Pobierz PDF (Full Text)

Transkrypt

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
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,
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
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
EFFICIENCY OF BIOLOGICAL PROGRESS IN BREEDING
AND CULTIVATION OF RYE (SECALE CEREALE L.) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
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
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
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
ns*
ns*
299
10,5
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
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
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
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
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.
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
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
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.
dr inż. Dorota Dec
Zakład Inżynierii Rolno-Spożywczej i Leśnej
Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska
Politechnika Białostocka
ul. Wiejska 45 A, 15–351 Białystok
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
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
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.
Prof. dr hab. Jan Dyduch
Katedra Warzywnictwa i Roślin Leczniczych
Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie
ul. Leszczyńskiego 58, 20–069 Lublin
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
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
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
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
dr inż. Joanna Klepacka
Katedra Towaroznawstwa i Badań Żywności
Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie
ul. Heweliusza 6/103, 10–957 Olsztyn
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
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
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
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
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
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
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
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
•
•
•
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
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
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
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.
dr inż. Joanna Klepacka
ul. Heweliusza 6/103, 10–957 Olsztyn
dr inż. Agnieszka Najda
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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.
mgr inż. Aleksandra Majkowska
ul. Heweliusza 6, 10–957 Olsztyn
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
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
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
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
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.
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.
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
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
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
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
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
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
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.
Międzywydziałowe Koło Naukowe „Planta Medica”
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
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
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
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
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
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.
Międzywydziałowe Koło Naukowe „Planta Medica”
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
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
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
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
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
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
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
2
22,86 / 23,42
23,14
0,15 xy
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
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
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
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
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
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:
4,42
3,86
3,31
2,99
3,15
3,36
3,51
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
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
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
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.
mgr inż. Fabian Nowak
ul. Heweliusza 6, 10–957 Olsztyn
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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.
dr inż. Ernest Stawiarz
Katedra Botaniki
ul. Akademicka 15, 20–950 Lublin
Jan Dyduch
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.
mgr inż. Klaudia Świca
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
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
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
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
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
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
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
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
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.
Anna Skrzypik
Zakład Biologii Roślin
Wydział Biogospodarki w Zamościu
Szczebrzeska 102, 22–400 Zamość
Roman Prażak
Zakład Biologii Roślin
Szczebrzeska 102, 22–400 Zamość
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
164
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
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
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.
mgr inż. Anna Skrzypik
ul. Szczebrzeska 102, 22–400 Zamość
Tel. (84) 677 27 29
dr hab. Roman Prażak
ul. Szczebrzeska 102, 22–400 Zamość
Tel. (84) 677 27 29
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
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
a)
b)
Fig. 2. a) Number of suppliers; b) Number of suppliers per articles
172
(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
173
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
Fig. 4. Importance of criterion for selecting the key suppliers
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
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
176
Viktor Medina
László Zsidai
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

Pobierz PDF (Full Text)

Transkrypt

Podobne dokumenty

Pobierz - Instytut Hodowli i Aklimatyzacji Roślin

Nr 04. Lipiec 2006 - Ogród Botaniczny Uniwersytetu Wrocławskiego

Nr 24. Czerwiec 2009 - Ogród Botaniczny Uniwersytetu

Nr 20. Wrzesień 2008 - Ogród Botaniczny Uniwersytetu