Химический состав, пищевые и диетические свойства сахарной кукурузы

О происхождении и распространении сахарной кукурузы существует немало разноречивых мнений и гипотез. Спор о том, существовала сахарная кукуруза в диком состоянии или она является производным от других родов и видов, был решен только в результате археологических и генетических исследований.

Новейшие археологические данные свидетельствуют, что кукурузу индейцы знали еще в эпоху доинской цивилизации. Туземцы Америки возделывали ее на протяжении пяти тысяч лет, в культуру она была введена в горных районах еще в каменном веке.

Трудно переоценить значение, которое имело для древних обитателей Америки разведение этого злака. Ирокезы, ацтеки, индейцы Майя, инки Перу считали выращивание маиса (кукуруза) самым почетным занятием. К маису относились как к собственной плоти, боготворили и свято чтили его.

Центр происхождения различных подвидов кукурузы Н. И. Вавилов определил как Мексикано-Перуанский центр происхождения культурных растений (Вавилов, 1987).

О происхождении кукурузы в Мексике говорит также и тот факт, что в настоящие время здесь дико произрастают ближайшие родственные кукурузе растений. Наконец, археологические и палеонтологические находки последнего времени, данные атомной физики и результаты новейших цитологических исследований о месте и способе образования кукурузы показывает, что она существовала много тысяч лет назад в Центральной Мексике.

Сахарная кукуруза очень древняя культура, один початок сахарной кукурузы, найденный в Перу, предположительно относится к 1000-1534 г. н. э. и является мутацией крахмалистого типа. Имеются сведения, что кукуруза в смеси с другими разновидностями возделывались в Перу, Мексике еще в XI веке, в Северную Америку попала позже при археологических раскопках, проводившихся в городе Мехико (Мексика), обнаружены хорошо сохранившихся пыльцевые зерна сходны с пыльцевой современной сахарной кукурузы. Дальнейшие археологические исследования позволили в какой-то степени определить первые фазы введения кукурузы в культуру народов, проживающих на Американском континенте.

Сахарная кукуруза фактически является зерновой кукурузой, утратившей способность завершать процесс образования крахмала.

Кукуруза играет немаловажную роль как продукт питания. Из пищевых подвидов кукурузы в мировом производстве наиболее широко распространена сахарная кукуруза. В пищу, зерно сахарной кукурузы используется в молочно-восковой (технической) спелости. В этой фазе оно содержит 4-8 % сахаров, что в 1,5-2,0 раза больше, чем у других подвидов, 12-15 % крахмала, около 3 % протеина, 1 % жиров, а также ряд витаминов В1, В2, РР, минеральные соли Са, К, Mg, Fe, Na, P, Cl, S и другие элементы.

По содержанию основных для питания человека веществ зерно сахарной кукурузы не уступает таким ценным в пищевом отношении продуктам овощных бобовых культур, как зеленый горошек и бобы спаржевой фасоли, по содержанию же углеводов значительно превосходит их (Конарев, 1973).

Спелое зерно кукурузы по содержанию в нем безазотистых экстрактивных веществ (крахмал, декстрин, сахара), клетчатки и минеральных веществ (зола) мало отличается от зерна пшеницы, ржи и других хлебных злаков. По количеству жира оно значительно превышает другие зерновые культуры, а по содержанию протеина несколько уступает им. По качеству протеинов, в частности по общему содержанию незаменимых аминокислот, зерно кукурузы близко к зерну пшеницы и значительно превосходит полированный рис.

Питательность 1 кг зерна сахарной кукурузы составляет 3340 ккал, что на 180-220 ккал больше, чем пшеницы и ржи. Из него готовят соус и фарш, а также запекают. Зерно молочно-восковой спелости солят, сушат, консервируют, добавляют в супы, салат, вторые блюда. Из зерен вырабатывают муку для приготовления разных изделий и кукурузный мед. Современной кулинарии известно более 150 различных блюд из этого подвида кукурузы. Кукуруза полезна для человека не только как пищевая, но и как лекарственная культура. Ее употребляют при болезнях печени и сердечно-сосудистой системы, нефрите, подагре и др. Кукурузное масло используют для профилактики и лечения гипертонии и атеросклероза. Кукурузные столбики (пестики) или рыльца содержат очень ценную группу химических соединений, которые обладают эффективным мочегонным свойством, применяют их при воспалительных процессах в печени, при камнях в почках (Явроская, 1998). В связи с этим очень большие требования предъявляются к технологическим и вкусовым качествам зерна. Селекционная работа с сахарной кукурузой ведется во многих научно-исследовательских учреждениях и крупных семеноводческих компаниях. Большие ее посевы имеются в США, Франции, Венгрии и других странах. В нашей стране сахарная кукуруза возделывается на небольших площадях, в основном в Краснодарском и Ставропольском краях (Шмараев, 1999).

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ.

Работа проводилась в 2008-2009 гг. путем постановки полевых опытов на материале различных групп спелости и уровня устойчивости сахарной кукурузы к болезням и вредителям.

Тема проекта является частью большой научно-исследовательской работы ВНИИ кукурузы по созданию устойчивых и продуктивных гибридов кукурузы пищевого направления.

Мы участвовали в реализации программы по изучению исходного материала сахарной кукурузы селекции ВНИИК. Непосредственное участие в оценке органолептических, биометрических показателей и фенологических наблюдений за ростом и развитием растений.

Распространенность болезней и повреждений учитывались в специальных опытах и сортоиспытаниях, на вегетирующих растениях в предуборочный период в технической (молочно-восковой) спелости зерна. Использовали пунктирный способ сева, через 35 см в ряду, 60 тыс. растений на 1 га. Полевые опыты закладывали в предгорной зоне Ставропольского края, в полях 3-польного севооборота. Посев проводили ручными сажалками в оптимальные сроки (3-я декада апреля). Изучаемый материал высевали в 2-4 повторениях, в зависимости от цели опыта. Агротехника – общепринятая для данной зоны. Для борьбы с сорняками перед посевом вносили почвенный гербицид Харнес в дозировке 2,5 л/га. Заделка гербицида проводилась культиватором КПС-4.

Густоту стояния растений формировали в фазе 4-5 листьев. В фазе 6-7 листьев и перед цветением метелок проводили сортовые прополки. Уход за посевами заключался в проведении двух культиваций и двух ручных прополок.

Фенологические наблюдения и изучение исходного материала проводили по Методическим указаниям по селекции кукурузы (1982) и Методическим указаниям ВИР (1985). В ходе фенологических наблюдений отмечали даты: всходов, цветения метелок, початков и технической спелости зерна.

3. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ, ПИЩЕВЫЕ И ДИЕТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Среди возделываемых овощных культур сахарная кукуруза по химическому составу зерна, пищевым и диетическим достоинствам занимает ведущее место.

Сахарную кукурузу ценят как лекарственное растение. Известно, что атеросклерозом реже болеют в тех регионах, где в питании преобладает кукуруза. Экстракты из рылец кукурузы широко применяют при болезнях печени, желчного пузыря и циститах. В жировой фракции зерна сахарной кукурузы установлено наличие микроагентов, которые положительно влияют на холестериновый обмен в организме человека. Она хорошо регулирует процессы пищеварения и способствует усвоению других продуктов питания. По данным Института питания Академии медицинских наук Украины, годичная норма потребления сахарной кукурузы для взрослого человека – 3,7 кг.

По химическому составу зерно сахарной кукурузы отличается от кормовой кукурузы в значительной степени. В фазе молочной спелости оно содержит в 2 раза больше жиров, в 1,5-2,0 раза больше сахара, значительно больше декстринов – до 90 %, больше полноценных белков – 45,9-65,7 % и меньше крахмала. Состав зерна сахарной кукурузы в молочной спелости (в % на сырое вещество) следующий: влажность 68-75, углеводов 18-20, в том числе сахара 3,5-6,0, азотных веществ 3-4, золы -0,5, жира до 1. Кроме того, зерно содержит витамины (мг/100 г): В1 – 0,16, В2 – 0,18, В5 – 1,97-2,25; В3, В6, инозит, холин, биотин, провитамин А. В зернах сахарной кукурузы накапливается значительное количество минеральных солей: кальция, калия, магния, железа, фосфора и др.

В зерне сахарной кукурузы содержатся почти все необходимые питательные вещества в легкоусвояемой форме. Основные из них углеводы, белок и масло. На их долю приходится до 95 % массы сухого вещества зерна. Содержание углеводов, белка и масла зависит от сортовых особенностей, климатических условий и агротехнических приемов. В молочной спелости зерно сахарной кукурузы имеет очень нежный перикарпий, что особенно ценно при консервировании. По содержанию углеводов, жиров и по калорийности консервированное зерно сахарной кукурузы превышает таковое зеленого горошка, цветной капусты и овощной фасоли. В 100 г консервов сахарной кукурузы содержится 73 калории, зеленого горошка – 44, фасоли стручковой – 19, цветной капусты, шпината-пюре -18 калорий. В отличие от других овощных культур сахарная кукуруза не накапливает нитратов. В связи с наличием на початках обвертки зерно ее наиболее чисто от воздушного загрязнения различными веществами, в том числе и радионуклидами.

По содержанию безазотистых экстрактивных веществ (крахмал, декстрин, сахара), клетчатки и минеральных веществ сахарная кукуруза мало отличается от зерна хлебных злаков.

Высокое содержание сахаров и полисахаров, а также их соотношение в зерне сахарной кукурузы в фазе технической спелости придают ему приятный вкус и нежную мягкую консистенцию. Особенности углеводного состава обусловливают не только вкусовые качества, но и морфологические особенности эндосперма зерна кукурузы. При созревании и подсыхании зерновка по всей поверхности сильно сморщивается во всех направлениях, приобретая неправильную форму и неровную поверхность. Вызревшее зерно морщинистое и стекловидное. Количество белка находится в тесной связи с морфологическими особенностями зерна. Стекловидный слой эндосперма кукурузы значительно богаче белком, чем мучнистый. В зависимости от соотношения стекловидного и мучнистого слоев в эндосперме меняется и содержание белка (14,3-17,8). Белок ее по питательной ценности значительно выше, чем кормовой кукурузы. В нем содержатся все необходимые человеку аминокислоты.

Установлено, что высокое содержание белка в зерне сахарной кукурузы обычно сопровождается значительным (3,5-7,0 %) содержанием масла. По количеству масла в зерне сахарная кукуруза превышает другие зерновые культуры. Масло в зерне распределяется неравномерно. Наибольшее количество (до 60 %) сконцентрировано в зародыше и только 0,61-0,73 % содержится в эндосперме.

Кукурузное масло состоит в основном из смеси триглицеридов. Некоторая часть его связана с клейковиной, клетчаткой и крахмалом и содержит много свободных жирных кислот, в том числе до 50% линолевой кислоты, одной из необходимых для пищевого рациона человека. Кроме того, в составе масла находится в небольшом количестве олеиновая, пальмитиновая, стеариновая и рицинолевая кислоты. Присутствие в масле различных органических кислот придает ему вкус и ароматичность.

Характерно, что зерно большинства сортов сахарной кукурузы содержит масла почти вдвое больше, чем зерно кормовых сортов кукурузы. В зерне сахарной кукурузы, особенно в фазе молочной спелости, содержится большое количество различных витаминов: у желтозерных сортов больше витамина А, у белозерных сортов содержание витамина А сводится к минимуму. Зерно кукурузы накапливает также витамины В1 (тиамин), В2 (рибофлавин), В6 (пиридоксин), РР (никотиновая кислота). Кроме того, отмечены следы витамина С. У белозерной кукурузы по сравнению с желтозерной выше содержание тиамина (В1). У желтозерной сахарной кукурузы (24,5 % сухого вещества) содержится 1,26 мг/кг тиамина, 1,25 мг/кг рибофлавина, 19,4 мг/кг ниацина.

Зерно сахарной кукурузы содержит примерно 1,3 % различных минеральных веществ, из которых преобладают фосфор и калий, значительное количество натрия, хлора и железа. Более 75 % минеральных солей сконцентрировано в зародыше кукурузы, а остальная часть – в стекловидной части эндосперма.

Консервированная сахарная кукуруза по пищевой ценности в очень незначительной степени уступает свежеотваренной. При консервировании зерна кукурузы снижается главным образом витаминозность: содержание витамина С на 15%, тиамина (витамина В1) на 65%, ниацина (витамина РР) на 18%. Не отмечено при консервировании изменения в содержании витамина В2 (рибофлавина).

Сахарная, или овощная кукуруза отличается от кормовой кукурузы, прежде всего по строению и химическому составу зерна. Зерно сахарной кукурузы морщинистое и стекловидное, что обусловлено повышенным содержанием сахара и водорастворимых полисахоридов. Размеры и окраска зерна разнообразны, но наиболее распространены желто – и белозерные сорта.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

4. 1. Изучение исходного материала

Цель исследований: Комплексная оценка гибридов и линий сахарной кукурузы с изучением основных закономерностей. Создание гибридов сахарной кукурузы, обладающих повышенной продуктивностью и устойчивых к основным болезням и вредителям.

Новизна исследований: Получение гибридов сахарной кукурузы, обладающих повышенной урожайностью при более высоких биохимических и вкусовых качествах в молочно-восковой спелости.

Проведена оценка исходного материала по основным морфологическим признакам. В коллекции сахарной кукурузы есть линии имеющие окраску зерна от типичного желтого и белого до красного и черного цветов. Разнообразие показателя по окраске зерна преимущественно в раннеспелой группе (табл. 1).

Таблица 1

Варьирование морфо-биологических признаков исходного материала сахарной кукурузы, ВНИИК 2008-2009 гг.

Окраска зерна Количество рядов Длина Количество Количество дней от всходов до зерен, шт. початка образцов, шт. цветения

Желтая 12-18 10,0-15,0 72 41-60

Оранжевая 12-20 11,0-16,0 9 44-47

Белая 12-18 10,0 18 51

Красная 14-18 10,0-15,0 7 53

Черная 12-18 11,0-16,0 4 51

Розовая 12-16 10,0-15,0 8 51

Сиреневая 12-16 9,0-14,0 5 51-55

В 2009 году была проведена оценка линейного материала сахарной кукурузы по устойчивости к основным болезням и вредителям на естественном фоне (табл. 2).

По результатам оценки можно выделить линии комплексно устойчивые к повреждению кукурузным мотыльком и поражению пузырчатой головней и стеблевыми гнилями в ультроранней группе – 5, раннеспелой – 14, среднеранней – 15, среднепоздней – 6 образцов. Среди тестеров в среднепоздней группе устойчивого материала к ряду болезней и вредителей не выявлено.

Таблица 2

Характеристика образцов сахарной кукурузы по устойчивости к болезням и вредителям, естественный инвазионный фон, 2009 год

Образцы кукурузы Группы Количество образцов,Ломкость растений Устойчивость к Стеблевые Комплексно спелости шт. ниже початка, шт. пузырчатой головне, гнили устойчивых образцов, шт. шт.

Линии Ультраранние 19 5 16 19 5

Раннеспелые 52 18 41 47 14

Среднеранние 49 22 38 45 15

Среднепоздние 17 10 12 16 6

Всего 137 55 107 127 40

Гибриды Ультраранние 3 2 3 3 2

Раннеспелые 2 1 1 2 1

Среднепоздние 3 0 2 3 0

Всего 8 3 6 8 3

4. 2. Энтомологические исследования

Сахарную кукурузу повреждает более 25 видов различных насекомых, которые значительно снижают урожай и ухудшают технологические качества зерна. Однако одним из наиболее вредоносных и опасных вредителей является кукурузный, или стеблевой мотылек.

Стеблевой мотылек – самый распространенный и опасный вредитель сахарной кукурузы, где повреждения выражены в более сильной степени. Бывают на юге страны годы почти сплошного поражения растений сахарной кукурузы гусеницами этого вредителя. В различных районах потери составляют от 6 до 25%.

Повреждения початков мотыльком разнообразны. Личинки мотылька питаются пестичными нитями, зернами, стержнем. Особенно серьезны повреждения початков сахарной кукурузы, выращенной для консервной промышленности. Установлено, что в районах с одной генерацией более сильно поражаются ранние сорта сахарной кукурузы и наиболее – поздние сорта. В районах с двумя генерациями кукурузного мотылька больше повреждаются среднепоздние и позднеспелые сорта.

Озимая совка относится к группе многоядных вредителей. Ее гусеницы внедряются в стебель кукурузы у самой поверхности почвы. При сильном повреждении посевов можно обнаружить несколько гусениц на одном растении. Первоначальными признаками поражения служат увядание и подсыхание растений. Молодые растения или всходы кукурузы, как правило, уничтожаются полностью, взрослые растения сильно угнетаются, а иногда даже погибают.

Из других вредителей наибольший вред сахарной кукурузе приносят почвенные вредители: проволочники (личинки жуков – щелкунов) и ложнопроволочники (личинки жуков – чернотелок). Они повреждают семена и молодые проростки в почве в период до появления всходов. Установлено, что в меньшей степени повреждаются этими вредителями ранние посевы сахарной кукурузы.

Шведская муха – одно из опасных и вредоносных насекомых в условиях Нечерноземной зоны России. В отдельные годы растения сахарной кукурузы повреждаются шведской мухой почти на 100%. Наиболее вредоносна личинка мухи. Она проникает внутрь растения, где для ее дальнейшего развития благоприятные условия.

Сорта сахарной кукурузы сильно различаются по устойчивости к шведской мухе. Степень поврежденя сортов шведской мухой варьирует в пределах от десятых долей балла до 3 баллов.

Степень повреждения сахарной кукурузы шведской мухой зависит и от продолжительности вегетационного периода сортов. Установлено, что значительнее повреждаются скороспелые сорта, а позднеспелые, как правило, лучше противостоят повреждениям.

Кроме перечисленных вредителей, в ряде районов России на посевах сахарной кукурузы встречается бескрылая блестящая полосатая кукурузная тля. Тля повреждает початки, рыльца пестиков, листья, обвертки, стержень, наливающиеся зерна, в результате чего наступает щуплость зерна.

На юге России серьезно вредит початки сахарной кукурузы хлопковая совка. Первое поколение развивается на сорной растительности, тыквенных. Второе и третье поколения повреждают листья, метелки и нити початков кукурузы, затем внедряются в початки и повреждают зерна.

Поврежденные початки в сильной степени поражаются фузариозом, различными плесневыми грибами и бактериями.

Растения, поврежденные хлопковой совкой, хорошо заметны по объеденным или полностью уничтоженным пестичным нитям, наличию экскрементов в початках или по крупным округлым дырам в верхних листьях. В результате повреждения уничтожается значительная часть зерен, объедание нитей приводит к недоопылению некоторых цветков и к развитию уродливых нестандартных початков. Загрязнение початков и зерен экскрементами гусениц, а также проникновение через отверстия дождевой воды приводит к усиленному развитию грибных и бактериальных заболеваний, особенно фузариоза и плесеней.

Наиболее сильно повреждаются гибриды, у которых сроки цветения початков совпадают со сроками массовой откладки совкой яиц, а также гибриды, у которых початки недостаточно плотно прикрыты листьями-обертками.

5. ВЫВОДЫ

1. Проведена оценка исходного материала по основным морфологическим признакам.

2. По результатам работы выделены образцы, устойчивые к кукурузному мотыльку.

3. Проведен мониторинг распространения вредителей кукурузы в предгорном районе Ставропольского края.

4. Использование исходного материала, устойчивого к основным болезням и вредителям позволит снизить применение химических средств защиты.

5. Создание гибридов, устойчивых к вредителям и болезням позволит получать экологически чистые продукты питания человека.