Показатель содержания воды в зерне и его зависимость от условий выращивания и генотипа ячменя

5. Шаяхметов И.Ф. Биологическая активность метаболитов из культурального фильтрата Cochliobolus sat^vus и Fusar^um oxysporum в связи с клеточной селекцией злаковых на устойчивость к фитопатогенам // Микология и фитопатология. - 2001. - Т. 35. - Вып. 6. - С. 66-71.

6. Биологический контроль сибирских штаммов грибов рода Fusarium в лабораторных и полевых условиях / А.Г. Савицкая [и др.] // Вестник КрасГАУ. - 2011. - № 11. - С. 97-102.

УДК 633.14: 631.52 А.В. Сумина, В.И. Полонский

ПОКАЗАТЕЛЬ СОДЕРЖАНИЯ ВОДЫ В ЗЕРНЕ И ЕГО ЗАВИСИМОСТЬ ОТ УСЛОВИЙ ВЫРАЩИВАНИЯ

И ГЕНОТИПА ЯЧМЕНЯ

На 24 образцах ярового пленчатого ячменя сибирской селекции, выращенных в трех географических районах, изучали влияние агроклиматических условий вегетационного периода и генотипа на содержание воды в зерне.

Ключевые слова: зерно, ячмень, содержание воды, бета-глюканы, генотип, географические условия.

A.V. Sumina, V.I. Polonskiy GRAIN WATER CONTENT INDEX AND ITS DEPENDENCE ON CULTIVATION CONDITIONS AND BARLEY GENOTYPE

On 24 samples of the Siberian selection spring scaiious barley grown in three geographical areas, the influence of the vegetative period agroclimatic conditions and genotype on the content of water in grain is studied.

Key words: grain, barley, water content, genotype, beta-glucans, genotype, geographical conditions.

На сегодняшний день зерно ячменя используется главным образом в качестве корма для животных и как материал для производства пива и виски. К сожалению, незначительна роль этой культуры как пищевого продукта для человека. А вместе с тем известно, что его зерно содержит незаменимые аминокислоты, витамины, минералы и растворимые волокна, такие как бета-глюканы. Употребление последних в пищу улучшает работу кишечника и снижает риск сердечно-сосудистых заболеваний, диабета и гипертонии [1-3].

Одним из основных показателей качества при использовании ячменя в пищевых целях является содержание воды в зерне. В зависимости от стойкости зерна при хранении и возможности его переработки в государственных стандартах на зерно установлены четыре состояния по влажности. Для пшеницы, ржи и ячменя они характеризуются следующим содержанием влаги: до 14% (включительно) - сухое, от 14 до 15,5 % - средней сухости, от 15,5 до 17% - влажное, более 17% - сырое [4]. Узкие пределы градации этих состояний вытекают из форм связи влаги с зерном. Вода в сухом зерне прочно связана с гидрофильными коллоидами, лишена подвижности и не принимает участия в обмене веществ. В связи с этим все процессы жизнедеятельности в зерне снижены, нет условий и для развития микроорганизмов.

Прежде всего, показатель воды в зерне интересен с точки зрения ценности зерна. А именно, что в этом продукте человек ценит сухое вещество, а не воду. Кроме влияния на пищевое достоинство зерна, содержание влаги определяет возможность его сохранности и переработки. Так, при влажности 16% и более зерно плющится и увеличивается расход энергии на его помол.

Оптимальное содержание влаги в зерне достигается в процессе сушки. Вместе с тем высокая температура этого процесса может повлиять на физические, химические и функциональные свойства зерна. В экспериментах, выполненных бразильскими учеными по изучению влияния температуры сушки на качество зерна овса [5], было установлено, что оптимальная температура этого процесса не должна превышать 25оС.

Все исследуемые образцы подвергались сушке при температуре 25, 50,75 и 100оС до значений влажности зерна 13%. Было показано, что в интервале выше 25оС происходит нарушение структуры молекул бета-глюканов, что ведет к снижению способности зерна удерживать влагу. Наряду с этим, некоторые исследователи утверждают об отсутствии зависимости содержания бета-глюканов от влажности зерна. Так, в лабораторных условиях были проведены опыты с образцами ячменя при влажности 10, 12, 14 %, зерна которых размалывались, после чего анализировались по различным показателям, в том числе и бета-глюканам. В ходе исследований достоверной зависимости не было обнаружено [6].

Вместе с тем некоторые авторы отмечают, что невысокое содержание воды наблюдается в зерне ячменя, имеющего пониженную концентрацию крахмала и повышенную долю сухого вещества. Это, по их мнению, происходит благодаря сниженной способности клеточных стенок эндосперма связывать воду по сравнению с кристаллическими структурами крахмала, находящимися в амилопластах [7].

Цель исследований. Определение содержания воды в различных образцах зерна пленчатого ярового ячменя и изучение влияния на этот показатель генотипа и экологических условий выращивания растений.

Материалы и методы исследований. В качестве объекта исследования использовались сорта и селекционные линии сибирской селекции ярового пленчатого ячменя (Hordeum vulgare L.). Ячмень выращивали в 2008-2011 годах по паровому предшественнику в Емельяновском районе Красноярского края (ОПХ Минино), а также в 2010-2011 гг. на территории Бейского и Алтайского районов (Республика Хакасия). В работе использовали 24 образца ячменя, которые были любезно предоставлены сотрудниками лаборатории селекции серых хлебов КНИИСХ СО РАСХН. Показатели влажности зерна всех образцов выравнивались в результате выдерживания их в помещении лаборатории при 20±2о С в течение нескольких месяцев в зимний период. Анализы влажности зерна [8] выполнены в ФГУ ГС АС «Хакасская» (Абакан).

Статистическая обработка результатов была произведена с помощью программы обработки данных полевого опыта Field Expert vl.3 Pro [9] и Microsoft Excel 2003.

Метеорологические условия в вышеуказанных географических точках различались по обеспеченности осадками и режимам среднесуточных температур. Так, в 2010 году в Емельяновском районе период закладки колоса (июнь) характеризовался температурным режимом выше среднемноголетних значений и недостаточным увлажнением (- 15,9 мм). В июле наблюдалась обратная картина: температура ниже нормы и избыточное количество осадков (+ 48,3). В период налива зерна (август) можно отметить, что температурный режим находился в пределах нормы, при недостаточном увлажнении (- 16,8). Схожая ситуация в этот год исследования наблюдалась и в других пунктах исследования. Так, дефицит влаги в июне для Алтайского района составил - 13,3 мм. А в августе при оптимальном температурном режиме недостаток этого показателя для Алтайского района составил -34,6 мм, Бейского - 22,6 мм.

В 2011 году наблюдалась схожая ситуация в Емельяновском и Бейском районах: недостаток осадков в июне составил - 6,6 мм и - 25,9 мм соответственно, а в августе эти значения соответствовали значениям: -16,8 мм и -22 мм. В Алтайском районе в указанный период можно отметить превышение среднемноголетних значений увлажнения (июнь: +28,4 мм; август: +5,6 мм) при оптимальных показателях температуры.

Почвенные условия Емельяновского района представлены обыкновенным маломощным и среднемощным черноземами с проявлением эрозионных процессов. По гранулометрическому составу тяжелосуглинистые. Содержание гумуса 4,2%, реакция почвенного раствора рН - 6,2. Для участка в Алтайском районе характерны обыкновенные черноземы с низким содержанием гумуса - 2,6% и нейтральной рН - 7,1. Почва в Бейском районе - обыкновенный чернозем, содержание гумуса 3,8%, рН близко к нейтральной - 7,3.

Результаты исследований и их обсуждение. Значение содержания воды в зерне исследуемых образцов ячменя за период 2008-2011 гг. представлены в таблице 1. Можно видеть, что амплитуда колебания значений содержания воды по годам превышает аналогичный показатель по генотипу. Это указывает на зависимость рассматриваемого показателя от климатических условий выращивания. Следуя утверждению, что содержание воды в зерне обратно пропорционально количеству полезных веществ (углеводы, белки) в нем, в каждый год исследования из общего количества образцов были выделены по 5 образцов, имеющих минимальное значение этого параметра, что косвенно указывает на питательную ценность зерна.

Таблица 1

Содержание воды в зерне различных образцов ячменя в зависимости от года выращивания

в условиях ОПХ «Минино»

Образец Содержание воды, % Амплитуда колебания признака по годам Коэффициент вариации по годам, %

2008 2009 2010 2011

А 5552 - 9,7 8,1 8,1 1,6 8,2

А 5554 - 9,3 9,1 8,4 0,9 4,0

Ача - 9,5 8,8 8,6 0,9 4,0

Бархатный 10,4 9,1 9,2 7,8 2,6 7,4

Буян - 9,1 8,7 8,3 0,8 3,1

Витим 9,4 8,6 9,2 8,8 0,8 3,3

Г 18619 9,4 9,8 9,1 8,3 1,5 4,9

Г 19589 10,5 9,3 8,5 7,9 2,6 9,4

Г 19921* 10,1 9,6 8,8 8,3 1,8 7,1

Г 20487 9,7 9,7 8,7 - 1,0 4,7

Г 20752 10,4 7,5 8,8 8,4 2,9 9,4

Дыгын 10,4 9,2 8,7 8,7 1,7 6,2

Км 564 10,5 9,6 8,9 8,4 2,1 7,5

Красноярский 80 10,1 9,2 8,8 - 1,3 5,2

Медикум 4771 10,5 9,5 8,6 8,3 2,2 8,4

Нутанс 4765 - 8,5 8,7 7,6 1,1 5,4

Омский 96 10,4 9,4 8,8 7,7 2,7 9,1

Паллидум 4727 10,0 9,8 8,6 7,8 2,2 9,4

Паллидум 4759 10,3 9,8 8,6 8,7 1,7 7,5

Партнер - 9,2 8,8 8,1 1,1 4,6

Рикотензе 4783 10,2 9,6 8,1 8,2 2,1 9,7

Симон 10,0 9,4 8,8 9,0 1,2 4,3

Соболек - 9,6 8,0 8,4 1,6 7,2

СП 44 - 9,6 8,6 7,9 1,7 6,9

Среднее 10,2±0,1 9,3±0,1 8,7±0,1 8,2±0,1 1,7±0,1 а** 6,5±1,2 а

Амплитуда колебания признака у генотипов, % 1,1 2,3 1,2 1,2 1,4±0,3 а -

Коэффициент вариации у генотипов, % 3,6 5,5 3,6 4,6 - 4,3±0,5 а

Примечание.*Полужирным выделено по 5 образцов с минимальным значением содержания воды за каждый

год. ** Значения средних в колонках с разными буквами различаются существенно при Р<0,05.

Можно отметить, что в каждый год исследования в эту группу были включены различные сорта и линии ячменя, исключение составили следующие образцы: Витим, имеющий минимальное значение влажности в 2008 и 2009 годах, Бархатный и Нутанс 4765 - в 2009 и 2011 гг., Г 19589 в 2010-2011 гг. Амплитуда колебания признака влажности зерна у генотипов по годам не является высокой и лежит в пределах 1%, исключение составил 2009 год, где этот показатель выше в 2 раза.

При использовании двухфакторного анализа для расчета влияния факторов «год выращивания» и «генотип» на содержание воды в зерне исследуемых образцов [9] было получено, что на фактор «год выращивания» приходится 69,5%, на «генотип» - 15,2%, а взаимодействие вышеуказанных факторов составляет - 15,3%. Таким образом, на содержание воды в зерне ячменя основное влияние оказывают метеорологические условия вегетационного периода. Это логично, если учесть, что на показатели содержания белка и крахмала основное влияние оказывают также погодные условия. Так, применимо к нашим условиям, макси-

мальные значения белка наблюдались в 2011 году у всех исследуемых образцов, что можно объяснить дефицитом влаги во время налива зерна. Таким образом, недостаточное увлажнение ячменя, как правило, приводит к повышенному содержанию белка и низкому значению воды в зерне.

С целью изучения агроклиматических условий были проведены исследования содержания воды в зерне ячменя в трех географических точках. Результаты представлены в таблицах 2 и 3. Можно видеть, что за исследуемый период средние максимальные значения этого показателя наблюдались в Бейском районе и составляли 9.79±0,4% (2010 г.) и 11.12±1,5% (2011 г.). Вместе с тем эти показатели в 2010 году достоверно различаются у образцов, выращенных в Бейском и Алтайском районах, а также в Емельяновском и Бейском, как в 2010, так и в 2011 году. У некоторых образцов минимальное значение этого показателя по году встречается на нескольких участках. Так, в 2010 году у линии Г 19921 низкие показатели отмечены в Бейском и Алтайском районе, у сорта Соболек в Емельяновском и Алтайском районах. В 2011 году это же было зарегистрировано у образцов А 5552, Г 18619 (Бейский и Алтайский участок), Г 19589 и СП 44 (Емельяновский и Алтайский участок) и сорта Бархатный (Бейский и Емельяновский участок).

Таблица 2

Содержание воды в зерне различных образцов ячменя в зависимости от географического места

выращивания в 2010 году

Образец Содержание воды в зерне, % Амплитуда колебания признака по местам Коэффициент вариации по местам, %

Емельяновский район Бейский район Алтайский район

А 5552 8,1 9,6 8,6 1,5 6,1

А 5554 9,1 9,9 8,4 1,5 5,7

Ача 8,8 10,4 8,4 2,0 8,5

Бархатный 9,2 9,5 8,8 0,7 2,8

Буян 8,7 10,8 8,3 2,5 11,0

Витим 9,2 10,0 8,4 1,5 5,6

Г 18619 9,1 9,6 8,8 0,8 3,1

Г 19589 8,5 9,5 8,8 1,0 4,2

Г 19921* 8,8 9,1 8,1 1,0 4,3

Г 20487 8,7 9,8 8,5 1,4 6,2

Г 20752 8,8 9,5 8,8 0,7 3,2

Дыгын 8,7 9,8 8,9 1,1 5,0

Км 564 8,9 9,9 8,7 1,2 5,2

Красноярский 80 8,8 11,4 8,4 3,0 12,9

Медикум 4771 8,6 9,7 8,6 1,1 5,3

Нутанс 4765 8,7 10,2 9,0 1,5 6,5

Омский 96 8,8 10,7 8,3 2,4 10,4

Паллидум 4727 8,6 9,9 8,4 1,5 7,1

Паллидум 4759 8,6 8,9 8,6 0,3 1,3

Партнер 8,8 9,3 8,3 1,0 3,9

Рикотензе 4783 8,1 9,0 8,7 0,9 3,7

Симон 8,8 9,4 8,5 1,0 3,9

Соболек 8,0 9,7 8,3 1,7 8,0

СП 44 8,6 9,5 8,5 1,1 5,0

Среднее 8,7±0,2 9,8±0,4 8,5±0,2 1,3±0,4 а** 5,8±2,1 а

Амплитуда колебания признака у генотипов 1,2 2,5 0,9 1,5±0,5 а -

Коэффициент ва-

риации у генотипов, % 2,5 4,3 2,2 - 3,0±0,8 а

Примечание. *Полужирным выделено по 5 образцов с минимальным значением содержания влаги на каждом участке. ** Значения средних в колонках с разными буквами различаются существенно при Р<0,05.

Таблица 3

Содержание воды в зерне различных образцов ячменя в зависимости от географического места

выращивания в 2011 году

Образец Содержание воды в зерне, % Амплитуда колебания признака по местам Коэффициент вариации по местам, %

Емельяновский район Бейский район Алтайский район

А 5552 8,1 8,4 8,5 0,4 1,9

А 5554 8,4 11,7 8,1 3,6 16,4

Ача 8,6 12,8 9,0 4,2 17,5

Бархатный 7,8 8,4 9,0 1,2 4,8

Буян 8,3 13,4 9,0 5,1 20,6

Витим 8,8 10,6 9,0 1,8 7,9

Г 18619 8,3 8,4 8,3 0,1 0,5

Г 19589 7,9 8,8 8,5 1,4 4,1

Г 19921* 8,3 9,5 9,7 1,4 6,1

Г 20487 - 10,8 8,6 2,2 11,1

Г 20752 8,4 12,0 9,9 3,6 12,7

Дыгын 8,7 9,7 8,7 1,0 5,0

Км 564 8,4 9,6 9,0 1,2 4,6

Красноярский 80 - 13,4 11,1 2,3 9,5

Медикум 4771 8,3 8,7 8,7 0,4 2,1

Нутанс 4765 7,6 11,7 10,2 4,1 15,2

Омский 96 7,7 12,5 11,2 4,8 17,5

Паллидум 4727 7,8 9,9 9,5 2,1 9,3

Паллидум 4759 8,7 11,3 9,9 2,6 8,6

Партнер 8,1 11,3 10,1 3,2 11,8

Рикотензе 4783 8,2 11,6 9,5 3,4 12,6

Симон 9,0 8,6 8,8 0,4 1,5

Соболек 8,4 12,9 10,2 4,5 15,4

СП 44 7,9 12,7 8,1 4,8 21,9

Среднее 8,2±0,3 11,12±1,5 9,63±0,7 3,03±1,3 а** 9,9±3,2 а

Амплитуда колебания признака у генотипов 1,4 5,0 3,1 3,2±1,2 а -

Коэффициент вариации у генотипов, % 3,5 13,1 7,2 - 7,8±2,4 а

Примечание. *Полужирным выделено по 5 образцов с минимальным значением содержания влаги на каждом участве. ** Значения средних в колонках с разными буквами различаются существенно при Р<0,05.

Дисперсионный анализ показал, что содержание влаги в зерне при выращивании ячменя в трех географических точках на 51% зависит от пункта испытания, на 9,1% - от года выращивания и 7,6 % - от генотипа.

С целью доказательства или опровержения утверждения о наличии обратной зависимости содержания влаги и белка в зерне ячменя был проведен корреляционный анализ исследуемых образцов. Полученные результаты представлены в таблице 4. Можно видеть наличие слабой отрицательной корреляции (за исключением Алтайского района в 2010 году) между указанными параметрами на всех участках и по всем годам исследования. Вместе с тем говорить о наличии достоверной обратной зависимости содержания белка и влаги, кроме Емельяновского района в 2011 году, не представляется возможным по причине несущественных значений этого показателя.

Таблица 4

Зависимость содержания влаги и белка в зерне ячменя от района и года выращивания

Год репродукции Район исследования Среднее значение Корреляция между содержанием воды и белка в зерне

содержания белка, % содержания влаги,%

2010 Емельяновский 10,57±0,8 8,7±0,2 -0,14±0,04*

Бейский 9,24±0,7 9,8±0,4 -0,1±0,02*

Алтайский 14,5±0,9 8,6±0,2 0,07±0,05*

2011 Емельяновский 14,3±0,9 8,2±0,3 -0,52±0,04*

Бейский 16,2±1,3 11,1±1,5 -0,05±0,02*

Алтайский 14,9±0,8 9,6±0,7 -0,21±0,05*

Примечание. *Значение коэффициента корреляции достоверно при Р<0,05.

Таким образом, содержание воды в зерне - это комплексный показатель. С одной стороны, по его

значению, можно судить о сохранности зерна, с другой - о его пищевой ценности. Прогнозировать значения

этого параметра зерна достаточно сложно в связи с большим влиянием на него агроклиматических условий

выращивания.

Литература

1. Lazaridou A., Biliaderis C.G. Molecular aspects of cereal p-glucan functionality: Physical properties, technological applications and physiological effects // Journal of Cereal Science. - 2007. - 46. - Р. 101-118.

2. Behall K.M., Scholfield D.J., Hallfrisch J. Diets containing barley significantly reduce lipids in mildly hypercho-lesterolemic men and women. American Journal of Clinical Nutrition. - 2004. - 80. - Р. 1185-1193.

3. Cavallero A., Empilli S., Brighenti F. et al. High (1 -3,1 -4)-p-glucan barley fractions in bread making and their

effects on human glycemic response // Journal of Cereal Science. - 2002. - 36. - Р. 59-66.

4. Товароведение зерна и продуктов его переработки: учеб. для учащихся техникумов / под ред.

Л.А.Трисвятского. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Колос, 1978. - 496 с.

5. Leandro da Conceigao Oliveira, Mauricio Oliveira, Volnei Luiz Meneghetti et al. Effect of drying temperature on quality of p-glucan in white oat grains. Cienc. Tecnol. Aliment. - 2012. - URL: http://dx.doi.org/10.1590/.

6. Kiryluk J., Kawka A., Gasiorowski H., Chalcarz A., Aniota J. Milling of barley to obtain beta-glucan enriched products. Nahrung. - 2000. - 44 (4). - Р.238-41.

7. Munck L., Moller B., Jacobsen S. et al. Near infrared spectra indicate specific mutant endosperm genes and reveal a new mechanism for substituting starch with (1 —>3,1 —>4)-p-glucan in barley // Journal of Cereal Science. - 2004. - 40. - Р. 213-222.

8. ГОСТ 13586.5-93. Зерно. Метод определения влажности. - М., 1993.

9. Акимов Д.Н. Программа обработки данных полевого опыта FieldExpert vl.3 Pro.

9б