Úvod / Informácie / Rastlinná výroba / Obilniny

Naplňovanie šľachtiteľských cieľov – obilniny

27-05-2015
Ing. Rückschloss Ľubomír1; Ing. Hanková Andrea, PhD.1; RNDr. Havrlentová Michaela, PhD.2; Ing. Matušková Katarína, PhD.1 | ruckschloss@vurv.sk
1NPPC-VÚRV, Výskumno-šľachtiteľská stanica Vígľaš-Pstruša; 2NPPC-VÚRV Piešťany

OBSAHOVÉ LÁTKY

Cieľom šľachtiteľov pri tvorbe nových odrôd je nielen vysoká úroda a vhodné agronomické vlastnosti pšenice ako odolnosť voči biotickým /chorobám a škodcom/  a abiotickým /suchu, mrazu, vysokým teplotám.../ faktorom prostredia, ale v poslednom období je to i tzv. pridaná hodnota primárnej rastlinnej produkcie, ktorá zvyšuje jej konkurencieschopnosť. Vyššiu kvalitu semien reprezentujú predovšetkým obsahové látky s biologickým alebo funkčným významom, ktoré nesú so sebou istú nadhodnotu primárnych surovín a tým následne i samotných potravinových produktov.

Požiadavky na nové odrody vo vyššej miere začína určovať trh a šľachtitelia sa musia týmto požiadavkám prispôsobiť. Požiadavky trhu môžeme rozdeliť na požiadavky spotrebiteľov a spracovateľov. Požiadavky spotrebiteľov predstavujú požadovanú a stabilnú kvalitu výrobkov, prijateľnú cenu a výrobky s určitou nadhodnotou, ktorá nesie so sebou pozitívny vplyv na zdravie, zaujímavú chuť i priaznivú celkovú senzoriku výrobku. Požiadavky spracovateľov sú charakterizované kvalitou požadovanou pre daný druh výrobku, jeho stabilitou a cenou. Požiadavky na kvalitu pšenice určuje potravinársky a krmovinársky priemysel, zdravotníctvo a priemyselné účely využitia suroviny.

Potravinársky priemysel - Kvalita  požadovaná pre daný druh výrobku

Potravinárska pšenica predstavuje zrno, ktoré je svojimi technologickými vlastnosťami vhodné pre výrobky určené pre ľudskú výživu.

Delí sa na dve skupiny:

I. Pšenica pekárenská - zrno je vhodné svojimi vlastnosťami pre výrobu výrobkov z kysnutého cesta.
II. Pšenica pečivárenská - zrno je svojimi vlastnosťami vhodné pre výrobu pečivárenských výrobkov z nekysnutého cesta (napr. oblátky, krekry a sušienky).

Potravinársku kvalitu určuje  STN 46 1100: Potravinárske obilniny. V norme sú zaradené pšenice do nasledovných tried kvality:

  • Trieda kvality E - elitná
  • Trieda kvality A - štandardná
  • Trieda kvality B - ustanovuje minimálne požiadavky na kvalitu pre intervenčný nákup pšenice
  • Trieda kvality P – pečivárenská

Zvýšený záujem o kvalitu podnecujú najmä požiadavky trhu a ekonomika v prípade vývozu potravinárskej pšenice. Potravinárske obilie s prevahou potravinárskej pšenice tvorí v našej spotrebe potravín 35 % energetickej potreby a 30 % z potreby bielkovín.

K ukazovateľom kvality patrí celý rad požiadaviek mlynárskych, pekárskych, pečivárenskych, nutričných i krmovinárskych, ktoré sú často veľmi rôznorodé. S niektorými ukazovateľmi (celkový obsah bielkovín, sedimentačný test) býva úroda v negatívnej korelácii. Nové odrody, ktoré majú vyššiu efektívnosť príjmu a utilizácie dusíka, majú slabší záporný vzťah medzi úrodou zrna a obsahom bielkovín.

V súčasnosti sa venuje veľká pozornosť problematike vysoko-molekulových glutenínov (HMW-GS). Sú kódované kodominantnými alelami na lokusoch Glu-A1, Glu-B1 a Glu-D1 na dlhých ramenách prvej skupiny homeologických chromozómov 1A, 1B a 1D. Objavujú sa nové netradičné podjednotky, ktoré majú tendenciu vo zvýšenej miere zlepšovať pekársku kvalitu. Tieto nové poznatky sa využívajú v šľachtení, kde na základe výsledkov analýz a následnej markerovo-asistovanej selekcii potomstva je možné urýchliť a zracionalizovať proces tvorby novej kvalitnej odrody. Na základe analýz HMW-GS je možné predikovať pekárensku kvalitu a homogenitu odrody.

 Pšenica cestovinárska, určená na výrobu cestovín, vyžaduje vysoký obsah bielkovín a pevný, krátky, ťažný a tuhý lepok, ktorý zaisťuje, že cestoviny po uvarení držia formu, sú dostatočne tvrdé a nerozvárajú sa. Požaduje sa zrno  tvrdé a sklovité. Pridanie múky z pšenice s vysokým podielom amylopektínu zlepšuje textúru cestovín.

Obsah a zloženie škrobu je ďalší kvalitatívny parameter, ktorý má uplatnenie vo výrobe potravín, ale i v technickej praxi.  Z chemického hľadiska je škrob zmesou  amylózy (20–30 %) a amylopektínu (70–80 %) a práve pomer týchto dvoch zložiek škrobu určuje jeho fyzikálno-chemické vlastnosti a následné využitie primárnej suroviny. Škroby s vysokým podielom amylopektínu sú vhodné na výrobu papiera, adhezív a mrazených potravinových výrobkov. Škroby, v ktorých je vyšší obsah amylózy, sú vhodné najmä na výrobu funkčných potravín na báze rezistentného škrobu, ale aj v cukrárenstve, na výrobu vyprážaných chuťoviek alebo na výrobu fotografických filmov. Zloženie škrobu v múke tiež významne ovplyvňuje kvalitu potravinárskych výrobkov, najmä ich textúru. Múky z pšenice s vysokým obsahom amylózy majú oproti múke z bežnej pšenice vyššiu väznosť vody a horšiu kvalitu, vyznačujú sa vyšším obsahom bielkovín a lipidov. Zmenou pomeru amylózy a amylopektínu v škrobe možno meniť aj textúru chuťoviek. Amylóza podporuje zachovanie tvaru, pevnosti cesta a chrumkavosť produktu. Amylopektín, na druhej strane, zväčšuje objem produktu a jeho krehkosť. Šľachtením je možno cielene získať škrob s požadovaným zastúpením amylózy a amylopektínu, podľa účelu, na ktorý je určený.

Požiadavky na pšenicu pre priemyselné účely

  • Vysoké úrody
  • Nízke náklady
  • Nízky obsah mykotoxínov
  • Vysoký obsah škrobu (viac ako 68 %)
  • Nízky obsah bielkovín

Trendy priemyselného využitia pšenice smerovali v minulosti k produkcii bioetanolu, pričom parametre kvality pšenice, ktoré produkciu ovplyvňovali, boli: vysoký obsah škrobu (minimálne 65 % v sušine), nízky obsah bielkovín (menej ako 10 %), čo najnižšie číslo poklesu (menej ako 150 s), schopnosť rýchleho stekuťovania škrobových suspenzií a ich nízka viskozita po ukončení procesu a vysoká rýchlosť a účinnosť fermentácie. Z etických dôvodov, ale aj z dôvodov negatívnej bilancie a vyššej produkcie bioetanolu z iných zdrojov (napr. kukurica, zemiaky, repa cukrová), je šľachtenie pšenice na bioetanol v súčasnosti potlačené. Dnes sa pšenica pestuje na energetické účely s cieľom využitia ako zdroj tepelnej energie zo spaľovania slamy a v nej obsiahnutej celulózy a hemicelulózy. 

Pre výrobu bioetanolu má však význam molekulárne šľachtenie s cieľom získať líniu ozimnej pšenice s vysokým obsahom škrobu bez amylózy. Waxy (alebo voskové) škroby so 100 %-ným podielom amylopektínu a bez amylózy ľahko podliehajú želatinizácii a hydrolýze, preto sa vyznačujú vysokou rýchlosťou konverzie pri produkcii etanolu. Škroby bez amylózy sú vhodnejšie na hydrolýzu.

Waxy pšenice možno dosiahnuť zablokovaním enzýmovej aktivity, ktorá je v pšenici kódovaná WAXY génmi: Wx–A1, Wx–B1 a Wx–D1. Bolo taktiež dokázané, že voskové pšenice majú veľmi vhodné kvalitatívne vlastnosti pre pekárenský priemysel, predovšetkým pre výrobu chleba. Múka z takejto pšenice má totiž zloženie, ktoré nevyžaduje prídavok tuku. Rastlinný olej sa pridáva do chlebového cesta, aby zlepšil mäkkosť striedky, objem a štruktúru bochníka. Tiež zvyšuje stabilitu produktu a zvyšuje jeho vláčnosť. Použitím voskových pšeníc sa šetria náklady pekárov, ale aj kalórie spotrebiteľov (približne 234 kalórií na bochník chleba), ale predovšetkým neznižuje sa kvalita produktu.

Pšenica pre kŕmne účely

Pre  kŕmne účely sa ročne spotrebuje viac ako 60 % z celkovej produkcie zrna, ktoré sa pre nevyhovujúce akostné kritériá neuplatnilo na potravinárskom trhu. Kritériá pre kŕmne  pšenice doteraz neexistujú, isté zásady vychádzajú z požiadaviek krmovinárov. Stanovenie jednotnej kŕmnej kvality je však o to ťažšie, že sú rôzne požiadavky chovateľov pre monogastre a polygastre. Hlavný zámer v kŕmnej kvalite pšenice sa sústreďuje na nutričnú hodnotu, ktorú  tvorí:

  1. obsah bielkovín vyšší ako 15 %,
  2. biologická hodnota bielkovín,
  3. zvýšený obsah škrobu, tzv. mäkký endosperm
  4. prítomnosť biologicko – aktívnych látok.

Obsah bielkovín vyšší ako 15 % s vysokým podielom stráviteľných bielkovín s požadovaným aminokyselinovým zložením a zároveň s čo najnižším obsahom nestráviteľných látok (vláknina, neškrobové polysacharidy a podobne) reprezentuje jeden z kvalitatívnych parametrov pšenice pre kŕmne účely. Z hľadiska nutričnej hodnoty sú z bielkovín najviac cenené albumíny a globulíny. Ich obsah je podmienený silne geneticky. Gliadíny, ktoré sú rozhodujúce pre potravinársku kvalitu, nie sú žiadúce z hľadiska kŕmnej hodnoty, pretože tieto nerozpustné bielkoviny nevie živočíšny organizmus pri skrmovaní plne využiť.

Kvalitu pšenice pre kŕmne účely ovplyvňuje taktiež obsah škrobu a jeho vlastnosti. Odrody s tvrdým zrnom vykazujú vyššiu úroveň mechanického poškodenia škrobových zŕn, ktoré viažu vodu viac ako škrobové zrná, ktoré neboli poškodené. Tvrdosť zrna pšenice je považovaná za jeden z perspektívnych ukazovateľov pri hodnotení kŕmnej kvality.

Obsah biologicko – aktívnych látok v zrne má, v prípade hospodárskych zvierat, priamy vplyv na jeho stráviteľnosť. Kŕmnu kvalitu pšenice ovplyvňujú  látky s antinutričným účinkom. Za prirodzene sa vyskytujúce škodlivé látky sú považované predovšetkým neškrobové polysacharidy. Reprezentujú ich hlavne látky so stavebnou funkciou v bunkových stenách (pentózany a beta-glukány). Vitamíny, minerálne prvky a fenolické látky, ako sú fenolové kyseliny, kondenzované taníny, kumaríny a flavonoidy, ku ktorým sa zaraďujú aj antokyány, priaznivo ovplyvňujú zdravotný stav zvierat a prispievajú k lepšej konverzii krmív.

Pšenica s pridanou hodnotou - vplyv na zdravie konzumenta a organoleptické vlastnosti výrobku

Zdravotný stav i celkový životný štýl obyvateľov Slovenskej republiky, ale aj poľnohospodársky vyvinutých krajín sveta bije na poplach a doslova kričí po nejakej alternatíve, ktorá by v dnešnej hektickej dobe zvýšila zdravotný stav populácie a pomohla preventovať civilizačné ochorenia. Jednou z možností je tvorba tzv. funkčných potravín. Sú to potraviny, ktoré sú obohatené o biologicky aktívne látky so zdraviu prospešným efektom u konzumenta, prípadne sú v takýchto potravinách nežiaduce látky s antinutričným efektom eliminované. Elegantnou možnosťou prípravy funkčných potravín je tvorba primárnych potravinových zdrojov s istou nadhodnotou, s obsahom látok, ktoré majú biologický a funkčný význam nielen pre samotnú rastlinu, ale hlavne pre potravinový produkt z neho vytvorený a tým aj pre konzumenta.

Zvýšiť pridanú hodnotu pšenice je možné tvorbou nových odrôd s vyšším obsahom antokyánov, prírodných farbív patriacich do skupiny fenolických zlúčenín. Sú rozpustné vo vode a zrnu dávajú charakteristické modré (aleurónová vrstva zrna), červené alebo purpurové zafarbenie (perikarp). Vyznačujú sa antioxidačnými a inými biologickými (protizápalové, protivírusové, protibakteriálne, protimutagénne a podobne) účinkami pozitívne pôsobiacimi na zdravie konzumenta. Výskumy potvrdili, že konzumácia celého zrna netradične sfarbených pšeníc pomáha znižovať riziko srdcovo-cievnych chorôb, cukrovky II. typu, rôznych druhov rakoviny, redukuje poruchy metabolizmu a znižuje hladinu cholesterolu v krvom sére. Keďže pigmenty sa nachádzajú predovšetkým v obalových vrstvách, ich konzumácia prináša do ľudského organizmu aj potravinovú vlákninu, vitamíny a minerálne látky. Prínosom obalových vrstiev v celozrnných výrobkoch je aj senzorická hodnota spojená s výraznou prírodnou  chuťou typickou pre danú odrodu a atraktivitu spôsobuje aj ostrý kontrast medzi tmavou šupkou a svetlým jadrom zrna.

Prirodzenými zdrojmi netradičnej farby pšenice sú Triticum boeoticum, Agropyron tricholphorum, Agropyron glaucum alebo Agropyron elongatum pre modrú farbu a tetraploid Triticum dicoccum pre farbu purpurovú. Purpurovú farbu podmieňujú gény Pp, modrú farbu gény pre modrý aleurón Ba (blue aleurone)a červený perikarp je podmienený dominantnými alelami lokusu R, pričom sa predpokladá väzba R génov i v syntéze flavonoidov. 

Ďalšou možnosťou zvyšovania nadhodnoty pšenice je  práca s génom GPC-1B. Tento gén chýba vo všetkých odrodách, ktoré sa v súčasnosti pestujú. Urýchľuje dozrievanie zrna a zvyšuje množstvo  proteínov, zinku a železa ukladaného do zrna o 10 až 15 %. Objavom génu GPC-B1 sa otvárajú možnosti zvýšiť obsah živín v zrne pšenice a tak by introdukcia  génu GPC-B1 do komerčných odrôd pšenice významne zvýšila nutričnú hodnotu súčasnej produkcie tejto dôležitej komodity.

Nové trendy v šľachtení pšenice otvára aj cesta tzv. sladkých pšeníc. Nedávno tento smer publikovali japonskí vedci a predstavili pšenicu, ktorá má chýbajúce dva gény. Gén GBSSI, ktorý spôsobuje, že odroda je bez prítomnosti amylózy v škrobe so 100 %-ným podielom amylopektínu a gén SSII zodpovedný za činnosť syntázy škrobu IIa. Výsledkom je zrno s vysokým obsahom maltózy a sacharózy, preto označenie "sladká pšenica". Vyšší obsah jednoduchých cukrov prináša so sebou menší rozmer semena, nízku hmotnosť tisíc semien, nízku viskozitu a pre primárnu surovinu perspektívu využitia v potravinárskom priemysle.

Inou možnosťou zvýšenia nutričnej hodnoty zrna pšenice je zvýšený obsah beta-glukánu, prípadne iných zložiek potravinovej vlákniny (napr. arabinoxylázy, rezistentný škrob) v zrne. Beta-glukán ako prírodný polysacharid bunkovej steny má pozitívny vplyv na hladinu glukózy a cholesterolu v krvnom sére, ako látka s antioxidačným účinkom podporuje činnosť imunitného systému a preventívne pôsobí pri ochoreniach tráviaceho a srdcovo-cievneho systému a rakoviny.  Biosyntetická dráha tohto polysacharidu je komplikovaná a zatiaľ nie veľmi známa a predpokladá sa, že gény kódujúce syntézu tejto látky sú úzko prepojené na syntézu celulózy. Jednou z možností ako zvýšiť nutričnú hodnotu bieleho pšeničného chleba a znížiť jeho glykemický index je tvorba nových odrôd pšenice krížením s donormi vyššieho obsahu beta-glukánu. Ako potencionálne donory sa javia "tritordeá" – krížence jačmeňa so pšenicou.

Ďalšou možnosťou zvýšenia nutričnej hodnoty je zapojiť do kríženia s pšenicou letnou pšenicu špaldovú /Tr. aestivum x Tr.spelta/ so zámerom zvýšiť obsah a kvalitu bielkovín na "obraz" špaldy, pri zachovaných agronomických požiadavkách aestivum.

Z načrtnutých vízií vidíme, že šľachtenie doteraz bez problémov zvládlo prvotné požiadavky, a to relatívne stabilné a vysoké úrody. V poslednom čase bude šľachtenie stále viac zamerané na regulovanie obsahových látok podľa požiadaviek spotrebiteľa. O pár rokov napĺňanie obsahových látok bude pravdepodobne v rukách genetických manipulácií, dovtedy je to však výzva pre nás jednoduchých šľachtiteľov. K tomu nám veda a príroda pomáhaj!