Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В отчётном году были проведены работы, заявленные в плане, в соответствии с которыми были получены все научные результаты. Проведена экспериментальная проверка гипотезы обеззараживающего действия холодной плазмы и ультразвука превалирующих видов токсигенных микромицетов, идентифицируемых на зерне пшеницы, выращенного в условиях экстремальных изменений климата в Уральском регионе. На основе анализа метаданных климатических изменений и их распространенности в 30-летнем периоде, с учетом циклонических явлений разработаны зональные климатические карты для сопряженных Челябинской и Курганской областей. Расположенные на территориях двух областей посевные площади, подверженные влиянию экстремальных погодных условий, стали ресурсной базой для формирования репрезентативной выборки образцов зерна пшеницы.. Выборка урожая 2023 - 2024гг. зерна пшеницы Triticum aestivum L. включала районированные сорта пшеницы мягкой яровой, занесенные в государственный реестр: Челяба 75; Ирень; Тризо; Омская 36; Силач; Одинцовское; Алабуга; Тобольская. В исследованиях получен массив входных данных показателей качества зерна пшеницы для определения класса. Установлено, что зерно пшеницы урожая 2023 года в 2/3 проб непригодно для продовольственных целей: от 13% до 57% массы зерна имеют признаки прорастания, влажность зерна до 21±1.5 %, вариативность по показателю «число падения» 325±2,3…45±2,1с. Определено, что выборка зерна пшеницы урожая 2024 года без признаков прорастания, влажность на уровне 12,8…13,7 %; показатель «число падения» 330±3,7…163±3,0 с; по физико-химическим показателям установлено соответствие по качеству третьему классу. Биобезопасность выборки зерна урожая 2023 г. по критерию токсичности согласуется с низкой пригодностью для пищевых и кормовых целей, превышение регламентируемого значения КОЕ/г для плесневых грибов в 10 раз. Зерно урожая 2024 г. по общей токсичности и количеству плесневые грибы на уровне приемлемых значений. Макро- и микроскопически в зерновой массе идентифицированы микромицеты рода Alternaria, Aspergillus и Fusarium spp, при оценке видового состава превалирующего рода Aspergillus в 80% результатов идентифицированы гетероталличные аскомицетовые грибы видов Aspergillus flavus, Аspergillus parasiticus. Методом MALDI TOF определено количество плесневых грибов в выборке зерна на уровне от 1,6×103 до 2,3×105 КОЕ/г. Идентифицированы виды: Alternaria alternate (скор 2.312), Fusarium spp (скор 1.959), Penicillium camemberti (скор 2.265), Aspergillus flavus (скор 1.918), Aspergillus glaucus (скор 1.827) Aspergillus parasiticus (скор 2.054) и Didumella glomerata (скор 1,773), Sarocladium strictum (скор 1,988). Согласно протоколам аккредитованной лаборатории идентифицирован высокотоксичный вторичный метаболит Fusarium spp ‒ Дезоксиниваленол (ДОН) количестве 58мкг/кг, что определяет высокие риски опасности применения данной выборки зерна для продовольственных и фуражных целей. Получение высококачественной пшеницы на фоне изменяющихся климатических условий вегетации и циклонических явлений в период уборки, и блокирование рисков опасности накопления микотоксинов сопряжено с необходимостью разработки новых технологических решений. Для этих целей апробированы нетепловые технологии обеззараживания на основе применения двух воздействий: холодной плазмы и низкочастотного ультразвука. Проведены рекогносцировочные исследования обеззараживания потоком атмосферной холодной плазмы (АХП), генерируемой за счет отрицательного коронного разряда между анодом и катодом при импульсном напряжении: разность потенциалов 8-15 кВт, частота 100 Гц, длительность импульса 1-100 мс., в двух режимах времени: 15; 30; 45 сек. и 30; 60; 90 сек. Получен массив данных, доказывающий эффективность обеззараживания при 30 секундах нахождении проб зерна под воздействием АХП: установлено снижение средних значений КМАФАнМ, КОЕ/г в 10-20 раз. Определена эффективность ультразвукового обеззараживающего действия для блокирования активности токсигенных микромицетов при разных параметрах воздействия ультразвука: 1) в условиях ультразвуковой ванны мощность 180 Вт, частота 40±1,5 кГц,; 2) при погружном воздействии мощность 700 Вт, частота 20±1,65 кГц. Для первого режима рационально воздействие 20 мин, для второго режима -30 секунд при 100% амплитуде, что обеспечивает снижение токсичности и переход в нетоксичную зону. Для идентификации мицелиальных грибов среднего инфракрасного диапазона Alternia alternata, Aspergilus parasiticus, Aspergilus niger, Aspergilus flavus, Mucor применен метод ИК Фурье-спектроскопии. Получены типичные спектры для микромицетов и разработаны карты интенсивности функциональных групп и полос растяжения для экспресс-тестирования состава микробиома зерна и маскированных форм микотоксинов. Сходство в спектрах между микромицетом и образцом зерна пшеницы подтверждает присутствие Aspergilus ssp во всех образцах зерна пшеницы, даже в высококачественном зерне. Смещение O-H-растяжения (полоса 3300 см-1), наблюдаемое в спектрах Aspergilus ssp, связано с образованием комплекса между микромицетом и компонентами зерна, возможно прогнозировать маскирование, в том числе и вторичных метаболитов. Определены риски миграции микотоксинов в продукты переработки. С применением стратегии in silico получены 3-D модели и рассчитаны силы связи в конструкциях, позволяющие осуществить прогноз образования маскированных форм микотоксина в конструкциях зерна. Определена основная конструкция Deoxynivalenol (ДОН), вторичного метаболита идентифицированного микромицета рода Fusarium spp (скор 1.959), с наиболее сильными связями (-7.9 Kcal/mol) на уровне Deoxynivalenol+α-Глиадин. В то же время молекула (1HSS) блокатора α-Амилазы погружена в массив протеина, не соприкасаясь с молекулой Deoxynivalenol (ДОН) (-6,1 Kcal/mol). Присутствие маскированных форм микотоксинов в зерновой массе и продуктах переработки определяет изменение стратегии обеззараживания для исключения трансформации функционально-технологических макронутриентов маскирующих микотоксины. В ходе реализации первого года проекта получены новые знания, используемые для раскрытия механизмов нетепловых методов воздействия при обеззараживании зернового сырья с целью снижения рисков потерь в экстремальных условиях изменения климата. Информационные ресурсы в сети Интернет (url-адреса), посвященные проекту: https://agro.gov74.ru/agro/view/news.htm?id=11597652 https://vk.com/wall-214783850_436?ysclid=m4b8et4gmd355189873 https://www.susu.ru/ru/news/2024/09/30/nasha-zadacha-reshit-problemu-obespecheniya-prodovolstvennoy-bezopasnosti-intervyu-s https://www.susu.ru/ru/news/2024/08/21/professor-prinyala-uchastie-v-delovoy-programme-vystavki-agro-2024 По результатам проекта опубликовано 6 научных статей, представлено 5 очных докладов на профильных конференциях.

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В отчётном году были проведены работы, заявленные в плане, в соответствии с которыми были получены все научные результаты. Осуществлена экспериментальная проверка гипотезы влияния в процессе обеззараживания нетепловых эффектов атмосферной холодной плазмы (АХП) и низкочастотного ультразвука (НУЗВ) на белково-углеводные и ферментативные системы зерна. В исследованиях получен массив данных результатов мониторинга качества и биобезопасности, районированных сортов пшеницы мягкой яровой (урожая 2024-2025 гг.), выращенных в экстремальных континентальных условиях изменения климата, включенных в севооборот территорий, сопряженных с Челябинской областью. Результаты оценки микологической зараженности выборки зерна при идентификации микромицетов с наибольшим скором выявили преобладание видов: Fusarium spp (скор 1.854), Aspergillus flavus (скор 1.918) и Aspergillus parasiticus (скор 2.054), вторичными метаболитами которых являются высокотоксичные регулярные микотоксины (РМТ) - Дезоксиниваленол (DON), Зеараленон (ZEN), Афлатоксин В1 и Т-2 токсин. Оценка рисков возможной миграции РМТ в эндосперм зерна и маскирование в белково-углеводный комплекс на уровне взаимодействия с пептидами осуществлялась с применением квантово-химических методов с использованием полуэмпирических методов жёсткой связи GFN2-xTB, в программном обеспечении xTB версия 6.7.1 (метод плотного связывания). На основании данных расчета сформированы последовательности по убыванию значений Total energy, Eh следующего вида: Т-2 (–95,94)> ZEN (–70,4) ˃ афлатоксин В1 (–66,91) ˃ DON (–66,64); для значений энергии связи, Eh вида: Т-2 (1,022)> ZEN (0,899) ˃ афлатоксин В1 (0, 789) ˃ DON (0,673). Степень стабильности и реакционной способности РМТ в нутритивных системах зерна оценивали методом спектрального анализа, на основе оценки ИК-спектров и сформированных карт электростатического потенциала. Массив полученных данных стал ресурсом для определения основной мишени воздействия АХП и НУЗВ в случае присутствия МРТ в клейковинном комплексе эндосперма зерна. Определены рациональные режимы воздействия АХП и НУЗВ в целях регулирования физиологических процессов в экспериментальной выборке зерна пшеницы. АХП повышает при проращивании активность α-амилазы от 525,1 до 552,6 ед./г сырой массы. Биометрические показатели побегов при воздействии НУЗВ (экспозиция 5 минут, мощность 180 Вт, вариация 50 и 100%): энергия прорастания увеличивается на 9,2 …25,9 %, способность к прорастанию на 2,3…14,4%. Получены in silico молекулярные модели токсигенных плесеней и микотоксинов с компонентами зерна эндосперма, что позволило описать каскадные эффекты в белково-протеиназном и углеводно-амилазном комплексах зерна. Установлены взаимодействия РМТ с полипептидами клейковины и рассчитана степень формирования устойчивых связей: дезоксиниваленол (DON) + α-глиадин (–7.9 ккал/моль); зеараленон (ZEN) + α-глиадин (–8.0 ккал/моль); дезоксиниваленол (DON) + глютенин (–6.4 ккал/моль); зеараленон (ZEN) + глютенин (–7.9 ккал/моль). Данные in silico устойчивых связей дезоксиниваленол (DON) + α-амилаза (–6.1 ккал/моль); зеараленон (ZEN) + α-амилаза (–7.5 ккал/моль) стали основой для детального исследования углеводно-белкового комплекса зерна пшеницы Triticum aestivum L. формируемого и преобразуемого в технология хлебобулочных изделий и растительных зерновых напитков. Проведена дифференциация рисков миграции РМТ вторичных метаболитов Fusarium spp. в частности, Зеараленона (ZEN) и вторичного метаболита Zeranol. Получены результаты исследования свойств клейковины, которые указывают на улучшение показателей: количество, % 18,4→28, 9(АХП) и 26,8 (НУЗВ); качество, ед. ИДК 65,3→70,5 (АХП)→ 72,3 (НУЗВ), СЭМ визуализирует в клейковинном комплексе уплотненную конструкцию агрегированных молекул протеинов, что коррелирует показателями качества. Для контролинга активности микромицетов и оценки состояния зерновых масс в динамике хранения был применен разработанный ресурс ‒ программный продукт компьютерного распознавания микромицетов. В текущем варианте датасета содержится 6000 изображений, распределенных по 60 классам. Получены пилотные результаты применения прототипа экспериментальной модели компьютерного зрения для прослеживания состояния зерновых масс на разных этапах хранения. В ходе реализации второго года проекта получены новые знания, используемые для раскрытия механизмов нетепловых методов воздействия при обеззараживании зернового сырья с целью снижения рисков потерь в экстремальных условиях изменения климата. Информационные ресурсы в сети Интернет (url-адреса), посвященные проекту: https://dzen.ru/a/aSg8_INjZF4ywtB- https://www.susu.ru/ru/news/2025/12/08/v-obezopasili-zernovoe-syre-dlya-sportivnoy-nutricevtiki?ysclid=mj1cjx0s3702439982 https://www.osnmedia.ru/interesnoe/uchyonye-iz-chelyabinska-sozdali-sportnapitok-umeyushhij-obhodit-doping-kontrol/?ysclid=mj1cmelm4301204072 https://dzen.ru/a/aTcCRZmXjixmoeF6?ysclid=mj1cpcj86839130339 https://www.susu.ru/ru/news/2025/11/15/chelyabinskie-uchenye-poluchayut-bioetanol-iz-vybrakovannogo-urozhaya-pshenicy susu.ru/ru/news/2025/02/07/issledovateli-prinyali-uchastie-v-mezhregionalnoy-agropromyshlennoy-konferencii-2025 По результатам проекта опубликовано 11 научных статей, представлено 5 очных докладов на профильных конференциях.