Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav pěstování, šlechtění rostlin a rostlinolékařství
Studium vybraných technologických vlastností ječmene Diplomová práce
Vedoucí práce: prof. Ing. Jaroslava Ehrenbergerová, CSc. Konzultant: Ing. Vratislav Psota, CSc.
Vypracovala: Markéta Musilová, Bc.
Brno 2011
PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma Studium vybraných technologických vlastností ječmene vypracovala samostatně a použila jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Diplomová práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně. dne ………………………………………. podpis diplomanta ……………………….
PODĚKOVÁNÍ Ráda bych poděkovala paní prof. Ing. Jaroslavě Ehrenbergerové, CSc. za vedení mé diplomové práce a panu Ing. Vratislavu Psotovi, CSc. za pomoc při vyhledávání odborné literatury, cenné rady a připomínky, které mi pomohly v řešení této diplomové práce. Také bych ráda poděkovala svým rodičům za podporu a trpělivost během studia.
ABSTRAKT U devatenácti sladovnických i nesladovnických odrůd jarního ječmene, pěstovaných v letech 2009 a 2010 na zkušebních stanovištích Ústřední kontrolního a zkušebního ústavu zemědělského pro seznam doporučených odrůd, byly stanoveny vztahy mezi procentem moučnatých zrn, indexem tvrdosti a vybranými znaky sladovnické kvality. Moučnatost vyjádřená procentem moučnatých zrn byla stanovena pomocí přístroje Light transflectance meter (LTm), který měří průchod světla obilkou a tvrdost vyjádřená indexem tvrdosti byla stanovena přístrojem Single Kernel Charakterization System 4100 (SKCS), který měří tvrdost jednotlivých zrn. Na oba sledované parametry byl zaznamenán vliv zkušební stanice, který byl na moučnatost 53 % a 56 % na tvrdost. Relativní vliv odrůdy na moučnatost byl 11 % a na tvrdost 20 %. Byla zjištěna vysoce významná korelace mezi moučnatostí a tvrdostí. Významná silná korelace mezi oběma stanoveními a friabilitou. Sledována byla také středně silná korelace hodnot obou měření k dosažitelnému stupni prokvašení, homogenitě stanovené friabilimetrem, částečně sklovitými zrny a obsahem škrobu. Středně silná korelace byla zaznamenána mezi tvrdostí zrn a obsahem β-glukanů ve sladině, Kolbachovým číslem a viskozitou.
Klíčová slova: jarní ječmen, moučnatost, tvrdost, kvalita sladu
ABSTRACT Nineteen varieties of spring barley with malting and nonmalting quality were grown in 2009 and 2010 on test station of Central Institute for Supervising and Testing in Agriculture for a list of recommended varieties, were determined relationship between the proportion of mealy grain, hardness index and selected parametrs of malting quality. Mealiness expressed as a percent of the mealy grains was assessed using the Light Transflectance meter (LTm) that measures the passage of light through kernel. Hardness expressed hardness index were determined using Single Kernel Charakterization System 4100 (SKCS), which measures the hardness of individual grains. On both these parameters was observed effect of the test station, which was on mealiness 53% and 56% on hardness. Relative influence of variety on mealiness was 11% and on hardness 20%. It was found highly significant correlations between mealiness and hardness. a significant strong correlation between the both parametrs and friability. Mediumly strong correlation was observed between values of both measurements and apparent final attenuation, homogeneity (by friabilimeter), partly unmodified grains and starch content in caryopsis. Mediumly strong correlations was observed between hardness and β-glucan in wort, Kolbach index and viscosity of wort.
Keywords: spring barley, mealiness, hardness, malting quality
OBSAH: 1
ÚVOD...............................................................................................................................................9
2
CÍL PRÁCE...................................................................................................................................11
3
LITERÁRNÍ PŘEHLED..............................................................................................................12 3.1
HISTORIE JEČMENE ...................................................................................................................12
3.2
BOTANICKÁ A BIOLOGICKÁ CHARAKTERISTIKA JEČMENE.........................................................14
3.3
3.4
3.2.1
Botanická systematika ...............................................................................................14
3.2.2
Anatomie....................................................................................................................15
CHEMICKÉ SLOŽENÍ A JEHO VÝZNAM........................................................................................16 3.3.1
Škrob..........................................................................................................................16
3.3.2
Neškrobové polysacharidy.........................................................................................17
3.3.3
Lipidy.........................................................................................................................18
3.3.4
Fosfáty a polyfenoly...................................................................................................18
3.3.5
Dusíkaté látky ............................................................................................................19
3.3.6
Aminokyseliny............................................................................................................19
3.3.7
Bílkoviny ....................................................................................................................19
3.3.8
Enzymy.......................................................................................................................22
3.3.9
Vitaminy.....................................................................................................................23
3.3.10
Popeloviny (anorganické látky) .................................................................................23
VYUŽITÍ JEČMENE .....................................................................................................................24 3.4.1
3.4.1.1
Potravinářské využití ječmene..........................................................................................25
3.4.1.2
Průmyslové využití ječmene.............................................................................................26
3.4.1.3
Ječmen pro krmné účely...................................................................................................26
3.4.1.4
Pícninářský význam ječmene ...........................................................................................27
3.4.2 3.5
Nesladovnické využití ječmene...................................................................................24
Sladovnické využití ječmene ......................................................................................27
HODNOCENÍ ODRŮD SLADOVNICKÉHO JEČMENE .......................................................................28 3.5.1
Ukazatel sladovnické jakosti (USJ) ...........................................................................29
3.5.1.1
Subjektivní znaky .............................................................................................................31
3.5.1.1.1
Barva, charakter a podíl pluch.............................................................................. 31
3.5.1.1.2
Tvar, velikost, přirozený lesk a zdravá vůně zrna ................................................ 32
3.5.1.1.3
Zlomky a mechanicky poškozená zrna................................................................. 32
3.5.1.2
Mechanické znaky............................................................................................................32
3.5.1.2.1
Vyrovnanost a plnost zrn...................................................................................... 32
3.5.1.2.2
Objemová hmotnost a hmotnost tisíce zrn ........................................................... 33
3.5.1.2.3
Hustota a tvrdost zrna........................................................................................... 33
3.5.1.2.4
Friabilita (křehkost) sladu .................................................................................... 34
3.5.1.2.5
Pevnost v tlaku, mletí a obrušování...................................................................... 34
3.5.1.2.6
Moučnatost a sklovitost........................................................................................ 34
4
5
3.5.1.3
Fyziologické ukazatele .....................................................................................................35
3.5.1.4
Chemické ukazatele..........................................................................................................36
3.5.1.4.1
Obsah dusíkatých látek ........................................................................................ 36
3.5.1.4.2
Kolbachovo číslo.................................................................................................. 36
3.5.1.4.3
Extrakt v sušině sladu a relativní extrakt při 45°C ............................................... 37
3.5.1.4.4
Viskozita sladiny.................................................................................................. 37
3.5.1.4.5
Barva sladiny, barva sladiny po povaření a pH kongresní sladiny ....................... 37
3.5.1.4.6
Diastatická mohutnost a dosažitelný stupeň prokvašení....................................... 38
3.5.1.4.7
Obsah β-glukanů ve sladině ................................................................................. 39
MATERIÁL A METODIKA .......................................................................................................40 4.1
ODRŮDY JEČMENE A JEJICH CHARAKTERISTIKA........................................................................40
4.2
ZKUŠEBNÍ STANICE A JEJICH AGROEKOLOGICKÁ CHARAKTERISTIKA........................................42
4.3
CHARAKTERISTIKA SKLIZŇOVÝCH ROČNÍKŮ ............................................................................43
4.4
NEDESTRUKTIVNÍ STANOVENÍ SKLOVITOSTI A MOUČNATOSTI POMOCÍ LTM ............................44
4.5
STANOVENÍ TVRDOSTI POMOCÍ SKCS ......................................................................................46
4.6
ANALÝZA SLADU A SLADINY ....................................................................................................47
4.7
STATISTICKÉ ZPRACOVÁNÍ VÝSLEDKŮ......................................................................................47
VÝSLEDKY A DISKUZE............................................................................................................48 5.1
VZTAH MEZI INDEXEM TVRDOSTI A PROCENTEM MOUČNATÝCH ZRN .......................................49
5.2
VLIV ODRŮDY, ZKUŠEBNÍ STANICE A SKLIZŇOVÉHO ROČNÍKU .................................................50
5.3
ROZDÍLY MEZI ZKUŠEBNÍMI STANICEMI ....................................................................................51
5.4
ROZDÍLY MEZI ODRŮDAMI ........................................................................................................52
5.5
ROZDÍL MEZI SKLIZŇOVÝMI ROČNÍKY ......................................................................................54
5.6
VLIV SLOŽENÍ OBILKY NA PROCENTO MOUČNATÝCH ZRN A INDEX TVRDOSTI ..........................55
5.7
VLIV PROCENTA MOUČNATÝCH ZRN NA SLADOVNICKÉ ZNAKY ................................................56
5.8
VLIV INDEXU TVRDOSTI NA SLADOVNICKÉ ZNAKY ...................................................................57
6
ZÁVĚR...........................................................................................................................................60
7
SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY .........................................................................................62
8
SEZNAM TABULEK ...................................................................................................................67
1
1 ÚVOD Díky své diplomové práci jsem si uvědomila, jak je zrno ječmene důležitou surovinou pro výrobu piva, které se během studia stalo mým oblíbeným nápojem, protože má vyváženou chuť a spoustu vitamínů. Práci jsem zpracovávala na brněnském pracovišti Výzkumného ústavu pivovarského sladařského (VÚPS). Práce se zabývá studiem technologických vlastností jarního ječmene, konkrétně fyzikálními vlastnostmi jeho obilek moučnatostí/sklovitostí a tvrdostí/měkkostí. Všechny tyto vlastnosti ukazují na charakter endospermu, který určuje, jaká bude úroveň jeho následné modifikace během sladování. Jsou-li moučnatá a sklovitá zrna sladována stejným způsobem je jejich modifikace různá. Práce se věnuje také vztahům mezi těmito fyzikálními vlastnostmi a ostatními sladovnickými znaky. Dobře rozluštěný homogenní slad je potřebný pro vysoký extrakt a tím i výtěžnost piva. Proto jsou potřebné přístroje jako je LT metr a SKCS 4100 měřící jednotlivá zrna, pomocí těchto přístrojů lze kromě moučnatosti a tvrdosti stanovit i homogenitu či heterogenitu vzorku obilek ječmene. Pěstování a zpracování ječmene má bohatou historii. Zrno ječmene je základní surovinou výroby sladu, má však i nesladovnické využití uplatňuje se pro výrobu funkčních potravin, krmná obilnina, krycí plodina v pícninářství, v léčivech ve farmaceutickém průmyslu nebo v potravinářském průmyslu k výrobě škrobu, glukózy, maltózových sirupů a ethanolu (whisky). Zrno ječmene obsahuje 12 – 14 % vody, převážnou část sušiny tvoří škrob, dále pak neškrobové polysacharidy, sacharidy, dusíkaté látky (aminokyseliny, bílkoviny), lipidy, fosfáty, polyfenoly, enzymy, vitamíny a popeloviny. Pro sladovnické využití se zrno ječmene hodnotí. Od roku 1995 jsou odrůdy hodnoceny ukazatelem sladovnické jakosti, který byl v roce 2002 upraven podle aktuálních požadavků sladoven a pivovarů. Bodová hodnota ukazatele sladovnické jakosti je v rozmezí 1 – 9 a odděluje odrůdy vhodné pro sladování od odrůd nevhodných. Pro výpočet ukazatele sladovnické jakosti je důležitý obsah dusíkatých látek v obilkách ječmene, extrakt v sušině sladu, relativní extrakt při 45 °C, Kolbachovo číslo, diastatická mohutnost, dosažitelný stupeň prokvašení, friabilita a obsah β-glukanů ve sladině. Zrno vhodné k výrobě piva má být zdravé, světle žluté, lesklé se slámovou vůní. Při výběru odrůdy hraje roli i struktura endospermu, který je buď sklovitý nebo 9
moučnatý. Sklovitý endosperm má uzavřenější strukturu a škrobová zrna jsou uložena v bílkovinné matrici pevněji. Pro moučnatý endosperm je charakteristické volnější uložení škrobových zrn do bílkovinné matrice. Moučnatý endosperm pohlcuje světlo, které jím prochází, čehož se využívá při jeho určení pomocí optických přístrojů jako je LTm (Light transflectance meter), který měří průchodu laserového paprsku skrz obilku, aniž by obilku poškodil. V práci byl studován vztah mezi moučnatostí, tvrdostí a ostatními technologickými znaky
ječmene,
ovlivnění
hodnot
moučnatosti
a tvrdosti
odrůdou,
lokalitou
a sklizňovým ročníkem. Dále pak také možnost uplatnění těchto fyzikálních vlastností pro odhad sladovnické kvality. Tvrdost lze definovat jako odpor materiálu proti vnikání cizího tělesa. Je to vlastnost, která úzce souvisí se sklovitostí endospermu. Tvrdost zrna je vlastností odrůdy a používá se jí při hodnocení šlechtitelského materiálu ječmene a pšenice. Nově šlechtěné odrůdy ječmene je nutné podrobit mnoha zkouškám, aby mohla být určena jejich vhodnost pro sladovnické účely. Je důležité znát vztahy mezi jednotlivými vlastnostmi, aby bylo možné odhadnout sladovnickou hodnotu nové odrůdy. Vzhledem k potřebě snižovat ekonomické náklady šlechtění je nutné hledat rychlé, přesné, finančně nenáročné metody pracující s minimálním množstvím vzorku a zjišťovat jejich použitelnost pro odhad jednotlivých kvalitativních parametrů.
10
2 CÍL PRÁCE Vlastní cíle, stanovené pro zpracování této práce jsem si rozdělila na čtyři základní okruhy: První úkol spočíval ve zmapování technologických vlastností ječmene a jejich vzájemných vztahů. V návaznosti na první úkol jsem stanovila moučnatost respektive procento moučnatých zrn ve vzorku pomocí LTm a tvrdost respektive index tvrdosti vzorků měřený na přístroji SKCS 4100. To vše u vzorků zrn ječmene ze sklizní z let 2009 a 2010. Třetím cílem bylo naměřené hodnoty statisticky zpracovat. To mi umožnilo zjistit vliv odrůdy, zkušební stanice a sklizňového ročníku na procento moučnatých zrn a index tvrdosti vzorků obilek jarního ječmene. Jako logické vyústění jsem hledala vztahy mezi oběma parametry a dalšími sladovnickými znaky spolu s možným uplatnění těchto vlastností v odhadu sladovnické kvality.
11
3 LITERÁRNÍ PŘEHLED 3.1
Historie ječmene
Ječmen byl základní potravinou již před mnoha tisíciletími. V Egyptě bylo nalezeno několik zrn ječmene, některá z nich byla načernalá – zuhelnatělá. Spolu se zrny ječmene byly nalezeny i obroušené kameny. Dá se usuzovat, že tyto kameny byly použity právě ke zpracování obilovin. Pomocí radiouhlíkové metody bylo stáří těchto zrn lokalizováno do období 18 500 – 17 000 let př.n.l. (Wendorf et al., 1988). Například Zimolka (2006a) dokladuje pěstování ječmene v Egyptě v 8. století př.n.l. a v Iráku v 7. století př.n.l. Kulturní ječmen k nám pravděpodobně přišel ze zemí „úrodného půlměsíce“, (Lekeš, 1998) tj. území Přední Asie včetně starého Egypta, které je také považováno za oblast původu. Na tomto faktu se shoduje například Lekeš (1997) či Zimolka (2006a). Na území České republiky byl zřejmě pěstován již předslovanskými kmeny, hlavně Kelty. Ještě v raném středověku nebyl ječmen zdaleka tak ceněn jako pšenice. Do popředí vstupuje až od 2. poloviny 16. století a jeho vývoj je spjatý s rozvojem pivovarnictví (Lekeš, 1998). „V českých zemích jsou první písemné záznamy o vaření piva uvedeny v zakládací listině kapituly Vyšehradské z roku 1089“(Polák et al., 1998). Zpočátku byl ječmen používán pro výrobu sladu a piva jen pro slavnostnější příležitosti. Koncem 19. a začátkem 20. století dochází k rozmachu pěstování ječmene výroby sladu a vývozu obou komodit (Lekeš, 1998). „Zmíněné skutečnosti se významně promítly v rozšiřování ploch ječmene a cílevědomém šlechtění krajových odrůd dvouřadého jarního ječmene s orientací na sladařskou jakost“(Polák et al., 1998). Přibližně do roku 1865 se vybíralo osivo z lepších porostů a vyměňovalo se mezi jednotlivými zemědělci. Do stejného roku byly na území Československa rozšířeny staré krajové odrůdy. Ty byly směsicí populací, vyznačovaly se vysokou nenáročností, odolností proti suchu, byly rané avšak extenzivní. Rozmístění jednotlivých evolučně vzniklých typů bylo podle Skladala et al. (1967) přibližně následující: Staročeský typ – povodí Labe, nížiny Plzeňska; Starohanácký typ – území okresů Kroměříž, Přerov, Olomouc, Vyškov; Jihomoravský typ – okresy Brno, Znojmo a z části Třebíč; Slovácký typ – okresy Hodonín, Břeclav, Uherské Hradiště; Staroslovenský typ – střední a dolní Pováží, úrodné části jižního Slovenka; Podhorský a Horský typ – vyšší polohy. 12
Nejvýznamnější z výše uvedených byl Starohanácký typ, který spolu se Staročeským typem určoval jakostní standard pro sladovnický ječmen nejen na území Rakouska-Uherska, ale i celé Evropy (Zimolka, 2006a). Zhruba v letech 1866 – 1875 se začaly staré krajové odrůdy zaměňovat za západoevropské odrůdy typu Imperial či Chevalier, které rozšiřovaly hlavně velkostatky. Ty se však během několika let přesvědčily, že tyto odrůdy nejsou vzhledem k náročnosti na vláhu, výživu a dlouhou vegetační dobu pro naše poměry vhodné (Lekeš, 1997). Také Emanuel Proskowetz st. brzy poznal, že dovážené ječmeny nemohou nahradit ty krajové „a přešel k výběrovému šlechtění hanáckých ječmenů, a získal první známou šlechtěnou domácí odrůdu Kvasický hanácký“ (Skládal et al., 1967). Počátky šlechtění sladovnického ječmene z krajových odrůd (zejména hanáckých) začínají v letech 1872 – 1875. Prvním kdo započal, na vědeckých základech na našem území, zušlechťovat jarní ječmen byl Emanuel Proskowetz mladší (Lekeš, 1997). V roce 1884 vznikla jedna z nejvýznamnějších světových odrůd sladovnického ječmene Proskowetz Haná Pedigree vyšlechtěná právě Proskowetzem mladším (Hájek et al., 2006). Období rozkvětu našeho ječmenářství přerušila první světová válka, ale po vzniku samostatného Československa se opět začala obnovovat sláva našeho sladovnického ječmene (Zimolka, 2006a). Po roce 1920 se začalo s křížením krajových odrůd s některými zahraničními odrůdami (Lekeš, 1997). V roce 1926 bylo v Československu 21 šlechtitelských podniků šlechtících sladovnický ječmen. Velmi dobré výsledky našeho ječmenářství z té doby mají i stinné stránky, především vysoký počet nových odrůd, který způsobil roztříštěnost velkých partií sladovnického ječmene. Byla snaha omezit počet odrůd a jejich rajonizace, avšak bez velkého výsledku (Skládal et al., 1967). Významným přínosem pro intenzivní pěstování a zlepšení kvality byla v letech 1930 – 1939 vyšlechtěná odrůda Valtický typ C (Lekeš, 1998). Druhá světová válka znamenala pro sladovnický ječmen úpadek. Byly „zaváděny méně jakostní odrůdy z Německa a sladařský průmysl byl postupně vyřazován z provozu“ (Skládal et al., 1967). Na konci války byla značná část sladařského a pivovarského průmyslu zničena nebo poškozena tak, že nebyla schopna provozu. Byl znehodnocen šlechtitelský materiál, takže se v roce 1946 začínalo s výběrem znovu. Byla vyšlechtěna odrůda Valtický, která se po roce 1960 stala nejrozšířenější odrůdou, byla pěstována na více než polovině plochy oseté jarním ječmenem. 13
Další významnou odrůdou jarního ječmene byla odrůda Diamant, zaregistrovaná roku 1965. Jedná se o pozitivní mutaci vzniklou ozářením suchých obilek odrůdy Valtický typ A. Odrůda Diamant se vyznačovala krátkými stébly vysokým a stabilním výnosem a velmi dobrou sladovnickou kvalitou zrna. Po roce 1970 se rozpracovává diamantová řada, ze které jsou nejrozšířenějšími odrůdami v ČR odrůdy (registrovaném roce): Koral 1978, Rubín 1982, Jubilant 1991, Akcent 1992, Amulet 1992 a Tolar 1997. České odrůdy se jako pozitivní genotypy „podstatnou měrou podílejí na rozvoji ječmenářství po celém světě“ (Bouma, 1999). Ječmen má v rostlinné produkci posledního století ze všech plodin druhé nejstabilnější místo v obilovinách, hned po pšenici. Z hlediska ekonomiky se spojují jeho vysoké výkupní ceny a poměrně nízké náklady je po máku, bramborách a cukrovce plodinou s nejvyšší rentabilitou (Černý et al., 2007).
3.2
Botanická a biologická charakteristika ječmene
3.2.1 Botanická systematika Botanický rod Hordeum L. – ječmen patří do třídy jednoděložných rostlin čeledi lipnicovitých – trav (Poaceae) (Skládal et al., 1967). Jsou to jednoleté i vytrvalé silně odnožující trávy s osinatými plochami, v současné době je známo 16 druhů (Mareček et al., 1996). „Protože všechny kulturní ječmeny a jejich původní plané formy mají stejný počet chromozomů a při vzájemném křížení dávají plodné potomky, řadíme je do druhu Hordeum vulgare“ (Skládal et al., 1967). Šašková (1993) charakterizuje ječmen obecný a jeho tři formy: ječmen víceřadý, dvouřadý a přechodný. Ječmen víceřadý má tři plodné klásky, takže zralý klas má šest řad obilek. Podle uspořádání obilek je klas buď hvězdicovitý nebo čtyřhranný. Podle toho rozdělujeme ozimý víceřadý ječmen: Hordeum vulgare convar. hexastichum, ječmen šestiřadý; Hordeum vulgare convar. tetrastichum, ječmen čtyřřadý. Mareček (1996) vidí hlavní význam ječmene obecného jako hospodářské plodiny. Jako sladovnický se pěstuje Hordeum vulgare convar. distichum a jeho variety var. nutans - ječmen nicí, var. erectum - ječmen vzpřímený, var. zeocriton - ječmen paví a var. nudum – ječmen nahý. „Z těchto skupin se u nás převážně pěstuje jarní dvouřadý ječmen nicí. Jeho klas je tvořen dvěma pravidelnými řadami pluchatých obilek
14
zakončených dlouhou osinou. Při dozrávání se klasy ohýbají směrem k zemi ‚háčkují‘“(Šašková, 1993).
3.2.2 Anatomie „Plodem ječmene je obilka (caryopsis), je to jednosemenný, suchý, nepukavý plod s tenkým oplodím (perikarpem), které srůstá s osemením (testou). Je buď nahá (v době zralosti vypadává z pluch) nebo pluchatá (s pluchami těsně přiléhajícími k oplodí)“ (Psota a Šebánek, 1999) Dle Skládala et al. (1967) má obilka našich ječmenů světle žlutou barvu muže být také zbarvena oranžově, hnědě, fialově a modročerně. „Spolu s pluchou, pluškou a osinou tvoří ječné zrno“ (Newman a Newman, 2008). Obilka ječmene je podlouhlého, vejčitého, na obou koncích zašpičatělého tvaru. Jednotlivé anatomické části mají ze sladařského hlediska následného zpracování svůj specifický význam. Obalové vrstvy chrání klíček a endosperm před nadměrným vysycháním, mechanickým poškozením a mikrobiálním napadením. Jsou tvořeny na hřbetní straně pluchou (Pelikán et al., 2004), na vrcholu pluchy vyrůstá křehká osina dlouhá až 150 mm, pluška kryje podélnou rýhu obilky (Kosař et al., 2000). Pod pluchou se nachází oplodí a osemení, které spolu srůstají. Osemení je permeabilní, propouští vodu, ionty a zadržuje vysokomolekulární látky. Obalové vrstvy ovlivňují i přístup kyslíku k zárodku a jsou proto důležitým regulátorem klíčení (Pelikán et al., 2004). Při vaření piva na varně se využívá filtračních vlastností pluch, které jsou hlavní součástí mláta (Skládal et al., 1967). Snižují však výtěžnost extraktu, proto se požaduje nízký obsah neporušených pluch. Pluchy poškozené při mlácení způsobují nerovnoměrný příjem vody při máčení a mohou být i známkou poškození klíčku a vstupní branou pro škodlivé organismy (Chloupek et al., 2005). Zárodek (klíček, embryo) se nachází „naspodu obilky a svou větší částí přiléhá pod osemením a oplodím k pluše.“ Je živým základem budoucí rostliny. Při klíčení z něj vychází podněty aktivující enzymy nacházejících se v aleuronové vrstvě, endospermu a ve štítku (Skládal et al., 1967). Psota a Šebánek (1999) uvádějí následující charakteristiku: cca 3 % hmotnosti obilky zaujímá zárodek. Tvoří ho drobné tenkostěnné buňky. Na endosperm přiléhá štítkem (tj. metamorfovaná děloha), který je jeho součástí. Buňky zárodku obsahují bílkoviny ve velkém množství (34 %), tuky (14 – 17 %), cukry (15 % sacharózu, 5 – 10 % rafinózu, fruktózu), minerální látky a vitaminy skupiny B. 15
Endosperm zaujímá největší část obilky. Tvoří ho svrchní vrstva tzv. aleuronová, která je umístěna hned pod osemením, je složena z hranolových buňek, uspořádaných v řadách. Tyto buňky obsahují bílkoviny, tuky a částečně i škrobová zrna (Kosař et al., 2000). Na počátku klíčení se v aleuronové vrstvě aktivují enzymy, které se odtud šíří do endospermu. Endosperm představuje tu část obilky, která se během zpracování ve sladovně výrazně mění. Tyto změny rozhodují o úspěchu výroby sladu a piva (Pelikán et al., 2004). „Vnitřní endosperm tvoří tenkostěnné buňky, ve kterých je uložen zásobní škrob. Poměr obsahu škrobu k obsahu dusíkatých látek určuje povahu (charakter) endospermu – tzn. moučnatost nebo sklovitost endospermu“ (Kosař et al., 2000). Skládal et al. (1967) uvádí, že sklovitý vzhled je znakem většího množství bílkovinných látek.
3.3
Chemické složení a jeho význam
Plně vyzrálá obilka ječmene obsahuje 12 – 14 % vody. „Nižší procento je nepřijatelné, neboť voda je součástí buněčné protoplazmy a její nižší obsah by měl negativní vliv na technologickou jakost. Naopak vyšší procento vlhkosti by způsobilo problémy při skladování“ (Ehrenbergerová, 2006a). Podstatnou část sušiny ječmene tvoří organické látky (97 – 98 %). Sacharidy představují největší část organického podílu zrna. „Nacházejí se v zrnu ve formě jednoduchých cukrů, škrobu, amylózy, celulózy, hemicelulóz, ligninu a gumovitých látek. Jednoduchých cukrů obsahuje obilka asi 2,5 %“ (Pelikán et al., 2004). Z nízkomolekulárních sacharidů jsou v zrnu zastoupeny sacharóza (1 – 2 %), rafinóza (0,3 – 0,5 %) a to zejména v klíčcích, dále pak ve stopovém množství (0,1 %) maltóza, glukóza, fruktóza a to hlavně v endospermu. Celkové zastoupení nízkomolekulárních cukrů a poměrné zastoupení je závislé na stupni zralosti zrna (Kosař et al., 2000).
3.3.1 Škrob Nejvíce zastoupenou složkou ze sacharidů je škrob (tvoří 60 – 65 % sušiny zrna) (Ehrenbergerová, 2006a). Je nejdůležitější součást zrna, rezervním polysacharidem a zásobárnou živin pro klíček v době klíčení. Ve zralém zrnu je zastoupen výhradně v endospermu, ale není zde rozmístěn pravidelně (Hartman et al., a, 2010). Je ukládán v podobě velkých (A) a malých (B) škrobových zrn. Škrobová zrna se vytváří postupně
16
během zrání obilky. Ve studené vodě jsou škrobová zrna nerozpustná při zvyšování teploty mazovatí. Většina ječných škrobů obsahuje dvě základní složky: amylózu (17 – 24 %) a amylopektin ( 76 – 83 %). Amylóza se skládá z relativně dlouhých řetězců glukózových zbytků spojených α-1,4 glykosidickou vazbou. Ve vodě se rozpouští za studena bez vzniku mazu a jódem se barví modře. Amylopektin je tvořen z glukózových zbytků spojených častěji α-1,6 vazbami. Jeho řetězec je relativně krátký, na rozdíl od amylózy je vysoce větvený a ovlivňuje mazovatění škrobu. S jodem se barví červeně až červenofialově (Ehrenbergerová, 2006a).
3.3.2 Neškrobové polysacharidy Celulóza tvoří 4 – 7 % zrna. Je hlavní stavební složkou pluchy. Neúčastní se metabolismu probíhajícího v zrnu, při sladování a rmutování se nemění. Ve vodě je nerozpustná a chemicky i enzymově těžko štěpitelná (Kosař et al., 2000). Má také význam pro lidskou výživu, což bylo prokázáno relativně nedávno. Skupina ve vodě rozpustných či bobtnajících polysacharidů, které jsou schopny vytvářet vysokoviskózní gely a vysokovazné koloidní systémy, je tvořena především hemicelulózami. Ty v obilce i rostlině napomáhají vázat vodu a udržovat rovnováhu buněčného obsahu. Z hlediska výživy tvoří tyto látky významnou část vlákniny. Hemicelulosy jsou zastoupeny hlavně v endospermálních buněčných stěnách obilovin a tvořeny jsou asi ze 75 % β-glukany a z 20 % arabinoxylany. Celkové zastoupení β-glukanů je v zrnu 2 – 11 % hmotnosti zrna v závislosti na odrůdě a půdně klimatických podmínkách. Vyšší obsah je ze sladařsko a pivovarského hlediska nežádoucí, přestože část jich je během technologie výroby piva štěpena enzymem β-glukanázou. Důsledkem vysokých hodnot β-glukanů ve sladu a především ve sladině je neúplný rozklad buněčné stěny a z toho plynoucí slabá modifikace škrobu a zásobních proteinů (Ehrenbergerová, 2006a). Arabinoxylany jsou dalšími podstatnými necelulosovými polysacharidy v ječmeni. Hojně se vyskytujíí především v buněčných stěnách aleuronových buněk a v buňkách endospermu. Jsou složeny především z pentóz: arabinózy a xylózy. Tvoří „asi jen 1,5 % hmotnosti endospermu, ale jejich schopnost tvořit vysoce viskózní roztoky může značně ovlivnit technologické využití ječmene“ (Kosař et al., 2000).
17
Lignin se vyskytuje v množství asi 2 % a podobně jako hemicelulosy v obalových vrstvách zrna, kde vyztužuje a zpevňuje buněčné stěny. Gumovité látky jsou obsaženy ve stejném množství jako lignin. Jedná se v podstatě o rozpustné β-glukany a arabinoxylany, tvoří s vodou koloidní vysoce viskózní roztoky (Ehrenbergerová, 2006a).
3.3.3 Lipidy Jsou zastoupeny v sušině zrna v množství 1,5 – 2,5 %. Majoritně jsou zastoupeny kyseliny linolová, palmitová, olejová, α-linolenová a stearová (Cvrková, 2010). Při sladování jsou zdrojem energie, přičemž převážná část lipidů zůstává v mlátě (Pelikán et al., 2004). Nepatrný podíl přechází při rmutování do mladiny a může ovlivnit chuťové vlastnosti a pěnivost piva. Jako lipidy označujeme tuky rozpustné v etheru. Jsou obsaženy především v aleuronové vrstvě, v pluchách a asi jedna třetina z celkového množství je v klíčku. V zrnu jsou také přítomny obsahující vázaný tuk na bílkoviny, sacharidy apod. Patří sem např. fosfatidy (kefalin a lecitin), fytosteriny a estery fosfolipidů s cukernými sloučeninami. Mezi lipidické sloučeniny jsou přiřazovány i tzv. hořké látky ječmene – hořké pryskyřice, nacházející se převážně v pluchách (Kosař et al., 2000).
3.3.4 Fosfáty a polyfenoly Fosfáty ječmene jsou asi z poloviny tvořeny fytinem (0,9 % sušiny ječmene), který se vyskytuje v pluchách ve formě vápenato-hořečnaté soli. Fosfáty mají důležitý fyziologický význam pro klíček. Podílejí se při udržování pH při klíčení, v mladině a v pivu. Polyfenoly se nacházejí zejména v obalových částech zrna a v aleuronové vrstvě. Celkové množství se pohybuje od 0,1 do 0,6 % sušiny, závisí na odrůdě, lokalitě a ročníku. K fenolovým sloučeninám patří jednoduché fenolové kyseliny, v obilce se vyskytují ve volné i vázané formě. Řada z těchto látek působí jako inhibitory klíčení. Fenolové sloučeniny, které dodávají sladu antioxidační schopnost, hrají důležitou úlohu v organoleptické stabilitě piva, a to potlačením oxidačních procesů během výroby a sladování piva.
18
V ječměni jsou přítomny také anthokyanogeny a tanoidy. Obsah tanoidů se obecně dává do vztahu s výší bílkovinných zákalů piva, s intenzitou hořkosti, chuti a plnosti piva (Kosař et al., 2000).
3.3.5 Dusíkaté látky Tvoří významnou složku organických látek zrna ječmene. Jejich obsah je ovlivněn vnějšími podmínkami během pěstování (složení půdy, hnojení, předplodina, klimatické podmínky, doba vegetace) a odrůdou. Tvorba dusíkatých látek je založena na příjmu dusíku z půdy a obsahu organických kyselin, vznikajících jako meziprodukty štěpení sacharidů (Ehrenbergerová, 2006a). Jejich obsah do jisté míry určuje, zda je zrno vhodné pro sladovnické účely. Za optimum pro sladovnický ječmen se pokládá obsah dusíkatých látek vyjádřený jako obsah bílkovin (N×6,25) v rozmezí mezi 10 až 11,5 %. Dusíkaté látky dělíme na bílkoviny, jejich štěpné produkty (aminokyseliny, peptidy, peptony, proteiny) a dusíkaté látky nebílkovinné povahy (dusíkaté báze, složky fosfatidů, malé množství amidů a amonných solí) (Kosař et al., 2000).
3.3.6 Aminokyseliny „Jsou nejjednodušší dusíkaté sloučeniny, v bílkovinách jich bývá 18 – 20. Pro výživu lidí jsou důležité tzv. esenciální aminokyseliny (valin, leucin, isoleucin, threonin, methionin, lyzin, fenylalanin, tryptofan), které náš živočišný organismus není schopen syntetizovat a je odkázán na jejich příjem z potravy rostlinného i živočišného původu“ (Ehrenbergerová, 2006a).
3.3.7 Bílkoviny Laštovičková s Bobáľovou (2010) charakterizují bílkoviny jako makromolekulární látky složené z více než sta aminokyselin, vzájemně spojených peptidovou vazbou. „Pořadí aminokyselinových zbytků v polypeptidovém řetězci udává tzv. primární strukturu a je určeno geneticky.“ Při relativní molekulové hmotnosti řetězce nad 10 000 jde o makropeptidy = proteiny. Největší podíl dusíkatých látek tvoří podle Kosaře et al. (2000) právě proteiny neboli pravé bílkoviny. „Většina cereálních bílkovin je chudá na esenciální aminokyselinu lyzin, a proto je zde lyzin limitující aminokyselinou“ (Ehrenbergerová, 2006a).
19
Bílkoviny ovlivňují pomnožení kvasinek, pěnivost, plnost, chuť a koloidní stabilitu piva. Pokud je obsah bílkovin příliš nízký (pod 8 %) může se projevit poruchami při kvašení, v nižší pěnivosti a také prázdnosti chuti. Naopak vyšší obsah bílkovin (nad 11,5 %) se projevuje snadnějším zahříváním díla při klíčení, to je příčinou zhoršené stability piva, náchylnosti k chladovým zákalům, potíží při zcezování, nižšímu prokvašení, zhoršení celkové jakosti a chuti piva. Obilky ječmene s vysokým obsahem bílkovin jsou však vhodnou surovinou pro výrobu speciálních sladů a tmavých piv, protože tvorba aromatických a barevných látek je závislá na štěpných produktech bílkovin (Pelikán et al., 2004). V aleuronové vrstvě jsou uloženy lepkové bílkoviny, pod aleuronovou vrstvou na vnější straně endospermu jsou tzv. fyziologické neboli rezervní bílkoviny, ty jsou při klíčení přednostně štěpeny, tvoří hlavní složku rozpustných bílkovin a ovlivňují celkový obsah bílkovin ječmene. V membránách buněk endospermu se nacházejí tkáňové bílkoviny (Kosař et al., 2000). Převážná část lepkových bílkovin přechází při zpracování v pivovaru do mláta. Tkáňové (endospermální) bílkoviny společně s hemicelulózami a gumovitými látkami zpevňují buňky a jejich nárůstem zhoršují luštitelnost zrna (Pelikán et al., 2004). Bílkoviny se dají klasifikovat podle několika hledisek. Podle morfologického původu (bílkoviny endospermu, aleuronové vrstvy, klíčku), biologické funkce (metabolicky
aktivní,
zásobní),
počtu
molekul
(nízko
a vysokomolekulární),
chemického složení (jednoduché bílkoviny, komplexní proteidy) nebo na základě fyzikálně
chemických
vlastností
a rozpustnosti
v různých
rozpouštědlech
do
následujících čtyř skupin. „Albuminy (leukosiny) – jsou rozpustné ve vodě a ve zředěných roztocích solí, kyselin a hydroxidů. Relativní molekulová hmotnost je cca 70 000. Elektroforeticky se dají rozdělit na 8 – 16 frakcí. Albuminy představují 4 % všech bílkovin ječmene“ (Kosař et al., 2000). Během sladování se silně štěpí. Globuliny (edestiny) – jsou rozpustné v roztocích solí, představují asi 18 % celkových bílkovin (Ehrenbergerová, 2006a). Elektroforeticky se dělí na 4 frakce rozdílných relativních molekulových hmotností. Zásadní technologický význam se přisuzuje β-globulinu, který při pH 4,9 a vysokém obsahu síry tvoří zákaly piva. Prolaminy (hordeiny) – jsou rozpustné v 70% alkoholu, nerozpustné ve vodě a roztocích solí. Tvoří největší podíl z celkového obsahu bílkovin (asi 37 %) jsou 20
uloženy převážně v aleuronové vrstvě. Jsou to zásobní bílkoviny, jejichž množství je značně ovlivněno zásobou přijatelného dusíku v půdě. Elektroforeticky se dělí na 5 frakcí, z nichž δ- a ε-hordein jsou součástí koloidních zákalů piva. Kvalitativní složení hordeinových frakcí se využívá při určování odrůdy ječmene (Kosař et al., 2000). Množství hordeinů je v nepřímé závislosti na množství anhokyanogenů. Během sladování se silně štěpí (až z 50 %). Gluteliny (gluteniny) – jsou z části rozpustné ve slabých roztocích kyselin a zásad, tvoří asi 32 % veškerých bílkovin a nacházejí se z velké části v alueronové vrstvě, odkud téměř nezměněny přecházejí do mláta. Při jejich vyšším obsahu dochází k horšímu rozluštění sladu. Jsou známy 4 frakce. „Toto rozdělení bílkovin necharakterizuje jejich přirozené vlastnosti. Poměrné zastoupení jednotlivých vyjmenovaných frakcí je závislé na celkovém obsahu dusíku v zrnu, a to tak, že se stoupajícím obsahem celkového dusíku přibývá především hordeinu a glutelinu (tzv. glutelinová konstanta), kdežto globulinů relativně ubývá“ (Ehrenbergerová, 2006a). V zrnu jsou rovněž složené bílkoviny neboli proteidy. Jsou to organické dusíkaté látky, které hydrolýzou poskytují bílkoviny a jejich štěpné produkty, ale také látky nebílkovinné. Rozdělují se do pěti skupin:
fosfoproteidy (protein + fosfát) jsou důležitými hydrolýzami;
glykoproteidy (protein + cukr) doprovázejí většinou albuminy a často mají funkci koenzymů;
lipoproteidy (protein + lipid) např. lecitinproteiny působí negativně na pěnivost;
chromoproteidy (protein + barevná komponenta) obsahují barevné složky, tzv. anthokyanogeny, chlorofyl apod.
nukleoproteiny (protein + nukleová kyselina) jsou nejdůležitější proteidy v zrnu. Nebílkovinná část tj. nukleová kyselina tvoří 0,2 až 0,3 % sušiny ječmene. Jsou vybudovány z nukleotidů, které jsou tvořeny pentosou, fosfátem a dusíkatou bází (Kosař et al., 2000).
21
3.3.8 Enzymy Enzymy obsažené v zrnu jsou důležité pro metabolismus vytvářejících se rostlin, pro sladovnictví ale i pro potravinářství při přípravě pokrmů či potravinových doplňků ze zrna či zelených částí rostlin ječmene (Ehrenbergerová, 2006a). Sklizený sladovnický ječmen obsahuje v posklizňové zralosti aktivní nebo latentní formu velkého množství enzymů a jejich prekurzorů. Z chemického hlediska jsou enzymy bílkovinné makromolekuly, které mají schopnost katalyzovat různé typy chemických reakcí. Mezi molekulou a enzymem se vytváří tzv. komplex enzym – substrát. Rychlost enzymových reakcí ovlivňuje řada fyzikálně chemických faktorů jako je teplota, pH, iontová síla a složení tlumivých roztoků. Enzymy jsou klasifikovány a pojmenovávány podle povahy chemické reakce, kterou katalyzují. Zástupce jednotlivých tříd uvádí Kosař et al (2000) v následující tabulce:
Tabulka 1: Představitelé jednotlivých skupin enzymů. Skupina oxidoreduktázy transferázy
Zástupci dané třídy přítomné v ječmeni/vznikající z prekurzorů lipogenáza
superoxid dismutáza
kataláza
peroxidáza
polyfenol oxidáza
transkogykoenázy:
D-enzym, P-enzym, Q-enzym
esterázy
Lipolázy
fosfátázy
α-amyláza, β-amyláza, hraniční karbohydrolázy:
dextrináza, R_enzym, maltáza, sacharáza
hydrolázy hemicelulózy (štěpící
β-glukanáza, solubináza, xylobiáza,
glukany a pentózany):
arabinosidáza, xylóza
štěpící peptidové vazby:
endopeptidázy, exopeptidázy
lyázy
adoláza
karboxydismutáza
isomerázy
ribuláza-5-fosfát-epimeráza
ligázy
acetyl-CoA-karboyláza
22
Ze sladařského hlediska můžeme za nejdůležitější označit enzymy třídy hydroláz a třídy oxidoreduktáz, za nimi pak následují ostatní skupiny. V pivovarském procesu mají vedoucí úlohu také hydrolázy, a to především ve varném procesu. Ostatní třídy enzymů se ve větší míře uplatňují při kvašení (Kosař et al., 2000).
3.3.9 Vitaminy Zrno ječmene je bohaté na obsah vitaminů, které se koncentrují především v zárodku a aleuronové vrstvě a podílejí se na syntéze řady enzymů, proto jsou důležité při klíčení a kvašení (Pelikán et al., 2004). „Nejvíce je v zrnu zastoupena skupina vitaminů B: B1 – thiamin, B2 – riboflavin a B6 – pyridoxin. Dále je vytvářen vitamin C, vitamin H (biotin), kyselina pantotenová, nikotinová, α-aminobenzoová a kyselina listová, provitamin a (karotenoidy) a provitamin D“ (Ehrenbergerová, 2006a).
Tabulka 2: Obsah vitaminů B-komplexu v zrně ječmene (podle Kosař et al., 2000) Vitamin
Obsah v mg/100g sušiny
thiamin
0,12 - 0,74
riboflavin
0,10 - 0,37
pyridoxin
0,30 - 0,40
nikotinová kyselina
8,0 – 15,0
Z antioxidačních a lipofilních vitaminů je v zrnu ječmene nejvíce zastoupen vitamin E a jeho izomery (α-, β-, γ- a δ-tokoferoly a tokotrienoly). Tokoferoly zabraňují oxidaci organických molekul a potlačují tak škodlivé účinky volných radikálů a sám vitamin E je přeměňován na radikál. Do antioxidativních vitaminu se řadí i ve vodě rozpustný vitamin C, kterého je však více v zelené hmotě mladých rostlin ječmene než v zrnu. Většina antioxidantů přechází do piva, kde podeplují organoleptickou stabilitu (Ehrenbergerová, 2006a).
3.3.10
Popeloviny (anorganické látky)
Obsah popelovin v zrnu se pohybuje obvykle kolem 2 – 3 % (Pelikán et al., 2004). Množství jednotlivých minerálních látek v rostlině je značně ovlivněno zásobením živinami během růstu i zrání a podmínkami při pěstování (Kosař et al., 2000). Obsah
23
a vzájemný poměr minerálních látek v ječmeni a ve sladu je důležitým faktorem pro růst a vývoj pivovarských kvasinek a tím i kvalitu piva z něj vyrobeného (Vaculová et al., 2010). Význam
anorganických
látek
spočívá
především
v regulaci
biosyntézy
vysokomolekulárních látek organických sloučenin (škrobu, bílkovin, nukleových kyselin apod.). Velký význam mají stopové prvky jako je zinek, mangan, měď a bor, které jsou důležité pro činnost řady enzymů a koenzymů (Kosař et al., 2000).
Tabulka 3: Přibližné zastoupení jednotlivých anorganických látek v zrnu (Skládal et al., 1967) Anorganická látka
Procentuální zastoupení
P2O5
35,10%
MgO
8,83%
SO3
1,80%
SiO2
25,90%
CaO
2,64%
Fe2O3
1,19%
K2O
20,92%
Na2O
2,39%
Cl
1,02%
3.4
Využití ječmene
Ječmen je rostlina s mnohostranným využitím. Specifické požadavky užitkových směrů vyžadují od produkce splnění parametrů kvality, odpovídající morfologický typ rostliny a také optimální organizaci porostu. Různorodé využití produkovaného ječmene očekává i šlechtění vhodných odrůd, které splňují výše uvedené požadavky (Zimolka, 2006b).
3.4.1 Nesladovnické využití ječmene Pro nesladovnické účely se dá ječmen použít jako krmivo, potravina, v jiném než sladařském průmyslu (Bhatty, 1993) nebo jako krycí plodinu pro víceleté pícniny (Skládanka a Vrzalová, 2006). Zájem o zlepšování kvality ječmene pro krmné a potravinářské účely je značný. Ječmen obsahuje právě tolik, ne-li více, celkové
24
vlákniny a rozpustné vlákniny jako oves, a to díky vysokému obsahu β-glukanů. Rozpustná vláknina ječmene vykazuje hypocholesterolemický účinek což ukazují studie na zvířatech i lidech, kromě toho obsahuje i inhibitory biosyntézy cholesterolu. Ječmen používaný jako krmivo není nutně nevhodný pro potravinářské a průmyslové zpracování. Fyzikální znaky zrna, jako je barva, lesk, vyšší objemová hmotnost a vyrovnanost a plnost zrn, vyžadované u sladovnického ječmene se rovněž preferují u potravinářského a krmného ječmene. Proto nelze vždy rozlišit krmný, potravinářský a sladovnický ječmen.
3.4.1.1
Potravinářské využití ječmene
Starověká indická literatura publikovaná asi roku 1500 př. n. l. popisuje vlastnosti ječmene (chladivý, drsný, lehký, sladký) a jeho fyziologické funkce zahrnující zvýšení objemu exkrementů, regulaci tělesné teploty a tvorbu tělních tekutin. Na dánském venkově byl ječmen hlavní potravinou ještě na počátku 20. století. Konzumované produkty z obilek ječmene jsou ječné kroupy a perlové krupky, ječná krupice, vločky, ječná a sladová mouka, sladový sirup a extrakt, naklíčený ječmen (Bhatty, 1993), ječné otruby, loupaný slad a sladové výtažky, celá zrna (Zimolka, 2006b) a zelené výhonky mladého ječmene zpracované jako přírodní vitaminové doplňky stravy (Březinová Belcredi et al., 2010). Bhatty (1993) uvádí, že konzumace ječmene v rozvinutých zemích mezi lety 86 – 88 byla velmi malá. Nyní však získává znovu na oblibě a právě ve vyspělých zemích je používán k výrobě funkčních potravin (Ehrenbergerová, 2006b), kde se uplatňuje hypocholesterolemický účinek ječmene a jeho vysoký obsah rozpustné vlákniny (Bhatty, 1993). Ceněny jsou také jeho antioxidační vlastnosti, které má díky enzymu superoxiddismutáze, tokoferolům tokotrienolům i kyselině ferulové. V poslední době jsou populární preparáty vyrobené z mladých částí zeleného ječmene, které mají deklarovanou řadu pozitivních vlastností na zdraví lidí. Hmota z mladých rostlin je zdrojem antioxidantů (vitamin C a E, kyseliny ferulové), polyfenolů, folátů a dalších látek (Psota a Ehrenbergerová, 2008).
25
3.4.1.2
Průmyslové využití ječmene
Ječný škrob a β-glukan mají obchodní potenciál. Různé odrůdy ječmene mohou poskytovat voskový, lepkový nebo vysokoamylosní škrob. V potravinářském průmyslu se široce používá nativního škrobu a škrobových derivátů. Ječmen lze využít také k výrobě etanolu, glukosy, maltosových sirupů a β-amylasy. Maltosový sirup s vysokým obsahem maltosy má speciální vlastnosti využívané v potravinářském a farmaceutickém průmyslu (Bhatty, 1993). Je základní surovinou při výrobě whisky a lihovarského sladu, který zcukřuje škrobové suroviny při výrobě lihu (Pelikán, 2006). β-glukany lze extrahovat a purifikovat z ječmene nebo jeho frakce otrub obohacené β-glukanem izolovaný β-glukan se používá jako zahušťovadlo v potravinách a jako průmyslový hydrokoloid a v léčivech (Bhatty, 1993). Lihobenzínový program je další možností průmyslového využití ječmene a to coby náhradní plodiny za pšenici a tritikale (Zimolka, 2006b).
3.4.1.3 Ječmen pro krmné účely Ječmen, jedna ze čtyř hlavních krmivářských obilnin světa (kukuřice, ječmen, oves a pšenice) všeobecně používá jako krmivo pro dobytek. Je zdrojem energie, bílkovin, vlákniny, podporuje tvorbu vajec u nosných slepic. u krmného ječmene zůstává jediným nejdůležitějším kritériem kvality stravitelná energie. Pro krmení dobytka lze využít i vedlejší produkty ječmene jako siláž, lihovarská a pivovarská sušená zrna. Krmná kvalita ječmene je ovlivňována řadou faktorů, ty mohou být fyzikální nebo chemické (Bhatty, 1993). Zrno by mělo být velké s vysokou hmotností 1000 zrn a objemovou hmotností (min._64 kg/hl), protože hmotnost a plnost zrna má pozitivní vliv na stravitelnou energii. Naopak odstranění pluch vede ke zvýšení stravitelné energie na úroveň pšenice či kukuřice. Krmné odrůdy mohou být dvouřadého i víceřadého typu, pluchaté i bezpluché, přičemž podíl pluch u pluchatých forem by měl být nízký vzhledem k vysokému obsahu vlákniny v nich obsažené. Perspektivou jsou bezpluché typy s vyšší objemovou hmotností (až 80 kg/hl) (Psota a Ehrenbergerová, 2008). Škrob je hlavním zdrojem stravitelné energie v krmném ječmeni určeném pro dobytek (Bhatty, 1993). Biologická hodnota bílkovin ječmene je vyšší oproti pšenici a kukuřici, neboť obsahuje nižší podíl protaminů a biologicky přístupné esenciální 26
aminokyseliny (Psota a Ehrenbergerová, 2008). Ječmen má ve srovnání s kukuřicí nižší stravitelnou energii a také nižší obsah lipidů (Bhatty, 1993), a při porovnání s pšenicí má více vlákniny a méně škrobu (Chrenková et al., 2006). Pro krmné účely je z nutričního hlediska žádoucí co nejvyšší obsah dusíkatých látek (15 % a více) a pro mláďata pak i vyšší obsah esenciálních aminokyselin potřebných pro růst (např. methionin, lyzin). Obsah pentózanů a arabinoxylanů by měl být nízký a obsah škrobu vysoký (více než 55 %), obsah amylózy ve škrobu je lepší také vyšší než obvyklých 25 %. „Tvrdost zrna by měla být nízká, je zárukou vyšší stravitelné energie“ (Psota a Ehrenbergerová, 2008).
3.4.1.4
Pícninářský význam ječmene Pro pícninářské účely lze využít jarní i ozimou formu ječmene. Jarní forma nemá
s ohledem na nízkou produkci zelené píce velký význam. Výhodou ozimého je pomalejší stárnutí a ranost (Skládanka a Vrzalová, 2006). Rannější, méně odnoživé odrůdy ječmene, jsou odolné proti poléhání, proto se hodí coby krycí plodiny pro např. vojtěšku, jetel, jetelotrávy. Sklízí se celé rostliny v mléčně-voskové zralosti, požadovaný je vysoký podíl sušiny klasů oproti sušině stébel (2:1), tento poměr je u ječmene znakem nejvyššího obsahu energie oproti ostatním obilovinám. Takto sklizený ječmeny lze použít na sušení, granulování a senáž (Zimolka, 2006b).
3.4.2 Sladovnické využití ječmene U nás se pro sladovnické účely využívá ječmen jarní. V západní Evropě využívají také ozimý dvouřadý ječmen. O zařazení do sladovnické či nesladovnické kategorie rozhoduje kvalita, na kterou mají zpracovatelé své požadavky (Zimolka, 2006b). Ze 100kg vyčištěného ječmene se vyrobí asi 80 kg sladu, ze kterého se získá asi 5 hl piva. Při technologickém procesu zbývá ve sladovně asi 0,4 kg splavků (plovoucích zrn při máčení ječmene), a asi 3,2 kg sladového květu, v pivovaru pak asi 23 kg sušeného mláta (o 12% vlhkosti), 0,33 kg kalů a asi 7,5 l kvasnic s obsahem vody 90 % (Skládal et al., 1967). Základním požadavkem pivovarského a sladařského průmyslu jsou stejné vlastnosti a odrůdová jednotnost velkých partií sladovnického ječmene, čímž se usnadní výroba kvalitních sladů. Kvalita zrna sladovnického ječmene ovlivňuje mimo senzorických 27
vlastností piva také jednotlivé fáze výroby piva a jejich ekonomické aspekty (Psota a Ehrenbergerová, 2008).
3.5
Hodnocení odrůd sladovnického ječmene
Ječmen určený pro výrobu sladu a piva se začal hodnotit před mnoha lety, v době kdy se z něj začalo vařit pivo. Spis ze 16. století o výrobě piva se zabývá i kvalitou ječmene. Od počátku 20. století bylo navrženo několik bonitačních systémů pro hodnocení ječmene, které odrážely aktuální požadavky na sladovnický ječmen. Již roku 1903 byl kladen důraz na extraktivnost ječmene danou obsahem škrobu a bílkovin v sušině zrna. Od padesátých let minulého století úzce spolupracovali na hodnocení sladovnického ječmene Výzkumný ústav pivovarský a sladařský a Ústřední kontrolní a zkušební ústav zemědělský (Psota, 2006). Na základě zákona z roku 1996 o odrůdách, osivu a sadbě pěstovaných rostlin je v České republice každoročně zkoušeno několik desítek odrůd jarního ječmene za účelem zjištění jejich užitné hodnoty. Sladovnická jakost je na základě požadavku žadatele o registraci ověřována u většiny zkoušených odrůd. Rychlá a stručná interpretace výsledků odrůd zkoušených pro registraci, ale i odrůd již registrovaných je ve velkém množství tabulek s údaji o výsledcích obtížná, protože je třeba vzít v úvahu více než dvě desítky technologických znaků. Proto národní i mezinárodní organizace vytváří systémy, jejichž cílem je převést získané údaje do čitelnější a srozumitelnější podoby pro základní orientaci odborníků ale i pěstitelů sladovnického ječmene, šlechtitelů aj. (Psota a Kosař, 2002). V zemědělství je jen málo výrobků, u kterých je sledováno takové množství kvalitativních
znaků
jako
u sladovnického
ječmene.
V současné
době
je
u sladovnického ječmene hodnoceno několik desítek různých fyziologických, mechanických a technologických znaků. Nejdůležitější z těchto znaků jsou součástí hodnocení nově registrovaných odrůd vyjádřeny hodnotou „ukazatele sladovnické jakosti“. (Psota, 2001) V rámci Evropské pivovarské konvence (EBC) byly v roce 1987 do indexu kvality sladu zařazeny následující znaky (a jejich váha): extrakt (0,45), viskozita (0,25), dosažitelný stupeň prokvašení (0,15), Kolbachovo číslo (0,01) a diastatická mohutnost (0,05). Index kvality sladu měl určit kvalitu ječmene na základě malého mikrosladovaného
vzorku,
vyjádřit
ji
indexem 28
získaným
z malého
počtu
technologických znaků a zavedení nových testů s přihlédnutím na budoucí potřeby průmyslu. Zavedení indexu kvality sladu bylo nakonec odloženo a odrůdy v pokusech EBC se tímto systémem nehodnotí. V současné době má nejpropracovanější systém Francie. V prvním stupni jsou odrůdy hodnoceny podle systému navrženého EBC a bodové hodnocení je novým odrůdám přiděleno po srovnání s kontrolními odrůdami, které obdrží 5 bodů. „Nové odrůdy s 6 a více body jsou považovány za sladovnické a jsou podrobeny dalším doplňujícím zkouškám jako je výtěžek extraktu, zcukření, filtrovatelnost, fermentabilita, koloidní stabilita a stabilita pěny“ (Psota a Kosař, 2002). V současné době u nás upravuje požadavky na sladovnický ječmen ČSN 46 1100-5 platná od 1. 1. 2006, uvádí požadavky sladoven a pivovarů na sladovnický ječmen a kvalitu jeho zrna, tohoto hodnocení se využívá pro sledování změn kvality během skladování, stanovení ceny ječmene apod. (Psota, 2006).
3.5.1 Ukazatel sladovnické jakosti (USJ) Výběr hodnocených znaků pro USJ byl proveden pivovarskými a sladařskými odborníky z České a Slovenské republiky v roce 1995. Od té doby se mnohé změnilo. Přibyly nové poznatky z oblasti výzkumu surovin a piva. Zvýšily se výrobní kapacity pivovarů a sladoven a také se zvýraznil rozdíl mezi kvalitativními požadavky na parametry sladu pro výrobu piva českého typu a sladu vyváženého do zahraničí. Proto na zasedání Komise pro hodnocení kvality odrůd sladovnického ječmene při Výzkumném ústavu pivovarském a sladařském, a.s. došlo 21. 3. 2002 k úpravě původního USJ. Váhy hodnocených znaků a rovněž jejich limitní hodnoty byly stanoveny subjektivně na základě zkušeností a požadavků přítomných zástupců sladoven a pivovarů. Sledované parametry a jejich hodnoty udává tabulka, uvedená na následující straně. Sledované znaky mají přímý či nepřímý dopad na využití nové odrůdy ve sladovně. Účelem USJ není shrnout výsledky stanovení „do jednoho čísla, ale rámcově změřit rozdíly v kvalitě mezi odrůdami“ (Psota a Kosař, 2002). Je-li odrůda v některé vlastnosti vynikající, může být odhlédnuto od jiných vlastností, které jsou horší (Psota, 2006).
29
Tabulka 4: Limitní hodnoty a váhy kvalitativních znaků USJ (Psota a Kosař, 2002)
Sledovaný znak
Nepřijatelná Optimální hranice hranice
Jednotky
Váha
%
0,01
%
0,3
%
0,2
%
0,1
1 9,5 11,7
9 od 10,2 do 11,0
81,5
83,0
35,0 53,0 40,0 53,0
od 40,0 do 48,0 od 42,0 do 48,0
Diagnostická mohutnost
220,0
300,0
WK
0,1
Dosažitelný stupeň prokvašení
79,0
82,0
%
0,1
Friabilita
79,0
86,0
%
0,1
Obsah β-glukanů ve sladině
250,0
100,0
mg/l
0,1
Dusíkaté látky v obilkách ječmene Extrakt v sušině sladu Relativní extrakt při 45 °C Kolbachovo číslo
Součet vah
1,01
„Protože se v podstatě jedná o vážený průměr čtverců odchylek bodových hodnocení jednotlivých znaků od maximální hodnoty 9, jsou zvýhodněny genotypy vyrovnané v jednotlivých znacích sladovnické kvality. Tedy odrůda, která ve všech znacích obdržela bodové hodnocení 8, bude mít vyšší hodnotu USJ“ než odrůda s různou bodovou hodnotou znaků, i když prostý a vážený průměr obou odrůd by byly stejné (Psota a Kosař, 2002). Bodová hodnota USJ rozděluje odrůdy ječmene na nevhodné pro sladovnický průmysl, které dosahují stupně 1 - 3 a odrůdy se 7 - 9 body představující nevyšší kvalitu sladovnického ječmene. Účelem USJ je rámcově rozdělit kvalitu jednotlivých odrůd. Požadavky pivovarů na úroveň požadovaných znaků jsou odlišné, a tak odrůdy požadované sladovnami mají různou hodnotu USJ (Psota a Ehrenbergerová, 2008).
30
Ukazatele sladovnické jakosti, které hodnotíme u ječmene, je možné rozdělit podle Prokeše et al. (1997) na: 1. subjektivní; 2. objektivní; mechanické, fyziologické, chemické. 3.5.1.1
Subjektivní znaky
Vycházejí z tradičního hodnocení a srovnání získaných výsledků mezi laboratořemi bývá zatíženo jistou chybou. Tyto ukazatele jsou ale prvním vodítkem při hodnocení a nákupu ječmene.
3.5.1.1.1 Barva, charakter a podíl pluch Je jedním z hlavních vzhledových znaků. Požadovaná je světlá slámově žlutá barva ječmene, která svědčí o dobrých povětrnostních podmínkách během dozrávání a dobře provedené sklizni (Prokeš et al., 1997). Barva zrna ovlivňuje také vzhled produkovaného sladu. Tento znak je přísně hodnocen především u zahraničních odběratelů. Veškeré barevné změny – zahnědlé špičky, skvrnitost, našedlá, zelená zrna apod. mohou být potencionálním zdrojem plísní a možných technologických a hygienických problémů. Takováto zrna mají základní technologický nedostatek, kterým je samovolné přepěňování tzv. gushing (Kosař et al., 2000). Za znak kvalitního sladovnického ječmene je považována jemná zvrásnělá plucha, s přiměřeným obsahem tříslovin příznivě ovlivňující chuť piva, typická právě pro naše ječmeny (Prokeš et al., 1997). Plucha musí být pevně spojena se zrnem a nesmí se třepit nebo odstávat (Skládal et al., 1967). Podíl pluch se u jarního ječmene pohybuje mezi 7 – 9 % a u ozimého překračuje 10 % (Kosař et al., 1997).
31
3.5.1.1.2 Tvar, velikost, přirozený lesk a zdravá vůně zrna Vyrovnaný
tvar
a velikost
podmiňují
rovnoměrné
přijímání
vody
a tím
rovnoměrnost procesů, které probíhají při klíčení a podporují homogenitu sladu (Prokeš et al., 1997). Tvar a velikost zrna jsou znakem charakterizujícím odrůdu a až v druhé řadě vnější podmínky (Skládal et al., 1967). Přirozený lesk a zdravá vůně doplňují pohled na kvalitní sladovnický ječmen. Zdravý ječmen má čistou vůni slámy. Zrna s vyšší vlhkostí jsou bez lesku, a pokud nejsou dále ošetřena, projeví se nepříznivou vůní označovanou jako cizí po tlejícím listí, po houbách apod. Tyto změny signalizují možné ovlivnění klíčivosti a vyšší mikrobiální aktivitu (Prokeš et al., 1997). 3.5.1.1.3 Zlomky a mechanicky poškozená zrna Poškozená zrna a zlomky by se v dodávkách ječmene neměly vyskytovat, zvyšují značně nebezpečí infekce plísněmi a dalšími mikroorganismy při máčení a klíčení. Při neopatrné sklizni a přezrálém zrnu se mohou v dodávce vyskytovat poškozená zrna s porušenou pluchou nebo pluchy částečně i zcela zbavená, „která přijímají vodu rychleji než zrna zdravá, nadměrný obsah vody má za následek poruchy klíčení“ (Kosař et al., 1997). 3.5.1.2
Mechanické znaky
Z mechanických znaků je důležitá vyrovnanost a plnost zrn, charakterizovaná jako podíl nad sítem 2,5 mm, který souvisí s objemovou hmotností a hmotností tisíce zrn (Prokeš et al., 1997). Dále mezi mechanické znaky patří hustota a tvrdost obilek, pevnost v tlaku, mletí a obrušování, sedimentační test a index velikosti částic. 3.5.1.2.1 Vyrovnanost a plnost zrn Velikostní třídění obilek ječmene se provádí na sítech 2,8, 2,5 a 2,2 mm. Dle propadu nebo přepadu zrna na sítech se třídí do příslušných tříd (Psota a Vejražka, 2006a). Vysoký podíl zrna nad sítem 2,5 mm ukazuje na dobrý ročník, příznivé podmínky dozrávání a dlouho vegetační dobu (Prokeš et al., 1997). Vysoký podíl tzv. zadního zrna souvisí se sníženou výtěžností sladu, také negativně ovlivňuje extraktivnost a obsah bílkovin. Velikostní vyrovnanost obilek v partii ječmene je důležitá také
32
z technologických důvodů, protože jen stejnoměrné a vyrovnané zrno přijímá vodu stejně, rovnoměrně klíčí a dosahuje žádaného stupně rozluštění (Kosař et al., 2000).
3.5.1.2.2 Objemová hmotnost a hmotnost tisíce zrn Objemová hmotnost je podíl hmotnosti a objemu. Dříve byla označována jako hektolitrová hmotnost nebo váha. Podle hodnoty objemové hmotnosti lze posuzovat vhodnost zrna pro sladovnické využití a to díky tomu, že převážnou část zrna ječmene tvoří škrob s vysokou objemovou hmotností (Psota a Vejražka, 2006a). Objemová hmotnost je ovlivněna obsahem vody v zrnu i přesto má přímý vztah k extraktivnosti sladu (Kosař et al., 2000). „Dobrý sladovnický ječmen má mít objemovou hmotnost v rozmezí 680 – 720 g“ (Prokeš et al., 1997). Hmotnost tisíce zrn je funkcí tvaru a hustoty obilek, její hodnota má přímý vztah ke třídění, vyšší hodnoty ukazují na zrna těžší a větší (Psota a Vejražka, 2006a). Hmotnost tisíce zrn by neměla klesnout pod 40 g (Prokeš et al., 1997). Hmotnost tisíce zrn souvisí s obsahem bílkovin a její vztah k extraktivnosti je ovlivněn odrůdou. Čím lépe je slad rozluštěn, tím nižší má hmotnost tisíce zrn, která se u skladu pohybuje mezi 30 až 38 g v sušině.
3.5.1.2.3 Hustota a tvrdost zrna Ke stanovení rozdílné hustoty moučnatých a sklovitých obilek se používá flotační metoda, která využívá roztok soli o známé hustotě a s jeho pomocí rozdělí obilky na moučnaté a sklovité. Hustota obilek s kompaktní strukturou endospermu je vyšší než hustota obilek se strukturou rozvolněnou. Výsledkem flotačního testu je flotační index. Lepší sladovnická kvalita se přepokládala u zrn s nízkou hustotou. Tvrdost definovaná jako odpor, kladený materiálem proti vnikání cizího tělesa. Tato vlastnost obilky souvisí se strukturou endospermu, uložením škrobových zrn v bílkovinné matrici. Tvrdost je odrůdová vlastnost ječmene a používaná se pro hodnocení šlechtitelského materiálu. Úzce souvisí se sklovitostí zrna. Pro analýzu tvrdosti byla vyvinuta řada postupů a přístrojů. Tvrdost obilky je dána geneticky, současně ji ovlivňují vnější podmínky průběhu vegetace a skladování(Psota a Vejražka, 2006a).
33
3.5.1.2.4 Friabilita (křehkost) sladu Friabilita je schopnost sladu rozdrobit se, charakterizuje úroveň rozluštění buněčných stěn a bílkovin (Psota a Sachambula, 2010). Stanovení křehkosti sladu je rychlá objektivní metoda, stanovuje se friabilimetrem, který umožňuje stanovit také sklovitá a polosklovitá zrna. Ze získaných hodnot lze vypočítat homogenitu rozluštění buněčných stěn sladu (Psota a Ehrenbergerová, 2008). Friabilita je dalším kvalitativním znakem ovlivněným odrůdovou čistotou. Její stanovení je velmi jednoduché. Kvalitní slad by měl mít friabilitu od 80 do 90 %. Hodnoty pod 80 % ukazují nedostatečné rozluštění hmoty a hodnoty nad 90 % naopak nadměrné rozluštění, které má za následek vyšší sladovací ztráty a nedostatečnou pěnivost piva (Kosař et al., 2000).
3.5.1.2.5 Pevnost v tlaku, mletí a obrušování Stanovení pevnosti obilek v tlaku se používá pro hodnocení základních mechanických vlastností. Obilka ječmene se působením vnějších sil deformuje. Pevnost v tlaku je tedy hodnota, která se stanovuje zatěžováním obilky až k destrukci. Principem mletí a obrušování je stanovení odporu, vznikajícího při mletí zrna. Používané přístroje pracují na rozdílných principech, což způsobuje, že výsledná hodnota tvrdosti je specifická pouze pro použitý přístroj. Na každém měření se podílí „rozdílné fyzikální vlastnosti jednotlivých částí zrna (vlastnosti, pluchy, endospermu apod.)“ (Psota a Vejražka, 2006a).
3.5.1.2.6 Moučnatost a sklovitost Struktura endospermu (moučnatost nebo sklovitost) ječmene má velký vliv při jeho zpracování, vyrovnanou vlhkost zrna a distribuci enzymů během sladování a tím ovlivňuje jeho rozluštění. Kvalitní slad vzniká z kvalitního ječmene. Moučnatý strukturálně homogenní ječmen je coby surovina důležitým faktorem v procesu vaření piva. Heterogenní ječmen produkuje heterogenní slad a může způsobovat pomalé zcezování, problémy při filtraci, zákaly piva a tím ztráty výnosu a nárůst doby zpracování. Příjem vody během máčení je u sklovitých zrn pomalejší než u moučných. Moučnatá zrna obsahují obvykle méně bílkovin. Experimenty prokázaly, že absorpce vody a transport enzymů se díky úrovni sklovitosti endospermu liší a také ukázaly, že aktivita β-amylázy je zřejmě spjata s různým stupněm sklovitosti. Moučnatá zrna, která 34
jsou si strukturálně podobná, mají sklon k výraznějšímu rozluštění než zrna sklovitá. Moučnatá zrna bývají bohatší na škrob než zrna sklovitá (Gamlath, 2007). Sklovitost je možno měřit též pomocí farinatomu. Pomocí farinatomu se rozpůlení 50 obilek ječmene a endosperm je klasifikován vizuálně pod světlem jako moučnatý, sklovitý nebo polosklovitý. Moučnatost lze také měřit na LT metru, který je blíže popsán v metodice (Chandra et al., 2001).
3.5.1.3
Fyziologické ukazatele
Fyziologické ukazatele charakterizují vnitřní zdravotní stav ječmene a určuje se podle nich postup máčení. Důležitá je klíčivost, energie klíčení a citlivost na vodu. Klíčivá energie a citlivost na vodu ukazuje, jak probíhá a zda je ukončeno posklizňové dozrávání (Prokeš et al., 1997). Posklizňové dozrávání je několikatýdenní období po sklizni, během kterého obilky klíčí za podmínek vhodných pro klíčení pomalu a nejednotně (Polák et al., 2009). Dochází k němu, když jsou obilky vystaveny určitým podmínkám (sucho, teplo apod.). Je ukončeno v závislosti na odrůdě, klimatických podmínkách v období vegetace a sklizně. Důležitá je jeho délka zvláště u sladovnických odrůd ječmene, protože odrůdy s dlouhou dobou posklizňového dozrávání se mohou sladovat až později, což je ekonomicky nevýhodné. Šlechtěním se doba posklizňového dozrávání zkrátila, to ale má i negativní dopad, když při deštivém počasí před sklizní odrůdy s krátkým obdobím posklizňového dozrávání snadno porůstají (Sachambula a Psota, 2010). Ječmeny podtržené jsou charakteristické trvale nízkou klíčivou energií a vysokou citlivostí na vodu. Vysoká vyrovnaná klíčivost, vyjádřená vysokou hodnotou klíčení při dostatečné klíčivé rychlosti jsou základním předpokladem jakostního a homogenního sladu. Neklíčící zrno je pro výrobu sladu nevhodné, protože enzymy v něm nepracují. Také je hygienickým rizikem, protože je snáze napadnutelné plísněmi (Prokeš et al., 1997). Nedostatečná klíčivost se projevuje ve špatně rozluštěném sladu a tak ovlivňuje všechny kvalitativní parametry sladu (Kosař et al., 1997).
35
3.5.1.4
Chemické ukazatele
3.5.1.4.1 Obsah dusíkatých látek Bývá v praxi označovaný, jako obsah bílkovin je nejvýznamnějším kritériem sladovnické hodnoty z chemických ukazatelů. Při nákupu ječmene je jedním z rozhodujících kritérií. Množství dusíkatých látek je z více jak poloviny ovlivněno klimatickými poměry a agrotechnikou (Prokeš et al., 1997). Optimální hodnota je 10,2 až 11,0 %, nežádoucí je hodnota pod 9,5 % a nad 11,7 % (Psota a Kosař, 2002). Je-li obsah dusíkatých látek ječmene vyšší než 11,5 % musí se upravit technologické postupy a zpracování takového ječmene je pracnější, náročnější a vyžaduje vyšší provozní náklady. Hladina obsahu dusíkatých látek se váže i na ostatní sledované znaky jako je extraktivnost, Kolbachovo číslo, hodnota relativního extraktu při 45 °C a diastatická mohutnost (Kosař et al., 2000).
3.5.1.4.2 Kolbachovo číslo Kvalita sladu je hodnocena také podle úrovně rozluštění dusíkatých látek, která je z pohledu potřeb velkovýroby podstatným znakem. Nejčastěji se stupeň proteolytického rozluštění hodnotí pomocí Kolbachova čísla, které se za podmínek kongresního rmutování
vypočítá
jako
poměr
rozpustného
a celkového
dusíku.
„Činností
proteolytických enzymů dochází k degradaci (rozluštění) nerozpustných dusíkatých látek na jejich rozpustné produkty. Dusíkaté látky, přecházející do roztoku v průběhu rmutování informují o míře proteolytického rozluštění vysokomolekulárních látek během sladování“ (Psota a Ehrenbergerová, 2008). Úroveň proteolytického rozluštění lze také hodnotit podle rozpustného dusíku nebo volného aminodusíku. Hodnota Kolbachova čísla by pro evropské pivovary neměla klesnout pod 40 % a pro americké pod 42 %. Pro vlastní technologii výroby piva je důležitá i hodnota α-aminodusíku, která je minimálně 140 mg/l (Kosař et al., 2000). Protože nízkomolekulární dusíkaté látky (aminokyseliny) ovlivňují množení kvasinek v průběhu kvašení. Při jejich nedostatku dochází k neuspokojivému množení tvorbě nežádoucích vedlejších produktů, naopak přebytek
může
vést
k netypickému
aroma
a Sachambula, 2010).
36
a horší
chuťové
stabilitě
(Psota
3.5.1.4.3 Extrakt v sušině sladu a relativní extrakt při 45°C Extrakt v sušině sladu je základní analýzou sladu a ukazuje na úroveň modifikace škrobu v průběhu sladování (Psota, 2006). Jedná se o látky přecházející z pivovarských surovin při rmutování do roztoku sladiny. Obsah extraktu se u současných odrůd pohybuje na úrovni 82 %. Odrůdy doporučené pro výrobu Českého piva musí vykazovat obsah extraktu vyšší než 80 %. Extrakt obsahuje zkvasitelné cukry, rozpustné dusíkaté látky a minerální látky (Psota a Sachambula, 2010). Hodnotu extraktu ovlivňuje obsah škrobu (Hartman et al., 2010b), který by se u dobrých ječmenů měl v sušině obilky pohybovat mezi 63 až 64 %, aby bylo dosaženo minimální hranice průměrného extraktu v sušině 81 % (Kosař et al., 1997). Hodnota relativního extraktu při 45 °C je vypočítaná jako poměr mezi extraktem získaným při 45°C a extraktem získaným za podmínek kongresního rmutování. Informuje o aktivitě proteolytických a lipolytických enzymů, které jsou obsaženy ve sladu. Jeho hodnotu ovlivňují některé znaky, jako jsou friabilita sladu, úroveň extraktu vytvořeného během sladování, odrůda ječmene a klimatické podmínky. Z této hodnoty lze kontrolovat správný postup máčení, aktivace a syntéza enzymů, hlavně α-amylasy a úroveň rozluštění dusíkatých látek (Psota a Ehrenbergerová, 2008). „Za optimum je považována hodnota kolem 37 %. Výrazně vyšší hodnoty jsou nežádoucí“ (Kosař et al., 2000).
3.5.1.4.4 Viskozita sladiny Je dalším znakem úrovně cytolytického rozluštění sladu. Orientačně informuje o stupni degradace β-glukanů a době zcezování sladiny na varně. Hodnoty by se měly pohybovat v rozmezí 1,5 – 1,6 mPa/s. Hodnoty pod tuto hranici bývají doprovázeny zvýšenou barvou sladiny a zbytečným přeluštěním sladu s mnoha negativními dopady na kvalitu piva i ekonomiku sladování. Hodnoty nad touto hranicí ukazují na nerozluštěný slad, výskyt sklovitých zrn nebo přítomnost ozimého ječmene (Kosař et al., 2000).
3.5.1.4.5 Barva sladiny, barva sladiny po povaření a pH kongresní sladiny Barva sladiny informuje o typu analyzovaného sladu, ale neříká nic o barvě, kterou bude mít vyrobené pivo. Běžné hodnoty světlého sladu se pohybují v rozmezí 2,4 – 4,2 jednotek EBC. Barva sladiny po povaření odpovídá barvě piva a informuje o kvalitě 37
dotahování sladu. Běžné hodnoty se u sladin ze světlých sladů pohybují mezi 5,1 – 6,4 jednotkami EBC (Psota a Ehrenbergerová, 2008). „Světlé slady českého typu mají mít barvu kongresní sladiny 2,8 – 3,5 jednotek EBC.“. Světlým sladům českého typu odpovídá barva sladiny po povaření v rozmezí hodnot 5,5 – 6,0 jednotek EBC (Kosař et al., 2000). Sladiny se liší ve složení látek způsobujících zabarvení a v intenzitě barvy. Různé sladiny mají různá adsorpční spektra, proto není jednoduché standardizovat metodu měřící zabarvení. Barva piva je kromě barvy sladu ovlivněna také procesy, ke kterým dochází v průběhu výroby. Běžná hodnota pH kongresní sladiny světlého sladu se pohybuje mezi 5,6 – 6,0. Hodnota pH ovlivňuje především znaky závislé na aktivitě enzymů (extrakt, Kolbachovo číslo a relativní extrakt při 45 °C). Kyselejší sladiny zvyšují extraktivnost látek během rmutování. Hodnota pH poskytuje informaci o úrovni štěpení fytinu, který brání vstřebávání vápníku, železa nebo hořčíků. Pro přeměnu škrobu je optimální pH rmutu o hodnotě 5,3 (Psota a Ehrenbergerová, 2008).
3.5.1.4.6 Diastatická mohutnost a dosažitelný stupeň prokvašení Diastatická mohutnost charakterizuje amylolytické rozluštění (Psota a Kosař, 2002), „je ukazatelem aktivity β-amylasy“ (Kosař et al., 1997), která při rmutování spolu s αamylázou štěpí škrob na maltózu a glukózu (Psota, 2006). Diastatická mohutnost je uváděna v jednotkách Windisch-Kolbacha (j.WK). Pro evropské podmínky vyhovují slady s hodnotou minimálně 220 j.WK, pro asijské nebo americké státy je minimální hodnota 250 j.WK (Kosař et al., 2000). K atypickému průběhu kvašení může v extrémních případech vést velmi nízká aktivita β-amylasy. Rychlost štěpení škrobu určuje α-amyláza a její aktivita. Během odbourávání amylosy a amylopektinu „vznikají dextriny a tím i cílová místa pro působení β-amylázy. Aktivita α-amylázy se snižuje při poklesu pH“ (Psota a Ehrenbergerová, 2008), optimální pH je 5 – 6, k inaktivaci α-amylasy dochází při pH 3 a teplotě 0°C nebo pH 4,2 – 4,3 při teplotě 20°C (Kosař et al., 2000). Následkem nízké aktivity α-amylasy může být u filtrovaného piva zákal a nedostatek dextrinů, který může negativně ovlivnit úroveň dosažitelného stupně prokvašení (Psota a Ehrenbergerová, 2008). O kvalitě a celkovém složení sladiny vypovídá dosažitelný stupeň prokvašení, bohužel nekoreluje s fermentabilitou (Psota a Kosař, 2002). Vypočítá se jako hodnota 38
extraktu sladiny před kvašením, od které se odečte hodnota extraktu po kvašení. Informuje o množství kvasinkami využitelného extraktu. Na úroveň prokvašení má vliv množství zkvasitelných cukrů a jejich relativní podíl. Nemalou roli hrají též stopové prvky a složení dusíkatých látek. Dosud byly požadovány co nejvyšší hodnoty tohoto znaku. Špičkové sladovnické odrůdy dosahují hodnoty vyšší než 82,5_%. Příčinou problémů výroby a piv prázdné chuti mohou být slady s vysokou hodnotou tohoto znaku. Řadou českých pivovarů je požadován slad vyrobený z odrůd s hodnotou dosažitelného stupně prokvašení do 80 % (Psota a Ehrenbergerová, 2008).
3.5.1.4.7 Obsah β-glukanů ve sladině Spolu s friabilitou charakterizuje úroveň cytolytického rozluštění (Psota a Kosař, 2002), může být ovlivněn odrůdou, ročníkem i technologií sladování, význam má také pěstební místo a druh předplodiny. Vzájemnou kombinací těchto faktorů lze dosáhnout požadovaných hodnot obsahu β-glukanů (Kosař et al., 2000), který by se měl pohybovat od 100 do 250 mg/l (Psota a Ehrenbergerová, 2008). Nejvýznamnější vliv na obsah β-glukanů má technologie sladování. Optimální podmínky pro získání nižších hodnot β-glukanů ve sladu a ve sladině jsou: „minimálně dvoudenní máčení s krátkými vzdušnými přestávkami, minimálně čtyřdenní klíčení při vyšší teplotě klíčení (18 – 20°C) a vyšší obsah vody v zeleném sladu. Slady vyrobené z dvouřadých ozimých ječmenů vykazují přibližně dvojnásobně vyšší obsah β-glukanů než slady z jarních ječmenů.“ Nízký obsah β-glukanů ječmene a následně pak sladu spolu s vysokou aktivitou βglukanasy vytváří optimální kombinaci pro kvalitní sladovnickou odrůdu ječmene. Nedokonalé rozštěpení β-glukanů se projeví zvýšením viskozity sladiny a piva, snížením
varního
výtěžku
sladu,
prodlouženou
dobou
zcezování
a špatnou
filtrovatelností piva (Kosař et al., 2000), to má samozřejmě dopad na ekonomiku výroby piva (Prokeš et al., 1997).
39
4 MATERIÁL A METODIKA 4.1
Odrůdy ječmene a jejich charakteristika
V rámci diplomové práce jsem zpracovávala vzorky dvouřadého jarního ječmene sladovnické i nesladovnické kvality, které byly vypěstovány na zkušebních stanicích Ústředního kontrolního a zkušebního ústavu zemědělského (ÚKZÚZ) pro seznam doporučených odrůd. Pro stanovení jsem použila přepad nad sítem 2,5 mm. Vzorky pocházely ze sklizní 2009 a 2010. Pro statistické zpracování bylo použito 19 odrůd jarního ječmene uvedených v tabulce 5.
40
Tabulka 5: Charakteristika sledovaných odrůd Rok
Země
registrace
původu
5
2009
CZ
HE 7792 × Madonna
Aksamit
4
2007
CZ
NSL 94-1384B × (Perun × Tu 33) × Atribut
Aktiv
4
2008
CZ
HE 8270 × Madonna
Azit
N
2008
CZ
Tolar × Pasadena
Bojos
7
2005
CZ
Madonna × Nordus
Blaník
4
2007
NL
NFC495-17 × Madonna
Henrike
4
2009
D
Marnie × Bolina
Kangoo
7
2008
NL
Braemar × Br 5509a
Kontriki
N
2009
DK
(Simba × Power) × 991668
Marthe
8
2008
D
Neruda × Recept
Prestige
9
2002
GB
Cork × Chariot
Pribina
N
2006
SK
Progres × Metlan
Radegast
5
2005
CZ
Nordus × Heris
Sebastian
8
2005
DK
Lux × Viskosa
Signora
8
2009
F
Prestige × Tavern
Streif
5
2009
D
Pasadena × Aspen
Tocada
N
2006
D
Pasadena × Henni
Tolar
7
1997
CZ
HE 4710 × HWS 78267-83
Xanadu
7
2006
D
Viskosa × Scarlett
Odrůda
USJ
Advent
Výchozí materiál
Legenda: USJ – Ukazatel sladovnické jakosti N – nesladovnická odrůda 1-9 hodnoty ukazatele sladovnické jakosti viz kapitola 2.5.1 CZ – Česká republika, NL – Nizozemí, D – Německo, DK – Dánsko, GB – Anglie, SK – Slovenská republika, F - ¨Francie
41
4.2
Zkušební stanice a jejich agroekologická charakteristika
Sledované odrůdy byly v jednotlivých letech pěstovány vždy na čtyřech zkušebních stanicích ÚKZÚZ. Zkušební stanice nejsou ve všech ročnících stejné, protože si je VÚPS vybírá pro svá stanovení podle obsahu dusíkatých látek v obilkách ječmene kontrolních odrůd. Jiný než optimální obsah dusíkatých látek výrazným způsobem ovlivňuje další technologické znaky. Pro porovnávání odrůd mezi sebou v rámci registračního řízení je důležité, aby odrůdy měly optimální obsah dusíkatých látek. Zastoupení zkušebních stanic bylo následující: v roce 2009 Čáslav- Filipov, Vysoká, Hradec nad Svitavou, Lípa; v roce 2010 Čáslav- Filipov, Vysoká, Lednice na Moravě a Chrastava. Tabulka 6: Charakteristika zkušebních stanic Zkušební
Výrobní
Výška nad t30
s30
stanice
oblast
mořem (m) (°C)
(mm)
řepařská
260
8,9
555
bramborářská 450
7,4
616
obilnářská
345
8
738
kukuřičná
171
9,6
461
Lípa
bramborářská 505
7,5
594
Vysoká
bramborářská 585
7,1
611
Čáslav Filipov Hradec nad Svitavou Chrastava Lednice na Moravě
Půdní typ
Půdní druh
Černozem
hlinitá půda
hnědozemní
(střední)
Hnědozem
jílovitohlinitá
typická
půda (těžká)
Hnědozem
písčitohlinitá
luvizemní
půda (střední)
Černozem
hlinitá půda
typická
(střední)
Kambizem
písčitohlinitá
pseudoglejová
půda (střední)
Luvizem
hlinitá půda
pseudoglejová
(střední)
Dlouhodobá průměrná teplota t30 a dlouhodobý průměrný úhrn srážek s30 (1971-2000)
42
4.3
Charakteristika sklizňových ročníků
Ječmen je krátkodobá plodina od zasetí do sklizně uplyne jen 120 dnů, proto je jeho jakost výrazně ovlivněna také průběhem počasí. Rok 2009 byl z hlediska vývoje jako počasí velmi proměnlivý. Jaro bylo opožděné, krátké a suché. Červen a červenec byli srážkově bohaté. Na konci července nastalo suché letní počasí, které umožnilo bezproblémovou sklizeň. Z oseté plochy 320 tis. ha bylo sklizeno asi 1,45 mil. tun jarního ječmene, který byl vyzrálý s optimální vlhkostí zrna, dobře skladovatelný. Zrno bylo bez zjevného fyziologického a biologického poškození, s vyšším počtem zahnědlých špiček. Ječmen měl mírně vyšší průměrný obsah bílkovin a průměrný obsah škrobu. Ječmen měl při klíčení zdravou, okurkovou vůni, nestřelil (Hartman et al., 2010a). V roce 2010 byly po zasetí ideální podmínky pro vzcházení ječmene, ale na srážky bohatý a chladný květen s nedostatkem slunečního svitu způsobil žloutnutí porostů a jejich zbržděný růst a vývoj. Časté srážky navíc znemožňovaly účinnou chemickou ochranu. Dozrávání ječmene se protáhlo. Následné časté a intenzivní srážky v průběhu žní narušovaly sklizeň. Koncem července bylo sklizeno 15 %, v polovině srpna 51 % a na konci srpna 87 % ploch jarního ječmene. Polehlé porosty byly silně napadeny černí a docházelo k porůstání. Z oseté plochy 278 tis. ha bylo v roce 2010 sklizeno 1,1 mil. tun jarního ječmene, u kterého se v důsledku nepříznivých klimatických podmínek během vegetace a zvláště v průběhu sklizně, vyskytovalo biologické, fyziologické poškození a zahnědlé špičky. Ječmen měl průměrný obsah bílkovin a mírně nadprůměrný obsah škrobu (Hartman a Helánová, 2011).
43
4.4
Nedestruktivní stanovení sklovitosti a moučnatosti pomocí LTm
Většinu informací o metodě a přístroji jsem čerpala z článku Chandra et al. 2001 a z metodiky patřící k přístroji LTm. Light Transflectance meter (LTm) byl navržen a sestrojen v Brewing Research International (BRi) za podpory Home Grown Cereals Autority. Metoda je použitelná pro ječmen i pšenici a poskytuje rychlou informaci o struktuře endospermu. Měří rozdíly v endospermu jednotlivých zrn na základě kvalitativního měření laserového paprsku procházejícího obilkou ječmene. Gamlath (2007) uvádí, že moučnatý endosperm brání průchodu paprsku jeho rozptýlením a naměřené hodnoty jsou tak nízké, naopak zrna se sklovitým endospermem paprsek propouští, což dává hodnoty vyšší. Vysílač laserového paprsku
Zrno
Otočný disk s jamkami
Senzor
motor
Designed
By
Mr.
S.
G.
Garland
&
Mr.
G.
J.Gasson
Obr 1: LTm metr (Chandra et al., 2001) LT metr je propojený na počítač, kde je nainstalovaný software pro zaznamenávání naměřených hodnot EasyLog. Po startu přístroje i počítače spustím program a pomohu mu vyhledat přístroj. Postup vlastního měření probíhá, tak, že na otočný disk umístím 97 zrn vzorku, která dobře padnou do jamek. Příliš velká zrna by mohla bránit otáčení nosiče a příliš malá zrna by mohla způsobovat chybu měření. Naplněný disk umístím do přístroje, zajistím ho a sklopím víko. Přístroj najde výchozí pozici disku. V programu počítače spustím zapisování dat a až poté mohu spustit otáčení disku a měření obilek. Na disku jsou první tři hodnoty standardní a používají se ke kalibraci každého měření. První je nulová, druhá 100% kontrola a třetí je neutrální film o hustotě skla. Jedno měření tj. otočení disku trvá 5 minut. Poté co 44
přístroj otočí diskem, ukončí zapisování hodnot, v programu uložím je a pomocí souboru Barley Data Collection vyhodnotím. Program zpracuje naměřené moučnatosti a vyhodnotí je do přehledného souboru viz obr.2. Výsledek udává procento moučnatých zrn přítomných ve vzorku.
BRI rapid LTM measurement 809 0 Barley
Sample Name: Sample number: Stage: Filter 1:
1076
Filter 2:
Date:
29.10.2010
Hour:
9:42 dop. Filter 3:
29
0
Distribution of grains with different endosperm structure 100
LTM Values
Count
Ratio
90
<100
51
53
100-199
32
33
200-299
9
9
300-399
3
3
400-499
0
0
>500
1
1
Total
96
100
80
60 50 40 30 20 10 0 <100
100-199
200-299 300-399 LTM Value (mV)
400-499
>500
Percentage of mealy grains:
86%
LTM values in ascending order 1000 900 800 700 LTM value [mV]
600 500 400 300 200 100 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63 65 67 69 71 73 75 77 79 81 83 85 87 89 91 93 95 97
Frequency(-)
70
Obr. 2: Výsledek zpracovaného měření LTm 45
Tabulka 7: Vyhodnocení dat naměřených na LTm (Chandra, 2001) Hodnoty
Charakter
LTm (mV)
endospermu
<100
Velmi moučnatý
100 – 200
Moučnatý
200 – 300
Smíšený
300 – 400
Sklovitý
>400
Velmi sklovitý
Touto analýzou lze odhadnout vlastnosti endospermu jednotlivých obilek vzorku, získat tak rychle, levně a jednoduše odhad úrovně jeho homogenity. Během měření nedochází k destrukci obilek a stejné obilky mohou být použity pro následující stanovení.
4.5
Stanovení tvrdosti pomocí SKCS
Informace o metodě a přístroji jsem čerpala z metodiky patřící k přístroji SKCS a z článku od Gamlath (2007). SKCS – systém charakterizace jednotlivých zrn (Single Kernel Characterization Systém) je jedinečný analytický přístroj. Kromě stanovení průměrné kvality celého vzorku stanovuje i vlastnosti pro každé zrno zvlášť a to v plně automatickém režimu. Stanovované parametry jsou vlhkost, tvrdost, velikost zrna (průměr), hmotnost zrna. Naměřené hodnoty jsou prezentovány zprůměrňované a také v histogramech, což umožňuje objektivně posoudit uniformitu odrůdy. Přístroj je napojený na počítač a do jeho kancelářských aplikací přenáší naměřená data, je schopný komunikovat s například i s tiskárnou. Při analýze převedeme do zásobníku 97 zrn, na kterých byla již měřena moučnatost (LTm) a zahájíme měření. Princip měření je založen na rozdělení vzorku na jednotlivá zrna pomocí ozubeného kola a vaakua. Jednotlivá zrna se pak váží a drtí rychlostí 2 zrna za sekundu. Výsledky jsou připraveny do 4 minut. Míra tvrdosti obilek je vyjádřená indexem tvrdosti celého vzorku. Ve šlechtění obilovin je pozornost kladena stále více na homogenitu zrn, nikoli na průměrné vlastnosti. SKCS pomáhá šlechtitelům určit homogenitu tvrdosti nových odrůd již v počátečních fázích šlechtění. Kromě pšenice a ječmene je možné stanovit 46
pomocí SKCS také tvrdost rýže, čiroku nebo kukuřice, kterou se ve své práci zabývali Fox a Manley (2009). Nevýhodou měření tvrdosti pomocí SKCS je destrukce zrn a tím neopakovatelnost analýzy. Výhodou je rychlost, přesnost, nenáročnost na množství vzorku a analýza jednotlivých zrn, což dává informaci o úrovni homogenity vzorku.
4.6
Analýza sladu a sladiny
Byly hledány vztahy mezi moučnatostí a sklovitostí na jedné straně a sladovnickými znaky na druhé straně. K tomuto účelu byly převzaty informace o sladovnické kvalitě sledovaných odrůd ječmene ze závěrečných zpráv VÚPS (Psota. 2010, 2011).
4.7
Statistické zpracování výsledků
Pro statistické zpracování byly použity statistické programy REML a SPSS. Výsledky byly hodnoceny analýzou variace s následným mnohonásobným testováním významnosti jednoduchých kontrastů, pomocí LSD testu a korelační analýzou.
47
5
VÝSLEDKY A DISKUZE Statisticky zpracovány byly výsledky měření: • moučnatosti – vyjádřené procentem moučnatých zrn; • tvrdosti - vyjádřené indexem tvrdosti vzorků nesladovaných obilek ječmene; • výsledky analýz ječmene, sladu a sladiny z těchto vzorků vyrobených (Tabulka 8).
Tabulka 8: Hodnoty technologických parametrů z let 2009 a 2010 Parametr (jednotka) LTm (%) moučnatých zrn SKCS Dusíkaté látky v zrnu ječmene (%) Celkový dusík v zrnu ječmene (%) Extrakt sladu (%) Relativní extrakt 45°C (%) Kolbachovo číslo (%) Diastatická mohutnost (jWK) Dosažitelný stupeň prokvašení (%) Friabilita (%) β-glukany ve sladině (mg/l) Dusíkaté látky ve sladu (%) Celkový dusík ve sladu (%) Rozpustný dusík ve sladu (mg/l) Rozpustný dusík ve sladu (%) Glycidový extrakt ve sladu (%) Sklovitá zrna (%) Homogenita friabilimetrem (%) Částečně sklovitá zrna (%) Viskozita sladiny (mPas) Barva sladiny (jEBC) Doba zcukření (min) Zákal sladiny (90 °C) Zákal sladiny (15 °C) Čirost sladiny vizuálně Škrob v obilce Stupeň domočení po 1 N (%) Stupeň domočení po 2 N (%) Výtěžnost v sušině (%) Ztráty prodýcháním (%) Ztráty odklíčením (%) Ztráta sladováním v sušině (%)
Hodnota průměrná nejnižší 90,59 51 36,33 9,5 11,16 9,7 1,78 1,55 82,15 79 43,58 31,5 48,68 33,4 354,75 174 82,1 76,6 87,84 68 183,81 13 10,6 8,9 1,7 1,42 823,05 573 0,82 0,57 77 74,2 0,22 0 98,26 90 1,52 0,1 1,45 1,4 3,97 2,6 10,2 10 1,14 0,56 1,22 0,42 1,05 1 63,73 60,9 32,67 29,1 40,37 36,6 90,78 80,8 5,06 3,3 4,16 0,7 9,22 6,7
48
nejvyšší 100 63,9 12,9 2,06 86,5 62,1 65,2 570 85,9 99 554 12,2 1,95 1044 1,04 81,6 1,3 99,9 9 1,6 7,6 15 6,47 4,6 3 66,8 35,7 43,4 93,3 8,5 15,1 19,2
5.1
Vztah mezi indexem tvrdosti a procentem moučnatých zrn
Při porovnání výsledků měření charakteru endospermu přístrojem LTm a indexu tvrdosti obilek přístrojem SKCS 4100 byl prokázán velice úzký záporný vztah (r= –0,73). Pro názornost přikládám grafické znázornění tohoto vztahu (Obrázek 3). Gamlath (2005) zjistil podobný vztah (r= –0,70), vyšší hodnotu vztahu (r= –0,87) zjistil Psota et al. (2008), jejich měření bylo pouze jednoleté což se mohlo na hodnotě vztahu projevit. Porovnání moučnatosti stanovené Chronometrem Minolta pracující na podobném principu jako LTm a tvrdosti stanovené SKCS prováděli také Nair et al. (2010), kteří zjistili hodnotu vztahu (r= –0,83). 100
Procento moučnatých zrn
R² = 0,5324 R = -0,7297 90
80
70
60
50 0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
Index tvrdosti
Obrázek 3: Vztah mezi indexem tvrdosti a procentem moučnatých zrn.
49
60,0
70,0
5.2
Vliv odrůdy, zkušební stanice a sklizňového ročníku
Kvalita ječmene byla ovlivněna nejen odrůdou, ale i prostředím, kde byl pěstován a také povětrnostními podmínkami sklizňového ročníku, proto je nutné sledovat a studovat vztahy mezi těmito vlivy a úrovní jednotlivých znaků. V tabulce 9 je vidět, že ve sledovaném souboru vzorků byl u obou měření statisticky vysoce průkazný vliv zkušební stanice (lokality) a vliv odrůdy. Vliv sklizňového ročníku nebyl prokázán. Množství moučnatých zrn měřené na přístroji LTm bylo z 53 % ovlivněno zkušební stanicí a z 11 % odrůdou. Hodnoty indexu tvrdosti z přístroje SKCS 4100 byly z 55 % ovlivněny zkušební stanicí a z 20 % odrůdou.
Tabulka 9: Analýza variance a odhad komponent rozptylu pro LTm a SKCS 4100 a porovnání s výsledky sklizně roku 2006 (Psota et al 2008) Odhad komponent Zdroj proměnlivosti
Průměrný Stupně čtverec
rozptylu
F
volnosti
abs.
rel. (%)
2006
rel. (%)
LTm Rok
7,58
1
0,16
NS
0,01
0,00
Lokalita
1133,67
5
29,78
***
71,91
53,22
87,6
Odrůda
169,26
18
3,52
***
15,15
11,21
5,3
Reziduum
48,15
127
48,07
35,57
7,4
SKCS 4100 Rok
0,70
1
0,02
NS
0,00
0,00
Lokalita
252,01
5
44,83
***
75,79
55,56
83,4
Odrůda
1492,67
18
7,57
***
27,34
20,04
13,4
33,29
127
33,27
24,39
3,3
Reziduum Poznámky *
P=0.05
***
P=0.001
**
P=0.01
NS
nevýznamný
50
Psota et al. (2008) zjistili přibližně podobné hodnoty, když určil u vzorků ze sklizně roku 2006 vliv zkušební stanice na procento moučnatých zrn 87,6 % a vliv odrůdy 5,3 %. Na hodnotě indexu tvrdosti se při jejich měření projevil vliv zkušební stanice z 83,4 % a vliv odrůdy z 13,4 %. Rozdíl může být způsoben tím, že porovnával pouze jeden sklizňový ročník.
5.3
Rozdíly mezi zkušebními stanicemi
Z tabulky 10 je zřejmé, že soubor zkušebních stanic byl na základě procenta moučnatých zrn získaného přístrojem LTm rozdělen do dvou skupin, které se vzájemně nepřekrývají. Lze říci, že vzorky ze zkušebních stanic Lípa, Vysoká, Čáslav-Filipov se liší od stanic Lednice na Moravě, Hradec nad Svitavou a Chrastava. Hodnota průměrného procenta moučnatých zrn prvních tří stanic se pohybovala kolem 96 % a u druhých tří stanic kolem 81 %. Index tvrdosti obilek měřený přístrojem SKCS 4100 rozdělil soubor zkušebních stanic na čtyři skupiny a-d. Rozdělení zkušebních stanic do skupin bylo podobné jako u procenta moučnatých zrn, jen v rámci první skupiny se průkazně liší stanice Lípa od stanice Čáslav-Filipov a v rámci druhé skupiny se stanice Lednice na Moravě průkazně liší od stanice Chrastava.
Tabulka 10: Průměrné hodnoty procenta moučnatých zrn a indexu tvrdosti u sledovaného souboru zkušebních stanic Lokalita
Počet měření
Průměr LTm (%)
Průměr SKCS (%)
Lípa
19
98,8
a
26,7
a
Vysoká
38
96,2
a
30,1
a b
Čáslav–Filipov
38
94,7
a
33,9
b
Lednice na Moravě
19
82,2
b
42,6
c
Hradec nad Svitavou
19
82,1
b
45,0
c d
Chrastava
19
79,8
b
48,2
d
Poznámka Odlišná písmena značí významné rozdíly na hladině významnosti P=0.05
51
5.4
Rozdíly mezi odrůdami
Z Tabulky 11 je vidět, že na základě hodnot získaných přístrojem LTm byl soubor odrůd rozdělen do tří skupin a – c, které se vzájemně překrývají. Významně se liší odrůda Radegast (77,01 %) od dvanácti sledovaných odrůd a odrůda Aksamit (80,01 %) od odrůd Henrike (93,88 %), Kontiki (93,51 %), Streif (93,01 %) a Signora (92,38 %).
Tabulka 11: Průměrné hodnoty procenta moučnatých zrn pro sledovaný soubor odrůd Odrůda
Počet měření
Průměr LTm (%)
Henrike
8
93,88
a
Kontiki
8
93,51
a
Streif
8
93,01
a
Signora
8
92,38
a
Sebastian
8
92,01
a
b
Tocada
8
92,01
a
b
Aktiv
8
91,38
a
b
Xanadu
8
91,26
a
b
Prestige
8
90,88
a
b
Azit
8
90,76
a
b
Bojos
8
90,51
a
b
Kangoo
8
89,88
a
b
Marthe
8
89,38
a
b
c
Advent
8
86,26
a
b
c
Blaník
8
86,01
a
b
c
Pribina
8
85,63
a
b
c
Tolar
8
84,76
a
b
c
Aksamit
8
80,01
b
c
Radegast
8
77,01
c
Poznámky: LSD(t) (P=0,05)
=
12,48
Odlišná písmena značí významné rozdíly na hladině významnosti P=0.05
52
Z tabulky 12 je zřejmé, že index tvrdosti měřený přístrojem SKCS 4100 rozdělil soubor zkušebních odrůd do čtyř skupin (a – d), které se vzájemně překrývají. Významně se liší odrůda Aksamit (49,11 %) od více jak poloviny sledovaných odrůd, dále pak odrůda Streif (45,05 %) od odrůd Bojos (32,01 %), Prestige (30,86 %) a. Henrike (21,87 %), která se průkazně liší od všech ostatních odrůd kromě odrůd Bojos a Prestige. Tabulka 12: Průměrné hodnoty indexu tvrdosti u sledovaného souboru odrůd
Odrůda
Počet měření
Průměr SKCS (%)
Henrike
8
21,87
a
Prestige
8
30,86
a b
Bojos
8
32,01
a b
Kangoo
8
35,08
b c
Signora
8
35,17
b c
Azit
8
36,33
b c
Sebastian
8
38,01
b c
Radegast
8
38,27
b c
Aktiv
8
38,41
b c
Pribina
8
38,58
b c
Tocada
8
38,73
b c d
Tolar
8
38,76
b c d
Marthe
8
39,68
b c d
Blaník
8
40,08
b c d
Kontiki
8
40,21
b c d
Xanadu
8
40,21
b c d
Advent
8
41,17
b c d
Streif
8
45,05
c d
Aksamit
8
49,11
d
Poznámky: LSD(t) (P=0,05)
=
10,38
Odlišná písmena značí významné rozdíly na hladině významnosti P=0.05
53
5.5
Rozdíl mezi sklizňovými ročníky
Z tabulky 13 vyplývá, že na základě hodnot získaných přístroji LTm a SKCS 4100 není možné rozdělit sledované sklizňové ročníky do skupin, protože jejich průměrná hodnota procenta moučnatosti a indexu tvrdosti byla téměř stejná v obou letech.
Tabulka 13: Průměrné hodnoty procenta moučnatých zrn a indexu tvrdosti ve sledovaných sklizňových ročnících Počet Rok
měření
2009 2010
Průměr LTm
Průměr SKCS
76
89,29
a
37,67
a
76
88,66
a
37,86
a
Poznámka: Odlišná písmena značí významné rozdíly na hladině významnosti P=0.05
54
5.6
Vliv složení obilky na procento moučnatých zrn a index tvrdosti
Rozpětí obsahu bílkovin u sledovaného souboru vzorků bylo poměrně široké (9,7 – 12,9 %). Vztah obsahu bílkovin a procenta moučnatých zrn měřeného LTm, vyjádřený korelačním koeficientem (r) byl statisticky vysoce průkazný (r= –0,27). Mírně vyšší hodnotu tohoto vztahu publikovali Psota et al.(2008), naopak statisticky neprůkazný vztah publikovali Gamlath et al.(2005). Vztah indexu tvrdosti měřeného SKCS a obsahu bílkovin byl statisticky vysoce průkazný (r= 0,29), což nekoresponduje s výsledky ostatních autorů Psota et al. (2008) a Gamlath et al. (2005), kteří shledali tento vztah statisticky neprůkazný. Avšak hodnoty vztahu moučnatosti a tvrdosti k obsahu dusíkatých látek nevyjadřují z praktického hlediska významný vztah Fyzikální vlastnosti obilky jsou významným způsobem ovlivněny množství a kvalitou dusíkatých látek, které se v obilce nacházejí. „Výsledky výzkumu naznačují, že i když je sklovitost spojována s vysokým obsahem dusíku a moučnatost naopak s nízkým obsahem dusíku, sklovitý nebo moučnatý endosperm mohou mít i zrna s podobným obsahem dusíku“ (Psota et al., 2008). Kvalitativní složení bílkovin se mění v závislosti na vzrůstajícím obsahu dusíku v obilce, kdy nejvíc ze všech roste obsah hordeinů. Ty jsou součástí bílkovinné matrice a představují hlavní překážku při odbourávání škrobových zrn uložených v endospermu. Jednotlivé frakce hordeinů jsou složeny z různých aminokyselin a mají také různé biochemické vlastnosti, což ovlivňuje tvorbu a stabilitu chemických vazeb. Díky tomu může docházet k tomu, že hordeinové bílkoviny zrn ječmene se sklovitým endospermem se luští pomaleji než hordeinové bílkoviny zrn s endospermem moučnatým (Psota a Vejražka, 2006b). Byl prokázaný statisticky vysoce významný vztah procenta moučnatých zrn a obsahu škrobu (r= 0,42), kdy se vzrůstající hodnotou obsahu škrobu roste i procento moučnatých zrn, což odpovídá výsledkům Psota et al. (2008). Obsah škrobu negativně, statisticky významně ovlivnil hodnoty měření SKCS, hodnota korelačního koeficientu r byla rovna hodnotě -0,47. Téměř shodný vztah publikovali i autoři Psota et al (2008) a Vejražka (2008).
55
5.7
Vliv procenta moučnatých zrn na sladovnické znaky
Při sladování dochází k velkému množství enzymatických reakcí, které mění složitý endosperm
na
jednodušší
látky
(Gamlath,
2007).
Biochemická
degradace
vysokomolekulárních látek a fyzikální změny endospermu bývají často označovány jako modifikace endospermu. Pokud nejsou buněčné stěny a zásobní bílkoviny během sledování
hydrolyzovány,
matrice endospermu,
čímž
nedojde se
k uvolnění
škrobová
zrna
škrobových v průběhu
zrn
z bílkovinné
rmutování
nezmění
a nezpřístupní se pro štěpení amylolytickými enzymy. Důsledkem toho je nízká výtěžnost a technologické a ekonomické problémy v pivovaru (Gunkel et al., 2002). Struktura endospermu má primární vliv na vyrovnaný příjem vody obilkou a správnou distribuci enzymů, to je důležité pro jednotné rozluštění složek ječmene během sladování. Základní faktory sladovnické kvality ječmene jsou struktura a složení endospermu, rychlost syntézy enzymů a jejich prostupnost endospermem. Klíčové parametry kvalitního homogenního sladu jsou moučnatost, její vyrovnanost v rámci obilky a jednotná moučnatost obilek odrůdy. Nehomogenní slad může být příčinou problémů v pivovarském procesu a zákalů finálního produktu (Gamlath, 2007). Ze vztahů uvedených v tabulce 14 je vidět, že procento moučnatých zrn mělo statisticky vysoce průkazný kladný vztah k friabilitě (r= 0,64), homogenitě stanovené friabilimetrem (r= 0,53), dosažitelnému stupni prokvašení (r= 0,47) , Kolbachovu číslu (r= 0,41) stupni domočení po 1. namáčce (r= 0,39) a po 2. namáčce (r= 0,27). Dále pak měl statisticky průkazný záporný vztah k obsahu β-glukanů ve sladině (r= –0,38), obsahu dusíku ve sladu (r= –0,31) a viskozitě (r= –0,38). Z ostatních autorů byl Psotou et al.(2008) zjištěn statisticky významný vztah mezi procentem moučnatých zrn a extraktem, relativním extraktem, friabilitou (r= 0,55), homogenitou friabilimetrem (r= 0,49), dosažitelným stupněm prokvašení (r= 0,36), Kolbachovým číslem (r= 0,42), obsahem dusíkatých látek ve sladu (r= –0,42), obsahem β-glukanů ve sladině (r= –0,51), částečně sklovitými zrny (r= –0,49) a Gamlath et al. (2005) sledován statisticky vysoce průkazný vztah k příjmu vody (r= 0,41) Holopainen et al. (2005) zjistili, že sklovité vzorky ječmene vykazují zvýšené hodnoty viskozity a obsahu β-glukanů ve sladině a nižší úroveň friability dále pak měly vyšší ztráty sladováním a ztráty prodýcháním, naopak vzorky s moučnatým endospermem měly vyšší ztráty odklíčením.
56
5.8
Vliv indexu tvrdosti na sladovnické znaky
Tvrdost neovlivňuje sladovnické parametry přímo. Míra degradace endospermu je závislá na jeho tvrdosti a na aktivitě enzymů produkovaných aleuronovou vrstvou. Proto je třeba předpokládat nižší úroveň vztahů mezi indexem tvrdosti a sladovnickými parametry (Psota et al., 2008). Významná korelace byla zjištěna mezi indexem tvrdosti a modifikací buněčných stěn. Křehkost sladu (friabilita) byla s indexem tvrdosti ve statisticky vysoce průkazném vztahu. Korelační koeficient dosahující u SKCS hodnoty -0,72 říká, že se vzrůstající hodnotou indexu tvrdosti klesala hodnota friability, dále pak se zvyšoval obsah βglukanů ve sladině (r= 0,55) a s friabilitou spojené parametry (homogenita friabilimetrem (r= – 0,51), částečně sklovitá zrna (r= 0,52) byly významnou měrou také ovlivněny indexem tvrdosti. S uvedenými vztahy souvisí vztah indexu tvrdosti a viskozity sladiny (r= 0,47), to znamená, že sladiny o vyšší viskozitě pocházely ze vzorků dosahujících vyššího indexu tvrdost. Stejný průběh vztahu tvrdosti obilky a modifikace buněčných stěn s podobným korelačním koeficientem zaznamenali Psota et al. (2008). Nagamine et al. (2009) určili stejný vztah, ale nižší hodnotu korelačního koeficientu pro vztah indexu tvrdosti s obsahem β-glukanů ve sladině a viskozitou. Z korelací v tabulce 14 je vidět, že se vzrůstající hodnotou indexu tvrdosti se zhoršovalo proteolytické a amylolytické rozluštění, což se projevilo poklesem Kolbachova čísla (r= –0,55), hodnot relativního extraktu při 45 °C (r= –0,36), dosažitelným stupněm prokvašení (r= –0,43) a rozpustným dusíkem ve sladu (r= –0,38), což se shoduje s výsledky Psoty et al. (2008), ale liší se od výsledků Nagamine et al. (2009). Index tvrdosti měl statisticky vysoce průkazný záporný vztah k ztrátám prodýcháním (r= –0,33), stupni domočení po 1. namáčce (r= –0,40) a po 2. namáčce (r= –0,29), což souhlasí s výsledky Gamlath et al. (2005), kteří sledovali vztah tvrdosti k příjmu vody. Příjem vody je ovlivněn rozpustností β-glukanů a složením hordeinových frakcí (Gamlath, 2007). Ve vodě nerozpustné bílkoviny (hordeiny) brání difúzi vody endospermem. Sklovitý charakter endospermu je úzce spjatý s vysokou koncentrací bílkovin a β-glukanů, což je hlavní faktor, omezující distribuci vody a enzymů endospermem. Následkem špatného zásobení endospermu vodou dochází k nehomogennímu rozluštění endospermu během sladování (Chandra et al., 1999).
57
Index tvrdosti měl statisticky vysoce průkazný kladný vztah k obsahu dusíku ve sladu (r= 0,32), ostatní autoři, ale tento vztah hodnotí jako statisticky neprůkazný (Psota et al., 2008) a (Nahamine et al., 2009).
Tabulka 14 :Zjištěné korelace mezi LTm SKCS a technologickými parametry Parametr
LTm
SKCS
LTm (%) moučných zrn
-0,7297
***
SKCS (HAVG)
-0,7297
***
Dusíkaté látky v ječmeni (%)
-0,2738
***
0,2906
***
Celkový dusík v ječmeni (%)
-0,2741
***
0,2912
***
Extrakt sladu (%)
0,2176
* * -0,2701
***
Relativní extrakt 45°C (%)
0,2311
* * -0,3561
***
Kolbachovo číslo (%)
0,4092
* * * -0,5558
***
Diastatická mohutnost (jWK)
0,1904
* -0,2409
**
Dosažitelný stupeň prokvašení (%)
0,4650
* * * -0,4276
***
Friabilita (%)
0,6393
* * * -0,7176
***
β-glukany ve sladině (mg/l)
-0,3838
***
0,5573
***
Dusíkaté látky ve sladu (%)
-0,3138
***
0,3181
***
Celkový dusík ve sladu (%)
-0,3115
***
0,3162
***
Rozpustný dusík ve sladu (mg/l)
0,2460
* * -0,3885
***
Rozpustný dusík ve sladu (%)
0,2460
* * -0,3885
***
Glycidový extrakt ve sladu (%)
0,1095
NS -0,0932
NS
NS
0,2195
**
* * * -0,5096
***
Sklovitá zrna (%)
-0,1049
Homogenita friabilimetrem (%)
0,5303
Částečně sklovitá zrna (%)
-0,5670
***
0,5247
***
Viskozita sladiny (mPas)
-0,3769
***
0,4703
***
* -0,1807
*
Barva sladiny (jEBC)
0,1623
Doba zcukření (min)
-0,1037
Zákal sladiny (90 °)
0,1976
*
0,0817
NS -0,1225
NS
Zákal sladiny (15 °)
0,1004
NS -0,1665
*
Čirost sladiny vizuálně
0,0251
NS -0,0872
NS
Škrob v obilce
0,4192
* * * -0,4742
***
58
NS
Stupeň domočení po 1 N (%)
0,3924
* * * -0,4040
***
Stupeň domočení po 2 N (%)
0,2709
* * * -0,2938
***
Výtěžnost v sušině (%)
0,0021
Ztráty prodýcháním (%)
0,1819
NS
0,1952
*
* -0,3309
***
Ztráty odklíčením (%)
-0,1543
NS
0,0226
NS
Ztráta sladováním v sušině (%)
-0,0037
NS -0,1942
*
***
P=0,001
*
P=0,05
**
P=0,01
n. s.
nevýznamný
59
6 ZÁVĚR Práce měla za cíl prostudovat technologické vlastnosti jarního ječmene a jejich vzájemné vztahy, stanovit moučnatost vyjádřenou procentem moučnatých zrn a tvrdost vyjádřenou indexem tvrdosti, naměřené hodnoty statisticky zpracovat, zjistit ovlivnění naměřených hodnot odrůdou, zkušební stanicí a rokem sklizně a najít vztahy mezi oběma fyzikálními vlastnostmi a vybranými sladovnickými znaky a možné uplatnění v odhadu těchto metod pro odhad sladovnické kvality. U zkoušených odrůd jarního ječmene byla stanovena pomocí Light transflectance metru (LTm) moučnatost vyjádřená procentem moučnatých zrn a přístrojem Single Kernel Charakterization System 4100 (SKCS) byla stanovena tvrdost vyjádřená indexem tvrdosti. Obě tyto fyzikální vlastnosti obilky ječmene byly vztaženy k hodnotám sladovnických znaků stanovených Výzkumným ústavem pivovarským sladařským (VÚPS). Moučnatost byla nejvíce ovlivněna zkušební stanicí a to z 53 %. Zkušební stanice ovlivnila také tvrdost obilek ječmene a to z 55 %. Zaznamenán byl také vliv odrůdy na obě vlastnosti u moučnatosti 11 % a u tvrdosti 20 %. Šest zkušebních stanic bylo dle měření moučnatosti (LTm) rozděleno na dvě vzájemně se lišící skupiny. Podobné rozdělení bylo i u měření tvrdosti (SKCS), jen každá skupina byla rozdělena na dvě vzájemně se překrývající, kde se v rámci jedné skupiny lišila vždy první stanice od poslední. V první skupině byly stanice Lípa, Vysoká, Čáslav- Filipov a ve druhé skupině stanice Lednice na Moravě, Hradec nad Svitavou a Chrastava. Soubor zkoušených odrůd byl dle měření moučnatosti (LTm) rozdělen na tři vzájemně se překrývající skupiny. Odrůda Radegast s průměrnou hodnotou moučnatosti 77,01 % se lišila od většiny odrůd a odrůda Aksamit s průměrnou hodnotou 80,01 % se lišila od odrůd Henrike, Kontiki, Streif a Signora. Na základě stanovení tvrdosti (SKCS) byl soubor zkoušených odrůd rozdělen na čtyři skupiny. Odrůda Henrike s průměrnou hodnotou tvrdosti 21,87 % se lišila téměř od celého souboru odrůd, nelišila pouze od odrůd Prestige a Bojos, které se bylo možné odlišit od odrůd Streif a Aksamit. Vysoce významná korelace byla zjištěna mezi moučnatostí (LTm) a tvrdostí (SKCS) korelační koeficient r= –0,73. Mezi moučnatostí (LTm), tvrdostí (SKCS) byla zjištěna významná silná korelace ve vztahu k friabilitě (pro LTm r= 0,64, pro SKCS r= –0,72), středně silná korelace ve vztahu ke stanovení částečně sklovitých zrn (pro LTm r= – 60
0,57, pro SKCS r= 0,52), homogenitě stanovené friabilimetrem (pro LTm r= 0,53, pro SKCS r= –0,51), dosažitelnému stupni prokvašení (pro LTm r= 0,47, pro SKCS r= – 0,43) a obsahem škrobu (pro LTm r= 0,42, pro SKCS r= –0,47). Dále byla zaznamenána středně silná korelace mezi tvrdostí (SKCS) a obsahem β-glukanů ve sladině (r=0,56 ), Kolbachovým číslem (r= –0,56) a viskozitou (r= 0,47). Stanovení moučnatosti pomocí LTm se hodí pro odhad tvrdosti zrna například v počátečních fázích šlechtění, kdy lze měřený materiál použít k dalším stanovením nebo jako osivo, díky tomu že zrno není během měření poškozeno. Obě metody je možné použít pro odhad některých parametrů jako je friabilita, částečně sklovitá zrna, homogenita friabilimetrem, dosažitelný stupeň prokvašení a obsah škrobu. Tvrdosti zrna je ovlivněn obsah β-glukanů ve sladině, Kolbachovo číslo a viskozita.
61
7 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY BHATTY, R. S., 1993. Nonmalting uses of barley, s. 355-418. In: MACGREGOR, A. W., BHATTY, R. S. Barley: chemistry and technology. American Association of Cereal Chemists, St. Paul (Minnessootta), 1993, 486 s. BOUMA, J., 1999. Co přineslo dvacáté století českému ječmenu, s. 70–73. In: Ječmenářská ročenka 2000. Výzkumný ústav pivovarský a sladařský, a.s., Praha, 1999, 234 s. BŘEZINOVÁ BELCREDI, N., EHRENBERGEROVÁ, J., FIEDLEROVÁ, V., BĚLÁKOVÁ, S., VACULOVÁ, K., 2010. Antioxidant Vitamins in Barley Green Biomass. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2010, roč. 58, č. 22, s. 11755– 11761. CVRKOVÁ, J., 2010. Stanovení lipidů a zastoupení mastných kyselin v obilce ječmene (diplomová práce). Vysoké učení technické v Brně, Fakulta chemická, Brno, 2010, 62 s. ČERNÝ, L.v, VAŠÁK, J., KŘOVÁČEK, J., HÁJEK, M., 2007. Jarní sladovnický ječmen: pěstitelský rádce. Kurent, České Budějovice, 2007, 39 s. EHRENBERGEROVÁ, J., 2006a. Chemické složení zrna, s. 25-36. In: ZIMOLKA, Josef a kol. Ječmen – formy a užitkové směry v ČR. Profi Press, Praha, 2006, 200 s. EHRENBERGEROVÁ, J., 2006b. Ječmen potravinářského typu, s. 188-198.. In.: Ječmenářská ročenka 2007, Výzkumný ustav pivovarský a sladařský, a.s., Praha, 2006, 363s. FOX, G., MANLEY, M., 2009. Hardness methods for trstiny maize kernels. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2009, sv. 57, č.13, s. 5647-5657. GAMLATH, J., BLACK, C.K., MOODY, D.B. WOONTON, B., GIBSON, J.F., PANOZZO, J.F. ALDREDI, P., 2005. Water uptake of barley is related to kernel endosperm hardness by SKCS. [online]. 12th Australian Barley Technical Symposium, Hobart
(Tasmania),
2005.
Dostupné
z
/proceedings_abts2005/posters%20%28pdf%29/poster_gamlath.pdf> [cit. 2011-04-12]. GAMLATH, J., 2007. Milling energy of malting barley in relationship to endosperm hardness: a review. Master brewers association of the Americas Technical Quarterly, 2007, roč. 44, č. 1, s. 8-14.
62
GUNKEL, J., VOETZ, M., RATH, F.,2002. Effect of the malting barley variety (Hordeum Vulgare L.) on fermentability. Journal of The Institute of Brewing, 2002, roč. 108, č. 3, s. 355-361. HÁJEK, M., ČERNÝ, L., VAŠÁK, J., 2006. Pohled do historie pěstování sladovnického ječmene. [online]. In: Úspěšné plodiny pro velký trh –Ječmen cukrovka. str.
4–5.
Dostupné
z
13/nh02_hajek_cerny_vasak_pohled_do_historie_pestovani_sladovni.pdf> [cit. 201103-14]. HARTMAN, I., PROKEŠ, J., HELÁNOVÁ, A., 2010a. Jakost sladovnického ječmene sklizně 2009 v České republice. Kvasný průmysl. Výzkumný ústav pivovarský a sladařský, a.s., Praha, 2010 roč. 56, č. 1, s. 10–17. HARTMAN, I., PROKEŠ, J., HELÁNOVÁ, A., HARTMANN, J., 2010b. Vztah mezi obsahem škrobu v ječmeni a extraktem sladu. Kvasný průmysl. Výzkumný ústav pivovarský a sladařský, a.s., Praha, 2010, roč. 56, č. 11–12, s. 423-427. HARTMAN, I., HELÁNOVÁ, A., 2011. Jakost sladovnického ječmene sklizně 2010 v České republice. In: Ječmenářská ročenka 2011, Výzkumný ústav pivovarský a sladařský, a.s., Praha, 2011, (v tisku). HOLOPAINEN, U.R., WILHELMSON,A., SALMENKALLIO-MARTTILA, M., PELTONEN-SAINIO, P., RAJALA, A., REINIKAINEN, P., KOTAVIITA, E., SIMOLIN, H., HOME, S.: Endosperm structure affects the malting quality of barley (Hordeum vulgare L.). Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2005, roč. 53, s. 7279-7287. CHANDRA, G.S., PROUDLOVE, M.O., BAXTER, E.D., 1999. The structure of barley endosperm – An important determinant of malt modification. Journal of the Science of Food and Agriculture,1999, roč. 79, s. 37-46. CHANDRA, S., WHEATON, L., SCHUMACHER, K., MULLER, R., 2001. Assessment of barley quality by light transmission – the rapid LTm meter. Journal of The Institute of Brewing, 2001, roč. 107, č. 1, s. 39–47. CHLOUPEK, O., PROCHÁZKOVÁ, B., HRUDOVÁ, E., 2005. Pěstování a kvalita rostlin. Mendelova zemědělská a lesnická univerzita, Brno, 2005. 178 s. CHRENKOVÁ, M., ČEREŠŇÁKOVÁ, Z., CHRASTINOVÁ, L., 2007. Nutričná hodnota zvyškov pri priemyselnom spracovaní jařmena, s. 172–180. In: Ječmenářská ročenka 2007, Výzkumný ustav pivovarský a sladařský, a.s., Praha, 2007, 363s. 63
KOSAŘ, K., PROKEŠ, J., PSOTA, V., ONDERKA, M., VÁŇOVÁ, M., 1997. Kvalita sladovnického ječmene a technologie jeho pěstování. Ústav zemědělských a potravinářských informací, Praha, 1997, 45 s. KOSAŘ, K., PSOTA, V., HAVLOVÁ, P., ŠUSTA, J., 2000. Sladovnický ječmen, s. 30-63. In: KOSAŘ, K., PROCHÁZKA, S., (eds.). Technologie výroby sladu a piva. Praha: Výzkumný ústav pivovarský a sladařský a.s., 2000. 398 s. LAŠTOVIČKOVÁ, M., BOBÁĽOVÁ J., 2010. Stanovení důležitých ječných (Hordeum vulgare) proteinů pomocí hmotnostně spektrometrických metod. Kvasný průmysl. Výzkumný ústav pivovarský a sladařský, a.s., Praha, 2010, roč. 56, č. 2, s. 79–82. LEKEŠ, J., 1997. Šlechtění obilovin na území Československa: dosažené výsledky a další vývoj ve šlechtění, semenářství a odrůdovém zkušebnictví. Brázda, Praha, 1997, 279 s. LEKEŠ, J., 1998. Šlechtění a výzkum sladovnického ječmene v České republice. In: Ječmenářská ročenka 1999, Výzkumný ústav pivovarský a sladařský, a.s., Praha, 1998, s.84–86. MAREČEK, F. et al., 1996. Zahradnický slovník naučný: Č-H. Ústav zemědělských a potravinářských informací, Praha, 1996, 544 s. Metodika přístroje LTm Metodika přístroje SKCS NAGAMINE, T., SEKIWA T., YAMAGUCHI, E., OOZEKI, M., KATO, T., 2009. Relationship between quality parameters and SKCS hardness index in malting barley. Journal of the Institute of Brewing. 2009, roč. 115, č. 4, s. 292-295. NAIR, S. et al., 2010. Variation in Kernel Hardness and Associated Traits in U.S. Barley Breeding Lines. Cereal Chemistry. 2010, roč. 87, č. 5, s. 461-466. NEWMAN, R.K., NEWMAN, W.C., 2008. Barley for food and health: science, technology, and products. John Wiley & Sons, Hobokem (New Jersey), 2008, 245 s. PELIKÁN, M., DUDÁŠ, F., MÍŠA, D., 2004. Technologie kvasného průmyslu. Mendelova zemědělská a lesnická univerzita, Brno, 2004, 129 s. PELIKÁN, M., 2006. Nepivovarské využití ječmene, s. 161-171. In.: Ječmenářská ročenka 2007, Výzkumný ustav pivovarský a sladařský, a.s., Praha, 2006, 363s. POLÁK, B., VÁŇOVÁ, M., ONDERKA, M., 1998. Základy pěstování a zpracování sladovnického ječmene. Institut výchovy a vzdělávání Ministerstva zemědělství ČR, Praha, 1998, 39 s.
64
POLÁK, O., PSOTA, V., SACHAMBULA L., 2009. Effect od post-harvest maturation on germination duality of maltány barley varieties [online]. In: Sborník z konference MendelNet ´09 Agro: proceedings of International Ph.D. students conference. Mendelova zemědělská a lesnická univerzita, Brno, 2009, s. 518–523. Dostupný z
[cit. 2009-12-15]. PROKEŠ J., PSOTA, V., PELIKÁN, M., HŘIVNA, L., 1997. Jakostní požadavky na surovinu z pohledu sladařského, s. 61-67. In: Aktuální otázky pěstování, šlechtění, hodnocení jakosti a obchodu se sladovnickým ječmenem. Sborník referátů ze semináře v Brně, MZLU, 26. 2. 1997. MZLU, Brno, 1997, 84 s. PSOTA, V., 2001. Význam odrůdy ječmene pro sladovnický průmysl [online]. Dostupné z [cit. 201003-28]. PSOTA, V., 2006. Hodnocení sladovnického ječmene, s. 145-158. In: ZIMOLKA, J. a kol. Ječmen – formy a užitkové směry v ČR. Profi Press, Praha, 2006, 200 s. PSOTA, V., 2010. Hodnocení odrůd sladovnického ječmene, sklizeň 2009, Výzkumný ústav pivovarský a sladařský, a.s., Brno, 2010. PSOTA, V., 2011. Hodnocení odrůd sladovnického ječmene, sklizeň 2010, Výzkumný ústav pivovarský a sladařský, a.s., Brno, 2011, (v tisku). PSOTA, V., EHRENBERGEROVÁ, J., 2008. Ječmen, s 116-132. In: PRUGAR, Jaroslav et al. Kvalita rostlinných produktů na prahu 3. tisíciletí. Výzkumný ústav pivovarský a sladařský, a.s. & Komise jakosti rostlinných produktů ČAZV, Praha, 2008. 327 s. PSOTA, V., KOSAŘ, K., 2002. Ukazatel sladovnické kvality. Kvasný průmysl. Výzkumný ústav pivovarský a sladařský, a.s., Praha, 2002, roč. 48, č. 6, s. 142–148. PSOTA, V., SACHAMBULA L., 2010. Kvalita zrna ječmene ze zkušebních stanovišť České republiky, sklizeň 2009. Kvasný průmysl. Výzkumný ústav pivovarský a sladařský, a.s., Praha, 2010, roč. 56, č. 11 – 12, s. 433–438. PSOTA, V., ŠEBÁNEK, J.. Role fytohormonů v klíčení a sladování: studijní zpráva. Ústav zemědělských a potravinářských informací, Praha, 1999. 53 s. PSOTA, V., VEJRAŽKA K., 2006a. Fyzikální vlastnosti obilek ječmene a zrn sladu. Kvasný průmysl. Výzkumný ústav pivovarský a sladařský, a.s., Praha, 2006, roč. 52, č. 5, s. 148–150. 65
PSOTA, V., VEJRAŽKA K., 2006b. Fyzikální vlastnosti obilek ječmene a zrn sladu. Kvasný průmysl. Výzkumný ústav pivovarský a sladařský, a.s., Praha, 2006, roč. 52, č. 6, s. 185–189. PSOTA, V., VEJRAŽKA, K., HARTMANN, J., MUSILOVÁ, M., 2008. Vliv struktury endospermu obilky ječmene (Hordeum vulgare L.) na kvalitu sladu. Kvasný průmysl. Výzkumný ústav pivovarský a sladařský, a.s., Praha, 2008, roč. 54, č. 10, s. 294-299. SACHAMBULA L., PSOTA, V., 2010. Posklizňové dozrávání vybraných odrůd jarního ječmene v roce 2009. Kvasný průmysl. Výzkumný ústav pivovarský a sladařský, a.s., Praha, 2010, roč. 56, č. 11–12, s. 439–444. SKLÁDANKA, J., VRZALOVÁ, J., 2006. Multimediální učební texty pícninářství: jednoleté
pícniny:
ječmen
setý
[online].
Dostupné
z:
/af_222_multitext/picniny/sklady.php?odkaz=jecmen.html> [cit. 2011-02-25]. SKLÁDAL, V. et al., 1967. Sladovnický ječmen. Státní zemědělské nakladatelství, Praha, 1967, 322 s. ŠAŠKOVÁ, D., 1993. Trávy a obilí. Artia a.s. & Granit s.r.o, Praha, 1993. 64 s. VACULOVÁ, K., BAULONOVÁ, M., CERKAL, R., EHRENBERHEROVÁ, J., 2010. Vliv lokality a ročníku na obsah minerálních látek v zrně ječmene jarního. Kvasný průmysl. Výzkumný ústav pivovarský a sladařský, a.s., Praha, 2010, roč. 56, č. 2, s. 60–68. WENDORF, F., SCHILD, R., CLOSE, A.E., HILLMAN, G.C., GAUTIER, A., VAN NEER, W., DONAHUE, D.J., JULL, A.J.T., LINICK T.W., 1988. New radiocarbon dates and Late Palaeolithic diet at Wadi Kubbaniya [online]. In: Antiquity, Egypt, 1988, roč. 62, č. 235, s. 279–283. Dostupné z [cit. 2011-02-24]. ZIMOLKA, J., 2006a. Historie, význam a postavení ječmene, s. 11-14. In: ZIMOLKA, J. a kol. Ječmen – formy a užitkové směry v ČR. Profi Press, Praha, 2006, 200 s. ZIMOLKA, J., 2006b. Přehled užitkových směrů ječmene, s. 51-52. In: ZIMOLKA, J. a kol. Ječmen – formy a užitkové směry v ČR. Profi Press, Praha, 2006, 200 s.
66
8 SEZNAM TABULEK Tabulka 1: Představitelé jednotlivých skupin enzymů. ................................................... 22 Tabulka 2: Obsah vitaminů B-komplexu v zrně ječmene (podle Kosař et al., 2000) ...... 23 Tabulka 3: Přibližné zastoupení jednotlivých anorganických látek v zrnu (Skládal et al., 1967)24 Tabulka 4: Limitní hodnoty a váhy kvalitativních znaků USJ (Psota a Kosař, 2002)..... 30 Tabulka 5: Charakteristika sledovaných odrůd.............................................................. 41 Tabulka 6: Charakteristika zkušebních stanic ................................................................ 42 Tabulka 7: Vyhodnocení dat naměřených na LTm (Chandra, 2001) ............................. 46 Tabulka 8: Hodnoty technologických parametrů z let 2009 a 2010 ............................... 48 Tabulka 9: Analýza variance a odhad komponent rozptylu pro LTm a SKCS 4100 a porovnání s výsledky sklizně roku 2006 (Psota et al 2008)................................. 50 Tabulka 10: Průměrné hodnoty procenta moučnatých zrn a indexu tvrdosti u sledovaného souboru zkušebních stanic .............................................................. 51 Tabulka 11: Průměrné hodnoty procenta moučnatých zrn pro sledovaný soubor odrůd .... 52 Tabulka 12: Průměrné hodnoty indexu tvrdosti u sledovaného souboru odrůd............. 53 Tabulka 13: Průměrné hodnoty procenta moučnatých zrn a indexu tvrdosti ve sledovaných sklizňových ročnících ........................................................................ 54 Tabulka 14 :Zjištěné korelace mezi LTm SKCS a technologickými parametry.............. 58
67
