Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Обзор литературы 13
1.1 Влияние природно-климатических факторов на формирование пивоваренных свойств зерна ячменя 13
1.2 Влияние режима питания на формирование качества зерна пивоваренного ячменя 27
1.3 Влияние фиторегуляторов на пивоваренные свойства зерна ячменя 38
1.4 Биохимические процессы при солодоращении 46
Глава 2 Объект и методы исследований 60
2.1 Характеристика сорта и условия проведения опытов 60
2.2 Характеристика изучаемых фиторегуляторов 62
2.3 Методы анализа 62
2.4 Статистическая оценка результатов исследований 72
2.5 Метеоусловия во время вегетации растений 72
Глава 3 Результаты исследований 75
3.1 Формирование урожая и пивоваренных свойств зерна ячменя в зависимости от режима питания растений 75
3.1.1 Влияние режима питания растений на урожай и качество зерна пивоваренного ячменя 75
3.1.2 Влияние режима питания растений на состав белков зерна пивоваренного ячменя 88
3.1.3 Влияние режима питания растений на активность в зерне ячменя ферментов гидролитического и антиоксидантного действия 93
3.1.4 Последействие режима питания растений на способность зерна пивоваренного ячменя к солодоращению 96
3.2 Формирование урожая и пивоваренных свойств зерна ячменя в зависимости от применения фиторегуляторов 101
3.2.1 Влияние фиторегуляторов на урожай и качество зерна пивоваренного ячменя 101
3.2.2 Влияние фиторегуляторов на состав белков зерна ячменя 105
3.2.3 Влияние фиторегуляторов на активность в зерне ячменя ферментов гидролитического и антиоксидантного действия 107
3.2.4 Последействие обработки растений ячменя фиторегуляторами на способность зерна к солодоращению 110
3.3 Связь зерновой продуктивности растений и пивоваренных показателей зерна ячменя с концентрацией аминокислот в соке листьев 113
3.3.1 Изменение концентрации аминокислот в соке листьев ячменя в зависимости от режима азотного питания 113
3.3.2 Связь между концентрацией тирозина в соке листьев, зерновой продуктивностью растений и качеством зерна ячменя 117
Заключение 123
Список литературы 132
Приложения 160
- Влияние природно-климатических факторов на формирование пивоваренных свойств зерна ячменя
- Биохимические процессы при солодоращении
- Влияние режима питания растений на состав белков зерна пивоваренного ячменя
- Связь между концентрацией тирозина в соке листьев, зерновой продуктивностью растений и качеством зерна ячменя
Влияние природно-климатических факторов на формирование пивоваренных свойств зерна ячменя
Ячмень в качестве сырья для пивоваренного производства по сравнению с другими зерновыми культурами обладает следующими преимуществами: благодаря высокой приспособляемости к почвенно-климатическим условиям его выращивают повсеместно; при получении солода зерно ячменя легко обрабатывается; в размолотом виде пленка ячменного солода создает естественный фильтр; химический состав ячменного солода, включая ферменты, позволяет получить пиво наилучшего качества (Галаган Е.А., 1951; Тихомиров В.Г., 1998; Prulj N., 2008).
Химический состав зерна ячменя, используемого для пивоварения, влияет на эффективность технологического процесса приготовления солода, стабильность качества и выход пива (Мальцев П.М., 1980; Калунянц К.А. и др., 1992; Кунце В., Мит Г.О., 2003; Нарцисс Л., 2007; Oser H.H., 2015).
Основными производителями ячменя в России являются Оренбургская, Ростовская, Воронежская области, республика Татарстан и Башкортостан, Саратовская, Тамбовская и Волгоградская области, а также Алтайский край. По данным МСХ РФ общая площадь посева пивоваренного ячменя в России в 2016 году составила 1821,4 тыс.га, а валовый сбор пивоваренного ячменя – 17,5 млн.т, на экспорт ушло 3,6 млн.т.
В связи с увеличением объема пивоваренного производства в России вырос спрос на качественное и высокотехнологичное сырье: солод и пивоваренный ячмень. Повышение качества зерна пивоваренного ячменя является одной из ключевых проблем агропромышленного комплекса страны (Быков В.Г., Павлюченков А.К., 2003; Титова Е.М., Внукова М.А., 2011; Хозиев О.А., Темираев Р.Б., 2010). На формирование качества зерна пивоваренного ячменя влияет ряд факторов: генотип сорта, гидротермические условия в период вегетации, семенной материал, состав и структура почвы, режим питания, агротехника, фитосанитарное состояние посевов.
Природно-климатические факторы меньше всего поддаются антропогенным воздействиям, поэтому их влияние необходимо учитывать при получении качественного сырья для пивоваренной промышленности (Регель Р.Э., 1909; Кадиков Р.К., Агафонова В.А., 2014). Как указывают в своей работе Р.А.Максимов и Е. А. Шадрина (2016) 38% изменений урожайности связаны с метеорологическими условиями.
В различные фазы вегетации растения ячменя неодинаково реагируют на температуру. Ячмень прорастает при температуре 1–3 0С, тогда как оптимальные условия роста обеспечиваются при температуре 20–22 0С. Затяжные дожди и длительное похолодание приводят к задержке роста. При низких температурах воздуха возрастает водоудерживающая способность почвы, поэтому семена менее интенсивно поглощают воду в ходе прорастания. Процесс налива и созревания зерна задерживается при температуре 13–140С (Борисоник З.Б., 1974; Беляков И.И., 1990).
В опытах, проведенных на черноземе обыкновенном, выяснено, что уровень белковистости зерна ячменя зависит от условий выращивания на 93 %, крупность зерна – на 76 %, экстрактивность – на 57 % (Юсова О.А. и др., 2015).
Многочисленными исследователями (Калмыкова Е. В. и др., 2014; Ториков В.Е., 2010; Кадычегов А.Н, Бородыня А.Н., 2010.; Бобер А. Н., 2014; Юсова О.А. и др., 2015; Smith D.B., 1990; Savin R. et al., 1997; Molina-Cano J.L. et al., 2000; Zhang G., et al., 2001) установлено, что от условий района выращивания в значительной степени зависит химический состав зерна ячменя, в частности, его белковистость. В условиях избыточного увлажнения формируется зерно с низким содержанием белков, а при недостаточном увлажнении и высокой температуре воздуха наблюдается существенное увеличение белковистости зерновок ячменя – 15–17 % (Регель Р.Э., 1909; Зюба С.Н., 2011).
Согласно требованиям государственного стандарта уровень белковистости зерна пивоваренного ячменя должен быть не более 12 %, но лучшим является зерно с содержанием белков 10,5–11 %. Из зерна ячменя с содержанием белков 8 % и менее образуется солод, который не обеспечивает хорошего брожения, так как дрожжевым бактериям не хватает белкового питания. Пиво из такого солода не образует стойкой пены и не имеет нужного вкуса и букета (Головин В.В. и др., 2007).
Дефицит влаги в период молочной спелости зерна ячменя способствует преждевременному засыханию и пожелтению листьев, в результате чего в зерновках ослабляется синтез крахмала и увеличивается накопление белков, поэтому формируется щуплое, мелкое, невыравненное зерно (Narzi L., Friedrich G., 1970; Шарипова Г.В., Фархутдинов Р.Г., 2009).
Главной причиной снижения урожайности ячменя является весенне-летняя засуха в период закладки колоса. Как быстро растущая культура, он не способен использовать поздние осадки для повышения продуктивности растений (Пакуль В.Н., 2009).
Под влиянием гидротермических условий натурная масса зерна пивоваренных ячменей может изменяться в пределах 600–750 г/л (Лапцевич Г.П., Строна И.Г., 1964). В.П. Смолин и В.Ф. Кирдин (2001) считают, что зерно ячменя для пивоваренного производства должно иметь натуру более 660 г/л. Натура зерна пивоваренного ячменя 680–730 г/л указывает на его полноценность и высокий уровень крахмалистости (Горак Л., 1961).
Влияние гидротермических условий на формирование натуры зерна составляет 83,5 % от общей вариации (Завалин А.А., и др., 2011). В исследованиях Л. Нарцисса (1980), И.М. Коданева (1976) и M.J. Edney et al. (2005) показано, что существует прямая зависимость натуры от белковистости, экстрактивности, пленчатости зерна и массы 1000 зерен. Масса 1000 зерен – показатель, в значительный степени зависящий от гидротермических условий. Данный показатель имеет более высокие значения в разреженном посеве и снижается при его загущении независимо от режима питания (Кадирова А. М., 2009). Особенно заметно происходит снижение массы 1000 зерен в условиях водного дефицита во время налива зерновок (Беляев Н.Н. и др., 2014).
Одним из основных показателей качества зерна пивоваренного ячменя является показатель его крупности. Данный показатель относят к сортовым признакам, и он включен в ряд показателей, имеющих ограничительные нормы при заготовке зерна (Гафиятуллина А.М. 2009). По требованиям ГОСТ ячмень, поставляемый для пивоваренного производства, подразделяют на 1 класс (показатель крупности зерна более 85 %) и 2 класс (показатель крупности зерна более 60 %).
Крупность зерна в большей степени определяется уровнем водообеспеченности растений ячменя в период вегетации (Завалин A.A. и др., 2011). Установлено, что при благоприятных погодных условиях показатель крупности зерна ячменя более высокий. Крупное, выравненное и однородное зерно ячменя одинаково впитывает воду при замочке, в последующем равномерно прорастает и вступает в биохимические процессы при соложении. Такое зерно требует одинаковых условий сушки, отлежки и хранения (Ториков В.Е. и др., 2007; Семыкин В.А. и др., 2013).
А.В. Пасынков и Е.Н. Пасынкова (2015) также отмечают, что крупность зерна ячменя не зависит от режима питания и сорта, а полностью обусловлена уровнем влагообеспеченности в течение вегетации.
С крупностью зерновок тесно связан другой показатель пивоваренных свойств ячменя – их выравненность по размерам. Причиной неоднородности зерновок по размерам может быть их положение в колосе, на главном и боковых побегах, неравномерное питание, условия внешней среды. Выравненные по размерам и крупности зерновки дают солод высокого качества (Семыкин В.А. и др., 2013).
При выращивании ячменя на низкоплодородной почве и под действием неблагоприятных погодных условий может возрастать фракция мелких зерен, по количеству которых выделяют 2 класса качества зерна пивоваренного ячменя: 1 класс – 5%, 2 класс – 7%. Мелкие зерна имеют способность быстро прорастать и сильно нагреваться в процессе соложения. Данный показатель менее ценен для пивоварения, так как при значительных вариациях размеров зерновок сильно различается время их прорастания.
Значительный интерес для пивоварения представляет показатель пленчатости зерна, который определяется массовой долей оболочек по отношению к чистому зерну без примесей и шелушеных зерен. Для пивоваренного производства содержание пленок должно быть от 8 до 10% сухой массы зерна (Козьмина Н.П., и др., 2006). Чем больше пленчатость зерна, тем меньше доля других сухих веществ, в том числе и крахмала. Таким образом, содержание крахмала и, следовательно, экстрактивность зерна ниже у ячменей с толстой пленкой, чем с тонкой. При этом толстопленчатое зерно ячменя содержит больше дубильных и горьких веществ, понижающих вкусовые качества пива (Гребенщиков В.Ю., и др., 2011;Зинкевич Е.П. и др., 2014).
Биохимические процессы при солодоращении
Важным этапом в технологии производства пива является получение солода, в котором при прорастании зерновок ячменя происходит растворение клеточных стенок эндосперма и образование активного комплекса гидролитических ферментов – протеаз и амилаз, осуществляющих расщепление структурных, запасных и других белков до аминокислот, а также превращение крахмала в растворимые углеводы, включающиеся в процесс брожения (Меледина Т.В. и др., 2013; Новиков Н.Н., 2014; Гамзаева Р.С., 2016; Голёта М.В., 2017; Гамзаева Р.С., 2018; Горпинченко Т.В., Аниканова З.Ф., 2002).
Для интенсификации солодоращения применяют различные приемы, включая применение стимулирующих препаратов на отдельных стадиях производства, активизирующих накопление гиббереллиновой кислоты, под действием которой инициируется синтез в зерне амилолитических ферментов (Нарцисс Л., 2007).
Традиционный способ солодоращения – трехсуточное замачивание зерна и семисуточное проращивание, в результате которого можно получить солод высокого качества, но такой процесс считается продолжительным и энергоемким. При длительном проращивании ячменя существует риск потери значительного количества экстрактивных веществ на процесс дыхания и формирования ростков. В то же время при сокращении продолжительности проращивания зерна для инициации синтеза гидролитических ферментов, участвующих в растворении эндосперма, образуется недостаточное количество эндогенных фитогормонов (Квасенков О.И., Юрьев Д.Н., 1997; Касперович В. Л. и др., 1999).
В процессе замачивания зерновок ячменя вначале зародышем используются содержащиеся в них растворимые и легкоусвояемые питательные вещества, в результате чего возрастает активность зародыша. В щитке зародыша происходит активация гидролитических ферментов с последующим их проникновением в эндосперм, где они катализируют процесс гидролиза запасных веществ и превращения этих веществ в растворимые соединения. Активация ферментов в зародыше и алейроновом слое происходит под действием гиббереллинов. С увеличением влажности зерна одновременно повышается активность амилаз, протеаз, рибонуклеаз, фосфатаз (Складал В., 1961; Калунянц К.А. и др., 1992; Кунце В., Мит Г.О., 2003).
Поглощенная при замачивании зерновок ячменя вода является важным фактором активации в них ферментов и обмена веществ в зародыше, что ведет к прорастанию зерновок, в которых интенсифицируется процесс дыхания. В первые сутки прорастания в зерновках активируются оксидазы и дегидрогеназы, под действием которых инициируются биосинтетические процессы развития проростков (Обручева Н.В., Антипова О.В., 1997; Николаева М.Г., 1968; Хозиев О.А. и др., 2016). В начале замачивания зерна процесс растворения клеточных стенок наблюдается в зародыше, потом постепенно распространяется от щитка зародыша в эндосперм. В результате поступления в алейроновый слой гибберелиновой кислоты происходит активация ферментов и растворение клеточных стенок в других частях зерновок. Максимальная активность гидролитических ферментов приходится на 5 сутки проращивания. Растворение клеток эндосперма способствует повышению активности амилолитических и протеолитических ферментов солода, участвующих в гидролитическом расщеплении крахмала и запасных белков (Касперович В.Л. и др., 1999; Кунце В., Мит Г.О., 2003).
При дефиците кислорода зародыш для поддержания своей жизнедеятельности потребляет его из эндосперма зерна, что называют интрамолекулярным дыханием, которое сопровождается образованием кислот и эфиров, при этом снижается способность прорастания зерновок (Билек В. и др., 1957).
Водопоглощение прорастающих зерновок зависит от ряда факторов: температуры воды (чем она выше, тем меньше время замачивания), размера зерновок (крупные зерна требуют большего времени на замачивание), способа замачивания (продолжительные воздушные паузы укорачивают процесс замачивания), водообеспеченности (при дефиците влаги поглощение воды замедляется) (Меледина Т.В. и др., 2013).
Процесс солодоращения зависит от температурного режима. Проращивание при температуре 12–16 0С (холодный способ) предпочтительнее по всем показателям. При таком температурном режиме обеспечивается умеренный рост зародыша, накопление гидролитических ферментов и глубокий распад белковых веществ. Проращивание при температуре выше 20 0С ведет к чрезмерному росту проростков, растворению и потерям экстрактивных веществ, а ниже 10 0С – к снижению жизнедеятельности прорастающих зерновок. Оптимальная температура проращивания для получения темного солода – 22 0С, в данном случае повышение температуры необходимо для более глубокого распада белковых веществ (Андреева О.В., 2001).
В опытах О.А. Рожанской и др. (2014) установлено, что при температуре 20 0С происходит быстрый рост корешков и ростков, при этом на 5 сутки проращивания потери массы солода достигают 29 %. Сокращение продолжительности солодоращения до 3 суток снижает потери до 1,6–7,6 %, но при этом солод остается не полностью растворенным.
При солодоращении важную роль играет активность ферментов и их взаимодействие. Максимальное количество экстракта образуется под действием комплекса гидролитических ферментов – амилолитических, протеолитических, цитолитических. Как известно, цитазы катализируют гидролиз некрахмальных полисахаридов клеточных стенок, в результате чего образуется проницаемая для амилаз и протеаз внутренняя структура эндосперма (Булгаков Н.И., 1976; Василинец, И.М., Радионова И.Е., 2003; Нарцисс Л, 2007).
По мере накопления и активации ферментов в прорастающем зерне происходят биохимические процессы гидролиза некрахмальных полисахаридов, в частности, -глюканов и пентозанов. В растворении клеточных стенок эндосперма основную роль играют цитолитические ферменты (эндо- и экзо--глюканазы, эндо- и экзоксиланазы, арабинозидазы и др.) (Меледина Т.В, и др., 2013).
На процесс солодоращения значительное влияние оказывают протеолитические ферменты. В зерновках ячменя выявлены два вида протеолитических ферментов, локализованных в алейроновых клетках и эндосперме: папаиноподобные протеиназы, содержащие в активном центре восстановленные тиоловые группы, и трипсиноподобные протеиназы. В процессе созревания зерна активность протеолитических ферментов снижается до минимального уровня под воздействием белковых ингибиторов, которые образуют неактивные комплексы с ферментными белками. В прорастающем зерне происходит как активация протеаз, содержащихся в зерновках, так и образование новых ферментных белков (Новиков Н.Н., 2014).
Активность протеаз в покоящемся зерне ячменя незначительна, но при солодоращении, когда создаются оптимальные условия влажности и температуры, их активность возрастает под влиянием гиббереллинов (Полевой В.В., Саламатова Т.С., 1991). Протеолитические ферменты катализируют гидролиз белковых молекул с образованием пептидов и свободных аминокислот. Аминокислоты, образовавшиеся при гидролитическом расщеплении белков, подвергаются под действием соответствующих ферментов дальнейшей диссимиляции, важнейшим этапом которой является дезаминирование; в ходе этих реакций образуются кетокислоты и аммиак. Указанные реакции являются ключевыми в процессе превращения азотсодержащих веществ в безазотистые соединения; благодаря дезаминированию осуществляется превращение белковых веществ в углеводы и жиры (Антонов В.К., 1991; Меледина Т.В. и др., 2013).
Протеазы имеют важное технологическое значение в пивоварении для обеспечения оптимального содержания аминокислот, которые необходимы для питания дрожжей в ходе брожения. Наиболее высокую активность в прорастающем зерне имеют протеазы с оптимумом действия при рН=7,0–8,0. Для амилолитических ферментов в проростках ячменя оптимум рН находится в пределах от 6,5 до 7,0 (Голёта М.В., 2017).
При замачивании в зерновках снижается концентрация коагулируемых белковых веществ и возрастает содержание некоагулируемых белков и аминокислот. Под действием протеолитических ферментов снижается содержание гордеинов и глютелинов и одновременно увеличивается количество продуктов их распада. Содержание растворимых белков особенно интенсивно возрастает при повышенной температуре. Наибольшее расщепление высокомолекулярных белков приходится на 4–5 сутки проращивания (Складал В. и др., 1961; Мосолов В.В., 1971; Кунце В., Мит Г.О., 2003; Worbel R., Jones B.L., 1992).
Влияние режима питания растений на состав белков зерна пивоваренного ячменя
Под влиянием режима азотного питания существенно изменялся состав белков зерна. При повышении уровня азотного питания растений в зерновках ячменя понизились концентрация водорастворимых белков, глобулинов, неэкстрагируемых белков и повысилось содержание спирторастворимых белков (гордеинов), а в опыте 2017 г. увеличилось также и количество глютелинов (таблицы 9 и 10). Причем указанные изменения в составе белков наблюдались при возрастании дозы азота до 120 кг/га, тогда как дальнейшее увеличение дозы азота до 150 кг/га на состав белков зерна ячменя не влияло (таблица 10).
Уменьшение концентрации водорастворимых белков в зерновках пивоваренного ячменя в вариантах с повышенными дозами азота в определенной степени снижало его технологические свойства, влияющие на формирование качества пива.
В опыте 2016 г. дополнительное внесение фосфорного удобрения (вариант N60P120K30), повысившего зерновую продуктивность растений ячменя, несколько увеличило в зерне концентрацию глобулинов и неэкстрагируемых белков, что в определенной степени улучшило пивоваренные свойства зерна. При усилении калийного питания (вариант N60P30K120), когда зерновая продуктивность ячменя также повысилась, в его зерновках возросла концентрация глобулинов (рисунок 9).
В гидротермических условиях 2017 г., когда усиление фосфорного или калийного питания не влияло на зерновую продуктивность ячменя, при дополнительном внесении фосфорного удобрения (вариант N60P120K60) в его зерновках повысилась концентрация глютелинов, но понизилось содержание водорастворимых и неэкстрагируемых белков (таблица 10, рисунок 10), что в определенной степени ухудшило пивоваренные свойства зерна.
Под влиянием повышенной дозы калия (вариант N60P60K120) в зерновках ячменя возросли концентрация глобулинов, глютелинов, но понизились содержание водорастворимых и неэкстрагируемых белков. Как видно из этих данных, существенного улучшения пивоваренных свойств зерна ячменя не происходило.
В результате заметного снижения содержания водорастворимых белков в зерне ячменя под влиянием возрастающих доз азота отношение этих белков к количеству глобулинов понижалось от 0.91–0.92 до 0.82–0.83 (таблицы 11, 12), тогда как отношение гордеинов к глютелинам возрастало от 1–1.2 до 1.2–1.4. При повышении уровня азотного питания общее количество легкорастворимых белков (альбумины + глобулины) уменьшалось от 24–26 % (общего количества белков) до 17–18 %, а содержание запасных белков (гордеины + глютелины) увеличивалось от 57–60 % до 70–71 %, в результате отношение запасных белков к легкорастворимым возрастало от 2.2–2.4 до 4, что в определенной степени ухудшало пивоваренные свойства зерна. При усилении фосфорного и калийного питания существенных изменений в составе белковых фракций зерна ячменя не наблюдалось.
Таким образом, в полевых опытах выяснено, что при повышении уровня азотного питания растений ячменя увеличение общего содержания в зерне белков происходило за счет возрастания концентрации гордеинов, тогда как содержание в зерне водорастворимых белков, глобулинов, неэкстрагируемых белков понижалось. Основные показатели, снижающие пивоваренные свойства зерна ячменя при увеличении доз вносимого азота – повышение белковистости зерна более 12 % (в опыте 2016 г.) и концентрации гордеинов, а также уменьшение содержания в зерне водорастворимых белков. В наибольшей степени эти показатели ухудшались от внесения повышенных доз азота 120–150 кг/га. При усилении калийного питания (К120) повышалось содержание в зерновках ячменя глобулинов.
В гидротермических условиях 2017 г., когда внесение повышенных доз фосфора и калия вследствие дефицита азота существенно не влияло на урожайность ячменя, усиление фосфорно-калийного питания увеличивало содержание в его зерновках глютелинов, но уменьшало концентрацию водорастворимых и неэкстрагируемых белков. Уменьшение содержания в зерне водорастворимых белков ухудшало пивоваренные свойства зерна (Новиков Н.Н., Соловьева Н.Е., 2019).
Связь между концентрацией тирозина в соке листьев, зерновой продуктивностью растений и качеством зерна ячменя
Для оптимизации азотного питания кормового или крупяного ячменя возможно дополнительное внесение азотных удобрений в виде корневых подкормок, которые обычно проводятся в фазы выхода в трубку и начале колошения. Корневая азотная подкормка в фазе выхода в трубку предназначена главным образом для повышения урожайности ячменя, хотя при этом происходит и некоторое повышение белковистости зерна. Азотная подкормка в начале колошения ячменя проводится с целью повышения белковистости зерна, однако наблюдается также и некоторое увеличение зерновой продуктивности растений.
Необходимость проведения азотных подкормок обычно оценивают с использованием методов растительной диагностики. При этом требуется прогнозировать возможную эффективность таких подкормок, которая определяется величиной прибавки урожая и параметрами улучшения качественных показателей зерна. Для обоснования улучшения прогнозируемых показателей проводятся полевые и лабораторные исследования по выяснению новых методов диагностики азотного питания, с помощью которых было бы возможно оперативно и с высокой точностью прогнозировать зерновую продуктивность и качество зерна ячменя.
В технологиях выращивания пивоваренного ячменя азотные подкормки обычно не применяются, так как они повышают содержание в зерне белков, по которому установлено ограничение – не более 12 %. Однако в условиях засушливой погоды возможно значительное повышение белковистости зерна ячменя даже от внесения до посева умеренной дозы азота и в данном случае является целесообразным с помощью растительной диагностики прогнозировать показатели пивоваренных свойств зерна. При этом особенно важно прогнозировать уровень белковистости зерна. Если согласно прогнозу этот показатель превысит установленное ограничение на 1 % и более, то такое зерно может быть использовано не на производство пива, а на другие цели и тогда возможно проведение корневой азотной подкормки в фазе начала колошения ячменя для доведения содержания в зерне белков до оптимального уровня согласно кормовым или пищевым требованиям.
В наших исследованиях в качестве диагностического показателя использовалась концентрация тирозина в соке листьев ячменя в фазе образования первого стеблевого узла, которая в целом отражает концентрацию свободных аминокислот, потребляемых в растениях на синтез структурных и функционально активных белков и других азотистых соединений. В ходе исследований указанный диагностический показатель сопоставляли с зерновой продуктивностью растений ячменя, а также показателями пивоваренных свойств зерна: натурой, экстрактивностью, пленчатостью, энергией и способностью прорастания зерна, массой 1000 зерен, содержанием и составом белков в зерне, активностью амилаз, протеаз, каталаз и пероксидаз в покоящихся и прорастающих зерновках (рисунки 20-23).
В проведенных опытах установлена достоверная положительная корреляция концентрации тирозина в соке листьев ячменя с показателями натуры (r = 0.96– 0.99) и экстрактивности (r = 0.95–0.99) зерна, содержанием в зерновках водорастворимых белков (r = 0.98–0.99) и достоверная отрицательная корреляция с зерновой продуктивностью растений (r = –0.92–0.95), общим содержанием в зерне белков (r = –0.91–0.97), содержанием гордеинов (r = –0.96–0.98), общей активностью в зерне амилаз (r = –0.91–0.99) (таблица 32).
Выявленные тесные корреляции между указанными показателями обусловлены влиянием уровня азотного питания растений. При повышении уровня азотного питания растений ячменя, как было показано в наших опытах, возрастают их зерновая продуктивность, общее содержание в зерне белков и содержание гордеинов, общая активность амилаз, но снижаются концентрация тирозина в соке листьев, показатели натуры и экстрактивности зерна, содержание в зерновках водорастворимых белков.
Расчеты показывают, что при уменьшении концентрации тирозина в 1 мл сока листьев в фазе образования первого стеблевого узла на 1 мг за счет улучшения азотного питания растений наблюдалось повышение зерновой продуктивности ячменя на 6–20 г/м, общего содержания белков в зерне – на 0.2– 0.3 %, содержания гордеинов – на 0.7–0.8 %, общей активности амилаз – на 2.2 – 3.3 мг гидролизованного крахмала за 1 минуту в расчете на 1 г сухой массы зерна; вместе с тем натура зерна при понижении концентрации тирозина в 1 мл сока листьев на 1 мг уменьшалась на 1.4–1.6 г/л, экстрактивность зерна – на 0.2 %, содержание в зерне водорастворимых белков – на 0.3–0.4 %.
Как видно из полученных экспериментальных результатов (таблицы 3, 4), на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве с обеспеченностью элементами питания на уровне 5-го класса наиболее высокая зерновая продуктивность растений ячменя достигается в умеренно влажных гидротермических условиях (ГТК=1.3) при концентрации тирозина в соке листьев в фазе образования первого стеблевого узла 12 мг/мл, а в условиях влажной и прохладной погоды (ГТК=2.3) – 21 мг/мл.
Однако в указанных гидротермических условиях заметно снижается натура, экстрактивность зерна и содержание в зерне водорастворимых белков, а общее содержание белков может значительно превышать нормативный уровень (при ГТК=1–1.3), в результате чего ухудшаются пивоваренные свойства зерна. В наименьшей степени эти показатели ухудшаются в умеренно влажных гидротермических условиях при концентрации в соке листьев тирозина не менее 17–18 мг/мл (при оптической плотности раствора 0.35, а в условиях прохладной и влажной погоды – не менее 21 мг/мл (при оптической плотности раствора 0.42). Таким образом, в ходе исследований выяснено, что на основе полученных экспериментальных данных на ранних этапах роста и развития растений ячменя (фаза образования первого стеблевого узла) возможно с довольно высокой точностью прогнозировать уровень зерновой продуктивности растений ячменя и показателей качества и пивоваренных свойств зерна и с использованием результатов такого прогнозирования решать вопрос о пригодности формирующегося урожая ячменя для пивоваренного производства. А если формирующееся зерно не удовлетворяет требованиям пивоваренного производства и будет использовано на корм или для переработки в крупу, то на основании результатов проведенной диагностики можно планировать проведение корневой азотной подкормки растений ячменя в фазе начала колошения.