Email this article 
Study of Changes in the Amino Acid Composition of Spiked Cereals during the Ripening Process
- Authors: Lachuga Y.F.1, Meskhi B.C.2, Pakhomov V.I.2,3, Rudoy D.V.2,3, Kambulov S.I.2,3, Maltseva T.A.2
-
Affiliations:
- Russian Academy of Sciences
- Don State Technical University
- Agrarian Research Center Donskoy
- Issue: Vol 33, No 4 (2023)
- Pages: 508-523
- Section: Technologies, Machinery and Equipment
- Submitted: 06.06.2025
- Accepted: 06.06.2025
- Published: 10.11.2023
- URL: https://journals.rcsi.science/2658-4123/article/view/296052
- DOI: https://doi.org/10.15507/2658-4123.033.202304.508-523
- ID: 296052
Cite item
Full Text
Abstract
Introduction. The amino acid composition of compound feed is of great importance in feeding all kinds of animals. The lack of one or another amino acid limits the assimilation of other amino acids, resulting in excessive compound feed consumption, deterioration of the metabolism in the bodies of animals and increasing of their susceptibility to diseases. The use of grain heaps of wheat in the early ripening stages as feed raw materials is a promising direction for the development of the fodder base that will provide a balanced amino acid composition of compound feed with a lower content of expensive fish meal, which is the main source of protein in compound feeds.
Aim of the Article. The article is aimed at determining the optimal ripening stage of spiked cereals, at which a high content of protein and proteinogenic amino acids is observed. The proposed technology and technological tools for early harvesting of spiked cereals will reduce agrotechnical terms of harvesting, reducing losses from shatter losses, and get grain of enhanced nutritive value.
Materials and Methods. To study the amino acid composition, 4 samples of a winter wheat grain heap were taken: the winter wheat varieties Admiral and Luchezar, the perennial winter wheat (trititrigia) variety Pamyati Lyubimovoy and the gray wheatgrass variety Sova. Harvesting the wheat of these varieties was carried out by a combing-threshing unit in 5 phenological stages (growth stages are presented on the BBCH scale): 77 – late milk ripeness, 83 – early phase of wax ripeness, 87 – gold wax ripeness, 89 – full ripeness, 92 – overripeness.
Results. The results of analyzing amino acid composition of 4 samples of wheat grain heap showed a high content of almost all the amino acids studied in the phase of gold wax ripeness, except of aspartic acid and asparagine, glutamic acid and glutamine, and tryptophan.
Discussion and Conclusion. Grain heap of waxy ripeness wheat is a promising grain raw material for the production of compound feeds, which will reduce the amount of expensive components, such as fishmeal.
Full Text
Введение
По данным Организации экономического сотрудничества и развития (OECD), а также Продовольственной и сельскохозяйственной организации Объединенных Наций (FAO) на 2021 год1, в ближайшие 10 лет будет увеличиваться спрос на сельскохозяйственные продукты. В том числе на комбикорма и сырье для его производства. Для правильного роста и развития животных и рыб необходимо обеспечить им полнорационное кормление, удовлетворяющее потребности во всех необходимых веществах. Особое значение уделяется аминокислотам, дефицит которых приводит к нарушению роста и ухудшению общего состояния животного.
Так, важную роль в питании играют лимитирующие (критические) аминокислоты, дефицит или избыток которых влияет на усвоение других аминокислот. Лимитирующие аминокислоты у разных видов животных отличаются. Для птиц таковыми являются метионин и цистин, для свиней – лизин.
При составлении рецептуры кормов необходимо учитывать аминокислотный скор (отношение количества незаменимых аминокислот в исследуемом образце к количеству этих аминокислот в идеальном белке) и лимитирующие аминокислоты. В растительном сырье это триптофан, метионин и лизин. Белок животного происхождения более сбалансирован: к лимитирующим можно отнести фенилаланин и гистидин. Белок из дрожжевого сырья представлен лимитами гистидина, метионина и фенилаланина. Недостаток лимитирующих аминокислот в кормах может привести к нарушению обмена веществ, снижению иммунитета, ожирению и большему расходу корма [1].
По данным исследований2 [2; 3], в процессе роста и созревания зерновых культур происходит изменение их биологической ценности. Максимальное содержание белка и клейковины в зерне пшеницы наблюдается в стадии молочно-восковой спелости. Кроме того, дополнительным источником питательных веществ может служить незерновая часть пшеницы. Данный вид кормового сырья раньше активно применялся в комбикормовом производстве при стационарном обмолоте. В настоящее время комбайновая уборка не предполагает сбор незерновой части, в результате чего использование такого вида кормового сырья было прекращено.
Таким образом, использование зернового вороха пшеницы ранних фаз спелости как кормового сырья является перспективным направлением развития кормовой базы и позволит получить сбалансированный по аминокислотному составу комбикорм с меньшим содержанием дорогостоящей рыбной муки – основного источника белка в комбикормах.
В статье [3] представлены результаты изменения общего количества аминокислот в гранулированном корме, полученных из зернового вороха разных фаз спелости. Для определения лимитирующих аминокислот в зерновом ворохе, а также изменения аминокислотного состава в процессе созревания, необходимо получить данные по изменению массовой доли каждой аминокислоты. Полученные данные позволят правильно рассчитать аминокислотный скор производимого комбикорма при составлении рецептуры и получить конечный продукт высокого качества.
Обзор литературы
Изменению состава зерна в процессе созревания и его применению в кормовой и пищевой промышленности посвящено большое количество работ. Одним из главных преимуществ уборки зерна на ранних стадиях спелости является сокращение потерь. Известно, что после полного созревания зерна происходит процесс самоосыпания, и при несоблюдении агросроков уборки потери могут составлять по разным данным от 20 до 40 % после 20 дней наступления полной спелости3 [4–5]. Уборка зерна на ранней стадии спелости позволит сократить биологические потери и увеличить урожайность. Еще одним преимуществом уборки зерна ранних фаз спелости является его повышенная питательная ценность.
В одном из изученных нами исследований дано сравнение состава зерна трех сортов спельты в стадии молочной и полной спелости [6]. Образцы были проанализированы на содержание минеральных веществ (макро- и микронутриентов), заменимых и незаменимых аминокислот, жира и жирных кислот. Однако данные по изменению массовой доли незаменимой аминокислоты – триптофана, которая является лимитирующей в зерновом сырье, не представлены. Кроме того, отсутствуют данные по изменению состава зерна в фазе молочно-восковой и восковой спелости, что не дает общей картины изменения компонентов зерна в процессе созревания и не позволяет сделать вывод о стадии, в которой целесообразно убирать зерно и использовать его для пищевых и кормовых целей.
В другом научном исследовании представлены результаты анализа пищевой ценности спельты полной и молочной спелости [7]. Зерно молочной спелости предварительно подвергалось сушке при температуре 230 ºС. В процессе сушки зерно меняло свой цвет от зеленого до желтовато-коричневого (золотистого). Сравнительная характеристика показала, что содержание белка выше в зеленой полбе (молочная спелость) на 0,1 %. Содержание углеводов меньше на 2,4 %. Полученные авторами данные не позволяют определить оптимальную стадию спелости, при которой наблюдается наибольшее содержание питательных веществ. Кроме того, зерно молочной спелости подвергается высокой температурной обработке в течение 12 часов, что может вызвать снижение количества аминокислот и белка за счет денатурации и, соответственно, повлиять на результаты анализов [8].
Также учеными проводилось исследование трех разных сортов пшеницы в четырех стадиях спелости (десятый, пятнадцатый, двадцатый и двадцать пятый дни после цветения при фазе полной спелости в качестве контроля) на следующие показатели: влажность, зольность, белок [9]. В том числе анализировались функциональные питательные вещества: клетчатка, фруктаны, фенолы, антиоксиданты, а также фитиновая кислота. Так, накопление функциональных соединений происходит до стадии молочной спелости. Затем они расходуются в процессе созревания зерна. При этом максимальное содержание белка и функциональных соединений наблюдается через 10 дней после цветения (молочная спелость). Далее компоненты пропорционально уменьшаются, и к полной спелости содержание белка уменьшается в среднем на 1,5 %.
Важно отметить, что в рассмотренных нами работах использована разная шкала определения той или иной фазы спелости. Ряд авторов для анализа изменения состава зерна использовали шкалу BBCH [10–14]. В работе [10] рассматривалось изменение белкового состава (доля глиадина и глютенина) в зависимости от стадии заболачивания (стадия появления первого узла (BBCH 31) и стадия колошения (BBCH 51).
Российские ученые исследовали несколько сортов зерна пшеницы и тритикале на разных стадиях спелости: молочной, тестообразной, восковой, твердой и на стадии перестоя [4]. Было определено, что максимальное содержание белка и клейковины наблюдалось в стадии молочной спелости. В тестообразной стадии количество питательных веществ уменьшалось. Далее оно снова увеличилось при фазах восковой и твердой спелости.
Таким образом, большое количество исследований различных российских и зарубежных ученых подтверждают, что на ранних фазах спелости зерно содержит больше питательных, функциональных и других полезных веществ4 [15–24].
Несмотря на большое количество существующих работ, нет информации по изменению аминокислотного состава зернового вороха на разных стадиях спелости. В связи с этим возникла необходимость провести анализ изменения аминокислотного состава в процессе созревания с целью определения оптимальной стадии созревания, при которой наблюдается максимальное содержание аминокислот с фиксацией каждой фазы по шкале BBCH. Поскольку аминокислоты являются составляющей белка пшеницы, помимо аминокислотного состава зерновой ворох необходимо исследовать на содержание белка.
Материалы и методы
Для исследования аминокислотного состава были взяты четыре образца зернового вороха: озимой пшеницы сорта «адмирал» (ригидный сорт) и «лучезар» (легкообмолачиваемый сорт), многолетней озимой пшеницы (трититригия) сорта «памяти Любимовой» и пырея сизого сорта «сова».
Посев данных сортов был произведен на полях Аграрного научного центра «Донской» Зерноградского района Ростовской области в 2021 году. Почва опытного участка представляет собой чернозем обыкновенный карбонатный тяжелосуглинистый (Voronic Chernozems Pachic по WRB2014). Содержание гумуса в почве (по Тюрину) – 3,3 %, общего азота (ионометрический метод) – 28,2 мг/кг почвы; подвижного фосфора (по Кирсанову) – 19,0–24,5 мг/кг, калия (по Кирсанову) – 327–337 мг/кг почвы, рН солевой вытяжки – 7,1. За период вегетации растений проведены три подкормки удобрениями. Первую подкормку аммофосом в дозе 100 кг/га вносили одновременно с посевом семян, вторую и третью подкормки аммиачной селитрой по 70 кг/га вносили в фазу весеннего кущения и фазу выхода растений в трубку.
Уборку зерна на разных стадиях спелости осуществляли в июне 2022 года очесывающе-обмолачивающим агрегатом, созданным в результате совместной работы Аграрного научного центра «Донской» и Донского государственного технического университета (Патент RU 206 314 U1 МПК A01D 41/08 (2006.01)) [25; 26]. При проведении лабораторных исследований уборки зерна агрегатом была выбрана длина очесывающего барабана l = 2 м. Для использования агрегата в промышленных масштабах длина очесывающего барабана должна быть не менее 6 м. Очесывающе-обмолачивающий агрегат будет агрегатироваться с трактором типа Т-150.
Выбор агрегата для уборки зерновых колосовых культур обоснован возможностью получить зерновой ворох пшеницы ранних фаз спелости. Традиционная комбайновая уборка, включающая операции срезания колоса, его обмолота и выделения зерна, не позволяет убирать зерно на ранних стадиях спелости, поскольку в такой стадии зерно имеет сильную связь с колосом и не может быть выделено в молотильном барабане. Применение очесывающей жатки, агрегатируемой с комбайном, для уборки зерна ранних фаз спелости так же не эффективно, поскольку после очёсывания колоса зерновая масса поступает в молотильный барабан и далее на разделение зерна от зерновой примеси.
Дополнительным преимуществом очесывающе-обмолачивающего агрегата для уборки зерновых колосовых культур является агрегатирование с трактором, который имеет небольшие энергоемкость и вес, что обеспечивает меньшее давление на почву. Схема и процесс работы очесывающе-обмолачивающего агрегата представлены на рисунках 1 и 2.
Полученный зерновой ворох пяти фенологических стадий (фазы роста представлены по шкале BBCH: 77 – поздняя молочная спелость (рис. 3), 83 – ранняя фаза восковой спелости, 87 – твердая восковая спелость, 89 – полное созревание, 92 – перезрелость [10–14]) был проанализирован на протеиногенные незаменимые (лизин, фенилаланин, лейцин, изолейцин, метионин, валин, треонин, триптофан) и заменимые (аргинин, тирозин, гистидин, пролин, серин, аланин, цистин, аспарагиновая кислота, глутаминовая кислота) аминокислоты по стандартной методике, описанной в ГОСТ Р 55569 и ГОСТ Р 52347 методом капиллярного электрофореза на оборудовании «Капель 104-Т». Массовую долю белка определяли методом Кьельдаля по ГОСТ 10846 с помощью дигестора серии DK 8 и полуавтоматического дистиллятора UDK 139.
Р и с. 1. Схема агрегата для уборки урожая новым агрегатом I – очёсывающий блок; II – обмолачивающий блок; 1 – очесывающий барабан; 2 – очесывающие гребенки; 3 – сменные деки; 4 – транспортирующий шнек; 5 – лопастной битер; 6 – отсекающий щиток; 7 – механизм параллельного и углового перемещения; V1 – линейная скорость на радиусе очесывающего барабана; V2 – линейная скорость на радиусе лопастного битера
F i g. 1. The scheme of the harvesting unit with a new aggregate I – combing block; II – threshing block; 1 – combing drum; 2 – combing combs; 3 – replaceable decks; 4 – transporting screw; 5 – blade beater; 6 ‒ cutting flap; 7 – mechanism of parallel and angular displacement; V1 – linear velocity at the radius of the combing drum; V2 – linear speed at the radius of the blade beater
Р и с. 2. Процесс уборки зерновых колосовых культур ранних фаз спелости очесывающе-обмолачивающим агрегатом
F i g. 2. Process of harvesting spiked cereals of the early phases of ripeness with a combing and threshing unit
Р и с. 3. Зерновой ворох пшеницы ранних фаз спелости
F i g. 3. Grain heap of wheat of early ripeness phases
Анализ полученного вороха зерновых колосовых культур на содержание массовой доли аминокислот и белка был проведен в течение 24 часов после его уборки.
Результаты исследования
Результаты анализа аминокислотного состава четырех образцов зернового вороха пшеницы представлены в таблицах 1–4. Результаты анализа массовой доли белка четырех образцов представлены на рисунке 4.
Т а б л и ц а 1
T a b l e 1
Изменение аминокислотного состава зернового вороха озимой пшеницы сорта «адмирал» в процессе созревания
Changes in the amino acid composition of the grain heap of winter wheat of the variety Admiral during the ripening process
Наименование аминокислоты, % / Name of the amino acid, % | Фаза роста по шкале BBCH / BBCH growth stage | ||||
77 | 83 | 87 | 89 | 92 | |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
Аргигин / Arginine | 0,38±0,15 | 0,42±0,17 | 0,66±0,26 | 0,68±0,27 | 0,66±0,26 |
Лизин / Lysine | 0,36±0,12 | 0,49±0,17 | 0,73±0,25 | 0,66±0,22 | 0,55±0,19 |
Тирозин / Tyrosine | 0,25±0,08 | 0,28±0,08 | 0,34±0,10 | 0,30±0,09 | 0,28±0,08 |
Фенилаланин / Phenylalanine | 0,35±0,11 | 0,30±0,09 | 0,58±0,17 | 0,52±0,16 | 0,49±0,15 |
Гистидин / Histidine | 0,25±0,13 | 0,31±0,16 | 0,54±0,27 | 0,60±0,30 | 0,63±0,32 |
Лейцин + изолейцин / Leucine + isoleucine | 0,90±0,23 | 0,95±0,25 | 1,13±0,29 | 1,15±0,30 | 1,18±0,31 |
Метионин / Methionine | 0,13±0,04 | 0,15±0,05 | 0,26±0,09 | 0,19±0,06 | 0,19±0,06 |
Валин / Valin | 0,46±0,18 | 0,40±0,16 | 0,65±0,26 | 0,68±0,27 | 0,70±0,28 |
Пролин / Proline | 0,81±0,21 | 0,75±0,20 | 1,17±0,30 | 1,30±0,34 | 1,32±0,34 |
Треонин / Threonine | 0,33±0,13 | 0,30±0,12 | 0,58±0,23 | 0,58±0,23 | 0,61±0,25 |
Серин / Serin | 0,41±0,11 | 0,35±0,91 | 0,65±0,26 | 0,64±0,23 | 0,60±0,16 |
Аланин / Alanin | 0,41±0,11 | 0,35±0,91 | 0,77±0,20 | 0,67±0,17 | 0,63±0,16 |
Окончание табл. 1 / End of table 1 | |||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
Глицин / Glycine | 0,43±0,15 | 0,35±0,12 | 0,66±0,22 | 0,60±0,20 | 0,58±0,20 |
Цистин / Cystine | 0,33±0,17 | 0,25±0,13 | 0,46±0,23 | 0,40±0,20 | 0,37±0,19 |
Аспарагиновая кислота + аспарагин / Aspartic acid + asparagine | 0,49±0,20 | 0,63±0,25 | 0,45±0,18 | 0,31±0,12 | 0,30±0,12 |
Глутаминовая кислота + глутамин / Glutamic acid + glutamine | 1,40±0,56 | 0,83±0,33 | 0,58±0,23 | 0,55±0,22 | 0,50±0,20 |
Триптофан / Tryptophan | 0,35±0,14 | 0,28±0,11 | 0,22±0,09 | 0,16±0,06 | 0,14±0,06 |
Сумма / Total | 8,04 | 7,39 | 10,43 | 9,99 | 9,73 |
Т а б л и ц а 2
T a b l e 2
Изменение аминокислотного состава зернового вороха озимой пшеницы сорта «лучезар» в процессе созревания
Changes in the amino acid composition of the grain heap of winter wheat of the variety Luchezar during the ripening process
Наименование аминокислоты, % / Name of the amino acid, % | Фаза роста по шкале BBCH / BBCH growth phase | ||||
77 | 83 | 87 | 89 | 92 | |
Аргигин / Arginine | 0,33±0,13 | 0,37±0,15 | 0,47±0,19 | 0,57±0,29 | 0,57±0,23 |
Лизин / Lysine | 0,27±0,09 | 0,30±0,10 | 0,33±0,11 | 0,31±0,11 | 0,25±0,09 |
Тирозин / Tyrosine | 0,21±0,06 | 0,22±0,07 | 0,30±0,09 | 0,28±0,08 | 0,21±0,06 |
Фенилаланин / Phenylalanine | 0,38±0,11 | 0,33±0,10 | 0,54±0,16 | 0,47±0,14 | 0,42±0,13 |
Гистидин / Histidine | 0,17±0,09 | 0,21±0,11 | 0,49±0,25 | 0,56±0,28 | 0,60±0,30 |
Лейцин + изолейцин / Leucine + isoleucine | 0,88±0,23 | 0,92±0,24 | 1,24±0,32 | 1,27±0,33 | 1,30±0,34 |
Метионин / Methionine | 0,09±0,03 | 0,10±0,03 | 0,22±0,07 | 0,17±0,06 | 0,14±0,05 |
Валин / Valin | 0,41±0,16 | 0,25±0,10 | 0,52±0,20 | 0,53±0,21 | 0,55±0,22 |
Пролин / Proline | 0,91±0,24 | 0,77±0,20 | 1,24±0,32 | 1,27±0,33 | 1,30±0,34 |
Треонин / Threonine | 0,28±0,96 | 0,25±0,10 | 0,42±0,17 | 0,42±0,17 | 0,41±0,16 |
Серин / Serin | 0,42±0,11 | 0,39±0,10 | 0,63±0,16 | 0,59±0,15 | 0,58±0,15 |
Аланин / Alanin | 0,34±0,09 | 0,31±0,08 | 0,55±0,14 | 0,51±0,13 | 0,49±0,13 |
Глицин / Glycine | 0,36±0,12 | 0,41±0,14 | 0,64±0,22 | 0,55±0,19 | 0,52±0,18 |
Цистин / Cystine | 0,29±0,15 | 0,23±0,12 | 0,31±0,16 | 0,25±0,13 | 0,20±0,10 |
Аспарагиновая кислота + аспарагин / Aspartic acid + asparagine | 0,48±0,19 | 0,53±0,21 | 0,33±0,13 | 0,26±0,10 | 0,23±0,09 |
Глутаминовая кислота + глутамин / Glutamic acid + glutamine | 1,86±0,74 | 1,59±0,64 | 0,47±0,19 | 0,45±0,18 | 0,40±0,16 |
Триптофан / Tryptophan | 0,40±0,16 | 0,36±0,14 | 0,25±0,10 | 0,14±0,06 | 0,10±0,04 |
Сумма / Total | 8,08 | 7,54 | 8,95 | 8,60 | 8,27 |
Т а б л и ц а 3
T a b l e 3
Изменение аминокислотного состава зернового вороха многолетней озимой пшеницы (трититригия) сорта «памяти Любимовой» в процессе созревания
Changes in the amino acid composition of the grain heap of perennial winter wheat (trititrigia) of the variety Pamyati Lyubimovoy during the ripening process
Наименование аминокислоты, % / Name of the amino acid, % | Фаза роста по шкале BBCH / BBCH growth phase | ||||
77 | 83 | 87 | 89 | 92 | |
Аргигин / Arginine | 0,79±0,32 | 0,85±0,34 | 0,88±0,35 | 0,93±0,37 | 0,91±0,36 |
Лизин / Lysine | 0,45±0,15 | 0,53±0,18 | 0,57±0,19 | 0,52±0,18 | 0,48±0,16 |
Тирозин / Tyrosine | 0,38±0,11 | 0,45±0,14 | 0,55±0,17 | 0,49±0,15 | 0,47±0,14 |
Фенилаланин / Phenylalanine | 0,50±0,15 | 0,57±0,17 | 0,65±0,35 | 0,60±0,18 | 0,55±0,17 |
Гистидин / Histidine | 0,46±0,23 | 0,53±0,27 | 0,57±0,29 | 0,60±0,30 | 0,62±0,31 |
Лейцин + изолейцин / Leucine + isoleucine | 1,05±0,27 | 1,21±0,31 | 1,30±0,34 | 1,35±0,35 | 1,35±0,35 |
Метионин / Methionine | 0,19±0,06 | 0,25±0,09 | 0,36±0,12 | 0,30±0,10 | 0,25±0,09 |
Валин / Valin | 0,73±0,29 | 0,87±0,35 | 0,89±0,36 | 0,95±0,38 | 0,99±0,40 |
Пролин / Proline | 1,22±0,32 | 1,35±0,35 | 1,44±0,37 | 1,49±0,39 | 0,54±0,14 |
Треонин / Threonine | 0,37±0,15 | 0,45±0,18 | 0,51±0,20 | 0,54±0,22 | 0,55±0,22 |
Серин / Serin | 0,63±0,16 | 0,67±0,17 | 0,72±0,19 | 0,69±0,18 | 0,65±0,17 |
Аланин / Alanin | 0,47±0,12 | 0,57±0,15 | 0,65±0,17 | 0,60±0,16 | 0,57±0,15 |
Глицин / Glycine | 0,49±0,17 | 0,59±0,20 | 0,73±0,25 | 0,69±0,23 | 0,64±0,22 |
Цистин / Cystine | 0,35±0,18 | 0,48±0,24 | 0,56±0,28 | 0,52±0,26 | 0,44±0,22 |
Аспарагиновая кислота + аспарагин / Aspartic acid + asparagine | 0,68±0,27 | 0,77±0,31 | 0,85±0,34 | 0,79±0,32 | 0,74±0,30 |
Глутаминовая кислота + глутамин / Glutamic acid + glutamine | 1,99±0,80 | 1,65±0,66 | 0,97±0,39 | 0,74±0,30 | 0,72±0,29 |
Триптофан / Tryptophan | 0,55±0,22 | 0,49±0,20 | 0,43±0,17 | 0,29±0,12 | 0,24±0,10 |
Сумма / Total | 11,3 | 12,28 | 12,63 | 12,09 | 10,71 |
Т а б л и ц а 4
T a b l e 4
Изменение аминокислотного состава зернового вороха пырея сизого сорта «сова» в процессе созревания
Change in the amino acid composition of the grain heap of gray wheatgrass of the variety Sova during the ripening process
Наименование аминокислоты, % / Name of the amino acid, % | Фаза роста по шкале BBCH / BBCH growth phase | ||||
77 | 83 | 87 | 89 | 92 | |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
Аргигин / Arginine | 0,25±0,10 | 0,31±0,12 | 0,39±0,16 | 0,43±0,17 | 0,44±0,18 |
Лизин / Lysine | 0,15±0,05 | 0,19±0,06 | 0,26±0,09 | 0,22±0,07 | 0,20±0,07 |
Тирозин / Tyrosine | 0,16±0,05 | 0,19±0,06 | 0,25±0,08 | 0,24±0,07 | 0,21±0,06 |
Окончание табл. 4 / End of table 4 | |||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
Фенилаланин / Phenylalanine | 0,25±0,08 | 0,29±0,09 | 0,36±0,11 | 0,32±0,10 | 0,29±0,096 |
Гистидин / Histidine | 0,20±0,10 | 0,25±0,13 | 0,38±0,19 | 0,43±0,22 | 0,48±0,24 |
Лейцин + изолейцин / Leucine + isoleucine | 0,68±0,18 | 0,75±0,20 | 0,84±0,22 | 0,90±0,23 | 0,95±0,25 |
Метионин / Methionine | 0,12±0,04 | 0,18±0,06 | 0,23±0,08 | 0,20±0,07 | 0,20±0,07 |
Валин / Valin | 0,31±0,12 | 0,28±0,11 | 0,35±0,14 | 0,42±0,17 | 0,47±0,19 |
Пролин / Proline | 0,78±0,20 | 0,60±0,16 | 0,89±0,23 | 0,93±0,24 | 0,95±0,25 |
Треонин / Threonine | 0,21±0,08 | 0,19±0,08 | 0,34±0,14 | 0,29±0,12 | 0,33±0,13 |
Серин / Serin | 0,32±0,08 | 0,28±0,07 | 0,42±0,11 | 0,39±0,10 | 0,36±0,09 |
Аланин / Alanin | 0,29±0,08 | 0,25±0,07 | 0,37±0,10 | 0,35±0,09 | 0,35±0,09 |
Глицин / Glycine | 0,25±0,09 | 0,32±0,11 | 0,42±0,14 | 0,39±0,13 | 0,34±0,12 |
Цистин / Cystine | 0,21±0,11 | 0,18±0,09 | 0,25±0,13 | 0,20±0,10 | 0,17±0,09 |
Аспарагиновая кислота + аспарагин / Aspartic acid + asparagine | 0,35±0,14 | 0,32±0,13 | 0,29±0,12 | 0,20±0,08 | 0,21±0,08 |
Глутаминовая кислота + глутамин / Glutamic acid + glutamine | 1,24±0,50 | 1,04±0,42 | 0,47±0,19 | 0,33±0,13 | 0,30±0,12 |
Триптофан / Tryptophan | 0,24±0,10 | 0,21±0,08 | 0,18±0,07 | 0,10±0,04 | 0,09±0,04 |
Сумма / Total | 6,01 | 5,83 | 6,69 | 6,34 | 6,34 |
Р и с. 4. Изменение содержания массовой доли белка зерновых колосовых культур в процессе созревания
F i g. 4. Changes in the content of the mass fraction of protein of grain crops during the ripening process
Результаты анализа аминокислотного состава и массовой доли белка четырех образцов зернового вороха пшеницы показали максимальное их содержание в фазе твердой восковой спелости (87 по шкале BBCH). За исключением аргинина, гистидина, лейцина и изолейцина, валина, пролина и треонина. Наиболее высокое содержание аминокислот и белка наблюдается в зерновом ворохе многолетней озимой пшеницы (трититригия) сорта «памяти Любимовой».
Обсуждение и заключение
В заключение можно отметить, что при значении шкалы BBCH 87 (твердая восковая спелость) накапливалось наибольшее количество незаменимых аминокислот. Несмотря на то, что такие аминокислоты как аргинин, гистидин, лейцин и изолейцин, валин, пролин и треонин имеют максимальное содержание в зерне в фазе полной спелости, суммарное количество исследуемых протеиногенных аминокислот выше в фазу твердой восковой спелости в среднем на 5 %. Кроме того, суммарное количество аминокислот у всех исследуемых культур уменьшается после наступления полной спелости. Таким образом, разница между стадией твердой восковой спелости (87) и стадией перезрелости (перестой на корню – 92) составляет от 5 до 15 %.
Массовая доля белка в зерновых колосовых культурах выше в стадии твердой восковой спелости (87) в среднем на 10 %.
У сизого пырея сорта «сова» в меньшей степени наблюдается изменение аминокислотного состава после наступления полной спелости. Предположительно, это связано с особенностями культуры, в процессе созревания которой некоторые аминокислоты переходят в зеленую незерновую часть, и аминокислотный состав незначительно изменяется. В других исследуемых культурах (многолетней озимой пшенице (трититригия) сорта «памяти Любимовой» и озимой пшенице сортов «адмирал» и «лучезар») наблюдается «стекание» аминокислот и белка после наступления полной спелости.
Таким образом, зерновые колосовые культуры, убранные в стадии твердой восковой спелости (87) могут быть использованы как сырье для производства кормовой добавки повышенной питательной ценности. Это позволит использовать доступное недорогое сырье и уменьшить содержание дорогостоящей рыбной муки, которая в большинстве случаев является импортной. Также уборка зерновых колосовых культур в фазу твердой восковой спелости позволит сократить количество дней уборки после наступления полной спелости, тем самым минимизировав потери от самоосыпания в результате перестоя на корню, что будет способствовать системному развитию кормовой и сырьевой базы.
Зерновые колосовые культуры ранних фаз спелости можно использовать в пищевой промышленности, например, в качестве добавки в хлебобулочные изделия [27]. Поскольку зерновой ворох пшеницы ранних фаз спелости имеет высокое содержание клетчатки, он может быть использован как субстрат для выращивания пробиотических бактерий и получения кормовых и пищевых добавок [28].
1 OECD-FAO Agricultural Outlook 2021‒2030. Paris: OECD Publishing. 2021. URL: https://doi.org/10.1787/19428846-en (дата обращения: 20.06.2023).
2 Абросимова Н. А., Абросимов С. С., Саенко Е. М. Кормовое сырье и добавки для объектов аквакультуры. 2-е изд. испр. Ростов н/Д: Медиа-Полис. 2006. 147 с.
3 Пьянов В. С. Крупнотоварное производство зерна : моногр. Ставрополь. 2014. 244 с. EDN: WZGWBN ; Фусточенко А. Ю. Повышение эффективности функционирования жатки очесывающего типа совершенствованием параметров и режимов работы обтекателя : дис. ... канд. техн. наук. Ростов н/Д, 2015. 152 с.
4 Коренев Г. В. Биологическое обоснование сроков и способов уборки зерновых культур. М. : Колос, 1971. 160 с.
About the authors
Yuriy F. Lachuga
Russian Academy of Sciences
Email: akadema1907@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5474-859X
Dr.Sci. (Engr.), Professor, Academician
Russian Federation, MoscowBesarion Ch. Meskhi
Don State Technical University
Email: reception@donstu.ru
ORCID iD: 0000-0001-9347-3410
Dr.Sci. (Engr.), Professor, Rector
Russian Federation, Rostov-on-DonViktor I. Pakhomov
Don State Technical University; Agrarian Research Center Donskoy
Email: v.i.pakhomov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8715-0655
Dr.Sci. (Engr.), Corresponding Member of the Russian Academy of Sciences, Director, Head of the Department Technologies and equipment for processing agricultural products
Russian Federation, Rostov-on-Don; ZernogradDmitriy V. Rudoy
Don State Technical University; Agrarian Research Center Donskoy
Author for correspondence.
Email: rudoy.d@gs.donstu.ru
ORCID iD: 0000-0002-1916-8570
Cand.Sci. (Engr.), Associate Professor, Dean of Agribusiness Faculty, Leading researcher at the Research Laboratory Agrobiotechnology Center, Senior Researcher at the Department of Mechanization of Crop Production
Russian Federation, Rostov-on-Don; ZernogradSergey I. Kambulov
Don State Technical University; Agrarian Research Center Donskoy
Email: kambulov.s@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8712-1478
Dr.Sci. (Engr.), Associate Professor, Chief Researcher of the Department of Mechanization of Crop Production, professor of the department Technologies and Equipment for Agricultural Products Processing
Russian Federation, Rostov-on-Don; ZernogradTatyana A. Maltseva
Don State Technical University
Email: tamaltseva.donstu@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-3973-6846
Cand.Sci. (Engr.), Research of the Center of Development of the Territorial Cluster Dolina Dona, Assistant professor of the department Technologies and Equipment for Agricultural Products Processing
Russian Federation, Rostov-on-DonReferences
- Kolmakov V.I., Kolmakova A.A. Amino Acids in Promising Feeds for Fish Aquaculture: a Review of Experimental Data. Journal of SIBFU. Biology. 2020;13(4):424–442. (In Russ.) https://doi.org/10.17516/1997-1389-0332
- Sandrykin D.V., Kondratenko E.P., Egushova E.A., Pinchuk L.G. Dynamics of Accumulation of Dry Matter and Changes in the Chemical Composition of Grain during Maturation. Achievements of Science and Technology of the Agro-Industrial Complex. 2011;12. (In Russ.) EDN: OKKJAV
- Pakhomov V.I., Braginets S.V., Bakhchevnikov O.N., Rudoy D.V. Features of the Technology of Feed Production From Grain Heaps During Early and Late Harvesting. Machinery and Equipment for the Village. 2021;(1):16–19. (In Russ.) https://doi.org/10.33267/2072-9642-2021-1-16-19
- Kotenko Yu.N., Yurkina A.I., Rubets V.S., Pylnev V.V., Kanaan M.D. Dynamics of Physical and Biochemical Properties in the Process of Maturation of Winter Triticale Grain Under Conditions of CRNZ (×TRITICOSECALE WITTM.) Izvestiya TLCA. 2020;(3):42‒55. (In Russ.) https://doi.org/10.26897/0021-342X-2020-3-42-55
- Berenshtein I.B., Shabanov N.P. Resource-Saving Technologies of Harvesting Grain (Ear) Crops. Izvestia of Agricultural Science of Taurida. 2017;10(173):62‒73. Available at: https://cyberleninka.ru/article/n/resursosberegayuschie-tehnologii-uborki-zernovyh-kolosovyh-kultur/viewer (accessed 20.06.2023). (In Russ.)
- Kraska P., Andruszczak S., Dziki D., Stocki M., Stocka N., Kwiecińska-Poppe E., et al. Green Grain of Spelt (Triticum Aestivum Ssp. Spelta) Harvested at the Stage of Milk-Dough as a Rich Source of Valuable Nutrients. Emirates Journal of Food and Agriculture. 2019;31(4):263–270. https://doi.org/10.9755/ejfa.2019.v31.i4.1931
- Berihuete-Azorín M., Stika H.P., Hallama M., Valamoti S.M. Distinguishing Ripe Spelt From Processed Green Spelt (Grünkern) Grains: Methodological Aspects and the Case of Early La Tène Hochdorf (Vaihingen a.d. Enz, Germany). Journal of Archaeological Science. 2020;118:105143. https://doi.org/10.1016/j.jas.2020.105143
- Pakhomov V., Rudoy, D., Maltseva T., Kulikova N., Ugrekhelidze N., Enalyeva L., et al. Analysis of the Micronization Process Effect on the Amino Acid Composition in Compound Feed. E3S Web of Conferences. 2020;210:07003. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202021006012
- Özkaya B., Turksoy S., Özkaya H., Baumgartner B., Özkeser İ., Köksel H. Changes in the Functional Constituents and Phytic Acid Contents of Firiks Produced From Wheats at Different Maturation Stages. Food Chemistry. 2018;246:150–155. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2017.11.022
- Wollmer A.C., Pitann B., Mühling K.H. Grain Storage Protein Concentration and Composition of Winter Wheat (Triticum Aestivum L.) as Affected by Waterlogging Events During Stem Elongation or Ear Emergence. Journal of Cereal Science. 2018;83:9–15. https://doi.org/10.1016/j.jcs.2018.07.007
- Martínez-Núñez M., Ruiz-Rivas M., Vera-Hernández P.F., Bernal-Muñoz R., Luna-Suárez S., Rosas-Cárdenas F.F. The Phenological Growth Stages of Different Amaranth Species Grown in Restricted Spaces Based in BBCH Code. South African Journal of Botany. 2019;124:436–443. https://doi.org/10.1016/j.sajb.2019.05.035
- Brandán J.P., Curti R.N., Acreche M.M. Phenological Growth Stages in Chia (Salvia hispanica L.) According to the BBCH scale. Scientia Horticulturae. 2019;255:292–297. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2019.05.043
- Hernández Delgado P.M., Aranguren M., Reig C., Galván D. F., Mesejo C., Fuentes A.M., et al. Phenological Growth Stages of Mango (Mangifera indica L.) According to the BBCH Scale. Scientia Horticulturae. 2011;130(3):536–540. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2011.07.027
- Miedaner T., Haffke S., Siekmann D., Fromme F.J., Roux S.R., Hackauf B. Dynamic quantitative trait loci (QTL) for plant height predict biomass yield in hybrid rye (Secale cereale L.). Biomass and Bioenergy. 2018;115:10–18. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2018.04.001
- Meskhi B., Rudoy D., Lachuga Y., Pakhomov V., Soloviev A., Matrosov A., et al. Finite Element and Applied Models of the Stem with Spike Deformation. Agriculture. 2021;11(11):1147. https://doi.org/10.3390/agriculture11111147
- Rudoy D., Pakhomov V., Olshevskaya A., Maltseva T., Ugrekhelidze N., Zhuravleva A., et al. Review and Analysis of Perennial Cereal Crops at Different Maturity Stages. IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. 2021;937:022111. https://doi.org/10.1088/1755-1315/937/2/022111
- Konovalova N.Yu., Konovalova S.S. The Influence of Grain Harvesting Terms on the Productivity and Quality of the Resulting Grain Fodder in the Conditions of the European North of Russia. Dairy Bulletin. 2018;(1). (In Russ.) https://doi.org/10.24411/2225-4269-2018-00005
- Gerasimov E.Yu., Demina M.A., Zavivaev S.N., Kuchin N.N. Changes in the Chemical Composition and Nutritional Value of Corn in the Final Periods of Development. Bulletin of the NGIEI. 2013;(4). (In Russ.) Available at: http://vestnik.ngiei.ru/wp-content/uploads/2014/12/Герасимов-Е.-Ю.-Дёмина-М.-А.-Завиваев-С.-Н.-Кучин-Н.-Н..pdf (accessed 20.06.2023).
- Rudoy D.V., Pakhomov V.I., Sarkisyan D.S. Analysis of Methods for Preserving Wheat Grain at the Early Stages of Ripeness. Collection of Scientific Papers of the 9th International Scientific and Practical Conference “Innovative Technologies in Science and Education”. 2021;131–137. (In Russ.) https://doi.org/10.23947/itno.2021.131-137
- Konstantinov M.M., Lovchikov A.P., Lovchikov V.P., Korytko A.A. Terms and Technical Equipment of the Harvesting Process in the Technology of Production of Flattened Feed Grain. Izvestiya OGAU. 2012;(6). (In Russ.) Available at: https://clck.ru/376uww (accessed 20.06.2023).
- Gladkov Yu.A., Evtefeev Yu.V., Kobzeva L.V., Bartaya N.N. Pouring Grain of Spring Soft Wheat in Varieties of Different Precocity. Bulletin of the ASAU. 2006;(4):14‒19. Available at: https://cyberleninka.ru/article/n/naliv-zerna-yarovoy-myagkoy-pshenitsy-u-sortov-razlichnoy-skorospelosti (In Russ.) (accessed 20.06.2023).
- Ferrise R., Bindi M., Martre P. Grain Filling Duration and Glutenin Polymerization Under Variable Nitrogen Supply and Environmental Conditions for Durum Wheat. Field Crops Research. 2015;171:23–31. https://doi.org/10.1016/j.fcr.2014.10.016
- Lee H., Choi M., Hwang W., Jeong J., Yang S., Lee C. Occurrence of Rice Preharvest Sprouting Varies Greatly Depending on Past Weather Conditions During Grain Filling. Field Crops Research. 2021;264:108087. https://doi.org/10.1016/j.fcr.2021.108087
- Koga S., Böcker U., Wieser H., Koehler P., Uhlen A.K., Moldestad A. Polymerisation of Gluten Proteins in Developing Wheat Grain as Affected by Desiccation. Journal of Cereal Science. 2017;73:122–129. https://doi.org/10.1016/j.jcs.2016.12.003
- Rudoy D.V., Pakhomov V.I., Kambulov S.I., Olshevskaya A.V., Zolotov S.A., Maltseva T.A. Application of Combing Method in the Technology of Perennial Grain Crops Harvesting in the Early Maturity Phases. Polythematic Network Electronic Scientific Journal of Kuban State Agrarian University (Scientific Journal of KubGAU). 2022;(6):214–224. (In Russ.) http://dx.doi.org/10.21515/1990-4665-180-013
- Lachuga Yu.F., Meskhi B.Ch., Pakhomov V.I., Rudoy D.V. [Harvesting Unit]. Patent 206314 Russian Federation. 2021. 7 p.
- Enalyeva L., Rudoy D., Alekseyev A., Tupolskih T., Lodyanov V. Scientific Aspects of the Study of the Protein Carbohydrate Raw Materials Biomodification Process in the Production of Functional Food Products. E3S Web of Conferences. 2020;210:03004. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202021003004
- Ushakova N.A., Pravdin V.G., Kravtsova L.Z., Ponomarev S.V., Gridina T.S., Ponomareva E.N., et al. Complex Bioactive Supplements for Aquaculture-Evolutionary Development of Probiotic Concepts. Probiotics and Antimicrobial Proteins. 2021;13(4):1696‒1708. https://doi.org/10.1007/s12602-021-09835-y
Supplementary files
