Ученые ЮУрГУ при поддержке Министерства сельского хозяйства Челябинской области разрабатывают методологию снижения рисков продовольственных потерь зерна. О холодной плазме и плесневых грибах, многомиллионном гранте российского научного фонда и новых исследованиях мы побеседовали с директором Высшей медико-биологческой школы (ВМБШ) ЮУрГУ Ириной Потороко.
– Ирина Юрьевна, последние два лета привычный мягкий климат Челябинской области экстремально меняется, что отражается на объемах и стоимости производимого хлеба. Как температурные перепады и обильные дожди сказываются на урожае пшеницы?
– Сразу отметим, что стоимость хлеба фактически не должна изменяться, потому что это социально значимый продукт. Говоря о продовольственном сырье, которое используется для производства продуктов массового потребления, особое место в наших исследованиях мы отводим зерновым культурам, которые могутбыть использованы как основное, так и дополнительное сырье в технологиях простого хлеба, хлебобулочных изделий и круп. Именно обозначенные продукты являются основой рационов питания населения.
Изначально мы думали, что прошлогодние августовские обильные дожди – исключительный случай, но летом текущего года весьма сложная погодная ситуация повторилась. Сегодня интерес общества к изменению климата является глобальным, и научное сообщество ЮУрГУ не остается в стороне. Результаты изучения климатических условий территорий Урала вызывают обоснованную тревогу – глобальное потепление охватывает все большие территории, двигаясь в северную часть планеты. А это значит, что привычные для растительности этих территорий условия вегетации нарушаются: характерная эпифитная микрофлора (та, что есть в природе, в почве, на растениях) ввиду высокого уровня влажности изменяется количественно и качественно. Как следствие, возникают риски для здоровья людей, которые потребляют продукты переработки зерновых, бобовых и других продовольственных культур, малоустойчивых к токсичным видам микрофлоры и выращенных в измененных условиях.
– Какую пищевую опасность несет проросшая в колосе пшеница?
– Вернемся к истории уборочной кампании пшеницы в полях Челябинской области в дождливом августе 2023 года, когда большинство аграрных предприятий столкнулись с негативным изменением физиологии растения. Пшеница начала прорастать в колосе, что не характерно для зерновых культур в обозначенный период. При прорастании злака в колосе из-за переувлажнения в зерне создается благоприятная среда для активации роста токсичных плесеней, накапливаются опасные вторичные метаболиты –микотоксины. Эта проблема стала архиважной как для сельскохозяйственного сектора экономики, так и для ученых. Проросшая пшеница как продовольственное сырье малопригодна для переработки в силу изменения свойств главных нутриентов (белков, углеводов); при потреблении она может оказаться опасной, потому что микотоксины способны накапливаться в организме и провоцировать в отложенном периоде серьезные проблемы со здоровьем. Наши предположения о рисках присутствия вторичных метаболитов токсигенных плесеней в сырье были подтверждены в испытательном центре аккредитованной лаборатории. В некоторых пробах идентифицированы Aspergillus flavus и Aspergillus Parasiticus, значит, при нарушении условий хранения есть риск накопления вредоносных для организма афлатоксинов.
– Совсем недавно ученые кафедры «Пищевые и биотехнологии» ЮУрГУ получили грант РНФ, который позволит найти новые способы спасения будущего хлеба на полях. Расскажите, на какие исследования потратите эти деньги?
– Снова начну с предыстории. Осенью 2023 года Министерство сельского хозяйства Челябинской области было очень встревожено зерновой ситуацией в регионе. За помощью министерство обратилось к науке, в том числе к ученым кафедры пищевых и биотехнологий ЮУрГУ. На совещании с представителями перерабатывающей индустрии мы предложили использовать наши подходы в переработке и сохранении выбракованного зерна. А поскольку любая разработка требует серьезных финансовых вложений, руководство Министерства сельского хозяйства поддержало нас в получении гранта от Российского научного фонда, с которым уже в 2024 году мы заключили соглашение и начали кропотливую работу с зерном.
Благодаря тому, что мы имели научный задел в виде наших инициативных исследований пшеницы урожая 2023 года, мы смогли обосновать целесообразность своих научных поисков в теме сохранения продовольственного ресурса стратегической важности. Грантовая поддержка наших исследований в области снижения потерь зерна направлена на решение серьезной проблемы обеспечения продовольственной безопасности.
На средства гранта мы планируем закупить оборудование для идентификации плесневых грибов в злаковых культурах и прослеживания на клеточном уровне рисков изменений внутри каждого зернышка. Все средства распределены по плану задач на ближайший год. Поскольку природа нестабильна, мы также должны оценить и динамику изменения климата, который влияет на трансформации в растениях. Этим исследованием в рамках гранта уже сейчас занимаются сотрудники научного коллектива кафедры.
– Уже можно говорить о динамике качественного изменения зернового урожая в регионе, сравнивая 2023 и 2024 годы?
– Мы получили прошлогодние проросшие образцы зерна с полей региона и храним их в условиях, приближенных к условиям специализированных хранилищ. Наша задача – установить вероятность проявления рисков микоинтоксикации в периоде хранения, возможность ее возникновения при стабильном уровне влажности. Сопоставляя с тем, какими эти образцы были в августе прошлого года, мы понимаем, что добились стабильности показателей.
Уже в течение года мы наблюдаем за любыми изменениями внутреннего содержимого этой зерновой массы, в том числе за ее микрофлорой после обработки холодноплазменным полем. Новые результаты исследования партий зерна 2024 года из тех же самых районов произрастания позволят оценить динамику миграции токсичных метаболитов.
– Научный коллектив ВМБШ второй год занимается решением проблемы выбракованной пшеницы. Какие способы сохранения поврежденного сырья вы предлагаете?
– Мы разрабатываем методологию снижения рисков продовольственных потерь зерна, полученного в экстремальных условиях, либо при других отклонениях его качества. Стремимся сохранить продовольственный ресурс зерновых независимо от условий его получения.
Если мы говорим о сохранении технологической пригодности испорченной от переувлажнения пшеницы, то ее необходимо обезопасить – купировать токсические риски, причем делать это щадящими, но эффективными методами. Сейчас мы тестируем способ обеззараживания проросшего зерна от микотоксинов при помощи нетепловых эффектов – мы используем метод холодноплазменной обработки, то есть помещаем пораженное сырье в поле низкоионизированного газа, который результативно помогает инактивировать токсигенные плесени.
С культурами, которые получены в сложных и экстремальных климатических условиях, нужно особенно бережно и аккуратно обращаться. Поэтому наша научная команда сейчас ищет эффективные методы снятия запретов на переработку и минимизации убытков для агропромышленного комплекса.
– Какими промежуточными результатами в вашем научном поиске вы уже можете поделиться?
– За первый год работы путем большого количества исследований мы определили рациональный режим обработки поврежденного зерна холодной плазмой. Однако мы поняли, что установленный режим обработки, полученный в лабораторных условиях, пока малоприемлем для аграриев из-за большой длительности процедуры. Холодная плазма обеззараживает зерно очень мягко, не повреждая его структуру и сохраняя его природную пользу, но процесс этот в промышленных масштабах протекает очень медленно. Сложность еще и в том, что разновидностей токсигенных плесеней в зерне достаточно много, для купирования каждой из них необходимо подбирать индивидуальный режим с определенной интенсивностью обработки. Поэтому разработка методологии и протокола обработки обеспечит минимизацию ресурсных затрат при сохранении эффекта обработки сырья, чем мы сейчас активно и занимаемся. В течение трех лет реализации гранта мы намерены соединить фундаментальные научные знания с тем нашим будущим «продуктом», который станет практическим предложением для агропромышленного комплекса региона.