dr Danuta Packa, dr Alicja Kuraczyk, prof.dr hab. Józef Tworkowski

Hodowla jakościowa obejmuje doskonalenie cech składu chemicznego i różnych parametrów technologicznych związanych ze specyfiką użytkowania gatunku, a także cechy ważne wyłącznie ze względu na upodobania konsumentów. W przypadku odmian jęczmienia pastewnego najważniejszymi cechami jakościowymi są: zawartość białka w ziarniakach, jego skład aminokwasowy oraz brak oplewienia (lub cienka łuska) i gładkość ości.

O przydatności odmian jęczmienia na cele browarne decyduje zespół cech morfologicznych, anatomicznych, fizjologicznych i chemicznych ziarna oraz parametry technologiczne, pozwalające scharakteryzować jakość uzyskanego z ziarna słodu. Cechy decydujące o jakości jęczmienia browarnego są właściwościami dziedziczącymi się ilościowo. Uwarunkowane są genetycznie w sposób złożony, przy czym pozostają pod dużym wpływem środowiska. Kryteria jakości ziarna jęczmienia jako surowca do słodowania, do celów paszowych i konsumpcyjnych przedstawiono w tab. 2.

Tabela 2
Kryteria jakości ziarna jęczmienia jako surowca do słodowania, do celów paszowych i konsumpcyjnych (wg Gąsiorowskiego 1997)

Zawartość i skład białka

Zawartość i skład białka odgrywają istotną rolę w hodowli browarnych odmian jęczmienia. W trakcie procesu hodowlanego zawartość białka w ziarnie jest najważniejszym kryterium przydatności nowych form do celów browarnych. W ocenie białek ziarna jęczmienia bierze się pod uwagę poziom białka ogólnego jak również ocenia się wpływ poszczególnych frakcji białkowych na proces słodowania.

Odmiany przeznaczone na cele browarne powinny charakteryzować się niską zawartością białka. Duże znaczenie mają albuminy i globuliny, które podczas słodowania biorą udział przy powstawaniu szeregu enzymów. Białka te charakteryzują się stosunkowo dużą zawartością aminokwasów egzogennych, ale również wszystkich innych aminokwasów w dobrze zrównoważonych ilościach. Albuminy i globuliny przenikają w całości do roztworu wodnego w czasie ekstrakcji słodu i stanowią dobrą pożywkę dla drożdży fermentujących brzeczkę. Z białek zapasowych zgromadzonych w bielmie, gluteliny nie przechodzą w ekstrakt słodowy, a hordeiny w około 50%. Wykazano, że pomiędzy wartością browarną jęczmienia a zawartością albumin i globulin istnieje korelacja dodatnia. Jako wskaźnik wartości browarnej można wykorzystać stosunek zawartości albumin i globulin do zawartości hordein (A + G /H), ponieważ wykazano, że pomiędzy tym wskaźnikiem, a wskaźnikiem wartości browarnej wg metody EBC istnieje wysoce dodatnia korelacja. Współzależność istnieje również pomiędzy zawartością białka i skrobi, niskiej zawartości białka odpowiada wysoka zawartość skrobi i odwrotnie. Jęczmień bogaty w białko daje słód złej jakości ze względu na mniejszą wydajność ekstraktu. Korelacje pomiędzy zawartością różnych składników chemicznych występujących w ziarnie, a jego przydatnością na cele technologiczne znalazły praktyczne zastosowanie w programach selekcyjnych. Poziom białka w przeważającym stopniu kształtowany jest pod wpływem środowiska. Zmiany warunków klimatycznych w okresie wegetacji jak i agrotechnika wywierają silny wpływ na kształtowanie się tej cechy. Warunki klimatyczne w Polsce sprzyjają gromadzeniu się białka w ziarnie, dlatego też jęczmień o niskiej zawartości białka do 11,5% jest wyjątkowo ceniony przez browary. Średnia zawartość białka u polskich odmian jęczmienia jarego w latach 1996 – 1998 przedstawiała się następująco: 11,0% w s.m. dla odmian browarnych i 11,8% w s.m. dla odmian pastewnych.

Ocena jakości jęczmienia browarnego ® Zawartość białka

Ilość i jakość skrobi

Skrobia jest dominującym węglowodanem w ziarnie zbóż. Zawartość skrobi w ziarnie jęczmienia mieści się w szerokich granicach od 48 do ponad 70%, średnio wynosi około 65%. Wysokiemu poziomowi skrobi w ziarnie jęczmienia odpowiada wysoka wydajność ekstraktu. Różnice w zawartości skrobi wynikają z uwarunkowań genetycznych i środowiskowych. Skrobia jęczmienna zawiera średnio 27% amylozy i 73% amylopektyny. Poprzez selekcję można zmienić udział procentowy poszczególnych frakcji. Skrobia jęczmienna, podobnie jak żytnia i pszenna, składa się z dwóch typów ziarenek o kształcie okrągłym lub eliptycznym. Skład chemiczny i właściwości ziarenek małych i dużych są takie same. Kształt ziaren skrobi może ulec zmianie na drodze mutacji. Cechą charakterystyczną skrobi jest temperatura kleikowania. Dla jęczmienia mieści się w przedziale 51 – 60⁰C. Temperatura kleikowania skrobi jęczmiennej jest podobna do zakresu temperatur kleikowania skrobi innych zbóż.

Podstawy technologii produkcji słodu

Zawartość polisacharydów nieskrobiowych

W ziarnie jęczmienia drugą pod względem ilościowym frakcją węglowodanów są polisacharydy nieskrobiowe, do których zalicza się b -glukany i pentozany (arabinoksylany). Ich łączna zawartość w ziarnie jęczmienia wynosi ponad 10%. Związki te są głównymi składnikami ścian komórkowych, komórek warstwy aleuronowej i bielma dojrzałego ziarna jęczmienia. Obie grupy związków spełniają istotną rolę zarówno w przetwórstwie ziarna jęczmienia, jak i w jego wykorzystaniu jako paszy. Zawartość b -glukanu jest uznanym, ważnym wskaźnikiem selekcyjnym w hodowli nowych odmian jęczmienia browarnego. Zawartość jego zwykle mieści się w granicach od 3,0 do 4,5% s.m. ziarna. Jęczmień o zawartości powyżej 4,5% b -glukanu w s.m. nie może być uznany za surowiec do produkcji słodu. Poziom zawartości b -glukanów uznano za ważny wskaźnik wartości browarnej jęczmienia, ponieważ związki te wywierają niekorzystny wpływ w procesie produkcji i przechowywania piwa. Obecnie dąży się do tego aby dobry jęczmień browarny posiadał niski poziom b -glukanów. Niski poziom b -glukanów i pentozanów jest również korzystny dla wartości paszowej jęczmienia. Natomiast odmiany przeznaczone na cele konsumpcyjne powinny zawierać jak najwięcej tych składników, gdyż b -glukany i pentozany stanowią istotną część błonnika pokarmowego.

Ocena jakości jęczmienia browarnego ® Oznaczanie b -glukanów

Aktywność enzymów hydrolitycznych w procesie słodowania

W procesie słodowania, pod wpływem wytwarzanych enzymów hydrolitycznych następuje rozkład substancji zapasowych – głównie skrobi i białek, do związków prostych, rozpuszczalnych w wodzie. Enzymy hydrolityczne są indukowane do syntezy bądź uaktywniane pod wpływem giberelin wytwarzanych przez zarodek. Podatność warstwy aleuronowej na gibereliny jest kontrolowana genetycznie i może stać się regulatorem w pracach hodowlanych. Ze względu na duże znaczenie technologiczne przemian enzymatycznych w procesach browarniczych, za bardzo ważną uważa się potencjalną możliwość wytwarzania dużych ilości enzymów hydrolitycznych (zwłaszcza b -glukanazy i a -amylazy) przez nowe odmiany jęczmienia przeznaczonego do produkcji słodu. Enzymy hydrolityczne działają w określonej kolejności. Jako pierwsze działają enzymy rozkładające ściany komórkowe, a następnie enzymy rozkładające skrobię i białka.

Ściany komórkowe bielma jęczmienia zbudowane są głównie z b -glukanów, które stanowią około 75% ich masy. Jako pierwsza uaktywnia się b -glukanaza, która w ziarnie w stanie spoczynku występuje w niewielkiej ilości, ale już na początku kiełkowania pojawia się w dużych ilościach. b -glukanaza powoduje degradację ścian komórkowych (rozluźnienie) i umożliwia przenikanie aktywnych enzymów amylolitycznych i proteolitycznych do wnętrza komórek bielma. Na podstawie stopnia rozluźnienia ścian komórkowych można wnioskować o przydatności badanych odmian lub rodów hodowlanych jęczmienia na cele browarne. Poziom degradacji ścian komórkowych zależy zarówno od wyjściowej zawartości b -glukanu w ziarnie, jak i od aktywności b -glukanaz. W hodowli uwzględnia się nie tylko niską zawartość glukanów w ziarnie jęczmienia, ale również zdolność do wytwarzania we wczesnych fazach słodowania większej ilości b -glukanaz.

Enzymami, które uczestniczą w rozkładzie skrobi podczas kiełkowania ziarniaków zbóż są amylazy. Głównym miejscem syntezy a -amylaz w czasie kiełkowania jęczmienia są komórki warstwy aleuronowej, a wzrost aktywności a -amylazy w ziarnie zbóż wynika z syntezy de novo. b -amylaza pełni wspomagającą funkcję katalityczną przy hydrolizie skrobi. Jest obecna we wszystkich tkankach ziarniaka, a jej zawartość w ziarnie wynosi około 1% białka ogółem. b -amylaza gromadzi się w czasie rozwoju ziarna głównie w komórkach warstwy aleuronowej i w bielmie. W dojrzałym ziarnie jęczmienia występuje w dwóch formach: wolnej i związanej. W czasie słodowania zwiększa się poziom wolnej b -amylazy. Wspólne działanie amylaz oraz enzymów im towarzyszących powoduje całkowitą hydrolizę skrobi i produktów jej rozkładu do wolnej glukozy.

Rozkład białek zapasowych w czasie kiełkowania odbywa się przy udziale enzymów proteolitycznych, których synteza odbywa się w komórkach warstwy aleuronowej i zarodka. Hydrolizę białek rozpoczynają endopeptydazy (proteazy), rozkładajace białka do peptydów. Następnie peptydy przy udziale egzopeptydaz (karboksypeptydaz), rozkładane są na aminokwasy. Endopeptydazy syntetyzowane są de novo pod wpływem kwasu giberelinowego wytwarzanego przez zarodek. W ziarnie jęczmienia, w stanie spoczynku, występuje wysoki poziom egzopeptydaz, który jeszcze podwyższa się podczas kiełkowania. Zwykle 40-50% zawartości białka ogółem w ziarnie ulega rozpadowi.

Podstawy technologii produkcji słodu

Mikrosłodowanie w warunkach laboratoryjnych

Ocena wartości browarnej nowych materiałów hodowlanych dokonywana jest najczęściej dopiero w końcowym etapie hodowli na podstawie mikrosłodowania w warunkach laboratoryjnych. W badaniach dla potrzeb hodowli słoduje się próbki od 10 do 1000g jęczmienia. W tabeli 3 przedstawiono parametry technologiczne słodu i brzeczki oraz ich wartość na podstawie badań przeprowadzonych przez COBORU w latach 1996 i 1997.

Tabela 3
Parametry technologiczne słodu i brzeczki wg COBORU

W wyniku zapotrzebowania Europejskiej Unii Browarnej (EBC) na syntetyczny wskaźnik ułatwiający interpretację danych mówiących o wartości browarnej jęczmienia powstał kompleksowy wskaźnik wartości browarnej Q. Również hodowcy byli zainteresowani szybką i łatwą interpretacją wartości browarnej rodów i odmian jęczmienia. Podczas konstruowania kompleksowego wskaźnika wartości browarnej jęczmienia Q wykorzystano współczynniki odziedziczalności jako kryterium wyboru cech technologicznych, najbardziej zależnych od genotypu. Wskaźnik bierze pod uwagę 5 cech wartości browarnej, przyporządkowując im określone wagi:

Ekstraktywność słodu przy przemiale na mąkę – 0,45

Lepkość brzeczki – 0,25

Końcowy stopień odfermentowania – 0,15

Liczba Kolbacha – 0,10

Siła diastatyczna – 0,05

Ocena i kwalifikacja odmian

Inne właściwości fizjologiczne ziarna

Żywotność.

Żywotność jest najważniejszą cechą fizjologiczną ziarna zbóż. W przypadku jęczmienia browarnego żywotność ziarna decyduje o jego wartości technologicznej. Praktycznym wskaźnikiem żywotności ziarna jest energia i zdolność kiełkowania. Energia kiełkowania wyraża równomierność i szybkość z jaką ziarno może kiełkować i świadczy o gotowości do słodowania. Oznaczenia energii kiełkowania dokonuje się po 72 lub 96 godzinach (w zależności od zastosowanej metody) od namoczenia ziarna. Uważa się, że ziarno jęczmienia browarnego jest wysokiej jakości, jeżeli jego energia kiełkowania przekracza 95%.

Spoczynek i dojrzałość pożniwna.

Spoczynek i dojrzałość pożniwna ziarna jęczmienia to dwa zjawiska fizjologiczne mające związek z procesem słodowania. Morfologicznie dojrzałe i żywotne nasiona cechuje określony stan spoczynku, objawiający się zahamowaniem ich zdolności kiełkowania. Jeżeli ziarno nie przechodzi w fazę spoczynku podczas dojrzewania, może dojść do p-orastania – kiełkowania ziarna w kłosach. Długość okresu spoczynku jest cechą charakterystyczna dla gatunku rośliny. Ziarna zbóż charakteryzują się niezbyt głębokim spoczynkiem, trwającym zwykle kilka tygodni. Ziarno jęczmienia należy do zbóż o najdłuższym okresie spoczynku rzeczywistego trwającym od 3 do 9 tygodni. Spoczynek ziarna zbóż może się pogłębić wskutek niesprzyjającej pogody podczas dojrzewania i sprzętu.

Dojrzewanie pożniwne obejmuje wszelkie zmiany biochemiczne zachodzące w naturalnie wysuszonym i zebranym ziarnie. Po zakończeniu tego procesu ziarno uzyskuje pełną dojrzałość fizjologiczną, wyrażoną zdolnością kiełkowania. Ustępowanie spoczynku nasion jest jednoznaczne z ich fizjologicznym dojrzewaniem do kiełkowania. Zaletą dobrego jęczmienia browarnego jest wczesne osiąganie pełnej dojrzałości fizjologicznej, w której ziarno szybko, równo i prawie w 100% kiełkuje.

Porastanie.

Porastanie zbóż, czyli przedwczesne kiełkowanie ziarniaków w kłosach, w okresie zbiorów, przynosi znaczne straty gospodarcze spowodowane obniżeniem ilości plonów i pogorszeniem wartości technologicznej ziarna. Porośnięte ziarno nie może być wykorzystane jako materiał siewny, a w przypadku jęczmienia jest także złym surowcem dla browarnictwa. Odporność na porastanie ziarna jest cechą odmianową, warunkowaną genetycznie, ale silnie modyfikowaną przez czynniki środowiskowe. Cecha odporności na porastanie jest wypadkową złożonego zespołu czynników morfologiczno-anatomicznych, fizjologicznych i biochemicznych oraz zmiennych warunków środowiska. Do czynników morfologiczno-anatomicznych związanych z porastaniem należą m.in.: zdolność kłosa do gromadzenia wody, budowa i skład chemiczny plew, budowa i skład chemiczny okrywy owocowo-nasiennej. Wśród czynników fizjologicznych związanych z rozwojem i dojrzewaniem ziarniaków najważniejszym jest głębokość i długość spoczynku pożniwnego. Czynniki biochemiczne obejmują wszelkie procesy związane z syntezą lub zmianą aktywności hormonów oraz enzymów biorących udział w procesie rozwoju i dojrzewania ziarniaków do kiełkowania. Jednym z pierwszych przejawów kiełkowania jest pobudzona przez gibereliny synteza a -amylazy zachodząca początkowo w tarczce zarodka, a później w warstwie aleuronowej. Z warstwy aleuronowej enzymy wydzielane są do bielma, gdzie inicjują rozkład skrobi. Efektywność rozkładu skrobi może być zwiększona dzięki działaniu kilku innych enzymów syntetyzowanych podczas kiełkowania np. b -glukanazy, b -ksylanazy, które rozluźniają bądź częściowo rozkładają ściany komórkowe i w ten sposób ułatwiają a -amylazie penetrację bielma. Aktywność a -amylazy w ziarniakach zbóż jest powszechnie uważana za marker dla określania zjawiska porastania. Bezpośrednia lub pośrednia ocena aktywności a -amylazy jest jedną z metod oceny odporności zbóż na porastanie. Ze względu na złożoność zjawiska jakim jest odporność na porastanie w hodowli dąży się do zgromadzenia w materiałach wyjściowych różnorodnych źródeł genów odporności, aby doprowadzić do połączenia w jednej odmianie kilku mechanizmów genetycznych, zabezpieczających spoczynek pożniwny nasion.

Właściwości fizyczne ziarna

Wyrównanie ziarna.

Masa 1000 ziaren wyrażona w gramach jest jednym z elementów struktury plonu jak również jest to cecha związana z jakością ziarna. MTZ jest jedną z cech charakteryzujących dorodność ziarna. Ziarno wyrównane pod względem kształtu, wielkości, i masy daje jednakowy, wysokiej klasy słód. Ziarna takie równomiernie pochłaniają wodę przy zamaczaniu, równo rozpoczynają kiełkowanie i jednakowo przechodzą proces słodowania. Za najbardziej odpowiednią do słodowania uważa się frakcję ziarna o średnicy powyżej 2,5 mm – zwana celną lub techniczną. Duże znaczenie ma hodowla odmian o ziarnach celnych. Przez przemysł browarny cenione są odmiany o wysokim wyrównaniu, niezbyt dużej masie 1000 ziaren, dobrze wypełnionych skrobią. Zarówno w pracach hodowlanych jak i przy ocenie odmian określa się oprócz MTZ również procentowy udział ziarna celnego.

Zawartość i delikatność łuski.

Zawartość i grubość łuski oraz stopień jej pomarszczenia są cechami odmianowymi modyfikowanymi w znacznym stopniu przez warunki środowiskowe. Na zawartość łuski pośrednio wpływa wielkość ziarna. Duże i kształtne ziarna mają mniejszy udział łuski w całej masie ziarniaka Niska zawartość łuski pożądana jest zarówno u jęczmienia pastewnego, konsumpcyjnego jak i browarnego. Im niższy udział łuski w ziarnie, tym wyższy udział bielma i materiałów zapasowych w nim zgromadzonych. U odmian browarnych pożądane jest ziarno o jasnej, delikatnej i cienkiej łusce, która powinna być lekko pomarszczona. Zawartość łuski u odmian browarnych nie powinna przekraczać 8%.

Gęstość ziarna w stanie zsypnym.

Gęstość ziarna w stanie zsypnym (ciężar objętościowy, masa hektolitra) jest to masa określonej objętości ziarna. Wysoka masa hektolitra wiąże się z dużą zawartością skrobi, najcięższego ze wszystkich składników ziarna. Na ciężar objętościowy ziarna ma wpływ kształt ziarna oraz zawartość łuski. Ziarna o kształcie beczułkowatym i delikatnej łusce mają wyższą masę hektolitra niż ziarna chude i o grubej łusce. Masa hektolitra ziarna dla jęczmienia browarnego wynosi 66 – 70 kg, a dla jęczmienia pastewnego poniżej 66 kg.

Struktura bielma.

Ocena konsystencji bielma na przekroju poprzecznym ziarniaka daje orientacyjną informację o ilości białka i skrobi w ziarnie. Ziarniaki zawierające dużo białka mają przekrój w całości lub częściowo szklisty. Ziarniaki bogate w skrobię, o mniejszej zawartości substancji białkowych, są na przekroju matowe, mączyste. Ziarno szkliste, o zbitej strukturze bielma wolno i nierównomiernie chłonie wodę przy zamaczaniu, a słód wytworzony z takiego ziarna cechuje się niską ekstraktywnością. Susza może być przyczyną szklistości pozornej, która ustępuje pod wpływem moczenia ziarna i powolnego suszenia w temperaturze pokojowej. W przypadku jęczmienia przeznaczonego na kaszę wysoko cenione jest ziarno szkliste.

Ocena jakości jęczmienia browarnego

Strony WWW projektu Eurequa zostały przygotowane przez Annę Bieńkowską i Roberta d'Aystetten