Nejvýznamnější plodina mírného pásma se využívá jak v potravinářství, tak k průmyslovým účelům a v krmivářství. Zastoupení pšenice v tuzemských recepturách krmných směsí pro prasata a drůbež může dosahovat maximálně hladiny kolem 60 %. Za této situace lze kalkulovat s tím, že pokrývá zvířatům přibližně dvě třetiny potřebné energie, 35 až 45 % proteinu a 15 až 20 % lyzinu.
Živinové složení pšeničného zrna bezprostředně souvisí s hmotnostními podíly jeho jednotlivých částí. Obecně platí, že obalové vrstvy jsou převažujícím zdrojem vlákniny, aleuronové buňky – vlákniny a bílkovin, endosperm je složen (kromě zásobních proteinů) zejména ze škrobu a zárodek je do určité míry depem tuků, minerálních látek, bílkovin a vitamínů.
Bez ohledu na pšeničný druh, užitkový směr, systém pěstování či odrůdu, převažující živinovou skupinou, tvořící zrno, jsou sacharidy (700–750 g/kg zrna). Jedná se o velice různorodou skupinu strukturálních a zásobních látek s velice kontrastní energetickou hodnotou. Nejpočetněji je zastoupen škrob, který spolu s jednoduchými cukry je nejlépe stravitelný. Ve srovnání s tím organický bezdusíkatý zbytek a vláknina jsou reprezentovány především neškrobovými polysacharidy, které představují pro většinu zvířat pouze obtížně využitelný substrát. Do této skupiny živin patří i lignin, považovaný za hlavní inhibitor stravitelnosti živin.
Po sacharidech do energetické hodnoty zrna nejvíce zasahuje protein – dusíkaté látky, pro krmivářské účely nejčastěji označován jako N x 6,25 (resp. pro pšenici N x 5,7). Jeho obsah bývá ze všech živin nejvíce rozkolísaný, což je výsledkem genetických, agrotechnických a environmentálních vlivů. Při obvyklém obsahu tuku v pšeničném zrně (kolem 20 g/kg zrna) nezasahuje tato živina výrazně do jeho energetické hodnoty. Za povšimnutí stojí i metabolizovatelnost energie (popisující disponibilitu energie organických živin zrna, pro pokrytí existenčních potřeb a potřeb na tvorbu produkce zvířat), která dosahuje úrovně 83–84 %. Celkový energetický potenciál (brutto energie) dosahuje u pšenice úrovně 16–16,5 MJ/kg zrna.
Komplex dusíkatých živin
Naše experimentální práce byly v uplynulém desetiletí zaměřeny především na značně heterogenní komplex dusíkatých živin pšeničného zrna.
Jeho menší část, tvořící asi jednu desetinu z obsahu N-látek, představují dusíkaté látky nebílkovinné povahy (NPN), reprezentované nejčastěji nitráty, aminocukry, amidy, amidickými solemi, aminy, volnými aminokyselinami apod. Jedná se o dusíkatou frakci, která je sice zvířaty dobře stravitelná, ovšem pro monogastrická zvířata téměř nedostupná, s minimální energetickou hodnotou, zatěžující navíc detoxikační mechanismy organismu. Nepříznivou roli na dostupnost živin pro organismus sehrávají i bílkoviny typu hemaglutenů, inhibitorů amyláz a proteáz, alfagliadinových bílkovin a dalších bílkovin antinutriční povahy.
Většinovou složku proteinu zrna tvoří bílkoviny. Při použití kombinace kritérií jejich rozpustnosti, aminokyselinového složení a molekulární hmotnosti můžeme hovořit o protoplazmatických a zásobních bílkovinách. Ty prvé, prezentované albuminy a globuliny, plní v obilce především metabolické a strukturální funkce, tzn. že jsou součástí enzymů, enzymových inhibitorů, buněčných stěn, membrán a ribosomálního aparátu. Z nutričního hlediska je důležité, že jejich aminokyselinové složení je z pohledu potřeb monogastrických zvířat příznivější než zásobních bílkovin. Strukturální bílkoviny jsou pod silnou genetickou kontrolou a jejich obsah se agrotechnickými zásahy nedá prakticky ovlivnit.
Zásobní bílkoviny jsou tvořeny ze dvou hlavních frakcí – gliadinů a gluteninů. Z nutričního hlediska mohou, zejména u monogastrů, způsobovat problémy, zpomalením pasáže tráveniny a zhoršením resorpce živin v zažívací rouře. Obsah a poměr zásobních bílkovin bývá velice variabilní, přičemž je výrazně ovlivňován hnojením, agrotechnikou, zralostí i geneticky. Míra využití bílkovin pšeničného zrna je závislá nejenom na celkovém množství aminokyselin, vybalancovanosti vzájemných poměrů, ale i na jejich stravitelnosti.
Faktory ovlivňující proteinovou složku
V další části naší prezentace zaměříme pozornost pouze na vybraná témata, konkrétně na to, jak silně ovlivňují proteinovou složku pšeničného zrna:
– systémy hospodaření – konvenční a ekologický,
– ročník pěstování,
– přítomnost (A) či nepřítomnost (N) 1B/1R žitné translokace v genomu pšenice.
V posledních letech v tuzemsku velice narůstá rozsah ekologického zemědělství. Tato skutečnost byla impulzem k prověření hypotézy o rozdílné krmné kvalitě proteinové složky zrna mezi ekologicky a konvenčně pěstovanými odrůdami pšenice (Triticum aestivum L.). Proběhlo dvouleté (2006, 2007) sledování tří odrůd (Šárka, Mladka, Meritto), pěstovaných v uvedených, kontrastních systémech hospodaření. K vyhodnocení využito krmivářských rozborů (obsah základních živin, aminokyselin a brutto energie), propočtu indexu esenciálních aminokyselin (kumulované porovnání obsahu EAA v krmivu s obsahem EAA ve standardní – vaječné bílkovině) a bilančních pokusů na modelových zvířatech – laboratorních potkanech. Nejdůležitější poznatky jsou uvedeny v tabulce 1.
Při pohledu na zjištěné výsledky zaznamenáme dosti výrazné meziodrůdové rozpětí obsahů dusíkatých látek, s tím, že rozkmit hodnot (113–176) klesá (93–123) směrem k ekologickému hospodaření. Dále je patrný především výrazný vliv systému hospodaření na obsah proteinu v zrnu, který byl v průměru (142, resp. 107 g/kg) dokonce o 1 nižší u ekologicky vyrobeného obilí. Příčinou tohoto stavu byla zřejmě absence dusíkatého hnojení ve vegetační fázi zvýšené potřeby při tvorbě zrna, která omezila tvorbu gliadinů a gluteninů, jejichž nutriční účinnost bývá hodnocena nepříznivě.
Je tomu tak především s ohledem na deficit esenciálních aminokyselin, přesevším lyzinu, metioninu, threoninu, tryptophanu a argininu v zásobních bílkovinách.
Pokles obsahu N-látek u ekologických pšenic přinesl i pozitivní efekt, konkrétně ve statisticky významném nárůstu koncentrace lyzinu v proteinu zrna o 13 %. Podobný efekt (index 106) byl zaznamenán i u dalších EAA, když index esenciálních aminokyselin dosahoval úrovně 47. Systém hospodaření průkazně neovlivnil obsah tuku, vlákniny, popelovin, BNLV ani brutto energie ve sledovaném zrnu. Oproti tomu naše biologické experimenty prokázaly existující rozdíl mezi intenzitou růstu modelových zvířat po zkrmování pšenice, pěstované ekologicky a konvenčně, a to jako důsledek lepší přístupnosti (koeficient bilanční stravitelnosti 85 %) a biologické hodnoty bílkovin. Hodnota BHB – 48 vypovídá o tom, že ze 100 % vstřebaných aminokyselin z pšeničného proteinu může být v těle využita necelá polovina (48 %). Pro srovnání BHB vaječného bílku je prezentována hodnotou 96. Závěrem je třeba říci, že vyšší krmná hodnota byla dosažena i přesto (nebo právě proto), že obsah proteinu v ekologické produkci dosahoval pouze 75 % úrovně konvenční produkce.
Vliv ročníku pěstování
V rámci studia znaků a vlastností zrna pšenice seté a jejich vazeb ke krmné jakosti byl, kromě jiného, sledován i vliv ročníku pěstování. Dílčí výsledky z širokého souboru (n = 20) geneticky definovaných linií a odrůd pšenic, sledovaných na totožném stanovišti po dobu pěti let (2003–2007) jsou uvedeny v tabulce 2.
Naše sledování zaregistrovala očekávanou variabilitu nutričních charakteristik pšeničného zrna danou genotypem. Vliv ročníku – klimatických podmínek v průběhu vegetace – neovlivňoval zastoupení tuku, vlákniny, popelovin ani obsah brutto energie v zrnu.
Zato byla zaznamenána variabilita meziročních obsahů bezdusíkatých látek výtažkových a to ve spojitosti s rozkmitem hodnot obsahu N-látek, v rozpětí od 109,6 do 191,8 g/kg zrna. Statisticky významný vliv ročníku byl prokázán nejen na obsah proteinu v zrnu, ale i na koncentraci rozhodujících EAA v pšeničné bílkovině. Ta se pohybovala v průměru celého souboru za pět let, u lyzinu v rozmezí 1,48–2,66 % a metioninu v rozmezí 0,86–1,69 % s tím, že byly prokázány negativní korelace mezi obsahem N x 5,7 a koncentrací LYS (1) či MET (2) v proteinu:
– r (X,Y) = – 0,331 (p = 0,001) (1)
– r (X,Y) = – 0,385 (p = 0,000) (2)
Větší podrobnosti jsou vidět i z grafů 1–3. Skutečnost, že koncentrace aminokyselin v proteinu může narůst, ale i poklesnout třeba na polovinu, je alarmující především proto, že mnozí výrobci krmných směsí o tomto jevu nemají ani tušení.
Biologická prověrka na modelových zvířatech (rostoucích laboratorních potkanech), ve vazbě, kdy se vzrůstajícím množstvím proteinu v zrně spíše klesá koncentrace lyzinu a metioninu, potvrdila i pokles BHB – biologické hodnoty bílkovin zrna. Ta se pohybovala zhruba v rozmezí hodnot 60–70, což ve srovnání s pšeničným lepkem je asi o 1/3 více. Pro srovnání BHB vaječné bílkoviny bývá popisována hodnotou 96.
Byla potvrzena vysoko průkazná pozitivní korelace mezi obsahem N x 5,7 a lepku (3), který zvyšuje relativní viskozitu. S tím souvisí negativní korelace mezi relativní viskozitou a koeficientem stravitelnosti proteinu (4) a biologickou hodnotou bílkovin (5).
– r (X,Y) = 0,840 (p = 0,000) (3)
– r (X,Y) = – 0,46 (4)
– r (X,Y) = – 0,24 (5)
V souvislosti s dalším tematickým okruhem (vliv žitné translokace v genomu pšenice) je třeba připomenout, že translokace je v genetice vysvětlována jako chromozomální aberace či změna polohy určitého segmentu chromozomu. Žitná translokace, která byla v experimentech využita, se do genomu pšenice dostala přenesením části krátkého ramene 1R chromozomu žita na dlouhé rameno 1B chromozomu pšenice. Původním záměrem bylo zvýšení rezistence pšenice vůči některým chorobám, ovšem ukázaly se i další efekty, příkladně zhoršující pekárenskou kvalitu pšeničného zrna. S ohledem na to, že tato technologická vlastnost negativně koreluje s krmnou hodnotou, začalo nás zajímat, do jaké míry může ovlivnit vybrané produkční charakteristiky.
V rámci určitého zobecnění lze konstatovat, že u sledovaného souboru, přítomnost 1B/1R žitné translokace v genomu pšenice statisticky významně:
– zvyšovala celkový obsah proteinu v zrnu, včetně jeho albumino-globulinové frakce,
– snižovala obsah tuku, bezdusíkatých látek výtažkových a zásobní bílkovinné frakce, tvořené gliadiny a gluteniny,
– nesnižovala variabilitu obsahu proteinu v zrnu geneticky příbuzných linií,
– zvyšovala relativní viskozitu, což zřejmě limitovalo využití EAA strukturálních bílkovin u modelových zvířat a nezvyšovalo biologickou hodnotu bílkovin.
Experimentální práce se uskutečnily s finanční podporou výzkumných záměrů MSM č. 604 607 0901 Setrvalé zemědělství, kvalita zemědělské produkce, přírodní a krajinné zdroje a MZE0002700604 Udržitelné systémy pěstování zemědělských plodin pro produkci kvalitních a bezpečných potravin, krmiv a surovin.
Klíčové informace
– Proteinový komplex pšeničného zrna je značně heterogenní, přičemž variabilita zastoupení jednotlivých bílkovinných i nebílkovinných frakcí je pod silnou kontrolou vnějšího prostředí.
– Klimatické podmínky v průběhu vegetace ovlivňují především obsah NL a BNLV. Skutečnost, že koncentrace aminokyselin v proteinu může narůstat (při poklesu NL), ale i poklesnout třeba na polovinu (při nárůstu NL v zrnu), by měli reflektovat výrobci KS.
– Krmná hodnota jednotky proteinu pšeničného zrna z ekologického systému hospodaření je vyšší než z konvenčního. Tento efekt je dosažen poklesem obsahu NL, zejména zásobních bílkovin (gliadinu, gluteninu) v ekologické produkci.
– Přítomnost 1B/1R žitné translokace v genomu pšenice zvyšuje celkový obsah proteinu v zrnu, včetně albumino-globulinové frakce a to paralelně se zvyšováním relativní viskozity, což zřejmě limituje BHB a využití EAA zvířaty.
Doc. Ing. Alois Kodeš, CSc.
Doc. Ing. Boris Hučko, CSc.
Prof. Ing. Zdeněk Mudřík, CSc.
Česká zemědělská univerzita v Praze
Fakulta agrobiologie, potravinových a přírodních zdrojů,
Katedra mikrobiologie, výživy a dietetiky
Ing. Zdeněk Stehno, CSc.
Výzkumný ústav rostlinné výroby, v. v. i., Praha
Oddělení genové banky
