Более чем в 6 раз увеличилось содержание селена в клубнях топинамбура после обработки коллоидным нанораствором, полученным в Институте металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН (ИМЕТ РАН).

Селен входит в состав более 30 жизненно важных биологически активных соединений человеческого организма, участвует в регуляции обмена веществ, в окислительно-восстановительных процессах. Селен необходим для нормального функционирования иммунной системы, задействован в механизмах противодействия вирусным инфекциям, включая ВИЧ, применяется как мощное противораковое средство, в том числе и для профилактики рака.

Формула пищи XXI века предусматривает использование в рационе питания функциональных пищевых продуктов, обогащенных необходимыми микроэлементами, к числу которых относится селен.

Для получения обогащенных селеном функциональных продуктов питания представляется перспективным насыщать им растительное сырье. Однако селен в воде не растворяется, что затрудняет приготовление его растворов. Поэтому одним из перспективных направлений выглядит разработка коллоидных растворов с использованием наноразмерных форм селена. В отличие от применяемых в настоящее время солей селена коллоидный селен менее токсичен и хорошо усваивается организмом.

Фото 1. «Подкормка» растений нанопорошками оказывает на них заметное влияние. Невооруженным глазом видна разница между контрольными растениями и теми, что выращивались с использованием комплексного коллоидного раствора, включающего в себя такие элементы как железо, кальций, фосфор, цинк, медь, марганец, серебро.

«Об использовании нанопорошков различных веществ в сельском хозяйстве еще в середине 1980-х годов задумался один из основоположников этого направления, ведущий научный сотрудник лаборатории № 24 ИМЕТ РАН, доктор технических наук Гундар Эдуардович Фолманис, принимавший участие и в этой работе, – говорит Михаил Федотов, один из соавторов исследования. – К примеру, выяснилось, что обработка зерна нанопорошком оксида железа в количестве всего нескольких грамм на тонну увеличивает урожайность ряда сельхозкультур на 10–30 %, а также улучшает устойчивость растений при воздействии неблагоприятных условий окружающей среды, например, засухи. С тех пор исследования в этой области продолжали развиваться в институте».

Специалисты ИМЕТ РАН сравнили три способа получения коллоидного раствора селена: лазерной абляцией, ультразвуковым и механическим диспергированием (дроблением).

Фото 2. Установка с импульсным твердотельным лазером для получения наноселена методом лазерной абляции.

«Лазерная абляция является, быть может, не самым производительным способом получения коллоидного раствора наночастиц, но основное ее преимущество состоит в чистоте получаемого раствора, – говорит Михаил Федотов. – В воду помещается твердая мишень нужного вещества высокой чистоты, и лазерный луч это вещество испаряет прямо в жидкости, образуя наночастицы. Нет никаких вредных примесей».

Фото 3. Коллоидный раствор селена.

Средний размер частиц селена в коллоидном растворе, полученном способом лазерной абляции, составлял 50 нм. Устойчивость этих растворов изучалась несколько лет. В течение длительного времени (более пяти лет) концентрация растворов не менялась, что говорит о том, что метод лазерной абляции подходит для изготовления устойчивых во времени водных растворов наноразмерного селена.

Ценным сырьем для приготовления компонентов функциональных пищевых продуктов питания представляется топинамбур, поскольку имеет в своем составе большой спектр микроэлементов. Кроме того, топинамбур является природным аккумулятором селена, поэтому даже однократная обработка позволила повысить содержание данного элемента в различных частях растения.

«Обработка происходит методом опрыскивания листьев коллоидным раствором, содержащим наночастицы селена, – рассказывает Михаил Федотов. – Используется не корневая подкормка, а именно обработка по листу. Дело в том, что при корневой подкормке требуется существенно большие объемы раствора, потому что часть его уходит в почву. А здесь прямая обработка: всасывается то, что попадает на лист. Это наиболее эффективный способ».

Фото 4. Клубни топинамбура.

В листьях топинамбура сорта «Скороспелка» содержится 0,75 мг селена на 1 кг сухого образца, а после обработки коллоидным раствором содержание этого вещества в листьях повысилось до 3,6 мг/кг. Содержание селена в клубнях, которые, собственно, и идут в пищу, повысилось с 0,1 мг селена на 1 кг сухого образца до 0,62 мг/кг после обработки. Таким образом, можно говорить о разработке эффективных методов введения растворов наноселена в растительное сырье и создании принципиально нового способа обогащения функциональных продуктов питания наноразмерным селеном.

Подробнее см. в статье «Обогащение наноразмерным селеном сырья функциональных продуктов питания», Н. А. Андреева, В. А. Волчёнкова, Е. К. Казенас, Т. Н. Пенкина, А. А. Фомина, О. Н. Фомина, А. А. Алпатов, Г. Э. Фолманис, М. А. Федотов, «Журнал физической химии», 2022, т. 96, № 6, стр. 769-776.

Подготовил Леонид Ситник. Редакция сайта РАН