Анализ химического состава зерна белозерных гибридов кукурузы селекции ФГБНУ ВНИИ кукурузы

Полный текст

Введение

Во многих странах мира зерно кукурузы используют в основном на корм скоту. В пищевой промышленности из зерна кукурузы производят крахмал, глюкозу, патоку, крупу, муку, кукурузные хлопья, кексы, мамалыгу. Продукты из кукурузы благодаря своему разнообразию, высокой калорийности, оригинальному вкусу популярны и востребованы потребителем. На российском рынке крахмалов и крахмалопродуктов более 80 % занимает кукурузный крахмал, который имеет ряд преимуществ по технологичности и качеству сырья [1–3]. По данным ФАО и CIMMYT – International Mais and Wheat Improvement Center, в мире ежегодно производится 65–70 т белозерной кукурузы при суммарном производстве желтого зерна более 900 млн т, т.е. примерное соотношение выращиваемой желтозерной и белозерной кукурузы составляет 1:13 [4].

Белозерная кукуруза используется исключительно на пищевые цели и составляет основу рациона для населения развивающихся стран, преимущественно Африки. В рамках научно-образовательной инициативы для стран Восточной Африки, разработанной Министерством образования и науки России, в 2018 году в Национальном центре зерна им. П. П. Лукьяненко была разработана и реализована программа по созданию позднеспелых сортолинейных белозерных и желтозерных гибридов кукурузы для стран Восточно-Африканского региона [5].

Национальные кухни большинства народов Северного Кавказа построены на основе использования муки и крупы из белозерной кукурузы. В связи с этим весьма актуальным является внедрение в производство наряду с желтозерными формами, используемыми на фураж, высокопродуктивных гибридов белозерной кукурузы.

Исследованиями отечественных технологов в середине ХХ века было установлено, что хорошим сырьем для получения кукурузной крупы, хлопьев, муки может служить именно белозерная кукуруза [6, 7]. Кремнистая белозерная кукуруза по качеству мало уступает лопающейся кукурузе, где в большом количестве присутствует стекловидный эндосперм, но значительно превосходит по урожайности.

Зерно белой кукурузы содержит легкоусвояемый растительный белок, обладает хорошими органолептическими качествами и содержит много полезных веществ, таких как кальций, хром, магний, селен, сера и витамины [8].

Химический состав кукурузы колеблется в зависимости от сорта и условий возделывания. Содержание белка в зерне сортов различных подвидов кукурузы колеблется от 6 до 21 %. Однако большинство сортов в мировой коллекции ВИР содержит в зерне в основном от 8,0 до 11 % белка. Самое высокое его содержание в зародыше – 14–26 %, в эндосперме – от 7 до 12 % [9].

Исследованиями установлено, что кукуруза по сравнению с другими зерновыми культурами имеет максимальное (73 %) количество углеводов в зерне. Наибольший выход крахмала – до 67 % от общего содержания сухого вещества в зерне – получают из зерна кукурузы зубовидного и полузубовидного типа, немного меньший из кремнистого. Кукуруза, используемая для выработки крахмала, должна иметь его высокое содержание и, следовательно, меньше белка и жира [10, 11].

Зерно кукурузы характеризуется наибольшим содержанием жира (3,5–7,0 %), который распределяется в зерновке неравномерно. Наибольшее количество жира (до 60 %) сконцентрировано в зародыше и только 0,61–0,73 % содержится в эндосперме [9]. Цель наших исследований – провести оценку продуктивных белозерных гибридов кукурузы по химическим показателям зерна, создать новые гибриды белозерной кукурузы разных групп спелости с улучшенным составом химических компонентов в зерне.

Материал и методика

Научные исследования проведены на базе ВНИИ кукурузы в 2022–2023 гг. в предгорной зоне Ставропольского края. Объектом исследований служили новые перспективные белозерные гибриды селекции института разных групп спелости. В испытании двух лет исследований было изучено 314 простых белозерных гибридов (гибридных комбинаций). Для дальнейшей работы выбрано 15 наиболее продуктивных белозерных гибридов.

Гибриды кукурузы высевали на 2-рядковых делянках (S = 7,8 м² с густотой стояния на 1 м² 4–5 растений) в оптимальные сроки – с 20 апреля по 6 мая. Почва опытного участка – чернозем обыкновенный мощный тяжелосуглинистый. Содержание физической глины в пахотном горизонте – 55,96 %, преобладает фракция ила – 31,0 %, мелкого песка – 21,69 %, крупной пыли – 21,32 %. По содержанию гумуса почвы являются малогумусированными. Агротехника возделывания включала вспашку (на глубину 23–25 см), весеннее боронование, культивацию. Уборку проводили вручную в фазе полной спелости (сентябрь – октябрь). Фенологические наблюдения и учеты проводились по общепринятой методике во всех питомниках [12]. Учет урожая – весовой по всем повторениям с последующим обмолотом и определением выхода и уборочной влажности зерна. Математическая обработка данных производилась методом дисперсионного анализа по методике Доспехова [13].

Погодные условия вегетационного периода кукурузы 2022–2023 гг. сложились благоприятно для роста и развития кукурузы, однако 2022 г. был более засушливым по сравнению с 2023 г. В 2022 г. за вегетационный период выпало 234,9 мм осадков, что на 50 мм ниже средней многолетней. 2023 г. был достаточно влажным – 322,4 мм, причем основная часть осадков пришлась на май – июль, что создало благоприятные условия для роста и развития кукурузы. По среднесуточной температуре воздуха существенных различий не было.

По результатам проведенного испытания заслуживают внимания 15 экспериментальных высокопродуктивных белозерных гибридов разных групп спелости. Стандартом в среднеранней группе выбрали гибрид Белозерный 250, а в среднепоздней – Белозерный 305. В изучаемых гибридах был проведен анализ по химическим показателям зерна. Определяли содержание хозяйственно ценных веществ (процент крахмала, протеина и масла) методом спектроскопии в ближней инфракрасной области с использованием анализатора «Инфра ЛЮМ ФТ-12» в зерне кукурузы. Для оценки материала по содержанию в нем химических веществ использовали справочник и шкалу Широкого унифицированного классификатора СЭВ и международного классификатора СЭВ видов Zea mays L. (Ленинград, 1997): содержание белка 8,0–10,4 % считается низким, 10,5–12,8 % – средним, 12,9–15,2 % – высоким, >15,2 % – очень высоким; масла 2,2–3,9 % – низким, 4,0–5,7 % – средним, 5,8–7,5 % – высоким, >7,5 % – очень высоким; крахмала 60,0–64 % – низким, 64,1–68,5 % – средним, >68,5 % – высоким [14, 11].

Результаты исследований

По результатам сортоиспытания белозерных гибридов кукурузы, полученных от топкроссных скрещиваний, выделены 10 лучших гибридных комбинаций в группе спелости ФАО 200 и 5 в группе ФАО 300. Урожай зерна 10 лучших гибридных комбинаций (табл. 1) варьирует в пределах от 6,2 т/га (276-120) до 8,7 т/га (280-5) при урожае стандарта 6,3 т/га. Содержание крахмала находится в пределах 64,7–72,1 %, протеина – от 7,9 (стандарт Белозерный 250) до 10,5 % (279-61) и масла – от 3,7 (274-74) до 5,1 % (278-38).

 

Таблица 1. Урожай зерна среднеранних белозерных гибридов и содержание химического состава зерна кукурузы, % (в среднем за 2022–2023 гг.)

Table 1. Grain yield of mid-early white grain hybrids and the content of the chemical composition of corn grain, % (average for 2022–2023)

Название	Урожай при 14 % влажности зерна, т/га	Уборочная влажность зерна, %	Индекс урожайности	Крахмал, %	Протеин, %	Масло, %
Белозерный 250, стандарт	6,3	15,6	4,1	70,3	7,9	4,3
280-5	8,7	14,9	5,8	69,1	9,9	5,1
279-61	7,9	15,5	5,1	65,8	10,5	4,6
273-58	7,7	15,9	4,9	71,3	8,5	4,2
274-74	7,5	15,3	4,9	71,4	8,0	3,7
280-11	7,2	13,2	5,5	72,1	8,3	4,4
280-7	7,2	14,9	4,8	71,3	8,2	4,0
278-40	6,6	13,3	5,0	64,7	10,1	4,4
278-38	6,4	12,8	5,1	66,4	9,2	5,1
280-10	6,4	15,2	4,2	69,1	9,8	4,7
276-120	6,2	12,2	5,1	68,5	10,2	4,8
НСР	0,6

 

Изучение признака содержание крахмала в зерне кукурузы выявило 8 гибридов с высоким показателем. Это гибриды Белозерный 250, 280-5, 273-58, 274-74, 280-11, 280-7, 280-10 и 276-120. Самый высокий показатель протеина в данной группе у гибрида 279-61 (10,5 %), что согласно классификатору СЭВ отмечается как средний. Остальные гибриды имели низкие показатели белка (7,9–10,2 %). Среднее содержание масла (4,0–5,7 %) имели почти все гибриды данной группы спелости (исключение 274-74 с низким его содержанием 3,7 %).

Диапазон урожайности 5 лучших среднеспелых гибридных комбинаций (табл. 2) варьирует от 6,8 т/га (274-80) до 8,0 т/га (278-153) при урожае стандарта 7,2 т/га. Содержание хозяйственно ценных веществ варьировало в пределах: крахмал – от 68,7 до 72,9 %; протеин – от 8,1 до 9,6 % и масло – 2,9–5,1 %. Все гибриды данной группы выделяются по высокому содержанию крахмала (>68,5 %). Низкие показатели протеина (<10,4 %) были у всех выделившихся гибридов. По содержанию масла гибриды имели среднее значение (4,0–5,7 %), за исключением (278-153) с низким значением 2,9 %.

 

Таблица 2. Урожай зерна среднеспелых белозерных гибридов и содержание химического состава зерна кукурузы, % (в среднем за 2022–2023 гг.)

Table 2. Grain yield of mid-season white-grain hybrids and the content of the chemical composition of corn grain, % (average for 2022-2023)

Название	Урожай при 14 % влажности, т/га	Уборочная влажность, %	Индекс урожайности	Крахмал, %	Протеин, %	Масло, %
Белозерный 305, стандарт	7,2	15,9	4,6	70,6	8,7	4,2
278-153	8,0	21,4	3,7	72,9	8,2	2,9
275-109	7,6	16,0	4,7	71,0	8,1	4,6
277-140	7,1	13,0	5,5	70,3	8,8	4,5
276-125	7,1	15,3	4,6	69,5	9,0	4,4
274-80	6,8	14,9	4,6	68,7	9,6	5,1
НСР	0,8

 

Выводы

В результате проведенных исследований по химическим показателям зерна кукурузы высокое содержание крахмала (68,5–72,1 %) имели 75 % продуктивных белозерных гибридов среднеранней группы спелости: Белозерный 250, 280-5, 273-58, 274-74, 280-11, 280-7, 280-10 и 276-120. На долю белка (среднее содержание 10,5 %) приходится 8 % гибридов. Содержание масла (4,2–5,1 %) как средний показатель отмечен у 92 % белозерных гибридов. В среднеспелой группе все гибриды имели высокое содержание крахмала (68,7–72,9 %) и низкий уровень белка (протеина). По среднему содержанию масла (4,2–5,1 %) выделяется 83 % белозерных гибридов. Анализ данных позволил выделить лучшие экспериментальные гибриды, сочетающие высокую урожайность с высоким содержанием крахмала по химическому составу: 280-11 и 278-153.

Об авторах

Людмила Анатольевна Галговская

Всероссийский научно-исследовательский институт кукурузы

Автор, ответственный за переписку.
Email: e-m252@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-3990-0220

ст. науч. сотр. отдела селекции

Россия, 357528, г. Пятигорск, ул. Ермолова, 14-о, пом. 1

Ольга Валентиновна Теркина

Всероссийский научно-исследовательский институт кукурузы

Email: kukuruza.ekologiya.14@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4733-5719

ст. науч. сотр. отдела селекции

Россия, 357528, г. Пятигорск, ул. Ермолова, 14-о, пом. 1

Анна Николаевна Романова

Всероссийский научно-исследовательский институт кукурузы

Email: selektsiya.kukuruza@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7337-7093

мл. науч. сотр. отдела селекции

Россия, 357528, г. Пятигорск, ул. Ермолова, 14-о, пом. 1

Список литературы