УДК 633.174:631.524.7
Кибкало Илья Анатольевич (1)
Жук Екатерина Александровна (2)
1) ФИЦ Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова, г Санкт-Петербург,
2) ООО «Лайф Форс Групп»
Жук Екатерина Александровна (2)
1) ФИЦ Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова, г Санкт-Петербург,
2) ООО «Лайф Форс Групп»
Ключевые слова: реологические свойства клейстера, число падения, биохимический состав зерна.
Аннотация.
Выявлены существенные различия по реологическим свойствам клейстера из продуктов размола зерна набора образцов кукурузы различного географического происхождения – как в чистом виде, так и в смесях с цельнозерновой мукой мягкой пшеницы. Отмечены различия у изучаемых образцов в реакции кукурузного крахмала на амилазную провокацию. Не выявлено зависимости указанных свойств от биохимического состава зерна.
Введение.
Кукуруза из-за высокой потенциальной урожайности и универсальности для использования (продовольственное, кормовое и техническое) является одной из важнейших сельскохозяйственных культур в мире.
Мировая статистика показывает, что в различных странах кукуруза используется на продовольствие — 20%, технические цели — 15−20%, корм — 60−65% [3]. Кукуруза — популярный продукт для использования как в хлебопечении в смесях с пшеницей, так и в других отраслях пищевой и перерабатывающей промышленности. При этом сортовые различия по свойствам продуктов размола зерна кукурузы изучены недостаточно.
Вместе с тем, показано, что в зависимости от сорта кукурузный компонент способен разнообразно влиять на свойства клейковинного комплекса пшеницы [6]. Выявлены существенные различия между образцами и в процессах набухания продуктов размола кукурузного зерна [8]. Так как белковый комплекс кукурузного зерна не обладает таким реологическим потенциалом, как клейковинный комплекс пшеницы, то решающее значение в смесях с хлебными злаками играет качество крахмала [4].
Описаны различия термодинамических свойств крахмалов кукурузы в зависимости от их состава и структурности крахмальных зерен [2, 7].
Наиболее доступным способом описания технологических свойств крахмала и крахмалосодержащих продуктов можно назвать испытание вязкости клейстера, выраженное, например, через число падения (ЧП) [5]. Этот показатель, в том числе, является одним из критериев хлебопекарных свойств пшеничной и ржаной муки.
Возможности селекции по получению генотипов с наиболее востребованными при переработке свойствами запасных полимеров недостаточно реализованы. В связи с этим, представляет интерес изучение межсортовых различий свойств крахмала образцов кукурузы с точки зрения их использования в пищевой, в частности в хлебопекарной промышленности.
Кукуруза из-за высокой потенциальной урожайности и универсальности для использования (продовольственное, кормовое и техническое) является одной из важнейших сельскохозяйственных культур в мире.
Мировая статистика показывает, что в различных странах кукуруза используется на продовольствие — 20%, технические цели — 15−20%, корм — 60−65% [3]. Кукуруза — популярный продукт для использования как в хлебопечении в смесях с пшеницей, так и в других отраслях пищевой и перерабатывающей промышленности. При этом сортовые различия по свойствам продуктов размола зерна кукурузы изучены недостаточно.
Вместе с тем, показано, что в зависимости от сорта кукурузный компонент способен разнообразно влиять на свойства клейковинного комплекса пшеницы [6]. Выявлены существенные различия между образцами и в процессах набухания продуктов размола кукурузного зерна [8]. Так как белковый комплекс кукурузного зерна не обладает таким реологическим потенциалом, как клейковинный комплекс пшеницы, то решающее значение в смесях с хлебными злаками играет качество крахмала [4].
Описаны различия термодинамических свойств крахмалов кукурузы в зависимости от их состава и структурности крахмальных зерен [2, 7].
Наиболее доступным способом описания технологических свойств крахмала и крахмалосодержащих продуктов можно назвать испытание вязкости клейстера, выраженное, например, через число падения (ЧП) [5]. Этот показатель, в том числе, является одним из критериев хлебопекарных свойств пшеничной и ржаной муки.
Возможности селекции по получению генотипов с наиболее востребованными при переработке свойствами запасных полимеров недостаточно реализованы. В связи с этим, представляет интерес изучение межсортовых различий свойств крахмала образцов кукурузы с точки зрения их использования в пищевой, в частности в хлебопекарной промышленности.
Методика исследований.
В опыте участвовали 24 образца кукурузы различного географического происхождения: Matador (1), Matador (2), ND245, F674, ЮВ3зМ, ХЛГ912, ХЛГ926, ХЛГ1003, ХЛГ1380, CM105, Jaune gros, Ин 178−2, Чориела, Банкутская, Местная (Казахстан), РНИИСК, Радуга, Аврора, Заря, Клинок, Дублер, Стимул, Цукерка, Забава.
Два последних образца относятся к кукурузе сахарной. Вязкость клейстера из продуктов размола кукурузного зерна оценивали по числу падения, определяемому методом Хагберга-Пертена на приборе ПЧП-3 [1]. По изменению ЧП при амилазной провокации косвенно судили об атакуемости крахмала образцов. В качестве амилазноактивного компонента использовали пророщенное, высушенное и смолотое зерно мягкой пшеницы. Также определяли значение ЧП мягкой пшеницы при замене 20% навески продуктами размола образцов кукурузного зерна. Биохимические показатели зерна кукурузы определяли на ИК-анализаторе SpectraStar XT.
В опыте участвовали 24 образца кукурузы различного географического происхождения: Matador (1), Matador (2), ND245, F674, ЮВ3зМ, ХЛГ912, ХЛГ926, ХЛГ1003, ХЛГ1380, CM105, Jaune gros, Ин 178−2, Чориела, Банкутская, Местная (Казахстан), РНИИСК, Радуга, Аврора, Заря, Клинок, Дублер, Стимул, Цукерка, Забава.
Два последних образца относятся к кукурузе сахарной. Вязкость клейстера из продуктов размола кукурузного зерна оценивали по числу падения, определяемому методом Хагберга-Пертена на приборе ПЧП-3 [1]. По изменению ЧП при амилазной провокации косвенно судили об атакуемости крахмала образцов. В качестве амилазноактивного компонента использовали пророщенное, высушенное и смолотое зерно мягкой пшеницы. Также определяли значение ЧП мягкой пшеницы при замене 20% навески продуктами размола образцов кукурузного зерна. Биохимические показатели зерна кукурузы определяли на ИК-анализаторе SpectraStar XT.
Результаты исследований.
Сорта сахарной кукурузы не формировали в чистом виде существенно вязкого клейстера, на что, видимо, могло влиять повышенное содержание в зерне жира (до 8%) или специфический состав крахмала, поэтому в дальнейшем их показатели были исключены из общей выборки при математической обработке данных. Однако и в наборе оставшихся 22 образцов были выявлены статистически значимые различия по величине числа падения (табл. 1).
Сорта сахарной кукурузы не формировали в чистом виде существенно вязкого клейстера, на что, видимо, могло влиять повышенное содержание в зерне жира (до 8%) или специфический состав крахмала, поэтому в дальнейшем их показатели были исключены из общей выборки при математической обработке данных. Однако и в наборе оставшихся 22 образцов были выявлены статистически значимые различия по величине числа падения (табл. 1).
Таблица 1
Для проверки возможности влияния количественного содержания биополимеров зерна и других веществ на величину ЧП, был определён биохимический состав зерна испытуемых образцов. Корреляционный анализ полученных данных показал отсутствие взаимосвязи содержания биохимических компонентов (белок, крахмал, клетчатка, жир, зола, безазотистые экстрактивные вещества) с числом падения, что говорит о его качественной природе.
Значимыми оказались различия по числу падения образцов и после воздействия активными амилазами пшеничного зерна (табл. 2).
Значимыми оказались различия по числу падения образцов и после воздействия активными амилазами пшеничного зерна (табл. 2).
Таблица 2
Коэффициент вариации данных по опыту значительно снизился, однако дифференциация осталась существенной. Изначальное ЧП образца не всегда гарантировало высокие значения вязкости клейстера (ЧП больше 300 с) после амилазной провокации, как в случае сорта Стимул, снизившего ЧП с 530 до 320 с или Jaune gros, изменившего ЧП с 678 до 301 с.
Общей тенденцией можно назвать следующее наблюдение: чем выше была величина ЧП изначального образца, тем больше было падение значения этого показателя. В результате число падения значительной части испытуемого материала после воздействия активными амилазами составляло 230−295 с.
Однако и среди этих образцов были номера, снизившие вязкость клейстера на рекордно невысокие значения — на 58−77 с (Matador (1), ND245, CM105), что можно характеризовать, как наличие относительной устойчивости к воздействию ферментов. Были образцы, проявившие и индивидуальные свойства углеводной системы. Так значение ЧП у сорта Дублёр снизилось от значения, близкого к средней по опыту (496 с) до почти максимальных значений ЧП по опыту после амилазной провокации (315 с), что также можно охарактеризовать, как вид относительной устойчивости. А вот Matador (2) проявил почти максимальную атакуемость крахмала. Значение ЧП у него упало до критических значений с 445 до 78 с.
Необычной была реакция и у сорта Банкутская с самым низким изначальным значением ЧП — 113 с. После добавления амилазноактивного компонента значение ЧП увеличилось до 156 с. Возникает впечатление, что крахмал этого образца уже был гидролизован, поэтому добавление опытного материала привело к некоторому увеличению вязкости за счёт повышения общего количества компонентов, участвующих в клейстеризации.
Был произведён опыт по определению числа падения образцов пшеницы с заменой 20% навески материалом образцов кукурузы. Используемый образец мягкой пшеницы с производственного посева в чистом виде обладал невысоким значением ЧП (145 с). В этом опыте наряду с другими образцами были использованы и два сорта сахарной кукурузы. Математическая обработка полученных данных показала существенность различий между испытуемыми образца- ми (табл. 3).
Общей тенденцией можно назвать следующее наблюдение: чем выше была величина ЧП изначального образца, тем больше было падение значения этого показателя. В результате число падения значительной части испытуемого материала после воздействия активными амилазами составляло 230−295 с.
Однако и среди этих образцов были номера, снизившие вязкость клейстера на рекордно невысокие значения — на 58−77 с (Matador (1), ND245, CM105), что можно характеризовать, как наличие относительной устойчивости к воздействию ферментов. Были образцы, проявившие и индивидуальные свойства углеводной системы. Так значение ЧП у сорта Дублёр снизилось от значения, близкого к средней по опыту (496 с) до почти максимальных значений ЧП по опыту после амилазной провокации (315 с), что также можно охарактеризовать, как вид относительной устойчивости. А вот Matador (2) проявил почти максимальную атакуемость крахмала. Значение ЧП у него упало до критических значений с 445 до 78 с.
Необычной была реакция и у сорта Банкутская с самым низким изначальным значением ЧП — 113 с. После добавления амилазноактивного компонента значение ЧП увеличилось до 156 с. Возникает впечатление, что крахмал этого образца уже был гидролизован, поэтому добавление опытного материала привело к некоторому увеличению вязкости за счёт повышения общего количества компонентов, участвующих в клейстеризации.
Был произведён опыт по определению числа падения образцов пшеницы с заменой 20% навески материалом образцов кукурузы. Используемый образец мягкой пшеницы с производственного посева в чистом виде обладал невысоким значением ЧП (145 с). В этом опыте наряду с другими образцами были использованы и два сорта сахарной кукурузы. Математическая обработка полученных данных показала существенность различий между испытуемыми образца- ми (табл. 3).
Таблица 3
Однако следует отметить, что ни один из испытуемых образцов кукурузы не увеличил значение ЧП пшеничного зерна выше 200 секунд. Два образца (Цукерка и Банкутская) значимо снижали пшеничный показатель, что логично вытекает из изначально низкого значения ЧП у них. 5 образцов статистически существенно увеличивали вязкость пшеничного клейстера (Стимул, Дублёр, Клинок, Matador (1), ND245). Воздействие остальных образцов находилось в пределах ошибки опыта и не доказывалось.
В целом по опыту — без учёта данных образцов сахарной кукурузы, изначально выпадающих по биохимическому составу из общей выборки, не выявлено существенного влияния на величину ЧП смесевых образцов биохимического состава зерна, а также величины его числа падения в чистом виде. Хотя содержание крахмала находилось на границе значимости по корреляционному коэффициенту (0,40). Таким образом, найденные между образцами различия обусловлены в большей степени качеством крахмала.
В целом по опыту — без учёта данных образцов сахарной кукурузы, изначально выпадающих по биохимическому составу из общей выборки, не выявлено существенного влияния на величину ЧП смесевых образцов биохимического состава зерна, а также величины его числа падения в чистом виде. Хотя содержание крахмала находилось на границе значимости по корреляционному коэффициенту (0,40). Таким образом, найденные между образцами различия обусловлены в большей степени качеством крахмала.
Заключение.
Различные образцы кукурузы статистически значимо различаются по реологическим свойствам клейстера. Реологические свойства клейстера из продуктов размола кукуруз- ного зерна ни в чистом виде, ни в смесях с пшеницей не связаны с его биохимическим составом и зависят от индивидуальных свойств крахмала каждого образца, имея качественную природу. Сорта Стимул, Дублёр, Клинок, Matador (1), ND245, CM105 могут улучшать хлебопекарные свойства пшеницы с невысоким значением числа падения, выступая улучшителями или стабилизаторами по данному признаку.
Публикация поддержана Минобрнауки России в рамках соглашения № 075-15-2020-911 от 16.11.2020 о предоставлении гранта в форме субсидий из федерального бюджета на осуществление государственной поддержки создания и развития научного центра мирового уровня «Агротехнологии будущего».
Различные образцы кукурузы статистически значимо различаются по реологическим свойствам клейстера. Реологические свойства клейстера из продуктов размола кукуруз- ного зерна ни в чистом виде, ни в смесях с пшеницей не связаны с его биохимическим составом и зависят от индивидуальных свойств крахмала каждого образца, имея качественную природу. Сорта Стимул, Дублёр, Клинок, Matador (1), ND245, CM105 могут улучшать хлебопекарные свойства пшеницы с невысоким значением числа падения, выступая улучшителями или стабилизаторами по данному признаку.
Публикация поддержана Минобрнауки России в рамках соглашения № 075-15-2020-911 от 16.11.2020 о предоставлении гранта в форме субсидий из федерального бюджета на осуществление государственной поддержки создания и развития научного центра мирового уровня «Агротехнологии будущего».
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Василенко И.И. / Оценка качества зерна. // М.: Агропромиздат, 1987. 208 с.
2. Вассерман Л.А. / Некоторые структурные и термодинамические характеристики кукурузных крахмалов в зависимости от генотипа растений // Химическая физика. 2021. Т. 40. № 2. С. 74-83. DOI: 10.31857/ S0207401X21020175.
3. Давыдова С.А., Вахания В. И., Курасов В.С. / Анализ состояния и перспективные направления развития селекции и семеноводства кукурузы // Науч. аналит. обзор. М., 2019. С. 3-7.
4. Кибкало И.А., Жук Е.А. Атакуемость крахмала зерна кукурузы, межсортовые различия // Сборник тезисов по Материалам IV Международной научно-практической конференции: Научные основы повышения эффективности сельскохозяйственного производства. Ч. 1. Харьков, 2020. С. 299-301.
5. Кибкало И.А., Жук Е.А. / Качество зерна кукурузы: сортовые различия по свойствам углеводного комплекса // Сборник по Материалам IV Международной научно-практической конференции «Научные основы повышения эффективности сельскохозяйственной продукции. ФГБНУ ВО Вятская ГСХА. // Киров, 2020. С. 93-95.
6. Кибкало И.А., Жук Е.А. / Дифференциация образцов кукурузы по взаимодействию её запасных полимеров с белковым и углеводным комплексами пшеницы // Аграрный научный журнал. 2021. № 1. С. 14-17. DOI: 10.28983/asj.y2021i1pp14-17.
7. Сравнительный анализ химического состава и размера крахмальных гранул в зерновках между диплоидными и тетраплоидными сортами сахарной кукурузы / Э.Б. Хатефов [и др.] // Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2021. Т. 182. № 2. С. 53-62. DOI: 10.30901/2227-8834-2021-2-53-62
8. Kibkalo I. / Effectiveness of and Perspectives for the Sedimentation Analysis Method in Grain Quality Evaluation in Various Cereal Crops for Breeding Purposes. Plants 2022, 11, 1640. https:// doi.org/10.3390/ plants11131640.
1. Василенко И.И. / Оценка качества зерна. // М.: Агропромиздат, 1987. 208 с.
2. Вассерман Л.А. / Некоторые структурные и термодинамические характеристики кукурузных крахмалов в зависимости от генотипа растений // Химическая физика. 2021. Т. 40. № 2. С. 74-83. DOI: 10.31857/ S0207401X21020175.
3. Давыдова С.А., Вахания В. И., Курасов В.С. / Анализ состояния и перспективные направления развития селекции и семеноводства кукурузы // Науч. аналит. обзор. М., 2019. С. 3-7.
4. Кибкало И.А., Жук Е.А. Атакуемость крахмала зерна кукурузы, межсортовые различия // Сборник тезисов по Материалам IV Международной научно-практической конференции: Научные основы повышения эффективности сельскохозяйственного производства. Ч. 1. Харьков, 2020. С. 299-301.
5. Кибкало И.А., Жук Е.А. / Качество зерна кукурузы: сортовые различия по свойствам углеводного комплекса // Сборник по Материалам IV Международной научно-практической конференции «Научные основы повышения эффективности сельскохозяйственной продукции. ФГБНУ ВО Вятская ГСХА. // Киров, 2020. С. 93-95.
6. Кибкало И.А., Жук Е.А. / Дифференциация образцов кукурузы по взаимодействию её запасных полимеров с белковым и углеводным комплексами пшеницы // Аграрный научный журнал. 2021. № 1. С. 14-17. DOI: 10.28983/asj.y2021i1pp14-17.
7. Сравнительный анализ химического состава и размера крахмальных гранул в зерновках между диплоидными и тетраплоидными сортами сахарной кукурузы / Э.Б. Хатефов [и др.] // Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2021. Т. 182. № 2. С. 53-62. DOI: 10.30901/2227-8834-2021-2-53-62
8. Kibkalo I. / Effectiveness of and Perspectives for the Sedimentation Analysis Method in Grain Quality Evaluation in Various Cereal Crops for Breeding Purposes. Plants 2022, 11, 1640. https:// doi.org/10.3390/ plants11131640.
REFERENCES
1. Vasilenko I.I. / Assessment of grain quality. // Moscow, Agropromizdat, 1987. 208 p.
2. Wasserman L.A. / Some structural and thermodynamic characteristics of corn starches depending on the plant genotype. Chemical Physics. 2021. T. 40. № 2. S. 74-83. DOI: 10.31857/S0207401X21020175.
3. Davydova S.A., Vakhania V.I., Kurasov V.S. / Analysis of the state and perspective directions of development of selection and seed production of corn. // Moscow, 2019. P. 3-7.
4. Kibkalo I.A., Zhuk E.A. / Corn starch attack, intervarietal differences // Collection of abstracts on the Materials of the IV International scientific and practical conference: Scientific basis for improving the efficiency of agricultural production. Part 1. // 2020. Kharkiv. P. 299-301.
5. Kibkalo I.A., Zhuk E.A. / The quality of corn grain: varietal differences in the properties of the carbohydrate complex // Collection of Materials of the IV International Scientific and Practical Conference “Scientific Basis for Improving the Efficiency of Agricultural Products. FGBNU VO Vyatka State Agricultural Academy. // Kirov. 2020. P. 93-95.
6. Kibkalo I.A., Zhuk E.A. / Differentiation of maize samples by the interaction of its storage polymers with protein and carbohydrate complexes of wheat. The agrarian scientific journal. 2021; 1: 14-17. DOI: 10.28983/asj. y2021i1pp14-17.
7. Comparative analysis of the chemical composition and size of starch granules in caryopses between diploid and tetraploid varieties of sweet corn / E.B. Hatefov et al. Proceedings on applied botany, genetics and breeding. 2021; 182; 2: 53-62. DOI: 10.30901/2227-8834-2021-2-53-62
8. Kibkalo I. / Effectiveness of and Perspectives for the Sedimentation Analysis Method in Grain Quality Evaluation in Various Cereal Crops for Breeding Purposes. Plants 2022, 11, 1640. https://doi.org/10.3390/ plants11131640.
1. Vasilenko I.I. / Assessment of grain quality. // Moscow, Agropromizdat, 1987. 208 p.
2. Wasserman L.A. / Some structural and thermodynamic characteristics of corn starches depending on the plant genotype. Chemical Physics. 2021. T. 40. № 2. S. 74-83. DOI: 10.31857/S0207401X21020175.
3. Davydova S.A., Vakhania V.I., Kurasov V.S. / Analysis of the state and perspective directions of development of selection and seed production of corn. // Moscow, 2019. P. 3-7.
4. Kibkalo I.A., Zhuk E.A. / Corn starch attack, intervarietal differences // Collection of abstracts on the Materials of the IV International scientific and practical conference: Scientific basis for improving the efficiency of agricultural production. Part 1. // 2020. Kharkiv. P. 299-301.
5. Kibkalo I.A., Zhuk E.A. / The quality of corn grain: varietal differences in the properties of the carbohydrate complex // Collection of Materials of the IV International Scientific and Practical Conference “Scientific Basis for Improving the Efficiency of Agricultural Products. FGBNU VO Vyatka State Agricultural Academy. // Kirov. 2020. P. 93-95.
6. Kibkalo I.A., Zhuk E.A. / Differentiation of maize samples by the interaction of its storage polymers with protein and carbohydrate complexes of wheat. The agrarian scientific journal. 2021; 1: 14-17. DOI: 10.28983/asj. y2021i1pp14-17.
7. Comparative analysis of the chemical composition and size of starch granules in caryopses between diploid and tetraploid varieties of sweet corn / E.B. Hatefov et al. Proceedings on applied botany, genetics and breeding. 2021; 182; 2: 53-62. DOI: 10.30901/2227-8834-2021-2-53-62
8. Kibkalo I. / Effectiveness of and Perspectives for the Sedimentation Analysis Method in Grain Quality Evaluation in Various Cereal Crops for Breeding Purposes. Plants 2022, 11, 1640. https://doi.org/10.3390/ plants11131640.
TECHNOLOGICAL PROPERTIES OF THE CARBOHYDRATE COMPLEX OF CORN GRAIN DEPENDING ON THE VARIETY
Ilya A. Kibkalo (1), Ekaterina A. Zhuk (2)
1) N.I. Vavilov Russian Institute of Plant Genetic Resources (VIR), St. Petersburg, Russia
2) Life Force Group LLC, Moscow, Russia
Abstract.
Significant differences in the rheological properties of the paste from the grain grinding products of a set of maize samples of various geographical origin – both in pure form and in mixtures with whole wheat flour were revealed. Differences were noted in the studied samples in the reaction of corn starch to amylase provocation. The dependence of these properties on the biochemical composition of the grain was not revealed.
Keywords: rheological properties of paste, number of drops, biochemical composition of grain.
1) N.I. Vavilov Russian Institute of Plant Genetic Resources (VIR), St. Petersburg, Russia
2) Life Force Group LLC, Moscow, Russia
Abstract.
Significant differences in the rheological properties of the paste from the grain grinding products of a set of maize samples of various geographical origin – both in pure form and in mixtures with whole wheat flour were revealed. Differences were noted in the studied samples in the reaction of corn starch to amylase provocation. The dependence of these properties on the biochemical composition of the grain was not revealed.
Keywords: rheological properties of paste, number of drops, biochemical composition of grain.
Статья поступила в редакцию 17.03.2022; одобрена после рецензирования 27.04.2022; принята к публикации 10.05.2022.
The article was submitted 17.03.2022; approved after reviewing 27.04.2022; accepted for publication 10.05.2022.
The article was submitted 17.03.2022; approved after reviewing 27.04.2022; accepted for publication 10.05.2022.
Для цитирования: Кибкало И.А., Жук Е.А. / Технологические свойства углеводного комплекса зерна кукурузы в зависимости от сорта. / Основы и перспективы органических биотехнологий // 2022. № 3. С. 15-19 http://organic-academy.online
For citation: Kibkalo I.A., Zhuk E. A. / Technological properties of the carbohydrate complex of corn grain depending on the variety // Osnovy i perspektivy organicheskikh biotekhnologiy = Fundamentals 3 and perspectives of organic biotechnologies. // 2022;(2): 15-19 (In Russ.) http://organic-academy.online/