Способ снижения содержания дейтерия в пищевых сельскохозяйственных культурах



Способ снижения содержания дейтерия в пищевых сельскохозяйственных культурах
Способ снижения содержания дейтерия в пищевых сельскохозяйственных культурах
Способ снижения содержания дейтерия в пищевых сельскохозяйственных культурах
Способ снижения содержания дейтерия в пищевых сельскохозяйственных культурах
Способ снижения содержания дейтерия в пищевых сельскохозяйственных культурах
Способ снижения содержания дейтерия в пищевых сельскохозяйственных культурах

 


Владельцы патента RU 2601046:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Южный научный центр Российской академии наук (ЮНЦ РАН) (RU)
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "КубГУ") (RU)

Изобретение относится к биотехнологии. Способ включает выращивание растений в теплице с использованием при поливе легкой воды, вентиляцию этого помещения с извлечением из удаляемого воздуха воды, повторное использование ее для выращивания растений. При этом перед посадкой осуществляют замачивание семян в легкой воде с концентрацией дейтерия не более 136 ppm, а воду после завершения процесса замачивания вновь используют, возвращая ее в цикл полива. При выращивании растения поливают водой с концентрацией дейтерия не более 136 ppm, а концентрацию дейтерия при поливах при созревании последовательно снижают в зависимости от стадии вегетации до 50 ppm на завершающем этапе. Способ позволяет снизить себестоимость пищевых сельскохозяйственных культур с пониженным содержанием дейтерия без снижения их высокого качества. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.

 

Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано для производства высококачественных продуктов растительного происхождения с пониженным относительно природного содержанием дейтерия.

Вода с точки зрения химии является веществом, состоящим из молекул H2O. В природе совершенно чистой воды не бывает, она всегда содержит механические, химические и биологические примеси.

Молекула воды состоит из двух элементов, каждый из которых представляет собой смесь изотопов. Водород в природе представлен двумя стабильными изотопами:

- протием (обозначение 1H или H);

- дейтерием (обозначение 2H или D).

Естественное содержание изотопов 1H и 2H в природных объектах составляет 99,985 и 0,015%. Легкая (обогащенная H или обедненная D) вода обладает высокой биологической активностью. Употребление легкой воды приводит к нормализации углеводного и липидного обмена, коррекции веса, выведению шлаков и токсинов из организма и т.д. Результатами исследований доказано [Лисицын А.Б., Барышев М.Г., Басов А.А. и др. Воздействие воды со сниженным содержанием дейтерия на организм лабораторных животных при различном функциональном состоянии неспецифических защитных систем // Биофизика. 2014. №4. Т. 59. С. 757-765], что при употреблении такой воды улучшаются физическая активность, выносливость, сопротивляемость организма за счет коррекции метаболических процессов организма.

Известно, что в легкой воде изменяется скорость протекания химических реакций, сольватация ионов, их подвижность и т.д. Легкая вода оказывает стимулирующее действие на живые системы, существенно повышает их активность, жизнестойкость к различным негативным факторам, репродуктивную деятельность, улучшает и ускоряет обмен веществ. Для сельскохозяйственных культур действие легкой воды проявляется в повышении всхожести и урожайности, для человека - в оздоровительном эффекте. Реакция биосистем при воздействии на них воды может изменяться в зависимости от количественных и качественных изменений изотопного состава воды. Применение воды с повышенной концентрацией тяжелых изотопов, в частности дейтерия, вызывает выраженные токсические эффекты на уровне организма, ограничивая возможность ее использования в лечебно-профилактических целях [Лобышев В.Н., Калиниченко Л.П. Изотопные эффекты D2O в биологических системах. -М.: Наука, 1978].

В то же время на разных объектах зарегистрирована положительная биологическая активность вод, полученных с помощью различных технологических процессов, относящихся к категории изотопно-легких, со сниженной в той или иной мере по сравнению с исходной концентрацией дейтерия [Самков А.А., Джимак С.С., Барышев М.Г., Волченко Н.Н., Худокормов А.А., Самкова С.М., Карасева Э.В. Влияние изотопного состава воды на выход биомассы Rhodococcus erythropolis // Биофизика. 2015. T. 60, Вып. 1, С. 136-142; Джимак С.С., Басов А.А., Федулова Л.В., Дыдыкин А.С., Быков И.М., Арцыбашева О.М., Наумов Г.Н., Барышев М.Г. Коррекция метаболических процессов у крыс при хроническом эндотоксикозе с помощью реакций изотопного (D/H) обмена // Известия РАН. Серия Биологическая. 2015. №5. С. 1-10]. Т.е. количественные и качественные показатели изотопного состава воды и пищевых продуктов существенным образом отражаются на здоровье. Поэтому очевидна необходимость в зависимости от целей применения регулирования изотопного состава пищи, употребляемой человеком. При снижении концентрации дейтерия в потребляемой человеком воде изотопный обмен на протий происходит в гидроксильных, карбоксильных, сульфгидрильных, аминогруппах и амидных группах органических соединений, включая нуклеиновые кислоты, липиды, белки и сахара. Однако C-H связь не подвергается изотопному обмену и вследствие этого значительная часть дейтерия не может быть удалена из биомолекул. Эта проблема может быть решена за счет использования в пищу растений, при выращивании которых для полива использовали воду с пониженным содержанием дейтерия. При фотосинтезе растения включают в органические соединения меньше дейтерия, в том числе и в C-H связи. Потребляя в пищу растения, выращенные таким путем, организм человека и животных будет более эффективно очищаться от дейтерия.

Способ выращивания таких растений изложен в патенте РФ №2125817, опубл. 10.02.1999. Согласно этому патенту растения с пониженным содержанием дейтерия выращивают обычным во всех отношениях способом с той только разницей, что для орошения используют обедненную дейтерием воду.

Однако такой способ производства является чрезвычайно дорогостоящим. Растительные культуры потребляют большое количество воды, а дешевых способов очистки воды от дейтерия на сегодня не существует.

Существует способ выращивания растений в условиях полной изоляции от внешней среды (патент Японии WO 2005117566 от 03.06.2004, опубл. 15.12.2005, заявка № PCT/JP 2005/010246). Согласно этому патенту растения с пониженным содержанием дейтерия выращивают методом гидропоники. Выращивание осуществляют в теплице, где внутренняя атмосфера полностью изолирована от внешней атмосферы. Отсутствие воздухообмена с внешней средой исключает потери легкой воды во внешнюю среду, однако создает проблему поддержания температуры и газового состава внутри теплицы. В процессе жизнедеятельности растения поглощают углекислый газ, а также выделяют кислород и другие токсичные метаболиты. Для нейтрализации этих процессов требуется внешний источник углекислого газа плюс дорогостоящие системы очистки воздуха. Система регулирования температуры в данном изобретении имеет низкую энергоэффективность, особенно в летнее время. Из-за отсутствия вентиляции избыток тепла от солнечной радиации удаляется с помощью кондиционера, что требует больших затрат дополнительной энергии.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению принят способ производства лечебно-профилактических продуктов по патенту РФ №2503271 опубл.10.01.2014, Бюл. №1.

Этот способ включает:

получение водяного пара; конденсацию пара с получением легкой воды - содержание дейтерия не более 110 млн-1 и передачей энергии конденсации пара на жидкий теплоноситель;

использование легкой воды для выращивания растений или совместного выращивания растений и животных;

подачу теплоносителя на устройство отопления или устройство охлаждения помещения, в котором выращивают растения или растения совместно с животными;

вентиляцию этого помещения с извлечением из удаляемого воздуха воды, которую дополнительно используют для выращивания растений.

Однако реализация данного способа требует большого расхода легкой воды, т.к. предусмотрено ее использование для полива с одинаковой концентрацией дейтерия на всех этапах роста растений, а получение легкой воды, как известно, достаточно энергоемкий и, следовательно, недешевый процесс.

Нами было установлено, что для снижения концентрации дейтерия в сельскохозяйственном продукте нет необходимости поливать растения водой с наиболее низким содержанием дейтерия на всем протяжении его роста (от проращивания, до получения урожая). Чтобы установить это, мы провели эксперименты, данные которых приведены в таблице 1 «Антиоксидантная активность, содержание прооксидантных факторов и концентрация дейтерия в овощных свежевыжатых соках, выращенных при поливе водой с различным содержанием дейтерия». В результате пришли к выводу, что в разные периоды вегетации изменяется количество необходимой и достаточной для полива легкой воды. Т.е. количество производимой на установке и применяемой при поливе дорогостоящей легкой воды можно уменьшить, используя в зависимости от стадии созревания растения путем его дозирования с постепенным уменьшением концентрации дейтерия.

Задачей заявленного изобретения является снижение стоимости процесса выращивания пищевых сельскохозяйственных культур с пониженным содержанием дейтерия при сохранении качества продукции. Для решения поставленной задачи предлагается способ снижения содержания дейтерия в пищевых сельскохозяйственных культурах, включающий выращивание растений в теплице с использованием легкой воды для полива, вентиляцию этого помещения с извлечением воды из удаляемого воздуха, используя ее для полива растений. При этом концентрацию дейтерия в воде для полива растений дозируют в зависимости от стадии их созревания с постепенным ее уменьшением, а перед посадкой осуществляют замачивание семян в легкой воде концентрацией дейтерия не более 136 ppm. Воду после завершения процесса замачивания вновь используют, возвращая ее в цикл полива. При выращивании растения поливают водой с концентрацией дейтерия не более 136 ppm, а концентрацию дейтерия при поливах при созревании последовательно снижают в зависимости от стадии вегетации, например, она может быть снижена до 50 ppm на завершающем этапе.

Данные, подтверждающие возможность дозирования концентрации дейтерия в воде без потери качества выращиваемых продуктов, а следовательно, сокращать расход легкой воды, видны из таблицы 1.

В таблице приведены следующие сокращения: АОА - суммарная антиоксидантная активность, МВХЛ и ПХЛ - максимум и площади вспышки хемилюминесценции, прооксидантные показатели соответственно, δD - концентрация дейтерия.

Из таблицы 1 видно, что при поливе водой с концентрацией 50 ppm или при последовательном снижении концентрации дейтерия в воде до 50 ppm значения антиоксидантной и прооксидантной активности редиса достоверно не отличались. Также достоверно не отличалась и концентрация дейтерия в соках, выжатых из редиса. Следовательно, на начальных стадиях роста растений нет необходимости поливать растения легкой водой с низкой концентрацией дейтерия.

На Фиг. 1 схематично изображена линия для реализации способа.

Линия включает генератор 1, предназначенный для питания электрической энергией теплицы 2, снабженной всеми необходимыми системами и коммуникациями для выращивания растений (полива, освещения, вентиляции с извлечением из удаляемого воздуха воды и использование ее для выращивания растений, отопления и т.п.). Генератор 1 подключен к электролитической установке 3 для получения легкой воды. Емкость 4 служит для сбора полученной легкой воды. 5 - емкость для воды с природной концентрацией дейтерия (водопроводной). Емкости 4 и 5 соединены со смесителем 6 трубопроводами и на каждом из них установлены насосы 7 и дозаторы 8. Смеситель 6 соединен с системой полива, установленной в теплице 2. Бункер 9 предназначен для семян высаживаемых растений и соединен с емкостью 10 для замачивания семян. Из емкости 10 семена попадают в теплицу 2, где выращивают плоды. Бункер 11 предназначен для сбора и при необходимости хранения твердых зрелых плодов, не требующих специальной тары для транспортировки и (или) хранения. 12 - насос, обеспечивающий возврат легкой воды из емкости для замачивания семян 10 в цикл полива.

Линия работает следующим образом. Оператор настраивает дозаторы 8 на прохождение в смеситель 6 требуемого для получения определенной концентрации количества воды и включает генератор 1. Вода поступает в установку для получения воды с пониженным содержанием дейтерия 3 и в емкость для природной воды 5. Начинает работать установка 3 для производства легкой воды, насосы 7 с дозаторами 8 на входе в смеситель и системы коммуникаций в теплице 2. Из установки 3 вода поступает в емкость 4, из которой через соответствующие насос 7 и дозатор 8 подается в смеситель 6, куда из емкости 5 также через соответствующие насос 7 и дозатор 8 поступает обычная вода. В смесителе 6 происходит смешивание обычной (водопроводной) и легкой воды до получения заданной концентрации дейтерия, которая в дальнейшем поступает в теплицу для полива растений 2. Семена, которые находятся в бункере 9, поступают в емкость 10, в которой происходит их проращивание в легкой воде, подаваемой из смесителя 6. Легкая вода из бункера 10 после прорастания семян при включении насоса 12 возвращается на повторное использование в смеситель 6. Далее пророщенные семена высаживают в теплицу 2, где они растут с поливом водой с различной концентрацией дейтерия в зависимости от стадии вызревания растения. Полученный урожай попадает в бункер 11.

Для корректировки концентрации дейтерия в воде для полива на определенном этапе вызревания плодов по ходу созревания растений оператор по распоряжению агронома перенастраивает дозаторы легкой и обычной воды, включает и выключает насосы 7 и 12. В случае автоматизации способа полива оператор включает систему управления линией. Параметры дозаторов 8, работу выключателей, насосов и другие коммуникационные связи по настройке регулирует блок управления.

Растения в теплице могут выращиваться любым из известных способов: обычной высадкой в грунт, гидропоникой, аэропоникой и другими.

Нами были проведены эксперименты по проверке эффективности работы комплекса, в частности, при выращивании моркови, свеклы и редиса.

Воду с пониженным содержанием дейтерия получали на установке, разработанной в Кубанском государственном университете по патенту РФ №2438765, опубл. 10.01.2012. Способ получения биологически активной питьевой воды с пониженным содержанием дейтерия по заявке №2010121324/05 с приоритетом от 25.05.2010. Исходная концентрация дейтерия в получаемой воде составляла 50 ppm. Минерализацию полученной воды производили путем добавления минеральных солей для получения физиологически полноценного минерального состава (минерализация 314-382 мг/л: гидрокарбонаты 144-180 мг, сульфаты менее 1 мг, хлориды 60-76 мг, кальций: 6 мг, магний: 3 мг, натрий 50-58 мг, калий 50-58 мг), который был идентичен у воды с содержанием дейтерия 120, 100, 80, 60, 50 и 150 ppm.

Определение суммарной антиоксидантной активности (АОА) свежевыжатых соков проводили с помощью амперометрического способа на анализаторе антиоксидантной активности «Яуза-01-AAA», производства ОАО НПО «Химавтоматика» (Россия) по методике [Басов А.А., Быков И.М., Барышев М.Г., Джимак С.С., Быков М.И. Концентрация дейтерия в пищевых продуктах и влияние воды с модифицированным изотопным составом на показатели свободнорадикального окисления и содержание тяжелых изотопов водорода у экспериментальных животных // Вопросы питания. 2014. Т. 83. №5. С. 43-50], результаты выражали в наноамперах в секунду (нА·с). Свежевыжатые соки непосредственно перед исследованием разводили в элюенте (2,2 мМ раствор H3PO4) в соотношении 1:100. Прооксидантные показатели определяли с помощью максимума и площади вспышки хемилюминесценции (МВХЛ и ПХЛ соответственно), индуцируемой внесением 0,3% пероксида водорода и определяемой на хемилюминометре «Lum-5773» (МГУ, Россия) с использованием лицензионного программного обеспечения PowerGraph 3.3. Определение концентрации дейтерия в соках производили на импульсном ЯМР спектрометре по методике [Джимак С.С., Барышев М.Г., Басов А.А., Тимаков А.А. Влияние воды со сниженным содержанием дейтерия на изотопный состав лиофилизированных тканей и морфофункциональные показатели организма у крыс из разных поколений // Биофизика. 2014. Т. 59. Вып. 4. С. 749-756]. Определение всхожести производили согласно ГОСТ 12038-84.

Редис, морковь и свеклу выращивали согласно описанному способу. Для полива растений в воде последовательно через равные промежутки времени производили снижение концентрации дейтерия по схеме 136, 120, 100, 80, 60, 50 ppm и 136, 120, 110, 100 ppm.

Перед высадкой в грунт семена замачивали водой с концентрацией дейтерия 80 ppm.

Семена, замоченные в воде с концентрацией дейтерия 80 ppm, по сравнению с семенами, замоченными в воде с концентрацией дейтерия 150 ppm, имели лучшую всхожесть, см. таблицу 2.

Из таблицы 2 видно, что всхожесть семян, замоченных в воде с пониженной концентрацией дейтерия, была несколько выше, чем у семян, замоченных в обычной воде.

В таблице 3 приведены данные по концентрации дейтерия, а также антиоксидантным и прооксидантным показателям в свежевыжатых соках из редиса, моркови, свеклы.

Из таблицы 3 видно, что антиоксидантная активность свеклы, моркови и редиса, по схеме 136, 120, 100, 80, 60, 50 ppm и по схеме 136, 120, 110, 100 ppm достоверно превышает значения антиоксидантной активности свеклы, моркови и редиса, выращенных на обычной воде. А прооксидальная активность соков и овощей, выращенных на легкой воде, меньше.

При дозировании легкой воды и, соответственно, уменьшении ее расхода, в частности при смене концентрации дейтерия в воде для полива через равные промежутки времени по схеме 136, 120, 100, 80, 60, 50 ppm, ее расход уменьшается двукратно. Затраты же на дополнительную операцию - замачивание семян в легкой воде, не существенны, т.к. после замачивания предусмотрено возвращение воды в смеситель и повторное ее использование. Предлагаемый способ обеспечивает выращивание пищевых сельскохозяйственных культур менее энергозатратно.

Таким образом, предложенный способ позволит снизить себестоимость пищевых сельскохозяйственных культур с пониженным содержанием дейтерия без снижения их высокого качества.

1. Способ снижения содержания дейтерия в пищевых сельскохозяйственных культурах, включающий выращивание растений в теплице с использованием при поливе легкой воды, вентиляцию этого помещения с извлечением из удаляемого воздуха воды, повторное использование ее для выращивания растений, отличающийся тем, что концентрацию дейтерия в воде для полива растений дозируют в зависимости от стадии их созревания с постепенным ее уменьшением, причем перед посадкой осуществляют замачивание семян в легкой воде с концентрацией дейтерия не более 136 ppm, а воду после завершения процесса замачивания вновь используют, возвращая ее в цикл полива, при этом при выращивании растения поливают водой с концентрацией дейтерия не более 136 ppm, а концентрацию дейтерия при поливах при созревании последовательно снижают в зависимости от стадии вегетации.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что концентрацию дейтерия при поливах при созревании последовательно снижают в зависимости от стадии вегетации до 50 ppm на завершающем этапе.



 

Похожие патенты:

Область использования: изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к способу предпосевной обработки семян зерновых культур. Способ предпосевной обработки семян зерновых культур включает модификацию препаратов гумусовых веществ и обработку водным раствором препаратов семян.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к выбору семян зерновых культур для посева. Одинаковые навески сравниваемых семян помещают в стаканчики, засыпают песком в количестве, в 4 раза превышающем вес семян, и добавляют к ним одинаковые навески раствора соли, выдерживают и измеряют концентрацию углекислоты в емкостях со сравниваемыми семенами.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к выбору семян зерновых культур для посева. Одинаковые навески сравниваемых семян помещают в стаканчики, засыпают песком в количестве, в 4 раза превышающем вес семян, и добавляют одинаковое количество раствора осмотика, вес которого равен весу семян, выдерживают и измеряют концентрацию углекислоты в емкостях со сравниваемыми семенами.

Изобретение относится к области сельского хозяйства. Способ предпосадочной обработки клубней семенного картофеля жидким биостимулятором включает обработку клубней посевного картофеля в емкости, заполненной биостимулятором, с помощью рабочего органа, установленного в емкости.

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Предложена система обработки семян, имеющая центральное компьютеризированное устройство хранения данных, пользовательский интерфейс и сетевые соединения от устройства хранения данных к двум и более объектам.

Группа изобретений относится к сельскому и лесному хозяйству. Производят обработку посевного материала низкочастотным электромагнитным полем частотой от 6 до 19 Гц.

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может использоваться для дополнительной обработки семян. Устройство для обработки семян переменным магнитным полем содержит дозатор, загрузочный бункер, камеру для обработки семян, источник магнитного поля, преобразователь частоты для регулирования скорости изменения напряженности магнитного поля.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к машинам для предпосевной обработки семян и для увеличения эффективности процесса предпосевной обработки семян.

Триер // 2589780
Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к устройствам для сепарации семян в электрическом поле, и может использоваться при подготовке семян к посадке и хранению.

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Изобретение представляет собой способ определения урожайных свойств семян пшеницы, включающий проращивание семян, удаление не проросших, загнивших и дефектных проростков, расчет средней длины ростков и корешков, подсчет коэффициента симметрии, где дополнительно определяют среднее количество корешков проросших семян, а коэффициент симметрии подсчитывают по формуле где Lрост.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к области контроля качества и подготовки к заложению в почву семенного материала сельскохозяйственных растений и может быть использовано в отрасли полевого растениеводства. Способ определения всхожести семян сельскохозяйственных растений включает облучение семян, подлежащих сортировке, от источника электромагнитного излучения длиной волны 5000-9000 Å. При этом фиксируют спектральные характеристики диффузного отражения семян при облучении от источника электромагнитного излучения длиной волны 5000-9000 Å. Далее сравнивают полученные спектральные характеристики диффузного отражения семян с эталонными спектрами отражения для этих семян и семена, утратившие всхожесть, отбраковывают. Критерием отбраковки семян является наличие провала в спектральных характеристиках диффузного отражения семян. Предлагаемый способ определения всхожести семян обеспечивает увеличение эффективности процессов контроля качества и подготовки к заложению в почву семенного материала сельскохозяйственных растений, сокращение энергоемкости процессов, упрощение устройства применяемого технологического оборудования, в результате использования предлагаемого изобретения повышается точность процессов контроля качества семенного материала сельскохозяйственных растений. 2 ил.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к семеноводству. Способ отделения скрытотравмированных семян зерновых культур включает первичную очистку и сушку. Затем из всей партии семян отбирают средний образец и измеряют среднюю величину семян, замачивают в воде всю партию семян на 10-15 минут, после чего замоченные семена удаляют из воды, подсушивают и сортируют по размерам, причем семена с размером выше средней величины семян среднего образца считают травмированными. Данное изобретение позволяет повысить качество отделения травмированных семян от не травмированных. 2 табл.

Группа изобретений относится к области сельского хозяйства, в частности к семеноведению, и может найти применение при подготовке семян бобовых и твердо-семенных растений к посеву. В способе стимулирования прорастания семян бобовых и твердо-семенных растений, включающем механическую скарификацию, процесс скарификации семян проводят на льняном полотне или металлической решетке. Процесс скарификации семян проводят в течение 1,5-5,0 минут. Устройство для осуществления способа состоит из ручного скарификатора и основы-станины, при этом основа-станина содержит: верхнюю и нижнюю его части в виде рамы, скрепленные между собой крепежом, сменные: металлическую решетку или льняное полотно на твердой прокладке. Ручной скарификатор состоит из ручки скарификатора на пластмассовом корпусе, планки-фиксатора, резиновой прокладки, твердой прокладки, абразивной бумаги. Предлагаемые изобретения направлены на повышение качества скарификации семян, увеличение срока хранения скарифицированных семян, упрощение конструкции устройства скарификации семян. 2 н.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл., 2 пр.
Наверх