.И., Сорокопудов В.Н., Биньковская О.В., Думачева Е.В. Пророщенные семена как источник пищевых и биологически активных веществ для организма человека // Современные проблемы науки и образования. 2012. N 5. С. 103.Myachikova N.I., Sorokopudov V.N., Binkovskaya O.V., Dumacheva E.V. Phenological rhythms of plants this. Rosaceae juss. naturally central Russian upland. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya. 2012;(5):103. (In Russian).Шаскольская Н.Д., Шаскольский В.В. Живое лекарство. Оригинальный метод оздоровления организма и профилактика различных заболеваний. М.: АСТ; Астрель, 2009. 158 с.Shaskol’skaya N.D., Shaskol’skii V.V. Living medicine. The original method of healing the body and preventing various diseases. Moscow: AST; Astrel’; 2009. 158 p. (In Russian).Бережная О.В., Дубцов Г.Г., Войно Л.И. Проростки пшеницы – ингредиент для продуктов питания // Пищевая промышленность. 2015. N 5. С. 26–29.Berezhnaya O.V., Dubtsov G.G., Voyno L.I. Wheat germ – an ingredient for food products. Pishchevaya promyshlennost’ = Food Industry. 2015;(5):26-29. (In Russian).Иванова М.И., Кашлева А.И., Разин А.Ф. Проростки – функциональная органическая продукция (обзор) // Вестник Марийского государственного университета. Серия: Сельскохозяйственные науки. Экономические науки. 2016. Т. 2. N 3. С. 19–29.Ivanova M.I., Kashleva A.I., Razin A.F. Sprouts – functional organic products (review). Vestnik Mariiskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Sel’skokhozyaistvennye nauki. Ekonomicheskie nauki = Vestnik of Mari State University. Chapter: Agriculture. Economics. 2016;2(3):19-29. (In Russian).El-Adawy T.A., Rahma E.H., El-Bedawey A.A., El-Beltagy A.E. Nutritional potential and functional properties of germinated mung bean, pea and lentil seeds // Plant Foods for Human Nutrition. 2003. Vol. 58. P. 1–13. https://doi.org/10.1023/B:QUAL.0000040339.48521.75.El-Adawy T.A., Rahma E.H., El-Bedawey A.A., El-Beltagy A.E. Nutritional potential and functional properties of germinated mung bean, pea and lentil seeds. Plant Foods for Human Nutrition. 2003;58:1-13. https://doi.org/10.1023/B:QUAL.0000040339.48521.75.Пашкевич А., Чайковский А. Микрозелень. Функциональный продукт XXI века // Наука и инновации. 2021. N 11. С. 58–63.Pashkevich A., Chaikovsky A. Microgreens as a functional product of the 21st century. Nauka i innovatsii. 2021;(11):58-63. (In Russian).Тимакова Р.Т., Макеева Т.И. Особенности технологии выращивания микрозелени пшеницы и расторопши пятнистой // e-FORUM. 2020. N 1. С. 79–89.Timakova R.T., Makeeva T.I. Features of the technology of cultivation of wheat micrograin and milk thistle spotted. e-FORUM. 2020;(1):79-89. (In Russian).Galieni A., Falcinelli B., Stagnari F., Datti A., Benincasa P. Sprouts and microgreens: trends, opportunities, and horizons for novel research //Agronomy. 2020. Vol. 10, no. 9. Р. 1424. https://doi.org/10.3390/agronomy10091424.Galieni A., Falcinelli B., Stagnari F., Datti A., Benincasa P. Sprouts and microgreens: trends, opportunities, and horizons for novel research. Agronomy. 2020;10(9):1424. https://doi.org/10.3390/agronomy10091424.Орлова Ж.И. Все об овощах. М.: Агропромторг, 1986. 222 с.Orlova Zh.I. All about vegetables. Moscow: Agropromtorg; 1986. 222 p. (In Russian).Матвеев Ю.И., Аверьянова Е.В. О механизме гидролиза крахмала гороха альфа-амилазой при прорастании семян и в технологических процессах // Южно-Сибирский научный вестник. 2022. N 4. С. 123– 128. https://doi.org/10.25699/SSSB.2022.44.4.009.Matveev Y.I., Averyanova E.V. On the mechanism of pea starch hydrolysis by alpha-amylase during germination and in technological processes. Yuzhno-Sibirskii nauchnyi vestnik = South-Siberian Scientific Bulletin. 2022;(4):123-128. (In Russian). https://doi.org/10.25699/SSSB.2022.44.4.009.Урбанчик Е.Н., Сапунова Л.И., Галдова М.Н., Малашенко А.И., Тамкович И.О., Мороз И.В. [и др.]. Интенсификация процесса получения пророщенного зернового сырья с использованием ферментных препаратов комплексного действия // Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия биологических наук. 2019. Т. 64. N 1. С. 82–91. https://doi.org/10.29235/1029-8940-2019-64-1-82-91.Ourbantchik E.M., Sapunova L.I., Galdova M.M., Malashenko A.I., Tamkovich I.A., Maroz I.V., et al. Intensification of grain sprouting process using complex enzyme preparations. Izvestiya Natsional’noi akademii nauk Belarusi. Seriya biologicheskikh nauk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Biological series. 2019;64(1):82-91. (In Russian). https://doi.org/10.29235/1029-8940-2019-64-1-82-91.Шаршунов В.А., Урбанчик Е.Н., Сапунова Л.И., Масальцева А.И., Галдова М.Н., Павлюк А.Н. Оптимизация режимов проращивания семян маша, нута и сои для получения высокобелковых концентратов // Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия аграрных наук. 2021. Т. 59. N 4. С. 501–512. https://doi.org/10.29235/1817-7204-2021-59-4-501-512.Sharshunou V.A., Ourbantchik A.M., Sapuno- va L.I., Masaltsava A.I., Haldova M.M., Pauliuk A.N. Improving modes of germination of seeds of mung bean, chickpea and soybeans for obtaining high-protein concentrates. Izvestiya Natsional’noi akademii nauk Belarusi. Seriya agrarnykh nauk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Agrarian series. 2021;59(4):501-512. (In Russian). https://doi.org/10.29235/1817-7204-2021-59-4-501-512.Тарасов С.С., Веселов А.П. Влияние ультразвука на морфофизиологические показатели прорастания семян гороха (Pisum sativum L.) // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Естественные науки. 2018. N 3. С. 3–11. https://doi.org/10.21685/2307-9150-2018-3-1.Tarasov S.S., Veselov A.P. Ultrasound effects on the morphophysiological indicators of pea seeds (Pisum sativum L.) germination. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Povolzhskii region. Estestvennye nauki = University Proceedings. Volga Region. Natural Sciences. 2018;(3):3-11. (In Russian). https://doi.org/10.21685/2307-9150-2018-3-1.Švubová R., Kyzek S., Medvecká V., Slováková L., Gálová E., Zahoranová A. Novel insight at the effect of cold atmospheric pressure plasma on the activity of enzymes essential for the germination of pea (Pisum sativum L. cv. Prophet) seeds // Plasma Chemistry and Plasma Processing. 2020. Vol. 40. P. 1221–1240. https://doi.org/10.1007/s11090-020-10089-9.Švubová R., Kyzek S., Medvecká V., Slováko- vá L., Gálová E., Zahoranová A. Novel insight at the effect of cold atmospheric pressure plasma on the activity of enzymes essential for the germination of pea (Pisum sativum L. cv. Prophet) seeds. Plasma Chemistry and Plasma Processing. 2020;40:1221-1240. https://doi.org/10.1007/s11090-020-10089-9.Ribalta F.M., Pazos-Navarro M., Nelson K., Edwards K., Ross J.J., Bennett R.G., et al. Precocious floral initiation and identification of exact timing of embryo physiological maturity facilitate germination of immature seeds to truncate the lifecycle of pea // Plant Growth Regulation. 2017. Vol. 81. P. 345–353. https://doi.org/10.1007/s10725-016-0211-x.Ribalta F.M., Pazos-Navarro M., Nelson K., Edwards K., Ross J.J., Bennett R.G., et al. Precocious floral initiation and identification of exact timing of embryo physiological maturity facilitate germination of immature seeds to truncate the lifecycle of pea. Plant Growth Regulation. 2017;81:345-353. https://doi.org/10.1007/s10725-016-0211-x.Munawar I., Dil M., Zia-ul-Haq, Yasir J. Effect of pre-sowing magnetic field treatment to garden pea (Pisum sativum L.) seed on germination and seedling growth // Pakistan Journal of Botany. 2012. Vol. 44, no. 6. P. 1851–1856.Munawar I., Dil M., Zia-ul-Haq, Yasir J. Effect of pre-sowing magnetic field treatment to garden pea (Pisum sativum L.) seed on germination and seedling growth. Pakistan Journal of Botany. 2012;44(6):18511856.Кондратьев В.Д., Лоскутов С.И., Сорокоумов П.Н., Костин А.А., Ситнов В.Ю., Рябухин Д.С. Определения усниновой кислоты в экстрактах ягеля (Cladonia rangiferina) методом обращенно-фазовой ВЭЖХ и ее влияние на прорастание семян гороха (Pisum sativum L.) // Все о мясе. 2020. N S5. С. 145–147. https://doi.org/10.21323/2071-2499-2020-5S-145-147.Kondratyev V.D., Loskutov S.I., Sorokoumov P.N., Kostin A.A., Sitnov V.Y., Ryabukhin D.S. Optimization of determination of usnic acid in lichen extracts (Cladonia rangiferina) by reversed-phase HPLC and its influence on germination of pea seeds (Pisum sativum L.). Vsyo o Myase. 2020;(S5):145-147. (In Russian). https://doi.org/10.21323/2071-2499-2020-5S-145-147.Чан М.К., Егоров М.А. Стимуляция прорастания семян гороха (Vigna cylindrical Skeels) с помощью индукторов биотической и абиотической природы // Естественные науки. 2010. Т. 31. N 2. С. 104–109.Chan M.K., Egorov M.A. Stimulation of the germination of pea seeds (Vigna cylindrical Skeels) using inductors of biotic and abiotic nature. Estestvennye nauki = Natural Sciences. 2010;31(2):104-109. (In Russian).Исайчев В.А., Андреев Н.Н., Каспировский А.В. Влияние предпосевной обработки хелатными микроудобрениями и регуляторами роста на посевные качества семян гороха и яровой пшеницы // Нива Поволжья. 2013. Т. 26. N 1. С. 16–19.Isaichev V.A., Andreev N.N., Kaspirovskii A.V. Influence of presowing treatment with chelated microfertilizers and growth regulators on the sowing qualities of pea and spring wheat seeds. Niva Povolzh’ya. 2013;26(1):16-19. (In Russian).Казакова А.С., Козяева С.Ю. Шкала микрофенологических фаз прорастания семян ярового ячменя // Сельскохозяйственная биология. 2009. Т. 44. N 3. С. 88–92.Kazakova A.S., Kozyaeva S.Yu. Scale of microphenological phases of germination of summer barley seeds. Sel’skokhozyaistvennaya biologiya = Agricultural Biology. 2009;44(3):88-92. (In Russian).Рогожин В.В., Рогожина Т.В. Физиолого-биохимические механизмы прорастания зерновок пшеницы // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2011. Т. 82. N 8. С. 17–21.Rogozhin V.V., Rogozhina T.V. Physiological and biochemical mechanisms of germination of wheat grains. Vestnik Altaiskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta = Bulletin of Altai State Agricultural University. 2011;82(8):17-21. (In Russian).Миневич И.Э., Нечипоренко А.П., Гончарова А.А., Ущаповский В.И. Исследование макронутриентов семян конопли в процессе кратковременного проращивания // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2022. Т. 12. N 4. С. 576–588. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2022-12-4-576-588.Minevich I.E., Nechiporenko A.P., Goncharo- va A.A., Uschapovsky V.I. Study of macronutrients in hemp seeds during short-term germination. Izvestiya Vuzov. Prikladnaya Khimiya i Biotekhnologiya = Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology. 2022;12(4):576-588. (In Russian). https://doi.org/10.21285/2227-2925-2022-12-4-576-588.Бухаров А.Ф., Балеев Д.Н., Бухарова А.Р. Использование температурного коэффициента при изучении прорастания семян // Пермский аграрный вестник. 2016. Т. 14. N 2. С. 10–15.Bukharov A.F., Baleev D.N., Bukharova A.R. Use of temperature coefficient in the study of seed germination. Permskii agrarnyi vestnik = Perm Agrarian Journal. 2016;14(2):10-15. (In Russian).Андреев Н.Р., Гольдштейн В.Г., Вассерман Л.А., Носовская Л.П., Адикаева Л.В. Исследование модификации крахмала при проращивании зерна гороха, нута и голозерного ячменя // Достижения науки и техники АПК. 2020. Т. 34. N 12. С. 90–94. https://doi.org/10.24411/0235-2451-2020-11215.Andreev N.R., Goldshtein V.G., Wasserman L.A., Nosovskya L.P., Adikaeva L.V. Study of starch modification during germination of pea, chickpea, and huskless barley grain. Dostizheniya nauki i tekhniki APK = Achievements of Science and Technology in Agro-Industrial Complex. 2020;34(12):90-94. (In Russian). https://doi.org/10.24411/0235-2451-2020-11215.Шаршунов В.А., Урбанчик Е.Н., Шалюта А.Е. Оптимизация режимов проращивания зерна гороха // Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия аграрных наук. 2014. N 1. С. 101–106.Sharshunov V.A., Urbanchyk E.N., Shaluta A.E. Optimization of modes of pea germination. Izvestiya Natsional’noi akademii nauk Belarusi. Seriya agrarnykh nauk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Agrarian series. 2014;(1):101-106. (In Russian).Чудинова Л.А., Суворов В.И. Влияние гипертермии на устойчивость проростков гороха к последующему засолению // Бюллетень Ботанического сада Саратовского государственного университета. 2006. N 5. С. 174–178.Chudinova L.A., Suvorov V.I. The effect of hyperthermia on the resistance of pea seedlings to subsequent salinity. Byulleten’ Botanicheskogo sada Saratovskogo gosudarstvennogo universiteta = Bulletin of Botanic Garden of Saratov State University. 2006;(5):174-178. (In Russian).Панкина И.А., Борисова Л.М. Исследование набухания и растворимости сухих веществ семян зернобобовых культур // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Процессы и аппараты пищевых производств». 2016. Т. 28. N 2. С. 13–20. https://doi.org/10.17586/23101164-2016-9-2-13-20.Pankina I.A., Borisov L.M. Grain legumes’ swelling and solubility of their dry solids. Nauchnyi zhurnal NIU ITMO. Seriya “Protsessy i apparaty pishchevykh proizvodstv” = Scientific journal NRU ITMOSeries “Processes and Food Production Equipment”. 2016;28(2):13-20. (In Russian). https://doi.org/10.17586/2310-11642016-9-2-13-20.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.