В последние два лета климат Челябинской области претерпевает резкие изменения – колебания температур и сильные дожди наносят убытки владельцам зерновых полей, вызывая прорастание зерна в колосе. Исследователи Южноуральского государственного университета совместно с Министерством сельского хозяйства Челябинской области разрабатывают методы для снижения рисков продовольственных потерь зерна. Данная работа осуществляется в рамках национального проекта «Наука и университеты».
Мировое научное сообщество, занимающееся исследованием климатических условий планеты, начинает сигнализировать о тревожной ситуации: глобальное потепление затрагивает все более обширные территории, продвигаясь в северные регионы. Это приводит к нарушению привычных условий для растительности в этих областях: эпифитная микрофлора (природная флора, присутствующая в почве и на растениях) изменяется как в количественном, так и в качественном отношении из-за повышенной влажности. В результате возникают риски продовольственных потерь, а также опасность для здоровья людей, если вторичные метаболиты микрофлоры сохраняются в переработанных продуктах.
Еще свежи в памяти экстремальные климатические условия, которые сопровождали уборочную кампанию 2023 года, отмеченную обильными осадками.
Аграрии столкнулись с изменениями в физиологии растений: пшеница начала прорастать прямо в колосе. Это произошло из-за переувлажнения почвы, что создало благоприятные условия для активации токсичных плесневых грибов в зерне. В результате увеличилось количество микотоксинов, способных накапливаться в организме потребителей и оказывать негативное воздействие на их здоровье.
Хотя воздействие на климат практически невозможно, важно найти способы улучшить качество сырья, особенно в плане обеспечения его безопасности. С этой целью Министерство сельского хозяйства Челябинской области обратилось за помощью к исследователям ЮУрГУ, которые имеют опыт и разработки в данной области.
Важно подчеркнуть, что специалисты кафедры «Пищевые и биотехнологии» университета, при поддержке Министерства, получили грант РНФ на проект «Методология снижения рисков продовольственных потерь зерна с использованием нетепловых эффектов для обеспечения устойчивости региональных продовольственных систем в условиях изменяющегося климата». Этот грант позволит в ходе трёхлетнего исследования разработать новые подходы к «спасению» будущего хлеба.
«Нашим коллективом запланированы исследования на уровне молекулярного моделирования возникающих рисков, о результатах которых мы будем готовы рассказать в следующем году, – поясняет директор Высшей медико-биологической школы ЮУрГУ Ирина Потороко. – Все средства, выделенные по условиям поддержанного гранта, распределены на ближайший год по плану задач. Поскольку природа нестабильна, мы должны оценить и динамику изменения климата, который влияет на трансформации в растениях; в том числе этим исследованием сейчас занимаются научные сотрудники нашей кафедры. Для расширения исследовательских возможностей будет приобретено оборудование, применимое для идентификации плесневых грибов злаковых культур, другое позволит отслеживать на клеточном уровне изменения внутри каждого зернышка».
Автор фото: Екатерина Больных.
На протяжении года исследователи изучали изменения токсигенных рисков в сырье при оптимальной влажности. Внимание уделялось всем изменениям внутреннего состава зерновой массы, включая ее микрофлору.
Первые результаты наблюдений будут опубликованы уже в декабре. В планах ученых – проанализировать образцы зерновых партий, собранных в 2024 году, и провести сравнительный анализ для выявления динамики присутствия токсигенов в образцах, а также протестировать новые методы стерилизации зерна.
В настоящее время специалисты университета проводят испытания метода удаления микотоксинов из проросшего зерна с использованием нетепловых технологий. Это включает в себя гибридное воздействие холодноплазменной и ультразвуковой обработки в условиях низкоионизированного газа и кавитации. Данные методы способствуют инактивации токсигенов в злаках и активируют процессы прорастания зерна в определенный промежуток времени.
«За первый год работы путем долгих проб мы установили рациональный режим обработки поврежденного зерна холодной плазмой, – говорит Ирина Потороко. – Однако поняли, что необходимо сократить длительность такой обработки, установить приемлемые параметры мягкого обеззараживания зерна, не повреждая его структуру и сохраняя его природную пользу. Сложность работ обусловлена все нарастающим количеством новых форм микотоксинов и их комплексов, а для купирования каждой из них необходимо подбирать индивидуальный режим с определенной интенсивностью обработки».
В настоящее время челябинские исследователи работают над разработкой более простых и быстрых методов безопасной и эффективной обработки зернового сырья, которые будут полезны для промышленности.
В ходе трехлетнего периода реализации гранта они планируют объединить фундаментальные научные знания с практическим «продуктом», который станет реальным предложением для агропромышленного комплекса региона.
Источник и фото: ФГАОУ ВО «ЮУрГУ (НИУ)». Автор: Екатерина Больных.