Pobierz PDF (Full Text)
Transkrypt
Pobierz PDF (Full Text)
ISSN 1895-4421 EPISTEME C Z A S O P I S M O NAU K OWO - K U LT U R A L N E KRAKÓW N r 25/2014 EPISTEME CZASOPISMO NAUKOWO-KULTURALNE R edakcja : Zdzisław Szczepanik (red. naczelny) Katarzyna Daraż-Duda (sekretarz redakcji) Piotr Walecki Grzegorz Chajko Krzysztof Duda Roman Turowski (red. techniczny) R ada N aukowa : Prof. dr hab. Dariusz Rott, Prof. dr hab. Włodzimierz Sady, Prof. dr hab. Michał Śliwa, Prof. dr hab. inż. Ryszard Tadeusiewicz, Prof. dr hab. Bogdan Zemanek, Ks. Prof. UPJP II, dr hab. Władysław Zuziak, Prof. nadzw. dr hab. Wiesław Alejziak, Prof. Ignatianum i UJ, dr hab. Józef Bremer SJ Prof. dr przew. kwal. II Paweł Taranczewski, Prof. dr Olga E. Kosheleva, Prof. dr Marko Jacov, Prof. dr Aleksandr Lokshin, Prof. dr Hans Jørgen Jensen, Prof. dr Oleksandr Chyrkov, Prof. dr Iryna Diachuk, Prof. dr Luiza Arutinov, Prof. dr hab. Michaił Odesskij, Prof. dr hab., dr. phil. Andrzej Wiercinski, Prof. dr eng. Elena Horska, Prof. UP dr hab. Andrzej Kornaś, Prof. Dr. Barry Lambert, Prof. Dr. Mahendra Rai, Prof. Dr. John P. Tsaknis W ydawca : Stowarzyszenie Twórców Nauki i Kultury „Episteme” ul. Okólna 28/87, 30–669 Kraków www.episteme-nauka.pl © Stowarzyszenie Twórców Nauki i Kultury „Episteme” i Autorzy Pierwotną wersją czasopisma jest wersja papierowa SPIS TREŚCI Dorota Dec, Sławomir Obudziński OCENA MIKOTOKSYN W MĄKACH DOSTĘPNYCH NA RYNKU WOJEWÓDZTWA PODLASKIEGO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Dorota Dec, Sławomir Obudziński WYSTĘPOWANIE MIKOTOKSYN W PRODUKTACH ZBOŻOWYCH DOSTĘPNYCH W HANDLU WOJ. PODLASKIEGO . . . . . . . . . . . . 15 Jan Dyduch BEZ CZARNY – CHARAKTERYSTYKA BIOLOGICZNA, WYKORZYSTANIE W ZIOŁOLECZNICTWIE, KOSMETYCE I GOSPODARSTWACH DOMOWYCH. CZ. I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Joanna Klepacka ZASTOSOWANIE KOMPUTEROWEJ ANALIZY OBRAZU DO OCENY BARWY NASION GRYKI W CZASIE PROCESU TECHNOLOGICZNEGO . . . . . . . 29 Joanna Klepacka, Agnieszka Najda NANOTECHNOLOGIA – MOŻLIWOŚCI I ZAGROŻENIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 Aleksandra Majkowska, Joanna Klepacka OCENA WYBRANYCH PARAMETRÓW METODY HPLC OZNACZANIA ZWIĄZKÓW FENOLOWYCH W KASZACH GRYCZANYCH PRAŻONYCH . . . . . . 53 Agnieszka Najda SUBSTANCJE TOKSYCZNE W ROŚLINACH Z WBUDOWANYM AZOTEM W STRUKTURĘ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 Agnieszka Najda, Justyna Bekier, Eduard Guleac, Agata Filiks PROFIL KWASÓW FENOLOWYCH LIŚCI BRZOZY BRODAWKOWATEJ (BETULA PENDULA ROTH) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 3 spis treści Agnieszka Najda, Sebastian Balant, Justyna Bekier, Diana Gruszkiewicz ZAWARTOŚĆ SKŁADNIKÓW CHEMICZNYCH W ŚWIEŻYCH LIŚCIACH STEWII (STEVIA REBAUDIANA BERTONI) .. . . . . . . . . . 87 Fabian Nowak, Joanna Michalak, Aleksandra Majkowska, Joanna Klepacka BADANIE ZAWARTOŚCI AKRYLAMIDU W PIECZYWIE – OCENA NARAŻENIA NA PRZYKŁADZIE LUDNOŚCI POLSKIEJ . . . . . . . . . . . . 95 Ernest Stawiarz, Jan Dyduch ZASTOSOWANIE PRODUKTÓW PSZCZELICH POCHODZENIA ROŚLINNEGO W APITERAPII . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 Klaudia Świca ODMIANA BURKA CUKROWEGO (BETA VULGARIS) – CZYNNIK MODYFIKUJĄCY ZAWARTOŚĆ WĘGLOWODANÓW I EKSTRAKTU . . . . . . . . . 129 Grzegorz Żółty Ekologia pszczoły miodnej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 Anna Skrzypik, Roman Prażak ZAWARTOŚĆ BIAŁKA W ZIARNIE LINII MIESZAŃCOWYCH AEGILOPS VENTRICOSA TAUSCH. I AE. JUVENALIS (THELL.) EIG. Z TRITICUM DURUM DESF. I T. AESTIVUM L. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 Roman Prażak, Anna Skrzypik EFEKTYWNOŚĆ WYKORZYSTANIA POSTĘPU BIOLOGICZNEGO W HODOWLI I UPRAWIE ŻYTA (SECALE CEREALE L.) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 Adrienn Goda, Viktor Medina, László Zsidai EXAMINATION OF SUPPLIERS FOR HUNGARIAN COB CRACKER MANUFACTURERS AND ITS COMPARATIVE ANALYSIS WITH OTHER INDUSTRIES . . . . . . . . . . . 169 4 CONTENTS Dorota Dec, Sławomir Obudziński ASSESSMENT OF MYCOTOXINS IN FLOURS AVAILABLE TO TRADE THE PROVINCE PODLASKIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Dorota Dec, Sławomir Obudziński OCCURRENCE OF MYCOTOXINS IN CEREAL PRODUCTS AVAILABLE TO TRADE THE PROVINCE PODLASKIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Jan Dyduch ELDER TREE – CHARAKTERISTIC OF BIOLOGY, ITS EXPLOITATION IN HERBAL MEDICINE, COSMETICS AND HAUSEHOLD. PART. I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Joanna Klepacka THE APPLICATION OF COMPUTER IMAGE ANALYSIS FOR EVALUATING SEED COLOUR OF BUCKWHEAT DURING THE TECHNOLOGICAL PROCESS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 Joanna Klepacka, Agnieszka Najda NANOTECHNOLOGY – OPPORTUNITIES AND RISKS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 Aleksandra Majkowska, Joanna Klepacka EVALUATION OF A FEW PARAMETERS OF THE HIGH PERFORMANCE LIQUID CHROMATOGRAPHY METHOD IN ROASTED BUCKWHEAT GROATS . . . . 53 Agnieszka Najda TOXIC SUBSTANCES IN PLANTS WITH BUILT STRUCTURE WITH NITROGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 Agnieszka Najda, Justyna Bekier, Eduard Guleac, Agata Filiks PHENOLIC ACID PROFILE OF SILVER BIRCH (BETULA PENDULA ROTH) LEAVES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 5 contents Agnieszka Najda, Sebastian Balant, Justyna Bekier, Diana Gruszkiewicz DETERMINATION OF CHEMICAL COMPOSITION OF STEVIA (STEVIA REBAUDIANA BERTONI) FRESH LEAVES . . . . . . . . . . . . . . . 87 Fabian Nowak, Joanna Michalak, Aleksandra Majkowska, Joanna Klepacka STUDY ON ACRYLAMIDE CONTENT IN BREAD – RISK ASSESSMENT IN RELATION TO THE POLISH POPULATION . . . . . . . . . . . . . . . 95 Ernest Stawiarz, Jan Dyduch THE USE OF HONEY BEE PRODUCTS OF PLANT ORIGIN IN APITHERAPY . . 111 Klaudia Świca CULTIVAR OF BEET SUGAR (BETA VULGARIS) – FACTOR MODIFYING CARBOHYDRATE CONTENT AND EXTRACT . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 Grzegorz Żółty Ecology honey bee . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 Anna Skrzypik, Roman Prażak GRAIN PROTEIN CONTENT IN AEGILOPS VENTRICOSA TAUSCH. AND AE. JUVENALIS (THELL.) EIG. WITH TRITICUM DURUM DESF. AND T. AESTIVUM L. HYBRID LINES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 Roman Prażak, Anna Skrzypik EFFICIENCY OF BIOLOGICAL PROGRESS IN BREEDING AND CULTIVATION OF RYE (SECALE CEREALE L.) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 Adrienn Goda, Viktor Medina, László Zsidai EXAMINATION OF SUPPLIERS FOR HUNGARIAN COB CRACKER MANUFACTURERS AND ITS COMPARATIVE ANALYSIS WITH OTHER INDUSTRIES . . . . . . . . . . . 169 6 Dorota DEC Sławomir OBIDZIŃSKI EPISTEME 25/2014 s. 7–13 ISSN 1895-4421 OCENA MIKOTOKSYN W MĄKACH DOSTĘPNYCH NA RYNKU WOJEWÓDZTWA PODLASKIEGO ASSESSMENT OF MYCOTOXINS IN FLOURS AVAILABLE TO TRADE THE PROVINCE PODLASKIE Abstrakt. Celem artykułu jest przedstawienie wyników badań dotyczących oceny zanieczyszczenia mikotoksynami różnych rodzajów mąk dostępnych na rynku woj. podlaskiego. Identyfikacji poddano toksyny grzybów pleśniowych: aflatoksyny, deoksyniwalenol, ochratoksyny A oraz zearalenon. Stwierdzono, że mikotoksyny występowały we wszystkich badanych mąkach. Słowa kluczowe: mąka, mikotoksyny, aflatoksyny, deoksyniwalenol, ochratoksyny A, zearalenon. Summary. This article presents a study on the assessment of the mycotoxin contamination types and kinds of flour available on the market province Podlaskie. Identification of mold toxins were: aflatoxin, deoxynivalenol, ochratoxin A and zearalenone. It was found that mycotoxins were present in all tested flours. Key words: flour, mycotoxins, aflatoxin, deoxynivalenol, ochratoxin A, zearalenone 7 Dorota Dec, Sławomir Obudziński WSTĘP Mikotoksyny to metabolity wtórne grzybów pleśniowych, należących przede wszystkim do rodzajów Aspergillus, Penicillium oraz Fusarium, które mogą stanowić potencjalne zagrożenie dla zdrowia ludzi i zwierząt (Binder 2007). Mikotoksyny to cząsteczki termostabilne, o niskiej masie cząsteczkowej. Do najczęściej występujących mikotoksyn należą: aflatoksyny B1, B2, G1, G2 oraz ich metabolity M1 i M2, trichoteceny A: toksyna T-2, toksyna HT-2, diacetoksyscirpenol/DAS, neosolaniol/NEO oraz B: deoksyniwalenol/ DON, niwalenol/NIV, fuzarenon-X/FUSX; ochratoksyna A, B i C, zearalenon/ZEN i fumonizyny B1, B2, B3. W zbożach i produktach zbożowych najczęściej występują trichoteceny i ochratoksyny (Hussein i Brasel 2001; Pokrzywa i in. 2007). Wykazują one właściwości rakotwórcze, mutagenne, teratogenne i estrogenne, a ich szkodliwe działanie stwierdza się w przypadku występowania w niewielkich stężeniach. Zanieczyszczenie mikotoksynami żywności i pasz w znacznym stopniu zależy od warunków środowiska, które mogą umożliwiać i przyspieszać powstawanie oraz rozwój pleśni. Porażają rośliny o podstawowym znaczeniu gospodarczym we wszystkich strefach klimatycznych, powodując znaczne straty plonów a skażenie nimi może nastąpić na każdym etapie produkcji żywności i pasz. (Bittencourt i in. 2005; Cegielska-Radziejewska i in. 2009; Ghali i in. 2008). Zawartość mikotoksyn jest ważnym wskaźnikiem jakości ziarna zbóż, produktów spożywczych i pasz. Celem pracy stała się ocena zanieczyszczenia mikotoksynami różnych rodzajów mąk dostępnych na rynku woj. podlaskiego. METODYKA BADAŃ Materiałem badawczym były mąki: pszenna (6 typów), żytnia (3 typy), kukurydziana, gryczana i ryżowa dostępne na rynku woj. podlaskiego. Próbki do badań zostały pobrane w ilości 10 g, zgodnie z normą PN-ISO ISO 24333:2009. Do oznaczania zawartości aflatoksyn, deoksyniwalenolu (DON), ochratoksyny A, zearalenonu (ZEA) w mąkach zastosowano metodę immunoenzymatyczną ELISA. Do ich wykrycia wykorzystano testy Ridascreen: Aflatoxin Total, Ochratoxin A, DON, Zearalenon. Do odczytu gęstości optycznej 8 Ocena mikotoksyn w mąkach dostępnych na rynku województwa... próbek użyto czytnika mikropłytek firmy Molecular Devices przy długości fali 450 nm. Na podstawie krzywej standardowej obliczano stężenie badanej mikotoksyny. Ocenę dokonano przez porównanie zgodności wyników dla zbadanej próbki z maksymalnymi dopuszczalnymi poziomami przyjętymi w rozporządzeniu Parlamentu Europejskiego i Rady nr 1881/2006 z dnia 19 grudnia 2006 r. zmieniającym rozporządzenie (WE) nr 466/2001 z dnia 8 marca 2001 r. oraz zmieniającymi je rozporządzeniami Komisji (WE): 1126/2007, 565/2008, 629/2008, 105/2010, 165/2010. WYNIKI BADAŃ I DYSKUSJA We wszystkich badanych próbkach stwierdzono występowanie mikotoksyn fuzaryjnych: deoksyniwalenolu i zearalenonu (tab. 1), natomiast występowanie mikotoksyn przechowalniczych: aflatoksyny i ochratoksyny A zależało od rodzaju analizowanych próbek. Alfatoksyny występowały w 9 badanych mąkach a ilość ich kształtowała się na poziomie od 1,2 do 7,4 µg/kg. Najmniejszą ilość mikotoksyn ALFA odnotowano w mąkach pszennych, zaś najwyższą w mące żytniej typ 2000. Zanieczyszczenie aflatoksynami, przy sprzyjających warunkach może nastąpić w trakcie wzrostu roślin. Największe zanieczyszczenie tymi toksynami stwierdzono w artykułach rolnych przechowywanych w niewłaściwych warunkach (Pittet 1998; Pokrzywa i in. 2008). Ochratoksynę A wykryto w 3 produktach: w mące z nasionami słonecznika (2,3 µg/kg), w mące orkiszowej razowej typ 2000 (1,9 µg/kg) i w mące żytniej typ 2000 (2,5 µg/kg). Z doniesień Chełkowskiego i współ. (1991) wynika, że ochratoksyna A jest mikotoksyną najczęściej obecną w ziarnie zbóż. Częściej i w wyższych stężeniach obserwuje się ją w okresie wiosennym, po kilkumiesięcznym przechowywaniu ziarna, natomiast według Golińskiego i in. (1983) średnio co czwarta próbka zbóż zawiera ochratoksynę A. W badanych mąkach najwięcej było deoksyniwalenolu (DON), odnotowano go na poziomie od 78 µg/kg w mące gryczanej do 859 µg/kg w mące żytniej typ 2000. Stwierdzono, że ilość tego związku w trzech produktach przekraczała dopuszczalne normy. Maksymalne dopuszczalne zawartości DON wynoszą 750 µg/kg w produktach zbożowych i 500 µg/kg w produktach dla dzieci, 9 Dorota Dec, Sławomir Obudziński w tym w chlebie i płatkach dla dzieci 350 µg/kg, natomiast w przypadku zearalenon (ZEN) 50 µg/kg dla produktów ze zbóż i 20 µg/kg dla produktów dla dzieci. Stolarska i Marzec (2012) w swoich badaniach różnych produktów zbożowych odnotowali podobne wartości DON. Mikotoksyna zearalenon (ZEN) znajdowała się we wszystkich badanych produktach. Największą jej ilość wykazano w mąkach typ 2000 i wynosiła w tych próbkach około 12 µg/kg. Najmniejsze ilości zearalenonu odnotowano w trzech mąkach, dwóch pszennych i gryczanej. W badaniach Pacha (2005) średnia zawartość zearalenonu (ZEA) w ziarnach jęczmienia wynosiła od 1 do 2000 μg/kg. Tab. 1. Zawartość mikotoksyn w mąkach wyrażona w ppb [µg/kg] Produkt AFLA** OTA** DON** ZEN** Mąka pszenna tortowa typ 450 2,1 ns* 250 2,3 Mąka pszenna typ 500 1,2 ns* 380 2,6 Mąka pszenna krupczatka typ 500 2,4 ns* 276 8,5 Mąka pszenna typ 550 ns* ns* 289 6,2 Mąka pszenna z nasionami słonecznika ns* 2,3 457 11,6 Mąka pszenna razowa typ 2000 5,7 ns* 759 12,7 Mąka orkiszowa razowa typ 2000 4,5 1,9 787 11,8 Mąka żytnia typ 720 ns* ns* 267 4,3 Mąka żytnia typ 1200 ns* ns* 299 10,5 Mąka żytnia typ 2000 7,4 2,5 859 13,5 Mąka gryczana 5,4 ns* 78 2,9 Mąka kukurydziana 6,3 ns* 159 5,6 Mąka ryżowa 4,2 ns* 97 4,0 *ns – nie stwierdzono **AFLA – aflatoksyny, OTA – ochratoksyna A, DON – deoksyniwalenol, ZEN – zearalenon 10 Ocena mikotoksyn w mąkach dostępnych na rynku województwa... Monitorowanie obecności mikotoksyn w zbożach i paszach musi być prowadzone przez cały czas, ich poziom w ziarnach zbóż jak i w nasionach innych roślin zależy od wielu czynników, na które często nie ma się wpływu m.in. od roku i panujących w nim warunków pogodowych (Perkowski 1999; Wiśniewska 2005). Produkty zbożowe stanowią podstawę piramidy żywieniowej człowieka i zaleca się, aby stanowiły składnik każdego posiłku. Ze względu na różnorodną strukturę chemiczną i odmienne właściwości fizyczno-chemiczne tych związków do oznaczania ich stężenia w paszach i zbożach wykorzystuje się wiele metod. Najczęściej stosowana jest wysoko sprawna chromatografia cieczowa (HPLC), jednakże do celów praktycznej kontroli jakości zaleca się wykorzystanie metody immunoenzymatycznej ELISA (Ostry i Skarkova 2003, Krska i in. 2005). Kontrola mikotoksyn musi opierać się o metody szybkie i efektywne, mające zastosowanie w całym procesie produkcji, ze względu na konieczność zapewnienia bezpieczeństwa żywności. Wykrycie mikotoksyn umożliwia szybkie wycofanie pasz i zbóż, w których zawartość mikotoksyn przekracza dopuszczalny poziom (Korol 2007). Rozwój toksykologii oraz rosnąca świadomość zagrożeń, jakie niosą mikotoksyny wytwarzane przez grzyby pleśniowe spowodowało duże zainteresowanie badaczy tym problemem. Powstają liczne prace naukowe traktujące zarówno o obecności surowcach i produktach spożywczych pleśni oraz produkowanych przez nie toksyn, jak również o metodach ich wykrywania i zwalczania. WNIOSKI We wszystkich analizowanych produktach stwierdzono obecność mikotoksyn fuzaryjnych, natomiast ochratoksynę A wykryto tylko w trzech próbach analizowanych mąk. Dominującą mikotoksyną był deoksyniwalenol, którego ilość wynosiła od 78 do 859 μg/kg a jego stężenie zostało przekroczone w trzech mąkach typ 2000. Uzyskane wyniki wskazują na potrzebę systematycznej i stałej kontroli występowania mikotoksyn w żywności. 11 Dorota Dec, Sławomir Obudziński LITERATURA Binder E.M., Tan L.M., Chin L.J., Handl J., Richard J. 2007. Worldwide occurence of mycotoxins in commodieties, feeds and leeds ingredients. Animal Feed Science and Technology, 137, s. 265–282. Bittencourt A.B.F., Oliveira C.A.F., Dilkin P., Corrêa B. 2005. Mycotoxin occurrence in corn meal and flour traded in São Paulo, Brazil. Food Control, 16, 117–120. Cegielska-Radziejewska R., Szablewski T., Karolczak K., Kaczmarek A., Kijowski J. 2009. Ocena zawartości mikotoksyn w zbożach paszowych i paszach metodą immunoenzymatyczną. Nauka. Przyroda. Technologie,3 (4), 1–9. Chełkowski J. 1991. Mycological quality of Mied feeds and ingredients. w: Chełkowski J (Edytor): Cereal grain, mycotoxins, fungi and quality indrying and storage. Elsevier, Amsterdam, London, New York,; 217–227. Ghali R., Hmaissia-khlifa K., Ghorbel H., Maaroufi K., Hedili A. 2008. Incidence of aflatoxins, ochratoxin A and zearalenone in tunisian foods. Food Control, 19, 921–924. Goliński P., Chełkowski J., Konarkowski A., Szebiotko K. 1983. Mycotoxins in cereal grain. Part VI; The effect of ochratoxin A on growth and tissue residues of the mycotoxin in broiler chickens. Molecular nutrition and food research.; 27, 251–256. Hussein H.S., Brasel J.M. 2001. Toxicity, metabolism and impact of mycotoxins on humans and animals. Toxicology, 167, s. 101–134. ISO 24333:2009 – Ziarno zbóż i przetwory zbożowe – pobieranie Korol W., 2007. Wymagania dotyczące higieny produkcji pasz oraz żywienia zwierząt. Pasze Przem. 9/10: 35–38. Krska R., Welzig E., Berthiller F., Molinelli A., Mizaikoff B., 2005. Advances in the analysis of mycotoxins and its quality assurance. Food Additiv. Contam. 22: 345–353. Ostry V., Skarkova J., 2003. A HPTLC method for determination of the mycotoxin zearalenone in cereal products. Mycotoxin Res. 19, 1: 64–68. Pach J., Antkiewicz P., Poreda A. 2005. Aspekty zdrowotne substancji niepożądanych w piwie oraz ryzyko ich występowania. Materiały z konferencji technologii fermentacji Kraków–Wisła, s. 20. Perkowski J. 1999. Badania zawartości toksyn fuzaryjnych w ziarnie zbóż. Rozprawy Naukowe Rocznik AR w Poznaniu, z. 295, s. 11–34. Pittet A. 1998. Natural occurrence of mycotoxins in foods and feedsan updated review. Revue de Médecine Vétérinaire, 149, 6 s. 479–492. Pokrzywa P., Cieślik E., Surma-Zadora M. 2008. Mikotoksyny – czynnik zagrożenia żywności. Postępy Nauk Rolniczych., , nr 4, s. 73–80. 12 Ocena mikotoksyn w mąkach dostępnych na rynku województwa... Pokrzywa P., Cieślik E., Topolska K. 2007. Ocena zawartości mikotoksyn w wybranych produktach spożywczych. Żywność. Nauka. Technologia. Jakość, 3(52), s. 139–146. Solarska E., Marzec M. 2012. Mikotoksyny w produktach zbożowych z upraw ekologicznych. Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering”, Vol. 57(4). Wiśniewska H. 2005. Fuzarioza kłosów pszenicy. Postępy Nauk Rolniczych, nr 4 52/57, s. 15–30. Adres do korespondencji: Dorota Dec Zakład Inżynierii Rolno-Spożywczej i Leśnej Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska Politechnika Białostocka ul. Wiejska 45 A, 15–351 Białystok e-mail: [email protected] 13 Dorota DEC Sławomir OBIDZIŃSKI EPISTEME 25/2014 s. 15–20 ISSN 1895-4421 WYSTĘPOWANIE MIKOTOKSYN W PRODUKTACH ZBOŻOWYCH DOSTĘPNYCH W HANDLU WOJ. PODLASKIEGO OCCURRENCE OF MYCOTOXINS IN CEREAL PRODUCTS AVAILABLE TO TRADE THE PROVINCE PODLASKIE Abstrakt. Celem pracy było określenie zanieczyszczenia mikotoksynami produktów zbożowych znajdujących się w handlu na terenie woj. podlaskiego. Identyfikacji poddano toksyny grzybów pleśniowych: aflatoksyny, deoksyniwalenoly, ochratoksyny A oraz zearalenony. Aflatoksyny wykryto w 5 produktach, ochratoksyną A w 13 a deoksyniwalenol i zearalenon oznaczono we wszystkich 34 badanych produktach zbożowych. Słowa kluczowe: kasza, mikotoksyny, aflatoksyny, deoksyniwalenol, ochratoksyny A, zearalenon Summary. The purpose of this study was to determine mycotoxin contamination of cereal products contained in the trade in the province Podlaskie. Identification of mold toxins were: aflatoxin, deoxynivalenol, ochratoxin A and zearalenone. Aflatoxins were detected in 5 products, ochratoxin A and deoxynivalenol in 13 and zearalenone were determined in all 34 surveyed cereal products. Key words: groat, mycotoxins, aflatoxin, deoxynivalenol, ochratoxin A, zearalenone 15 Dorota Dec, Sławomir Obudziński WSTĘP Kasze produkowane są z wielu zbóż, mogą to być ziarna całe lub rozdrobnione z usuniętą całkowicie bądź częściowo łuską. Najczęściej stosowanymi surowcami do produkcji kasz są: jęczmień (Hordeum vulgare), owies (Avena sativa), gryka (Fagopyrum esculentum), kukurydza (Zea mays), pszenica (Triticum aestivum), ryż (Oryza sativa) i proso (Panicum miliaceum). Skład chemiczny i wartość odżywcza kasz zależą od stopnia ich rozdrobnienia, obłuszczenia, oraz od rodzaju zboża z jakiego zostały wytworzone. Kasze można podzielić na trzy grupy ze względu na kształt, stopień przerobu i wielkość cząstek: otrzymywane z rozdrobnienia całej kaszy (np. kasze gryczane i łamane jęczmienne), otrzymywane z obłuskiwania ziarna całego z zachowaniem jego kształtu (np. ryż, kasza gryczana cała, pęczak jęczmienny i kasza jaglana), otrzymywane w wyniku obtaczania dodatkowego bądź polerowania powierzchni kaszy łamanej (np. kasze jęczmienne perłowe, kaszki kukurydziane i kasza manna pszenna). W każdej z kasz powinna występować wyrównana wielkość cząstek, co ma wpływ na ich czas gotowania, ponieważ wpływa na szybkość i równomierność pochłaniania wody [Jurga 2004, Świderski 2010]. Kasze dostarczają organizmowi cennych składników odżywczych takich jak skrobia, białko, błonnik, witaminy oraz składniki mineralne. Kasze o grubym przemiale mają wyższą wartość odżywczą niż kasze z przemiału drobnego. Przyrządzone z nich potrawy są sycące, tanie, lekkostrawne, wysokokaloryczne, szczególnie zalecane dla osób pracujących fizycznie i chorych oraz dzieci i młodzieży [Czerwińska 2009]. Zboża są porażane przez grzyby pleśniowe wytwarzające mikotoksyny już na polu a później następuje ich rozwój podczas przechowywania. Mikotoksyny należą głównie do rodzajów Penicillium, Fusariumoraz Aspergillus, są one potencjalnym zagrożeniem dla ludzi i zwierząt. Wykazują działanie mutagenne, rakotwórcze, estrogenne i taratogenne. Szkodliwość mikotoksyn stwierdza się już przy niewielkim stężeniu. Warunki środowiska, które umożliwiają i przyśpieszają powstawanie pleśni i ich rozwój, decydują o stopniu zanieczyszczenia produktów spożywczych i pasz [Stanisławczyk 2010]. Celem pracy było przebadanie 30 próbek kasz dostępnych na rynku w woj. podlaskim na obecność mikotoksyn: aflatoksyn, deoksyniwalenolu, ochratoksyny A oraz zearalenonu. 16 Wystepowanie mikotoksyn w produktach zbożowych dostępnych... MATERIAŁ I METODY Materiałem badawczym były 34 próbki kasz (pęczak, jęczmienna gruba, jęczmienna perłowa średnia, jęczmienna drobnoziarnista, gryczana, pszenna manna, jaglana, płatki owsiane i ryż) dostępne na rynku woj. podlaskiego. Próbki do badań zostały pobrane w ilości 10 g, zgodnie z normą PN-ISO ISO 24333:2009. Do oznaczania zawartości aflatoksyn (AFLA), deoksyniwalenolu (DON), ochratoksyny A (OTA) i zearalenonu (ZEA) w kaszach zastosowano metodę immunoenzymatyczną ELISA. Do ich wykrycia wykorzystano testy Ridascreen: Aflatoxin Total, Ochratoxin A, deoksyniwalenol, Zearalenon. Do odczytu gęstości optycznej próbek użyto czytnika mikropłytek firmy Molecular Devices przy długości fali 450 nm. Na podstawie krzywej standardowej obliczono właściwe stężenie badanej miko toksyny a oceny dokonano przez porównanie zgodności wyników dla zbadanej próbki z maksymalnymi dopuszczalnymi poziomami przyjętymi w rozporządzeniu Parlamentu Europejskiego i Rady nr 1881/2006 z dnia 19 grudnia 2006 r. Pomiary przeprowadzono w 5 powtórzeniach. WYNIKI BADAŃ I DYSKUSJA Zawartość mikotoksyn w badanych produktach zbożowych przedstawiono w tab. 1. Mikotoksyny przechowalnicze: aflatoksyny i ochratoksyna A nie były obecne we wszystkich analizowanych produktach. Afatoksyny wykryto w pięciu kaszach: w dwóch próbkach kaszy jaglanej i trzech ryżu a ich zawartość wynosiła od 3,1 do 6,1 µg/kg. Większość prób charakteryzowała się nieznacznie przekroczonymi dopuszczalnymi normami dla tej mikotoksyny w mące i produktach zbożowych, która wynosi 4 µg/kg (wyjątkiem była jedna z analizowanych kasz jaglanych). Według Światowej Organizacji Zdrowia aflatoksyna B1 ma najsilniejsze działanie kancerogenne z dotychczas poznanych [Jestoi i in. 2004]. Ochratoksynę A oznaczono w 13 produktach na 34 przebadane, w 6 ilość toksyny przekraczała dopuszczalne normy wynoszące 3 µg/kg. We wszystkich analizowanych próbach stwierdzono obecność mikotoksyn fuzaryjnych, przy czym ich skład ilościowy i jakościowy był różny i uzależniony od rodzaju produktu, a dopuszczalna zawartość deoksyniwalenolu zgodnie 17 Dorota Dec, Sławomir Obudziński Tab. 1. Zawartość mikotoksyn w produktach zbożowych wyrażona w ppb [µg/kg] Nazwa produktu zbożowego Kasza jęczmienna pęczak Kasza jęczmienna gruba Kasza jęczmienna wiejska Kasza jęczmienna perłowa średnia Kasza jęczmienna drobnoziarnista Kasza manna Kasza gryczana 18 Ilość prób danego AFA* produktu OTA* DON* ZEN* 1 ns ns 250 2,3 2 ns ns 150 3,2 3 ns ns 173 2,7 4 ns ns 243 2,6 1 ns ns 380 2,6 2 ns ns 369 2,4 3 ns ns 267 3,2 4 ns ns 250 3,1 1 ns ns 130 2,5 2 ns ns 240 2,3 3 ns ns 260 2,6 1 ns ns 276 2,9 2 ns 2,7 345 4,3 3 ns 1,8 470 3,6 1 ns ns 289 2,5 2 ns ns 290 1,6 3 ns ns 230 2,6 1 ns ns 259 1,7 2 ns ns 387 2,8 3 ns 1,7 360 2,9 4 ns 1,6 230 3,7 1 ns 4,0 759 12,7 2 ns 3,4 670 11,4 3 ns 2,8 650 9,6 4 ns 3,8 712 5,9 Wystepowanie mikotoksyn w produktach zbożowych dostępnych... Kasza jaglana Płatki owsiane Ryż 1 4,2 1,9 787 6,5 2 3,1 2,3 236 3,9 1 ns ns 125 4,3 2 ns ns 109 4,9 3 ns ns 57 3,8 4 ns ns 159 4,1 1 5,5 4,0 560 15,5 2 5,3 3,9 866 19,5 3 6,1 3,7 780 19,4 * ALA – aflatoksyny, OTA – ochratoksyna A, DON – deoksyniwalenol, ZEN – zearalenon z Rozporządzeniem Komisji (WE) NR 1881/2006 w mące i produktach zbożowych przeznaczonych do spożycia nie powinna przekraczać 750 μg/kg, a w przypadku zearalenonu 75 μg/kg. WNIOSKI Stwierdzono, że wszystkie analizowane próbki kasz dostępne na rynku woj. podlaskiego zawierały miotoksyny, których ilość w niektórych z nich przekraczała dopuszczalne normy, co sugeruje potrzebę stałego kontrolowania ich zawartości w produktach dostępnych na rynku. Dopuszczalna zawartość deoksyniwalenolu zgodnie z Rozporządzeniem Komisji (WE) NR 1881/2006 w mące i produktach zbożowych przeznaczonych do spożycia nie powinna przekraczać 750 μg/kg, a w przypadku zearalenonu 75 μg/kg. Z badań wielu autorów wynika, że deoksyniwalenol i zearalenon występują powszechnie i uważane są za najczęstsze mikotoksyny zanieczyszczające produkty pochodzenia zbożowego przeznaczone na cele spożywcze i paszowe [Dall’Asta 2004, Jestoi i in. 2004]. Deoksyniwalenol znajdował się we wszystkich badanych produktach zbożowych a występował na poziomie od 57 μg/kg w płatkach owsianych do 866 μg/kg w ry-żu. Zearalenon również wykryto we wszystkich analizowanych produktach, jego ilość była na granicy wykrywalności i mieściła się w przedziale od 2,3 μg/kg w kaszach jęczmiennych do 19,5 μg/kg w ryżu. 19 Dorota Dec, Sławomir Obudziński LITERATURA Czerwińska D. 2009. Charakterystyka żywieniowa kasz cz.I. Wartość odżywcza i zdrowotna kaszy gryczanej. Przegląd Zbożowo – Młynarski. s. 11–12. Dall’Asta C., Sforza G. S., Galaverna G., Dossena A., Marchelli R. 2004. Simultaneous detection of type A and type B trichothecenes in cereals by liquid chromatography-electrospray ionization mass spektrometry using NaCl as cationization agent. J. Chromatogr. A, 1054 (1–2), 389–395. Jestoi M., Somma M.C., Kouva M., Veijalainen P., Rizzo A., Ritieni A., Peltonen K. 2004. Levels of micotoxins and sample cytotoxity of selected organic and conventional grain – based products purchased from Finnish and Italian markets. Mol. Nutr. Food Res., 48, 299–307. Jurga R. 2004. Prawie wszystko o kaszach. Przegląd Zbożowo-Młynarski. s. 25–26. Rozporządzeniem Komisji (WE) NR 1881/2006 z dnia 19 grudnia 2006 r. ustalające najwyższe dopuszczalne poziomy niektórych zanieczyszczeń w środkach spożywczych. Stanisławczyk R. 2010. Występowanie mikotoksyn w zbożach i przetworach zbożowych znajdujących się w placówkach handlowych województwa podkarpackiego. Żywność. Nauka. Technologia. Jakość. s. 58–66. Świderski F., 2010. Towaroznastwo żywności przetworzonej z elementami technologii. SGGW. Warszawa. Praca wykonana w ramach pracy statutowej Zakładu Inżynierii Rolno-Spożywczej i Leśnej, Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska, Politechnika Białostocka – S/WBiIŚ/2/15. Adres do korespondencji: dr inż. Dorota Dec Zakład Inżynierii Rolno-Spożywczej i Leśnej Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska Politechnika Białostocka ul. Wiejska 45 A, 15–351 Białystok e-mail: [email protected] 20 Jan DYDUCH EPISTEME 25/2014 s. 21–27 ISSN 1895-4421 BEZ CZARNY – CHARAKTERYSTYKA BIOLOGICZNA, WYKORZYSTANIE W ZIOŁOLECZNICTWIE, KOSMETYCE I GOSPODARSTWACH DOMOWYCH. CZ. I ELDER TREE – CHARAKTERISTIC OF BIOLOGY, ITS EXPLOITATION IN HERBAL MEDICINE, COSMETICS AND HAUSEHOLD. PART. I Abstrakt. W tej części pracy scharakteryzowano wzrost i rozwój roślin bzu czarnego. Podano wymagania klimatyczne i glebowe, sposoby rozmnażana oraz warunki pozyskiwania surowca. Słowa kluczowe: bez czarny, Sambucus nigra L., wzrost, rozwój Summary. In this part of work growth and development of elderberry plants (Sambucus nigra L) were characterized. The requirements of climate and soil conditions, methods of propagation and terms of raw material sourcing were given. Key words: elderberry, Sambucus nigra L., growth, development 21 Jan Dyduch WSTĘP Ludność przez całe stulecia wykorzystywała w celach leczniczych wyłącznie surowce naturalnego pochodzenia roślinnego, zwierzęcego i mineralnego. Surowce roślinne pozyskiwano z roślin rosnących na stanowiskach naturalnych, wprowadzając je stopniowo do uprawy w ogródkach przyklasztornych, dworskich czy przydomowych. Obecnie wiele surowców pozyskuje się zarówno ze stanowisk naturalnych jak też wprowadza się je stopniowo do upraw towarowych. Do takich roślin należą m. in.: mniszek lekarski, dziurawiec, głóg, pokrzywa a także bez czarny (Lipecki i Janisz, 2005; Lipecki i inni, 2003; Waźbińska, 1996 i 1999; Waźbińska i Puczel, 2002). Bez czarny opisywany był od dawna jako roślina lecznicza w różnych, starych opracowaniach z zakresu zielarstwa i ziołolecznictwa (Nowiński, 1983; Kawałko, 1986). Janicka-Krzywda (1997) tak charakteryzuje tę roślinę: ”W czerwcu jego gałązki uginają się pod ciężarem kiści białych, gorzko pachnących kwiatów, jesienią mieni się pękami drobnych, połyskliwo-czarnych jagód”. Nie wiadomo właściwie dlaczego ten właśnie krzew cieszył się od wieków jak najgorszą sławą. To pod nim szukały schronienia różnego rodzaju złe moce, zamieszkiwały w jego korzeniach i gałązkach, w kwiatach i jagodach, a czasem nawet wcielały się w tę roślinę. W niektórych jednak krajach, np. na Litwie, roślinie tej oddawano boską cześć, wierząc, że pod jej korzeniami zamieszkuje jedno z bóstw opiekuńczych. Także w Skandynawii pod bzem kładziono ofiary dla bóstw czy demonów domowych. Będąc siedzibą lub przynajmniej opiekunem tak potężnych mocy, czarny bez odgrywał znaczącą rolę w magii i medycynie ludowej. Dzisiaj czarny bez znajduje zastosowanie w przemyśle spożywczym i farmakologicznym, ma też zastosowanie w kosmetyce i w gospodarstwach domowych (Rumiński i Ożarowski, 1990; Strzelecka i Kowalski, 2000; Przybylak, 2005; Lamer-Zarawska i inni, 2007). 2. CHARAKTERYSTYKA WZROSTU I ROZWOJU BZU CZARNEGO Dziki bez czarny (Sambucus nigra L.) nazywany też pospolitym albo lekarskim, jak również bzem aptecznym, białym, psim, gołębią po22 Bez czarny – charakterystyka biologiczna, wykorzystanie w ziołolecznictwie... krzywą, holounderem, bzowiną, hycką czy też hyczką. Należy do rodziny przewiertniowatych (Caprifoliaceae ). Jest to wysoki krzew, silnie rozrastający się, czasem występuje w postaci niewysokiego drzewa, osiągającego od 2 do 6 metrów, według niektórych źródeł dorasta nawet do dziesięciu metrów. Rzadziej spotkać można go w formie rośliny zielnej. Młode gałązki są barwy zielonej z wieloma żółtymi przecinkowatymi przetchlinkami i pierścieniowatymi kolankami, natomiast w środku wyraźnie zaobserwować można gruby, biały, gąbczasty rdzeń. Młoda kora jest zielonawoszara, a wraz z upływem czasu staje się popielatoszara, spękana i głęboko bruzdowana lub jasnobrunatna. Liście są duże, dość okazałe, krótkoogonkowe, pojedyncze, pierzastosieczne o długości do 30cm, złożone z 5–7 listków eliptycznych lub podłużnych nierównopiłkowanych. Z wierzchu ciemnozielone i nagie, od spodu jaśniejsze i skąpo owłosione na głównym nerwie. Liście rozwijają się o wiele wcześniej niż kwiaty i opadają na zimę. Po roztarciu wydziela się nieprzyjemna i drażniąca woń (Nowak, 2000). Bez wydaje liczne kwiaty, są one 5-krotne, bardzo drobne i niepozorne, zebrane w płaskie, talerzowate, baldachokształtne kwiatostany o średnicy 10–20cm. Cechą charakterystyczną kwiatów jest ich obupłciowość i mimo sprawiającego wrażenie ciężkości są lekkie. Wydzielają silnie duszący, nieprzyjemny i mdły zapach, a smak jest korzenny i gorzkawy. Korona jest biała lub kremowa, działki kielicha są bardzo drobne, pręciki międzyległe z płatkami o jasnożółtych pylnikach. Słupek jest dolny, o krótkiej, grubej szyjce. Krzew ten kwitnie w maju i czerwcu. Owoce to czarne, mięsiste 6-nasienne pestkowce, lśniące i soczyste o średnicy 6 do 8 mm. Początkowo zielone, potem czerwieniejące, aby w końcowej fazie nabrać czarnofioletowego koloru. Owocostany są ciężkie i zwisające, mające mdły smak. Dojrzewają w sierpniu i we wrześniu. Występowanie. Spotykany w całej środkowej Europie, północnej Afryce i zachodniej Azji oraz w krajach bałkańskich. W Polsce występuje powszechnie na terenie całego kraju do wysokości 1100 m n.p.m.. Rośnie dziko w zaroślach, na miedzach, brzegach lasów, na zrębach leśnych, blisko ludzkich siedzib, na rumowiskach i wysypiskach. Nie spotyka się go jedynie w górach, bo ustępuje tam miejsca swemu krewniakowi bzowi koralowemu. 23 Jan Dyduch Bez czarny jest sadzony w parkach i ogrodach ze względów estetycznych, ale bardzo często rozsiewają go też ptaki w stanie naturalnym (Senderski, 2004). Wymagania klimatyczne i glebowe. Bez czarny nie ma żadnych wymagań glebowych, rośnie dobrze na każdej glebie, chociaż najdorodniejszy bywa i najlepiej plonuje na czarnoziemach i lessach. Lubi również gleby stosunkowo wilgotne, pulchne, próchniczne, piaszczysto-gliniaste i ciepłe, a nawet gleby napromieniowane. Można go uprawiać na różnych glebach, ale musi mieć zapewnioną odpowiednią ilość składników pokarmowych, szczególnie azotu. Nie lubi jedynie gleb kwaśnych. Jeśli uprawia się go na glebach lżejszych, należy przed sadzeniem takie gleby zwapnować miałem wapiennym w ilości 2–3t·ha-1 na wilgotną glebę. Przed sadzeniem należy wysiać nawóz Polifoskę w ilości ok. 400–500kg·ha-1, mieszając go z glebą przy uprawie całego pola. Dobrze jest mu zapewnić stanowisko słoneczne, lecz jeśli nie ma takiej możliwości, zadowoli się i półcienistym. Stanowisko powinno być ciepłe i chronione od wiatru (Sarwa, 1999). Rozmnażanie. Bez czarny najprościej rozmnaża się z nasion. Można wysiewać je natychmiast po wymyciu z zupełnie dojrzałych owoców na uprzednio przygotowane stanowisko. Wschody, które najczęściej są obfite, następują na wiosnę. Zostawia się tylko najdorodniejsze siewki w takiej ilości, ile potrzeba ich do uprawy a resztę się wyrywa. Pozostawione siewki nie mogą rosnąć gęściej niż w rozstawie 20 x 30 cm. Na jesieni należy przesadzić je na miejsca stałe. W owocowanie wchodzą one około czwartego roku życia. Jeśli nie ma możliwości wysiania nasion tuż po zbiorze, da się to uczynić wczesną wiosną (po obeschnięciu ziemi), poddawszy je w okresie zimowym stratyfikacji w piasku, w temperaturze około 4°C. Krzew ten można rozmnażać poprzez sadzonki zielne i zdrewniałe. Zielne przygotowuje się od połowy czerwca do połowy lipca z nowych przyrostów. Odcinek pędu powinien mieć co najmniej 2–4 liście. Przed sadzeniem dolne liście się usuwa, pozostawiając tylko dwa górne. Rośliny po posadzeniu muszą być często zraszane. Pędy zdrewniałe przygotowuje się jesienią, tuż po opadnięciu liści. Dorodne, jednoroczne, w pełni zdrewniałe pędy tnie się na odcinki o pięciu-sześciu oczkach. Zarówno cięcie dolne, jak i górne należy wykonywać w poprzek pędów. Pocięte kawałki pędów sadzi się głęboko 24 Bez czarny – charakterystyka biologiczna, wykorzystanie w ziołolecznictwie... w otwory wykonane zaostrzonym kijem, w ten sposób, aby ponad powierzchnią gruntu znalazły się dwa oczka, a reszta była ukryta w ziemi (Gumowska, 1984). 3.WARUNKI POZYSKIWANIA SUROWCA Prawie wszystkie części rośliny stosuje się w lecznictwie. Najpopularniejszym surowcem jest kwiat (Sambuci flos), a także owoc (Sambuci fructus). Niemałe znaczenie ma też kora z korzeni, jak i same korzenie oraz liście. Zasadniczy surowiec zielarski stanowią kwiaty i owoce bzu czarnego pozyskiwane ze stanu naturalnego. Zbiór całych kwiatostanów odbywa się w maju i w czerwcu, kiedy to część kwiatów w baldachach jest jeszcze nie rozwinięta. Gdy kwiatostany są w pełni kwitnienia i opadają z nich już przekwitające kwiaty, nie można dokonywać zbioru, ponieważ uzyskany surowiec leczniczy jest niskiej jakości. Kwiatostany należy ścinać sekatorem i całe baldachy układać luźno w koszach. Kwiaty bzu zbiera się w suche dni i po obeschnięciu rosy. Efektem zbioru mokrych kwiatów jest ich ciemnienie w procesie transportu, a także samego suszenia. Należy również zwrócić uwagę na to, czy w czasie transportu nie doszło do zgniecenia kwiatów. Ścięte i luźno ułożone w koszach przenosi się do suszenia. Procesowi suszenia poddaje się całe kwiatostany i jeśli jest odpowiednia, ładna i sucha pogoda, można to robić w warunkach naturalnych. W zacienionych i przewiewnych miejscach rozkłada się kwiatostany pojedynczą warstwą na skrzynkach, sitach lub rozwiesza na drutach i sznurkach. Suszenie kwiatów bzu czarnego na słońcu prowadzi w rezultacie do ich ciemnienia i utraty właściwości leczniczych. Jeśli wilgotność powietrza jest wysoka a temperatury niższe, suszenie należy prowadzić w suszarniach ogrzewanych. Doskonale w tej roli sprawdzają się suszarnie komorowe typu Leśniczanka, ponieważ komora tej suszarni posiada kilkadziesiąt sit, na których luźno rozkłada się kwiatostany bzu. Maksymalna temperatura suszenia w suszarni ogrzewanej nie powinna być wyższa niż 35°C. Suszenie powinno się przerwać i przystąpić do ocierania w momencie, gdy kwiaty są już suche, a szypułki jeszcze elastyczne. Właściwy surowiec w postaci kwiatu bzu otartego uzyskuje się poprzez ocieranie kwiatostanów na sitach lub ręczne osmykiwanie z szypułek. Po otarciu kwiaty należy doczyścić na sitach 25 Jan Dyduch odrzucając szypułki kwiatostanowe. Charakterystyczną cechą zebranego we właściwym momencie, prawidłowo wysuszonego i doczyszczonego kwiatu bzu czarnego, jest naturalna białokremowa barwa (Janicka-Krzywda, 1997; Senderski, 2004 ). Ścinanie kwiatostanów bzu czarnego przeprowadza się na początku kwietnia, zaś w przypadku zbioru owoców ścina się całe baldachy dopiero wtedy, gdy wszystkie owoce są dojrzałe, czarne i lśniące. Pełna dojrzałość owoców bzu czarnego przypada na sierpień i wrzesień i w tym samym czasie dokonuje się zbioru. Nie należy ścinać baldachów w przypadku, gdy występuje nawet znikoma ilość zielonych i niewybarwionych owoców. Do suszenia owoców bzu czarnego konieczne są suszarnie ogrzewane. Ścięte baldachy z lśniąco czarnymi owocami układa się w płaskich koszach i nie dopuszczając do ich pogniecenia jak najszybciej przenosi do suszarni. Mogą to być suszarnie komorowe. Początkowa temperatura suszenia wynosi około 300C, a potem zwiększa się ją do 550C unikając przypalenia owoców. Wysuszone owoce ociera się na sitach i oczyszcza z szypułek. Jeśli owoce nie zawierają szypułek i owoców niewybarwionych, a także nie są zgniecione lub przypalone oznacza to, że były zebrane w odpowiednim momencie i prawidłowo wysuszone. Powinny też zachować naturalną, ciemnofioletową lub czarną barwę. Zbioru liści dokonuje się w kwietniu i maju, gdy są jeszcze młode, natomiast zbioru kory z korzeni lub samych korzeni dokonuje się na przedwiośniu w lutym i w marcu (Senderski, 2004). LITERATURA Gumowska I., 1984. O odżywczych i leczniczych właściwościach roślin. Wyd. WATRA Warszawa. Janicka-Krzywda J., 1997. Czarny bez (Sambucus nigra L. ) – krzew zły czy dobry? Kwiaty nr 3, 14. Kawałko M., 1986. Historie ziołowe. Krajowa Agencja Wydawnicza, Lublin. Lamer-Zarawska E., Kowal-Gierczak B., Niedworok J., 2007. Fitoterapia i leki roślinne. PZWL Warszawa. Lipecki J., Janisz A., 2005. Próba selekcji typów bzu czarnego (Sambucus nigra L.) w rejonie Lublina. Mat. X Ogólnop. Naukowego Zjazdu Hodowców Roślin Ogrodniczych. Skierniewice, 309–314. 26 Bez czarny – charakterystyka biologiczna, wykorzystanie w ziołolecznictwie... Lipecki J., Janisz A., Szember E., 2003. Zawartość niektórych składników chemicznych w owocach roślin mało znanych. Folia Horticulturae, supl. 1, 224–226. Nowak T., 2000. Warunki uprawy krzewów i drzew leczniczych. Wiadomości Zielarskie, 7/8, 26. Nowiński M., 1983. Dzieje upraw i roślin leczniczych. PWRiL Warszawa. Przybylak Z., 2005. Poradnik uzdrawiających kuracji naturalnych. Wydaw. Zysk. i Sk-a Poznań. Rumińska A., Ożarowski A., 1990. Leksykon roślin leczniczych. PWRiL Warszawa, 141. Sarwa A., 1999. Szlachetne i dzikie drzewa, krzewy i pnącza owocowe na działce. PWRiL Warszawa. Senderski M., 2004. Prawie wszystko o ziołach. Wydawnictwo FOOX Podkowa Leśna. Strzelecka H., Kowalski J., 2000. Encyklopedia zielarstwa i ziołolecznictwa. PWN Warszawa. Waźbińska J., 1996. Wstępne wyniki badań nad rozmnażaniem i morfologią krzewów odmian duńskichbzu czarnego i dziko rosnącego pochodzącego z Białorusi i okolic Olsztyna. II Ogólnop. Symp. ”Nowe rośliny i technologie w ogrodnictwie” Poznań, 1, 92–96. Waźbińska J., 1999. Niektóre cechy morfologiczne odmian i ekotypów bzu czarnego (Sambucus nigra L.). Mat. VIII Zjazdu Nauk. „Hodowla roślin ogrodniczych u progu XXI w.”. Lublin, 303–306. Waźbińska J., Puczel K., 2002. Fruit characteristics of elderberry (Sambucus nigra L.) grown on two different soils. J. Fruit Ornam. Plant Res., 10, 111–121. Adres do korespondencji: Prof. dr hab. Jan Dyduch Katedra Warzywnictwa i Roślin Leczniczych Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie ul. Leszczyńskiego 58, 20–069 Lublin e-mail: [email protected] 27 Joanna KLEPACKA EPISTEME 25/2014 s. 29–38 ISSN 1895-4421 ZASTOSOWANIE KOMPUTEROWEJ ANALIZY OBRAZU DO OCENY BARWY NASION GRYKI W CZASIE PROCESU TECHNOLOGICZNEGO THE APPLICATION OF COMPUTER IMAGE ANALYSIS FOR EVALUATING SEED COLOUR OF BUCKWHEAT DURING THE TECHNOLOGICAL PROCESS Abstrakt. Analizowano przydatność komputerowej analizy obrazu do oceny barwy nasion gryki i ich zmian zachodzących w czasie procesów technologicznych. Do badań wykorzystano próbki nasion gryki i wytworzone z nich kasze pochodzące z trzech polskich kaszarni stosujących różne parametry obróbki hydrotermicznej nasion. Wykazano, że komputerowa analiza obrazu jest dobrym narzędziem umożliwiającym ocenę barwy nasion gryki i jej zmian zachodzących w trakcie procesów technologicznych. Do tego celu najlepiej nadaje się analiza składowej czerwonej (R) i niebieskiej (B) w systemie RGB oraz określanie odcienia barwy (H) i jej intensywności (I) prowadzona w systemie HSI. Słowa kluczowe: gryka, barwa, komputerowa analiza obrazu, prażenie Summary. Computer image analysis method was analyzed to assess the colour of buckwheat seeds and their changes during technological processes. There were used a samples of buckwheat seeds and groats taken from three polish mills using different parameters of hydrothermal treatment. It has been shown that the computer image analysis is a good tool for evaluation of buckwheat’s seed colour and its changes during technological processes. For this purpose the most useful is analysis of the red (R) and blue (B) attributes in RGB system and determination of hue (H) and intensity (I) in HSI system. Key words: buckwheat, colour, computer image analysis, roasting 29 Joanna Klepacka WSTĘP Barwa produktów spożywczych stanowi ważne kryterium decydujące o ich jakości i postrzeganej przez konsumentów atrakcyjności [Brosnan i Sun 2004]. Może ona informować o składzie chemicznym produktu, a tym samym o jego przydatności do przetwórstwa, przechowywania czy transportu [Kubiak i Fornal 1995, Lewicki 1995]. Analiza barwy stosowana jest również do oceny procesów technologicznych i stopnia ich zaawansowania – np. procesu ekspandowania, suszenia lub prażenia [Svec i in. 2008, Jozinovic i in. 2012, Beitane i in. 2014]. Pomiar barwy może odbywać się metodami sensorycznymi lub instrumentalnymi [Whan i in. 2014]. Metody sensoryczne powinny być przeprowadzane przez wyspecjalizowane zespoły a uzyskanie powtarzalnych wyników jest przy ich użyciu bardzo trudne, ponieważ zależy od subiektywnej oceny osób wykonujących analizę [Wójtowicz i in. 2013]. Uzyskanie bardziej powtarzalnych wyników umożliwiają metody instrumentalne, wśród których do określenia barwy wykorzystuje się głównie metody spektrofotometryczne oraz komputerowe systemy wizyjne [Zapotoczny i Zielińska 2005]. Cyfrowa analiza obrazu (DIA – digital image analysis) jest jedną z technik kontroli jakości, która pozwala przeprowadzić automatyczną i wolną od błędów ocenę surowca, półproduktu lub produktu [Douik i Abdellaoui 2010, Chmiel i in. 2011]. Za jej pomocą można określić takie indywidualne cechy produktu jak: barwa, kształt czy wielkość [Tańska i in. 2005, Sanchez i in. 2008]. Cyfrowa analiza obrazu pozwala na przeprowadzenie pomiarów w sposób szybki i powtarzalny, dzięki czemu możliwe jest uzyskanie obiektywnych wyników kontroli jakości [Du i Sun 2005, Majkowska i in. 2013]. Na uwagę zasługuje również fakt, że metoda ta należy do technik przyjaznych dla środowiska, ponieważ pomiary nie wymagają stosowania odczynników i nie powodują niszczenia materiału badań [Brosnan i Sun 2004]. Celem pracy stało się określenie przydatności komputerowej analizy obrazu do oceny barwy nasion gryki i ich zmian zachodzących w czasie procesów technologicznych. Do badań wykorzystano próbki nasion gryki i wytworzone z nich kasze pochodzące z trzech polskich kaszarni stosujących różne parametry obróbki hydrotermicznej nasion. 30 Zastosowanie komputerowej analizy obrazu do oceny barwy... MATERIAŁ I METODY Analizowano pobrane w marcu 2012 nasiona gryki z łuską i uzyskaną z nich kaszę pochodzącą z trzech polskich zakładów produkcyjnych stosujących różne parametry obróbki technologicznej. Zakłady 2 i 3 wytwarzały jedynie kaszę prażoną prowadząc prażenie w kotłach ciśnieniowych, w których czynnikiem grzewczym była para wodna. Kaszarnia nr 2 prowadziła obróbkę w następujących warunkach: ciśnienie pary wodnej 6 barów, temperatura 105–1200C, czas prażenia 3 godziny, natomiast parametry stosowane przez zakład 3 to odpowiednio: 3 bary, 1700C, 40 minut. Kaszarnia nr 1 prowadziła ten proces w prażarkach bębnowych ogrzewanych drewnem, gdzie nie było możliwe kontrolowanie ciśnienia i temperatury, a proces ten trwał przez 6–7 godzin (kasza produkowana metodą starą). Dodatkowo przeprowadzono również analizę kaszy prażonej metodą właśnie wprowadzaną w tym zakładzie, polegającą na stosowaniu głowicy ogrzewającej prażarkę bębnową wykorzystującą energię cieplną uzyskaną ze spalania łuski gryczanej, co z czasem może ułatwić przebieg tego procesu poprzez jego zautomatyzowanie (kasza produkowana metodą nową). Z zakładu nr 1 pobrano również próbkę kaszy nieprażonej. W celu przeprowadzenia pomiaru barwy do badań pobrano reprezentatywną próbkę z każdego rodzaju nasion gryki i kaszy gryczanej w ilości 150 ziarniaków. Przed analizą ręcznie usunięto wszelkie zanieczyszczenia, a następnie ziarniaki umieszczono równomiernie na płytce szklanej i przeprowadzono pomiar barwy przy użyciu cyfrowej analizy obrazu [Brosnan i Sun 2004] z zastosowaniem zestawu Nikon NIS- Element Advanced Research wersja 3.00. Używano aplikacji Pentium IV 3,2 Ghz, 1 GB Ram, ustawienia obrazu 1280x1024 – tryb truecolor. Stosowano oświetlenie dwupunktowe o natężeniu 150 W, obiektyw zamontowano na wysokości 480 mm. W oparciu o dostępne oprogramowanie wyznaczono wartości średnie składowych modelu RGB: R – red (składowa czerwona), G – green (składowa zielona) i B – blue (składowa niebieska). Wartości poszczególnych składowych mieszczą się w zakresie od 0 do 255 przy czym wartość 0 określa barwę czarną a wraz ze wzrostem do wartości 255 staje się ona jaśniejsza. Barwę określono również korzystając z modelu HSI opierającego się na liczbowym określeniu trzech 31 Joanna Klepacka parametrów: H – hue (odcień barwy), S – saturation (nasycenie) oraz I – intensity (intensywność). Odcień H przyjmuje wartości od 0 do 3600C a ton czerwony uznawany jest za początek pełnego zakresu. Parametry S i I przyjmują wartości od 0 do 100%. Nasycenie S=100% położone jest na obwodzie okręgu, dzięki czemu barwa jest czysta a gdy S=0% – odpowiada obojętnej szarości i zlokalizowana jest w środku okręgu. I=0% odpowiada barwie czarnej a I=100% barwie białej [Foley i in. 2001]. W celu porównania wartości średnich przeprowadzono jednoczynnikową analizę wariancji przy poziomie istotności p=0,05 (test Duncana). Analiza statystyczna wyników została przeprowadzona z wykorzystaniem pakietu Statistica 10. WYNIKI I DYSKUSJA Analizując barwę nasion gryki w systemie RGB należy stwierdzić, że najwyższą wartością spośród wszystkich składowych tego modelu charakteryzowała się składowa R charakteryzująca natężenie barwy czerwonej a najniższą składowa B określająca intensywność barwy niebieskiej (rys. 1, tab. 1). Rys. 1. Barwa badanych produktów mierzona za pomocą wartości średnich w systemie RGB Wartości poszczególnych składowych były statystycznie jednakowe w obrębie wszystkich analizowanych nasion gryki i kasz 32 Zastosowanie komputerowej analizy obrazu do oceny barwy... prażonych (tab. 1), niezależnie od zakładu produkcyjnego, z którego pochodziły próbki do badań, co świadczy o tym, że korzystają one z surowców o takiej samej barwie i mimo różnic w prowadzonych sposobach obróbki nasion wytwarzają kasze prażone o statystycznie jednakowym zabarwieniu. Nie wykazano też różnic istotnych statystycznie w barwie kaszy prażonej wytwarzanej różnymi metodami w zakładzie 1. Analizując zmianę barwy nasion gryki w czasie obróbki technologicznej prowadzonej w poszczególnych zakładach stwierdzono, że produktem najjaśniejszym (najwyższe wartości liczbowe poszczególnych składowych) była kasza nieprażona, która charakteryzowała się najwyższą wartością składowej R i G oraz wysoką wartością składowej B. System ten umożliwia ocenę zmiany barwy nasion gryki zachodzącą w wyniku procesu technologicznego na podstawie składowych R i B, których wartości oznaczone dla nasion przed obróbką i po procesie prażenia są statystycznie różne w przypadku próbek pobieranych z każdej kaszarni. Potwierdzeniem różnic w barwie nasion gryki w zależności od ich gatunku są prace Qin i in. [2010]. Autorzy ci analizowali mąkę gryczaną uzyskiwaną z różnych rodzajów nasion i wykazali, że mąka uzyskana z gryki tatarki charakteryzuje się wyższymi wartościami opisującymi natężenie barwy czerwonej i żółtej, w porównaniu z mąką uzyskiwaną z nasion gryki zwyczajnej. Fujita i in. [2004] badali nasiona 25 europejskich i azjatyckich odmian gryki i wykazali, że różnią się one zwłaszcza natężeniem barwy żółtej i niebieskiej. Guzek i Wierzbicka [2011] wskazują na wysoki potencjał zastosowania komputerowej analizy i przetwarzania obrazu w przemyśle rolno-spożywczym, w tym oceny on-line realizowanej w czasie rzeczywistym. Zmiany barwy nasion gryki w czasie obróbki technologicznej zaobserwował Mazza [1986], który wykazał, że w wyniku procesu nieenzymatycznego brunatnienia nasion zmienia się nasycenie barwy czerwonej i zielonej oraz żółtej i niebieskiej. Svec i in. [2008] prowadzili badania dotyczące wpływu dodatku mąki uzyskanej z prażonych nasion gryki do mąki pszennej w czasie produkcji makaronów i stwierdzili, że wraz ze wzrostem dodatku mąki gryczanej wzrastają wartości parametrów opisujących natężenie barwy czerwonej wytworzonych makaronów (w porównaniu z ma33 Joanna Klepacka Tab. 1. Barwa powierzchni analizowanych produktów mierzona przy użyciu systemu RGB i HSI Zakład Produkt nasiona z łuską kaszarnia nr 1 kasza nieprażona kasza prażona met. starą kasza prażona met. nową Barwa – wartości średnie (x średnie) system RGB R G B 85,52±11,39c 67,57±8,53b 64,44±5,16a 159,33±12,52a 127,72±12,85a 60,45±0,59a 128,36±10,51b 78,96±19,75b 31,16±5,21b 117,82±14,58b 65,88±10,81b 24,56±4,06b 92,09±15,06c 71,58±10,89b 64,91±6,48a 109,24±12,18b,c 64,37±12,01b 29,75±6,31b kaszarnia nr 2 nasiona z łuską kaszarnia nr 3 nasiona z łuską 88,56±14,34c 66,50±10,51b 60,13±6,08a kasza prażona 118,04±13,57b 69,37±15,00b 29,92±8,51b Zakład Produkt kaszarnia nr 1 kaszarnia nr 2 kaszarnia nr 3 a,b,c 34 kasza prażona Barwa – wartości średnie (x średnie) system HSI H S I 35,30±7,85c 72,51±7,97b nasiona z łuską 100,89±52,48a kasza nieprażona 29,36±1,90b 126,88±11,95b 115,83±11,45a 20,61±2,03c 157,45±7,89a 79,49±8,39b 18,18±2,14c 165,79±14,07a 69,42±9,09b nasiona z łuską 72,86±56,66a,b 41,72±11,57c 76,19±10,24b kasza prażona 18,07±2,29c 146,59±8,78a 67,79±9,88b nasiona z łuską 74,68±55,45a,b 45,73±12,16c 71,73±9,71b kasza prażona 18,61±2,73c 154,63±11,91a 72,44±11,92b kasza prażona met. starą kasza prażona met. nową – wartości w kolumnach oznaczone tymi samymi literami nie różnią się między sobą statystycznie istotnie przy p=0,05 Zastosowanie komputerowej analizy obrazu do oceny barwy... karonami produkowanymi jedynie z wykorzystaniem mąki pszennej). Jozinovic i in. [2012] analizowali dodatek mąki gryczanej do ekstrudatów kukurydzianych i stwierdzili, że wpływa ona na zwiększenie parametru charakteryzującego składową niebieską barwy powierzchni uzyskiwanych wyrobów. Analizując barwę w systemie HSI nie wykazano różnic istotnych statystycznie między określanymi wyróżnikami w obrębie wszystkich badanych nasion z łuską i kasz prażonych niezależnie od zakładu produkcyjnego, z którego pochodziły próbki (rys. 2, tab. 1). Porównując między sobą poszczególne kasze gryczane wykazano, że jedynym produktem posiadającym zabarwienie inne niż pozostałe, była kasza nieprażona, która charakteryzowała się najwyższą wartością charakteryzującą odcień barwy (parametr H) i jej intensywność (składowa I), co świadczy o jej najjaśniejszym zabarwieniu (im wyższa wartość liczbowa parametru I tym jaśniejsza barwa produktu). W wyniku prażenia nasion w każdej kaszarni z której pobierano próbki zmniejszała się statystycznie istotnie wartość składowej H określającej odcień barwy a zwiększała wartość składowej S charakteryzującej jej nasycenie. Różnice w odcieniu nasion gryki różnych odmian potwierdzają Fujita i in. [2004], którzy analizowali barwę mąki i łuski uzyskanej z nasion 25 odmian gryki i wykazali, że wartości charakteryzujące jasność zmieniają się statystycznie istotnie w zależności od rodzaju badanych odmian. Qin i in. [2010] badali 39 odmian gryki uprawianej w Chinach i określili, że nasiona gryki zwyczajnej posiadają wyższą jasność w porównaniu z nasionami gryki tatarki i są to różnice istotne statystycznie. Wpływ różnego dodatku mąki gryczanej na barwę wyprodukowanych z niej naleśników wykazali również Beitane i in. [2014], którzy określili, że wraz ze wzrostem jej dodatku zmniejszają się wartości parametrów opisujących jasność wytworzonych produktów. Mazza [1986] potwierdził wpływ obróbki termicznej na barwę nasion gryki i wykazał, że w wyniku przechowywania ich w temperaturze 60, 80 i 1000C zmieniają się parametry opisujące natężenie barwy a stopień ich zmian zależy od czasu przechowywania nasion w podwyższonej temperaturze. 35 Joanna Klepacka Rys. 2. Barwa badanych produktów mierzona za pomocą wartości średnich w systemie HSI WNIOSKI Na podstawie przeprowadzonych analiz należy stwierdzić, że komputerowa analiza obrazu jest dobrym narzędziem umożliwiającym ocenę barwy nasion gryki i jej zmian zachodzących w trakcie procesów technologicznych. Do tego celu najlepiej nadaje się analiza składowej czerwonej (R) i niebieskiej (B) w systemie RGB oraz określanie odcienia barwy (H) i jej intensywności (I) prowadzona w systemie HSI. Analizowane systemy pomiaru barwy umożliwiają odróżnienie nasion gryki na poszczególnych etapach obróbki technologicznej w obrębie każdego z prowadzących ją zakładów przetwórczych. Mierzone parametry były statystycznie jednakowe dla próbek nasion i kaszy pochodzących z różnych kaszarni, co świadczy o tym, że różnice w stosowanych w poszczególnych zakładach parametrach obróbki hydrotermicznej nie wpływają na różnice w zabarwieniu wytwarzanych kasz. Produktem wyróżniającym się ze względu na barwę spośród wszystkich analizowanych była kasza nieprażona. 36 Zastosowanie komputerowej analizy obrazu do oceny barwy... LITERATURA Beitane I., Krumina-Zemture G., Murniece I. 2014. Sensory, colour and structural properties of pancakes prepared with pea and buckwheat flours. Foodbalt, 1, 234–238. Brosnan T., Sun D.W. 2004. Improving quality inspection of food products by computer vision – a review. Journal of Food Engineering, 61, 3–16. Chmiel M., Słowiński M., Cal P. 2011. Zastosowanie komputerowej analizy obrazu do wykrywania wady PSE mięsa wieprzowego. Żywność. Nauka. Technologia. Jakość, 6(79), 47–54. Douik A., Abdellaoui M. 2010. Cereal grain classification by optimal features and intelligent classifiers. Int. J. Comp., Communications&Control, 5(4), 506–516. Du C.J., Sun D.W. 2004. Recent developments in the applications of image processing techniques for food quality evaluation. Trends in Food Science&Technology, 15, 230–249. Foley J.D., Dam A., Feiner S.K., Hughes J.F., Phillips R.L. 2001. Światło achromatyczne i barwne, wprowadzenie do grafiki komputerowej. WNT, Warszawa, 489–520. Fujita K., Inoue N., Hagiwara S., Yang Z., Kato M., Hagiwara M. 2004. Relationship between antioxidant activity and flour and hull color in Tartary buckwheat. Fagopyrum, 21, 51–57. Guzek D., Wierzbicka A. 2011. Potencjał oraz zastosowanie komputerowej analizy i przetwarzania obrazu w przemyśle rolno-spożywczym. Inżynieria Rolnicza, 4(129), 67–73. Jozinovic A., Subaric D., Ackar D., Babic J., Klaric I., Kopjar M., Lendic K.V. 2012. Influence of buckwheat and chestnut flour addition on properties of corn extrudates. Croat. J. Food Sci. Technol., 4(1), 26–33. Kubiak A., Fornal Ł. 1995. Komputerowe systemy analizy obrazu w przemyśle spożywczym. Rozpoznawanie ziarna zbóż i nasion. Przem. Spoż., 5, 164–166. Lewicki P. 1995. Zastosowanie komputerowej analizy obrazu w technologii żywności. Przem. Spoż., 5, 155–157. Majkowska A., Klepacka J., Najda A. 2013. Kierunki wykorzystania cyfrowej analizy obrazu w przemyśle spożywczym. Episteme 21 (1), 305–315. Mazza G. 1986. Buckwheat browning and color assessment. Cereal Chem., 63(4), 361–364. Qin P., Wang Q., Shan F., Hou Z., Ren G. 2010. Nutritional composition and flavonoids content of flour from different buckwheat cultivars. International Journal of Food Science&Technology, 45, 951–958. Svec I., Hruskova M., Vitova M., Sekerova H. 2008. Colour evaluation of different pasta samples. Czech. J. Food Sci., 26, 421–427. 37 Joanna Klepacka Tańska M., Rotkiewicz D., Kozirok W., Konopka I. 2005. Measurement of the geometrical features and surface color of rapeseeds using digital image analysis. Food Research Internaional, 38, 741–750. Whan A.P., Smith A.B., Cavanagh C.R., Ral J.P.F., Shaw L.M., Howitt C.A., Bischof L. 2014. Grain Scan: a low cost, fast method for grain size and colour measurements. Plant Methods, 10, 23–33. Wójtowicz A., Kolasa A., Mościcki L. 2013. Influence of buckwheat addition on physical properties, texture and sensory characteristics of extruded corn snacks. Pol. J. Food Nutr. Sci., 63(1), 239–244. Zapotoczny P., Zielińska M. 2005. Rozważania nad metodyką instrumentalnego pomiaru barwy marchwi. Żywność. Nauka. Technologia. Jakość., 1(42), 121–132. Praca naukowa finansowana ze środków NCN, nr projektu badawczego N N312 469140 Adres do korespondencji: dr inż. Joanna Klepacka Katedra Towaroznawstwa i Badań Żywności Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie ul. Heweliusza 6/103, 10–957 Olsztyn e-mail: [email protected] 38 Joanna KLEPACKA Agnieszka NAJDA EPISTEME 25/2014 s. 39–51 ISSN 1895-4421 NANOTECHNOLOGIA – MOŻLIWOŚCI I ZAGROŻENIA NANOTECHNOLOGY – OPPORTUNITIES AND RISKS Abstrakt. Nasz zespół przygotował kompleksowy przegląd aktualnej wiedzy na temat rodzajów nanocząstek. Scharakteryzowano ich kryteria podziału, określono schemat syntezy i zastosowania, jak również zagrożenia dla zdrowia ze szczególnym uwzględnieniem toksyczności. Słowa kluczowe: nanotechnologia, nanożywność, produkty innowacyjne, zagrożenia Summary. Our team has prepared a comprehensive overview of current knowledge on the types of nanoparticles. Characterized their division criteria, defined scheme for the synthesis and applications, as well as threats to health with particular emphasis on toxicity. Key words: nanotechnology, nanofoods, innovative products, risk 39 Joanna Klepacka, Agnieszka Najda WSTĘP Nanotechnologia przyciąga uwagę naukowców na całym świecie i jest uznawana za najważniejszą z dziedzin naukowych, która stale się rozwija, zwłaszcza w zakresie badań i właściwości dotyczących nanomateriałów, nanoelektroniki i nanomedycyny. Wiele substancji chemicznych może nabyć unikalne właściwości w układach w nanoskali, nadając w ten sposób nanotechnologii ogromny potencjał dla przyszłego rozwoju, jednak ryzyko związane z jej stosowaniem wzrasta wraz z potencjalnymi korzyściami, dlatego też należy uwzględniać wszelkie niezamierzone konsekwencje, które mogą im towarzyszyć. Istnieje potrzeba stałej oceny naukowej, zrozumienia potencjalnych zagrożeń i wpływu nanotechnologii na środowisko, zdrowie i bezpieczeństwo. Analiza ryzyka nanocząstek wymaga szczegółowej wiedzy na temat ich rodzaju i toksyczności, potencjalnych poziomów zagrożenia bezpieczeństwa w różnych miejscach pracy i wszystkich zadań roboczych. Ilościowa ocena ryzyka powinna dostarczyć podstawowych danych niezbędnych do wyboru poziomu kontroli i wybrania odpowiednich środków zapobiegawczych, które będą realizowane. Pierwszym etapem procesu oceny ryzyka jest zebranie wszystkich dostępnych informacji na ten temat oraz identyfikacji czynników ryzyka dla bezpieczeństwa i zdrowia człowieka. Nanotechnologia jest nauką interdyscyplinarną, która łączy takie dziedziny jak fizyka, chemia, biotechnologia, informatyka oraz inżynieria [Sokół 2012] i stanowi nazwę ogólną dla zestawu technik i sposobów tworzenia różnych struktur o rozmiarach nanometrycznych, czyli 1–100 nm [Baltic i in. 2013]. Nanocząsteczki różnią się od swoich makroodpowiedników, ponieważ dzięki bardzo małym rozmiarom łatwiej dochodzi do interakcji między nimi i środowiskiem, w wyniku czego wytworzone nanostruktury posiadają wyjątkowe właściwości biologiczne i fizykochemiczne [Momin i in. 2013]. Z powodu korzystnego stosunku powierzchni do jednostki masy oczekuje się, że nanocząstki będą bardziej aktywne biologicznie niż makrocząstki o tym samym składzie chemicznym [Głód i in. 2014]. Nanotechnologia wykorzystywana jest w medycynie, farmacji i elektronice, wzrasta również jej zastosowanie w przemyśle spożywczym, ponieważ oferuje duże możliwości związane z rozwojem produktów innowacyjnych o wysokiej jakości [Buzby 2010, Abujah i in. 2015]. 40 Nanotechnologia – możliwości i zagrożenia WYTWARZANIE I RODZAJE NANOMATERIAŁÓW Podstawowym kryterium określenia nanomateriału według zaleceń Komisji Europejskiej z dnia 18 października 2011 [2011/696/UE] jest rozkład wielkości cząstek w oparciu o stężenie liczbowe, czyli iloraz liczby obiektów lub posługiwanie się powierzchnią właściwą materiału przypadającą na objętość. Nanomateriał oznacza naturalny, powstały przypadkowo lub wytworzony materiał, zawierający cząstki w stanie swobodnym lub w formie agregatu bądź aglomeratu, w którym co najmniej 50% lub więcej cząstek w liczbowym rozkładzie wielkości ma jeden lub więcej wymiarów w zakresie 1–100 nm. W określonych przypadkach (np. względy ochrony środowiska lub zdrowia), można przyjąć rozkład wielkości cząstek w zakresie 1–50%. Materiał można uznać za zgodny z definicją nanomateriału, jeśli jego powierzchnia właściwa przypadająca na objętość jest większa niż 60m2/cm3 [Jurewicz 2013, Głód i in. 2014]. Na zasadzie odstępstwa, za nanomateriały należy uznać fulereny, płatki grafenowe oraz jednościenne nanorurki węglowe o co najmniej jednym wymiarze poniżej 1 nm [Idzikowska i in. 2012, Sokół 2012]. Do uzyskiwania struktur określanych jako nanocząstki stosuje się dwie główne metody produkcji: „z góry w dół” (ang. top down) i „z dołu do góry” (ang. bottom up) [Głód i in. 2014]. Pierwsza z nich polega na miniaturyzacji istniejących obiektów do wymiarów nanometrycznych za pomocą metod fizycznych lub chemicznych. Do tej grupy metod należy wysokoenergetyczne mielenie, które polega na rozdrabnianiu materiału pomiędzy dwoma obracającymi się żarnami wykonanymi ze stali lub węglika wolframu a próbka bez dostępu powietrza poddawana jest cyklicznym odkształceniom powodującym zmniejszanie się rozmiarów ziarna [Idzikowska i in. 2012, Thangavel o Thiruvengadam 2014]. Suche mielenie stosowane jest np. do otrzymywania mąki pszennej charakteryzującej się małą wielkością cząstek czy do produkcji otrąb pszennych zawierających wysoką zawartość składników biologicznie aktywnych. Metoda „z dołu do góry” polega na budowaniu nowych struktur opartych na istniejących nanocząstkach a otrzymanie określonych właściwości produktu końcowego odbywa się poprzez zmianę wielkości materiału wyjściowego i kontrolowanie jego cech powierzchniowych. Do tej grupy metod należą procesy syntezy chemicznej w fazie gazowej, ciekłej lub stałej oraz osadzanie 41 Joanna Klepacka, Agnieszka Najda i wzrost nanocząstek w ściśle kontrolowanych warunkach – np. krystalizacja, osadzanie warstwa po warstwie, synteza mikrobiologiczna i tzw. samodzielny montaż (ang. self-assembly), którego przykładem jest micela kazeinowa a także procesy zwijania białek globularnych i agregatów białek [Idzikowska i in. 2012, Ezhilarasi in. 2013, Głód i in. 2014]. Obecnie pracuje się nad połączeniem obu technik wytwarzania nanocząstek sugerując, że w przyszłości stosowane będą przede wszystkim metody połączone. ZASTOSOWANIE NANOTECHNOLOGII Nanotechnologia wykorzystywana jest w wielu dziedzinach – m.in. w elektronice i elektrotechnice (molekularne układy elektroniczne do komputerów) oraz technologiach materiałowych (wytwarzanie i projektowanie nowych materiałów o specyficznych właściwościach (np. bardzo lekkich, o dużej wytrzymałości mechanicznej, niełuszczącej się farby, niebrudzących się tkanin, szyb itp.) [Shrivastava i Dash 2012, Sokół 2012]. Mogą być również wykorzystywane w produkcji kosmetyków, ponieważ zwiększają skuteczność ich działania i bioprzyswajalność. Nanomateriały mogą być wykorzystywane w rolnictwie poprzez wprowadzanie do upraw nowych, potencjalnie skutecznych pestycydów, regulatorów wzrostu roślin i chemicznych nawozów. Nanotechnologia znalazła również zastosowanie w produkcji zwierzęcej i związanymi z nią problemami zanieczyszczania środowiska naturalnego, np. emisją nieprzyjemnych zapachów i gazów wpływających na globalne ocieplenie [Buzby 2010, Sokół 2012]. Nanomateriały i nanostruktury wykorzystywane są w medycynie i farmacji, ponieważ ze względu na bardzo małe wymiary i duży stosunek powierzchni do objętości zdolne są do pokonywania przeszkód biologicznych takich jak bariera krew-mózg, co powoduje ich wykorzystywanie do precyzyjnego dostarczania leków, niszczenia pojedynczych komórek nowotworowych lub do ochrony komórek zdrowych [Shrivastava i Dash 2012]. Nanocząstki srebra, złota i miedzi stosuje się jako alternatywne środki przeciwbakteryjne, ponieważ nie posiadają wad tradycyjnych antybiotyków a rozdrobnione do skali nano mają powierzchnię czynną liczoną w setkach metrów kwadratowych i wykazują bardzo duży potencjał bakteriobójczy. Są one 42 Nanotechnologia – możliwości i zagrożenia skuteczne w przypadku 99% bakterii i grzybów i mogą być stosowane zarówno w postaci powłok powierzchniowo czynnych, jak i gotowych produktów rynkowych (np. wkłady do filtrów do klimatyzacji). Właściwości bakteriobójcze nanoproduktów wytworzonych na bazie srebra są długotrwałe i wynoszą od kilkunastu godzin w przypadku produktów kosmetycznych do kilku lat w postaci powłok. Nanosrebro wykorzystywane jest również do produkcji bandaży, opatrunków, sprzętów i protez medycznych a także butelek i smoczków dla dzieci, past do zębów, mydeł, dezodorantów i kremów. Nanocząstki stosuje się jako czujniki w technikach diagnostycznych takich jak np. obrazowanie tkanek patologicznych poprzez przenośne laboratoria do natychmiastowych analiz, aparaty wszczepiane do organizmu i monitorujące stan zdrowia [Szymański i in. 2012, Rzeszutek i in. 2014]. W farmacji w badaniach nad nowymi lekami coraz większe znaczenie ma terapia peptydowa w której ze względu na chemiczny charakter białek istotny problem stanowi ich stabilność w płynach ustrojowych. Zastosowanie nanotechnologii może pomóc w opracowaniu takiej formy leków peptydowych, która umożliwi ich podanie doustne lub w postaci aerozolu. Przykładem takiego leku jest insulina, która jest substancją wrażliwą na środowisko przewodu pokarmowego a stworzenie układów wykorzystujących nanocząsteczki i insulinę może ustabilizować ją i stworzyć postać leku o kontrolowanym uwalnianiu [Sokół 2012, Szymański i in. 2012]. Szczególne znaczenie ma wykorzystanie nanotechnologii w przemyśle spożywczym, ponieważ stwarza ona możliwości wprowadzenia innowacji w produkcji żywności, jej obróbce, przechowywaniu i konserwowaniu a także wytwarzaniu nowych produktów żywnościowych o podwyższonej jakości. Nanotechnologia wykorzystywana jest do produkcji i pakowania żywności a tzw. „inteligentne opakowania” pozwalają na zachowanie świeżości produktów spożywczych przez dłuższy czas [Siegrist i in. 2007, Goyal i Kumar 2012]. Bionanokompozyty to biodegradowalne mikrostruktury posiadające korzystniejsze właściwości mechaniczne i termiczne, w porównaniu do klasycznych materiałów opakowaniowych. Chronią one żywność i przedłużają czas jej przydatności do spożycia oraz przyczyniają się do ochrony środowiska poprzez zmniejszenie zużycia sztucznych i niedegradowalnych materiałów opakowaniowych 43 Joanna Klepacka, Agnieszka Najda oraz mniejsze zużycie paliw kopalnych [Siegrist i in. 2007, Głód i in. 2014]. Aktywne materiały opakowaniowe są zdolne do uwalniania w nanoskali związków przeciwbakteryjnych, przeciwutleniaczy i środków smakowo-zapachowych w celu poprawy trwałości lub właściwości sensorycznych żywności. Połączenie materiałów stosowanych do opakowań żywności i substancji czynnych jest sposobem ograniczania zanieczyszczeń mikrobiologicznych, dzięki czemu wzrasta bezpieczeństwo i trwałość żywności, co powoduje zmniejszenie ilości odpadów przemysłu spożywczego [Baltic i in. 2013, Głód i in. 2014]. Znane są również opakowania inteligentne, które posiadają w swojej matrycy nanobiosensory służące identyfikacji mikroorganizmów i zanieczyszczeń chemicznych stanowiąc system monitorowania biologicznego bezpieczeństwa produktów. Biosensory mogą być również stosowane do identyfikacji obcego DNA (np. GMO), białek, metabolitów i skażeń biologiczno-chemicznych. Wprowadzane do produktów spożywczych nanosensory mogą działać również jako elektroniczne kody kreskowe określające autentyczność produktów [Buzby 2010, Głód i in. 2014]. Z powodzeniem wykorzystuje się je również do określania jakości takich produktów spożywczych jak: kawa, soki, mleko i wino a Głód i in. [2014] wskazują na możliwość zastosowania elektronicznego nosa i języka np. w browarnictwie do oceny jakości piwa, szczególnie na etapie fermentacji. Nanotechnologię wykorzystuje się również do wprowadzania do żywności składników funkcjonalnych, dzięki czemu staje się ona źródłem dodatkowych związków o wysokiej wartości odżywczej takich jak witaminy, antyoksydanty, kwasy tłuszczowe czy polifenole, jest też lepiej chroniona przed szkodliwymi czynnikami środowiska, ze względu na obecność związków zapewniających dłuższą trwałość i odporność na organizmy chorobotwórcze. Osadzać je można na nośnikach, które umożliwiają transport do konkretnego miejsca działania, zabezpieczają przed rozkładem i warunkują odpowiedni stopień uwalniania [Buzby 2010, Idzikowska i in. 2012, Baltic i in. 2013, Markowska-Radomska i Dłuska 2014]. Nośniki te powinny być kompatybilne z właściwościami produktu (smakiem, teksturą, okresem trwałości), biodegradowalne i łatwe w stosowaniu. Nanorozproszenia typu nanokapsułki, micele, pęcherzyki bimolekularne tzw. liposomy, emulsje, mikrosfery oraz matryce biopolimerowe wy44 Nanotechnologia – możliwości i zagrożenia korzystywane są na przykład do wprowadzania olejków eterycznych do aromatyzowanych napojów gazowanych w postaci miceli, kapsułkowania alfa-tokoferolu w celu ograniczania utleniania lipidów w oleju rybnym czy kapsułkowania liposomami glikoprotein – laktoferyny i nizyny, co wydłuża trwałość produktów mleczarskich [Polska i in. 2007, Idzikowska i in. 2012]. Ceglińska i in. [2007] wskazują na możliwość stosowania do produkcji pieczywa składników mineralnych otrzymywanych w wyniku nanofiltracji serwatki. Ozimek i in. [2010] podkreślają duże znaczenie nanotechnologii w przemyśle spożywczym (zwłaszcza mięsnym), w celu podwyższenia jakości wyrobów gotowych, jako przykład podając kapsułkowanie przeciwutleniaczy dodawanych do mielonego mięsa, w celu zapobiegania oksydacji lipidów. Ambroziak i in. [2011] prowadzili badania dotyczące mikrokapsułkowania preparatów zawierających ekstrakty związków fenolowych uzyskiwane z soków owocowych i win. Związki te są składnikami charakteryzującymi się wysoką aktywnością biologiczną, ponieważ wykazują silne właściwości przeciwutleniające, działają stabilizująco na ścianki naczyń krwionośnych, co ma szczególne znaczenie w profilaktyce chorób nowotworowych i układu krążenia [Abujah i in. 2015]. Ze względu na swoją budowę i właściwości są składnikami nietrwałymi i czułymi na działanie czynników środowiskowych. Zamknięcie ich w otoczce maltodekstrynowej wpłynęło na zwiększenie ich trwałości i stabilności oksydacyjnej, a w tej postaci mogą być one stosowane jako cenne półprodukty w produkcji żywności, suplementów dietetycznych i preparatów kosmetycznych [Ambroziak i in. 2011]. Sessa i in. [2013] wykazali, że ekstrakty polifenoli uzyskiwane z wytłoków winogronowych enkapsułkowane w nanoemulsjach posiadają w tej postaci wysoką stabilność i mogą być dodawane do produktów spożywczych jako dobre źródło przeciwutleniaczy. Związki fenolowe wydobywali oni z wytłoków za pomocą metanolu stosując wysokie ciśnienie i temperaturę 1500C przez 150 minut. Aby zwiększyć ich dyspersję w fazie wodnej, ekstrakty polifenolowe kapsułkowano w nanoemulsjach sporządzonych z zastosowaniem naturalnych składników w postaci ciekłej (olej słonecznikowy) i stałej (olej palmowy), które wykorzystywano jako kombinację emulgatorów hydrofilowych i hydrofobowych. Z kolei Luca i in. [2013] opracowali sposób nanokapsułkowania związków fenolowych wydobywanych z kwaśnych wytłoków wiśniowych. Związki te wydo45 Joanna Klepacka, Agnieszka Najda bywano stosując ekstrakcję mieszaniną etanolu i wody (1:1) a po odparowaniu rozpuszczalników ekstrakty mrożono i liofilizowano a następnie nanokapsułkowano z wykorzystaniem maltodekstryn i gumy arabskiej jako nośników [Luca i in. 2013]. Dalsze prace prowadzone przez tych autorów wykazały, że kapsułkowanie miało pozytywny wpływ na trwałość sporządzonych ekstraktów fenolowych oraz ich przyswajalność i cechy organoleptyczne. Autorzy ci zaproponowali dodatek kapsułkowanych związków fenolowych uzyskiwanych z wytłoków wiśniowych do ciastek w celu zwiększenia ich wartości odżywczej i trwałości [Luca i in. 2014]. Badania dotyczące kapsułkowania soku z ziemniaka w liposomach prowadzili Bryła i in. [2014]. Wskazują oni na to, że sok z ziemniaka jest surowcem o wielokierunkowej aktywności biologicznej obejmującej działanie przeciwzapalne w obrębie przewodu pokarmowego, działanie hamujące w stosunku do komórek nowotworowych żołądka i jelit oraz stymulujące wzrost probiotycznych bakterii Bifidobacterium i Lactobacillus, przy jednoczesnym ograniczaniu rozwoju szkodliwych Clostridium perfringens i E. coli. Wykorzystanie aktywności biologicznej soku z ziemniaka może być ograniczone poprzez degradację substancji bioaktywnych wskutek działania tlenu, światła lub interakcji z innymi substancjami występującymi w matrycy produktu a proponowane przez autorów rozwiązanie wpływa na wzrost stabilności uzyskiwanego soku. Analizowali oni stosowanie do nanokapsułkowania hydrolizatu soku ziemniaczanego lecytyny sojowej, słonecznikowej i uzyskiwanej z żółtka jaj i wykazali, że najlepiej do tego celu nadaje się lecytyna sojowa, która umożliwia uzyskanie trwałych liposomów z zadowalającą wydajnością, bez konieczności silnego rozcieńczania hydrolizatu w zbuforowanym roztworze soli fizjologicznej. Tak otrzymana populacja liposomów była homogeniczna zarówno pod względem wielkości jak i struktury nanokapsułek. BEZPIECZEŃSTWO NANOMATERIAŁÓW Opracowywanie i skuteczne wprowadzanie na rynek nowych produktów żywnościowych zawierających nanoskładniki jest trudne, kosztowne i obarczone ryzykiem. Początkowo uważano, że nanotechnologia jest bezpieczna pod względem zdrowotnym, ale coraz częściej pojawiają się ostrzeżenia, że niektóre z nanomateriałów nie są 46 Nanotechnologia – możliwości i zagrożenia wolne od ryzyka zdrowotnego związanego z wielkością cząsteczek, które mogą przez drogi oddechowe przenikać do komórek organizmu i kumulować się w nich wywołując różne schorzenia [WaszkiewiczRobak i Świderski 2008]. Nanododatki mogą również ulegać transformacjom w żywności i przewodzie pokarmowym, co spowodowane jest między innymi procesami agregacji i wiązania z innymi składnikami żywności lub reakcji z kwasem żołądkowym czy enzymami [Baltic i in. 2013, Głód i in. 2014]. Celem stosowanych aktów prawnych dotyczących bezpieczeństwa nanomateriałów jest zagwarantowanie wysokiego stopnia ochrony zdrowia człowieka i interesów konsumentów, zwłaszcza w zakresie zróżnicowania dostępnego na rynku asortymentu żywności i sprawnego funkcjonowania rynku wewnętrznego [Czapski 2011, Jurewicz 2013]. Przepisy prawne dotyczące nanomateriałów ustanowiono dotychczas w odniesieniu do produktów kosmetycznych, środków spożywczych i produktów biobójczych. Prawodawstwo Unii Europejskiej wprowadza obowiązek umieszczania na ich etykietach wykazu zawartych w nich składników w formie nanomateriałów wraz ze słowem „nano” podanym w nawiasie po nazwie składnika [Buzby 2010, Jurewicz 2014]. Nanomateriały ze względu na małe rozmiary cząstek posiadają swoiste właściwości a w związku z ich nowymi zastosowaniami istnieje potencjalne ryzyko dla zdrowia i środowiska. Niezbędne jest prowadzenie dalszych badań naukowych dotyczących ich używania, zwłaszcza w odniesieniu do charakterystyki fizykochemicznej, terminologii i systemów klasyfikowania a także sposobów ich wykrywania i danych o toksyczności [Waszkiewicz-Robak i Świderski 2008, Jurewicz 2013, Stankiewicz 2014]. CECHY NANOCZĄSTEK ISTOTNE DLA SKUTKÓW ZDROWOTNYCH Badania dotyczące toksyczności nanocząsteczek prowadzone są od niedawna i jest ich niewiele.. Większość z dostępnych informacji pochodzi z badań farmaceutycznych, w których nanomateriały są wykorzystywane między innymi w celu poprawy podawania leków. Charakterystyczne cechy nanocząstek, które są istotne dla skutków zdrowotnych to: 47 Joanna Klepacka, Agnieszka Najda • • • Rozmiar – ze względu na swe niewielkie rozmiary, nanocząstki z dowolnego materiału mają dużo większy stosunek powierzchni do objętości (czyli powierzchni w porównaniu do wielkości) niż większe cząstki z tego samego materiału, dlatego są w stanie przejść przez błony komórkowe, dotrzeć do krwi i różnych narządów, co może być jednym z powodów, dla których są zasadniczo bardziej toksyczne, niż większe cząstki o tym samym składzie [Donaldson i in. 2004]; Skład i właściwości chemicznych powierzchni – toksyczność nanocząstek zależy od ich składu chemicznego, ale także od składu środków chemicznych zaadsorbowanych na ich powierzchni. Jednakże, powierzchnia nanocząstek może być zmodyfikowana tak, aby były one mniej szkodliwe dla zdrowia [Gupta i Gupta, 2005]; Kształt – choć niewiele jest ostatecznie dowodów, to skutki zdrowotne nanocząstek mogą zależeć również od ich kształtu. Znaczącym przykładem są nanorurki, które mogą mieć kilka nanometrów średnicy i długość kilku mikrometrów. Ostatnie badania wykazały wysoką toksyczność nanorurek węglowych, które miały szkodliwy wpływ o zupełnie nowym mechanizmie działania, innym od normalnego modelu toksycznych pyłów [Lam 2004]; Zastosowanie nanocząstek jako nośników leków może zmniejszyć toksyczność wprowadzonego leku, chociaż pomiędzy lekiem i toksycznością nanocząstek nie zawsze może być przeprowadzona kontrola. Stwierdzono, że struktura i właściwości nanocząstek złota są użyteczne dla szerokiego zakresu zastosowań biologicznych. Jednakże zaobserwowano toksyczność w wysokich stężeniach w tym systemie. Goodman i in. [2004] wykazali, że dla 2 nm cząstki złota drobiny były umiarkowanietoksyczne, a anionowe cząstki są stosunkowo mało toksyczne. Takie bardzo małe wielkości nanocząstki złota okazały się nietoksyczne u myszy przy podaniu preparatu podczas leczenia nowotworów. Zmniejszenie rozmiaru do skali nano zmienia właściwości cząstek, głównie ze względu na wzrost stosunku powierzchni do objętości. Nie ma jeszcze wystarczających danych do określenia zmian w charakterystyce któregokolwiek z tych parametrów, więc ocena bezpieczeństwa nanocząstek może powoływać się na profil materiału sypkiego, z które zostały wykonane. Zachowanie biologiczne nanocząstek zależy od składu chemicznego, w tym powłok na powierzchni oraz spadku wielkości oraz zmiany właściwości chemicznych i fizycznych, z towarzyszącym zwiększeniem po48 Nanotechnologia – możliwości i zagrożenia wierzchni i zmianą kształtu. Skupisko nanocząstek może mieć wpływ na ich zachowania biologiczne, które powinny być oceniane indywidualnie dla każdego przypadku. WNIOSKI Nanotechnologia stanowi jedną z najbardziej obiecujących dziedzin współczesnej nauki a jej zastosowanie jest bardzo szerokie i stale wzrasta. Oprócz niepodważalnych korzyści związanych z jej stosowaniem istnieją też zagrożenia, które muszą być analizowane i stale kontrolowane. LITERATURA Abujah C.I., Ogbonna A.C., Osuji C.M. 2015. Functional components and medicinal properties of food: a review. J. Food Sci. Technol., 52(5), 2522– 2529. Ambroziak W., Wilkowska A., Adamiec J. 2011. Mikrokapsułkowane preparaty polifenoli otrzymanych z win i soków owocowych techniką suszenia rozpryskowego. Żywność Projektowana (Designed Food), Wyd. Oddział Małopolski PTTŻ, Kraków, 3, 30–38. Baltic Z.M., Boskovic M., Ivanovic J., Dokmanovic M., Janjic J., Loncina J. 2013. Nanotechnology and its potential applications in meat industry. Technol. Mesa, 54(2), 168–175. Bryła A., Juzwa W., Lewandowicz G. 2014. Kapsułkowanie soku z ziemniaka w liposomach. Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin, 272, 49–62. Buzby J.C. 2010. Nanotechnology for food applications: more questions than answers. J. Cons. Affairs, 44(3), 528–545. Ceglińska A., Pluta A., Skrzypek J., Krawczyk P. 2007. Badania nad zastosowaniem do produkcji pieczywa składników mineralnych po nanofiltracji serwatki. Żywność Nauka Technologia Jakość, 6(55), 234–241. Czapski J. 2011. Opracowywanie nowych produktów żywnościowych o charakterze bioaktywnym. Żywność Projektowana (Designed Food), Wyd. Oddział Małopolski PTTŻ, Kraków, 4, 39–52. Ezhilarasi P.N., Karthik P., Chhanwal N., Anandharamakrishnan C. 2013. Nanoencapsulation techniques for food bioactive components: a review. Food Bioprocess. Technol., 6, 628–647. 49 Joanna Klepacka, Agnieszka Najda Głód D., Adamczak M., Bednarski W. 2014. Wybrane aspekty zastosowania nanotechnologii w produkcji żywności. Żywność Nauka Technologia Jakość, 5 (96), 36–52. Goyal S., Kumar G. 2012. Nanotechnology in food packaging – a critical review. Russ. J. Agric. Socio-Econ. Sci., 10(10), 14–25. Idzikowska M., Janczura M., Lepionka T., Madej M., Mościcka E., Pyzik J., Siwek P., Szubierajska W., Skrajnowska D., Tokarz A. 2012. Nanotechnologia w produkcji żywności – kierunki rozwoju, zagrożenia i regulacje prawne. Biul. Wydz. Farm. WUM, 4, 26–31. Jurewicz M. 2013. Prawne aspekty nanotechnologii. Economics and Management, 2, 106–122. Jurewicz M. 2014. Kontrowersje wokół definicji nanomateriału w ujęciu prawa Unii Europejskiej. Chemik, 12 (68), 1090–1095. Luca A., Cilek B., Hasirci V., Sahin S., Sumnu G. 2013. Effect of degritting of phenolic extract from sour cherry pomace on encapsulation efficiency – production of nano-suspension. Food Bioprocess. Technol., 6, 2494–2502. Luca A., Cilek B., Hasirci V., Sahin S., Sumnu G. 2014. Storage and baking stability of encapsulated sour cherry phenolic compounds prepared from microand nano-suspensions. Food Bioprocess. Technol., 7, 204–211. Markowska-Radomska A., Dłuska E. 2014. Enkapsulacja materiału i substancji biologicznie aktywnych w emulsjach wielokrotnych. Inż. Ap. Chem., 53(4), 274–275. Momin J.K., Jayakumar C., Prajapati J.B. 2013. Potential of nanotechnology in functional foods. Emir. J. Food Agric., 25(1), 10–19. Ozimek L., Pospiech E., Narine S. 2010. Nanotechnologies in food and meat processing. Acta Sci. Pol., Technol. Aliment., 9(4), 401–412. Polska K,, Fiedurek J., Radzki S. 2007. Bioenkapsulacja związków aktywnych biologicznie w matrycach otrzymanych metodą zol-żel i jej zastosowanie. Biotechnologia, 1(76), 77–95. Rzeszutek J., Matysiak M., Czajka M., Sawicki K., Rachubik P., Kruszewski M., Kapka-Skrzypczak L. 2014. Application of nanoparticles and nanomaterials in medicine. HYGEIA, 49(3), 449–457. Sessa M., Casazza A.A., Perego P., Tsao R., Ferrari G., Donsi F. 2013. Exploitation of polyphenolic extracts from grape marc as natural antioxidants by encapsulation in lipid-based nanodelivery systems. Food Bioprocess. Technol., 6, 2609–2620. Shrivastava S., Dash D. 2012. Nanotechnology in food sector and agriculture. Proc. Natl. Acad. Sci., India Sect. B Biol. Sci., 1–7. Siegrist M., Cousin M.E., Kastenholz H., Wiek A. 2007. Public acceptance of nanotechnology foods and food packaging: the influence of affect and trust. Appetite, 49, 459–466. 50 Nanotechnologia – możliwości i zagrożenia Sokół J.L. 2012. Nanotechnology in human’s life. Economy and Management, 1, 18–29. Stankiewicz D. 2014. Nowa żywność. Analizy BAS (Biuro Analiz Sejmowych), 13(117), 1–9. Szymański P., Markowicz M., Mikiciuk-Olasik E. 2012. Zastosowanie nanotechnologii w medycynie i farmacji. LAB Laboratoria, Aparatura, Badania, 17(1), 51–56. Thangavel G., Thiruvengadam S. 2014. Nanotechnology in food industry – a review. Int. J. Chem. Tech. Res., 6(9), 4096–4101. Waszkiewicz-Robak B., Świderski F. 2008. Nanotechnologia – korzyści i zagrożenia zdrowotne. Bromat. Chem. Toksykol., XLI (3), 202–208. Zalecenie Komisji z dnia 18 października 2011 r. dotyczące definicji nanomateriału, Dziennik Urzędowy Unii Europejskiej L. 275/38 (2011/696/UE) Donaldson K., Stone V., Tran C.L., Kreyling W., Borm P.J.A. 2004. Nanotoxicology. Occup Environ Med., 61:727–728. Gupta A.K., Gupta M. 2005. Cytotoxicity suppression and cellular uptake enhancement of surface modified magnetic nanoparticles. Biomaterials, 26: 1565–1573. Lam C.W., James J.T., McCluskey R., Hunter R.L. 2004. Pulmonary toxicity of single-wall carbon nanotubes in mice 7 and 90 days after intratracheal instillation. Tox Sci.,77: 126–134. Goodman C.M., McCusker C.D., Yilmaz T., Rotello V.M. 2004. Toxicity of gold nanoparticles functionalized with cationic and anionic side chains. Bioconjug Chem., 15: 897–900. Adres do korespondencji: dr inż. Joanna Klepacka Katedra Towaroznawstwa i Badań Żywności Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie ul. Heweliusza 6/103, 10–957 Olsztyn e-mail: [email protected] dr inż. Agnieszka Najda Katedra Warzywnictwa i Roślin Leczniczych Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie ul. Leszczyńskiego 58, 20–069 Lublin e-mail: [email protected] 51 Aleksandra MAJKOWSKA Joanna KLEPACKA EPISTEME 25/2014 s. 53–63 ISSN 1895-4421 OCENA WYBRANYCH PARAMETRÓW METODY HPLC OZNACZANIA ZWIĄZKÓW FENOLOWYCH W KASZACH GRYCZANYCH PRAŻONYCH EVALUATION OF A FEW PARAMETERS OF THE HIGH PERFORMANCE LIQUID CHROMATOGRAPHY METHOD IN ROASTED BUCKWHEAT GROATS Abstrakt. Celem niniejszej pracy była ocena wybranych parametrów metody wysokosprawnej chromatografii cieczowej stosowanej do pomiaru zawartości kwasów fenolowych: wanilinowego, syringowego i ferulowego w kaszy gryczanej. Ocenie poddano liniowość, precyzję, dokładność i czułość metody. Metoda wykazała wysoką precyzję i czułość w zakresie oznaczania kwasów wanilinowego i syringowego w kaszy gryczanej oraz dobrą dokładność, co świadczy o tym, że jest odpowiednią metodą do oznaczania tych kwasów w kaszy gryczanej. W zakresie oznaczania kwasu ferulowego, ze względu na jego niską zawartość w gryce, metodę HPLC należy poddać dalszym badaniom. Słowa kluczowe: Walidacja, kwasy fenolowe, wysokosprawna chromatografia cieczowa Summary. The aim of this work was been the evaluation of the selected parameters of a high-performance liquid chromatographic method based on measurement of phenolic acids: vanillic, syringic and ferulic in buckwheat. The evaluation assessed the linearity, precision, accuracy and sensitivity of analytical method. The method manifested high precision and sensitivity as regards the marking of vanillic and syringic acids in buckwheat groats as well as good accuracy which proves that this method is appropriate for marking acids in buckwheat groats. As regards the marking of ferulic acid, due to its low concentration in buckwheat, the HPLC method should be subjected to further testing. Key words: Validation, phenolic acids, high-performance liquid chromatographic 53 Aleksandra Majkowska, Joanna Klepacka WSTĘP Jakość jest cechą, która jest jednym z najważniejszych kryteriów wyboru produktu. Producenci aby sprostać wymaganiom klientów, starają się zachować wysoką i powtarzalną jakość swoich wyrobów, w związku z czym wciąż rosną wymagania w stosunku do laboratoriów, których rzetelne i dokładne wyniki analiz dostarczają producentom wielu istotnych informacji. Poprawność uzyskiwanych wyników warunkuje zapewnienie optymalnej jakości, zapobiega wypuszczeniu na rynek wadliwego produktu, a co za tym idzie ogranicza ryzyko strat finansowych oraz warunkuje przestrzeganie przepisów [Korol 2004, Gąsior i in. 2007]. Laboratoria analityczne są odpowiedzialne za wiarygodność wyników prowadzonych przez siebie badań. Na podstawie analizy uzyskanych pomiarów, podejmuje się decyzje w wielu dziedzinach naukowych. Proces walidacji jest procesem bardzo ważnym i koniecznym do zapewnienia prawidłowego funkcjonowania laboratoriów analitycznych. Dzięki przeprowadzonej walidacji uzyskuje się obiektywne dowody, że stosowane w określonym celu metody analityczne dają wiarygodne wyniki [Cozel-Kasperek 2005, Fojut-Pałka i Winnicka 2007]. Każda osoba zajmująca się tego typu badaniami powinna również mieć świadomość istotności prowadzenia procesu walidacji, odpowiedzialności za uzyskiwane wyniki oraz posiadać wiedzę pozwalającą unikać błędów analitycznych powstałych z winy laboranta. W naukach o żywności analizy laboratoryjne dostarczają wielu cennych informacji na temat składu produktu czy zmian zachodzących podczas jego przechowywania i przetwarzania. Polifenole to szeroka grupa związków, która ze względu na swoje cenne właściwości przeciwutleniające cieszy się coraz większym zainteresowaniem. Gryka jest bogatym źródłem związków przeciwutleniających, w tym kwasów fenolowych. Kasza gryczana jest źródłem takich kwasów fenolowych jak: wanilinowy, syringowy czy ferulowy [Fornal 1999, Budryn i Nebesny 2006, Grajek 2007, Klepacka i Gujska 2008]. Celem pracy była ocena wybranych parametrów metody wysokosprawnej chromatografii cieczowej HPLC oznaczania zawartości kwasów fenolowych w kaszy gryczanej. Wybrane elementy walidacyjne obejmowały: sporządzenie i analizę krzywych wzorcowych wykonanych z zastosowaniem poszczególnych kwasów fenolowych, określenie czułości, precyzji oraz dokładności metody. 54 Ocena wybranych parametrów metody HPLC oznaczania... MATERIAŁ I METODY Materiałem do badań były kasze gryczane prażone, zakupione w jednej ze znanych sieci handlowych na terenie Olsztyna w województwie warmińsko-mazurskim. Przeprowadzono wstępną ocenę towaroznawczą analizowanych kasz w oparciu o Polskie Normy. Zapach i barwę oceniono w oparciu o normę PN-A-74013:1964, natomiast zawartość zanieczyszczeń zgodnie z normą PN-R-74016: 1989 i PN-76/A-74204. Oznaczanie zawartości kwasów fenolowych przeprowadzono metodą wysokosprawnej chromatografii cieczowej HPLC [Pussayanawin i Wetzel 1987] z zastosowaniem hydrolizy kwasowo-enzymatycznej. Użyto chromatografu cieczowego firmy Agilent Technologies seria 1200, z detektorem spektrofotometrycznym UV-Vis z matrycą fotodiodową (DAD SL-G1315C) stosując długość fali λ=280 nm (dla kwasów: wanilinowego i syringowego) oraz λ=320 nm (dla kwasu ferulowego). Zastosowano kolumnę firmy Phenomenes ® Synergi 4u Hydro-RP 80A o długości 250 mm i średnicy wewnętrznej 4,6 mm. Jako fazę ruchomą zastosowano mieszaninę 12% metanolu w buforze sodowo-cytrynianowym, prędkość przepływu wynosiła 1ml/min. Dla każdego kwasu wykonano krzywą wzorcową z wyznaczeniem liniowości oraz równania regresji, które wykorzystano do obliczenia zawartości danego kwasu w badanym materiale. W celu oceny precyzji metody, wykonano ekstrakcję kwasów fenolowych w 8 powtórzeniach równoległych, a każdy ekstrakt nanoszono na kolumnę chromatograficzną dwukrotnie. Z uzyskanych wyników wyznaczono wartość średnią, odchylenie standardowe oraz współczynnik zmienności. Ocenę dokładności metody przeprowadzono z zastosowaniem techniki dodatku wzorca. W tym celu przygotowano po trzy ekstrakty dla próby czystej (bez dodatku wzorca) oraz wykonano próby z 25%, 50% oraz 75% dodatkiem wzorca. Z każdego ekstraktu dokonywano pomiaru w dwóch powtórzeniach . WYNIKI I DYSKUSJA Wybrane elementy oceny towaroznawczej badanego produktu. Ocena towaroznawcza badanych kasz nie wykazała obecności cech dyskwalifikujących. Barwa była charakterystyczna dla tego rodzaju produktów, 55 Aleksandra Majkowska, Joanna Klepacka żółta z odcieniem brunatnym. Zapach analizowanych kasz był swoisty, bez zapachu stęchlizny, pleśni czy spalenizny. Nie stwierdzono obecności szkodników, ani śladów ich żerowania. Analiza krzywych wzorcowych. W celu określenia liniowości metody w zakresie spodziewanych stężeń wybranych kwasów fenolowych w badanych kaszach, sporządzono krzywe wzorcowe dla każdego analizowanego kwasu (rys. 1–3). Określano zależność pola powierzchni piku od stężenia wzorca. Uzyskane krzywe wzorcowe zostały wykonane na podstawie analizy pięciu różnych stężeń danego wzorca, mierzonego w 2 powtórzeniach równoległych. Na podstawie uzyskanych danych wyznaczono równania regresji oraz współczynnik korelacji „r” dla każdej krzywej wzorcowej. Wartość współczynnika korelacji „r” dla krzywej wzorcowej wykonanej z zastosowaniem kwasu wanilinowego wynosiła r= 0,999 i była taka sama jak w przypadku krzywej wzorcowej dla kwasu syringowego. Współczynnik korelacji krzywej wzorcowej wykonanej dla kwasu ferulowego był na poziomie r= 0,990. Wartość współczynnika korelacji „r” powinna być możliwie bliska wartości 1 i wynosić najlepiej r= 0,999 [Szczepaniak 1996; Gąsior 2007; Konieczka i Namieśnik 2007]. Na podstawie uzyskanych wyników można twierdzić, że metoda jest liniowa dla wszystkich oznaczanych kwasów, w zakresie wyznaczonych stężeń. Niższa wartość współczynnika korelacji uzyskana dla kwasu ferulowego, wynika prawdopodobnie z rzędu wielkości w zakresie którego był on oznaczany oraz niewielkiej jego ilości w badanym produkcie. Określenie czułości metody. Miarą czułości metody jest wartość współczynnika kierunkowego prostej „a”, który charakteryzuje nachylenie krzywej kalibracji [Szczepaniak 1996; Konieczka i Namieśnik 2007]. Wartość współczynnika „a” odczytuje się z otrzymanego na podstawie wykonanej krzywej wzorcowej równania regresji, które przyjmuje postać y= ax + b. Wartości współczynnika „a” dla krzywych wzorcowych analizowanych kwasów wyniosły odpowiednio: a= 3961,7 dla kwasu wanilinowego, a= 4534,5 dla kwasu syringowego oraz a= 9855 dla kwasu ferulowego (rys. 1–3). Analizując wartość współczynnika „a” uzyskuje się informację o tym, jak zmieni się pole powierzchni piku (wskazanie przyrządu) przy zmianie zawar56 Ocena wybranych parametrów metody HPLC oznaczania... tości analitu o jednostkę. Uzyskane wartości współczynnika kierunkowego ze względu na rząd wielkości pola powierzchni pików są wysokie i pozwalają twierdzić, że stosowana metoda charakteryzuje się wysoką czułością w zakresie oznaczania wybranych kwasów fenolowych w kaszy gryczanej. Czułość metody analitycznej jest ważnym parametrem, związanym z przyrządem pomiarowym. Im metoda jest czulsza, tym bardziej dokładne wyniki można uzyskać [Minczewski i Marczenko 1997; Fojut-Pałka i Winnicka 2007]. Rys. 1. Krzywa wzorcowa dla kwasu wanilinowego. Odczyt przy użyciu detektora DAD-UV/VIS przy długości fali 280 nm. Rys. 2. Krzywa wzorcowa dla kwasu syringowego. Odczyt przy użyciu detektora DAD-UV/VIS przy długości fali 280 nm. 57 Aleksandra Majkowska, Joanna Klepacka Rys. 3. Krzywa wzorcowa dla kwasu ferulowego. Odczyt przy użyciu detektora DAD-UV/VIS przy długości fali 380 nm. Określenie precyzji metody. W celu określenia precyzji metody HPLC oznaczania wybranych kwasów fenolowych w kaszy gryczanej, dokonano analizy dla ośmiu równoległych próbek produktu, a pomiar (nastrzyk) przeprowadzono dwukrotnie dla każdej próby. Dane zamieszczono w tab. 1. Z uzyskanych wyników (tab. 1) po przeprowadzeniu testu Q- Dixona na obecność błędów grubych, wyznaczono średnią arytmetyczną, odchylenie standardowe oraz współczynnik zmienności. Na poziomie prawdopodobieństwa równym 95%, każdy z uzyskanych wyników powinien znajdować się w przedziale X= Xśr ± 2S [Drobnik i Latour 2003]. Zgodnie z tą zasadą wyniki uzyskane dla kwasu wanilinowego mieszczą się w przedziale 83,75–109,81 µg/g. Zawartość kwasu syringowego znajduje się w przedziale 222,57–293,69 µg/g, natomiast wartości uzyskane dla kwasu ferulowego powinny mieścić się w granicach 1,41–1,76 µg/g. Jedynie w przypadku kwasu ferulowego dwa otrzymane wyniki przekraczają dopuszczalną granicę, co prawdopodobnie wynika z bardzo niskiej zawartości tego kwasu w badanych produktach, a co za tym idzie trudnościami w precyzyjnym jego oznaczeniu. Głównym parametrem na podstawie którego oznacza się precyzję metody jest współczynnik zmienności [Pothitirat i Gritsanapan 2009]. Aby metodę analityczną uznać za precyzyjną wartość współczynnika zmienności nie powinna przekraczać 10% [Niedbalski i Kęsy 2007; Majewska 2008]. Uzyskane wartości 58 Ocena wybranych parametrów metody HPLC oznaczania... Tab. 1. Zawartość analizowanych kwasów fenolowych w badanym produkcie oraz parametry opisujące precyzję metody Zawartość kwasu [µg/g] Nr. próby wanilinowego syringowego ferulowego 1 95,70 273,35 1,48 1’ 97,87 275,17 1,79 2 90,35 256,37 1,58 2’ 93,13 259,32 1,69 3 93,43 244,68 1,62 3’ 92,27 242,21 1,50 4 84,76 226,87 1,50 4’ 86,58 223,30 1,40 5 99,34 256,39 1,59 5’ 99,43 255,00 1,60 6 103,42 274,04 1,62 6’ 101,81 284,98 1,58 7 108,51 273,86 1,66 7’ 107,64 282,11 1,61 8 98,38 252,19 1,61 8’ 95,85 250,22 1,56 Średnia: 96,78 258,13 1,59 Odchylenie standardowe[mg]: 6,51 17,78 0,086 współczynnika zmienności dla wszystkich analizowanych kwasów nie przekroczyły dopuszczalnej granicy i wynosiły odpowiednio: 6,73% dla kwasu wanilinowego, 6,89% dla kwasu syringowego oraz 5,42% dla kwasu ferulowego. Na tej podstawie można twierdzić, że metoda wysokosprawnej chromatografii cieczowej HPLC jest metodą precyzyjną w oznaczaniu wybranych kwasów fenolowych w kaszach 59 Aleksandra Majkowska, Joanna Klepacka gryczanych. Wysoką precyzję metody HPLC do oznaczania związków fenolowych potwierdzają inni badacze. Parejo i in. [2004] badali przydatność omawianej metody do oznaczania związków fenolowych w koprze włoskim, natomiast Olkowski i in. [2003] zajmowali się analizą zawartości kwasów fenolowych w rzepaku. W obu przypadkach uzyskano satysfakcjonującą precyzję metody HPLC i uznano ją za najlepszą metodę do analizy zawartości związków fenolowych. Wysoką precyzję metody HPLC uzyskali również Escarpa i González [2000] oznaczając zawartość związków fenolowych w jabłkach, gruszkach oraz winie. Określenie dokładności metody. Dokładność metody oceniano określając odzysk wzorca, stosując trzy poziomy wzbogacenia (25%; 50%; 75%) próbek kaszy gryczanej odpowiednimi kwasami fenolowymi (tab.2). Odzysk kwasu wanilinowego w zależności od poziomu wzbogacenia wynosił od 91,13% do 96,16%, kwasu syringowego od 91,05% do 97,74%, natomiast kwasu ferulowego od 83,27% do 155,30%. Metodę uznaje się za dokładną, kiedy wartość odzysku wzorca jest bliska 100% [Konieczka i Namieśnik 2007] a najlepiej, gdy mieści się ona w granicach od 95% do 105% [Kan i in. 2007]. Escarpa i González [2011] w swoich badaniach uznali za dokładna metodę, której odzyski były w przedziale 92%–106%. Metoda wysokosprawnej chromatografii cieczowej HPLC uznawana jest za metodą dokładną w zakresie oznaczania związków fenolowych. Badacze, którzy zajmowali się oznaczaniem tych związków w innych produktach spożywczych uzyskiwali odzyski wzorców bliskie 100% [Escarpa i González 2000, Escarpa i González 2001, Olkowski i in. 2003, Parejo i in. 2004, Kan i in. 2007]. Uzyskane wartości odzysku dla kwasu wanilinowego oraz syringowego mieszczą się w zakresie, który pozwala zakładać, że metoda HPLC charakteryzuje się dobrą dokładnością oznaczania tych kwasów w kaszy gryczanej. W przypadku kwasu ferulowego, uzyskane wartości odzysku mogą być wynikiem zarówno małej zawartości tego kwasu w kaszy gryczanej, jak i bardzo niewielkich ilości dodawanego wzorca, co z pewnością przyczyniło się do obniżenia dokładności metody w zakresie oznaczania tego kwasu. Chcąc osiągnąć bardziej satysfakcjonujące 60 Ocena wybranych parametrów metody HPLC oznaczania... Tab. 2. Wartości odzysku analizowanych kwasów na trzech poziomach wzbogacenia Poziom wzbogacenia Odzysk wzorca [%] Kwas wanilinowy Kwas syringowy Kwas ferulowy 25% 96,16 97,74 155,30 50% 93,63 94,30 83,27 75% 91,13 91,05 105,30 wartości odzysku kwasu ferulowego, należałoby powtórzyć analizy stosując większe naważki produktu lub zwiększając objętość próbki dozowanej na kolumnę. Należy zwrócić uwagę, że w metodzie HPLC na końcowy wynik ma wpływ bardzo wiele czynników. Różnice pomiędzy wynikami uzyskanymi w tej pracy a wynikami innych badaczy mogą wynikać z zastosowania innych faz ruchomych czy różnych prędkości przepływu eluentu. Chcąc zwiększyć dokładność stosowanej metody, należałoby przy kolejnych analizach uwzględnić możliwość modyfikacji warunków rozdziału. Obecnie nie jest możliwe wyznaczenie dokładności metody HPLC stosowanej do oznaczania kwasów fenolowych w oparciu o analizę materiałów odniesienia, ponieważ nie ma ich w sprzedaży. WNIOSKI Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że metoda wysokosprawnej chromatografii cieczowej HPLC służąca do oznaczania kwasów fenolowych: wanilinowego, syringowego oraz ferulowego: 1. Posiada satysfakcjonującą liniowość krzywych wzorcowych w zakresie analizowanych stężeń kwasów wanilinowego i syringowego. Gorsza liniowość wynikająca z niższej wartości współczynnika korelacji określonego dla krzywej kwasu ferulowego wynika najprawdopodobniej z niewielkiej ilość tego składnika w badanej próbce. 2. Charakteryzuje się wysoką czułością, co pozwala na wykrycie różnic w zawartości kwasów fenolowych między próbkami produktów spożywczych, różniącymi się niewielką ilością tych składników. 3. Odznacza się odpowiednio wysoką precyzją w oznaczaniu wszystkich analizowanych kwasów. 61 Aleksandra Majkowska, Joanna Klepacka 4. Posiada wysoką dokładność w przypadku oznaczania kwasu wanilinowego i syringowego, a w zakresie oznaczania kwasu ferulowego należy ją poddać dalszym badaniom. LITERATURA Budryn G., Nebesny E., Fenolokwasy – ich właściwości, występowanie w surowcach roślinnych, wchłanianie i przemiany metaboliczne (w:) Bromat. Chem. Toksykol. 2006, XXXIX(2): 103–110. Cozel-Kasperek A., Walidacja i niepewność wyników oznaczania pozostałości pestycydów chloroorganicznych w matrycy tłuszczowej metodą chromatografii gazowej na przykładzie heksachlorobenzenu (HCB) (w:) Rocznik Instytutu Przemysłu Mięsnego i Tłuszczowego, 2005, T. XLII/XLIII: 273–283. Drobnik M., Latour T., Modyfikacja oraz walidacja spektrofotometrycznej metody oznaczania śladowych ilości antymonu w różnego typu wodach mineralnych (w:) Roczn. PZH, 2003, 54, Nr. 2: 153–161. Escarpa A., González M.C., Optimization strategy and validation of one chromatographic method as approach to determine the phenolic compounds from different sources (w:) Journal of Chromatography A, 2000, 897: 161–170. Escarpa A., González M.C., Approach to the content of total extractable phenolic compounds from different food samples by comparison of chromatographic and spectrophotometric methods (w:) Analytica Chimica Acta, 2001, 427: 119–127. Fojut-Pałka B., Winnicka A., Wiarygodność wyników badań laboratoryjnychwprowadzenie do walidacji metod analitycznych w laboratorium diagnostycznym (w:) Medycyna Wet. 2007, 63(7): 874–878. Fornal Ł., Chemizm nasion gryki i kierunek spożywczego wykorzystania (w:) Biuletyn Naukowy, 1999, 4: 7–17. Gąsior R., Wybrane aspekty walidacji metod analitycznych (w:) Wiadomości Zootechniczne, 2007, 55–60. Gąsior R., Czmer Z., Kryszczak M., Wybrane aspekty tworzenia i wdrażania procedur kontrolnych wyposażenia w laboratorium akredytowanym (w:) Wiadomości Zootechniczne, 2007, R. XLV, 3: 49–53. Grajek W., 2007, Przeciwutleniacze w żywności, WNT. Warszawa. Kan Y., Gökbulut A., Kartal M., Konuklugil B., Yilmaz G., Development and validation of a LC method for the analysis of phenolic acids in Turkish Salvia species (w:) Chromatographia 2007, 66: 47–52. 62 Ocena wybranych parametrów metody HPLC oznaczania... Klepacka J., Gujska E., 2008, Analiza różnic w zawartości związków fenolowych wybranych przetworów uzyskanych z gryki. Jakość i bezpieczeństwo produktów w zrównoważonym rozwoju, Politechnika Radomska, Radom Konieczka P., Namieśnik J., 2007, Ocena i kontrola jakości wyników pomiarów analitycznych, WNT, Warszawa. Korol W., System jakości w laboratorium badania środków żywienia zwierząt (w:) Pasze przemysłowe, 2004, 11/12: 19–24. Majewska E., Walidacja wybranych metod oznaczania aspartamu w słodzikach (w:) Żywność. Nauka. Technologia. Jakość 2008, 2 (57): 106–118. Minczewski J., Marczenko Z., 1997, Chemia analityczna 2 chemiczne metody analizy ilościowej, PWN, Warszawa. Niedbalski W., Kęsy A., Walidacja metody Elisa (SPCE) do wykrywania przeciwciał przeciwko wirusowi pryszczycy (w:) Medycyna Wet., 2007, 63(4): 455–458 Olkowski A.A., Amarowicz R., Peiquiang Y., McKinnon J.J., Maenz D.D., A Rapid HPLC method for determination of major phenolic acids in plant material (w:) Pol. J. Food Nutr. Sci. 2003, 12/53, No 1: 53–57. Parejo I., Viladomat F., Bastida J., Codina C., Development and Validation of a high-performance liquid chromatographic method for the analysis of antioxidative phenolic compounds in fennel using a norrow bore reversed phase C18 column (w:) Analytica Chemica Acta 2004, 512: 271–280. Pothitirat W., Gritsanapan W., HPLC Quantitative Analysis Method for the Determination of α-Mangostin in Mangosteen Fruit Rind Extract (w:) Thai Journal of Agricultural Science 2009, 49 (1): 7–12. Pussayanawin V., Wetzel D.L., High-Performance Liquid Chromatographic determination of ferulic acid in wheat milling fractions as a measure of bran contamination, J. Chromatogr. 1987, 391, 243–255. Szczepaniak W., 1996, Metody instrumentalne w analizie chemicznej, PWN, Warszawa. Adres do korespondencji: mgr inż. Aleksandra Majkowska Katedra Towaroznawstwa i Badań Żywności Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie ul. Heweliusza 6, 10–957 Olsztyn e-mail: [email protected] 63 Agnieszka NAJDA EPISTEME 25/2014 s. 65–76 ISSN 1895-4421 SUBSTANCJE TOKSYCZNE W ROŚLINACH Z WBUDOWANYM AZOTEM W STRUKTURĘ TOXIC SUBSTANCES IN PLANTS WITH BUILT STRUCTURE WITH NITROGEN Abstrakt. Celem zaprezentowanego artykułu była charakterystyka substancji toksycznych występujących naturalnie w roślinach. Przedstawiono szczegółowo substancje toksyczne z wbudowanym azotem w strukturę. Omówiono budowę tych związków, ich zawartość w roślinach, czynniki wpływające na ich ilość oraz działania niepożądane wywoływane przez nie. Słowa kluczowe: substancje toksyczne, aminokwasy niebiałkowe, glukozynolany, glikozydy cyjanogenne, alkaloidy Summary. The purpose of the article was presented characteristics of naturally occurring toxic substances in plants. Shows in detail the toxic substances from the built-in structure of nitrogen. The construction of these compounds, their content in plants, factors affecting the amount and side effects caused by them. Key words: toxic substances, non-protein amino acids, glucosinolates, cyanogenic glycosides, alkaloids 65 Agnieszka Najda WSTĘP Rośliny zawierają dużą ilość biologicznie aktywnych substancji chemicznych. Niektóre z nich okazały się być niezwykle użyteczne w leczeniu różnych chorób u ludzi i zwierząt (np. digitoksyna, kolchicyny i atropinę). Jednak niektóre składniki roślinne na skutek ekspozycji mogą mieć negatywny wpływ. Wystąpienie tych działań niepożądanych może być nagłe lub rozłożone w czasie. Na szczęście, wśród tysięcy roślin, stosunkowo niewiele powoduje poważne, zagrażające życiu choroby po spożyciu. Rośliny tworzą 99,9% światowej żywej materii, dostarczają pożywienia i schronienia, kształtują klimat Ziemi. Zatem badania ekologii roślin są niezbędne do zrozumienia funkcji i procesów biologicznych biosfery [Keddy 2007]. Toksyczność jest to zdolność substancji do szkodliwego oddziaływania na zdrowie. Efekty te mogą uszkadzać pojedynczą komórkę, grupę komórek, narządy, system lub cały organizm. Efekt toksyczny może być widocznym uszkodzeniem, bądź mieć postać spadku wydajności funkcji życiowych możliwych do oceny tylko poprzez badania. Wszystkie substancje roślinne mogą być szkodliwe na określonym poziomie. Za toksyczne uważa się te substancje, które w małych ilościach wykazują działanie szkodliwe, natomiast za stosunkowo nietoksyczne tylko te, które w bardzo dużej ilość mogą prowadzić do uszkodzeń [Ducombs i Schmidt 1995]. Rośliny trujące zawierają w całym organizmie roślinnym lub tylko w niektórych częściach substancje trujące, będące toksyczne dla człowieka i zwierząt. Liczne gatunki roślin wytwarzają stanowiące część strategii przeżycia i obronę w czasie walki ze szkodnikami i roślinożercami. Substancje te mają działać odstraszająco lub toksycznie na organizm, który im zagraża. Jednak o tym, czy dochodzi do zatrucia decyduje głównie dawka, aktywnego związku oraz to, czy dany szkodnik wypracował własną zdolność obrony [Różański i Widy-Tyszkiewicz 2010]. Rośliny trujące często można rozpoznać po nieprzyjemnym zapachu lub ostrym, piekącym smaku. Zwierzęta na ogół rozpoznają rośliny trujące i omijają je – jednak nie zawsze. Ludzie natomiast nauczyli się doświadczalnie rozpoznawać rośliny trujące, w większości na podstawie analizy składu chemicznego i ich oddziaływania na organizm. 66 Substancje toksyczne w roślinach z wbudowanym azotem... Rys. 1. Podział roślinnych substancji toksycznych Lista roślin trujących jak i zawartość substancji toksycznych w roślinach nie jest jeszcze zamknięta. Często nie jest to pojedyncza substancja toksyczna, a kilka substancji. Mogą to być alkaloidy, glikozydy, niektóre olejki lotne, saponiny. Niektóre rośliny tracą swe własności trujące po wysuszeniu – siano nie ma już własności trujących. Inne zachowują je po wysuszeniu i długotrwałym przechowywaniu. Różny jest też rozkład trucizn w roślinie. U wielu gatunków występują one w różnym stopniu we wszystkich częściach anatomicznych, u niektó67 Agnieszka Najda rych gatunków trujące są tylko określone ich części, np. korzenie, nasiona, ziele. Ilość trującej substancji w roślinie zależy też od wielu czynników: pory roku (zimowit jesienny – wiosną), nasłonecznienia, gleby, wilgotności. Zawartość trucizn w roślinach zmienia się w czasie ich cyklu rozwojowego. U niektórych gatunków można spożywać młode pędy, podczas, gdy dorosłe okazy są trujące (lub odwrotnie). Różna jest też wrażliwość zwierząt na te same trucizny. Cis pospolity jest znacznie bardziej trujący dla koni, niż dla innych zwierząt roślinożernych. Przebieg zatrucia zależy od ilości spożytej rośliny i sposobu spożycia. Także rośliny słabo trujące mogą powodować ciężkie zatrucie, a nawet śmierć, gdy zostały spożyte w większych ilościach. Niektóre rośliny stanowią tylko poważne zagrożenie dla niektórych zwierząt (takich jak koty, psy, lub zwierząt gospodarskich) lub niektórych rodzajów ludzi (takich jak dzieci, osób starszych lub osób z patologicznych luk). Spożywanie w umiarkowanych ilościach większości z tych roślin jest bezpieczne dla dorosłego człowieka. Rośliny lecznicze, niektóre rośliny uprawne, uprawiane dla celów spożywczych są trujące (szczególnie rośliny przyprawowe), gdy zostaną wykorzystane w niewłaściwy sposób, lub w nadmiernych ilościach stają się równocześnie roślinami trującymi. Schemat podziału roślinnych substancji toksycznych przedstawia rys. 1. Aminokwasy niebiałkowe. Jest to liczna grupa związków nie występujących w białkach, która pełniących istotne funkcje biologiczne. Nie są one α-aminokwasami, przykładem może być kwas γ-aminomasłowy i β-alanina. Kwas Gaba – γ-aminomasłowy powstaje w mózgu i pełni rolę hamującego neuroprzekaźnika w synapsach. β-Alanina natomiast powstaje w organizmach ssaków z przemian zasad pirymidynowych. Jej rola biologiczna wynika z udziału w strukturze koenzymie A i kwasu pantotenowego [Bell 2003]. Aminokwasy niebiałkowe pełnią rolę metabolitów w różnych reakcjach zachodzących w organizmie. Należą do nich np. cytrulina lub ornityna, które biorą udział w procesie biosyntezy mocznika. Mogą również spełniać rolę metabolitów pośrednich w rekcjach, w których dokonywana jest przemiana aminokwasów białkowych, przykładem jest przemiana cysteiny w tyrozynę lub powstanie karnityny z lizyny oraz metioniny. Wśród aminokwasów niebiałkowych są takie, które 68 Substancje toksyczne w roślinach z wbudowanym azotem... ujawniają aktywność hormonów tarczycy, mianowicie 3,5,3’-trijodotyronina (T3) i tyroksyna, czyli 3,5,3’5’-tetrajodotyronina (T4), które powstają z aminokwasu białkowego tyrozyny. Niektóre z niebiałkowych aminokwasów są antybiotykami, które produkowane są jako szczepy bakterii. Należą do nich azaseryna, działająca hamująco na komórki nowotworowe oraz chloramfenikol, który wytwarzany jest przez Streptomyces. Aminokwasy niebiałkowe występują najczęściej w nasionach roślin motylkowych. Wykazują działanie toksyczne na owady oraz zwierzęta roślinożerne np. L-DOPA, który powoduje ciemnienie i twardnienie pancerzy owadów poprzez inhibicję aktywności tyrozynazy [Rosenthal 1982]. Niektóre owady potrafią radzić sobie z toksycznością tych związków poprzez nie wbudowywanie ich w białka oraz rozkładanie ich do produktów, które wykorzystują do budowy innych, endogennych substancji [DMello 1989]. Znane są aminokwasy o szkodliwym działaniu, np. mimozyna występująca w liściach tropikalnej rośliny Leucaena leucocephala, która obniża wykorzystanie pokarmów i powoduje wypadanie sierści u zwierząt nią karmionych. Toksyczny jest również kwas azetydyno-2-karboksylowy, występujący w konwaliach. Kod genetyczny nie odróżnia go od proliny, przez co zostaje wbudowywany w łańcuch białkowy, zmieniając funkcję takiego białka. Glukozynolany. Glukozynolany (GLS) to roślinne siarkowe tioglikozydy, zawierające w swoim składzie cząsteczkę glukozy, siarkę oraz resztę aminokwasową. Są to produkty metabolizmu czterech aminokwasów: metioniny (GLS alifatyczne), fenyloalaniny lub tyrozyny (GLS arylowe) oraz tryptofanu (GLS indolowe) [Fenwick i in. 1983; Farnham i in. 2004]. Glukozynolany są związkami o niewielkiej aktywności biologicznej, zaś wysoką aktywność wykazują produkty ich enzymatycznej hydrolizy. Hydroliza tych związków następuje przy udziale enzymu myrozynazy, który uaktywnia się po uszkodzeniu tkanek roślinnych. Podczas tego procesu powstaje szereg aktywnych biologicznie związków, np. izotiocyjaniany, nitryle, tiocyjaniany [Kalembasa i Adamiak 2011; Szczygłowska i in. 2011]. Występują we wszystkich tkankach rośliny i są zlokalizowane w wakuolach. Składają się z glukozy, sulfonowanego oksymu i łańcucha bocznego o strukturze aromatycznej, alifatycznej lub indolowej. Bu69 Agnieszka Najda dowa łańcucha bocznego determinuje rodzaj związku. Substancje te wykazują działanie toksyczne w stosunku do patogenów roślin, dlatego też można zaliczyć je do naturalnych pestycydów, gdyż produkty ich hydrolizy są aktywne biologicznie, a część z nich jest toksyczna. Odpowiadają za obronę roślin przez patogenami, owadami i roślinożercami. [Friberg i in. 2009; Bjorkman i in. 2011; Bohinc i in. 2012; Morales-Rodriguez i in. 2012; Motisi i in. 2013]. U zwierząt glukozynolany rozkładane są przez myrozynazę do nitryli (R-CN), izotiocyjanianów, winyloksazolidonu i jonu tiocyjanowego. Związki te wykazują działanie goitrogenne, zakłócają czynność nadnerczy, trzustki, wątroby i nerek, wywołują przerost tarczycy i pobudzają jej aktywność przy równoczesnym obniżeniu stężenia hormonów we krwi. Powodują hamowanie wnikania jodu do tarczycy i jodowanie tyrozyny w tyreoglobulinę, przez co zmniejsza się ilość wytwarzanej tyroksyny i trójjodotyroniny. Obniżają smakowitość i wykorzystanie pobranego pokarmu. Najbardziej wrażliwe są młode zwierzęta. Glukozynolany u zwierząt monogastrycznych mogą powodować zapalenie nabłonka jelit, wywoływać dysfunkcje wątroby, trzustki i nerek. Zaliczane do glukozynolanów goitryny, powodują słabe wiązanie jodu przez hormony tarczycy. Ograniczenie goitrogennego działania może nastąpić także poprzez suplementację jodem dawek zawierających śrutę rzepakową, lub podgrzewanie śruty po ekstrakcji (toastowanie) co w znacznym stopniu zmniejsza zawartość substancji antyżywieniowych, podobnie jak zakiszanie śruty z burakami cukrowymi lub fermentacja półsucha przy użyciu grzybni Rhizopus oligosporus. Glukozynolany w komórce roślinnej nie są toksyczne, ponieważ oddzielone są przestrzennie od enzymu myrozynazy, który przekształca je do toksycznych pochodnych. Obecnie zidentyfikowano ok. 20 glukozynolanów w warzywach kapustnych [Robot i Szylit 1993]. Nadają one gorzki, czasem ostry smak brokułom, brukselce, kalafiorowi i kapuście, występują w gorczycy, rzepaku i nasturcji. W organizmie ludzkim, pełnia pozytywną rolę [Kiutamo 2002]. Ze względu na działanie hamujące na kancerogeny zaleca się spożywanie roślin bogatych w glukozynolany. Blokują one tworzenie biokancerogenów z prokancerogenów, enzymy aktywujące kancerogeny oraz czynniki uszkadzające DNA. Aktywują białka enzymatyczne odpowiedzialne za detoksykację substancji rakotwórczych oraz stymulują powrót 70 Substancje toksyczne w roślinach z wbudowanym azotem... uszkodzonej komórki na drogę apoptozy. Niesprzecznie glukozynolany są zaliczane do substancji działających przeciwnowotworowo. Glikozydy cyjanogenne. Substancje obecne w wielu roślinach, jednak najbogatszym ich źródłem są młode części roślin. Substratami do ich biosyntezy są aminokwasy. Cyjanoglikozydom występującym w tkankach roślin, przypisuje się rolę ochronną przed roślinożercami (szczególnie owadami) i patogenami [Nahrstedt 1985; Seigler 1998]. Same podlegają hydrolizie, której produktem jest kwas pruski, najbardziej toksyczna substancja naturalna. Zdolność uwalniania cyjanowodoru (HCN) z tkanek roślinnych czyli cyjanogenezę, stwierdzono u ponad 3000 gatunków roślin wyższych należących do paprotników, roślin nagonasiennych i okrytonasiennych zarówno jednoliściennych jak i dwuliściennych. Głównym źródłem powstawania HCN w roślinach są cyjanogenne glikozydy lub cyjanogenne lipidy jak to ma miejsce w przypadku nasion niektórych roślin należących do sapindaceae i hippocastanaceae [Seigler 1998]. Cyjanowodór jest związkiem toksycznym dla organizmów zwierzęcych głównie z powodu hamowania aktywności oksydazy cytochromowej w mitochondrialnym łańcuchu oddechowym, jest też skutecznym inhibitorem innych enzymów zawierających metale. Kwas pruski (HCN) ma bardzo silne powinowactwo do żelazo-porfirynowego układu oddechowych białek enzymatycznych. U ludzi powoduje śmierć komórek poprzez tzw. głód tlenowy, u zwierząt natomiast wywołuje hipokaliemię, obrzmienie i wakuolizację komórek oraz białkomocz [Siegień 2007]. Dawka śmiertelna dla zwierząt niezaadoptowanych to niecałe 2,5 mg na kg masy ciała, dla ludzi to od 0,5 do 3,5 mg na kg masy ciała. Niektóre ślimaki i zwierzęta hodowlane (np. owce, przeżuwacze) mają zdolność detoksykacji jonów cyjankowych poprzez wiązanie z siarką przy udziale enzymu rodanazy. System taki wykorzystuje się u osób zatrutych cyjankami [Zagrobelny i in. 2004]. Adaptacji zwierząt dokonuje się również poprzez rodanazę. Spośród około 50 związków cyjanogennych wytwarzanych przez rośliny, wymienić nalezy amigdalinę (migdały), prunazynę (tarnina, czeremcha, wiśnia, czereśnia), sambunigrynę (bez czarny, bez hebd, bez koralowy), linamarynę (lnica, len), lotaustralinę (koniczyna). 71 Agnieszka Najda Alkaloidy. Alkaloidami nazywane są azotowe związki pochodzenia roślinnego, o skomplikowanych strukturach, odznaczające się dwiema zasadniczymi cechami: • • mają w cząsteczce atom (lub atomy) azotu nadający im charakter zasadowy; wykazują silne działanie (aktywność farmakologiczną) na organizm ludzi i zwierząt. To złożona grupa związków pochodnych aminokwasów o gorzkim smaku. W Polsce najczęściej mamy do czynienia z alkaloidami z grupy sterydów połączonych z cukrami są to: solanina w ziemniakach i tomatyna w pomidorach. Wysoka koncentracja solaniny występuje w kiełkach i zzieleniałych bulwach ziemniaków, tomatyny – w zielonych liściach i owocach pomidorów, zwłaszcza dojrzewających w sztucznej atmosferze. Alkaloidy w zależności od sposobu powstawania tworzą grupy rys 2. Rys. 2. Podział alkaloidów Działanie toksyczne tych substancji polega na hamowaniu cholinoesterazy, co zakłóca neuroprzekaźnictwo – biegunki, wymioty [Moss i in. 1995]. Alkaloidy te są nierozpuszczalne w wodzie, dlatego gotowanie i parowanie ziemniaków w małym stopniu zmniejsza zawartość solaniny. Alkaloidy zawarte w czosnku i cebuli uwalniają propylodwusiarczek, który w większych stężeniach wywołuje u psów i kotów eozynofilię, niedokrwistość hemolityczną, gorączkę, przebar72 Substancje toksyczne w roślinach z wbudowanym azotem... wienie moczu a w skrajnych przypadkach śmierć. Lupaina i jej pochodne występuje w dużych ilościach w łubinie gorzkim, natomiast w łubinie słodkim w małych ilościach. Alkaloidy te mają gorzki smak, co nie przeszkadza bydłu i owcom (konie nie jedzą łubinu gorzkiego). Gorzki smak pochodzi również od zawartej w nim taniny. U krów Tab. 1. Występowanie alkaloidów część alkaloidu może przenikać do mleka nadając mu gorzki smak. Zakiszanie zielonki nie eliminuje alkaloidów a jedynie powoduje ich przesunięcie się z górnych warstw kiszonki do dolnych. W tabeli 1 zamieszczono lokalizację i występowanie alkaloidów. Alkaloidy łatwo łączą się z kwasami organicznymi występującymi w soku komórkowym tworząc sole bardzo dobrze rozpuszczalne w środowisku wodnym, a trudno w rozpuszczalnikach organicznych. Cecha tych 73 Agnieszka Najda substancji jest to, że nie są powszechnie gromadzone, są charakterystyczne dla niektórych gatunków i pewnych części roślin. Ponad to synteza i gromadzenie alkaloidów zachodzi w określonym stadium ontogenezy. PODSUMOWANIE Każda substancja chemiczna obecna w środowisku może w organizmie ludzi i zwierząt wywołać efekt biologiczny. Jego skutki zależą od dawki wchłoniętej, właściwości fizykochemicznych substancji i wrażliwości organizmu związanej z wiekiem, płcią i stanem zdrowia. Zagadnienia bezpieczeństwa dotyczące produktów pochodzenia naturalnego nie ograniczają się tylko do kwestii związanych z toksycznością, należy stwierdzić, że dane toksykologiczne są dla tej grupy produktów pozostają nadal mało poznane, natomiast dominującą kwestią pozostaje powszechne i samodzielne ich stosowanie. Na temat ryzyka związanego ze stosowaniem poszczególnych surowców roślinnych istnieje dużo danych. Przypadki działań niepożądanych i interakcji opisywano w literaturze naukowej. W odniesieniu do substancji pochodzenia roślinnego, pozostaje jednak element związany z ryzykiem, który nie został dostatecznie opisany i zbadany. LITERATURA Keddy P.A. 2007. Plants and Vegetation: Origins, Processes, Consequences. Cambridge University Press, Cambridge, UK. 666 p. Chapter 7. Ducombs G., Schmidt R. J. 1995. Plants and plant products. [w] Textbook of Contact Dermatitis. [Rd] Rycroft R.J.G., Menne T., Frosch P.J. Springer-Verlag, Berlin 1995, 589–635. Różański M., Widy-Tyszkiewicz E. 2010. Quantitative risk assessment of herbal medicines showing interactions with drugs used for the treatment of cardiovascular diseases. Polski Przegląd Kardiologiczny, 12, Suppl. 2: 13–16. Bell E.A. 2003. Nonprotein amino acids of plants: significance in medicine, nutrition, and agriculture. J. Agric. Food Chem., 51 (10): 2854–286. Rosenthal G.A. 1982. Plant non-protein amino and imino acids. Academic Press, New York, Chapter 3. p. 57. 74 Substancje toksyczne w roślinach z wbudowanym azotem... DMello J.P.F. 1989. Anti-nutritional Factors, Potentially Toxic Substances in Plants. [Rd] DMello J.P.F., Duffus C.M., Duffus J.H., Association of Applied Biologists, Warwick, p. 29. Fenwick G.R., Heaney R.K., Mullin W.J. 1983. Glucosinolates and their breakdown products in food and food plants. CRC Crit. Rev. Food Sci. Nutr., 18: 123–201. Farnham M.W., Wilson P.E., Stephenson K.K., Fahey J.W. 2004. Genetic and environmental effects on glucosinolate content and chemoprotective potency of broccoli. Plant Breeding, 123(1): 60–65. Kalembasa S., Adamiak E.A. 2011. Określenie składu chemicznego makuchu rzepakowego. Acta Agrophys., 15(2): 323–331. Szczygłowska M., Piekarska A., Konieczka P., Namieśnik J. 2011. Use of brassica plants in the phytoremediation and biofumigatio n processes. Internation. J. Molecular Sci., 12: 7760–7771. Friberg H., Edel-Hermann V., Faivre C., Gautheron N., Fayolle L., Faloya V., Montfort F., Steinberg C. 2009. Cause and duration of mustard incorporation effects on soil-borne plant pathogenic fungi. Soil Biol. Biochem., 41: 2075–2084. Bjorkman M., Klingen I., Birch A.N.E., Bones A.M., Bruce T.J.A., Johansen T.J., Meadow R., Molmann J., Seljasen R., Smart L.E., Stewart D. 2011. Phytochemicals of Brassicaceae in plant protection and human health – Infl uences of climate, environment and agronomic practice. Phytochemistry, 72: 538–556. Bohinc T., Ban S.G., Ban D., Trdan S. 2012. Glucosinolates in plant protection strategies: a review. Archiv. Biol. Sci., 64: 821–828. Morales-Rodriguez C., Picon-Toro J., Palo E.J., Garcia A., Rodriguez-Molina C. 2012. In vitro inhibition of mycelia growth of Phytophthora nicotianae Breda de Haan from different hosts by Brassicaceae species. Effect of the developmental stage of the biofumigant plants. Pest Manag. Sci., 68: 1317–1322. Motisi N., Poggi S., fi lipe J.A.N., Lucas P., Dore T., Montfort F., Gilligan C.A., Bailey D.J. 2013. Epidemiological analysis of the effects of biofumigation for biological control of root rot in sugar beet. Plant Pathol., 62: 69–78. Rabot S. Szylit O. 1993. Alterations of the hepatic xenobiotic-metabolizing enzymes by a glucosinolates-rich diet in germ-free rats: infl uence of a preinduction with Phenobarbital. Br. J. Nutr., 70: 347–354. Kiutamo T. 2002. Eating Brassica vegetables is good for our Health. VTT Biotechnology Finland, 3: 492. Nahrstedt A., 1985. Cyanogenic compounds as protecting agents for organisms. Plant Syst. Evol., 150: 35–47. 75 Agnieszka Najda Seigler D.S. 1998. Cyanogenic glycosides and cyanolipids. [w:] Plant secondary metabolism. [Rd] Seigler D.S. Kluwer Academic Press, Boston, 273–296. Siegień I. 2007. Cyjanogeneza u roślin i jej efektywność w ochronie roślin przed atakiem roślinożerców i patogenów. KOSMOS, Problemy Nauk Biologicznych, 1–2: 155–156. Zagrobelny M., Bak S., Rasmussen V., Jorgensen B., Naumann C. M. 2004. Cyanogenic glycosides and plant-insect interactions. Phytochemistry, 65, 293–306. Moss G.P., Smith P.A.S., Tavernier D. 1995. Glossary of class names of organic compounds and reactivity intermediates based on structure (IUPAC Recommendations 1995). Pure Appl. Chem., 67 (8–9): 1313. Adres do korespondencji: dr inż. Agnieszka Najda Katedra Warzywnictwa i Roślin Leczniczych Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie ul. Leszczyńskiego 58, 20–069 Lublin e-mail: [email protected] 76 Agnieszka NAJDA, Justyna BEKIER Eduard GULEAC, Agata FILIKS EPISTEME 25/2014 s. 77–85 ISSN 1895-4421 PROFIL KWASÓW FENOLOWYCH LIŚCI BRZOZY BRODAWKOWATEJ (BETULA PENDULA ROTH) PHENOLIC ACID PROFILE OF SILVER BIRCH (BETULA PENDULA ROTH) LEAVES Abstrakt. Oszacowano zawartość metabolitów wtórnych takich jak flawonoidy, garbniki i kwasy fenolowe. W uzyskanych ekstraktach z liści za pomocą wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC) z detektorem (DAD) określono profil i zawartość zidentyfikowanych fenolokwasów obecnych w liściach brzozy pozyskanych ze stanowisk naturalnych Polski Wschodniej. Słowa kluczowe: Betula pendula Roth, parametry fizykochemiczne, metabolity wtórne, HPLC Summary. The content of secondary metabolites such as flavonoids, tannins and phenolic acids was estimated. The extracts there obtained from the leaves using high performance liquid chromatography (HPLC) with a detector of (DAD) and a profile of identified phenolic content present in birch leaves obtained from natural state Eastern Polish. Key words: Betula pendula Roth, physicochemical parameters, secondary metabolites, HPLC 77 Agnieszka Najda, Justyna Bekier, Eduard Guleac, Agata Filiks WSTĘP Rodzaj Betula (Betulaceae) jest reprezentowany przez drzewa i krzewy występujące w stanie naturalnym w strefach umiarkowanej, borealnej i arktycznej Europy, Azji i Ameryce Północnej. Obejmuje on niełatwą do sprecyzowania liczbę gatunków, ponieważ w obrębie rodzaju łatwo powstają mieszańce międzygatunkowe o trudnym do ustalenia statusie taksonomicznym. Wyróżnia się zazwyczaj ok. 35– 60 gatunków, ale w niektórych bazach taksonomicznych za zaakceptowane uznaje się już ponad 110 gatunków [Järvinen i inni 2004; Hynynen i inni 2010; Thomso i inni 2015]. Na obszarze Polski w stanie naturalnym znanych jest 6 gatunków: brzoza brodawkowata (Betula pendula Roth), brzoza karłowata (Betula nana L.), brzoza niska (Betula humilis Schrank), brzoza ojcowska (Betula oycoviensis Besser), brzoza omszona (Betula pubescens Ehrh.) i brzoza Szafera (Betula szaferi Jentys-Szaferowa & Staszk.) [Mirek i inni 2002]. Surowce i produkty brzozy takie jak: liście, kora, pąki, sok i olejek eteryczny są wykorzystywane w leczeniu zaburzeń układu moczowego i przeciwbólowo przy reumatycznych zapaleniach [Li 2002]. Według Europejskiej Agencji Leków [EMA 2008], liść brzozy to tradycyjny roślinny produkt leczniczy, który zwiększa ilość moczu, działając jako adiuwant przy niegroźnych dolegliwościach układu moczowego. Liście brzozy są również stosowane w chorobach skóry, w produktach kosmetycznych przeciw wypadaniu włosów i łupieżu [Płocica i inni 2011]. Właściwości lecznicze tej rośliny wynikają z obecności substancji czynnych opisanych w monografii Betulae folium zawartych zarówno w Farmakopei Europejskie [2008] czy Farmakopei Polskiej [2011]. W niniejszym badaniu, oszacowano zawartość metabolitów wtórnych takich jak flawonoidy, garbniki i kwasy fenolowe. W uzyskanych ekstraktach z liści za pomocą wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC) z detektorem (DAD) określono profil i zawartość zidentyfikowanych fenolokwasów obecnych w liściach brzozy pozyskanych ze stanowisk naturalnych Polski Wschodniej. MATERIAŁY I METODY Materiał badawczy stanowiły liście brzozy brodawkowatej pozyskane z drzew rosnących w stanie naturalnym w okolicach Parczewa (woj. 78 Profil kwasów fenolowych liści brzozy... lubelskie, 51°38’N, 22°54’W), Nałęczowa (woj. lubelskie, 51°17’N, 22°12’W) i Jastkowa (woj. lubelskie, 51°18′N, 22°26’W). Zbioru liści ze wszystkich stanowisk dokonano w tym samym terminie tj. 30.06. 2014 r. W świeżych liściach określono zawartość suchej masy [Chmielewska 1955]. Pozostałe świeże, zdrowe i nieuszkodzone surowce poddano suszeniu w temperaturze 50°C w suszarni mechanicznej. W powietrznie suchych surowcach określono zawartość: wody (wilgotność) – metodą suszarkowo-wagową wg FP IX [2011], popiołu całkowitego metodą farmakopealną [FP IX 2011], polifenoli ogółem metodą Folina-Ciocalteu’a (wynik wyrażano w przeliczeniu na kwas galusowy GAE) [Singleton i Rossi 1965; Slinkard i Singleton 1977], kwasów fenolowych metodą z wykorzystaniem odczynnika Arnova [FP 2002], związków flawonoidowych (wyniki wrażono w przeliczeniu na kwercetynę QE) wg FP VII [2006], garbników metodą wg zaleceń FP IX [2011]. Identyfikację, ocenę składu jakościowego i ilościowego wolnych kwasów fenolowych przeprowadzono wykorzystując wysokosprawną chromatografię cieczową (HPLC) z detektorem DAD, wg metody opracowanej przez Najdę [2004]. Analizę próbek prowadzono w temperaturze 30˚C. Fazę ruchomą stanowił roztwór acetonitryl + woda (20 +80 v/v) z dodatkiem 1% (v/v) kwasu octowego [Najda i Sugier 2007]. Szybkość przepływu wynosiła 1,0 ml/min zaś wielkość nastrzyku 20µl. Zawartość poszczególnych kwasów fenolowych w badanych surowcach obliczono na podstawie krzywej kalibracyjnej wyznaczonej dla każdego zidentyfikowanego kwasu fenolowego. Wszystkie analizy substancji czynnych wykonano w Laboratorium Jakości Warzyw i Surowców Zielarskich Katedry Warzywnictwa i Roślin Leczniczych Uniwersytetu Przyrodniczego w Lublinie w 12 powtórzeniach. Uzyskane wyniki badań laboratoryjnych opracowano statystycznie metodą analizy wariancji i przedziałów ufności T–Tukey`a przy 5% poziomie istotności. WYNIKI BADAŃ I DYSKUSJA W przeprowadzonym badaniu określono w liściach świeżych 31,16% do 36,07% suchej masy (tab. 1), wilgotność na poziomie 8,44% do 9,73%, zaś popiołu całkowitego od 4,12% do 4,51%, co jest zgodne 79 Agnieszka Najda, Justyna Bekier, Eduard Guleac, Agata Filiks z zaleceniami farmakopealnymi w stosunku do powietrznie suchego surowca jakim jest liść brzozy [FP IX 2011]. Wykazano statystycznie istotne różnice między analizowanymi surowcami pod względem badanych parametrów, przy czym liście pochodzące z drzew rosnących w Nałęczowie wykazywały największe wartości badanych parametrów. Tab. 1. Podstawowe parametry fizyczne surowca brzozy brodawkowatej w zależności od miejsca pozyskania surowca Miejsce pochodzenia /zbioru liści Sucha masa, % Wilgotność, % Popiół całkowity, % Parczew 31,16 ± 2,43a 8,44 ± 0,78a 4,12 ± 0,51a Nałęczów 36,07 ± 3,11b 9,73 ± 1,12b 4,51 ± 0,06a Jastków 32,71 ±1,16a 8,71 ± 1,38a 4,27 ±0,11a Składnik Objaśnienia: rożne litery (a, b, c) w kolumnach oznaczają różnice statystycznie istotne (p<0,05); wyniki podane jako wartość średnia ± odchylenie standardowe Miejsce pochodzenia surowca miało istotny wpływ na zawartość wybranych metabolitów wtórnych (tab. 2). Liście brzozy pochodzące z drzew rosnących w Nałęczowie zawierały najwięcej polifenoli ogółem (5,873 mg GAE·g-1 s.m), flawonoidów (0,264 mg QE·g-1 s.m) i garbników (4,89% s.m), natomiast najwięcej kwasów fenolowych (1,902 mg GAE·g-1 s.m) zawierały liście drzew z Parczewa. Wykazano statystycznie istotne różnice w zawartości poszczególnych metabolitów wtórnych pomiędzy surowcami pozyskanymi z Nałęczowa, Parczewa i Jastkowa, różnice między surowcem pochodzącym z Parczewa i Jastkowa były nieistotne. W dostępnym piśmiennictwie brak jest danych dotyczących zawartości sumy kwasów fenolowych i garbników w liściach różnych gatunków brzozy. Badania Mashentseva i in. [2011] badając aktywność antyoksydacyjną brzóz z Północnego Kazachstanu wykazali duże zróżnicowanie w zawartości sumy związków fenolowych i flawonoidów, co potwierdzają również Peltonen i in. [2005] oraz uzyskane wyniki naszych badań. 80 Profil kwasów fenolowych liści brzozy... Tab. 2. Porównanie zawartości wybranych metabolitów wtórnych w powietrznie suchych liściach brzozy brodawkowatej w zależności od miejsca pozyskania surowca Miejsce pochodzenia /zbioru liści Składnik Suma polifenoli, mg GAE·g-1 Kwasy fenolowe, mg GAE·g-1 Flawonoidy, mg QE·g-1 Garbniki, % Parczew 3,021±0,097a 1,902±0,011b 0,185±0,021a 3,15±0,37a Nałęczów 5,873±0,212c 0,892±0,013a 0,264±0,011b 4,89±0,09b Jastków 3,804±0,106b 1,361±0,017b 0,198±0,05a 3,21±0,04a Objaśnienia takie same jak w tabeli 1. Istnieje wiele przyczyn, które wpływają na zmiany w jakościowym i ilościowym składzie substancji chemicznych wśród brzóz. Keinänen i in. [1999a], Lavola i in. [1997] oraz Laitinen i in. [2002] wskazują na różnice środowiskowe – warunki wzrostu. Różnice w składzie jakościowym fenoli listowia prawdopodobnie kontrolowane są również w zależności od genotypu. Genotyp jest ważnym źródłem zmienności związków fenolowych populacji brzozy, można to zaobserwować w badaniach Lavola [1998] oraz Laitinen i in. [2000; 2005]. Identyfikacja gatunków brzozy i klonów jest możliwa w zależności od ich profilu fenolowego [Keinänen i inni 1999b]. Wyniki analizy chromatograficznej uzyskane w wyniku zastosowania metody HPLC pozwoliły na określenie profilu poszczególnych kwasów fenolowych występujących we frakcji wolnej w badanych surowcach. Identyfikację kwasów fenolowych przeprowadzono poprzez bezpośrednie porównanie widm i czasów retencji z substancjami wzorcowymi. Stwierdzono zróżnicowany skład jakościowy i ilościowy wolnych kwasów fenolowych w liściach brzozy w zależności od miejsca pozyskania surowca (tab. 3). W liściach pochodzących z Parczewa zidentyfikowano w sumie 5. kwasów fenolowych: chlorogenowy, kawowy, kumarowy, p-hydroksybenzoesowy, i p-kumarowy, natomiast z Nałęczowa i Jastkowa czterech tj.: chlorogenowego, galusowego, p-hydroksybenzoesowego i p-kumarowego. Wykazano statystycznie istotne różnice pomiędzy 81 Agnieszka Najda, Justyna Bekier, Eduard Guleac, Agata Filiks badanymi surowcami w zawartości poszczególnych kwasów fenolowych. Dominującym kwasem w ekstraktach liści z Parczewa okazał się kwas kawowy, którego zawartość kształtowała się na poziomie 4,34 mg·g-1 s.m. Kwas chlorogenowy był dominującym w ekstraktach liści z Nałęczowa (3,82 mg·g-1 s.m.) i Jastkowa do (2,74 mg·g-1 s.m.). Tab. 3. Profil zidentyfikowanych kwasów fenolowych w liściach brzozy brodawkowatej w zależności od miejsca pozyskania surowca Miejsce pochodzenia/zbioru liści Zidentyfikowany kwasy Parczew Nałęczów Jastków mg·g-1 s.m. chlorogenowy 0,91aA 3,82cD 2,74bD galusowy n.w. 0,794aB 0,951bB kawowy 4,34aD n.w. n.w. kumarowy 2,31aC n.w. n.w. p-hydroksycynamonowy 0,87aA 1,69bC 1,82bC p-kumarowy 1,18cB 0,51bA 0,08aA Objaśnienia: n.w. – nie wykryto; rożne litery (a, b, c) w wierszach oznaczają różnice statystycznie istotne (p<0,05); rożne litery (A, B, C) w kolumnach oznaczają różnice statystycznie istotne (p<0,05); wyniki podane wyniki podane jako wartość średnia ± odchylenie standardowe Stwierdzono, że kwas p-hydroksycynamonowy w liściach z Parczewa występował w najmniejszych ilościach, natomiast liście z Nałęczowa i Jastkowa zawierały prawie dwukrotnie więcej tego składnika. Kwas p-kumarowy w liściach z Parczewa występował w ilości 1,18 mg·g-1 s.m., natomiast w surowcach z Nałęczowa wykazano o połowę mniej tego kwasu, zaś w liściach pozyskanych z Jastkowa stwierdzono aż 14-krotnie mniejsze jego ilości. Haviola i in. [2012] potwierdzają obecność kwasu galusowego, chlorogenowego i kumarowego w liściach brzozy, przy czym jako dominujący wskazują kwas galusowy. Natomiast Keinänen i Julkunen-Tiitto [1998] uważają, że dominującym kwasem jest p-kumarowy, a liście brzozy zawierają również kwas chlorogenowy, co potwierdzają również badania Lavola [1998]. 82 Profil kwasów fenolowych liści brzozy... Według Ossipov i in. [1998] liście brzóz syntetyzują kwas chlorogenowy (20,40 mg·g-1 s.m.), p-kumarowy (0,82 mg·g-1 s.m.) oraz galusowy (0,14 mg·g-1 s.m.). Ta zmienność profilu kwasów fenolowych między badanymi surowcami potwierdza tezy naukowców z wielu ośrodków o możliwości identyfikowania genotypów brzozy na podstawie składu jakościowego i ilościowego związków fenolowych. LITERATURA Järvinen P., Palmé A., Morales L.O., Lännenpää M., Keinänen M., Sopanen T., Lascoux M. 2004. Phylogenetic relationships of Betula species (Betulaceae) based on nuclear ADH and chloroplast matK sequences. American Journal of Botany, 9: 1834–1845. Hynynen J., Niemistö P., Viherä-Aarnio A., Brunner A., Hein S., Velling P. 2010. Silviculture of birch (Betula pendula Roth and Betula pubescens Ehrh.) in northern Europe. Forestry, 83(1): 103–119. Thomson A.M., Dick C.W., Dayanandan S. 2015. A similar phylogeographical structure among sympatric North American birches (Betula) is better explained by introgression than by shared biogeographical history. Journal of Biogeography, 42(2): 339–350. Mirek Z., Piękoś-Mirkowa H., Zając A., Zając M. 2002. Flowering plants and pteridophytes of Poland: a checklist. Krytyczna lista roślin naczyniowych Polski. Instytut Botaniki PAN im. Władysława Szafera w Krakowie. Li T.S.C. 2002. Chinese and related North American herbs: phytopharmacology and therapeutic values. CRC Press, Boca Raton. EMEA. 2008. “Committee on Herbal Medicinal Products” Betula pendula Roth; Betula pubescens ehrh. folium. evaluation of medicines for human use, london. Płocica J., Szatkowska K., Kwiecień M., Figiel W., Tal-Figiel B. 2011. Emulsje kosmetyczne i farmaceutyczne zawierające tlenek cynku i kwas salicylowy. Polish Journal of Cosmetology, 14(4): 273–279. Farmakopea Europejska 6. 2008. Strasburg. Farmakopea Polska X. 2014. PTF-arm, Warszawa. Chmielewska I. [red.]. 1955. Metody badania niektórych składników roślin. PWRiL, Warszawa, 18. Farmakopea Polska IX. 2011. Wyd. PTFarm, Warszawa. Singleton V.L., Rossi J.A. 1965. Colorimetry of total phenolics with phosphomolybolic – phosphotungstic acid reagents. American Journal of Enology and Viticulture, 16, 144–158. 83 Agnieszka Najda, Justyna Bekier, Eduard Guleac, Agata Filiks Slinkard K., Singleton V.L. 1977. Total phenol analysis: Automation and comparison with manual methods. American Journal of Enology and Viticulture, 28, 49–55. Farmakopea Polska VI. 2002. Wyd. PTFarm, Warszawa. Farmakopea Polska VII. 2006. Wyd. PTFarm, Warszawa. Najda A. 2004. Plonowanie i ocena fitochemiczna roślin w różnych fazach wzrostu dwu odmian selera naciowego (Apium graveolens L. var. dulce Mill./Pers). Rozprawa doktorska, Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie. Najda A., Sugier D. 2007. Chromatographical analysis of phenolic acids occurring in the roots of Taraxacum officinale. Herba Polonica, 53(3): 313–318. Mashentseva A.A., Dehaen W., Seitembetov T.S., Seitembetova A.J. 2011. Comparison of the antioxidant activity of the different Betula pendula Roth. extracts from Northern Kazakhstan. Journal of Phytology, 3(1): 18–25. Peltonen A.W., Vapaavuori E., Julkunen-Tiitto R. 2005. Accumulation of phenolic compounds in birch leaves is changed by elevated carbon dioxide and ozone. Global Change Biology, 11: 1305–1324. Keinänen M., Julkunen-Tiitto R., Mutikainen P., Ściany M., Ovaska J., Vapaavuori E. 1999a. Trade-offs in phenolic metabolism of silver birch: effects of fertilization, defoliation, and genotype. Ecology, 80: 1970–1986. Lavola A., Julkunen-Tiitto R., Aphalo P., De La Rosa T., Lehto T. 1997. The effect of u.v.-B radiation on u.v.- absorbing secondary metabolites in birch seedlings grown under simulated forest soil conditions. New Phytologist, 137: 617–621. Laitinen M-L., Julkunen-Tiitto R., Rousi M. 2002. Foliar phenolic composition of European white birch during bud unfolding and leaf development. Physiologia Plantarum, 114: 450–460. Lavola A. 1998. Accumulation of flavonoids and related compounds in birch induced by UV-B irradiance. Tree Physiology, 18; 53–58. Laitinen M-L., Julkunen-Tiitto R., Rousi M. 2000. Variation in phenolic compounds within a birch (Betula pendula) population. Journal of Chemical Ecology, 26: 1609–1622. Laitinen M-L., Julkunen-Tiitto R., Tahvanainen J., Heinonen J., Rousi M. 2005. Variation in birch (Betula pendula) shoot secondary chemistry due to genotype, environment, and ontogeny. Journal of Chemical Ecology, 31(4): 697–717. Keinänen M, Julkunen-Tiitto R, Mutikainen P., Walls M., Ovaska J., Vapaavuori E. 1999a. Trade-offs in phenolic metabolism of silver birch: effects of fertilization, defoliation, and genotype. Ecology, 80: 1970–1986. 84 Profil kwasów fenolowych liści brzozy... Keinänen M., Julkunen-Tiitto R., Rousi M. et al. 1999b. Taxonomic implications of phenolic variation in leaves of birch (Betula L.) species. Biochemical Systematics and Ecology, 27: 243–254. Keinänen M., Julkunen-Tiitto R. 1998. High-performance liquid chromatographic determination of flavonoids in Betula pendula and Betula pubescens leaves. Journal of Chromatography A, 793: 370–377. Haviola S., Neuvonen S., Rantala M.J., Saikkonen K., Salminen J-P., Saloniemi I., Yang S., Ruuhola T. 2012. Genetic and environmental factors behind foliar chemistry of the mature mountain birch. Journal of Chemical Ecology, 38(7): 902–13. Ossipov V., Nurmi K., Loponen J., Haukioja E., Pihlaja K. 1996. High-performance liquid chromatographic separation and identification of phenolic compounds from leaves of Betula pubescens and Betula pendula. Journal of Chromatography A, 721: 59–68. Ruuhola T., Leppänen T., Julkunen-Tiitto R., Rantala M.J., Lehto T. 2011. Boron fertilization enhances the induced defense of silver birch. Journal of Chemical Ecology, 37(5): 460–71. Adres do korespondencji: dr inż. Agnieszka Najda Katedra Warzywnictwa i Roślin Leczniczych Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie Międzywydziałowe Koło Naukowe „Planta Medica” ul. Leszczyńskiego 58, 20–069 Lublin e-mail: [email protected] 85 Agnieszka NAJDA, Sebastian BALANT Justyna BEKIER, Diana GRUSZKIEWICZ EPISTEME 25/2014 s. 87–94 ISSN 1895-4421 ZAWARTOŚĆ SKŁADNIKÓW CHEMICZNYCH W ŚWIEŻYCH LIŚCIACH STEWII (STEVIA REBAUDIANA BERTONI) DETERMINATION OF CHEMICAL COMPOSITION OF STEVIA (STEVIA REBAUDIANA BERTONI) FRESH LEAVES Abstrakt. Badania przeprowadzono w Laboratorium Jakości Warzyw i Surowców Zielarskich Katedry Warzywnictwa i Roślin Leczniczych Uniwersytetu Przyrodniczego w Lublinie. Analizie poddano świeże liście stewii z upraw polowych prowadzonych w rejonie Polski Wschodniej. Zbiór liści przeprowadzono w fazie początkowego wzrostu roślin. W przeprowadzonych badaniach laboratoryjnych oceniono zawartość kwasu L-askorbinowego, chlorofilu A i B oraz A+B, karotenoidów, cukrów prostych i ogółem, białka właściwego i włókna surowego. Słowa kluczowe: Stevia rebaudiana Bertoni, cukry, kwas L-askorbinowy, chlorofil, zawartość białka, włókno surowe Summary. The study was conducted in the Laboratory Quality of Vegetable and Medicinal Herbs Chair of Vegetable and Medicinal Plants of the University of Life Sciences in Lublin. We analyzed the fresh leaves of stevia from field crops carried out in the Eastern Polish. Harvesting leaves were made in the initial phase of vegetative growth. In laboratory studies rated the content of L-ascorbic acid, chlorophyll A, B, A + B, carotenoids, sugars, total protein and crude fiber appropriate. Key words: Stevia rebaudiana Bertoni, sugars, L-ascorbic acid, chlorophyll, protein content, crude fiber 87 Agnieszka Najda, Sebastian Balant, Justyna Bekier, Diana Gruszkiewicz WSTĘP W ciągu ostatnich kilku lat jednym z surowców wzbudzających wielkie zainteresowanie i popyt, zarówno na rynkach międzynarodowych jak i krajowych, jest Stevia rebaudiana Bertoni. Liczne badania na temat stewii koncentrują się na parametrach wzrostu roślin oraz ich dostosowania do różnych stref klimatycznych [Ramesh i inni 2006]. W tym samym czasie opublikowano wiele prac o swoistych właściwościach tej rośliny stosowanej głównie jako słodzik o niskiej kaloryczności charakteryzujący się zerowym indeksem glikemicznym IG=0 [Mizutani i Tanaka 2002, Savita i inni 2004, de Oliveira i inni 2011]. Oprócz ciekawych walorów słodzących ekstrakty stewii wykazują wiele właściwości leczniczych i funkcjonalnych [Goyal i inni 2010, Lemus-Mondaca i inni 2012]. Do działań terapeutycznych przypisanych surowcowi można wymienić hipotensyjne [Chan i inni 1998, Chatsudthipong i inni 2009], hipoglikemiczne [Thomas i Glade 2002], przeciwzapalne [Boonkaewwan i inni 2006] oraz działania immunologiczne [Sehar i inni 2008]. Stewia jest byliną z rodziny Astrowatych – Asterace (Złożone – Compositae). Rodzaj stewia obejmuje od 250 do 300 gatunków, z czego tylko nieliczne zawierają glikozydy stewiolowe. Gatunki o słodkim smaku to: Stevia opata, Stevia ivifolia, Stevia errata, lecz największe pod tym względem znaczenie ma Stevia rebaudiana. U gatunku Stevia aristata potwierdzono obecność substancji słodzących w zdrewniałych i silnie rozgałęzionych pędach [Biesiada i Nawirska-Olszańska 2013, Simonsohn 2013]. Stewia to roślina dorastająca do 1 metra wysokości, o wzniesionej, zdrewniałej łodydze do 1/3 wysokości. Liście stewii są pojedyncze, siedzące, osadzone naprzeciwlegle i naprzemianlegle, zielone, od 2/3 długości lekko ząbkowane, lancetowate lub odwrotnie jajowate [Shock 1982]. Blaszka liściowa o długości 3–4cm, na końcu zaokrąglona. Na szczytach pędów roślina tworzy kwiatostany. Kwiaty stewii są drobne, barwy białej. Złożone z pięciu płatków korony, otoczone działkami kielicha, zebrane na szczytach łodyg w małe baldachy [Bugaj i inni 2013]. Owocem stewii jest niełupka. Masa 1000 nasion (MTN) wacha się od 0,3 do 1 g. Nasiona charakteryzują się niską zdolnością kiełkowania 50‒60% [Midmore i Rank 2002]. System korzeniowy stewii jest wiązkowy, słabo rozwinięty i stosunkowo płytki. 88 Zawartość składników chemicznych w świeżych liściach... Główna masa korzeni znajduje się w warstwie ornej do głębokości 15– 20cm [obserwacje własne]. Stewia w stanie naturalnym oraz w krajach o cieplejszym klimacie jest rośliną wieloletnią. W warunkach klimatycznych Polski stewia może być uprawiana jako roślina jednoroczna, ze względu na to, że jest wrażliwa na niskie temperatury (poniżej -6ºC). Zapewnienie roślinie odpowiednich warunków termicznych w okresie zimowym sprawia, że może być uprawiana przez kilka lat [Miłowana Uklańska-Pusz, 2012]. Celem niniejszej pracy było określenie zawartości podstawowych substancji biologicznie czynnych w świeżych liściach roślin stewii uprawianych w warunkach klimatycznych Polski Wschodniej. MATERIAŁY I METODY Materiał badawczy stanowiły świeże liście stewii pochodzącej z własnych doświadczeń agrotechnicznych prowadzonych w Gospodarstwie Doświadczalnym Katedry Warzywnictwa i Roślin Leczniczych Uniwersytetu Przyrodniczego w Lublinie. Zbiór liści przeprowadzono w fazie początkowego wzrostu roślin (czerwiec). Analizy składu chemicznego dokonano w Laboratorium Jakości Warzyw i Surowców Zielarskich Katedry Warzywnictwa i Roślin Leczniczych Uniwersytetu Przyrodniczego w Lublinie. Do badań laboratoryjnych przeznaczono tylko zdrowe i nieuszkodzone liście. W świeżych surowcach określono zawartość: • • • • • • • suchej masy liści – metodą suszarkowo-wagową [Chmielewska 1955]; kwasu L-askorbinowego metodą spektrofotometryczną wg według J.H. Roe [1961]; chlorofilu A, B i sumy metodą wg Mac Kinney’a [Charłampowicz 1966]; karotenoidów metodą spektrofotometryczną [Charłampowicz 1966]; cukrów prostych i ogółem metodą Schoorla – Luffa [Charłampowicz 1966]; białka właściwego wg Lowry i wsp. [1951]; włókna surowego metodę wg Hennenberga i Stokmana [Charłampowicz 1966]. 89 Agnieszka Najda, Sebastian Balant, Justyna Bekier, Diana Gruszkiewicz WYNIKI BADAŃ I DYSKUSJA Stevia rebaudiana Bertoni przedstawiana jest jako zdrowy słodzik i może stanowić ważny składnik odżywczy diety [Savita i inni 2004, Goyola i inni 2010, Mishra i inni 2010]. Opisywane w literaturze właściwości prozdrowotne tej rośliny nie są jeszcze dobrze udowodnione, jednak zainteresowanie stewią i popyt na jej przetwory powodują konieczność ich pełnego poznania. Konsumenci oczekują rzetelnej informacji w odniesieniu do nowych produktów, co dodatkowo uzasadnia potrzebę prowadzenia badań dotyczących poznania składu jakościowego i ilościowego substancji czynnych obecnych w tej roślinie oraz ich działania na organizm.. W badanych surowcach określono 22,71% suchej masy (tab. 1). W niniejszym badaniu, świeże liście zawierały więcej witaminy C, której ilość kształtowała się na poziomie 94 mg ∙ 100 g-1, co potwierdzają wyniki badań uzyskane przez Kąkol i in. [2014]. Zawartość kwasu L-askorbinowego i cukrów ogółem w liściach stewii potwierdzają badania Das i in. [2007], Mishra i in. [2010] oraz Serio [2010]. Morita i in. [1978] określili 60 mg kwasu L-askorbinowego w 100 g-1 świeżych liści. Kąkol i in. [2014] wykazali również, że zawartość chlorofilu A + B jest zależna od formy uprawnej stewii i waha się w szerokich granicach od 3,0 mg ∙ g-1 do 6,1 mg ∙ g-1. W odniesieniu do tych wartości wykazano, że badane liście zawierały ponad trzykrotnie mniej chlorofilu, odpowiednio 1,67 mg ∙ g-1 chlorofilu A + B w tym 1,13 mg ∙ g-1 chlorofilu A i 0,54 mg ∙ g-1 chlorofilu B. Jednocześnie uzyskane dane są zgodne z opisanymi przez Abou-Arab i in. [2010] i Wu i in. [2013]. W badaniach całkowita zawartość karotenoidów w liściach kształtowała się na poziomie 1,4 mg ∙ g-1 św. m. Podawane przez Abou-Arab i in. [2010] wartości dotyczące tych składników są mniejsze i wynoszą 39,8 mg ∙ 100 g-1. Natomiast Kąkol i in. [2014] wskazują na zróżnicowaną ilość karotenoidów w liściach stewii, która może wahać się od 0,8 mg ∙ g-1 do 1,6 mg ∙ g-1 św. m. Zawartość cukrów prostych i ogółem w surowcu kształtowała się na poziomie 4,50% i 27,81%. Białko właściwe oznaczono na poziomie 3,84% zaś włókno surowe w ilości 5,11%. Jak wskazują liczne badania zawartość białka w liściach stewii kształtuje się na poziomie od 9,0% psm do 12,8% psm, natomiast włókna surowego od 14,97% psm do 18,50% psm [Tachani i inni 2007, Goyal i inni 2010, Mishra i inni 2010, Kaushik i inni 2010]. 90 Zawartość składników chemicznych w świeżych liściach... Tab. 1. Zawartość wybranych składników w świeżych liściach Stevia rebaudiana Bertoni. Składnik Jednostka Zawartość Sucha masa Kwas L-askorbinowy Chlorofil A Chlorofil B Chlorofil A + B Karotenoidy Cukry proste Cukry ogółem Białko właściwe Włókno surowe % mg·100 g-1 mg g−1 mg g−1 mg g−1 mg g−1 % % % % 22,71 ± 1,62 94,65 ± 2,31 1,13 ± 0,16 0,54 ± 0,12 1,67 ± 0,28 1,4 ± 0,05 4,50 ± 0,02 27,81 ± 1,85 3,84 ± 0,04 5,11 ± 0,11 Wartości są średnią z trzech odczytów ± SD Różnice w ilościach określonych w niniejszej pracy w porównaniu z danymi literaturowymi mogą wynikać z wpływu wielu czynników (warunki środowiskowe, cechy genotypowe) na zawartość oznaczanych czynników. WNIOSKI Przeprowadzone badania wykazały, że świeże liście stewii są dobrym źródłem węglowodanów, białka i włókna, które są cenne w żywieniu człowieka i mogą być stosowane jako substytut sacharozy w różnych produktach spożywczych. Uprawiana w warunkach klimatycznych Polski Wschodniej stewia, jako roślina jednoroczna stanowi interesujący surowiec zasobny w substancje biologicznie aktywne. LITERATURA Ramesh K., Virendra S., Megeji N.W. 2006. Cultivation of stevia [Stevia rebaudiana (Bert.) Bertoni]: a comprehensive review. Advances in Agronomy, 89, 137–177. 91 Agnieszka Najda, Sebastian Balant, Justyna Bekier, Diana Gruszkiewicz Mizutani K., Tanaka O. 2002. Use of Stevia rebaudiana sweeteners in Japan, Stevia, the Genus Stevia. Medicinal & Aromatic Plants, 19, 178–195. Savita S., Sheela K., Sunanda S., Shankar A., Ramakrishna, P. 2004. Stevia rebaudiana – A functional component for food industry. Journal of Human Ecology, 15: 261–264. de Oliveira A.J.B., Gonçalves R.A.C., Chierrito T.P.C., dos Santos M.M., de Souza L.M., Gorin P.A.J. 2011. Structure and degree of polymerisation of fructooligosaccharides present in roots and leaves of Stevia rebaudiana (Bert.) Bertoni. Food Chemistry, 129, 305–311. Goyal S.K., Samsher L., Goyal R.K. 2010. Stevia (Stevia rebaudiana) a biosweetener: a review. International Journal of Food Sciences and Nutrition, 61, 1–10. Lemus-Mondaca R., Vega-Galvez A., Zura-Bravo L., Ah-Hen K. 2012. Stevia rebaudiana Bertoni, source of a high-potency natural sweetener: a comprehensive review on the biochemical, nutritional and functional aspects. Food Chemistry, 132, 1121–1132. Chan P., Xu D.Y., Liu J.C., Chen Y.J., Tomlinson B., Huang W.P. Cheng J.T. 1998. The effect of stevioside on blood pressure and plasma catecholamines in spontaneously hypertensive rats. Life Sciences, 63(19), 1679–84. Chatsudthipong V., Muanprasat C. 2009. Stevioside and related compounds: therapeutic benefits beyond sweetness. Pharmacology and Therapeutics, 121, 41–54. Thomas J.E., Glade M.J. 2002. Stevia: it’s not just about calories. The Open Obesity Journal, 2, 101–109. Boonkaewwan C., Toskulkao C., Vongsakul M. 2006 Anti-inflammatory and immunomodulatory activities of stevioside and its metabolite steviol on THP-1 cells. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 54 (3), 785–789. Sehar I., Kaul A., Bani S., Pal H.C., Saxena A.K. 2008. Immune up regulatory response of a non-caloric natural sweetener, stevioside. Chemico-Biological Interactions, 173, 115–121. Biesiada A., Nawirska – Olszańska A. 2013. Glikozydy stewiolowe – nowe zamienniki cukru. Przemysł Fermentacyjny i Owocowo-Warzywny, 5/6, 43–44. Simonsohn B. 2013. Stewia. Wyd. Studio Astropsychologii. Bugaj B., Leszczyńska T., Pysz M., Kopeć A., Pacholak J., Pysz-Izdebska K. 2013. Charakterystyka i prozdrowotne właściwości Stevia rebaudiana Bertoni. Żywność. Nauka. Technologia. Jakość, 3, 27–36. Midmore D J., Rank A H. 2002. A new rural industry – Stewia – to replace imported chemical sweeteners. Rural Industries Research and Dewelopment Corporation, W02 (022), 1‒23. 92 Zawartość składników chemicznych w świeżych liściach... Miłowana Uklańska-Pusz C. 2012. Stewia zamiast cukru. Mój Piękny Ogród, 6, 96. Shock C. 1982. Experimental cultivation of Rebaudi’s stevia in California. University of California – Davis, Agronomy Progress Report, April pp. 122. Chmielewska I. [red.]. 1955. Metody badania niektórych składników roślin. PWRiL, Warszawa, 18. Roe J.H. 1961. Appraisal of methods for the determination of L-ascorbic acid. Ann. N.Y. Acad. Sci., 92, 277–283. Charłampowicz Z. 1966. Analizy przetworów z owoców, warzyw i grzybów. WPLS, Warszawa, 115–120. Lowry J.O.H., Rosenbrough N.J., Faar R., Randall R.J., 1951. Protein measurement with the Folin phenol reagent. Journal of Biological Chemistry, 193: 265–275. Goyal S., Samsher K., Goyal R.K. 2010. Stevia (Stevia rebaudiana) a bioswetener: A review. International Journal of Fod Sciences and Nutriton, 61: 1–10. Mishra P., Singh R., Kumar U., Prakash V. 2010. Stevia rebaudiana – A magical sweetener. Global Journal of Biotecnology & Biochemistry, 5: 62–74. Das K., Dang R., Shivananda T.N., Sekeroglu N. 2007. Influence of bio-fertilizers on the biomass yield and nutrient content in Stevia (Stevia rebaudiana Bert.) grown in Indian subtropics. Journal of Medicinal Plants Research, 1: 5–8. Serio L. 2010. La Stevia rebaudiana, une alternative au sucre. Phytothérapie, 8: 26–32. Morita T., Fujit, I., Iwamura J. 1978. Sweetening compound, method of recovery, and use thereof. U.S.P. 4,082,858. Abou-Arab A.A., Abou-Arab A.A., Abu-Salem M.F. 2010. Physico-chemical assessment of natural sweeteners steviosides produced from Stevia rebaudiana Bertoni plant. African Journal of Food Science, 4 (5): 269–281. Kąkol E., Capecka A. Michalec Ż., Libik-Konieczny M. 2014. Preliminary studies on stevia rebaudiana bertoni plants cultivated under the field conditions of Southern Poland. International Journal of Scientific Research, 3 (8): 2277–8179. Wu J., Wang Y., Lin Y. 2013. Purple phototrophic bacterium enhances stevioside yield by Stevia rebaudiana Bertoni via foliar spray and rhizosphere irrigation. PLoS ONE, 8(6): e67644. Kaushik R., Narayanan P. Vasudevan V., Muthukumaran G., Antony U., Usha A. 2010. Nutrient composition of cultivated stevia leaves and the influence of polyphenols and plant pigments on sensory and antioxidant properties of leaf extracts. Journal of Food Science Technology, 47 (1): 27–33. 93 Agnieszka Najda, Sebastian Balant, Justyna Bekier, Diana Gruszkiewicz Tachani M.B., Patel V.H., Subhash R. 2007. In vitro antioxidant activities of Stevia rebaudiana leaves and callus. Journal of Food Composition and Analysis, 20: 323–329. Adres do korespondencji: dr inż. Agnieszka Najda Katedra Warzywnictwa i Roślin Leczniczych Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie Międzywydziałowe Koło Naukowe „Planta Medica” ul. Leszczyńskiego 58, 20–069 Lublin e-mail: [email protected] 94 Fabian NOWAK, Joanna MICHALAK Aleksandra MAJKOWSKA, Joanna KLEPACKA EPISTEME 25/2014 s. 95–110 ISSN 1895-4421 BADANIE ZAWARTOŚCI AKRYLAMIDU W PIECZYWIE – OCENA NARAŻENIA NA PRZYKŁADZIE LUDNOŚCI POLSKIEJ STUDY ON ACRYLAMIDE CONTENT IN BREAD – RISK ASSESSMENT IN RELATION TO THE POLISH POPULATION Abstrakt. Celem pracy była ocena zawartości akrylamidu w wybranych typach pieczywa, oraz szacunkowa ocena narażenia zdrowia konsumenta na podstawie przeciętnego spożycia. Badania zostały przeprowadzone na próbkach pieczywa dostępnego na lokalnym rynku. Badane pieczywo zostało podzielone na 8 typów. Dla 5 typów przeprowadzono oddzielnie oznaczenia akrylamidu w skórce i miękiszu Oznaczenie zawartości akrylamidu przeprowadzono z zastosowaniem wysokosprawnej chromatografii cieczowej z odwróconymi fazami (HPLC–RP). Badania pokazały, że wszystkie analizowane próbki pieczywa zawierają znaczne ilości akrylamidu, a jego średnia zawartość wahała się w granicach 10,14 – 835,98 µg/kg w miękiszu oraz 24,00 – 217,18 µg/kg w skórce. Największą ogólną zawartością akrylamidu cechowało się pieczywo z dodatkiem kwasu OMEGA 3 (202,53µg/kg), a najmniejszą pieczywo bezglutenowe (18,54 µg/kg). W wyniku szacunkowej oceny narażenia konsumenta na toksyczne działanie akrylamidu stwierdzono, że jedynie systematyczne spożycie pumpernikla może wiązać się z niebezpieczeństwem dla zdrowia konsumenta. Key words: akrylamid, pieczywo, HPLC, analiza, ryzyko Summary. The aim of this study was evaluate the content of acrylamide in selected types of bread, and the estimated consumer health exposure assessment based on an average consumption. The study was carried out on samples of breads available in the local market. Tested bread was divided 95 Fabian Nowak, Joanna Michalak, Aleksandra Majkowska, Joanna Klepacka into 8 types. For 5 types of bread was performed separately indication of acrylamide in the crust and crumb. Determine the content of acrylamide was performed using high performance liquid chromatography with a reverse phase (HPLC –RP). Studies have shown that all the analyzed bread samples contain significant amounts of acrylamide. The average content of acrylamide in bread samples ranged between 10.14–835.98 µg/kg in the crumb and 24.00–217.18 µg/kg in the crust. The highest total contents of acrylamide was determined in bread with added Omega 3 acid (202,53μg / kg) and the lowest in gluten-free bread (18.54 µg/kg). As a result of the estimated consumer exposure assessment of the toxicity of acrylamide was found that it is only systematic pumpernickel intake may result in danger to the health of the consumer. Key words: acrylamide, bread, HPLC, analysis, risk WSTĘP Akrylamid (AA) to bezbarwne (lub białe), bezwonne ciało stałe o krystalicznej budowie przypominającej płatek śniegu. Jest substancją łatwo rozpuszczalną w rozpuszczalnikach polarnych m.in.: acetonie, metanolu, etanolu, eterach i wodzie, nie rozpuszcza się natomiast w benzenie czy heptanie (rozpuszczalnikach niepolarnych) [Jankowska i in. 2009]. Związek ten należy do grupy silnie reaktywnych związków i charakteryzuje się obecnością wiązania podwójnego oraz fragmentu amidowego w swojej cząsteczce. Silną reaktywność akrylamidu determinuje jego budowa cząsteczki, w szczególności obecność wielkokrotnego wiązania elektrofilowego [Żyżlewicz i in. 2010]. Istnieje kilka hipotez mówiących o szlakach tworzenia się akrylamidu w żywności, jednak wyróżnia się dwa główne modele, w których związek ten powstaje [Karamat i in. 2011]. Pierwszy z nich polega na reakcjach zachodzących pomiędzy aminokwasami (kwasem asparaginowym, glutaminą, waliną, kwasem glutaminowym, lizyną oraz głównie asparaginą), a cukrami redukującymi (głównie glukozą i fruktozą) w temperaturze powyżej 120. Schemat ten jest ściśle związany z reakcjami Maillarda. W fazie wstępnej reakcji Maillarda, podczas ogrzewania grupa aminowa aminokwasu reaguje z grupą karbonylową cukrów redukujących. W reakcji tej powstaje (po odczepieniu cząsteczki wody) zasada Schif96 Badanie zawartośco akrylamidu w pieczywie – ocena... f’a, która odgrywa kluczową rolę w powstawaniu akrylamidu. Dalsze przemiany prowadzące do powstawania akrylamidu mogą mieć różny przebieg, m.in. obejmują degradację Stracker’a (w bardzo wysokich temperaturach rzędu 180–220) lub bezpośrednie przejście zasady Shiff’a do akrylamidu [Markowicz – Bostos i in. 2012]. Drugi model zakłada, że akrylamid tworzy się w trakcie termicznej degradacji gliceroli, podczas której powstaje akroleina, która ulega utlenieniu do kwasu akrylowego. Ostatnim etapem jest reakcja kwasu akrylowego z amoniakiem (wytworzonym podczas pirolizy), czego efektem jest powstawanie akrylamidu [Bekas i in. 2006]. Proces tworzenia się akrylamidu w żywności jest skomplikowany i wpływa na niego szereg złożonych parametrów. Głównie zależy od temperatury zastosowanej w trakcie obróbki cieplnej (powyżej 120, czasu jej trwania oraz zawartości aminokwasów (asparaginy) i cukrów redukujących. Udowodniono, że zmiany stosunków ilościowych substratów reakcji kondensacji (w badaniach modelowych) skutkowały tworzeniem się akrylamidu o zróżnicowanych stężeniach. Biorąc pod uwagę fakt, że może on powstawać na drodze reakcji Maillarda, znaczącym czynnikiem determinującym poziom stężenia tego związku może być pH środowiska. Najwyższe stężenia akrylamidu stwierdza się dla pH w granicach 7 – 8, natomiast obniżenie pH do ok. 4 (w badaniach modelowych) powoduje spadek jego zawartości nawet o ok. 99% [Michalak i in. 2011]. W 1994 roku IARC (ang. International Agency for Research on Cancer) uznała akrylamid za substancję należącą do kategorii substancji średnio niebezpiecznych, potencjalnie wywołujących raka (grupa 2A). W obszarze UE substancja ta uznawana jest za kancerogen grupy 2, co oznacza, że należy traktować ją jako substancję wywołującą raka [Lingnert i in. 2002; Sanfanyado i in. 2011]. Prowadzone na zwierzętach badania pozwoliły naukowcom ustalić bezpieczny poziom akrylamidu, przy którym nie powinno dochodzić do niekorzystnych skutków zdrowotnych. Tolerowana dzienna dawka (TDI) akrylamidu dla działania neurotoksycznego została ustalona na poziomie 40 µg/kg masy ciała, natomiast TDI dla działania kancerogennego na poziomie 2,6 µg/kg m.c [Tardiff i in. 2009]. Akrylamid występuje w dużej ilości produktów żywnościowych. Głównymi jego źródłami są produkty żywnościowe produkowane na 97 Fabian Nowak, Joanna Michalak, Aleksandra Majkowska, Joanna Klepacka bazie zbóż, ziemniaków oraz kawy. Ze względu na fakt, że produkty zbożowe (zwłaszcza pieczywo) w diecie człowieka stanowią dość duży procent ogólnego spożycia pokarmów w ciągu doby, nawet niskie stężenia akrylamidu w tego rodzaju produktach mogą nieść za sobą niekorzystne skutki [Michalak i in. 2011]. Celem badań było porównanie zawartości akrylamidu w pieczywie różnego rodzaju dostępnego na lokalnym rynku i zbadanie szacunkowego narażenia w odniesieniu do średniego spożycia pieczywa przez mieszkańców Polski. MATERIAŁ I METODY Materiał Badań. Badania przeprowadzono na próbkach pieczywa dostępnego na lokalnym rynku. Pieczywo nabyto w sieciowych sklepach wielkopowierzchniowych oraz w piekarniach. Badane pieczywo zostało podzielone na 8 typów. Dla 5 typów przeprowadzono oddzielnie oznaczenia akrylamidu w skórce i miękiszu. Tabela 1. pokazuje wszystkie badane typy pieczywa z uwzględnieniem ilości próbek w obrębie jednego typu oraz analizowanej części pieczywa. Próbki skórki i miękiszu pobierane były w taki sposób, aby pozostałość miękiszu pod powierzchnią skórki nie była większa niż 2 mm. Wszystkie pobrane próbki (oddzielnie miękisz i skórka) rozdrabniano w blenderze w celu ujednolicenia, a następnie poddano analizie. Dla każdej próbki pieczywa analiza była prowadzona w dwóch równoległych powtórzeniach. Do określenia średniego spożycia pieczywa w gospodarstwie domowym – tym samym szacunkowej oceny narażenia ludności Polski na potencjalnie szkodliwe działanie akrylamidu – posłużyły dane statystyczne Głównego Urzędu Statystycznego odnośnie Budżetów gospodarstw domowych w 2012 r. Metody badań. Dokładnie rozdrobniony i ujednolicony materiał odważano w ilości 1–2 g do kolby stożkowej. Do naważonej próbki dodawano 20 ml 80% metanolu w celu dokonania ekstrakcji akrylamidu. Ekstrakcja prowadzona była w wytrząsarce w temperaturze 600C przez 60 min. Następnie próbki chłodzono i sączono przez są98 Badanie zawartośco akrylamidu w pieczywie – ocena... Tab. 1. Typy analizowanego pieczywa z podaną liczbą analizowanych próbek. Rodzaj pieczywa Ilość próbek (n) Analizowana część pieczywa Chleb pszenny 6 Miękisz i skórka B Chleb razowy 6 Miękisz i skórka Bułka pszenna 6 Miękisz i skórka Bułka razowa 6 Miękisz i skórka Chleb z kwasem OMEGA 3 2 Miękisz Chleb bezglutenowy 2 Miękisz Pumpernikiel 2 Miękisz Pieczywo chrupkie pszenne 6 Miękisz i skórka Pieczywo chrupkie żytnie 6 Miękisz i skórka Chrupkie z błonnikiem 2 Miękisz Chrupkie pełnoziarniste 2 Miękisz Chrupkie ze słonecznikiem 2 Miękisz A Pieczywo specjalne: Pieczywo chrupkie mieszaneA: A B – Pieczywo wypieczone z mąki pszennej o typie 750, – pieczywo wypieczone z razowej mąki pszennej czek papierowy, a otrzymany filtrat poddano odtłuszczaniu. W tym celu do przesączu dodawano heksan (20 ml) i wytrząsano przez 10 minut. Po upływie założonego czasu górną warstwę (tłuszczowoheksanową) odrzucano i czynność powtarzano jeszcze dwukrotnie. Odtłuszczoną próbkę pobierano w ilości 5 ml i przenoszono do probówki wirowniczej, po czym wymrażano w temperaturze -180C przez 24 h. Bezpośrednio po wymrażaniu, próbki wirowano przez 20 min. przy prędkości 12000 rpm (7200 g) w temperaturze 50C. Odwirowany supernatant pobierano i oczyszczano za pomocą techniki 99 Fabian Nowak, Joanna Michalak, Aleksandra Majkowska, Joanna Klepacka SPE (ekstrakcja do fazy stałej) [Peterson i in. 2006; Nilsen i in. 2006; Michalak i in. 2011]. Proces oczyszczania próbek przeprowadzono w celu pozbawienia ekstraktu soli i związków niepolarnych oraz wyodrębnienia ekstraktu akrylamidu. Podczas procesu zastosowano kolumienki Oasis ® HLB Waters WAT 094225 (1ml, 30 mg) zakupione w firmie Waters (Milford, ME) wg procedury Nielsen i in. [2006], Michalak i in. [2011]. Otrzymane próbki sączono przez 0,45m nylonowy filtr strzykawkowy i analizowano z użyciem wysokosprawnej chromatografii cieczowej z odwróconymi fazami (HPLC-RP). Do analizy zastosowano chromatograf cieczowy firmy Schimadzu LC-10A, sprzężony z układem komputerowym z programem do integracji LC Solution Schimadzu. Zestaw chromatograficzny wyposażony był w detektor UV-Vis pracujący w zakresie 190–600 nm, ciśnieniowy degazer, automatyczny podajnik próbek, podwójną pompę oraz termostat kolumn. Do oznaczeń użyto kolumnę chromatograficzneą Synergi 4 µM Hydro – RP 80A, 250 x 4,6 mm firmy Phenomenex (Torrance, CA). Oznaczenia prowadzone były przy następujących warunkach pracy: faza ruchoma – roztwór buforowy 5mM sulfonianu heptanu w wodzie/acetonitryl (97/3; v/v); prędkość przepływu fazy ruchomej: 1,0 ml/min; objętość nastrzyku – 100 µl; temperatura kolumny – 25; czas analizy – 30 min.; system detekcji – detektor Schimadzu UV-Vis z matrycą fotodiod (DAD) SPD – M 20A (ustawiona długość fali detektora λ = 200 nm). Sygnał akrylamidu pojawiał się w ok. 8 – 9 minucie. Interpretację jakościową i ilościową otrzymanych rozdziałów chromatograficznych przeprowadzono na podstawie porównania czasu retencji i wielkości pola powierzchni piku akrylamidu w próbkach wzorca z czasem retencji i wielkością pola powierzchni pików tego związku w badanych próbkach. W tym celu posłużono się równaniem regresji otrzymanym na podstawie sporządzonej krzywej wzorcowej akrylamidu w zakresie stężeń 0,006–12 µg/ml. Pozwoliło to na otrzymanie krzywej regresji (y = 000000022x+0,00193) o zadowalającej liniowości (R2=0,9997, n=5). Stężenie akrylamidu wyrażone zostało w µg/kg. Analiza statystyczna. Oznaczenia dla każdej próbki zostały wykonane w dwóch powtórzeniach. Dane przedstawiono w formie śred100 Badanie zawartośco akrylamidu w pieczywie – ocena... niej arytmetycznej z podaniem odchylenia standardowego pomiędzy próbami. Wszystkie obliczenia statystyczne dokonane były przy użyciu pakietu Statystyka 12.0 (StatSoft, Inc. 2014, STATISTICA version 12). Istotność różnic obliczono za pomocą analizy wariancji jednoczynnikowej przy poziomie istotności p <0,05. WYNIKI I DYSKUSJA Obecność akrylamidu stwierdzono we wszystkich analizowanych próbkach pieczywa. Ze względu na fakt, że analizie podano różne części pieczywa, wyniki zostały przedstawione w kilku tabelach. W Tabeli 2. przedstawiono zawartość akrylamidu w skórce. Tab. 2. Zawartość akrylamidu w skórce Typ pieczywa Akrylamid µg /kg sd CV (%) 64,36 14,77 a 22,95 72,93 / 106,10 88,86 11,89 b 13,39 6 14,97 / 41,51 26,38 11,01 c 41,73 6 24,19 / 182,04 79,86 67,36 abc 84,35 Chleb z OMEGA 3 2 195,90 / 238,45 217,18 21,27 d 9,79 Chleb bezglutenowy 2 0,23 e 0,95 n min / max Chleb pszenny 6 45,10 / 85,44 Chleb razowy 6 Bułka pszenna Bułka razowa X Pieczywo specjalne: 23,77 / 24,23 24,00 X – średnia; sd – odchylenie standardowe, CV% – procentowy współczynnik zmienności; wartości oznaczone tą samą literą (a-c) nie są istotnie różne statystycznie (p<0,05 i n=6), wartości oznaczone tą samą literą (d, e) nie są istotnie różne statystycznie (p<0,05 i n=2) We wszystkich typach pieczywa średni poziom zawartości akrylamidu w skórce wahał się od 24,00 /kg dla chleba bezglutenowego do 217,18/kg dla chleba z dodatkiem kwasów tłuszczowych OMEGA 3 a tak znaczny wynik dla tego rodzaju pieczywa mógł wynikać ze 101 Fabian Nowak, Joanna Michalak, Aleksandra Majkowska, Joanna Klepacka znacznego stopnia spieczenia skórki. Największymi średnimi zawartościami tego związku cechowały się te typy pieczywa, które wypieczone były z użyciem mąki razowej. Wysoka zawartość akrylamidu w tych próbkach może wynikać z nieuczciwych praktyk producenta, chociażby poprzez dobarwianie pieczywa karmelem. Analiza statystyczna wyników pochodzących z oznaczenia akrylamidu w skórce wykazała, że istnieją statystycznie istotne różnice (p<0,05) pomiędzy zawartością tego związku w różnych typach pieczywa. Ze względu na duże odchylenie standardowe i współczynnik zmienności dla Tab. 3. Zawartość akrylamidu w miękiszu Typ pieczywa Akrylamid sd CV (%) 39,28 7,34 a 18,69 48,06 / 62,88 57,48 4,98 b 8,67 8,46 / 34,86 20,57 9,39 c 45,65 n min / max Chleb pszenny 6 33,72 / 50,52 Chleb razowy 6 Bułka pszenna 6 Bułka razowa 6 19,51 / 103,90 50,52 34,94 abc 69,15 Chleb z kwasem OMEGA 3 2 180,24 / 195,53 187,88 Chleb bezglutenowy 2 Pumpernikiel 2 Pieczywo chrupkie pszenne 6 18,85 / 35,85 Pieczywo chrupkie żytnie 6 44,93 / 110,73 73,31 23,20 bc 31,65 X Pieczywo specjalne: 12,44 / 13,70 13,07 830,27 / 841,69 835,98 27,83 7,65 x 4,07 0,63 yz 4,80 5,71 yz 0,68 6,83 c 24,56 Pieczywo chrupkie mieszane: 0,67 Chrupkie z błonnikiem 2 22,86 / 23,42 23,14 0,15 xy Chrupkie pełnoziarniste 2 9,19 / 11,08 10,14 1,80 xz 17,76 Chrupkie ze słonecznikiem 2 58,01 / 59,35 58,68 0,90 x 1,53 X – średnia; sd – odchylenie standardowe, CV% – procentowy współczynnik zmienności; wartość oznaczone tą samą literą (a-c) nie są istotnie różne statystycznie (p<0,05 i n=6), wartość oznaczone tą samą literą (x-z) nie są istotnie różne statystycznie (p<0,05 i n=2) 102 Badanie zawartośco akrylamidu w pieczywie – ocena... próbek bułek razowych, niemożliwe było jednoznaczne określenie istotności różnic w stosunku do pozostałych typów. Wyniki dotyczące poziomu akrylamidu w miękiszu analizowanych typów pieczywa zostały przedstawione w Tabeli 3. W tym przypadku analizie dodatkowo poddano pieczywo chrupkie (pszenne, żytnie, mieszane) oraz pumpernikiel. Dla tej części pieczywa wyniki wahały się od 10,14 /kg dla chleba chrupkiego razowego do 835,98 /kg dla pumpernikla. Tak znaczny poziom tego związku w pumperniklu może wynikać z faktu dodatkowego procesu pasteryzacji, któremu poddane jest pieczywo tego typu po wypieku w celu wydłużenia terminu przydatności do spożycia. Zawartość akrylamidu w pumperniklu przewyższała zawartość tego związku w innych typach pieczywa średnio 4,5 – krotnie. W przypadku miękiszu większym średnim poziomem akrylamidu cechowało się pieczywo tradycyjne razowe niż pieczywo tradycyjne pszenne. W przypadku chleba średnia zawartość akrylamidu była wyższa ok. 1,5 – krotnie w chlebie razowym niż w pszennym , a w przypadku bułek zawartość tego związku była większa ok. 2,5 – krotnie (dla bułek razowych). Analiza statystyczna wykazała, że prawie dla wszystkich typów pieczywa (miękisz) wykazano statystycznie istotne różnice (p<0,05) pod względem zawartości akrylamidu, wyjątek stanowiły bułki razowe, które nie różniły się pod względem zawartości tego związku w porównaniu z pozostałymi rodzajami pieczywa. Obecność statystycznych różnic pomiędzy większością badanych próbek może wynikać z różnego składu surowcowego dla poszczególnych typów pieczywa oraz od techniki i parametrów wypieku. Na podstawie wyników dla poszczególnych części pieczywa (skórka, miękisz) dla tych typów pieczywa, dla których było możliwe oddzielenie tych części, obliczono ogólną zawartość akrylamidu. Wyniki przedstawiono w Tabeli 4. Najwyższą ogólną średnią zawartością akrylamidu cechował się chleb z dodatkiem kwasów tłuszczowych OMEGA 3 (202,53/kg) najniższą natomiast chleb bezglutenowy (18,54 /kg). Dodatkowo statystycznej analizie porównawczej poddano zawartość akrylamidu w skórce i w miękiszu, wyniki analizy przedstawia Tabela 5. W każdym przypadku zawartość akrylamidu w skórce była wyższa od zawartości akrylamidu w miękiszu. Procentowa różnica za103 Fabian Nowak, Joanna Michalak, Aleksandra Majkowska, Joanna Klepacka Tab. 4. Zawartość akrylamidu ogółem Akrylamid Typ pieczywa X sd CV (%) Chleb pszenny 51,82 11,05 20,82 Chleb razowy 73,17 8,44 11,21 Bułka pszenna 23,47 10,2 35,23 Bułka razowa 65,19 51,15 62,21 Chleb z OMEGA 3 202,53 14,46 7,26 Chleb bezglutenowy 18,54 0,43 0,92 Pieczywo specjalne: X – średnia; sd – odchylenie standardowe; CV% – procentowy współczynnik zmienności Tab. 5. Różnice w zawartościach akrylamidu w skórce i miękiszu Akrylamid Typ pieczywa Miękisz X sd Skórka X sd Stosunek skórka/ miękisz (%) Chleb pszenny 39,28 7,34a 64,36 14,77 a 163,9 Chleb razowy 57,48 4,98b 88,86 11,89 b 154,6 Bułka pszenna 20,57 9,39 26,38 11,01 128,2 Bułka razowa 50,52 34,94 79,86 67,36 158,1 Chleb z OMEGA 3 187,88 7,65 217,18 21,27 115,5 Chleb bezglutenowy 13,07 0,63c 24,00 0,2 3c 183,65 Pieczywo specjalne: X – średnia; sd – odchylenie standardowe; Średnie oznaczone tą samą literą (a-c) są istotnie rożne statystycznie (p<0,05) 104 Badanie zawartośco akrylamidu w pieczywie – ocena... wartości tego związku wahała się od ok. 16% dla chleba z dodatkiem kwasów tłuszczowych OMEGA 3 do ok. 84 % dla chleba bezglutenowego. Duża różnica pomiędzy poziomem akrylamidu w skórce i w miękiszu dla chleba tradycyjnego pszennego (ok. 64 %) oraz chleba tradycyjnego razowego (ok. 55%) może wynikać z barwy skórki w tych typach pieczywa, która w obu przypadkach cechowała się dużą intensywnością co świadczyć może o zastosowaniu wysokiej temperatury wypieku lub/i długiego czasu pieczenia. Stwierdzono statystycznie istotne różnice pomiędzy zawartością akrylamidu w skórce i w miękiszu (p<0,05) w przypadku: chleba tradycyjnego pszennego, chleba tradycyjnego razowego oraz chleba bezglutenowego. Dla pozostałych typów pieczywa nie stwierdzono statystycznie istotnych różnic. W celu oszacowania stopnia narażenia ludności Polskiej na akrylamid przyjmowany poprzez spożycie pieczywa posłużono się danymi statystycznymi odnośnie budżetów gospodarstw domowych w 2012 roku. Dane te pozwoliły na porównanie dziennej średniej dawki przyjmowanego akrylamidu względem typu pieczywa oraz ilości osób w gospodarstwie domowym (dane na jednego mieszkańca). Wyniki zostały przedstawione w Tabeli 6. Z zaprezentowanych danych wynika, że najwięcej pieczywa spożywają osoby, które same stanowią gospodarstwo domowe (gospodarstwa 1-osobowe), spożycie w tym przypadku sięga 5,8 kg/miesiąc (0,193 kg/dzień). Najmniejsze spożycie przypada na osobę w 4-osobowych gospodarstwach domowych, w tym przypadku wynosi ono 3,92 kg/miesiąc (0,131 kg/dzień). Średnie spożycie pieczywa wynosi (bez względu na typ gospodarstwa domowego) ok. 4,61 kg/miesiąc (0,154 kg/dzień). W odniesieniu do dziennego spożycia pieczywa oszacowano średnia zawartość akrylamidu, którą przyjmuje statystyczny Polak w ciągu dnia (z wyszczególnieniem badanych typów pieczywa). Z szacunkowych danych wynika, że największą ilość akrylamidu dostarczałoby do organizmu człowieku spożywania pumperniklu (średnio 127,58 na dzień) najmniejszą natomiast spożywanie razowego pieczywa chrupkiego (średnio 1,41 na dzień). W Tabeli 7. przedstawiono graniczne limity przyjmowania akrylamidu przy przekroczeniu, których domniemane są działania niepożądane dla organizmu człowieka. Maksymalna dawka dla przeciętnej 105 Fabian Nowak, Joanna Michalak, Aleksandra Majkowska, Joanna Klepacka Tab. 6. Porównanie przyjmowanej dawki akrylamidu w zależności do typu pieczywa Średnio Ponad pięcioosobowe Pięcioosobowe Czteroosobowe Trzyosobowe Dwuosobowe Jednoosobowe Typ gospodarstwa domowego Typ pieczywa A Średnie miesięczne spożycie na osobę (kg) 5,8 5,06 4,34 3,92 4,13 4,41 4,61 Średnie dzienne spożycie na osobę (kg) B 0,193 0,169 0,145 0,131 0,138 0,147 0,154 Szacunkowa dzienna dawka akrylamidu C Chleb pszenny 12,44 10,86 9,31 8,41 8,86 9,46 9,89 Chleb razowy 17,18 14,99 12,86 11,61 12,23 13,06 13,65 Bułka pszenna 5,10 4,45 3,82 3,45 3,88 4,05 Bułka razowa 15,44 13,47 1,55 10,44 10,99 11,74 12,27 Chleb z kwasem Omega 3 41,99 36,63 31,42 28,38 29,90 31,93 33,37 3,63 Pieczywo specjalne: Chleb bezglutenowy Pumpernikiel 4,64 3,47 3,14 3,30 3,53 3,69 160,52 140,04 120,11 108,49 114,30 122,05 127,58 Pieczywo chrupkie pszenne 3,64 Pieczywo chrupkie żytnie 4,05 8,69 3,18 2,73 2,46 2,60 2,77 2,90 7,58 6,50 5,87 6,19 6,60 6,90 Pieczywo chrupkie mieszane: Chrupkie z błonnikiem 4,42 3,86 3,31 2,99 3,15 3,36 3,51 Chrupkie pełnoziarniste 1,78 1,55 1,33 1,20 1,27 1,35 1,41 Chrupkie ze słonecznikiem 11,22 9,78 8,39 7,58 7,99 8,53 8,91 – w odniesieniu do Budżetów Gospodarstw Domowych w 2012 (Główny Urząd Statystyczny); B – w odniesieni do miesięcznego spożycia przy założeniu miesiąc = 30 dni; A 106 Badanie zawartośco akrylamidu w pieczywie – ocena... polskiej kobiety (waga 65 kg) w przypadku działania neurotoksycznego wynosi ok. 2600 (40/ kg m.c), w przypadku działania kancerogennego ok. 169 (2.6 kg/ m.c). Tab. 7. Tolerowana dzienna dawka akrylamidu w odniesieniu do przeciętnej masy mieszkańca Polski A Rodzaj oddziaływania Średnia waga mieszkańca Polski (kg) Kobiety Mężczyźni 65 90 Graniczne dzienne limity przyjmowanego akrylamidu B Neurotoksyczne 2600 3600 Kancerogenne 169 234 – w oparciu o wyniki statystyczne przeprowadzone przez firmę Estimator w 2006 roku na grupie 800 Polaków w wieku 18 – 80 lat; B – w oparciu o wyniki badań Kutting i in., (2009) A Dla przeciętnego polskiego mężczyzny (waga 90 kg) dawki te wynoszą 3600 – działanie neurotoksyczne oraz 234 – działanie kancerogenne. Trzeba pamiętać, że dane przedstawiają dopuszczalne dzienne dawki dla ludności Polski w wieku 18–80. Dla ludności poniżej 18 lat (dzieci) dawki te są czasami 2–3 krotnie mniejsze [Kutting i in. 2009]. Porównując graniczne dzienne dawki niewywołujące niepożądanego działania z danymi dotyczącymi dziennego spożycia AA w pieczywie można stwierdzić, że w przypadku ludności Polski w wieku 18–80 niebezpieczne może okazać się codzienne spożycie pmupernikla, a uwagę należy zwrócić na spożycie chleba pszennego, chleba razowego oraz bułek razowych. Z punktu widzenie przeprowadzonych badań najmniej inwazyjne dla zdrowia człowieka może okazać się spożycie pieczywa chrupkiego oraz bułek pszennych. PODSUMOWANIE Podsumowując, przeprowadzone badania pokazały, że akrylamid obecny był we wszystkich badanych typach pieczywa. Największą 107 Fabian Nowak, Joanna Michalak, Aleksandra Majkowska, Joanna Klepacka jego zawartością cechował się pumpernikiel (w przypadku badania miękiszu) oraz chleb z dodatkiem kwasów tłuszczowych OMEGA 3 (w przypadku skórki). Wyniki badań pokazały również, że istnieją liczne statystycznie istotne różnice zarówno pomiędzy poszczególnymi typami pieczywa jak i pomiędzy zawartością akrylmidu w skórce i miękiszu. Różnice pomiędzy rodzajami pieczywa wynikać mogły z różnego składu surowcowego (tym samym różnej ilości reagentów w reakcji powstawania akrylamidu), jak również z różnych metod wypieku, co może powodować różnice pomiędzy poziomem akrylamidu w skórce i w miękiszu. Szacunkowa analiza narażenia ludności Polski pokazała, że przeciętny Polak przyjmuje ok. 1,41–127,58 akrylamidu dziennie (w zależności od spożywanego typu pieczywa). W porównaniu do zalecanego granicznego poziomu tego związku w diecie człowieka jedynie systematyczne spożycie pumpernikla może okazać się niebezpieczne i skutkować pojawieniem się choroby nowotworowej, spożywanie pozostałych typów pieczywa nie niesie bezpośredniego zagrożenie neurotoksycznego czy kancerogennego. Zaznaczyć trzeba, że pieczywo nie jest jedynym źródłem akrylamidu w diecie człowieka i dlatego należy zwrócić dużą uwagę na monitorowanie zawartości akrylamidu w różnych rodzajach żywności, jednak szczególna uwagę – ze względu na systematyczne spożycie – należy zwrócić na zawartość tego związku w pieczywie. LITERATURA Bekas W., Kowalska D., Kowalski B. 2006. Akrylamid w żywności, Przemysł spożywczy, 6: 36–39. Hwang I.G., Kim H.Y., Lee S.H. Woo K.S. Ban J.O., Hong J.T., Yu K.W., Lee J., Jeong H.S. 2012, Isolation and idendtification of an antiproliferative substance from fructose-tyrosine Mailard reaction products, Food Chemistry, 130: 547–551. Jankowska J., Helbin J., Potocki A. 2009, Akryloamid jako substancja obca w żywności, Problemy Higieniczno – Epidemiologiczne, 90: 171–174. Karamat J., LaBail A., Prost C., Jafari M. 2011. Acrylamide in Baking Products: A Review Article, Food Bioprocesess Technologie, 4: 530–543. Kutting B., Schettgen T., Schwegler U., Fromme H. 2009. Acrylamide as environmental noxious agent: A health risk assessment for the general popula108 Badanie zawartośco akrylamidu w pieczywie – ocena... tion based on the internal acrylamide burden, International Journal of Hygiene and Environmental Health, 212: 470–480. Lingnert H., Grivas S., Jegerstad M, Skog K., Tornqvist M., Aman O. 2002. Acrylamide in food: mechanisms of formation and influencing factors during heating of food, Scandinavian Journal of Food & Nutrition, 46 (4): 159–172. Markowicz-Bastos D., Monaro E., Siguemoto E., Sefora P. 2012. Maillard Reaction Products in Processed Food: Pros and Cons, (w:) Food Industrial Processes – Methods and Equipment, 15: 281–300. Michalak J., Gujska E., Klepacka J. 2011. The effect of domestic preparation of same potato products on acrylamide content, Plant Foods for Human Nutrition, 66(4): 307–312. Nielsen J., Granby K., Hedegaard R.V., Skibsted L.H. 2006. A liquid chromatography – tandem mass spectrometry method for simultaneous analysis of acrylamide and the precursors, asparagines and reducing sugars in bread, Analytica Chimica Acta, 557, 211–220. Peterson E.V., Rosen J., Turner C., Denielsson R., Hellenas K.E. 2006. Critical factors and pitfalls affecting the extration of acrylamide from foods: An optimization study. Analytica Chimica Acta, 557, 287–295. Sanganyado E., Parekh C. T., Eriksson S. 2011. Analasis of acrylamide in traditional foodstuffs in Zimbabwe, African Journal of Food Science, 5(17): 910–913. Tardiff R. G., Gargas M.L., Kirman C.R., Carson M.L., Sweeney L. M. 2010. Estimation safe dietary intake levels of acrylamide for humans, Food and Chemical Toxicology, 48: 658–667. Żyżlewicz D., Nebesny E., Oracz J. 2010. Akrylamid – powstawania, właściwości fizykochemiczne i biologiczne, Bromatologia i Chemia Toksykologiczna, 3: 415–427. Adres do korespondencji: mgr inż. Fabian Nowak Katedra Towaroznawstwa i Badań Żywności Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie ul. Heweliusza 6, 10–957 Olsztyn e-mail: [email protected] 109 Ernest STAWIARZ Jan DYDUCH EPISTEME 25/2014 s. 111–127 ISSN 1895-4421 ZASTOSOWANIE PRODUKTÓW PSZCZELICH POCHODZENIA ROŚLINNEGO W APITERAPII THE USE OF HONEY BEE PRODUCTS OF PLANT ORIGIN IN APITHERAPY Abstract. W ostatnich latach coraz większym zainteresowaniem cieszy się powrót do medycyny niekonwencjonalnej polegającej na wykorzystaniu naturalnych substancji biologicznie czynnych. Od wieków w medycynie tej stosowane były produkty pszczele, a leczenie za ich pomocą nazywano apiterapią. Obecnie zainteresowanie apiterapią znacznie wzrasta, a dziedzina ta stała się przedmiotem udokumentowanych badań naukowych. W niniejszej pracy scharakteryzowano produkty pszczele pochodzenia roślinnego stosowane w apifitoterapii oraz określono ich miejsce i zakres stosowania we współczesnej farmakoterapii. Słowa kluczowe: miód, pyłek kwiatowy, obnóża pyłkowe, pierzga, propolis, apifitoterapia, medycyna naturalna. Summary. Currently increasing interest return to unconventional medicine. It is, inter alia, the use of natural biologically active substanes. For centuries, in medicine that, were used bee products and treatments for their help called apitherapy. Today, interest in apitherapy is greatly increased, and this area has become a subject of scientific documented research. Characterized in this work origin bee products of plant used in apifitoterapy and identifies their location and scope in contemporary pharmacotherapy. Key words: honey, pollen, pollen load, bee bread, propolis, apifitotherapy, alternative medicine. 111 Ernest Stawiarz, Jan Dyduch WSTĘP Produkty pszczele, z uwagi na ich szerokie właściwości odżywcze i terapeutyczne, zaliczane są do substancji, które zwiększają odporność organizmu na stresy fizyczne, a także na szkodliwe czynniki chemiczne i biologiczne. Do produktów pszczelich pochodzenia roślinnego stosowanych w apiterapii zalicza się: miód pszczeli, pyłek kwiatowy (obnóża pyłkowe) i uzyskane z niego ekstrakty, pierzgę i propolis czyli kit pszczeli. Działanie terapeutyczne tych produktów wynika z ich bogatego składu chemicznego. MIÓD PSZCZELI Miód pszczeli jest produktem naturalnym, wytwarzanym przez pszczołę miodną z nektaru kwiatowego i spadzi. Obok pyłku należy do podstawowego pokarmu węglowodanowego tych owadów. Cechy dotyczące wymogów jakościowych miodów zostały zebrane i opisane w Polskiej Normie PN-88/A-77626 Miód pszczeli [1988]. Norma ta określa miód pszczeli jako produkt spożywczy przeznaczony do obrotu krajowego lub na eksport. Biorąc pod uwagę komponenty roślinne, z których został wyprodukowany, Polska Norma wyróżnia miody nektarowe (N), nektarowo-spadziowe (NS) i spadziowe (S). Nektarowe miody odmianowe uzyskuje się w większości z nektaru jednego gatunku rośliny, natomiast miody wielokwiatowe z nektaru różnych gatunków. Wśród nektarowych miodów odmianowych Polska Norma wyróżnia miody: rzepakowe, gryczane i wrzosowe, o udziale pyłku taksonu przewodniego 45% i więcej w próbce, miody akacjowe o udziale pyłku Robinia pseudacacia L. minimum 30% oraz miody lipowe, w których udział pyłku Tilia sp. wynosi minimum 20%. Pozostałe miody nektarowe zaliczane są do wielokwiatowych. Wśród miodów spadziowych wyróżnia ona miody ze spadzi drzew liściastych oraz ze spadzi drzew iglastych. W Polskiej Normie określone są także fizykochemiczne i organoleptyczne cechy miodów odmianowych (barwa, konsystencja, smak i zapach). Barwa miodu może wahać się od prawie białej w przypadku skrystalizowanego miodu rzepakowego, do prawie czarnej jak w płynnym miodzie spadziowym. 112 Zastosowanie produktów pszczelich pochodzenia... W każdym miodzie znajduje się domieszka elementów stałych, do których zaliczamy m.in. ziarna pyłku. Pyłek kwiatowy dostaje się do ula wraz z nektarem zbieranym przez pszczoły. Obecność tych ziaren daje możliwość poznania pochodzenia botanicznego i geograficznego miodów, terminu ich odbioru z ula, wyróżnienia miodów odmianowych i wielokwiatowych. Ponadto pozwala odróżnić miody nektarowe od spadziowych na podstawie ilości ziaren pyłku roślin nektarodajnych i nienektarodajnych (owadopylnych i wiatropylnych) oraz zawartości elementów spadzi, którymi są zarodniki grzybów, strzępki grzybni i komórki glonów [Maurizio 1951; 1975, Demianowicz i Deminowicz 1955; 1957]. Składem chemicznym miodu pszczelego zajmowali się m.in. Curyło i Zalewski [1957] oraz Borawska i in. [2011]. Stwierdzili oni, iż 99% suchej masy miodu stanowią cukry, wśród których do najważniejszych należą glukoza, fruktoza i sacharoza. Dodatkowo w miodzie można zidentyfikować maltozę i melecytozę. Autorzy zwracają również uwagę na obecne w nim enzymy, kwasy organiczne, witaminy, białka i aminokwasy oraz substancje mineralne. Ich występowanie powiązane jest z zawartością tych związków w surowcach roślinnych, z których miód powstał (nektar i spadź), jak również część z nich dostaje się do miodu z organizmu pszczoły podczas obróbki produktu. Zawartość wody nie może przekraczać 23% w przypadku miodu wrzosowego i 20% w pozostałych miodach. Wraz z przystąpieniem Polski do Unii Europejskiej Polska Norma PN-88/A-77626 Miód pszczeli przestała obowiązywać. Jednakże stosowana jest ona nadal powszechnie na zasadzie dobrowolności. Obecnie zostały opracowane przez Międzynarodową Komisję ds. Miodu (International Honey Commission) dyrektywy Unii Europejskiej w zakresie wymagań jakościowych miodów odmianowych najczęściej uzyskiwanych w Europie [Persano Oddo i Piro 2004, Persano Oddo i inni 2004]. Właściwości odżywcze i lecznicze miodu. Miód jako produkt odżywczy znany jest człowiekowi od tysięcy lat. Od ponad 4000 lat używany jest także w medycynie ludowej jako panaceum na wiele dolegliwości i schorzeń [Lewandowska 1960, Kałużny 1992]. Z uwagi na swój skład, jest pokarmem bardzo łatwo przyswajalnym zarówno 113 Ernest Stawiarz, Jan Dyduch przez pszczoły jak i przez człowieka. Jako środek bogaty w składniki budulcowe i energetyczne stosowany jest w żywieniu różnych grup osób: młodzieży szkolnej, studentów, rekonwalescentów i ludzi starszych [Kałużny 1992, Kędzia i Hołderna-Kędzia 2006, Ciborowska i Rudnicka 2007, Bogdanov i inni 2008, Koszowska i inni 2013]. Dzięki dużej ilości cukrów prostych (glukoza i fruktoza) utrzymuje odpowiedni poziom energii w organizmie przez wiele godzin, a spożycie go nawet po wzmożonym wysiłku umożliwia w krótkim czasie ustąpienie objawów zmęczenia i szybką odnowę wydatkowanej energii [Kałużny 1992, Koszowska i inni 2013]. Jego wartość kaloryczna wynosi 324 kcal / 100 g i jest nieco mniejsza od kaloryczności cukru buraczanego [Kunachowicz i inni 1999]. Stosując dietę miodową w okresie poprzedzającym duży wysiłek fizyczny przyczyniamy się do nagromadzenia w organizmie zwiększonej ilości glikogenu, a co za tym idzie większej wytrzymałości mięśni [Guderska 1983a]. W warunkach domowych miód pszczeli stosowany jest głównie w stanach zmęczenia i wyczerpania organizmu oraz przeziębieniach. Ma on także zastosowanie w terapii stanów patologicznych układów: oddechowego, pokarmowego, moczowego, krążenia oraz niektórych schorzeń ginekologicznych. Od dawna stosowany jest również do leczenia oparzeń, wrzodów skórnych, wrzodów żołądka i dwunastnicy oraz w leczeniu nerek i wątroby. Z uwagi na działanie stymulujące i odżywcze dla pracującego mięśnia sercowego zalecany jest w schorzeniach kardiologicznych. To występujące w miodzie cukry decydują o właściwościach wzmacniających tego produktu, a zawarta w nim acetylocholina poprawia krążenie i ciśnienie krwi [Kałużny 1992, Rybak-Chmielewska 1998, Hołderna-Kędzia i Kędzia 2002, El-Soud 2012]. Dość dobrze zostały poznane także właściwości antybakteryjne, bakteriostatyczne i bakteriobójcze miodu [Kędzia i Hołderna-Kędzia 1996, Rybak-Chmielewska 1998]. Najsilniej działa on na bakterie gramdodatnie takie jak gronkowce (Staphylococcus aureus) i paciorkowce (Streptococcus pyogenes). Bardziej oporne na jego działanie są bakterie gramujemne, w tym pałeczki jelitowe (Escherichia coli i Enterobacter aerogenes). Miód działa również na laseczki wąglika (Bacillus antracis), prątki gruźlicy (Mycobacterium tuberculosis) oraz na rzęsistka pochwowego (Trichomonas vaginalis). Oprócz bakterii miód niszczy zarodniki grzybów pleśniowych [Rybak-Chmielewska i inni 114 Zastosowanie produktów pszczelich pochodzenia... 1997, Kędzia i Hołderna-Kędzia 2007]. Najwyższą aktywność inhibinową posiadają miody gryczane i lipowe, mniejszą zaś spadziowe, wrzosowe i wielokwiatowe [Rybak-Chmielewska i inni 1997, Rybak-Chmielewska 1998]. Na aktywność antybiotyczną miodu istotny wpływ mają czynniki chemiczne oraz fizykochemiczne. To one są podstawowymi mechanizmami zabezpieczającymi miód przed rozwojem drobnoustrojów. Zdecydowanie słabszą aktywnością w tym względzie charakteryzują się miody świeże i nie rozcieńczone. Po ich rozcieńczeniu z wodą aktywność antybiotyczna miodu zwiększa się od 6 do 220 razy. Substancje antybiotyczne zawarte w miodach pochodzą głównie z nektaru roślin olejkowych i spadzi drzew iglastych. Do najcenniejszych zalicza się: tymol, mentol, pinen i kamfen. Również w odniesieniu do działania przeciwutleniającego miodu, silniejsze właściwości w tym kierunku wykazują miody ciemne (szczególnie miód gryczany) niż miody jasne [Raloff 1999, Nowottnick 2002, Hołderna-Kędzia i Kędzia 2006, Majewska i Trzanak 2009, Erejuwa i inni 2012]. Należy pamiętać, że miód jest pełnowartościowym produktem odżywczym i leczniczym gdy jest zupełnie dojrzały. Należy go spożywać w stanie surowym. Przegrzany lub doprowadzony do temperatury powyżej 40°C traci wiele wartości [Guderska 1983a]. PYŁEK KWIATOWY (OBNÓŻA PYŁKOWE) Pyłek kwiatowy jest zbierany i przynoszony przez pszczoły do ula w postaci obnóży pyłkowych. Pszczoły formując obnóża zwilżają zbierany pyłek nektarem lub miodem nabranym z ula, dlatego też mają one słodkawy smak [Wojtacki 1984, Jabłoński 1998a, Klepacz-Baniak i Czekańska 2006]. Oba obnóża pyłkowe są formowane w tym samym czasie, mają podobny kształt, wielkość i wagę. Na parametry te wpływa głównie rodzaj oblatywanych roślin oraz pora ich zbioru (obnóża formowane latem są zazwyczaj większe i cięższe niż pozyskiwane wiosną i jesienią). Optymalna temperatura w czasie zbioru pyłku powinna wynosić 18–22°C. Zbieraczki najwięcej pyłku pozyskują w godzinach rannych, nieco mniej w okresie popołudniowym i wieczornym. Aby uformować odpowiedniej wielkości obnóże pyłkowe robotnica musi odwiedzić 115 Ernest Stawiarz, Jan Dyduch od 7 do 120 kwiatów. Ilość odwiedzanych kwiatów ściśle zależy od rodzaju wytwarzanego przez nie pyłku, wielkości jego ziaren i stopnia przyczepności. Znacznie łatwiej owady te formują obnóża z pyłku roślin owadopylnych, który jest większy i często pokryty specjalnym balsamem czy tłuszczami pomocnymi w jego formowaniu. Obnóża takie są jednak mniejsze i bardziej zbite. Pyłek roślin wiatropylnych jest lekki i suchy, pszczoły mogą zbierać go tylko podczas bezwietrznej pogody, a formowanie z niego obnóży trwa znacznie dłużej [Stawiarz 2005]. Obnóża z pyłku roślin wiatropylnych charakteryzują się większymi rozmiarami i znacznie luźniejszym ułożeniem ziaren pyłku. Barwa obnóża zależy od koloru pyłku odwiedzanej rośliny i od tego, czy był on zebrany z pylników już otwartych, czy rozgryzionych przez zbieraczkę. Niewielki wpływ na odcień obnóża może mieć także barwa miodu użytego przez pszczoły do zwilżania pyłku [Guderska 1983b, Paradowska i inni 2014]. Najpowszechniej spotykamy obnóża barwy żółtej i pomarańczowej, ale występują też zielonkawe (z pyłku gruszy), kremowo-szare (z maliny) brązowe (z koniczyny), czerwono-pomarańczowe (z pyłku rezedy), ciemnoczerwone (z kasztanowca, ciemnoniebieskie (ze żmijowca) i ciemnoszare lub prawie czarne (z pyłku maku) [Guderska 1983b, Paradowska i inni 2014]. W obnóżach poza pyłkiem kwiatowym mogą znajdować się inne części odwiedzanych przez owady kwiatów, m.in. fragmenty płatków korony, włoski kwiatowe i inne zanieczyszczenia. Zdarzają się też obnóża uformowane z zarodników grzybów. Przyczyną zbioru innych surowców może być ograniczony dostęp do pyłku kwiatowego [Klepacz-Baniak i Czekańska 2006, Paradowska i inni 2014]. Pszczoły są wierne kwiatom i nie zmieniają swoich preferencji w zbiorze pyłku w zależności od pory dnia. Innego źródła pyłku zaczynają poszukiwać dopiero wówczas, gdy wyczerpią się dotychczasowe jego zasoby lub będzie ono przez dłuższy czas niedostępne dla owadów [Klepacz-Baniak i Czekańska 2006]. W ulu zbieraczki składają obnóża pyłkowe do komórek plastra. Wielkość przynoszonych przez pszczoły obnóży zależy od warunków atmosferycznych i rodzaju zbieranego pyłku. W trakcie przenoszenia przez pszczoły obnóży do ula pyłek może być im odbierany za pomocą różnego rodzaju poławiaczy. Od 116 Zastosowanie produktów pszczelich pochodzenia... jednej rodziny pszczelej możemy pozyskać około 2 kg obnóży pyłkowych [Wilde i Bratkowski 1996, Bieńkowska 1997]. Świeżo odebrany i przyniesiony do ula pyłek zawiera w swoim składzie około 25% wody. Tak wysoka wilgotność stwarza idealne warunki do rozwoju bakterii i grzybów, które mogą w bardzo krótkim czasie doprowadzić do zepsucia się obnóży. W celu przechowania pszczelarz powinien odbierać pyłek z szuflad poławiaczy codziennie i poddawać go naturalnej konserwacji przy pomocy suszenia tak, aby zawartość wody nie przekraczała 6% lub przez zamrożenia, gdyż proces ten nie powoduje żadnych zmian w ich składzie chemicznym [Szczęsna i inni 1995, Rybak-Chmielewska i Szczęsna 2008]. Obnóża winny być przechowywane w chłodnym i ciemnym miejscu w szczelnie zamkniętych opakowaniach nie dłużej niż l rok. Wymagania jakościowe dla tego produktu, przeznaczonego do spożycia jako odżywka, lub stosowanego jako dodatek do żywności określa Norma Branżowa BN-89-9161-06 „Obnóża pyłkowe” [1990] i Polska Norma PN-R-78893 „Obnóża pyłkowe” [1996]. Wymagania te określają parametry organoleptyczne takie jak: kształt, barwa, smak, zapach oraz zawartość wody, popiołu ogólnego i zawartość azotu ogólnego. Określone są również parametry dotyczące zawartości w obnóżach: pozostałości insektycydów fosforoorganicznych, chloroorganicznych, zawartości metali jak: arsen, ołów, miedź, cynk, kadm i rtęć. Obnóża pyłkowe ulegną dyskwalifikacji, gdy będą zawierać: wszelkie formy rozwojowe motylicy, rozkruszków i innych szkodników, oznaki pleśnienia, martwe pszczoły i ich części, części roślin, gleby i piasku. Niepożądany jest również obcy zapach i gorzki smak [Konopacka i inni 1993, Szczęsna i inni 1995, Rybak-Chmielewska 1998, Szczęsna 2004]. Polska Norma „Obnóża pyłkowe” [1996] przedstawia również wymagania odnośnie pakowania, przechowywania i transportu pyłku. Norma krajowa podaje 15 analiz, według których przeprowadza się kontrolę jakości obnóży pyłkowych. Właściwości odżywcze i lecznicze pyłku kwiatowego. Pyłek kwiatowy jest podstawowym pokarmowym białkowym dla pszczół, który warunkuje prawidłowy rozwój ich rodzin [Warakomska 1962, Bieńkowska 1997, Lipiński 2010]. Maurizio [1954] oraz Maurizio i Grafl [1969] ustaliły wartość odżywczą pyłku różnych gatunków 117 Ernest Stawiarz, Jan Dyduch roślin badając jego wpływ na długość życia pszczół i ich stan fizjologiczny. Autorki wyróżniły cztery kategorie pyłku: 1. o bardzo wysokiej wartości odżywczej, zbierany z wrzosów, grusz i koniczyn; 2. o dość wysokiej wartości odżywczej – z jaworów, mniszka lekarskiego, turzyc i topoli; 3. o średniej wartości odżywczej – z grabu, osiki, leszczyny i olszy czarnej; 4. o niskiej wartości odżywczej – z olszy i drzew iglastych. Ponadto Maurizio [1951] dowiodła, że pszczoły muszą otrzymywać witaminę B1 w pożywieniu białkowym, gdyż nie mogą jej same wytwarzać. Niezmiernie ważne jest także spożywanie pyłku przez pszczoły przygotowujące się do zimowli, ponieważ w tym okresie rozwija się bowiem tkanka zapasowa, która warunkuje długość życia roju w pełni sezonu pszczelarskiego [Bieńkowska 1997]. Najstarsze wzmianki dotyczące zastosowania pyłku pszczelego w medycynie sięgają okresu starożytności, gdzie przypisywano mu właściwości istotne dla życia i nazywano „życiodajnym proszkiem” lub „ambrozją” W średniowieczu pyłek kwiatowy stosowany był jako środek uspokajający [Szczęsna i inni 1999]. Pyłkowi kwiatowemu przypisuje się obecnie bardzo wiele cennych właściwości odżywczych i terapeutycznych, które wynikają z jego wyjątkowo bogatego składu chemicznego [Szczęsna i Rybak-Chmielewska 2000, Kędzia 2008, Feás i inni 2012]. Najważniejsze właściwości biologiczne pyłku to: właściwości odżywcze, regeneracyjne, hipolipemiczne, odtruwające, adaptogenne, antybakteryjne, przeciwzapalne i przeciwnowotworowe [Kubiak i inni 1999, Majewska i Trzanak 2009]. Spożywając pyłek kwiatowy regularnie dostarczamy naszemu organizmowi witamin, których często brakuje w codziennym pożywieniu, poprawiając przy tym naszą kondycję fizyczną i zdrowotną [Trzybiński 2006]. W badaniach i w profilaktyce medycznej wykazano, że pyłek kwiatowy w postaci różnych preparatów daje dobre wyniki w leczeniu: miażdżycy, choroby niedokrwiennej serca, choroby nadciśnieniowej, zapalenia mięśnia sercowego, wzdęć, infekcji jelita grubego, 118 Zastosowanie produktów pszczelich pochodzenia... schorzeń wątroby, chorób nerwowych, psychicznych i innych [Kałużny 1992, Szczęsna i Rybak-Chmielewska 2000, Wilde i inni 2002]. Przyczynia się on do obniżenia ilości lipidów w surowicy krwi, cholesterolu całkowitego, cholesterolu LDL i lipoprotein. Ponadto obniża zdolność do agregacji płytek krwi i pobudza aktywność układu fibrynolitycznego. Właściwości detoksykacyjne (odtruwające pyłku kwiatowego) polegają na przyspieszeniu regeneracji tkanek uszkodzonych przez trucizny. Najczęściej stosuje się go jednak jako odżywkę regeneracyjną dla rekonwalescentów, ludzi starszych i dzieci. Włączenie go do diety ludzi zdrowych pozwala na wyrównanie poziomu soli mineralnych, aminokwasów, witamin, poprawę sprawności fizycznej i psychicznej. Ponadto zapobiega występowaniu zaburzeń przemiany materii oraz innych chorób [Makowiczowa 1992, Wilde i inni 2002, Koszowska i inni 2013]. Najmniej korzystne jest spożywanie suchych obnóży pyłkowych, gdyż są one oporne na działanie enzymów trawiennych i zostaną wykorzystane przez nasz organizm jedynie w 10–15%. Najczęściej zaleca się przyjmowanie pyłku po jego wcześniejszym rozdrobnieniu lub namoczeniu, co pozwala na wykorzystanie jego składników biologicznie czynnych w 60–80%. Przeciwwskazaniem do spożycia pyłku jest alergia na ten produkt. Dotyczy to głównie obnóży zawierających pyłek traw i innych roślin alergizujących oraz zarodniki grzybów [Trzybiński 2006]. PIERZGA Przynoszony do ula przez pszczoły zbieraczki pyłek kwiatowy, w postaci obnóży, składany jest do pustych komórek plastrów. Pszczoły ulowe zwilżają obnóża wydzieliną z gruczołów ślinowych i miodem, a następnie ubijają je i powlekają cienką warstewką miodu uniemożliwiając dopływ powietrza [Guderska 1983b]. Obnóża składane są do wysokości ¾ głębokości komórki plastra. Jeżeli pyłek ma być przeznaczona na zapas zimowy, pszczoły dopełniają komórki dojrzałym miodem i zasklepiają je woskiem [Gala 2002]. Tak zdeponowany pyłek kwiatowy ulega w warunkach beztlenowych fermentacji mlekowej. W ten sposób powstaje pierzga, zwana również chlebem pszczelim. Dzięki procesom biochemicznym w pier119 Ernest Stawiarz, Jan Dyduch zdze, w porównaniu z pyłkiem kwiatowym, wzrasta udział cukrów prostych (o 60%) i kwasu mlekowego (do poziomu 3,1%), zmniejsza się natomiast ilość białka (o 12%), które ulega rozkładowi do aminokwasów i peptydów. Powstały kwas mlekowy bardzo dobrze konserwuje pierzgę i czyni ją lekkostrawną dla pszczół, dlatego pszczoły spożywają ją chętniej od pyłku [Szczęsna i Rybak-Chmielewska 2000, Skowronek 2001, Gala 2002]. Zmianie ulega także skład gatunkowy drobnoustrojów: maleje ilość drożdżaków, a rozwijają się mikroorganizmy z rodzajów Lactobacillus i Pseudomonas. Ponadto pierzga zawiera witaminę K oraz kilka enzymów, których nie posiada pyłek kwiatowy [Makowiczowa 1992]. Właściwości odżywcze i terapeutyczne pierzgi. Dostateczny zapas pierzgi jest dla pszczół bardzo ważny przez cały rok. Jest ona niezbędnym składnikiem pokarmowym starszych larw oraz młodych pszczół. Wiosną warunkuje odpowiednią produkcję mleczka pszczelego przez pszczoły karmicielki, co wpływa na właściwe odżywienie larw i okres czerwienia matki [Warakomska 1962, Bieńkowska 1997, Lipiński 2010]. Latem i jesienią dostępność pierzgi decyduje o wytworzeniu ciała tłuszczowego pszczół, co warunkuje ich dobrą zimowlę i podnosi ich odporność na niektóre choroby. Roczne spożycie pierzgi przez rodzinę pszczelą jest dość duże i wynosi od 18 do 35 kg [Warakomska 1962, Guderska 1983b, Bieńkowska 1997], a nawet do 75 kg tego produktu [Bratkowski i Wilde 2005]. W przypadku człowieka pierzga stosowana jest m.in. w leczeniu niedokrwistości, choroby jelit czy też cukrzycy. Ponadto zalecana jest w przypadku braku łaknienia, stanach wyczerpania oraz w czasie rekonwalescencji po przebytych zabiegach operacyjnych i chorobach [Gala 2002]. Wykazuje też stosunkowo silniejsze, w porównaniu z pyłkiem kwiatowym, właściwości antybiotyczne (bakteriostatyczne i bakteriobójcze) [Guderska 1983b]. Z uwagi na to, że pyłek kwiatowy powinien być stosowany po wcześniejszym namoczeniu, podawanie pierzgi w terapii pyłkowej pozwoli uzyskać ten sam efekt w trzykrotnie krótszym czasie niż przy podaniu obnóży pyłkowych. Dużym utrudnieniem są jednak problemy z pozyskaniem jej w czystej postaci, spowodowane głównie względami technicznymi [Gala 2002]. 120 Zastosowanie produktów pszczelich pochodzenia... KIT PSZCZELI (PROPOLIS) Kit pszczeli zwany również propolisem, jest substancją żywiczną zbieraną przez pszczoły z pąków różnych drzew, krzewów i roślin zielnych. Jego nazwa wywodzi się z języka greckiego (pro – przed i polis – miasto) i w tłumaczeniu oznacza substancję stosowaną do zabezpieczania gniazda – miasta pszczół [Rybak-Chmielewska i Szczęsna 2000]. Po raz pierwszy pracę pszczół zbierających z roślin substancje żywiczne zaobserwował Mayer [1956]. Wspomniany autor donosi, że pszczoły zbierają niewielkie kawałeczki żywicznych substancji z pąków przy pomocy żuwaczek, wcześniej zwilżając je śliną. Następnie formują z niej grudkę, wkładają ją do koszyczków i w takiej postaci transportują do ula. Propolis jest zbierany przez starsze pszczoły, których gruczoły woskowe są w zaniku. Dostarczają go one wraz z obnóżami pyłkowymi do tej części gniazda, w której trwają „prace remontowe” [Rybak-Chmielewska i Szczęsna 2000]. Świeży kit pszczeli jest substancją elastyczną, o kleistej i ciągliwej konsystencji. Jego barwa w zależności od pochodzenia może przechodzić od żółtej, żółtopomarańczowej, przez rdzawobrązową do szarozielonej po prawie czarną. Ponadto charakteryzuje się on przyjemnym, aromatycznym korzenno-cynamonowym zapachem. Powstaje przez wymieszanie zebranych z roślin substancji żywicznych z wydzielinami pochodzącymi z organizmu pszczoły oraz na skutek innych przemian biochemicznych [Rybak-Chmielewska i Szczęsna 2000]. Najczęściej kit pszczeli pozyskiwany jest z pączków i młodych pędów topoli, brzozy, świerku, kasztanowca, sosny i innych drzew oraz roślin zielnych [Skowronek 2001, Lipiński 2010]. W ulu składany jest z nierównomierną intensywnością. Największe jego zbiory przypadają późnym latem i jesienią, gdy pszczoły uszczelniają gniazda na zimę [Muszyńska i inni 1983]. Ponadto owady te pokrywają propolisem ciała martwych szkodników, których nie mogą usunąć z ula [Jabłoński 1998b]. Pszczelarze pozyskują propolis przez zeskrobywanie go ze ścianek ula, ramek a także beleczek przekładkowych. W zależności od zastosowanej technologii od rodziny pszczelej można uzyskać od 5 do 160 g tego produktu [Muszyńska i inni 1983, Konopacka i inni 1985, Pidek 1987]. Znacznie lepsze efekty w pozyskiwaniu propolisu daje zastosowanie kitołapek powłokowych [Siuda i Wilde 2002]. 121 Ernest Stawiarz, Jan Dyduch Skład chemiczny propolisu jest bardzo zróżnicowany i różni się nawet pomiędzy poszczególnymi jego próbkami. Do chwili obecnej w kicie pszczelim zidentyfikowano ponad 130 związków z 13 różnych grup [Greenaway i inni 1990]. Do najważniejszych frakcji tego produktu należą: żywice i balsamy (50–55%), woski (25–35%), olejki aromatyczne (10%) oraz pyłek kwiatowy (5%). Wśród makroi mikroelementów stwierdzono w nim obecność: żelaza, glinu, boru, chromu, kobaltu, miedzi, cynku, niklu i cyny, oraz ołowiu, strontu, tytanu i wanadu. Propolis jest bardzo dobrze rozpuszczalny w alkoholu, acetonie i chloroformie, słabo rozpuszcza się natomiast w wodzie. Jego konsystencja w bardzo dużej mierze zależy od temperatury, w jakiej się znajduje. W temperaturze 15°C jest twarda, w 36°C staje się miękka i plastyczna, a w 70–80oC płynna. Podczas przechowywania stopniowo twardnieje i robi się krucha. Jego barwa ciemnieje, a zapach staje się mniej intensywny [Rybak-Chmielewska i Szczęsna 2000]. W smaku jest cierpki, piekący i lekko gorzkawy [Rybak-Chmielewska 1998]. W Polsce obowiązują aktualnie dwie normy krajowe dotyczące cech organoleptycznych, składu i właściwości fizykochemicznych propolisu. Wymagania dla surowca skupowanego przez pszczelarzy określa norma „Propolis – kit pszczeli” PN-R-78891 [1996]. Natomiast druga norma „Koncentrat propolisu” PN-A-77627 [1996] dotyczy półproduktu, otrzymanego poprzez zagęszczenie pod zmniejszonym ciśnieniem, w temp. 60–65°C oczyszczonego etanolowego ekstraktu propolisowego, który może być wykorzystany jako dodatek do miodu, lub jako surowiec w przemyśle farmaceutycznym [Rybak-Chmielewska i Szczęsna 2000, Majewska i Trzanak 2009]. Propolis powinien być przechowywany w chłodnych pomieszczeniach, nie dłużej niż przez 24 miesiące [Marcinkowski 2005]. Zastosowanie terapeutyczne propolisu. Kit pszczeli miał bardzo duże zastosowanie już w czasach starożytności i w średniowieczu. Służył on głównie do okadzania mieszkań i balsamowania zwłok. W medycynie ludowej stosowano go jako środek przyśpieszający gojenie się ran i uśmierzający ból [Guderska 1983c]. W latach 60-tych stwierdzono, że na propolis są wrażliwe wirusy [Rybak-Chmielewska 1998]. 122 Zastosowanie produktów pszczelich pochodzenia... Ostatnio wykryto, że produkt ten działa regenerująco na tkankę kostną, chrzęstną i nabłonki. Przyśpiesza on procesy gojenia i regeneracji tkanek. Jedną z właściwości kitu pszczelego jest szerokie spektrum działania bakteriostatycznego i bakteriobójczego dla większości groźnych szczepów bakterii chorobotwórczych np. Staphylococcus, Klebsiella pneumoniae i Escherichia coli. Szczególnie wrażliwe na działanie preparatów propolisowych są bakterie gram ujemne [Rybak-Chmielewska i Szczęsna 2000, Kędzia i Hołderna-Kędzia 2007]. Kit pszczeli znajduje również zastosowanie jako czynnik przeciwnowotworowy, gdyż bierze udział w wiązaniu wolnych rodników. Stosuje się go także w chorobach wrzodowych, w leczeniu trądu, w anestezjologii i w profilaktyce stomatologicznej [Rybak-Chmielewska i Szczęsna 2000, Majewska i Trzanak 2009]. Wykazuje również dużą skuteczność w leczeniu oparzeń. Może być używany przy przeziębieniu i leczeniu różnego rodzaju zakażeń i chorób układu pokarmowego [Kędzia i Hołderna-Kędzia 1996, Kędzia i Hołderna-Kędzia 2007]. Na rynku polskim można spotkać obecnie kilkadziesiąt preparatów farmaceutycznych i kosmetyków wytworzonych na bazie propolisu lub z jego dodatkiem. LITERATURA Polska Norma. 1988. Miód pszczeli. Wydanie Normalizacyjne, PN88/A-77626. Maurizio A. 1951. Pollen analysis of honey. Bee World, 32(1), 1–5. Maurizio A. 1975. Microscopy of honey. W: Crane E. (red), Honey: A Comprehensive Survey. Morrison and Gibb, London: 240–254. Demianowicz Z., Demianowicz A. 1955. Nowe podstawy analizy pyłkowej miodów. Pszczelnicze Zeszyty Naukowe, 1, 185–195. Demianowicz Z., Demianowicz A. 1957. Nowe podstawy analizy pyłkowej miodów. Pszczelnicze Zeszyty Naukowe, 1(2), 69–78. Curyło J., Zalewski W. 1957. Skład miodu pszczelego. Pszczelnicze Zeszyty Naukowe, 1(1), 39–49. Borawska J., Bednarski W., Gołebiewska J. 2011. Charakterystyka sacharydów miodu oraz możliwości zastosowania Bifidobacterium do modyfikacji ich składu i właściwości. Żywność Nauka Technologia Jakość, 3(76), 29–39. Persano Oddo L., Piro R. 2004. Main European unifloral honeys: descriptive sheets. Apidologie, 35(1), 38–81. DOI: 10.1051/apido:2004049 123 Ernest Stawiarz, Jan Dyduch Persano Oddo L., Piana L., Bogdanov S., Bentabol A., Gotsiou P., Kerkvliet J., Martin P., Morlot M., Ortiz-Valbuena A., Ruoff K., Ohe von der K. 2004. Botanical species giving unifloral honey in Europe. Apidologie, 35(1), 82–93. DOI: 10.1051/apido:2004045 Lewandowska C. 1960. Pszczoły a medycyna. Wyd. Wiedza Powszechna, Warszawa. Kałużny E. 1992. Pszczela apteczka. Wyd. I Edward Kałużny Wytwórnia Leków Naturalnych „Apiherba”, Leszno. Hołderna-Kędzia E., Kędzia B. 2006. Badania nad przeciwutleniającymi właściwościami miodu pszczelego. Acta Agrobotanica, 59(1), 265–269. DOI: 10.5586/aa.2006.027 Ciborowska H., Rudnicka A. 2007. Dietetyka – żywienie człowieka zdrowego i chorego. PZWL, Warszawa. Bogdanov S., Jurendic T., Siber R., Gallmann P. 2008. Honey for nutrition and health: a review. American Journal of The College of Nutrition, 27(6), 677–689. Koszowska A., Dittfeld A., Nowak J., Ziora K. 2013. Pszczoły i ich produkty – znaczenie dla zrównoważonego rozwoju roślin, zwierząt i ludzi. Medycyna Środowiskowa – Environmental Medicine, 16(2), 79–84. Kunachowicz H., Nadolna I., Iwanow K., Przygoda B. 1999. Wartość odżywcza wybranych produktów spożywczych i typowych potraw. PZWL, Warszawa. Guderska J. 1983a. Produkcja miodu. W: J. Guderska (red.), Hodowla pszczół. PWRiL, Warszawa, 196–203. Rybak-Chmielewska H. 1998. Produkty pszczele. W: Prabucki J. (red) Pszczelnictwo. Wyd. Albatros, Szczecin, 555–611. Hołderna-Kędzia E., Kędzia B. 2002. Miody odmianowe i ich znaczenie lecznicze. Wyd. WDR, Włocławek. El-Soud N.H.A. 2012. Honey between traditional uses and recent medicine. Macedonian Journal of Medical Science, 5(2), 205–214. DOI: 10.3889/ mjms.1857-5773.2012.0213 Kędzia B., Hołderna-Kędzia E. 1996. Produkty pszczół w medycynie. Wyd. Spółdzielnia Pszczelarska „Apis”, Lublin. Rybak-Chmielewska H., Szczęsna T., Warakomska Z., Pidek A. 1997. Uzupełniające zagadnienia jakości miodu. ISiK, Puławy. Kędzia B., Hołderna-Kędzia E. 2007. Wykorzystanie propolisu i miodu w zakażeniach. Postępy Fitoterapii, 4, 202–206. Raloff J. 1999. Miód przeciw wolnym rodnikom. Schweizerische Bienen-Zeitung, 1. Nowottnick K. 2002. Miód a właściwości przeciwutleniające im ciemniejszy, tym lepszy. Bienenwelt, 8–9. 124 Zastosowanie produktów pszczelich pochodzenia... Kędzia B., Hołderna-Kędzia E. 2006. Produkty pszczele w żywieniu i suplementacji diety. Postępy Fitoterapii, 4, 213–222. Majewska E., Trzanak J. 2009. Właściwości przeciwutleniające miodów wielokwiatowych i innych produktów pszczelich. Bromatologia i Chemia Toksykologiczna, 42(4), 1089–1094. Erejuwa O.O., Sulaiman S.A., Ab Wahab M.S. 2012. Honey: a novel antioxidant. Molecules, 17(4), 4400–4423. DOI: 10.3390/molecules17044400. Wojtacki M. 1984. Produkty pszczele i przetwory miodowe. PWRiL, Warszawa. Jabłoński B. 1998a. Surowce zbierane przez pszczoły. Pyłek kwiatowy. W: Prabucki J. (red) Pszczelnictwo. Wyd. Albatros, Szczecin, 816–821. Klepacz-Baniak J. Czekańska K. 2006. Dzienny rozkład wykorzystania pyłku kwiatowego przez pszczołę miodną (Apis mellifera L.). Acta Agrobotanica, 59(1), 271–278. DOI: 10.5586/aa.2006.028 Stawiarz E. 2005. Znaczenie pyłku roślin wiatropylnych dla pszczół. Pszczelarstwo, 4, 12–13. Guderska J. 1983b. Odżywianie się i dokarmianie pszczół. W: J. Guderska (red.), Hodowla pszczół. PWRiL, Warszawa, 155–180. Paradowska K., Zielińska A., Krawiec N. 2014. Skład i właściwości antyoksydacyjne barwnych frakcji wyodrębnionych z pszczelego pyłku kwiatowego. Postępy Fitoterapii, 4, 209–215. Wilde J., Bratkowski J. 1996. Pozyskiwanie pyłku szansą dla dalszego rozwoju pszczelarstwa. Pszczelarstwo, 3, 4–5. Bieńkowska M. 1997. Pyłek kwiatowy i jego pozyskiwanie. ISiK, Skierniewice. Szczęsna T., Rybak-Chmielewska H., Skowronek W. 1995. Wpływ utrwalania na wartość biologiczną obnóży pyłkowych. Pszczelnicze Zeszyty Naukowe, 1, 177–187. Rybak-Chmielewska H., Szczęsna T. 2008. Produkty pszczele. W: Wilde J., Prabucki J. Hodowla pszczół, PWRiL, Poznań, 322–348. Norma Branżowa. 1990. Obnóża pyłkowe. Wydanie normalizacyjne, BN-899161-06. Polska Norma. 1996. Obnóża pyłkowe. Wydanie normalizacyjne. PN-R78893. Konopacka Z., Pohorecka K., Syrocka K., Chaber J. 1993. Zawartość kadmu, ołowiu, azotanów i azotynów w obnóżach pyłkowych pochodzących z różnych miejsc w okolicach Puław. Pszczelnicze Zeszyty Naukowe, 37, 181–187. Szczęsna T. 2004. Projekt międzynarodowej normy dla pyłku pszczelego. Pasieka, 4, 49–53. Warakomska Z. 1962. Badania nad zbiorem pyłku przez pszczołę miodną w rolniczych okolicach Polski. Annales Universitatis Mariae Curie-Skłodows125 Ernest Stawiarz, Jan Dyduch ka, Sectio E, 17(5), 67–71. Lipiński M. 2010. Pożytki pszczele zapylanie i miododajność roślin. PWRiL, Warszawa. Maurizio A., 1954. Pollenernährung und Lebensvorgängen bei der Honigbiene (Apis mellifica L.). Landwirtschaftliches Jahrbuch der Schweiz, 68 (2), 115–182. Maurizio A., Grafl I. 1969. Das Trachtpflanzenbuch. Nektar und Pollen die wichtigsten Nahrungsquellen der Honigbiene. Ehrenwirth, Verlag, München. Szczęsna T., Rybak-Chmielewska H., Chmielewski W. 1999. Pyłek kwiatowy (obnóża) – naturalna odżywka i surowiec farmaceutyczny. ISiK, Skierniewice. Szczęsna T., Rybak-Chmielewska H. 2000. Pyłek kwiatowy (obnóża) – niektóre aspekty jego zanieczyszczenia metalami ciężkimi. ISiK, Skierniewice. Kędzia B. 2008. Skład chemiczny i adaptogenne działanie pszczelego pyłku kwiatowego. Cz. I. Skład chemiczny. Postępy Fitoterapii, 1, 47–58. Feás X., Vázquez-Tato M.P., Estevinho L., Seijas J.A., Iglesias A. 2012. Organic bee pollen: botanical origin, nutritional value, bioactive compounds, antioxidant activity and microbiological quality. Molecules, 17(7), 8359– 8377. DOI: 10.3390/molecules17078359. Kubik M., Nowacki J., Pidek A., Warakomska Z., Michalczuk L., Goszczyński W. 1999. Bezcenna odżywka czy groźna trucizna. Pszczelarz Polski, 4, 21–23. Trzybiński S. 2006. Pyłek i zdrowie. Pszczelarz Polski, 11, 23. Wilde J., Grabowski P., Bratkowski J. 2002. Zagospodarowanie i marketing obnóży pyłkowych. Biuletyn Naukowy, 18, 177–184. Makowiczowa H. 1992. Pszczele cuda. Wyd. Lotos, Warszawa. Gala J. 2002. Wartość biologiczna pyłku i pierzgi. Pszczelarstwo, 6, 8–9. Skowronek W. 2001. Pszczelnictwo. ISiK, Puławy. Bratkowski J., Wilde J. 2005. Biologiczne uwarunkowania zbierania pyłku przez pszczoły. Pszczelarstwo, 4, 2–4. Rybak-Chmielewska H., Szczęsna T. 2000. Kit pszczeli: skład, właściwości, przechowywanie. ISiK, Skierniewice. Mayer W. 1956. “Propolis bees” and their activity. Bee Word, 37, 25–36. Muszyńska J., Konopacka Z., Rybak H. 1983. Badania nad propolisem: I. Próba określenia warunków sprzyjających pozyskiwaniu propolisu. Pszczelnicze Zeszyty Naukowe, 27, 59–69. Jabłoński B. 1998b. Propolis. W: Prabucki J. (red) Pszczelnictwo. Albatros, Szczecin, 838. Konopacka Z., Muszyńska J., Rybak H. 1985. Pozyskiwanie propolisu. PWRiL, Warszawa. 126 Zastosowanie produktów pszczelich pochodzenia... Pidek A. 1987. Efektywność produkcji propolisu różnymi metodami. Pszczelnicze Zeszyty Naukowe, 21, 55–73. Siuda M., Wilde J. 2002. Nowoczesne metody pozyskiwania kitu pszczelego. Biuletyn Naukowy, 18, 239–247. Greenaway E., Scaysbrook T., Whatley F.R. 1990. The compositen and plant orgins of propolis: a report of word At Oxford. Bee World, 74, 107. Polska Norma. 1996. Propolis – kit pszczeli. Wydanie Normalizacyjne, PNR-78891. Polska Norma. 1996. Koncentrat propolisu. Wydanie Normalizacyjne, PN-A77627. Marcinkowski J. 2005. Jak prawidłowo prowadzić pasiekę. Wyd. Gospodarstwo Pasieczne „Sądecki Bartnik” A. & J. Kasztelewicz, Nowy Sącz. Guderska J. 1983c. Kit pszczeli. W: J. Guderska (red.), Hodowla pszczół. PWRiL, Warszawa, 207–209. Adres do korespondencji: dr inż. Ernest Stawiarz Katedra Botaniki Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie ul. Akademicka 15, 20–950 Lublin e-mail: [email protected] Jan Dyduch Katedra Warzywnictwa i Roślin Leczniczych Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie ul. Akademicka 15, 20–950 Lublin 127 Klaudia ŚWICA EPISTEME 25/2014 s. 129–134 ISSN 1895-4421 ODMIANA BURKA CUKROWEGO (BETA VULGARIS) – CZYNNIK MODYFIKUJĄCY ZAWARTOŚĆ WĘGLOWODANÓW I EKSTRAKTU CULTIVAR OF BEET SUGAR (BETA VULGARIS) – FACTOR MODIFYING CARBOHYDRATE CONTENT AND EXTRACT Abstrakt. Analizie porównawczej poddano trzy polskie odmiany ‚Telimena’, ‚Aldona’ i ‚Zosia’ i jedną niemiecką odmianę ‚Nevenka’ buraka cukrowego. Badane odmiany oceniono pod względem zawartości suchej masy, węglowodanów ogółem i ekstraktu. Korzenie pozyskano z upraw towarowych prowadzonych w rejonie Polski Wschodniej. Zbioru korzeni dokonano w fazie ich dojrzałości technologicznej. Słowa kluczowe: Beta vulgaris, odmiana, jakość korzeni Summary. Comparative analysis were three Polish cultivar ‚Telimena’, ‚Aldona’ and ‚Sophie’ and one German cv. ‚Nevenka’ beet. The test cultivars were assessed for dry weight content, total carbohydrate and extract. The roots of the crop marks obtained conducted in Eastern Poland. Beet made during their technological maturity. Key words: Beta vulgaris, variety, quality roots 129 Klaudia Świca WSTĘP Jedynym źródłem pozyskiwania cukru w warunkach Polski pozostaje nadal burak cukrowy (Beta vulgaris ssp. vulgaris), który jest ważnym gatunkiem wśród upraw w umiarkowanym klimacie. Burak cukrowy zapewnia prawie 30% światowej rocznej produkcji cukru i jest również źródłem bioetanolu i paszy dla zwierząt. Na przestrzeni ostatnich 200 lat hodowli buraka zawartość cukru wzrosła z 8% do 18% u dzisiejszych odmian [Biancardi i in. 2012]. Hodowla również aktywnie wyselekcjonowała wybrane cechy, jak odporność na choroby wirusowe i grzybicze, poprawę wydajności korzeni, odporność na warunki stresowe wywołane niskimi temperaturami [Kirchhoff i in. 2012]. Choć areał upraw zmniejszył się o ponad 30% w Europie od 2000 roku, wydajność korzeni buraka cukrowego z nowoczesnych odmian wzrosła (dane FAOSTAT), co wskazuje, że są one bardziej rozwinięte i są w stanie uporać się z różnymi czynnikami środowiskowymi i warunkami wzrostu [Skaracis i Biancardi 2005]. Odmiany te są wynikiem różnych strategii hodowlanych jak introgresja cechy oporności, również z dzikich źródeł, w oparciu o wzrastającą wiedzę genetyczną skierowaną na gromadzenie dużej ilości cukru w korzeniach [Panella i Lewellen 2007]. Burak cukrowy to roślina o największym wśród roślin uprawnych potencjale plonotwórczym. W sprzyjających warunkach i przy właściwej agrotechnice plon masy biologicznej przekracza znacznie 100 ton z ha. Często niedocenianym, a istotnym czynnikiem plonotwórczym jest wybór odpowiedniej odmiany. Obecnie dostępnych jest kilkadziesiąt odmian buraka cukrowego. Przy wyborze odmiany należy brać pod uwagę plenność i plon technologiczny cukru [Bzowska-Bakalarz i Bieganowski 2008; Słoma 2008]. W praktyce wyróżnia się następujące typy użytkowe: cukrowy (C), normalny (N) i plenny (P). Odmiany typu C cechuje wysoka lub podwyższona zawartość cukru, odmiany typu P o plonie przerobowym wynikającym z dużych plonów surowca przy niższej jakości przerobowej, oraz odmiany typu N mające największe znaczenie (pośrednie pomiędzy typami P i C). Odmiany typu normalnego przełamują ujemną korelację plonów korzeni i zawartości cukru. Wyróżnia się również typy pośrednie tj. NC i NP. Klasyfikacja ta uważana jest jednak za zawodną, dotyczy to nietypowej reakcji roślin danej odmiany na niesprzyjające warunki w se130 Odmiana buraka cukrowego (Beta vulgaris) – czynnik... zonie wegetacyjnym [Siódmak 2002]. Produkcja przemysłu cukrowniczego zatem zależna jest od jakości i ilości pozyskanego surowca. Celem podjętych badań było porównanie zawartości suchej masy, węglowodanów ogółem i ekstraktu w korzeniach wybranych odmianach buraka cukrowego uprawianych na terenie Polski. MATERIAŁ I METODY Materiał badawczy stanowiły korzenie trzech polskich odmian buraka cukrowego: ‚Telimena’ – typ NP, ‚Aldona’ – typ NC i ‚Zosia’ – typ N., i jednej odmiany niemieckiej ‚Nevenka’ – typ N, pochodzące z upraw polowych prowadzonych w latach 2012–2013 w rejonie Polski Wschodniej. Zbiór surowca przeprowadzono gdy korzenie analizowanych odmian osiągnęły fazę dojrzałości technologicznej. Do badań laboratoryjnych przeznaczono świeże, nieuszkodzone i zdrowe korzenie w których określono zawartość: suchej masy – metodą suszarkowo-wagową wg zaleceń Farmakopei Polskiej IX [2012], cukrów ogółem metodą kolorymetryczną Luffa-Schoorla [Charłampowicz, 1966] oraz ekstraktu metodą refraktometryczną zgodnie z wymogami PN-90/A-75101/02. Wszystkie analizy wykonano w sześciu powtórzeniach w Laboratorium Jakości Warzyw i Surowców Zielarskich Katedry Warzywnictwa i Roślin Leczniczych Uniwersytetu Przyrodniczego w Lublinie. Uzyskane wyniki przeprowadzonych badań laboratoryjnych opracowano statystycznie metodą analizy wariancji i przedziałów T-Tukey’a przy 5% poziomie istotności WYNIKI I DYSKUSJA W przeprowadzonych badaniach dotyczących zawartości suchej masy w korzeniach analizowanych odmian buraka cukrowego wykazano, iż kształtowała się ona średnio na poziomie 17,80% (rys. 1). Najwięcej suchej masy (18,83%) zawierały korzenie odmiany ‚Aldona’, najmniej (17,01%) odmiany ‚Nevenka’. Strochalska i in. [2014] badając wpływ różnych systemów uprawy konserwującej na wartość technologiczną korzeni buraka cukrowego stwierdziła od 19,94% do 21,98% suchej masy. Natomiast Buraczyńska [2005] oraz Zimny i in. [2010] odnotowali w swoich badaniach zawartość suchej masy na poziomie 25%. Dane literaturowe wskazują na istotne zróżnicowanie tego parametru. 131 Klaudia Świca Rys. 1. Zawartość suchej masy (%) w korzeniach buraka cukrowego w zależności od odmiany w latach 2012–2013. Przydatność technologiczna buraka cukrowego uzależniona jest od zawartości cukrów, która kształtuje się na poziomie od 15% do 20% i jest modyfikowana wieloma czynnikami tj.: warunku uprawy, poziom nawożenia, odmiana [Szulc i in. 2008]. Na podstawie przeprowadzonych badań wykazano, że średnia zawartość cukrów ogółem w korzeniach badanych odmian była zróżnicowana i wynosiła od 16,00% do 21,33% (rys. 2). Porównując badane odmiany stwierdzono, że najwięcej węglowodanów ogółem gromadziły korzenie odmiany ‚Aldona’, najmniej natomiast korzenie odmian ‚Telimena’ i ‚Zosia’. Odmiana ‚Nevenka’ charakteryzowała się średnim poziomem cukrów ogółem. Wójcik [2006] nie stwierdziła zależności pomiędzy średnią zawartością cukru a właściwościami odmianowymi. Autorka podaje, że zawartość cukrów u odmian ‹Janus› i ‹Polko› kształtowała się odpowiednio na poziomie 19,24% i 19,48%. W dostępnym piśmiennictwie brak jest danych dotyczących zawartości ekstraktu w korzeniach buraka cukrowego. Przeprowadzone badania wskazują, że są one surowcem zasobnym w ten składnik (rys. 3). Największą średnią zawartością ekstraktu (22,5%) spośród badanych odmian charakteryzowała się korzenie odmiany ‚Telimena’. Nie wykazano istotnych różnic pomiędzy pozostałymi odmianami w zawartości ekstraktu. 132 Odmiana buraka cukrowego (Beta vulgaris) – czynnik... Rys. 2. Porównanie średniej zawartości węglowodanów ogółem (%) w korzeniach badanych odmian buraka cukrowego w latach 2012–2013. Rys. 3. Średnia zawartość ekstraktu w korzeniach buraka cukrowego w latach 2012–2013 LITERATURA Biancardi E., Panella L.W., Lewellen R.T. 2012. Beta maritima: the origin of beets. Springer, New York. Kirchhoff M., Svirshchevskaya A., Hoffman C., Schechert A., Jung C., Kopisch-Obuch F. 2012. High degree of genetic variation of winter hardiness in a panel of Beta vulgaris L. Crop Science, 52: 179–188. Skaracis G.N., Biancardi E. 2005. Cercospora leaf spot. [w]: Genetics and breeding of sugar beet. [Rd] Biancardi E., Campbell L.G., Skaracis G.N., De Biaggi M., Science Publisher, Enfield, pp 88–90. 133 Klaudia Świca Panella L.W., Lewellen R.T. 2007. Broadening the genetic base of sugar beet: introgression from wild relatives. Euphytica, 154: 383–400. Bzowska-Bakalarz M., Bieganowski A. 2008. Kodeks dobrych praktyk w produkcji buraków cukrowych. Praca zbiorowa, Lublin: ss. 46. Słoma B. 2008. Wielkopolska solidność na start. [w] Poradnik dla plantatorów – Buraki nowe wyzwania. [Rd] „Agro Serwis”, Wyd. Biznes-Press sp. z o.o., 50–51. Siódmak J., 2002. Odmiany buraka cukrowego, ich ocena i wartość gospodarcza. [w] Nowoczesna uprawa buraków cukrowych. [Rd] Grzebisz W., Wyd. AR im. Augusta Cieszkowskiego, Poznań, 29–40. Farmakopei Polskiej IX. 2012. Wyd. PTFarm, Warszawa PN-90/A-75101/04. Przetwory owocowe i warzywne. Przygotowanie próbek i metody badań fizykochemicznych. Oznaczanie ekstraktu ogólnego. Charłampowicz Z. 1966. Analizy przetworów z owoców, warzyw i grzybów. WPLS, Warszawa, s. 115–120. Strochalska B., Zimny L., Regiec P. 2014. Effect of different systems conservation tillage on technological value of sugar beet roots. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych, 576: 151–160. Buraczyńska D. 2005. Kształtowanie się zawartości suchej masy i makroskładników w korzeniach i liściach buraka cukrowego pod wpływem nawożenia organicznego i mineralnego. Annales UMCS, sec. E, 60: 19–31. Zimny L., Rajewski J., Regiel P. 2010. Wpływ uprawy konserwującej na wartość technologiczną korzeni buraka cukrowego. Annales UMCS, sec. E, 2: 111–118. Szulc P.M., Kobierski M., Nowakowski. M., Kubicki K. 2008. Wpływ nawożenia sodem na plon i parametry jakości korzeni buraka cukrowego. Biuletyn Inst. Hodowli i Aklimatyzacji Roślin, 248: 77–85. Wójcik S. 2006. Plonowanie i jakość technologiczna korzeni buraka cukrowego w zależności od stymulacji nasion. Inżynieria Rolnicza, 6, s. 383–388. Adres do korespondencji: mgr inż. Klaudia Świca Katedra Warzywnictwa i Roślin Leczniczych Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie ul. Leszczyńskiego 58, 20–069 Lublin 134 Grzegorz Żółty EPISTEME 25/2014 s. 135–140 ISSN 1895-4421 Ekologia pszczoły miodnej Ecology honey bee Abstract. Pszczoły są owadami żyjącymi społecznie, ich rola w środowisku jest bardzo ważne, ponieważ zapylają rośliny przyczyniając się do wzrostu plonów. Dostarczają one również produkty takie jak miód, wosk pszczeli, mleczko pszczele, pyłek, jad pszczeli. Ten artykuł pokazuje zależność pomiędzy owadami i roślinami. Słowa klucze: pszoła miodna, zapylanie roślin Summary. Bees are social insects, their role in the environment is very important because pollinate plants contributing to the growth of crops. They also supply products such as honey, beeswax, royal jelly, pollen, bee venom. This article shows the relationship between insects and plants. Key words: honey bee, pollinate plants 135 Grzegorz Żółty W naszym klimacie 78% roślin zapylanych jest przez owady, a 22% przez wiatr, tylko nieliczne mogą zapylić się same (m.in. winorośl, brzoskwinie). Przynoszenie pokarmu do ula, w postaci nektaru, czy pyłku przez pszczoły ściśle wiąże się z zapyleniem roślin obcopylnych, głównie okrytozalążkowych (Woyke 1998). Ziarna pyłku roślin owadopylnych są lepkie, gruboziarniste i ciężkie, przystosowane do przylgnięcia do owłosionego owada poszukującego pożywienia. Natomiast pyłek roślin wiatropylnych jest lekki łatwo unoszony przez wiatr i jest go dużo. Do zapylenia roślin za pośrednictwem owadów dochodzi, gdy odwiedzają one kwiaty w poszukiwaniu pożytku (zwykle są to kwiaty tego samego gatunku rośliny). Przenoszą ziarenka pyłku z kwiatu na kwiat. Ziarno pyłku trafiają na znamię słupka, po czym następuje zapylenie (Żółty 2010). W warunkach klimatycznych Polski, w produkcji roślinnej największą grupę zapylaczy stanowią owady należące do nadrodziny pszczół (Apoidea), do których oprócz pszczół miodnych (Apis mellifera L.) należą pszczoły samotnice, pszczoły bezżądłowe, trzmiele, osy. Inne owady czy zwierzęta przyczyniające się do zapylania trudno postrzegać jako zapylacze, gdyż ich udział w zapyleniu jest często losowy i nie ma większego znaczenia w produkcji roślinnej (Lipieński 2011). Pszczoła miodna (Apis mellifera L.) to owad społeczny żyjący w gromadach, w których funkcje życiowe są precyzyjnie podzielone. W skład rodziny pszczelej wchodzi jedna matka (królowa), która po lotach godowych ogranicza się tylko do składania jajeczek. W okresie pełnego rozwoju rodziny, który przypada na koniec wiosny – początek lata składa około 2.000 jajeczek dziennie. Robotnice w liczbie 12.000 – 90.000 (w zależności od pory roku) stanowią podstawową grupę rodziny. Ich zadaniem jest czyszczenie plastrów, karmienie czerwia (larw pszczół), budowa plastrów, odparowywanie nektaru, strzeżenie ula i przede wszystkim zaopatrywanie rodzin w pożywienie i wodę. Trutnie pojawiają się w maju i są niezbędne w okresie rozmnażania. Kopulują one z matką w powietrzu, a następnie giną. Te samce, które nie przystąpiły do rozmnażania, pod koniec lipca są wypędzane z ula i umierają śmiercią głodową (Bojarczuk i wsp. 1969). Do zwabienia owadów rośliny wykształciły skuteczne, atraktanty, które można podzielić na dwie grupy tj. pokarmowe: pyłek, nektar, olejki tłuszczowe i inne substancje oraz sygnalizacyjne: zapach, barwa kwiatów i inne wskaźniki oraz sygnały barwne (Trąba 2000). 136 Ekologia pszczoły miodnej Pyłek dla pszczół to podstawowe źródło białka, tłuszczu, skrobi, wody, witamin, enzymów i składników mineralnych. Pyłek kwiatowy to podstawa do produkcji mleczka pszczelego, którym odżywiane są postacie dorosłe i larwy pszczół. Wysokiej jakości pyłek zapewniają pszczołom: wierzby, wrzos, grusza, szafran (krokus), mak, cykoria, koniczyny. Nieco niższej wartości: mniszek lekarski, jawor, kukurydza, słonecznik, buk, topola, wiąz i rdesty. Natomiast małowartościowego pyłku dostarcza: leszczyna, olcha, brzoza, osika, grab i drzewa iglaste. Z zebranego pyłku pszczoły formują tak zwane obnóża, które umieszczone są w koszyczkach tylnej pary nóg. Po kolorze obnóży można poznać, jakie kwiaty odwiedzają pszczoły. Najczęściej występuje barwa żółta, pomarańczowa, brunatna, ale również biała, granatowa czy nawet czarna. Pyłek dostaje się też do miodu. Po odpowiedniej jego analizie można stwierdzić, z jakich roślin ten miód pochodzi. Niektóre rośliny wytwarzają pyłek, który nie jest zbierany przez pszczoły z powodu zbyt dużych ziaren. Tak dzieje się z pyłkiem malw i ślazu. Są też rośliny, które produkują pyłek szkodliwy dla zdrowia pszczół. Do tych roślin możemy zaliczyć: bagno zwyczajne, knieć błotną, kasztanowiec czy niektóre jaskry. Zatrucia pszczół pyłkiem roślin trujących zdarzają się niezmiernie rzadko i tylko wtedy, gdy roślina trująca dominuje na danym terenie i nie kwitną inne rośliny pyłkodajne, a pszczołom brakuje wody. Zatrucia takie przyczyniają się do tak zwanej choroby majowej. Jest to nie zaraźliwa choroba owadów dorosłych. Przyczyną jest zablokowanie przewodu pokarmowego u pszczół karmicielek masami niestrawionego pyłku. Pszczoły w trakcie tej choroby mają rozdęte odwłoki i leniwie poruszają się po plastrach i dennicy ula (Bornus 1987, Bojarczuk i wsp. 1969). Nektar to słodka wydzielina produkowana w nektarnikach (miodnikach) kwiatowych lub pozakwiatowych. Płyn ten zbierany jest przez pszczoły, a następnie przerobiony na miód. Nektarniki kwiatowe mieszczą się w samym kwiecie najczęściej na dnie kwiatowym u podstawy zalążni, u nasady pręcików. Niekiedy umieszczone są na działkach kielicha. Forma miodników nie jest jednorodna. Część z nich jest całkowicie odkryta i dobrze dostępna dla owadów, a cześć zupełnie zakryta włoskami, łuseczkami lub płatkami. Owad pobierający nektar musi zetknąć się z pylnikami, które oblepiają jego 137 Grzegorz Żółty włoski, następnie odwiedza inny kwiat powodując zapylenie roślin. Nektarniki pozakwiatowe, atrakcyjne dla pszczół są u wyki, chabra, bobiku, czereśni. Mogą one występować na brzegach liści, łodydze czy przylistkach. Najważniejszym składnikiem nektaru są zawarte w nim cukry: fruktoza i glukoza ponadto cukier trzcinowy. Nektarowanie roślin jest cecha gatunkową. Różnice między gatunkami są bardzo duże, a zawartości cukrów w nektarze wahają się od 5 do 70%. Pszczoły najlepiej pobierają nektar, gdy jest skoncentrowany i zawiera około 50% cukrów, jeśli natomiast jego stężenie spadnie poniżej 5% nie jest zbierany. Do tego, aby rośliny dobrze nektarowały niezbędne są odpowiednie warunki atmosferyczne. Optymalne temperatury oscylują w przedziale 16–25°C. W czasie upałów proces ten słabnie, a w temperaturze powyżej 35°C całkowicie zanika. Czynnikiem wpływającym na nektarowanie jest nasłonecznienie. Rośliny, które rosną w pełnym słońcu wytwarzają znacznie więcej nektaru od tych, które żyją w cieniu. Jednak, aby nektarowanie było obfite potrzebna jest również duża wilgotność powietrza, która wpływa na rozproszenie światła, a także zapobiega stratom wody w roślinie i glebie. Wilgotność gleby musi być również odpowiednia, najlepiej, jeśli wynosi 50–60% tej wody, którą może wchłonąć. Zbyt duża wilgotność gleby powoduje niedotlenienie korzeni, spowalnia wzrost i nektarowanie roślin. Czas jak i ilość wydzielanego nektaru w dużym stopniu zależy od pory dnia, fazy kwitnienia, czy położenia kwiatu w roślinie. Kwiaty znajdujące się bliżej łodyg i podłoża wydzielają więcej nektaru niż znajdujące się po bokach, czy w górnych partiach rośliny. Zasobność gleby w składniki pokarmowe sprzyja produkcji nektaru, ale jest to również cecha gatunkowa. Na przykład gryka i seradela dużo wydzielają słodkiej substancji na glebach lekkich, zaś wrzos i borówka na kwaśnych, a koniczyna czerwona i sparceta wymagają gleb ciężkich i bogatych w wapń. Nawozy mineralne i organiczne również wspomagają wydzielanie nektaru, szczególnie te zawierające fosfor, potas i bor. Niewskazane jest zbyt obfite nawożenie azotem, które przyczynia się do wzrostu zielonej masy, lecz nie wpływa na ilość samych kwiatów jak i ich nektarowanie (Bornus 1987, Trąba 2011). 1. Oprócz pyłku i nektaru pszczoły pobierają także inne wydzieliny roślinne takie jak olejki tłuszczowe, żywice, woski, soki. 2. Spadź jest sokiem roślinnym wyssanym z młodych części roślin przez mszyce, czerwce, miodunki. Owady te wykorzystują biał138 Ekologia pszczoły miodnej ko, lecz słabo trawią cukry, które są wydalane w postaci tzw. rosy miodowej. Białka w soku roślinnym jest niewiele, natomiast cukrów dużo, dlatego muszą one spożywać duże ilości tego soku, aby zaspokoić swoje wymagania pokarmowe. W czasie obfitego występowania mszyc spadzią pokryte są nie tylko liście czy konary, lecz również ziemia pod drzewami. Pszczoły chętnie pobierają spadź, ponieważ zawiera ona duże ilości cukrów, ale również dekstrynę i cukier spadziowy. Te dwa ostatnie składniki są szkodliwe dla pszczół, gdyż nie mają one w swym przewodzie pokarmowym enzymów potrzebnych do całkowitego ich strawienia. Dla człowieka miód spadziowy nie jest szkodliwy, wręcz wykazuje on większe właściwości lecznicze od miodów nektarowych. W swoim składzie ma więcej składników mineralnych, a miód spadziowy z drzew iglastych zawiera ponadto gwajakol, który jest stosowany jako lek w chorobach dróg oddechowych (Bojarczuk i wsp. 1969, Hołderna-Kędzia 2005). 3. Atraktantami dla pszczół są również barwa i zapach wydzielane przez kwiaty. Rośliny owadopylne zwykle mają kontrastujące z otoczeniem jaskrawo ubarwione płatki korony czy działki kielicha. Barwne mogą być również pręciki i słupki. Do sygnałów wabiących należą też wszelkiego rodzaju kropki, kreski czy plamki dysonujące z barwą kwiatu, które wskazują na miejsce siadania owadów. Pszczoły widzą kolor żółty, niebieski, biały, czarny i ultrafiolet Białe kwiaty widziane są przez pszczoły jako niebieskozielone gdyż pochłaniają nadfiolet. Pszczoły pewnie nie zwracają uwagi na sam kształt kwiatów, a ich ostrość widzenia nie przekracza prawdopodobnie paru metrów. Same gruczoły zapachowe są zwykle położone w płatkach korony kwiatów. Komórki skórki kwiatów wydzielają olejki eteryczne i substancje lotne wraz z parą. Do zwabienia owadów intensywnym zapachem wyspecjalizowały się lipy i fiołki, których kwiaty są małe i niepozorne (Trąba 2011). Rośliny, które dostarczają pszczołom surowca do produkcji miodu są nazywane roślinami miododajnymi. Na potrzeby życiowe w ciągu roku jedna rodzina pszczela zużywa średnio około 30 kg pyłku, 90 kg miodu i 50 litrów wody. 4. Spośród owadów zapylających rośliny, najbliższe człowiekowi są pszczoły miodne, które były utrzymywane już w Starożytnym Egipcie, w wiekach średnich, aż po dzień dzisiejszy. Owady te dostarczają takich produktów jak miód, wosk, pyłek, kit, mleczko i jad 139 Grzegorz Żółty pszczeli (Gumowska 1985). Jednak najistotniejsza jest sama istota zapylania, bowiem nawet u roślin samopylnych (drzewa owocowe, rzepak) zapylenie krzyżowe jest lepsze, bo sprawia, że owoce są lepiej wybarwione, większe, a nasiona dorodniejsze. 5. Wciąż niedoceniana jest rola pszczół jako naturalnych zapylaczy, na którą obecnie powinno się zwracać większą uwagę. Wynika to głównie z tego, iż zmniejsza się populacja tych owadów, spada również liczba dzikich zapylaczy (trzmieli i pszczół samotnic). Przyczyną tego jest głównie wzrost zużycia agrochemikaliów i zwiększenie energochłonności produkcji. Znaczenie pszczół dla środowiska przyrodniczego i gospodarki wykracza także ponad produkcje rolniczą, ponieważ pszczoły nie tylko zapylają rośliny uprawne i sadownicze, ale także dziko rosnące, a te z kolei dostarczają pożywienia zwierzętom. Zapylenie przez owady zapewnia równowagę między gatunkami w ekosystemie, wpływa na estetykę krajobrazu jak również zwiększa dochody. Z tego względu gospodarka pasieczna winna coraz bardziej się rozwijać i być odpowiednio dotowana (Żółty 2010). Bibliografia Bojarczuk C., Chomińska Z., Guderska J., Lipński M., Ostrowska W., Wojtacki M., 1969. Poradnik pszczelarski, PWRiL, s. 15–107. Bornus L., 1987. ABC mistrza ogrodnika – pszczelarstwo. Wydawnictwo spółdzielcze Warszawa, s. 24–30. Gumowska I., 1985. Pszczoły i ludzie. Wyd. Watra ss.184. Hołderna-Kędzia E., Kędzia B., 2005. Leki z pasieki – Produkty pszczele w profilaktyce i lecznictwie, s. 120. Lipiński Z., 2011. Problem zagrożenia zdrowia i życia pszczoły miodnej. Sądecki Bartnik. Materiały na konferencje „Pomóżmy pszczołom – pszczoły pomogą nam”, s. 24–27. Trąba Cz., 2000. Przystosowanie roślin kwiatowych do zapylania przez owady. Aura s. 9–11. Woyke H., 1998. Rola zapylaczy w pszczelarstwie i rolnictwie. Pszczelarz Polski 6 s. 24–27. Żółty G., 2010. Ocena skuteczności zwalczania Varroa destructor. oraz stan pszczelarstwa w województwie podkarpackim. Praca magisterska, Wydział Biologiczno-Rolniczy Uniwersytetu Rzeszowskiego, s. 53. 140 Anna Skrzypik Roman Prażak EPISTEME 25/2014 s. 141–148 ISSN 1895-4421 ZAWARTOŚĆ BIAŁKA W ZIARNIE LINII MIESZAŃCOWYCH AEGILOPS VENTRICOSA TAUSCH. I AE. JUVENALIS (THELL.) EIG. Z TRITICUM DURUM DESF. I T. AESTIVUM L. GRAIN PROTEIN CONTENT IN AEGILOPS VENTRICOSA TAUSCH. AND AE. JUVENALIS (THELL.) EIG. WITH TRITICUM DURUM DESF. AND T. AESTIVUM L. HYBRID LINES Abstrakt. W pracy analizowano ogólną zawartość białka w ziarnie 9 linii mieszańcowych, uzyskanych w wyniku krzyżowania Aegilops ventricosa Tausch. i Ae. juvenalis (Thell.) Eig. z Triticum durum Desf. (odm. Grandur) i T. aestivum L. (odm. Arda, Begra, Monopol, Panda, Piko). Dla porównania wykorzystano komponenty rodzicielskie pszenicy – odmiany Begra, Monopol i Piko. Ogólną zawartość białka w ziarnie badanych form oznaczono metodą Kjeldahla. Z przeprowadzonych badań wynika, że linie mieszańcowe charakteryzowały się większą zawartością białka ogółem (średnio 16,38%) od pszenic (13,91%). Spośród form mieszańcowych wyróżniły się trzy linie JCCPCM {{[(Ae. juvenalis × CZR 1406) × CZR 1406] × Panda} × CZR 1406} × Monopol, które zawierały w ziarnie najwięcej białka 16,62–20,36%. Słowa kluczowe: Aegilops juvenalis (Thell.) Eig., Ae. ventricosa Tausch., Triticum aestivum L., T. durum Desf., linie mieszańcowe, zawartość białka w ziarnie Summary. Total grain protein content in 9 hybrid lines obtained by crossing Aegilops ventricosa Tausch. and Ae. juvenalis (Thell.) Eig. with Triticum durum Desf. (cv. Grandur) and T. aestivum L. (cv. Arda, Begra, Monopol, Panda, Piko) was analysed. For comparison, wheat parental components – Begra, Monopol and Piko cultivars were also chosen. The total grain protein content was evaluated by the Kjeldahl method. The study showed that hybrid lines were characterized by a higher grain protein content (mean 16,38%) in comparison to the wheats (mean 13,91%). Among them were distinguished the three JCCPCM {{[(Ae. juvenalis × CZR 1406) × CZR 1406] × Panda} × CZR 1406} × Monopol hybrid lines which had 16,62–20,36% total grain protein content. Protein level of wheat cultivars varied from 13,30% (Monopol) to 14,41% (Piko). Key words: Aegilops juvenalis (Thell.) Eig., Ae. ventricosa Tausch., Triticum aestivum L., T. durum Desf ., hybrid lines, grain protein content 141 Anna Skrzypik, Roman Prażak WSTĘP Dzikie gatunki traw z rodzaju Aegilops, występujące w basenie Morza Śródziemnego, na Bliskim Wschodzie i w górach Kaukazu, są źródłem wielu wartościowych cech dla pszenicy, takich jak: odporność na choroby, szkodniki, zasolenie, suszę [Fedak 1985, Frauenstein i Hammer 1985, Kimber i Feldman 1987, Delibes i in. 2008, Kilian i in. 2011]. Gatunki Aegilops cechuje również wysoka zawartość i jakość białka w ziarniakach [Blüthner i Schumann 1988, D’Ovidio i in. 1992, Pilch 2002, 2005, Prażak 2004]. Prace szeregu zespołów badawczych, zmierzające do transferu genów z kozieńców do pszenicy uprawnej, przyniosły już wiele pozytywnych rezultatów. Do pszenicy zwyczajnej przeniesiono z gatunków Ae. ventricosa Tausch. i Aegilops juvenalis (Thell.) Eig. geny odporności na rdze, łamliwość podstawy źdźbła, nicienie i owady [Dosba i Doussinault 1977, Stefanowska i in. 1995, Delibes i in. 2008]. Krzyżowania oddalone przyczyniają się również do poprawy niektórych parametrów plonotwórczych i wskaźników jakościowych odmian pszenicy uprawnej. Z gatunków Aegilops z powodzeniem wprowadzono do pszenicy geny zwiększające zawartość i jakość białka w ziarnie [Ekiz i in. 1998, Pilch 2002, 2005, Li i in. 2008, Prażak i Skrzypik 2010]. Celem badań była ocena ogólnej zawartości białka w ziarnie linii mieszańcowych Aegilops ventricosa Tausch. i Ae. juvenalis (Thell.) Eig. z Triticum durum Desf. i T. aestivum L. oraz wybranych komponentów rodzicielskich. MATERIAŁ I METODY Obiektem badań było 9 linii mieszańcowych uzyskanych na Uniwersytecie Przyrodniczym w Lublinie: [(Aegilops ventricosa Tausch. × Triticum durum Desf. odmiana Grandur) × T. aestivum L. odm. Panda] × T. aestivum L. odm. Panda – oznaczenie symboliczne – VGPP 1, VGPP 2, {[(Ae. ventricosa Tausch. × T. durum Desf. odm. Grandur) × T. aestivum L. odm. Panda] × T. aestivum L. odm. Arda} × T. aestivum L. odm. Arda – VGPAA 1, VGPAA 2, [(Aegilops juvenalis (Thell.) Eig. × linia CZR 1406) × T. aestivum L. odm. Begra] × T. aestivum L. odm. Piko – JCBPi 1, JCBPi 2, {{[(Ae. juvenalis x linia CZR 1406) × linia CZR 1406] × T. aestivum L. odm. Panda} × linia CZR 1406} × T. aestivum L. odm. Monopol – JCCPCM 1, JCCPCM 2, JCCPCM 3 oraz odmiany psze142 Zawartość białka w ziarnie linii mieszańców... nicy ozimej T. aestivum L. – Begra, Monopol i Piko (Fot. 1). Linia CZR 1406 o translokowanym chromosomie 1BL/1RS została wytworzona w wyniku krzyżowania (T. aestivum L. odm. Lanca × Secale cereale L. 506) × T. aestivum L. odm. Lanca. Ziarno do analizy pochodziło ze ścisłego doświadczenia polowego, jednopowtórzeniowego, założonego na polu doświadczalnym Wydziału Biogospodarki w Zamościu (Fot. 2). Rośliny uprawiano na poletkach o długości 2,0 m i szerokości 1,0 m, w rozstawie 20 x 10 cm. Do analizy białka wybrano pojedynki o największej masie tysiąca ziarniaków (MTZ). Ogólną zawartość białka w ziarnie linii mieszańcowych i odmian pszenicy oznaczono w Centralnym Laboratorium Agroekologicznym Uniwersytetu Przyrodniczego w Lublinie metodą Kjeldahla stosując przelicznik białkowy 5,7 [PN75-A-04018]. Wyliczono średnie arytmetyczne i odchylenia standardowe dla linii mieszańcowych i pszenic. WYNIKI Wśród analizowanych linii mieszańcowych powstałych z udziałem Aegilops ventricosa Tausch. i Ae. juvenalis (Thell.) Eig. najwięcej białka ogółem zawierały linie z Ae. juvenalis (Thell.) Eig. JCCPCM 1–3 (odpowiednio 20,36%, 16,62% i 17,28%) (tab. 1). W pozostałych liniach powstałych z udziałem Ae. juvenalis (Thell.) Eig. – JCBPi zawartość białka była mniejsza – 14,48% i 16,16%. W liniach powstałych z udziałem Ae. ventricosa Tausch. – zawartość białka ogółem w ziarnie była pośrednia i wyniosła 16,20% i 16,41% w liniach VGPP oraz 14,87% i 15,07% w liniach VGPAA. Ogólnie linie mieszańcowe Aegilops juvenalis (Thell.) Eig. i Ae. ventricosa Tausch. z Triticum L. miały większą średnią masę 1000 ziarniaków (37,52 g) od pszenic (36,02 g) i zawierały więcej białka w ziarnie (16,38%), niż odmiany pszenicy zwyczajnej (13,91%). Zawartość białka w ziarnie pszenic wahała się od 13,30% (Monopol) do 14,41% (Piko). DYSKUSJA W badaniach Prażaka i Skrzypik [2010] niektóre linie mieszańcowe pszenicy zwyczajnej z Ae. kotschyi Boiss. również charakteryzowały się dużą, przekraczającą 20%, zawartością białka ogółem w ziarnie. Według autorów średnia zawartość białka w ziarnie 16 linii 143 Anna Skrzypik, Roman Prażak mieszańcowych wyniosła 18,20%, natomiast w ziarnie odmian pszenicy T. aestivum L. – 13,80%. Potwierdza to możliwość introgresji genów wysokiej zawartości białka z dzikich gatunków Aegilops L. do pszenicy. Również w przedstawionych badaniach linie mieszańcowe z Aegilops juvenalis (Thell.) Eig. i Ae. ventricosa Tausch. zawierały więcej białka niż pszenice. Jedna z linii powstałych z udziałem Ae. juvenalis (Thell.) Eig. JCCPCM 1 zawierała więcej niż 20% białka w ziarnie (tab. 1). Średnia MTZ linii mieszańcowych pszenicy zwyczajnej z Ae. kotschyi Boiss. była nieco niższa od średniej MTZ pszenic, natomiast średnia linii mieszańcowych pszenicy z Ae. juvenalis (Thell.) Eig. i z Ae. ventricosa Tausch. okazała się wyższa od średniej dla pszenic. Dzikie gatunki traw charakteryzują się wysoką zawartością białka w ziarnie. Prażak [2004] w latach 2001–2003 uzyskał 20,65%, 22,54% i 23,72% białka ogółem w ziarnie Ae. ventricosa Tausch., natomiast w ziarnie Aegilops juvenalis (Thell.) Eig. – 25,36%, 29,54% i 22,46%. W badaniach Blüthnera i Schumanna [1988] ziarno Ae. ventricosa Tausch. zawierało 23,2% białka, a Ae. juvenalis (Thell.) – 23,8%. Według autorów duża zawartość białka w ziarnie gatunków Aegilops L. jest związana w większym stopniu z zawartością białka w endospermie, niż z grubością warstwy aleuronowej i rozmiarem zarodka. W badaniach Stefanowskiej i in. [1995] mieszańce pszenicy z Ae. ventricosa Tausch. i Ae. juvenalis (Thell.) Eig. zawierały 12,29–18,56% białka ogółem w ziarnie. Efektywnym źródłem genetycznym dużej zawartości białka w ziarnie dla pszenicy okazał się również inny gatunek Aegilops L. – Ae. speltoides L. [Pilch 2002, 2005]. Na zwiększenie ogólnej zawartości białka w ziarnie linii mieszańcowych Ae. ventricosa Tausch. i Ae. juvenalis (Thell.) Eig. z pszenicą mogły mieć wpływ nie tylko geny jądrowe obecne prawdopodobnie w genomach D, M, U Ae. juvenalis (Thell.) Eig. i DN Ae. ventricosa Tausch. [skład genomowy podano za Kimber i Tsunewaki 1988], ale również geny cytoplazmatyczne. Substytucja cytoplazmy może powodować zmiany w plonie ziarna oraz zawartości białka, wynikające ze zróżnicowanej interakcji między jądrem i cytoplazmą [Tsunewaki 1988]. Pilch [2002] donosił o zwiększeniu zawartość białka ogółem w ziarnie pszenic uprawnych w wyniku introgresji cytoplazmy z Ae. cylindrica Host., Ae. variabilis Eig. i Ae. uniaristata Vis. Wykazano również pozytywny wpływ cytoplazmy Ae. cylindrica Host. i Ae. ventricosa Tausch. na jakość białka [Ekiz i in. 1998]. 144 Zawartość białka w ziarnie linii mieszańców... Fot. 1. Kłosy linii mieszańcowych Ae. ventricosa Tausch. i Ae. juvenalis (Thell.) Eig. z Triticum durum Desf. i T. aestivum L. oraz odmian T. aestivum L. (od lewej): VGPP 1, VGPP 2, VGPAA 1, VGPAA 2, JCBPi 1, JCBPi 2, JCCPCM 1, JCCPCM 2, JCCPCM 3, Begra, Monopol, Piko Fot. 2. Ziarniaki linii mieszańcowych Ae. ventricosa Tausch. i Ae. juvenalis (Thell.) Eig. z Triticum durum Desf. i T. aestivum L. oraz odmian T. aestivum L. (od lewej): I rząd – VGPP 1, VGPP 2, VGPAA 1, VGPAA 2, II rząd – JCBPi 1, JCBPi 2, JCCPCM 1, JCCPCM 2, JCCPCM 3, III rząd – Begra, Monopol, Piko 145 Anna Skrzypik, Roman Prażak Tab. 1. Masa tysiąca ziarniaków i zawartość białka ogółem w ziarnie linii mieszańcowych Ae. ventricosa Tausch. i Ae. juvenalis (Thell.) Eig. z Triticum durum Desf. i T. aestivum L. oraz odmian pszenicy T. aestivum L. Nr Formy Masa tysiąca ziarniaków (MTZ)[g] Zawartość białka w ziarnie [%] 1. VGPP 1 40,90 16,20 2. VGPP 2 37,76 16,41 3. VGPAA 1 39,03 14,87 4. VGPAA 2 40,93 15,07 5. JCBPi 1 31,70 16,16 6. JCBPi 2 37,12 14,48 7. JCCPCM 1 31,41 20,36 8. JCCPCM 2 37,67 16,62 9. JCCPCM 3 41,12 17,28 10. Begra 42,71 14,01 11. Monopol 34,52 13,30 12. Piko 30,84 14,41 Średnia ± odchylenie standardowe – linie mieszańcowe (nr 1–9) 37,52 ± 3,70 16,38 ± 1,75 Średnia ± odchylenie standardowe – odmiany pszenicy (nr 10–12) 36,02 ± 6,08 13,91 ± 0,56 WNIOSKI 1. Ae. ventricosa Tausch. i Aegilops juwenalis (Thell.) Eig. wykorzystane jako formy mateczne w procesie otrzymywania linii mieszańcowych z T. aestivum L. okazały się efektywnymi źródłami genetycznymi dużej zawartości białka w ziarnie dla pszenicy. 2. Większa zawartość białka w ziarnie linii mieszańcowych, przekraczająca wartości uzyskane dla odmian pszenicy, wskazuje na transfer genów Aegilops L. do genomu pszenicy uprawnej. Nie można wykluczyć również wpływu cytoplazmy dzikich gatunków na zwiększenie zawartości białka ogółem w ziarniakach pszenicy. 146 Zawartość białka w ziarnie linii mieszańców... 3. Linie mieszańcowe Ae. juvenalis (Thell.) Eig. i Ae. ventricosa Tausch. z T. durum Desf i T. aestivum L. o największej zawartości białka ogółem w ziarnie mogą zostać wykorzystane w hodowli odmian jakościowych pszenicy zwyczajnej. LITERATURA Blüthner W. D., Schumann E. 1988. Use of Aegilops and tetraploid wheat for wheat protein improvement. Hod. Roślin, Aklim. i Nasien., 32 (1/2): 203–206. Delibes A., Lόpez-Brañ I., Moreno-Vázquez S., Martin-Sanchez J. A. 2008. Review. Characterization and selection of hexaploid wheats containing resistance to Heterodera avenae or Mayetiola destructor introgressed from Aegilops. Spanish J. Agr. Res., 6: 81–87. Dosba F., Doussinault G. 1977. Introduction into wheat of the resistance to eyespot in Aegilops ventricosa. Proc. 8th Eucarpia Congress Madrid, Spain: 99–107. D’Ovidio R., Tanzarella O. A., Masci S., Lafiandra D., Porceddu E. 1992. RFLP and PCR analysis at Gli-1, Gli-2, Glu-1 and Glu-3 loci in cultivated and wild wheats. Hereditas, 116: 79–85. Ekiz H., Safi Kinal A., Akain A., Simsek L. 1998. Cytoplasmic effects on quality traits of bread wheat (Triticum aestivum L.). Euphytica, 100: 189–196. Fedak G. 1985. Alien species as sources of physiological traits for wheat improvement. Euphytica, 34: 673–680. Frauenstein K., Hammer K. 1985. Prüfung von Aegilops – Arten auf Resistenz gegen Echten Mehttau, Erysiphe graminis D. C., Braunrost, Puccinia recondita Rob. ex Desm.und Spelzenbraune, Septoria nordum Berk. Kulturpflanze, 33: 155–163. Kilian B., Mammen K., Millet E., Sharma R., Graner A., Salamini F., Hammer K., Özkan H. 2011. Aegilops. In: Wild crop relatives: genomic and breeding resources cereals. Chittaranjan Kole (Ed.), Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, p. 1–76. Kimber G., Feldman M. 1987. Wild Wheat: An Introduction. College of Agriculture, University of Missouri, Columbia, Special Report, 353: 1–146. Kimber G., Tsunewaki K. 1988. Genome symbols and plasma types in the wheat group. Proc. 7th Int. Wheat Genet. Symp.: 1209–1210. Li X., Ma W., Gao L., Zhang Y., Wang A., Ji K., Wang K., Appels R. and Yan Y. 2008. A novel chimeric Low-Molecular-Weight glutenin subunit gene from 147 Anna Skrzypik, Roman Prażak the wild relatives of wheat Aegilops kotschyi and Ae. juvenalis: Evolution at the Glu-3 Loci. Genetics, 180 (1): 93–101. Pilch J. 2002. Wartość technologiczna introgresywnych form pszenicy ozimej (Triticum aestivum L.). Biul. IHAR, 223/224: 95–109. Pilch J. 2005. Możliwość wykorzystania krzyżowania introgresywnego w hodowli pszenicy ozimej Triticum aestivum L. Cz. II. Efektywność w ulepszaniu cech kłosa i jakości ziarna. Biul. IHAR, 235: 43–55. PN-75/A-04018. Produkty rolniczo-żywnościowe. Oznaczanie azotu metodą Kjeldahla i przeliczanie na białko: 1975 z poprawką PN75/A-04018/Az3: 2002. Prażak R. 2004. Porównanie zawartości białka w ziarnie gatunków Aegilops i Triticum. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol., 497: 509–516. Prażak R., Skrzypik A. 2010. Zawartość białka w ziarnie linii mieszańcowych Aegilops kotschyi Boiss. × Triticum aestivum L. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol., 556: 229–235. Stefanowska G., Prażak R., Strzembicka A., Masłowski J. 1995. Transfer genów z Aegilops ventricosa Tausch. i Aegilops juvenalis (Thell.) Eig. do Triticum aestivum L. Biul. IHAR, 194: 45–52. Tsunewaki K. 1988. Cytoplasmic variation in Triticum and Aegilops. Proc. 7th Int. Wheat Genet. Symp.: 53–61. Adres do korespondencji: Anna Skrzypik Zakład Biologii Roślin Wydział Biogospodarki w Zamościu Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie Szczebrzeska 102, 22–400 Zamość e-mail: [email protected] Roman Prażak Zakład Biologii Roślin Wydział Biogospodarki w Zamościu Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie Szczebrzeska 102, 22–400 Zamość e-mail: [email protected] 148 Roman Prażak Anna Skrzypik EPISTEME 25/2014 s. 149–167 ISSN 1895-4421 EFEKTYWNOŚĆ WYKORZYSTANIA POSTĘPU BIOLOGICZNEGO W HODOWLI I UPRAWIE ŻYTA (SECALE CEREALE L.) EFFICIENCY OF BIOLOGICAL PROGRESS IN BREEDING AND CULTIVATION OF RYE (SECALE CEREALE L.) Abstrakt. Głównym celem hodowli zbóż jest wprowadzanie do produkcji rolniczej odmian dających wyraźnie korzystne efekty gospodarcze. Składają się na nie wyższa plenność, mniejsze koszty uprawy, lepsze parametry technologiczne ziarna, duża wierność plonowania, odporność na stresy biotyczne i abiotyczne, większa tolerancyjność na niesprzyjające warunki środowiska (przede wszystkim jony glinu), odporność na mróz, wyleganie i porastanie. Dzięki pracy hodowców następuje stały wzrost plonowania nowych odmian, a polskie odmiany zbóż konkurują o uznanie wśród rolników w kraju, a w przypadku żyta (populacyjne i mieszańcowe odmiany) i pszenżyta także zagranicą. Udział postępu genetycznego i poprawa plenności odmian wyhodowanych w Polsce jest jednak sukcesem połowicznym, bowiem znacznie gorzej wygląda praktyczne wykorzystanie teoretycznych możliwości plonotwórczych nowych odmian. Średnie plony zbóż osiągane w warunkach produkcyjnych, stanowią mniej niż 50% potencjału plonowania możliwego do uzyskania przy właściwym wykorzystaniu osiągnięć postępu biologicznego i odpowiedniej technologii uprawy. Przyczyn tego zjawiska jest wiele i są one związane m.in.: z trudną kondycją ekonomiczną polskich gospodarstw rolniczych, niską opłacalnością produkcji, nieefektywnym systemem rozwiązań stymulujących lepsze wykorzystanie postępu biologicznego. Słabe wykorzystanie genetycznie zakodowanego potencjału plonotwórczego nowych odmian wynika również, a może przede wszystkim, z niskiego udziału nasion kwalifikowanych w zasiewach zbóż. Wielkość produkcji i poziom zaopatrzenia w kwalifikowany materiał siewny malały od początku lat 90. Od kilku lat widoczne są oznaki poprawy w tym zakresie, głównie 149 Roman Prażak, Anna Skrzypik z powodu rosnącego udziału odmian firm zagranicznych. Niemniej poziom zaopatrzenia rolników w wysokiej jakości materiał siewny w dalszym ciągu jest zdecydowanie niezadowalający. Kluczowym warunkiem wykorzystania osiągnięć hodowli twórczej jest radykalna poprawa zaopatrzenia w nasiona nowych odmian zbóż, tak aby stosowanie kwalifikowanego materiału siewnego jako nośnika postępu biologicznego stało się standardowym elementem agrotechniki stosowanej przez polskich rolników w produkcji roślinnej. Słowa kluczowe: żyto, odmiana, postęp biologiczny, kwalifikowany materiał siewny Summary. To characterize the biological progress in breeding of cereals in Poland. The paper presents the main trends occurring in the production and cultivation of rye. The current situation in the national cultures were compared with the directions of the changes taking place in the cereals sector, the European Union countries. Analyses show that by working farmers a steady increase in yield of new varieties and Polish cereal varieties vying for recognition among farmers in the country, and in the case of rye and triticale also abroad. The source material for analysis were literature, as well as statistical data and market reports. Key words: rye, cultivar, biological progress, certified seeds WSTĘP Najważniejszym produktem żywnościowym świata są zboża. Dostarczają one w postaci pożywienia zasadniczej ilości energii służącej do utrzymania przy życiu całej ludzkości. Jeśli jako mierniki znaczenia tej grupy roślin przyjmiemy areał uprawy, zbiory ziarna lub udział w produkcji żywności, to okaże się, że w polskim i światowym rolnictwie zboża posiadają wyjątkowo duże znaczenie gospodarcze i spośród wszystkich roślin uprawnych mają strategiczne znaczenie dla bezpieczeństwa żywnościowego świata. Pszenica i jęczmień, a w Europie Środkowej także żyto i pszenżyto, są podstawą wyżywienia człowieka i zwierząt. W skali światowej zboża stanowią 50% produkcji roślinnej. W 27 krajach Unii Europejskiej w 2011 r. zboża uprawiano na powierzchni 57,5 mln ha i zebrano 283 mln ton ziarna (tab. 3). Z punktu widzenia rolnictwa i gospodarstw rol150 Efektywność wykorzystania postępu biologicznego w hodowli... niczych ważne jest, że zboża wykazują wysoką elastyczność w zakresie adaptacji do warunków glebowych i klimatycznych. Są gatunki dostosowane do warunków niesprzyjających, jak np. żyto i owies, a także o wysokich wymaganiach glebowych (pszenica), czy wodnych (ryż). Produkty zbożowe są wykorzystywane w bardzo szerokim zakresie, od rolnictwa po różne gałęzie przemysłu, a nawet działalność artystyczną (słoma). W rolnictwie są przede wszystkim źródłem pasz dla zwierząt, a także wysokiej jakości materiałem siewnym, ściółką, nawozem organicznym, a dawniej materiałem do krycia dachów. Coraz szersze jest jednak wykorzystanie produktów zbożowych poza rolnictwem. Ziarno stanowi cenny surowiec w przemyśle spożywczym, jest podstawą produkcji w piekarnictwie, gastronomii, gorzelnictwie, browarach, młynach, ciastkarstwie, czy krochmalniach. W ostatnich latach coraz ważniejsze staje się wykorzystanie zbóż na cele energetyczne, jako surowca na biopaliwo. Tak duże i wielostronne znaczenie gospodarcze zbóż powoduje, że postęp dokonujący się w tej gałęzi produkcji roślinnej stanowi obecnie jedną z najistotniejszych sił napędowych rozwoju polskiego rolnictwa. Efekty postępu biologicznego w rolnictwie w każdej branży produkcji roślinnej są widoczne wówczas, gdy nowo wytworzone odmiany są rzeczywiście lepsze od starszych wycofanych odmian i gdy trafiają do szerokiej praktyki rolniczej. Trudno sobie wyobrazić dobre wykorzystanie istniejącego potencjału biologicznego poszczególnych gatunków roślin w sytuacji, gdy do praktyki rolniczej nie docierają nowe odmiany. Bez ciągłej pracy hodowców i upowszechniania nowych, plenniejszych odmian w produkcji towarowej nie byłoby możliwe uzyskiwanie wysokich plonów, a co za tym idzie efektywność produkcji roślinnej byłaby wciąż na bardzo niskim poziomie. Wykorzystywanie nowych odmian i wysokiej jakości materiału siewnego jako nośników postępu biologicznego ma nawet większe znaczenie niż innych nakładów środków przemysłowych, gdyż efekt ich zastosowania oddziałuje w okresie dłuższym niż jeden sezon. Nakłady nawozów i środków ochrony roślin pozwalają jedynie na jednorazowy wzrost plonów. Natomiast ulepszone odmiany wprowadzone do szerokiej praktyki rolniczej pozwalają na trwały wzrost poziomu plonowania, co prowadzi do stałego obserwowanego także w długim okresie czasu wzrostu produktywności roślin. 151 Roman Prażak, Anna Skrzypik Cechą decydującą o wartości odmiany jest przede wszystkim jej plon, będący rezultatem współdziałania odmiany ze środowiskiem. Należy bowiem pamiętać, że wartość użytkowa ziarna zależy nie tylko od genotypu danej odmiany, ale także od warunków środowiska, w których jest ono produkowane i przechowywane. Każda odmiana charakteryzuje się bowiem specyficznymi wymaganiami, co do czynników agrotechniki, których spełnienie umożliwia realizację genetycznie zakodowanej plenności i jakości plonu. CEL I METODYKA BADAŃ Celem pracy była charakterystyka postępu biologicznego w hodowli zbóż w Polsce, ze szczególnym uwzględnieniem hodowli żyta. Jako jedno z głównych kryteriów oceny postępu dokonującego się w produkcji żyta w Polsce przyjęto zmiany w wykorzystaniu przez praktykę rolniczą kwalifikowanych nasion nowych odmian, jako nośników postępu biologicznego. W pracy przedstawiono główne tendencje zmian występujących w produkcji i uprawie żyta w Polsce. Zaistniałą sytuację w krajowej hodowli zestawiono z kierunkami zmian zachodzącymi w sektorze zbożowym państw Unii Europejskiej. Dynamikę zmian powierzchni, plonów i zbiorów zbóż ogółem, w tym żyta oraz stopień zużycia kwalifikatów w zasiewach przedstawiono w formie tabelarycznej i za pomocą wykresu. Materiał źródłowy do analizy stanowiły literatura przedmiotu, a także dane pochodzące z Centralnego Ośrodka Badania Odmian Roślin Uprawnych (COBORU), dane i opracowania statystyczne Głównego Urzędu Statystycznego (GUS) za rok 2012 oraz raporty rynkowe Instytutu Ekonomiki Rolnictwa i Gospodarki Żywnościowej (IERiGŻ). WYNIKI I DYSKUSJA Postęp biologiczny utożsamiany przeważnie z postępem odmianowym przejawia się w wielu czynnikach, które bezpośrednio lub pośrednio wpływają na plon roślin, a tym samym na efektywność produkcji roślinnej. Niewątpliwie najważniejszym czynnikiem działającym bezpośrednio na uzyskiwane plony jest powszechne stosowanie przez producentów rolnych wysokiej jakości nasion nowych 152 Efektywność wykorzystania postępu biologicznego w hodowli... odmian. Odmiana uznawana jest bowiem za jeden z głównych czynników warunkujących wzrost produkcji roślinnej we współczesnym rolnictwie. Arseniuk [2005] podkreśla, że to właśnie odmiana jest podstawowym elementem przenoszącym osiągnięcia nauki do praktyki rolniczej, a Lisowska i in. [2012] dodają, że pomostem łączącym sukcesy hodowli z produkcją jest wprowadzanie do uprawy nowych, plonujących wyżej i stabilniej odmian. Wysoka pozycja zbóż w produkcji roślinnej możliwa jest dzięki sukcesom zarówno światowej, jak i polskiej hodowli roślin. W latach 2000–2012 do krajowego rejestru odmian roślin uprawnych prowadzonego przez COBORU wpisano 27 odmian żyta ozimego oraz tylko 1 odmianę żyta jarego (tab. 1). W pierwszych czterech miesiącach 2013 r. wpisano już 5 nowych odmian żyta ozimego – 3 odmiany (Antonińskie, Dańkowskie Rubin, Tur) pochodziły z krajowej hodowli, natomiast hodowcą 2 nowo zarejestrowanych odmian mieszańcowych (SU Satellit, SU Spektrum) jest niemiecka firma HYBRO Saatzucht. Dla pełnego obrazu ruchu odmianowego żyta należy przedstawić jeszcze odmiany skreślone z krajowego rejestru odmian. Obecnie takie skreślenia odbywają się głównie na wniosek zainteresowanych hodowców lub z powodu wygaśnięcia okresu wpisu odmiany w rejestrze. W latach 2009–2012 z krajowego rejestru wypisano łącznie 10 odmian żyta ozimego (6 odmian polskiej hodowli i 4 odmiany hodowli niemieckiej). Generalnie liczba odmian żyta ozimego, bo takie głównie uprawia się w Polsce, systematycznie wzrasta. Aktualnie, tj. według stanu na 01.04.2013 r. w krajowym rejestrze znajduje się 38 odmian żyta ozimego i 1 odmiana żyta jarego, z których 37 przeznaczonych jest do uprawy na ziarno, a jedna (Pastar) na cele pastewne. Obecnie nie prowadzi się badań z uprawą żyta na zieloną masę. Najbardziej liczną grupę stanowią w dalszym ciągu odmiany populacyjne (20 odmian). Odmian mieszańcowych jest 16, natomiast grupę odmian syntetycznych tworzą jedynie Caroass i Herakles (tab. 1). Ilościowo w krajowym rejestrze przeważają odmiany polskiej hodowli. Do rejestru wpisane są 23 polskie odmiany żyta ozimego, co stanowi 60,5% wszystkich odmian oraz 1 odmiana żyta jarego, która stanowi 100% wszystkich odmian żyta jarego wpisanych do rejestru (tab. 1). Hodowla twórcza żyta prowadzona jest w Polsce w 3 głównych ośrodkach: Hodowla Roślin DANKO, HR Smo153 Roman Prażak, Anna Skrzypik lice i Poznańska Hodowla Roślin. Najwięcej dopuszczonych do uprawy odmian pochodzi z HR DANKO (8 odmian) i HR Smolice (8 odmian), a największe znaczenie w nasiennictwie miała w roku ubiegłym odmiana Dańkowskie Diament (27,6% ogółu odmian) pochodząca z hodowli HR DANKO. Należy jednak zauważyć, że aktualnie wśród odmian żyta ozimego wpisanych do krajowego rejestru, szczególnie wśród odmian mieszańcowych, coraz większego znaczenia nabierają odmiany pochodzące z hodowli zagranicznych. W bieżącym roku w krajowym rejestrze wpisanych jest 15 odmian żyta ozimego (39,5%) pochodzących wyłącznie z Niemiec, z dwóch głównych ośrodków: KWS Lochow i HYBRO Saatzucht (tab. 1). Znaczący wzrost udziału odmian zagranicznych wynika przede wszystkim z otwarcia polskiego rynku na obce odmiany. Od czasu wejścia Polski do Unii Europejskiej rola krajowego rejestru uległa modyfikacji. Przedmiotem obrotu nasiennego mogą być już obecnie nie tylko odmiany zarejestrowane w Polsce, ale także te z katalogu wspólnotowego (The Common Catalogue). Natomiast nowe odmiany z naszego rejestru wchodzą automatycznie do katalogu UE. Takie rozwiązania z jednej strony dają możliwość uprawy odmian pochodzących ze światowego rynku nasiennego, a z drugiej strony przyczyniają się często do uprawy odmian nieznanych i w dużym stopniu niedostosowanych do naszych warunków środowiskowych. Z praktyki rolniczej wynika jednak, że w przypadku zbóż, firmy nasienne, a tym samym polscy użytkownicy odmian w dalszym ciągu wybierają odmiany sprawdzone i obecne w krajowym rejestrze odmian. Wartość gospodarcza odmian żyta, a także innych zbóż wyznaczana jest przez wiele cech i właściwości, z których do podstawowych należą wielkość i jakość plonu. W grupie odmian mieszańcowych żyta wysokim poziomem plonowania wyróżniają się zwłaszcza nowo zarejestrowane SU Satellit (2013) i SU Spektrum (2013), a także nieco starsza SU Drive (2011). W minionym trzyleciu (2009–2012) bardzo dobrze plonowały również odmiany Brasetto (2009) i SU Allawi (2012). Natomiast wśród odmian populacyjnych najlepsze pod względem poziomu plenności okazały się: Stanko (2007), Domir (2008), Armand (2011) i Daran (2005), przy czym różnice w plenności tej grupy odmian są znacznie mniejsze niż wśród odmian mieszańcowych. Spośród innych cech wnoszących postęp do 154 Efektywność wykorzystania postępu biologicznego w hodowli... hodowli żyta największe znaczenie mają zwłaszcza mrozoodporność u form ozimych, odporność na porastanie ziarna w kłosie, odporność na wyleganie i choroby, a także termin dojrzewania, zawartość białka i inne cechy ziarna. Odmiany żyta ozimego wykazują zróżnicowaną odporność na choroby. Największe zróżnicowanie odmianowe obserwuje się w przypadku rdzy brunatnej. Większą odpornością wyróżniają się zwłaszcza populacyjne odmiany – Agrikolo, Rostockie, Słowiańskie i Bosmo. Natomiast małą odpornością na rdzę brunatną cechują się odmiany syntetyczne Caroass i Herakles. Dość duże różnice występują również w odporności na wyleganie. Najgorzej pod tym względem oceniane są mieszańcowe odmiany SU Skaltio i Placido, natomiast największą odpornością na wyleganie charakteryzują się odmiany Stach (mieszańcowa) oraz Armand, Daran, Domir i Stanko (populacyjne). Warto również podkreślić, że na sukces produkcyjny żyta, oprócz bardzo dobrych odmian, miały duży wpływ warunki klimatyczno-glebowe uprawy. Szeroki zestaw odmian daje producentowi możliwość doboru najbardziej odpowiedniej z nich, nadającej się do uprawy w konkretnych warunkach przyrodniczo-rolniczych. Należy bowiem pamiętać, że żyto spośród wszystkich zbóż ma najmniejsze wymagania wodno-glebowe, a udział gleb lekkich i zakwaszonych stanowi obecnie w naszym kraju ponad 50% ogólnego areału gruntów ornych. W związku z tym zainteresowanie uprawą żyta dotychczas było bardzo duże i w dalszym ciągu obserwuje się niesłabnący popyt na ten gatunek zboża, o czym świadczy stale poszerzająca się oferta odmianowa skierowana do producentów rolnych. Gdyby jedynym miernikiem postępu biologicznego była rejestracja nowych odmian to obecna sytuacja byłaby zadawalająca. Arseniuk [2005] podkreśla jednak, że o wykorzystaniu istniejącego potencjału plonotwórczego odmian decyduje przede wszystkim sprawność funkcjonowania nasiennictwa i poziom stosowanej agrotechniki. Hodowla i nasiennictwo, zdaniem Arseniuka [2005], dostarczają biologicznego narzędzia w postaci nasion nowych odmian tworzących nie tylko ilość, ale także nową jakość w rolnictwie. Trudno sobie wyobrazić dobre wykorzystanie istniejącego potencjału plonotwórczego poszczególnych gatunków roślin w sytuacji, gdy do praktyki rolniczej nie docierają nowe odmiany. Takie rozumowanie potwierdza Filipiak [2005], który dodaje, że zakres wykorzystania 155 Roman Prażak, Anna Skrzypik Tab. 1. Lista odmian żyta wpisanych do krajowego rejestru według stanu na 01.04.2013 Tab. 1. List of rye cultivars registered in the National Register as at 01. 04. 2013 Rok Pochowpisania do dzenie/ KR/Year of Origin registering Żyto ozime/Winter rye 07.03.2003 Polska 25.04.1989 Polska 08.03.2013 Polska 09.04.1993 Polska 10.03.2011 Polska Lp./ No. Nazwa odmiany/ Name of cultivar 1. 2. 3. 4. 5. Agrikolo Amilo Antonińskie Arant Armand 6. Balastic 13.03.2007 Niemcy 7. Bosmo 22.03.2001 8. Brasetto 06.03.2009 Niemcy 9. Caroass 07.03.2003 Niemcy odm. mieszańcowa/ hybryd variety Polska 10. Dańkowskie Amber 11. Dańkowskie Diament 12. Dańkowskie Nowe 13. Dańkowskie Rubin 14. Dańkowskie Złote 15. Daran 16. Domir 12.03.2010 09.03.2005 10.05.1976 08.03.2013 31.12.1968 09.03.2005 06.03.2008 17. Gonello 06.03.2009 Niemcy 18. Gradan 07.03.2003 19. Herakles 13.03.2007 Niemcy 20. Horyzo 10.03.2011 156 Uwagi/ Remarks odm. mieszańcowa/ hybryd variety odm. syntetyczna/ synthetic variety Polska Polska Polska Polska Polska Polska Polska Polska Polska odm. mieszańcowa/ hybryd variety odm. mieszańcowa/ hybryd variety odm. syntetyczna/ synthetic variety Efektywność wykorzystania postępu biologicznego w hodowli... 21. Konto 07.03.2003 Polska 22. Matador 23. Minello 24. Palazzo 25. Pastar 26. Rostockie 06.03.2002 Polska 27. Słowiańskie 27.02.2004 Polska 28. Stach 06.03.2002 Polska 29. Stanko 13.03.2007 Polska 30. SU Allawi 08.03.2012 Niemcy 31. SU Drive 10.03.2011 Niemcy 32. SU Satellit 08.03.2013 Niemcy 33. SU Skaltio 12.03.2010 Niemcy 34. SU Spektrum 08.03.2013 Niemcy 35. SU Stakkato 08.03.2012 Niemcy 36. Tur 37. Visello 13.03.2007 Niemcy 38. Walet 29.03.1999 odm. mieszańcowa/ hybryd variety 29.04.2003 Niemcy odm. mieszańcowa/ hybryd variety odm. mieszańcowa/ 06.03.2009 Niemcy hybryd variety na cele pastewne/ for 19.08.1980 Polska fodder purposes 06.03.2008 Niemcy 08.03.2013 Polska odm. mieszańcowa/ hybryd variety odm. mieszańcowa/ hybryd variety odm. mieszańcowa/ hybryd variety odm. mieszańcowa/ hybryd variety odm. mieszańcowa/ hybryd variety odm. mieszańcowa/ hybryd variety odm. mieszańcowa/ hybryd variety odm. mieszańcowa/ hybryd variety odm. mieszańcowa/ hybryd variety Polska Żyto jare/Spring rye 1. Bojko 28.01.2005 Polska Źródło: opracowanie własne na podstawie danych COBORU. Lista Opisowa Odmian 2013. 157 Roman Prażak, Anna Skrzypik postępu odmianowego zależy od rozmiarów reprodukcji nasiennej, którego miarą jest m.in. stopień wykorzystania kwalifikowanego materiału siewnego przez rolników w praktyce rolniczej. Wykorzystanie do siewu elitarnego bądź kwalifikowanego materiału siewnego, odpowiedniego do warunków środowiska i kierunku użytkowania odmiany jest, według Wickiego [2007], najtańszym sposobem zwiększenia efektywności produkcji roślinnej i pozwala na wdrażanie postępu biologicznego do praktyki rolniczej. 30 25 tys. ha 20 15 10 5 0 max. przed 2003 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 lata Rys. 1. Powierzchnia plantacji kwalifikowanych żyta ozimego w Polsce [tys. ha] Fig. 1. Certified plantation area of winter rye in Poland [thous. ha] Źródło: opracowanie własne na podstawie danych Rocznika Statystycznego 2012 Z danych statystycznych wynika jednak, że wzrostowi liczby nowych odmian nie towarzyszy wzrost ogólnej powierzchni kwalifikowanych plantacji nasiennych zbóż, a wręcz odwrotnie – w produkcji nasiennej żyta, podobnie jak w przypadku innych gatunków roślin rolniczych, przeważają tendencje spadkowe. Z danych GUS [2012] wynika, że powierzchnia plantacji kwalifikowanych żyta ozimego sukcesywnie zmniejszała się z 27,5 tys. ha przed rokiem 2003 do 3,4 tys. ha w roku 2006 (rys. 1). W roku gospodarczym 2008/2009 po raz pierwszy od wielu lat pojawiły się oznaki ożywienia na rynku nasiennym (7,4–7,6 tys. ha), po czym nastąpiło ponownie zmniejszenie powierzchni plantacji nasiennych żyta do poziomu 4 tys. ha (rys. 1). 158 Efektywność wykorzystania postępu biologicznego w hodowli... Przyczyną malejącej produkcji jest dość trudna sytuacja ekonomiczna polskiego rolnictwa i w związku z tym mniejsze zainteresowanie producentów rolnych zakupami kwalifikowanego materiału siewnego. Według Wickiego [2008] udział kwalifikatów jako nośników postępu biologicznego w ogólnym zużyciu nasion nie przekracza w polskiej produkcji zbóż 10%. Najwięcej nasion kwalifikowanych stosuje się w uprawie pszenicy – ok. 15%, a najmniej w produkcji żyta – ok. 5%, co stanowi poziom kilkakrotnie niższy od średniej europejskiej. Pod tym względem wśród krajów Unii Europejskiej konkurujemy o ostatnie miejsce z Litwą i Grecją. Dla porównania, w Szwecji i Danii zaniepokojenie budzi poziom stosowania kwalifikowanego materiału siewnego już na poziomie 80%, a w Niemczech lub we Francji na poziomie 50% [Oleksiak 2012]. Przy tak niewielkim udziale nasion kwalifikowanych w polskiej produkcji roślinnej, droga od hodowcy do producenta wydłuża się tak bardzo, że nowe odmiany mogą docierać do producentów już po przełamaniu odporności na patogeny. Z analizy czynników wpływających na wzrost produkcyjności roślin w rolnictwie krajów rozwiniętych wynika, że stosowanie do siewu wysokiej jakości nasion nowych odmian zapewnia ponad 50% wzrost produkcyjności roślin [Woś 1995, Nalborczyk 1997]. Rolnicy w tych krajach świadomi są faktu, że stosowanie kwalifikowanego materiału siewnego jest punktem wyjścia do uzyskiwania wysokich plonów ziarna o dobrych parametrach jakościowych. Dodatnia zależność pomiędzy poziomem zużycia kwalifikatów a plonami została również potwierdzona w analizach dotyczących Polski [Wicki 2007]. Oleksiak [2010] zadaje jednak pytanie: czy polscy producenci rolni są w stanie wykorzystać tę szansę, kupując kwalifikowany materiał siewny teoretycznie raz na 11–13 lat, jak to ma miejsce w przypadku pszenżyta lub raz na 24–26 lat w przypadku żyta? Okazuje się, że polskie rolnictwo w dużej części kraju nie osiągnęło jeszcze europejskiego poziomu rozwoju, który wiązałby się z wykorzystaniem kwalifikowanego materiału siewnego jako czynnika wzrostu produkcyjności roślin. Z przeprowadzonych analiz wynika, że na terenie naszego kraju występuje znaczne przestrzenne zróżnicowanie w stosowaniu kwalifikatów (tab. 2). 159 Roman Prażak, Anna Skrzypik Tab. 2. Udział kwalifikowanego materiału siewnego w zasiewach zbóż w Polsce według województw w sezonie 2010/2011 Tab. 2. The share of certified seed sowing cereals in Poland by provinces in the season 2010/2011 Województwo / Province Udział nasion kwalifikowanych w zasiewach zbóż [%] / The share of certified seeds for sowing cereals [%] Śląskie 25,4 Kujawsko-Pomorskie 19,6 Lubuskie 19,0 Łódzkie 18,7 Opolskie 18,5 Wielkopolskie 15,4 Małopolskie 13,9 Dolnosląskie 13,3 Pomorskie 12,5 Podkarpackie 9,8 Podlaskie 8,5 Warmińsko-Mazurskie 8,1 Lubelskie 4,8 Świętokrzyskie 4,6 Zachodniopomorskie 4,1 Mazowieckie 3,7 Źródło: opracowanie własne na podstawie pracy Oleksiaka [2012] W sezonie 2010/2011 największe ilości materiału kwalifikowanego zbóż na 1 ha upraw zużywano w województwach: śląskim, kujawsko-pomorskim, lubuskim, łódzkim, opolskim i wielkopolskim. Natomiast w takich województwach jak: mazowieckie, zachodnio-pomorskie, świętokrzyskie, lubelskie, warmińsko-mazurskie, podlaskie i podkarpackie zużycie kwalifikowanego materiału siewnego w przeliczeniu na 1 ha powierzchni uprawy było najmniejsze (tab. 2). Z analizy danych statystycznych wynika, że Polskę można podzielić na trzy zasadnicze części: wschodnią i południowo-wschodnią – o najm160 Efektywność wykorzystania postępu biologicznego w hodowli... niejszym wykorzystaniu kwalifikowanego materiału siewnego jako nośnika postępu biologicznego; północną, zachodnią i południowozachodnią – o wysokim jego wykorzystaniu oraz centralną o średnim poziomie jego wykorzystania [Oleksiak 2012]. Znaczne zróżnicowanie regionalne w stosowaniu kwalifikowanego materiału siewnego wynika z odmiennej struktury obszarowej, poziomu kultury rolnej i siły ekonomicznej gospodarstw rolniczych. Z przedstawionych w tabeli 2 danych wynika, że im dalej na wschód, tym zużycie wysokiej jakości ziarna zbóż jest niższe. Oszczędzanie na kwalifikowanym materiale siewnym jest zachowaniem typowym głównie dla gospodarstw mniejszych, słabszych ekonomicznie i wciąż przeważa w rejonach Polski wschodniej i południowo-wschodniej. Trudne warunki ekonomiczne funkcjonowania polskich gospodarstw nie zachęcają producentów rolnych do intensyfikacji produkcji, w tym przede wszystkim do stosowania wysokiej jakości materiału siewnego. Odwrócone zostały wprawdzie trwające od lat 90. spadkowe tendencje i widoczne są nawet niewielkie oznaki poprawy w zużyciu kwalifikatów. Niemniej jednak, aby osiągnąć europejski poziom w tym zakresie, a tym samym w pełni wykorzystać możliwości postępu biologicznego, udział kwalifikowanego materiału siewnego w krajowej produkcji roślinnej, w tym w zasiewach zbóż powinien zdecydowanie wzrosnąć. Polska jest krajem o znacznym potencjale produkcji roślinnej. Produkcja zbóż jest ważnym miernikiem pozycji i konkurencyjności Polski wobec innych krajów Unii Europejskiej. O pozycji Polski w bilansie zbożowym Unii Europejskiej, jak i całej Europy, decyduje przede wszystkim relatywnie duża powierzchnia uprawy, stanowiąca obecnie ponad 13% powierzchni obsiewanej zbożami we wszystkich krajach Wspólnoty. W skali światowej zboża stanowią 50% produkcji roślinnej. W 27 krajach Unii Europejskiej w 2011 r. uprawiano zboża na powierzchni 57,5 mln ha i zebrano ponad 283 mln ton ziarna [Rocznik Statystyczny…2012]. Jeśli jako kryterium oceny tej grupy roślin przyjmiemy areał uprawy, zbiory ziarna i udział w produkcji, to okaże się, że w polskim rolnictwie zboża mają również pozycję wyjątkową – zajmują ponad 55% powierzchni użytków rolnych, a ich udział w zasiewach stanowi ponad 70%. Z analizy danych statystycznych wynika, że w Polsce w 2011 r. zboża uprawiano na powierzchni 7803 tys. ha (tab. 3). Powierzchnia uprawy żyta ozimego w roku 2011 wyniosła 1085 tys. ha i była podobna jak 161 Roman Prażak, Anna Skrzypik w roku 2010 – 1063 tys. ha (tab. 3). Zarówno pod względem udziału w zasiewach zbóż (15,6%), jak i pod względem wielkości zbiorów ziarna, żyto (2601 tys. t – 9,7%) przewyższa jedynie owies (1382 tys. t – 5,2%) ustępując zdecydowanie produkcji pszenicy (9339 tys. t – 34,9%), a także pszenżyta (4235 tys. t – 15,8%) i jęczmienia (3326 tys.t – 12,4%) [Rocznik Statystyczny…2012]. Pszenżyto stało się obecnie alternatywnym zbożem względem mało wymagającego żyta, a także pszenicy paszowej uprawianej na słabszych stanowiskach. Przytoczone wyżej dane znajdują potwierdzenie w poglądach Jaśkiewicz [2009], która podkreśla, że duży udział żyta w zasiewach zbóż nie jest zjawiskiem korzystnym ponieważ w większości jest ono przeznaczane na cele paszowe, a jego przydatność w produkcji zwierzęcej jest ograniczona. Zainteresowanie uprawą żyta w Polsce wynika więc głównie z jakości gleb i jest pochodną dużego udziału gleb lekkich i silnie zakwaszonych. Obecnie trudno mówić o regionalizacji uprawy żyta w Polsce, gdyż jest ono uprawiane niemal w całym kraju. Największy jednak udział w zasiewach zbóż ma w województwach mazowieckim (25%) i łódzkim (24%), najmniejszy zaś w małopolskim (4%) i opolskim (5%) [Rocznik Statystyczny…2012]. Jak wynika z tabeli 3 areał uprawy żyta w Polsce w 2011 r. wynosił 1085 tys. ha i był największy w świecie, podczas gdy światowy areał jego uprawy w 2011 r. szacowany był na 5335 tys. ha [Rocznik Statystyczny…2012]. Warto również zauważyć, że pod względem powierzchni uprawy i wielkości zbiorów zbóż ogółem, Polska jest trzecim (9,6%) po Francji (24,1%) i Niemczech (15,6%) producentem zbóż w Unii Europejskiej, największym na świecie producentem pszenżyta i drugim (23,0%) po Niemczech (23,5%) producentem żyta (tab. 4). Znacznie gorzej wyglądają jednak zestawienia plonów uzyskiwanych w produkcji zbóż w Polsce i w państwach Unii Europejskiej. Jak wynika z danych statystycznych, pod względem plonowania zbóż wyprzedzają nas wszystkie państwa „starej Unii”, a także: Czechy, Węgry i Słowacja [Rocznik Statystyczny…2012]. Krajowe plony zbóż ogółem w 2011 r. oszacowano na poziomie 3,4 t·ha-1 i były one o 0,13 t·ha-1 (o 3,7%) mniejsze od uzyskanych w 2010 r. Natomiast w porównaniu do średniej w Unii Europejskiej (4,9 t·ha-1) różnica w plonowaniu zbóż wynosiła ponad 30% (tab. 3). 162 Efektywność wykorzystania postępu biologicznego w hodowli... Tab. 3. Powierzchnia uprawy, plony oraz zbiory zbóż w Polsce w latach 2009–2011 Tab. 3. The area of cultivation, yields and harvest of cereal in Poland in 2009–2011 Lata/ Years Powierzchnia Zbiory zbóż [tys. t]/ uprawy [tys.ha]/ Plony zbóż [t·ha-1]/ Harvest of cereals Cultivation area Yield of cereals [t/ha] [thous. t] [thous. ha] ogółem/ total żyto/ rye ogółem/ total żyto/ rye ogółem/ total żyto/ rye 2009 8583 1396 3,48 2,66 29 827 3 713 2010 7638 1063 3,56 2,68 27 228 2 852 2011, w tym: 7803 1085 3,43 2,40 26 767 2 601 UE/EU 57 458 2260 4,93 3,00 283 285 7 780 Świat/World 688 148 5335 3,57 2,32 2 457 662 12 374 Źródło: opracowanie własne na podstawie danych Rocznika Statystycznego 2012 W 2011 r. wszystkie gatunki zbóż ozimych i jarych plonowały niżej aniżeli w 2010 r. W porównaniu do średnich plonów z lat 2001– 2005 najbardziej zmniejszyło się plonowanie pszenicy jarej, żyta ozimego, jęczmienia jarego i jarych mieszanek zbożowych. Sytuacja taka w pewnym stopniu wynika z czynników obiektywnych, na które nie mamy wpływu. Należy bowiem pamiętać, że zarówno na wielkość plonów, jak i stan produkcji ziarna zbóż mają wpływ warunki glebowo-klimatyczne Polski. Uwarunkowania te niejednokrotnie czynią daremnym wysiłek rolnika, a także hodowcy starających się dobrać odpowiednie odmiany do warunków produkcji. Arseniuk i Oleksiak [2009] podkreślają jednak, że niższe plony zbóż w porównaniu do potencjału plonotwórczego odmian są przede wszystkim efektem zaniedbań agrotechnicznych producentów rolnych. Postęp w hodowli roślin jest często sprzężony z intensywnym wykorzystywaniem innych środków produkcji, np. nawozów, środków ochrony roślin. Potencjał plonotwórczy nowych, plenniejszych, lecz i intensywniejszych odmian w warunkach niskiego poziomu agrotechniki nie może być w pełni wykorzystany. Z danych IERiGŻ wynika, że ubiegły 2012 rok przyniósł niewielkie symptomy poprawy i ożywienia w tym zakresie. Z danych rynkowych wynika bowiem, że średnie plony zbóż w 2012 163 Roman Prażak, Anna Skrzypik r. wyniosły 3,7 t·ha-1 i były o 6,0% wyższe od uzyskanych w 2011 r. i o 7,7% powyżej średniej z lat 2007–2011 [Rynek zbóż 2012]. Jednocześnie z raportu opracowanego przez Krajową Federację Producentów Zbóż wynika, że przy zdecydowanie rosnącym popycie i coraz większych anomaliach klimatycznych oraz niepewności zbiorów można mówić o długofalowej dobrej perspektywie dla producentów zbóż w Polsce i na świecie. Dodatkowo z szacunków Rajarama [2001] wynika, że w roku 2020 świat będzie potrzebował ponad 1 mld ton ziarna zbóż. Będzie to możliwe, jeżeli średnie plony zbóż w świecie w 2020 r. wzrosną do 4 t·ha-1. Aby to osiągnąć należy m.in. wspierać badania genetyczno-hodowlane, reprodukcję i dystrybucję kwalifikowanego materiału siewnego oraz rozwijać nowoczesne technologie produkcji roślinnej. Tab. 4. Ranking 5 głównych producentów żyta według udziału w globalnej produkcji [%] Tab. 4. Ranking the top 5 producers of wheat by participation in global production [%] Świat/ World Unia Europejska/ European Union udział w świecie udział w UE %/ Kraj/Country w %/ in % of the Kraj/ Country in % of the Union world Zboża ogółem/ Cereals total 1. USA 16,3 1. Francja 24,1 2. Francja 2,8 2. Niemcy 15,6 3. Rosja 2,4 3. Polska 9,6 4. Argentyna 1,9 4. Wielka Brytania 7,4 5. Kanada 1,8 5. Hiszpania 6,8 10. Polska 1,1 Żyto/ Rye 1. Niemcy 23,5 1. Niemcy 37,3 2. Polska 23,0 2. Polska 36,7 3. Rosja 13,2 3. Dania 3,3 4. Ukraina 3,8 4. Hiszpania 3,2 5. Turcja 3,0 5. Austria 2,1 Źródło: opracowanie własne na podstawie danych Rocznika Statystycznego 2012 164 Efektywność wykorzystania postępu biologicznego w hodowli... PODSUMOWANIE Efekty stosowania nośników postępu biologicznego w postaci kwalifikowanych nasion nowych odmian są trudne do bezpośredniego określenia, gdyż na wydajność roślin wpływa jednocześnie wiele czynników. Krzymuski [2003] ocenił wykorzystanie w praktyce postępu uzyskiwanego w hodowli roślin jako niskie – od 8% dla żyta do około 50% dla intensywnych gatunków zbóż. W badaniach innych autorów [Wicki, Dudek 2005] wpływ postępu biologicznego na jakość uzyskiwanych plonów roślin określono na mniej niż 5% dla przeciętnych warunków gospodarowania w Polsce, wskazując na dominującą rolę technologii produkcji i dopasowania poziomu nakładów poszczególnych środków produkcji. Z przeprowadzonych analiz [Stankiewicz 2002, Wicki 2008] wynika bowiem, że w polskim rolnictwie wciąż większe znaczenie plonotwórcze ma racjonalne nawożenie mineralne niż sięganie po nowości odmianowe i wysokiej jakości materiał siewny. Oznacza to, że pomimo wzrostu potencjału plonowania nowych odmian nie następuje widoczny wzrost przeciętnych plonów w praktyce gospodarczej. Główny czynnik limitujący wykorzystanie potencjału plonowania odmian roślin to, według Krzymuskiego [2003], niski poziom nakładów środków produkcji, np. nawozów, a w przypadku żyta przesuwanie jego uprawy na coraz gorsze stanowiska. Przy niewłaściwej agrotechnice następuje obniżenie poziomu plonowania każdej, nawet najlepszej odmiany. Tym można tłumaczyć różnice w wielkości plonów roślin osiąganych w doświadczeniach ścisłych i w produkcji rolniczej. Wielkość plonów w produkcji stanowi obecnie średnio 60% poziomu wydajności uzyskiwanej w doświadczeniach, a w Europie zachodniej blisko 90%, co przypisuje się stosowaniu lepszych technologii produkcji, w tym postępu biologicznego [Newton, Yee 2003]. Najpierw musi dojść do lepszego opanowania technologii produkcji, a dopiero później można wprowadzać odmiany roślin o wyższym potencjale plonowania i większych wymaganiach. Ograniczenia technologiczne mogą bowiem nie pozwalać na pełne wykorzystanie potencjału nowoczesnych odmian, stąd stosowanie droższych nasion kwalifikowanych nie zawsze jest opłacalne. Według Wickiego [2008] czynnikami decydującymi o skuteczności transferu postępu z teorii do praktyki rolniczej są głównie: genetycznie zakodowana plenność odmian, 165 Roman Prażak, Anna Skrzypik dostępność wysokiej jakości nasion, zdolność adaptacyjna odmian do lokalnych warunków agroekologicznych oraz wysoki poziom zastosowanych zabiegów agrotechnicznych. LITERATURA Arseniuk E. 2005. Zboże wysokiej jakości. Agro Serwis, 2: 1–6. Arseniuk E., Oleksiak T. 2009. Postęp w hodowli głównych roślin uprawnych w Polsce i możliwości jego wykorzystania do 2020 roku. Studia i Raporty IUNG-PIB, 14: 293–305. Filipiak T. 2005. Zmiany znaczenia zagranicznych odmian roślin rolniczych na rynku w latach 1994–2004. Rocz. Nauk. Ser. 7(2): 69–74. Jaśkiewicz B. 2009. Zmiany w produkcji zbóż w Polsce. Wieś Jutra, 4: 13–15. Krzymuski J. 2003. Historia hodowli i nasiennictwa na ziemiach Polski w XX wieku. Rośliny rolnicze. Wyd. Prodruk, Poznań. Lisowska M., Bombik A., Ziemińska J., Wyrzykowska M., Deska J. 2012. Struktura odmianowa zbóż uprawianych w wybranych rejonach Polski wschodniej i centralnej w relacji do List Zalecanych Odmian (LZO). Fragm. Agron. 29(2): 87–97. Lista Opisowa Odmian 2013. Rośliny Rolnicze. Wyd. COBORU. Nalborczyk E. 1997. Postęp biologiczny a rozwój rolnictwa w końcu XX i początkach XXI stulecia. Agricola, 33 (suppl.), Wyd. SGGW, Warszawa. Newton D., Yee J. 2003. Agricultural productivity [W:] Agricultural resources and environmental indicators (red. Heimlich R.). Agriculture Handbook (AH 722), UDSA Washington DC. Oleksiak T. 2012. Zaopatrzenie w kwalifikowany materiał siewny zbóż. Wieś Jutra, 3–4: 12–14. Oleksiak T. 2010. Produkcja i hodowla zbóż w Polsce. Wieś Jutra, 4: 4–6. Rajaram S. 2001. Prospects and promise of wheat breeding in the 21st century. Euphytica, 119: 3–15. Rocznik Statystyczny Rolnictwa 2012. GUS, Warszawa. Rynek zbóż. Stan i perspektywy. Analizy rynkowe. 2012. IERiGŻ-PIB, ARR, MRiRW. Stankiewicz D. 2002. Postęp biologiczny w produkcji roślinnej i zaopatrzenie polskiego rolnictwa w materiał siewny. Biuro Studiów i Ekspertyz, nr 939. Wicki L. 2008. Wykorzystanie postępu odmianowego w produkcji zbóż w polskim rolnictwie. Rocz. Nauk. Ser. G, 94, (2): 136–146. Wicki L. 2007. Regionalne zróżnicowanie stosowania nasion kwalifikowanych w Polsce w latach 1995–2006. Rocz. Nauk. Ser., 9 (1): 537–541. 166 Efektywność wykorzystania postępu biologicznego w hodowli... Wicki L., Dudek H. 2005. Wpływ podstawowych nakładów plonotwórczych na poziom i wartość produkcji w gospodarstwach rolniczych. Rocz. Nauk Rol. Ser. G, 92 (1): 30–41. Woś A. 1995. Ekonomika odnawialnych zasobów naturalnych. PWN, Warszawa. Adres do korespondencji: mgr inż. Anna Skrzypik Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie Wydział Biogospodarki w Zamościu ul. Szczebrzeska 102, 22–400 Zamość Tel. (84) 677 27 29 e-mail: [email protected] dr hab. Roman Prażak Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie Wydział Biogospodarki w Zamościu ul. Szczebrzeska 102, 22–400 Zamość Tel. (84) 677 27 29 e-mail: [email protected] 167 Adrienn Goda Viktor Medina László Zsidai EPISTEME 25/2014 s. 169–177 ISSN 1895-4421 EXAMINATION OF SUPPLIERS FOR HUNGARIAN COB CRACKER MANUFACTURERS AND ITS COMPARATIVE ANALYSIS WITH OTHER INDUSTRIES Summary. The study was carried out in July of 2012, and the present paper is summarizing its results. The study refers to those suppliers who have delivered materials, parts/components and accessories to the dominant system of production activities, to the final production and assembly. Based on the results it can be calculated the proportion and the role of material, components and accessory suppliers in the case of the three types of the cob cracker adapter manufacturers (using individual, serial and mass production). We can also have the average number of suppliers and suppliers per item. Furthermore we can define the system of criteria for the selection of key suppliers. Key words: cob cracker adapter manufacturers and suppliers, comparative analysis 169 Adrienn Goda, Viktor Medina, László Zsidai Introduction Our research is based on the questionnaire of the International Manufacturing Strategy Survey (IMSS), and its data was used for the comparative analysis. [3] The IMSS was build up in 1992. The aim of the participating researchers in the survey was the examination of international production strategies, their implementation into production and related fields (eg, supply chain management, new product development) [1]. The collection of data has been carried out at the international level in Europe, America and Asia. The data used in the IMSS international research was collected in 2009 and contains 562 companies’ data. The national survey covers 71 companies [3]. The present examination focuses on the Hungarian cob cracker adapter manufacturing industry. The cob crackers play a very important role in the agriculture, because without them we could pick the cob only manually. The examined companies produce cob cracker adapters for national and international buyers. In terms of the production model they could be grouped in type of individual, serial and mass production. [5] Materials and methods The goal of our research was the examination of the suppliers delivering materials, components, or accessories for the manufacturing and assembly. The questionnaire contains some questions with measurement scale. In the case of the five-step scale the value 1 means the worst evaluation. The value 3 means an indifferent answer, the five means the best ranking. [2] The results are reported on the figures as cob cracker manufacturers, Hungarian companies and international companies. The cob cracker manufacturers mean the examined Hungarian cob cracker adapter producers. The Hungarian companies refer to answers of the 71 firms. The international companies show the responds of the 562 companies asked in the IMMS. 170 Examination of Suppliers for Hungarian Cob Cracer Manufactureres... Results In the examination of the suppliers we considered it important to analyze how it is distributed the proportion of material, parts and accessories suppliers within all suppliers. The figure 1 shows, all three cases. The material suppliers have the highest proportion, after that it is followed by the component/parts suppliers and finally the accessory suppliers have lowest values. As a conclusion it can be drawn that cob cracker manufacturers produce also accessories because of the high percentage of material suppliers. The conclusion is the same in the case of Hungarian companies. More than two-thirds of the suppliers (66.17%) belong to the category of material suppliers. At international level, this ratio is less than 50%. The proportion of parts suppliers is almost the same in the case of cob cracker manufacturers and Hungarian companies, but lower than the international level, which is 37%. This fact means, the companies at international level are a little higher in the supply pyramid. Fig. 1. Proportion of purchases by supply categories (Source: Own research and [4]) It was examined the number of suppliers by company too. The results on the Figure 2/a show us a similar value in the case of the Hungarian cob cracker manufacturers (143) and Hungarian companies (140), but a significantly higher value at international level 171 Adrienn Goda, Viktor Medina, László Zsidai a) b) Fig. 2. a) Number of suppliers; b) Number of suppliers per articles (Source: Own research and [4]) 172 Examination of Suppliers for Hungarian Cob Cracer Manufactureres... (273). This result can be explained by lower number of produced articles or by lower number of suppliers per produced articles in the case of Hungarian companies. After examining both alternatives the results on the Figure 2/b show us, that the difference comes from the lower number of produced articles. The average number of suppliers per produced articles (11,68) in the case of Hungarian companies differs significantly from the value of the cob cracker manufacturers (2,67), and it is higher than the value of the international companies (9,07). This results means, that Hungarian companies generally have less number of produced articles, but more suppliers than the international firms. The cob cracker manufacturers have few suppliers per produced articles because they have special requirements and they buy mostly from Hungarian suppliers. The key suppliers are essential for a successful production, therefore it was examined its proportion from the total number of suppliers. The proportion of key suppliers is the highest in the case of Hungarian companies, and the lowest in the cob cracker manufacturer sector (Figure 3). The value of international companies is between the other two ones. These proportions are analog to the number of suppliers per article. Fig. 3. Proportion of key suppliers (Source: Own research and [4]) 173 Adrienn Goda, Viktor Medina, László Zsidai The criteria for selecting the key suppliers were examined in the last part of our paper (Figure 4). The most important criterion is the quality of product or service. This result can be explained by the fact, that the quality of delivered product influences strongly the quality of the final product, and if there is small quality failure in the raw material it will become a huge failure cost in the final product and grow the warranty costs and fall the brand image. The second most important criterion is the delivery performance. It has received higher ranking than 4 in all cases. The reason is, that the ordered products must arrive in time, to be ready for starting the production. Furthermore, the flexibility is also very important, to be able to follow the changes of the demand. The lowest bid price and logistics costs are also essential in difficult economic situation. It is important to keep in mind the cost-effectiveness, in all cases like international, Hungarian and cob cracker manufacturing industry. The performance data in the past can serve as an important criterion at the selection of suppliers in the future. In addition it must take into consideration the proximity of the supplier, because a product being brought from farther away need more „travel” and would entail higher costs than a product from the region. The innovation ability and the planning together both are ranked as the least important criteria in all three cases. Explanation for this might be that the present economic situation does not allow longrange planning, because the majority of companies have to focus to survive, and not to the common goals. The results of the examination of cob cracker manufacturers show us, that the most important criterion for key supplier selection is the quality of product or service, which has received the highest value, the five. This is followed by the criterion of the lowest bid price and delivery performance, which extends the reliability, speed, and flexibility. The potential of delivery and logistics costs are on the third place. Then come in order of importance the proximity of supplier, the willingness to share information with others, and finally the innovation ability or rather the planning together. 174 Examination of Suppliers for Hungarian Cob Cracer Manufactureres... Fig. 4. Importance of criterion for selecting the key suppliers (Source: Own research and [4]) Conclusion In our paper it was made a comparative analysis among three areas. It was examined the suppliers of cob cracker manufacturers, Hungarian companies and international firms. Based on the result of the research it can be established, that the material suppliers have the highest number, which is followed by the component/parts suppliers and finally the accessory suppliers are the fewest. It was declared, that the international companies have almost twice as many suppliers than Hungarian companies. There is also significant difference among the average number of suppliers per produced articles in the case of cob cracker manufacturers and other companies. In the cob cracker manufacturer industry there is one fourth less suppliers per article then in the other sectors, because 175 Adrienn Goda, Viktor Medina, László Zsidai they have special requirements and they buy mostly from Hungarian suppliers. The examination of criteria for selecting the key suppliers shows that the most important criterion is the quality of product or service. The second most important criterion is the delivery performance, which is followed by the delivery performance, potential of delivery, logistics costs, proximity of suppliers, the willingness to share information with others, and finally the innovation ability or rather the planning together. The order of importance of the criteria is similar in all companies, so it is independent from the sector. The ranking of criteria depend on the economic situation and the effects of the delivered product on the further phases of production (time, quality etc.). References Demeter K., Matyusz Zs., A “The influence of external factors and facilities to the performance of the company” final project study. Study Workshop N. 54, 19.o., 2009. Laugen, B.T. and Boer, H., CINet Research Series – The International Manufacturing Strategy Survey, Serial Number: 20011-7. pp. 16-17. ISBN 978-90-77360-14-09, 2011. Matyusz Zs., Demeter K., Detailed result of the research about the production strategy and practice. Study Workshop N. 145. P. 21-23. Budapest, HU ISSN 1786-3031, 2011. Matyusz Zs., Demeter K., The results of the research in 2009-2010. about production strategy and practice. Study Workshop N. 121. P. 22. Budapest, 2010. Somló J., Manufacturing technology. Chapter 16. Edited by Horváth M., Markos S., Budapest, Műegyetemi Kiadó p. 145-173., 2002. Postal Address: Adrienn Goda Szent István University e-mail: [email protected] 176 Examination of Suppliers for Hungarian Cob Cracer Manufactureres... Viktor Medina Szent István University e-mail: [email protected] László Zsidai Szent István University e-mail: [email protected] ie.hu Supervisor: Miklós Daróczi PhD 177 R e c e n z en c i a rt y k u łów EPISTEME dr Kamila Klimek, dr hab. Magdalena Gantner, dr Małgorzata Gruszczyk, dr Magdalena Kapłan, dr Renata Domżał-Drzewicka, dr Tomasz Baj, dr Elżbieta Wołejko, dr Michał Rudaś, dr Agnieszka Bednarczyk-Drąg, dr Agnieszka Najda, dr Joanna Klepacka, dr Marek Marecki, dr Agnieszka Kawecka, dr Anna Baran, dr Małgorzata Szczęsna, prof. dr hab. Andrzej Sechman, prof. dr hab. Marek Pieszka, dr hab. Danuta Wrońska, dr inż. Aurelia Mucha, dr Witold Mazurek, dr hab. inż. Zbigniew Bączar, dr hab. Janusz Smołucha, dr Grzegorz Chajko, dr Andrzej Gielarowski, dr hab. Tereza Obolevitch, dr hab. Beata Bigaj-Zwonek, dr hab. inż Jarosław Kański, dr inż. Marcin Lis, dr hab. inż. Sławomir Kornaś, dr inż. Olga Lasek, prof. dr hab. Olga Szeleszczuk, dr inż. Magdalena Pieszka, dr. inż Joanna Pokorska, prof. dr hab. Maria Rościszewska, dr Irena Grześ, prof. dr hab. Mirosława Sokołowska-Mikołajczyk, dr hab. Danuta Wrońska, dr hab. inż. Barbara Tombarkiewicz, prof. dr hab. Krzysztof Surówka, dr hab. inż. Aneta Kopeć, dr inż. Aneta Koronowicz, dr n. med. Ewa Piątkowska, dr inż. Ewa Błońska, dr inż. Piotr Gruba, dr inż. Magdalena Kacprzyk, dr inż. Piotr Bilański, dr inż. Piotr Ciach, dr inż. Marek Wajdzik, dr inż. Piotr Wertz, dr inż. Monika Bieniasz, dr inż. Katarzyna Pużyńska, dr inż. Stanisław Pużyński, dr hab. inż. Adam Kula, dr inż. Andrzej Zieliński, dr hab. inż. Dariusz Ropek, dr inż. Agnieszka Stokłosa, dr inż. Joanna Puła, dr inż. Katarzyna Gleń, dr inż. Joanna Dłużniewska, dr inż. Agnieszka Baran, dr inż. Marcin Niemiec, dr inż. Andrzej Zieliński, dr inż. Elżbieta Golemiec, dr inż. Anna Gorczyca, prof. dr hab. Kazimierz Klima, dr hab. inż. Janina Gospodarek, dr inż. Michał Gąsiorek, dr hab. inż. Bożena Pwłowska, dr inż. Anna Kołton, dr inż. Maria Pobożniak, prof. dr hab. Kazimierz Wiech, dr hab. Renata Wojciechowska, dr inż. Magdalena Kulig, dr inż. Barbara Nowak, dr inż. Maciej Gąstoł, 179 dr inż. Małgorzata Maślanka, dr hab. inż. Ewa Hanus-Fajerska, dr hab. inż. Piotr Muras, dr inż. Barbara Piwowarczyk, dr hab. inż. Zofia Włodarczyk, dr hab. inż. Ewa Grzebelus, prof. dr hab. inż. Zbigniew Burgieła, prof. dr hab. inż. Halina Kurzawińska, dr inż. Małgorzata Czernicka, dr inż. Elżbieta Wojciechowska-Żytko, prof. dr hab. inż. Stanisław Mazur, dr inż. Artur Szwalec, dr inż. Paweł Mundała, dr hab. inż. Jan Zarzycki, dr Renata Kędzior, dr inż. Mateusz Strutyński, dr inż. Dawid Bedla, dr inż. Marek Tarnawski, dr inż. Włodzimierz Miernik, dr hab. inż. Krzysztof Chmielowski, prof. dr hab. inż. Michał Kopeć, dr inż. Maria Mika, dr inż. Agnieszka Galus-Barchan, dr inż. Tomasz Stachura, dr hab. inż. Andrzej Wałęga, prof. dr hab. inż. Andrzej Misztal, prof. dr hab. inż. Krzysztof Gawroński, dr inż. Maciej Wyrębek, dr Iwona Paśmionka, dr hab. inż. Józef Hernik, dr Karolina Kuszewska, dr inż. Mateusz Jakubiak, dr inż. Mariusz Fitowski, dr hab. inż. Jarosław Knaga, dr inż. Marek Wróbel, dr inż. Krzysztof Mudryk, dr hab. inż. Hubert Latała, prof. dr hab. Bogdan Kulig, dr inż. Agnieszka Cupak, dr hab. inż. Jacek Antonkiewicz, dr inż. Bartosz Mitka, dr inż. Izabela Piech, dr inż. Bogusława Kwoczyńska, dr inż. Mariusz Zygmunt, dr hab. inż. Tadeusz Gargula, dr inż. Władysława Morzyniec, dr inż. Barbara Prus, dr inż. Tomasz Salata, dr hab. inż. Wojciech Przegona, dr inż. arch. Przemysław Baster, dr inż. arch. Michał Uruszczak. 180 P ro c e d ur a r e c e n zowan ia 1. Każda praca publikowana w czasopiśmie jest recenzowana. 2. Redakcja lub recenzenci mogą wydać negatywna opinię dotyczącą nadesłanej pracy. Wówczas praca nie jest publikowana w czasopiśmie. Wyjątek stanowią oceny warunkowe tj. po naniesieniu zmian i poprawek przez Autora praca może zostać skierowana do ponownej recenzji. 3. Redakcja ocenia każdą nadesłaną publikację korzystając, z co najmniej dwóch niezależnych recenzentów o udokumentowanym dorobku naukowym. Recenzenci są niezwiązani z instytucją wydającą czasopismo. 4. Po zapoznaniu się z opinią Recenzentów oraz po konsultacjach z Autorami podejmowana jest przez Redakcję decyzja dotycząca publikacji i jej formy na łamach czasopisma. Dwie negatywne recenzje uniemożliwiają publikację w czasopiśmie. 5. Redakcja w przypadku tekstów powstałych w języku obcym, powołuje co najmniej jednego z recenzentów, który jest afiliowany w instytucji zagranicznej innej niż narodowość Autora prac. Recenzenci afiliowani w instytucji zagranicznej mogą być proszeni również o wydanie opinii wobec innych prac publikowanych w czasopiśmie. 6. Procedurą recenzowania prac jest model podwójnie utajnionego procesu oceny (tzw. „double-blind review proces”), w którym Autorzy i Recenzenci nie znają swoich tożsamości. Jeżeli okaże się, że recenzent zna lub domyśla się autorstwa pracy to musi podpisać deklarację o nie występowaniu konfliktu interesów; za konflikt interesów uznaje się zachodzące między Recenzentem a Autorem: a) bezpośrednie relacje osobiste (pokrewieństwo, związki prawne, 181 konflikt), b) relacje podległości zawodowej, c) bezpośrednia współpraca naukowa w ciągu ostatnich dwóch lat poprzedzających przygotowanie recenzji. 7. Recenzja ma formę pisemną, oceniającą poszczególne parametry artykułów i kończy się jednoznacznym wnioskiem, co do dopuszczenia artykułu do publikacji lub jego odrzucenia. 8. Zasady kwalifikowania lub odrzucenia publikacji są podane do publicznej wiadomości na stronie internetowej czasopisma („Instrukcje dla Autorów”). Natomiast formularz recenzencki dostępny jest zarówno dla Redakcji, jak i Autorów oraz Recenzentów. 9. Nazwiska Recenzentów poszczególnych publikacji/numerów nie są ujawniane. Dopiero po opublikowaniu numeru czasopisma, raz w roku czasopismo podaje do publicznej wiadomości listę recenzentów współpracujących. Lista recenzentów może ulec zmianie w zależności, od tematyki prac publikowanych w danym numerze czasopisma. 182