CC BY
59
577.152.34:633.16(470.31)
УГЛЕВОДНО-АМИЛАЗНЫЙ КОМПЛЕКС И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ КА ЧЕСТВА ПИВОВАРЕННОГО ЯЧМЕНЯ, ВЫРАЩЕННОГО В УСЛОВИЯХ НЕЧЕРНОЗЕМЬЯ
И.С. ВИТОЛ, А.А. БОБКОВ, Г.П. КАРПИЛЕНКО
Московский государственный университет пищевых производств
В последние годы большое внимание уделяется получению программированных урожаев сельскохозяйственных культур с одновременным улучшением их технологических характеристик [1].
Повышение урожайности и улучшение качества зерна главным образом связаны с плодородием почвы, с созданием оптимальных режимов питания растений, прежде всего азотистого.
Низкая урожайность сельскохозяйственных культур в Нечерноземье, которое относят к зоне рискованного земледелия, ее колебания в различные годы в значительной степени обусловлены слабой окультурен-ностью почвы. Повышение плодородия почвы путем внесения удобрений позволяет получить более высокие и стабильные урожаи хорошего качества [2].
При проведении исследований использовали образцы зерна пивоваренного ячменя сорта Михайловский урожаев 2002-2005 гг., выращенных на различных агрофонах.
На слабоокультуренной почве выращивание осуществляли без применения удобрений, известкования и гербицидов; на средне- и хорошо окультуренной почвах - без применения удобрений, на фоне расчетных доз удобрений, спланированных на усвоение 2 и 3% фотосинтетической активности солнечной радиации (ФАР), приходящейся на весь вегетационный период, и обычной, рекомендуемой дозы удобрений.
Варианты опыта обозначены следующим образом: 1 - слабоокультуренная почва, без применения удобрений (абсолютный контроль - АК); 2 - среднеокуль-туренная почва, без применения удобрений; 3 - сред-неокультуренная почва, удобрения внесены из расчета усвоения 2% ФАР; 4 - среднеокультуренная почва, удобрения внесены из расчета усвоения 3% ФАР; 5 - среднеокультуренная почва, удобрения внесены в рекомендуемой дозе; 6 - хорошо окультуренная почва, без применения удобрений; 7 - хорошо окультуренная почва, удобрения внесены из расчета усвоения 3% ФАР; 8 - хорошо окультуренная почва, удобрения внесены в рекомендуемой дозе.
В процессе проращивании ячменя для получения лабораторного солода проводили обработку образцов зерна ячменя препаратами регуляторных веществ.
В работе использовали препараты Циркон и Ново-сил, которые с концентрацией 0,05 мг/мл добавляли в последнюю замочную воду; время контакта с препаратом 4 ч.
Циркон представляет собой фенолкарбоновые соединения, производные гидроксикоричных кислот (орто-диенольные соединения). Механизм действия,
ростстимулирующий и рострегулирующий эффекты связаны с активацией фитогормонов и защитой индо-лилуксусной кислоты (ИУК) через механизм ингибирования активности ауксиноксидазы. Антибактериальное, противовирусное и фунгипротекторное действие данный препарат проявляет опосредованно через стимуляцию иммунитета растений и ингибирования интегразы вируса, антиоксидантное - за счет активирования ряда антиокислительных ферментов (катала-зы, супероксиддимутазы), при этом положительное действие проявляется в различных звеньях клеточного метаболизма. В стрессовых условиях Циркон способствует восполнению недостающих биологически активных соединений иммуномодулирующего и адапто-генного характера, усиливая адаптационный потенциал клеток, повышает устойчивость к действию ионизирующего излучения, неоптимального температурного, водного и светового режима и др.; способствует увеличению урожайности [3].
Новосил, выделенный из пихты сибирской, представляет собой сумму тритерпеновых кислот, является стимулятором роста и индуктором иммунитета растений, обладает защитным эффектом к комплексу бактериальных, вирусных и грибных болезней, повышает защитные функции организма при воздействии неблагоприятных условий среды. Данный препарат повышает активность протеолитических ферментов. Механизм активации протеолитической активности предположительно связан с тем, что тритерпеновые кислоты в определенных условиях могут выступать в роли конкурентных ингибиторов абсцизовой кислоты (АБК), например на стадии образования гормонрецепторного комплекса, и таким образом снимать известный ингибирующий эффект АБК по отношению к протеолити-ческим ферментам [4].
Данные об урожайности исследуемых образцов зерна пивоваренного ячменя представлены в табл. 1.
Таблица 1
Агрофон, год Урожайность, ц/га, по вариантам опыта
1 2 3 4 5 6 7 8
2002 11,6 13,7 26,3 31,2 31,7 15,6 29,1 28,6
2003 20,8 34,0 44,0 49,1 44,8 43,9 54,6 48,8
2004 14,6 35,5 44,3 41,4 40,3 33,7 41,3 37,1
2005 11,5 23,3 27,4 33,8 32,7 25,1 28,6 36,6
Среднее 14,3 26,6 35,5 37,4 37,4 29,6 38,4 37,8
Установлено, что урожайность растет с увеличением степени окультуренности почвы. Самые низкие значения урожайности наблюдали при выращивании ячменя без применения удобрений. Существенная прибавка урожая наблюдалась на средне- и хорошо окультуренных почвах с дозами удобрений, спланирован-
ных на усвоение 3% ФАР. Максимальной величины этот показатель достигал на хорошо окультуренной почве с дозой удобрений, спланированной на усвоение 3% ФАР.
Анализ полученных данных свидетельствует в пользу выращивания ячменя на средне- и хорошо окультуренной почвах с дозами удобрений, спланированных на усвоение 3% ФАР.
Выбор ячменя для пивоварения имеет большое значение, так как по показателям его качества можно судить о пригодности ячменя для солодоращения и режимах дальнейшей переработки. Критерии оценки качества пивоваренного ячменя основаны на оценке по внешним признакам, физическим, химическим и физиологическим показателям качества. Для производства солода используют ячмень, удовлетворяющий требованиям действующего ГОСТ 5060-86.
За время наблюдения установлено, что улучшение агрофона совершенствует основные зерновые характеристики качества пивоваренного ячменя - натуру, массу 1000 зерен, крупность, пленчатость и др. Внесение удобрений и повышение степени окультуренности почвы улучшает такие важные показатели, как экстрактивность, энергия и способность прорастания, содержание крахмала.
В табл. 2 представлены средние данные, характеризующие зерно ячменя сорта Михайловский за 4 года наблюдений.
В производстве солода для пивоваренной промышленности одна из важных задач - регулирование процесса прорастания. В настоящее время для этого используют гиббереллины и различные химические реагенты, взаимодействующие с ферментами или создающие благоприятные условия для их действия. В нативном зерне регуляция ростовых процессов осуществляется несколькими группами соединений различной химической природы, действующих взаимосвязанно в метаболистических цепях. В этих процессах наиболее изучена роль фитогормонов. Роль других соединений, в том числе фенольной и терпеновой природы, изучена явно недостаточно [5].
Исследование влияния препаратов-фиторегуляторов Циркон и Новосил на процессы, протекающие при солодоращении, проводили на образцах зерна ячменя
сорта Михайловский урожая 2005 г., выращенного на хорошо окультуренной почве с применением рекомендованных доз удобрений.
Для солодоращения предварительно очищенный и отсортированный ячмень замачивали при 12°С с использованием различных концентраций исследуемых фиторегуляторов (0,005-2,5 мг/мл) и периодическим выдерживанием на воздухе до достижения влажности 41-42%. Затем зерно выдерживали в течение 30 мин в растворах препаратов Циркон и Новосил различных концентраций. После инкубации с зерен удаляли поверхностную влагу и использовали для солодораще-ния. Солодоращение проводили в чашках Петри на влажной фильтровальной бумаге слоем в 2-3 листа при 12°С.
На этом этапе изучали влияние препаратов на ростовые процессы замоченного ячменя. Установлено, что действие исследуемых препаратов при внесении их в замочную воду зависит от концентрации.
Так, Циркон в малых концентрациях 0,005-0,01 мг/мл снижает долю проросших зерен, в средних - от 0,02 до 0,05 мг/мл - оказывает стимулирующее действие, а в концентрации 2,5 мг/мл полностью ингибирует ростовые процессы.
Препарат Новосил оказывает стимулирующее действие в концентрациях 0,005-0,05 мг/мл, тогда как концентрация 0,1 мг/мл и выше не только снимает стимулирующий эффект низких концентраций, но и значительно уменьшает количество проросших зерен.
На следующем этапе работы проводили изучение влияния агрофона и фиторегуляторов на качественные изменения в углеводном комплексе зерна ячменя и ячменного солода. Содержание крахмала, соотношение между его составными частями - амилозой и амило-пектином - зависит как от сортовых особенностей, так и от условий выращивания. В табл. 3 представлены данные о влиянии агрофона на углеводный комплекс зерна ячменя сорта Михайловский урожая 2005 г.
Установлено, что повышение степени окультуренности почвы, как и увеличение доз вносимых удобрений, увеличивает долю амилозы в крахмале. При соло-доращении расщепляется около 10-20% крахмала. На дыхание расходуется около 4,5% крахмала, часть полисахаридов подвергается ферментативному расщеп-
Таблица 2
Показатель Вариант опыта
1 2 3 4 5 6 7 8
Натура, г/л 640 640 645 649 651 641 665 645
Масса 1000 зерен, г 41,6 44,1 42,5 44,7 45,8 46,6 45,0 44,7
Крупность, % 88,9 89,5 90,3 90,2 91,4 89,1 89,2 88,8
Содержание мелких зерен, % 4,0 3,3 4,0 2,9 3,5 3,2 3,2 3,2
Пленчатость, % 8,04 8,34 8,60 8,34 8,81 8,92 8,97 8,31
Зольность, % 1,67 1,78 2,72 2,68 2,79 2,66 2,89 2,77
Стекловидность, % 64 63 67 70 71 73 73 72
Экстрактивность, % 75 76 76 84 81 82 83 82
Энергия прорастания, % 90,7 93 88,4 91,3 90,0 90,0 94,0 93,0
Степень прорастания, % 93,2 93,7 89,8 93,3 90,5 94,7 94,4 94,5
Белок (К • 6,25), % 8,37 8,67 12,18 12,46 12,15 10,99 12,08 11,75
Крахмал, % 58,40 64,37 66,47 68,94 66,27 66,41 68,42 66,82
Таблица 3
Вариант опыта Содержание, %
Крахмал Амилоза Амилопектин Восстанавливающие сахара
1 58,46 14,0 86,0 1,75
2 64,58 16,9 83,1 1,78
3 66,08 17,6 82,4 1,78
4 67,54 19,2 80,8 1,82
5 67,00 20,8 79,2 1,86
6 67,15 17,4 82,6 2,03
7 68,48 20,4 79,6 2,10
8 68,08 21,6 78,4 2,15 Таблица 4
Вариант опыта Содержание, %
Крахмал Амилоза Амилопектин Восстанавливающие сахара
1 54,4 56,8 43,2 5,21
1 + Новосил 52,2 68,2 31,8 6,24
1 + Циркон 52,6 68,9 31,1 6,54
6 62,2 70,4 29,6 8,02
6 + Новосил 62,0 70,8 29,2 8,04
6 + Циркон 61,9 70,8 29,2 8,10
8 63,5 71,6 27,4 8,12
8 + Новосил 62,6 74,0 26,0 8,36
8 + Циркон 62,4 73,8 26,2 8,42
лению и не полностью используется в зародыше корешка и листка для создания новых тканей. Оставшийся крахмал претерпевает физические изменения. Если мелкие крахмальные зерна в основном расщепляются при солодоращении, то крупные подвергаются воздействию ферментов только на поверхности. В крупных зернах крахмала преимущественно гидролизуется амилопектин, в результате чего амилозная часть может увеличиваться до 80% [6].
Аналогичная характеристика ячменного солода, полученного с применением препаратов регуляторных веществ, представлена в табл. 4.
Применение препаратов Циркон и Новосил увеличивает содержание в крахмале амилозы, причем более существенный рост выявлен в образцах зерна ячменя, выращенного на хорошо окультуренной почве с применением рекомендованных доз удобрений (вариант 8).
Высокая активность амилолитических ферментов -один из основных показателей качества пивоваренного ячменя.
Как известно, в покоящемся зерне присутствует в активном состоянии Р-амилаза, а-амилаза находится в латентной форме и активируется при прорастании зерна. На этот процесс влияют влажность, фитогормоны, протеолитические ферменты и другие регуляторные вещества. Содержание активной Р-амилазы в непроросшем зерне ячменя существенно зависит от сорта ячменя, климатических условий, года и места произрастания.
На первом этапе исследования проводили изучение влияния степени окультуренности почвы и доз вносимых удобрений на активность амилаз в 16 образцах зерна ячменя урожая 2004-2005 гг. Экстракцию осу-
ществляли дистиллированной водой в соотношении 1 : 10 в течение 3 мин при интенсивном перемешивании при 3000 об/мин. После центрифугирования при 6000 об/мин супернатант использовали в качестве источника амилаз. Для расчета удельной активности (УА) в полученных экстрактах определяли содержание белка по методу Лоури.
В табл. 5 приведены данные, характеризующие образцы зерна ячменя, выращенного на разном агрофоне, по амилолитической активности: количеству прогид-ролизованного крахмала С и УА.
Таблица 5
Вариант опыта Бело к, мг/мл Активность амилаз
ДЛ590 С, мг УА, ед./мг белка
Слабоокультуренная почва - АК
1 0,110/0,100 0,327/0,307 0,85/0,87 7,72/8,70
Среднеокультуренная почва
2 0,120/0,120 0,460/0,327 0,80/0,85 6,68/7,08
3 0,150/0,155 0,210/0,350 0,93/0,87 6,20 /5,60
4 0,164/0,170 0,450/0,260 0,82/0,89 5,00/4,10
5 0,160/0,145 0,327/0,570 0,85/0,77 5,31/5,29
Хорошо окультуренная почва
6 0,190/0,180 0,851/0,920 0,55/0,44 2,88/2,46
7 0,210/0,200 0,350/0,460 0,88/0,80 4,20/4,00
8 0,200/0,200 0,605/0,750 0,72/0,64 3,60/3,20
Примечание: числитель - 2004 г., знаменатель - 2005 г.
Зерно ячменя, выращенное на слабоокультуренной почве без применения удобрений, характеризуется максимальной активностью амилаз. С повышением степени окультуренности почвы УА амилаз снижается и составляет для вариантов 1, 2 и 6 8,70; 7,08 и 2,46 ед./мг белка соответственно.
Внесение возрастающих доз удобрений также приводит к снижению амилолитической активности в покоящемся зерне. Так, УА амилаз непроросшего ячменя, выращенного по вариантам 2, 5 и 4, составила 7,08; 5,29 и 5,29 ед./мг белка соответственно.
Для хорошо окультуренной почвы зависимость амилолитической активности непроросшего ячменя от доз вносимых удобрений изменяется на прямо противоположную: активность нейтральных протеаз ячменя, выращенного по вариантам 6, 8 и 7, составляет 2,46; 3,20 и 4,00 ед./мг белка.
Исследовали также влияние фиторегуляторов на активность амилаз подвяленного и готового лабораторного солода после отсушки при 80°С в течение 3 ч.
Данные, представленные в табл. 6, позволяют констатировать, что в солоде после подвяливания УА амилаз возрастает. В образцах подвяленного солода, полученного из ячменя, выращенного на слабоокультурен-ной почве, активность увеличивается незначительно -на 5%; для образцов ячменя, выращенного на хорошо окультуренной почве, этот показатель возрастает в 2,5-3 раза.
Действие препаратов Циркон и Новосил, добавленных в последнюю замочную воду при проращивании, неоднозначно. В варианте 1 - слабоокультуренная почва - активность амилаз повышается на 17 и 13% соответственно. В вариантах 6 и 8 - хорошо окультуренная почва - активность амилаз несколько снижается, в среднем на 14- 15%.
Таблица б
Активность амилаз
Вариант опыта Непроросшее Солод
зерно после подвяливания после отсушки
Слабоокультуренная почва - АК
1 В,70/100 9,22/10З В,70/100
1 + Циркон 9,00/100 10^9/117 В, 20/110
1 + Новосил 9, В0/100 11,0З/113 9,90/110
Хорошо окультуренная почва
б 2,4б/100 б,24Ж3 3,1б/210
б + Циркон З,22/100 12,З0/239 12,00/230
б + Новосил З,б4/100 14,12/2З0 13,2З/23З
В 3,20/100 9,З4/29В б,40/200
В + Циркон 7,В4/100 21,11/2б9 20,3В/2б0
В + Новосил 9,23/100 2З,09/271 24,92/270
Примечание: числитель - УА, ед./мг белка, знаменатель - %.
Анализ активности амилаз в лабораторном солоде показал, что уровень активности амилолитических
ферментов солода, полученного из ячменя, выращенного на слабоокультуренной почве, практически возвращается к первоначальному.
В солоде из ячменя, выращенного на хорошо окультуренной почве без применения удобрений, снижение этого показателя составило 43%, а в образцах, обработанных препаратами Циркон и Новосил, 9-1З%.
В солоде из ячменя, выращенного на хорошо окультуренной почве с применением рекомендованных доз удобрений, активность амилаз снижается на 1-9% по сравнению с 9В% в контроле.
Таким образом, исследуемые препараты усилива -ют устойчивость зерна ячменя к воздействию внешних факторов, в том числе и высокой температуры, повышая термостабильность ферментов.
Оценка основных технологических показателей качества и изучение углеводно-амилазного комплекса зерна ячменя сорта Михайловский свидетельствуют, что применение комплекса агротехнических мероприятий позволяет направленно влиять на качество зерна ячменя, получать в условиях Нечерноземья ячмень, в целом отвечающий требованиям перерабатывающей промышленности, и производить экологически безопасную продукцию хорошего качества.
ЛИТЕРАТУРА
1. Быков В.Г., Павлюченков А.К. Зерновые ресурсы и рынок зерна в Российской Федерации // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2003. - № 9. - С. 22-23.
2. Атрашова Н.А., Благовещенская З.К., Семихова О. Д., Тищенко А.Т. Изменение белкового комплекса злаковых культур при различных условиях азотного питания: Обзор. информ.
- М., 19В4. - С. 197-219.
3. Вакулененко В.В., Можарова И .П. Новые регуляторы роста в сельскохозяйственном производстве // Современные техно -логии и перспективы использования экологически безопасных средств защиты растений и регуляторов роста: Тез. докл. III семинара-совещания. - М.: ЦИНАО, 2001. - С. 1б-27.
4. Шатилова Е.Ф., Карпиленко Г.П., Витол С.Б., Эль-Регистан Г.И. Влияние регуляторов метаболизма на белко -во-протеиназный комплекс ячменя, выращенного на разном агрофо -не // Изв. ТСХА. - 200З. - № 3. - С. В2-91.
З. Степаненко И.Ю., Смирнова Е.А., Шаненко Е.Ф., Эль-Регистан Г.И. Влияние алкилоксибензолов на процессы соло-доращения // Прикладная биохимия и микробиология. - 2004. - 40. — № 1. - С. В3-ВВ.
б. Калунянц К.А., Яровенко В.Л., Домарецкий В.А., Колчева Р.А. Технология солода, пива и безалкогольных напитков.
- М.: Колос, 1992. - 44б с.
Кафедра биохимии и зерноведения
Поступила 19.02.07 г.
