CC BY
181
УДК 633.14:001.5
КОМПЛЕКСНЫЕ НАУЧНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ОЗИМОЙ РЖИ - ВАЖНЕЙШЕЙ НАЦИОНАЛЬНОЙ И СТРАТЕГИЧЕСКОЙ ЗЕРНОВОЙ КУЛЬТУРЕ РФ
В.А. СЫСУЕВ, академик Россельхозакадемии, директор
НИИСХ Северо-Востока Россельхозакадемии
E-mail: [email protected]
Резюме. В соответствии с Межотраслевой научно-технической программой «Рожь» проведены исследования с целью разработки новых технологий производства и переработки зерна ржи, позволяющих расширить спектр продуктов переработки этой культуры в хлебопекарной промышленности, кормовом и техническом использовании. К наиболее значимым разработкам относятся нормативная документация на 8 сортов хлеба, 4 сорта кексов, печенье, 3 вида песочных пирожных, пряники (выпуск освоен на производственных предприятиях Кировской, Ленинградской и Белгородской областей, республик Карелия и Удмуртия); метод фракционной подработки зерна для увеличения содержания крахмала в сырье до 4 %; способы использования экструдированного, ферментированного, плющенного зерна ржи и вико-ржаной зерносмеси в кормлении сельскохозяйственных животных и птицы (до 70 % от общего количества концентратов, при скармливании плющеного и ферментированного пропионовой кислотой зерна ржи в составе рациона в количестве 60 % зерновой части концентрированных кормов дойным коровам получена прибыль 566руб., что составляет 42 % произведенных затрат); завершенный цикл производства вико-ржаной зерносмеси от подбора сортов и технологии возделывания до использования ее в рационах сельскохозяйственных животных (использование вико-ржаной зерносмеси в соотношении 1:2 откормочному молодняку крупного рогатого скота обеспечило прирост в опытной группе 829 г, что на 15 % выше контроля); обоснованные границы ареала для получения зерна озимой ржи с высокими показателями качества на Северо-Востоке европейской части России.
Ключевые слова: озимая рожь, комплексные исследования, производство, переработка, хлебобулочные, мучные кондитерские изделия, ржаной солод, крахмал, кормовое и техническое использование, агроэкологическое районирование, биопрепараты.
В земледелии ряда стран северной и центральной Европы озимой ржи уделяется особое внимание. Основное производство зерна этой культуры сосредоточено в «ржаном поясе» Европы: России, Польше, Германии и Беларуси, на долю которых приходится более 70 % всего мирового сбора ее зерна [1]. Как отмечают зарубежные исследователи, в перспективе озимая рожь должна занять более достойное место, как исключительно важная пищевая и кормовая культура [2].
В России сосредоточено более трети всех посевов и производится 1/4 валового сбора зерна ржи в мире. Трудно переоценить значение этой культуры в развитии агропромышленного комплекса и в оздоровлении нации. Однако площади ее посевов и объемы валового производства зерна катастрофически сокращаются, намного ниже рекомендуемой нормы и потребление ржаного хлеба. Особую озабоченность вызывает развитие этих процессов в северных регионах страны, где именно рожь наиболее приспособлена к сложным условиям ведения земледелия.
Эта культура предъявляет самые низкие требования к плодородию почвы условиям минерального питания и защиты растений, то есть позволяет получать экологически безопасную и дешевую продукцию. До
сих пор ни одна зерновая колосовая культура не может сравниться с рожью по способности формировать высокие урожаи в неблагоприятные и даже экстремальные по метеоусловиям годы, а также использовать потенциал низкоплодородных почв. Поскольку у ржи, по сравнению с другими хлебными злаками, наиболее мощно развита корневая система, которая очень эффективно поглощает воду и питательные вещества, ее можно успешно выращивать на почвах с умеренным плодородием и при дефиците влаги. На формирование единицы сухого вещества рожь использует на 20...30 % меньше воды, чем пшеница. Поэтому ее с полным основанием можно отнести к числу стратегических культур для формирования продовольственной безопасности России [3].
Рожь лучше всех зерновых культур удается на кислых почвах, на долю которых в России приходится 31 % пашни, а в Северо-Восточном регионе страны - более 70 % [4].
Учитывая важное значение озимой ржи в развитии агропромышленного комплекса северных регионов Российской Федерации, Президиумом Россельхозакадемии в рамках Межотраслевой научно-технической программы «Рожь» утвержден конкурсный проект «Разработать методы и технологии промышленной переработки зерна озимой ржи с целью эффективного использования в хлебопекарной, комбикормовой, крахмалопаточной и других отраслях промышленности». Головное учреждение, ответственное за его выполнение - НИИСХ Северо-Востока Россельхозакадемии.
Цель исследований - разработать новые технологии производства и переработки зерна ржи, позволяющие расширить спектр продуктов переработки этой культуры в хлебопекарной промышленности, кормовом и техническом использовании.
Рабочая программа, утвержденная вице-президентом Россельхозакадемии, академиком А.А. Жучен-ко, предусматривала решение ряда задач по направлениям хлебобулочные и мучные кондитерские изделия с использованием ржаного сырья; научное обеспечение производства и переработки ржаного солода; глубокая переработка зерна ржи; использование зерна ржи на кормовые и технические цели; агроэкологическое районирование сортов озимой ржи с заданными показателями качества; совершенствование технологии возделывания озимой ржи в условиях изменяющегося климата; биологическая и экономическая эффективность биопрепаратов нового поколения в технологии возделывания озимой ржи.
В результате их реализации впервые в условиях Нечерноземья России проведены комплексные исследования производства и расширения сферы переработки зерна озимой ржи в пищевой, крахмалопаточной промышленности и кормопроизводстве.
Условия, материалы и методы. Исследования проводили в НИИСХ Северо-Востока, ГосНИИ хлебопекарной промышленности, ВНИИ крахмалопродуктов, ВНИИ пищевой биотехнологии, ВНИИ птицеводства, ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности, Кировской ЛОС ВИК им. В.Р.
Таблица. Результаты исследований образцов хлеба НИИСХ Северо-
Востока (Институт питания РАМН, 2006 г.)
Исследованные образцы К хлебу из обдирной муки, %
Показатель из обойной муки грубого помола (95 %-ного выхода) из обдирной муки (87 %-ного выхода)
Энергетическая ценность, ккал/100 г 165,9 172,7 -3,9
Общий жир, % 1,13 1,36 -16,9
Белки, % 6,88 6,35 +8,3
Крахмал,% 29,39 31,39 -6,4
Пищевые волокна, % 11,1 9,4 +18,1
в том числе нерастворимые 10,2 7,9 +29,1
К, мг/кг 3241 2200 +47,3
Са, мг/кг 253 209 +21,1
Мд, мг/кг 430 346 +24,3
Ре, мг/кг 13,1 10,2 +28,4
Витамин В2, мг % 0,14 0,10 +40,0
В6, мг % 0,18 0,16 +12,5
Е, мг% 1,24 1,06 +17,0
Вильямса, ВНИИ электрификации сельского хозяйства, НИИ пищеконцентратной промышленности и специальной пищевой технологии Россельхозакадемии; Санкт-Петербургском ГУ РАН; Институте питания РАМН; НИИ гематологии и переливания крови Минздравсоцразви-тия; ФБГОУ ВПО Башкирский ГАУ лабораторными (in vitro, in vivo), полевыми и статистическими методами, а также путем производственных испытаний.
Результаты и обсуждение. В исследованиях по разработке хлебобулочных и кондитерских изделий из ржаного сырья с использованием сортов ржи СевероВосточного селекцентра с высокими хлебопекарными свойствами (Фаленская 4, Рушник и Флора) решали задачи по улучшению хлебопекарных свойств зерна и ржаной муки, а также расширению ассортимента указанных изделий.
Один из способов улучшения хлебопекарных свойств муки озимой ржи - совершенствование фракционной технологии подработки зерна этой культуры. Число падения и высота амилограммы у изучаемых сортов озимой ржи были выше в зерне средней фракции. Зерно крупной и мелкой фракции отличалось более низкими показателями качества по числу падения.
В НИИСХ Северо-Востока разработана нормативная документация на восемь сортов хлеба (Алексеев-ский, Андреевский, Никольский, Вятский крупяной, Любительский, Кировский, Новый и Особый), в рецептуре которых присутствуют ржаной солод, ячневая и пшеничная крупка, семена льна и подсолнечника, дробленое зерно тритикале. Кроме того, предложена нормативная документация для производства таких мучных кондитерских изделий, как кексы (Дымок, Загадка, Вечерний и Янтарный), печенья (Полюшко и Дебют), песочные пирожные (Дубок, Крепыш и Бодрость), пряники с начинкой глазированные (Русский сувенир).
Использование ржаного солода и ржаной обдирной муки обогащает эти изделия пищевыми волокнами, минеральными веществами, комплексом незаменимых аминокислот, придает им особый вкус и аромат. Новые изделия, отличающиеся пониженным содержанием сахара и жира, важны в питании людей, предрасположенных к сахарному диабету. Разработки внедрены на производственных предприятиях Кировской, Ленинградской и Белгородской областей, республик Карелия и Удмуртия.
Особую ценность и дальнейшее развитие должны получить изделия из ржаной муки грубого помола.
В ходе исследований совместно с Институтом питания РАМН установлено, что содержание калия в хлебе из ржаной обойной муки 95 %-ного выхода больше, чем в продукте из ржаной обдирной муки 87 %-ного выхода, почти на половину, кальция, магния и железа -более чем на 20 %, витамина Е - на 17 %; пищевых волокон - на 18 % (см. табл.).
В совместных исследованиях с НИИ гематологии и переливания крови установлено положительное влияние ржаного хлеба, в сравнении с ржано-пшеничным и пшеничным, на показатели физиологического статуса белых мышей (нормализуется содержание глюкозы, холестерина и липопротеина).
При изучении вопросов производства и переработки ржаного солода установлено, что сорта Вятка 2, Фаленская 4 и Флора селекции НИИСХ Северо-Востока соответствуют требованиям ГОСТ для использования в солодовом производстве, усовершенствована сортовая технология производства ржаного ферментированного солода.
В современных условиях особенно в северных регионах России одним из способов глубокой переработки зерна ржи может стать производство крахмала. Изучение большинства отечественных сортов этой культуры, внесенных в Госреестр селекционных достижений РФ показало, что в условиях Северо-Востока сорта, стабильно формирующие зерно с содержанием крахмала оптимальным для его производства (58 % и выше), отсутствуют. Поэтому в НИИСХ Северо-Востока и ВНИИ крахмалопродуктов разработан метод фракционной подработки зерна, который предусматривает использование в крахмалопаточном производстве зерна озимой ржи крупных и средних фракций, что позволяет увеличить содержание крахмала в сырье почти на 4 % [5].
Для фракционирования зерна в НИИСХ Северо-Востока разработана воздушно-решетная машина АЗМ-10/5-ВРФ.
В последние годы в России на кормовые цели используется всего 8.12 % от общего производства зерна ржи, а в комбикормовой промышленности его доля не превышает 3.5 %. Несмотря на высокую энергетическую и протеиновую питательность, сходную с другими видами зерновых, рожь не находит широкого применения из-за специфических особенностей химического состава. Хотя, например, в Германии в 20072008 гг. на кормовые цели использовали 60 % зерна этой культуры, произведенного в стране.
В рамках конкурсного проекта в совместных исследованиях с Кировской лугоболотной опытной станцией ВНИИ кормов им. В.Р. Вильямса установлено, что при использовании зерна озимой ржи в экструдированном виде его долю в рационе животных можно довести до 70 % от общего количества концентратов [6].
Изучение влияния плющения и консервирования зерна ржи повышенной влажности на его сохранность, химический состав и питательную ценность показало, что использование в качестве консервиро-
ванта свекловичной патоки способствует повышению переваримости сухого вещества in vitro на 42,8 %. Однако, после вскрытия емкостей корм быстро портится, поэтому в дальнейшем для консервирования применяли пропионовую кислоту. При скармливании подготовленной таким образом ржи в количестве В0 % от зерновой части концентрированных кормов дойным коровам прибыль составила 5ВВ руб., или 42 % произведенных затрат.
Кроме того, установлено положительное влияние озимой ржи на воспроизводительную способность крупного рогатого скота.
Изучение возможности использования для консервирования плющеного высоковлажного зерна новой биологической закваски показало, что ее внесение обеспечивает лучшую сохранность корма, по сравнению с химическим консервантом «АИВ 2000 плюс». В частности питательность корма и его переваримость in vitro повышается на 1,3 и 4,3 % соответственно. В результате суточный удой от одной коровы в группе, получавшей рожь с новой закваской, вырос, по сравнению с предварительным периодом опыта на
2,4 кг, в группе с консервантом АИВ - на 0,9 кг, а в контроле - всего на 0,4 кг
Для подготовки зерна ржи к скармливанию животным по усовершенствованной технологии в НИИСХ Северо-Востока разработаны двухступенчатые плющилки различной производительности.
В совместных исследованиях с ВНИИ птицеводства установлено, что в сочетании с ферментом включение до 30 % зерна ржи в рационы кур способствовало повышению их продуктивности на 2,3 %, массы яиц - на 2,39 %. При этом содержание витамина А в яйцах увеличивалось на 33,58 %, Е - на 18,27 %, В2 - на 15,45 %, каротиноидов - на 17,30 %, а отрицательного влияния на рН белка и желтка не установлено.
В рамках работы над проектом усовершенствована технология производства высококачественных объемистых кормов и зернофуража из растительного сырья озимой ржи в смеси с озимой викой, включающая полный цикл производства вико-ржаной зерносмеси от подбора сортов (озимая рожь Фаленская 4 и озимая вика Луговская 2) и технологии возделывания до использования ее в рационах сельскохозяйственных животных. Изучение эффективности скармливания вико-ржаной зерносмеси в соотношении 1:2 откормочному молодняку крупного рогатого скота показало, что среднесуточный прирост животных, получающих такой корм, составляет 829 г, что на 15 % выше контроля.
Наибольший сбор сухого вещества вико-ржаной смеси (7,8 т/га) возможен при уборке в фазе молочно-восковой спелости при норме высева вики равной 20 %.
Опираясь на научные рекомендации некоторые предприятия Кировской области уже успешно используют зерно ржи в кормлении крупного рогатого скота. Так, в ОАО «Октябрьский» Куменского района (центральная зона области) на корм крупному рогатому скоту расходуется более 50 % валового сбора ржи, что составляет до 1В % от общего количества фуражного зерна в хозяйстве.
Убедительный пример положительного использования ржи - хозяйство «Демо» Вятско-Полянского района (южная зона Кировской области). В условиях резкого дефицита зернофуража яровых культур из-за засухи 2010 г. на предприятии активно применяли в кормле-
нии крупного рогатого скота экструдированную рожь в течение почти 6 месяцев, что позволило сохранить стадо в количестве 940 гол. Экструдированное зерно ржи вводили даже в рационы молодняка, начиная с 20-дневного возраста, постепенно увеличивая ежедневную норму до 1,8 кг. Дойным коровам давали от
1,5 до 9,5 кг такого корма в день в зависимости от результатов раздоя. В некоторые периоды на экструдированное зерно ржи приходилось до 100 % от общего количества концентратов. При этом надой на корову в 2010 г. составил 4914 кг молока, что выше, чем в 2009 г., на 539 кг.
По сведениям зарубежных исследователей рожь - перспективное сырье для производства методом пиролиза биотоплива из растительной массы. Изучение возможностей переработки отходов обмолота хлебной массы ржи в жидкое и газообразное топливо, проведенное учеными НИИСХ Северо-Востока и ВИЭСХ, показало, что получаемая жидкая фракция (жидкое биотопливо) после соответствующей доработки и модификации по своему качеству может быть приближена к моторному топливу. При этом даже небольшая добавка (5 %) биологического топлива к дизельному улучшает экологические характеристики последнего. На основании обобщения данных по сбору зерна и соломы в Приволжском федеральном округе установлено, что в случае утилизации отходов от обработки зерна и части собираемой соломы (25.30 %) количество полученного тепла будет эквивалентно более чем 1 млн т дизельного топлива, что соизмеримо с текущим годовым потреблением в сельскохозяйственном производстве на его территории.
В рамках исследований по агроэкологическому районированию сортов озимой ржи с заданными показателями качества для выращивания высококачественного зерна, соответствующего первому и второму классам качества, рекомендована территория южной части республики Удмуртия, административные районы центральной и южной части Кировской области, основная территория республики Марий Эл, правобережная часть Нижегородской области и вся территория республики Мордовия. Площадь выделенного ареала составляет около 260 тыс. га, а предполагаемый валовой сбор зерна высокого качества - более 300 тыс. т.
Выявлены зависимости продуктивности озимой ржи от факторов среды для разработки методов дифференцированного использования биологических, природных и техногенных факторов при возделывании этой культуры.
Комплексные исследования по изучению сроков посева и норм высева, сроков и способов уборки, влияния крупности семян на урожайность и качество продукции для усовершенствования технологии производства зерна ржи целевого назначения, особенно в условиях изменяющегося климата показали, что в последние 30 лет сентябрь и октябрь в Кировской области характеризуются повышением температуры воздуха. Это привело к смещению сроков прекращения осенней вегетации растений, которые за последние 7 лет сдвинулись, по сравнению со средними многолетними, на 5.10 дн., что вызывает перерастание растений и усиление развития снежной плесени в посевах. Поэтому по предварительным данным посев озимой ржи в условиях центральной зоны Кировской области следует проводить на 5.10 дн. позже ранее установленных - 25.30 августа [7].
Предварительные результаты изучения эффективности применения на озимой ржи биофунгицидов нового поколения в чистом виде и в составе баковых смесей с гербицидами свидетельствуют, что биопрепараты Алирин Б, Альбит и Гамаир в целом снижают инфицированность зерна видами Fusarium, но не обеспечивают полную защиту от снежной плесени и корневых гнилей. Гербициды в чистом виде в основном более эффективны, чем их баковые смеси в сниженной на 25 % норме с биопрепаратами. Исключение составляет композиция с гербицидом Корсар, которая по уровню подавления сорняков приближалась к однокомпонентному варианту, обеспечивая при этом защиту посевов от болезней.
По результатам научных исследований МНТП «Рожь» опубликованы 2 монографии, методические рекомендации «Перспективная ресурсосберегающая технология производства озимой ржи» (ФГНУ «Росинфор-магротех»), более 60 научных статей. Исследования проведены при поддержке РФФИ по конкурсу целевых ориентированных фундаментальных исследований (2008-2010 гг.).
Получено 3 патента на изобретения, серебряная медаль 8-й Российской агропромышленной выставки (за двухступенчатую плющилку зерна), диплом Россельхо-закадемии за лучшую завершенную научную разработку года, 4 диплома за участие в специализированных выставках «Праздник хлеба». В 2008 г. авторский коллектив ученых и производственников в составе 17 человек удостоен звания лауреатов Премии Кировской области за комплексную работу «Создание и внедрение сортов озимой ржи селекции Научно-исследовательского института сельского хозяйства Северо-Востока, переработка зерна на пищевые и кормовые цели».
Ученые неоднократно выступали инициаторами дискуссий на федеральных и региональных уровнях о возможности и необходимости государственной поддержки производства и переработки зерна ржи.
В 2006 г. этот вопрос обсуждали на заседании Комитета Совета Федерации по аграрно-продовольственной политике.
В 2008 г. в Нижнем Новгороде проведен Международный симпозиум «Формирование рынка зерна озимой ржи, ее производство и глубокая переработка».
В 2011 г. в Кировской области состоялся форум «Производство и переработка ржи: традиции, проблемы, перспективы». В его рамках под рубрикой «Каравай ржаной Уржумский» рассматривали вопрос о значении ржаного хлеба и другой продукции с использованием ржаного сырья для здоровья человека.
Через средства массовой информации ученые стараются донести до сознания жителей Кировской области и всего Северо-Восточного региона важность потребления ржаного хлеба для сохранения здоровья.
Совместно с финскими коллегами издана монография «Энергия ржи для здоровья человека», где особая роль отведена значению ржаного хлеба из муки грубого помола и цельнозернового, который должен снова занять главенствующее место, как кладезь полноценного питания, эффективное высококачественное оздоровительное средство.
Результаты научных исследований по проекту Межотраслевой программы «Рожь» за 2004-2011 гг. одобрены Россельхозакадемией и будут продолжены в 2012-2016 гг. Учитывая лечебно-профилактическое значение ржаного хлеба особенно из муки грубого помола и продукции с использованием ржаного сырья, предлагаем разработать и реализовать комплексную государственную Программу «Рожь России», которая должна связать воедино вопросы производства и переработки зерна этой культуры, изготовления и потребления ржаного хлеба, обеспечить массовое распространение информации о значении продуктов переработки зерна ржи, объединить достижения в сфере медицины, биологии и других отраслей производства и науки.
Литература.
1. Гончаренко А.А. Современное состояние производства, методы и перспективы направления селекции озимой ржи в РФ // Озимая рожь: селекция, семеноводство, технологии и переработка. Мат. Всероссийской научно-практич. конф.; 13 июля 2009 г. - Уфа, 2009. - С. 40-76.
2. R. Broock, V. Bujak. International Symposium on Rye Breeding and genetics. - Minsk, Belarus, 2010.
3. Жученко А.А. Адаптивное растениеводство (эколого-генетические основы) теория и практика. В трех томах. - М.: Изд-во Агрорус, 2009.
4. Кедрова Л.И. Озимая рожь в Северо-Восточном регионе России. - Киров, 2000. - 157 с.
5. Сысуев В.А., Лаптева Н.К., Кедрова Л.И., Андреев Н.Р., Филиппова Н.И. Формирование партий зерна озимой ржи с повышенным содержанием крахмала // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. - 2011. - № 11. - С.73-75.
6. Сысуев В.А., Кедрова Л.И., Лаптева Н.К. и др. Озимая рожь. Возделывание, использование на пищевые, кормовые и технические цели. Проблемы и решения. - М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2007. - 172 с.
7. Фигурин В.А., Уткина Е.И., Сунцова Н.П., Лялина Н.В. Уточнение оптимальных сроков посева озимой ржи Фаленская 4// Аграрная наука Евро-Северо-Востока. - 2010. - № 1(16). - С. 33-36.
COMPLEX SCIENTIFIC RESEARCHES ON WINTER RYE - MAJOR NATIONAL AND STRATEGIC
GRAIN CROP OF RUSSIAN FEDERATION
V.A. Sysuev
Summary. The researchers are carried out according to the Inter-branch scientific and technical program «Rye» with the purpose of development of new technologies of production and processing of rye grain, allowing to expand a spectrum of processing of this culture in a baking industry, fodder and technical use.
The most important elaborations are next: the normative documentation of eight kinds of bread, four kinds of plum-cakes, cookies, three kind of sand cakes, gingerbreads (these scientific elaborations are introduced at the industrial enterprises of the Kirov, Leningrad and Belgorod areas, Republics of Kareliya and Udmurtiya); the method of fraction division of grains for increase of starch contents of raw material up to 4%; researches on use of extruded, fermented, and flatted grains of rye and vetch-rye mix in feeding of agricultural animals and poultry (extruded winter rye grains can be used in animal feeding up to 70% of total concentrates; at feeding with flatted and fermented with propionic acid grains of rye in structure of a diet in amount of 60% of a grain part of concentrated forages for milking cows the profit of 566 rubles was received, that makes 42% of the made expenses); the completed cycle of manufacture of vetch-rye mix since selection of variety and technology of cultivation till use it in diets of agricultural animals (feeding of fattened calves of large horned cattle with vetch-rye mix in a percentage ratio 1:2 has ensured a gain in studied group by 829 g, that is 15% higher than control); proved borders of area for reception of winter rye grain with high parameters of quality in North-east of the European part of Russia. Key words: winter rye, complex researches, manufacture, processing, bakery, flour confectionery products, rye malt, starch, fodder and technical use, agro-ecological zoning, bio-preparations.
