Семена подсолнечника и масло, имеющее высокое содержание стеариновой кислоты - RU2147407C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к сменам подсолнечника, содержащим масло, имеющее по сравнению с растениями немутантных типов повышенное содержание стеариновой кислоты между 10 мас.% и 35 мас.% относительно общего количества жирных кислот в масле. Изобретение относится также к семенам подсолнечника, имеющим содержание стеариновой кислоты вплоть до 54 мас.% или более. Изобретение относится также к подсолнечному маслу, экстрагируемому из предлагаемых семян, растениям подсолнечника, выращенным из этих семян, способам получения семян и масла, а также применению масла в различных продуктах, и продуктам, содержащим это масло.

Подсолнечник обычно культивируют для получения масла, которое имеет насыщенные жирные кислоты (пальмитиновую и стеариновую) и ненасыщенные жирные кислоты (олеиновую и линолевую). Содержание стеариновой кислоты всегда менее 10% (Gustone, F.D. et al., "The Jipid handbook", Chapman and Hall 1986), обычно между 3% и 7%. Что касается ненасыщенных жирных кислот, то имеется два различных рода семян подсолнечника: обычный подсолнечник, который имеет содержание линолевой кислоты между 50% и 70% (Knowles, P.F" Recent advances in oil crops breeding", A.O.C.S Proceedings 1988), и подсолнечник с высоким содержанием олеиновой кислоты, который содержит 2-10% линолевой кислоты и 75-90% олеиновой кислоты ((Soldatov, K.J. "Chemical mutagenesis in sunflower breeding", Jnt. Proc 7 th. Intern Sunflower Conference, 352-357, 1876). Имеется также линия подсолнечника, имеющая высокое содержание пальмитиновой кислоты, между 22% и 40% (R.Ivanov et al.", Sunflower Breeding for High Palmitic Acid Content in the Oil; Proc of 12 th Intern Sunflower Conference, vol 11, 453-465, 1988), и другая линия с низким содержанием насыщенных жирных кислот (6% или меньше) (Европейский патент A-495504).

В таблице 1 приводится состав жирных кислот некоторых известных сортов (разновидностей) подсолнечных масел.

Содержание насыщенных жирных кислот масла непосредственно связано с его физическими и химическими характеристиками. В случае, когда это содержание достаточно высокое, масло может быть твердым при комнатной температуре подобно некоторым животным жирам. Обычное подсолнечное масло всегда жидкое в этих условиях.

В пищевой промышленности, подобной получению кондитерских изделий или маргарина, обычно применяют животные жиры или гидрогенизированные растительные жиры вследствие того, что требуется твердый или полутвердый продукт. При помощи гидрогенизации ненасыщенные жирные кислоты превращают в насыщенные жирные кислоты. Животные жиры, а также гидрогенизированные жиры не очень рекомендуемы с питательной точки зрения (Chow, C.K. "Fatty acids foot and their health implications", Dekker, N.Y., 1992). Животные жиры имеют относительно высокое содержание холестерина. Слишком много холестерина в пищевом рационе может быть вредным для здоровья. Поэтому в последние годы животные жиры заменяют на гидрогенизированные растительные жиры, которые не содержат холестерин.

Однако в случае этих гидрогенизированных жиров существует другая проблема, возникающая из-за способа гидрогенизации. В этом способе имеют место изомеризация положения (перемещение двойных связей) и стереохимические превращения (образование "транс" изомеров). Эти изомеры образуются в количестве вплоть до 30-50% от общего количества жирных кислот. Эти изомеры не очень полезны с питательной точки зрения (Wood, R., "Biological effects of geometrical and positional isomers of monounsaturated fatty acids in human", Dekker, NY (1990); Willet, W.C.and ASC herio, A., "Trans Fatty Acids: Are The Effects Only Marginal? ", American Journal of Public Health, vol. 84, 5 (1999)).

Следовательно, применение гидрогенизированных жиров в пищевой промышленности следует избегать.

Подсолнечное масло имеет желаемое содержание ненасыщенных жирных кислот. Для применения в пищевой промышленности, однако, содержание стеариновой кислоты масла должно быть выше, чем в обычном подсолнечном масле (Norris, M.E., "Oil substitutions in food formulations", Inform 1. 388-392 (1990)), чтобы получить более твердый продукт.

Таким образом, целью данного изобретения является предположение нового натурального растительного масла, экстрагированного из мутированных семян, масла, имеющего более высокое содержание стеариновой кислоты по сравнению с маслом, полученным из семян немутантных типов.

Данное изобретение поэтому предлагает семена подсолнечника, содержащего подсолнечное масло, имеющее повышенное содержание стеариновой кислоты по сравнению с семенами немутантных типов, получаемые путем обработки родительских семян мутагенным фактором в течение периода времени и в концентрации, достаточных для индуцирования одной или нескольких мутаций в генетическом признаке, участвующем в биосинтезе стеариновой кислоты, приводящем к повышенному продуцированию стеариновой кислоты, проращивания обработанных семян и культивирования из них растений потомства, сбор и анализ семян потомства, отбор семян, которые приобрели желаемый генетический признак, и возможно повторения цикла проращивания, культивирования и сбора семян.

Предпочтительно семена подсолнечника в соответствии с данным изобретением содержат масло, имеющее содержание стеариновой кислоты между 19.1 и 35 мас.% относительно общего количества жирных кислот в масле, их можно получить обработкой родительских семян в течение 2 часов при комнатной температуре алкилирующим агентом, например раствором 70 мМ этилметансульфоната в воде.

В другом примере осуществления изобретения семена содержат масло, имеющее содержание стеариновой кислоты между 10 и 19 мас.% относительно общего количества жирных кислот в масле, их можно получить обработкой родительских семян раствором 2 мМ азида натрия в воде в течение 2 час при комнатной температуре.

Семена подсолнечника, идентифицированные как "CAS-3", имеющие среднее содержание стеариновой кислоты 25 мас. % относительно общего количества жирных кислот в масле, депонировали 14 декабря 1994 в Американской коллекции типовых культур, 12401 Parklawn Drive, Rockville, Md 20852, США, под номером депонирования АТСС 75968. Семена подсолнечника, идентифицированные как "CAS-4", имеющие среднее содержание стеариновой кислоты 15,4 мас.% относительно общего количества жирных кислот в масле, депонировали в тот же день в том же институте под номером АТСС 75969.

Семена, имеющие даже более высокое содержание стеариновой кислоты, между 29 и 54 мас.% относительно общего количества жирных кислот в масле, можно получить в соответствии с данным изобретением путем скрещивания подсолнечников, происходящих из семян, имеющих содержание стеариновой кислоты между 19,1 и 35 мас.%, с подсолнечниками, происходящими из семян, имеющих содержание стеариновой кислоты между 10 и 19 мас.%, и сбора семян.

Изобретение относится также к подсолнечному маслу, имеющему содержание стеариновой кислоты между 10 и 54 мас.%, предпочтительно между 10 и 35 мас. %, относительно общего количества жирных кислот в масле, которое можно получить экстракцией семян подсолнечника данного изобретения. Подсолнечное масло, имеющее содержание стеариновой кислоты 15,4 мас.% относительно общего количества жирных кислот в масле, можно получить экстракцией предлагаемых семян подсолнечника, имеющих номер депонирования АТСС 75968. Подсолнечное масло, имеющее содержание стеариновой кислоты 25 мас.% относительно общего количества жирных кислот в масле, можно получить экстракцией семян подсолнечника, имеющих номер депонирования АТСС 75968.

Подсолнечное масло изобретения предпочтительно имеет содержание пальмитиновой кислоты между 3 и 40 мас.%, содержание олеиновой кислоты между 3 и 85 мас.% и содержание линолевой кислоты между 2 и 84 мас.%, где все проценты приводятся относительно общего количества жирных кислот в масле. Такие типы масла можно получить из семян, полученных путем скрещивания семян с высоким содержанием стеариновой кислоты данного изобретения с семенами, имеющими желаемое содержание одной или нескольких ненасыщенных и/или насыщенных жирных кислот. Таким образом, изготовленные по особому заказу семена и полученное из них масло по особому заказу можно получить приготовлением мутантов в соответствии с изобретением и применять их далее в обычной практике улучшения растений путем скрещивания их с другими известными или еще неизвестным мутантными или немутантными типами растений.

Данное изобретение относится также к способу получения семян подсолнечника, имеющих повышенное содержание стеариновой кислоты по сравнению с семенами немутантных типов подсолнечника, путем обработки родительских семян мутагенным фактором в течение периода времени и в концентрации, достаточных для индуцирования одной или нескольких мутаций в генетическом признаке, участвующем в биосинтезе стеариновой кислоты, приводящем к повышенному продуцированию стеариновой кислоты, проращивания обработанных семян и культивирования из них растений потомства, сбора и анализа семян потомства, отбор семян, которые приобрели желаемый генетический признак, и возможно повторения цикла проращивания, культивирования и сбора семян.

На практике этот способ предусматривает мутагенез семян подсолнечника под действием пригодного мутагенного фактора. Мутагенез будет продуцировать наследуемые генетические изменения в ДНК семян. В соответствии с изобретением было возможно после нескольких различных обработок отобрать некоторые обработки, которые продуцируют большое число генетических модификаций в генах, которые регулируют биосинтез жирных кислот в семенах. Эти обработки предусматривают применение азида натрия или алкилирующего агента, подобного этилметансульфонату. Конечно, можно также применять любой другой мутагенный фактор, обладающий такими же или подобными действиями.

Затем следующую генерацию семян анализировали при помощи новой методики, описанной в Garces, R and Mancha, М "One-Step Jipid extraction and fatty acid metyl esters preparation from fresh plant tissue", Analytical Biochemistry 211: 139-143, 1933. Она позволяет выявить семена с модификациями в составе любой жирной кислоты. Отобранные семена, показывающие желаемое высокое содержание стеариновой кислоты, культивировали до пятой генерации, показывающей, что этот новый генетический признак наследуемый и стабильный и не зависит от условий выращивания растений.

В способе данного изобретения родительские семена например обрабатывают в течение 2 ч при комнатной температуре раствором 70 мМ этилметансульфоната в воде или в течение 2 ч при комнатной температуре раствором 2 мМ азида натрия в воде.

В другом примере осуществления способ изобретения после стадии мутации и селекции могут следовать обычные способы улучшения растений, чтобы таким образом получить семена, имеющие, например, даже более высокое содержание стеариновой кислоты, вплоть до 54 мас.% или более, или семена, имеющие желаемое содержание одной или нескольких других жирных кислот. Еще в одном примере осуществления изобретения семена данного изобретения можно подвергать одной или нескольким дальнейшим мутационным обработкам.

Подсолнечное масло, имеющее содержание стеариновой кислоты между 10 и 35 мас. % относительно общего количества жирных кислот в масле, можно получить экстракцией из семян подсолнечника данного изобретения любым способом, известным специалистам данной области. Такие способы экстракции хорошо известны и описываются, например, в "Bailey's industrial oil and fat products", vol. 2. Chapter 3; Lth. Edition, John Wiley and Sons, New York (1982).

Изобретение относится также к растениям подсолнечника, полученным из семян в соответствии с данным изобретением. Так, например, эти семена можно применять для получения родительских линий, которые имеют высокое содержание стеариновой кислоты в их маслах. Изобретение относится также к растениям, происходящим из семян, полученных после скрещивания мутантов данного изобретения друг с другом или с другими семенами, имеющими желаемый фенотип. Семена можно культивировать обычным путем на почве или любом другом субстрате. Выращивание модифицированных растений не требует какого-либо дополнительного мероприятия по сравнению с выращиванием обычных семян подсолнечника.

Данные растения подсолнечника можно применять в программах селекции для совершенствования линий или гибридов подсолнечника, эти программы предназначены для получения свободно опыляемых или гибридных сортов, удовлетворяющих требованиям агротехнической практики, относящиеся к урожайности, устойчивости к болезням и другим агрономически важным свойствам, в основных зонах выращивания подсолнечника в мире. Семена, полученные по этим программам, можно применять для выращивания коммерческих культур подсолнечника.

Данное изобретение относится также к применению предлагаемого подсолнечного масла в пищевой промышленности. Натуральное растительное масло, которое экстрагируют из мутагенизированных семян подсолнечника, имеет высокое содержание стеариновой кислоты между 10 и 35%, или в случае скрещенных семян даже вплоть до 54% или выше. Это позволяет применять масло из этих разновидностей семян как таковое. Однако, в зависимости от требований применения возможно также применение комбинаций масла данного изобретения с маслом из известных семян подсолнечника с высоким содержанием олеиновой кислоты или высоким содержанием пальмитиновой кислоты для получения пищевых жиров или смесей жиров, подобных маргарину, растительным молочным продуктам или для получения кондитерских изделий или выпечки. Преимущество этих масел в том, что они не содержат искусственно образованные изомеры жирных кислот, подобные транс-изомерам, найденные в гидрогенизированных маслах, и, конечно, не содержат холестерин, который присутствует в животных жирах.

Данное изобретение далее относится к продуктам, изготовленным с применением данного масла, например маргарину, растительным молочным продуктам, кондитерским изделиям или выпечке. Это масло может просто заменять масла или жиры, обычно применяемые в этих типах продуктов. В пределах значения специалиста в данной области находится возможность определения, как применять данное масло без проведения любой изобретательской работы.

Данное изобретение будет далее иллюстрироваться при помощи следующих примеров, которые приводятся с целью только иллюстрации и никоим образом не предназначены для ограничения объема изобретения.

Примеры
Материалы и способы
В примерах 1 и 2 в качестве мутагенных факторов применяли азид натрия и этилметансульфонат соответственно. Получали несколько линий подсолнечника с высоким содержанием стеариновой кислоты между 10 и 35%. Во всех этих случаях применяемой первоначальной родительской линией подсолнечника была линия RDF-1-532 (Sunflower collection of Instituto de Agricultura Sostenible, CSIC, Cordova, Spain), которая имела содержание стеариновой кислоты в масле семян от 4 до 7%. Получение линий CAS-3 и CAS-4 и линии CAS-3х4, образованной после скрещивания CAS-3 с CAS-4, описывается в следующих примерах.

Пример 1. Семена мутагенизировали раствором 70 мМ этилметансульфоната (ЭМС) в воде. Обработку проводили при комнатной температуре в течение 2 ч при встряхивании (60 об/мин). После проведения мутагенеза раствор ЭМС выгружали и семена промывали в течение 16 ч водопроводной водой.

Обработанные семена проращивали на поле и растения были самоопыляемыми. Семена, собранные у этих растений, применяли для отбора новых линий подсолнечника с модификациями в составе жирных кислот. Состав жирных кислот семян определяли газожидкостной хроматографией при помощи методики Garcts, R.and Manha, M. (смотри выше) после превращения жирных кислот в их соответствующие метиловые эфиры.

Было отобрано первое растение с содержанием стеариновой кислоты в масле 9-17%. Потомство культивировали в течение пяти генераций, у которых повышалось содержание стеариновой кислоты и новый генетический признак становился стабильно закрепленный в генетическом материале семян. Эту линию обозначают CAS-3. Отобранную пробу этой линии анализировали, получив содержание стеариновой кислоты в ней 26% (таблицы 2). Минимальное и максимальное содержание стеариновой кислоты в линии были 19 и 35% соответственно. Содержание стеариновой кислоты масла, экстрагированного из семян этой клеточной линии, может, таким образом, находится между 19 и 35%.

Пример 2. Семена подсолнечника мутагенизировали азидом натрия при концентрации его в воде 2 мМ. Обработку приводили при комнатной температуре в течение двух часов при встряхивании (60 об/мин). Затем раствор мутагенеза выгружали и семена промывали в течение 16 ч водопроводной водой.

Семена выращивали в поле и растения были самоопыляемыми. Семена этих растений собирали и содержание жирных кислот в них определяли газожидкостной хроматографией после превращения жирных кислот в их соответствующие метиловые эфиры с применением методики, описанной в примере 1.

Семена растения, имеющие около 10% стеариновой кислоты в масле, отбирали и культивировали в течение пяти генераций. Во время этой процедуры содержание стеариновой кислоты повышалось и новый генетический признак закреплялся. Эту линию обозначают CAS-4. Отработанную пробу этой линии анализировали, получая содержание стеариновой кислоты в ней 16,1%. Минимальная и максимальная величины были 12 и 19% соответственно (таблица 2).

Пример 3. Растения подсолнечника выращивали из семян подсолнечника CAS-3 и CAS-4. Полученные таким образом растения опыляли искусственно, чтобы быть уверенными, что имело место только скрещивание CAS-3 с CAS-4, а не самоопыление мутантных растений.

Из полученных таким образом семян выращивали растения и определяли содержание стеариновой кислоты потомства, как описано в примерах 1 и 2. Гибрид CAS-3х4 имел содержание стеариновой кислоты более 35 мас.%. По-видимому, скрещивание мутантов будет давать гибриды даже с более высоким содержанием стеариновой кислоты.

В соответствии с данным изобретением растения подсолнечника и семена, из которых это масло можно экстрагировать, получены при помощи биотехнологического способа. Это высокое содержание стеариновой кислоты является наследуемым признаком и не зависит от условий культивирования.

Реферат

Изобретение может быть использовано в пищевой промышленности. Подсолнечное масло с повышенным содержанием стеариновой кислоты (10 - 54 мас.%) экстрагируют из семян, собираемых из растений, выращенных из семенного материала, обработанного химическим мутагеном. Применение подсолнечного масла с повышенным содержанием стеариновой кислоты позволяет избежать его гидрогенизации при изготовлении пищевых продуктов. 6 с. и 12 з. п. ф-лы, 2 табл.

Формула