ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH

Transkrypt

1 ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH Zeszyt 585 Wydział Nauk o Żywności Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie 2016

2 Wydział Nauk o Żywności, Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie RADA REDAKCYJNA Andrzej Lenart przewodniczący André Chwalibog (Dania) Rui Costa (Portugalia) Marco Dalla Rosa (Włochy) Frédéric Debeaufort (Francja) Jesus Frias (Irlandia) Józef Horabik Tadeusz Kudra (Kanada) Jan Łabętowicz Jan Niemiec Edward Pierzgalski KOMITET REDAKCYJNY Dorota Witrowa-Rajchert redaktor naczelna Mirosław Słowiński zastępca redaktor naczelnej Ewa Gondek sekretarz ADRES REDAKCJI Wydział Nauk o Żywności SGGW w Warszawie ul. Nowoursynowska 159c Warszawa Opracowanie redakcyjne Ewa Janda, Violetta Kaska, Jan Kiryjow Czasopismo w postaci wydrukowanej jest wersją pierwotną ISSN Wydawnictwo SGGW, ul. Nowoursynowska 166, Warszawa tel (-22; -25 sprzedaż), fax wydawnictwo@sggw.pl Druk: POLIMAX s.c., ul. Nowoursynowska 161 L, Warszawa

3 Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych nr 585, 2016, 3 11 WPŁYW UŻYŹNIACZA GLEBOWEGO UGMAX NA PLON FRAKCJI HANDLOWEJ ORAZ ZAWARTOŚĆ AZOTU BIAŁKOWEGO I AZOTANÓW W BULWACH ZIEMNIAKA (SOLANUM TUBEROSUM L.) Alicja Baranowska 1, Krystyna Zarzecka 2, Iwona Mystkowska 1, Marek Gugała 2 1 Państwowa Szkoła Wyższa im. Papieża Jana Pawła II w Białej Podlaskiej 2 Uniwersytet Przyrodniczo-Humanistyczny w Siedlcach Streszczenie. Celem badań było określenie wpływu użyźniacza glebowego UGmax na plon frakcji handlowej, zawartość azotu białkowego i azotanów w bulwach ziemniaka jadalnego. Badania realizowano w latach na glebie zaliczanej do klasy bonitacyjnej IVa. Badanymi czynnikami były odmiana ziemniaka oraz sposób aplikacji użyźniacza. Ocenie poddano dwie średnio wczesne odmiany ziemniaka jadalnego (Satina i Tajfun) oraz 5 sposobów stosowania preparatu UGmax różniących się dawką i terminem aplikacji. W wyniku przeprowadzonych badań wykazano, że użyźniacz glebowy UGmax istotnie zwiększał plon bulw frakcji handlowej. Był on większy na wszystkich obiektach, na których aplikowano ten preparat niezależnie od dawki i terminu jego stosowania w porównaniu z obiektem standardowym. Plon bulw frakcji handlowej zależał również od uprawianych odmian. Użyźniacz glebowy UGmax istotnie zwiększał zawartość azotu białkowego w bulwach ziemniaka w porównaniu z obiektem standardowym, natomiast zawartość azotanów w świeżej masie bulw ziemniaka nie zależała od badanych czynników eksperymentu. Słowa kluczowe: ziemniak, użyźniacz glebowy, plon frakcji handlowej, azot białkowy, azotany WSTĘP Współczesne rolnictwo stawia przed rolnikami nowe wyzwania, jednym z nich jest konieczność produkcji bezpiecznej i ekologicznej żywności [Gajewski i in. 2013]. Idea ochrony bioróżnorodności, środowiska naturalnego i konsumenta staje się coraz alabar@tlen.pl Copyright by Wydawnictwo SGGW

4 4 A. Baranowska, K. Zarzecka, I. Mystkowska, M. Gugała bardziej popularna i prowadzi do poszukiwania różnych metod uprawy roślin z jednoczesnym zmniejszeniem presji na otaczające środowisko przyrodnicze [Mrówczyński i Roth 2009]. Tendencje te widoczne są także w agrotechnice ziemniaka, gdzie ostatnio powszechnie kreowany jest proces tzw. ekologizacji rolniczej przestrzeni produkcyjnej [Nowacki 2005]. Wyrazem dbałości o środowisko przyrodnicze i o jakość zebranych plonów jest wprowadzenie do produkcji roślinnej, w tym również ziemniaka, różnego rodzaju użyźniaczy glebowych, biostymulatorów, efektywnych mikroorganizmów, preparatów wzbogacających glebę w próchnicę, poprawiających zdrowotność i odporność roślin na warunki stresowe, ułatwiających pobieranie składników pokarmowych oraz pozwalających na osiąganie wysokich i dobrej jakości plonów [Trawczyński i Bogdanowicz 2007, Gajewski i in. 2010, Kołodziejczyk 2015]. Jednak możliwość wykorzystania preparatów mikrobiologicznych w praktyce rolniczej nie jest jeszcze w pełni poznana. Zwolennicy ich stosowania dowodzą korzystnego wpływu tych preparatów na zdrowotność roślin i gleby, co wiąże się z poprawą wielkości i jakości plonów, a przeciwnicy wskazują na małą wiarygodność wyników, wynikającą z krótkiego okresu badań oraz lokalnego ich zasięgu [Shah i in. 2001, Piskier 2006, Boligłowa i Gleń 2008]. Zainteresowanie praktyki rolniczej i nieliczne oraz niejednoznaczne dotychczas wyniki empiryczne skłaniają do dalszych badań nad wpływem preparatów zawierających mikroorganizmy na środowisko glebowe i plonowanie roślin [Kotwica i in. 2011]. Dlatego też celem badań było określenie wpływu użyźniacza glebowego UGmax na plon frakcji handlowej oraz zawartość azotu białkowego i azotanów w bulwach ziemniaka jadalnego. MATERIAŁ I METODY Materiał źródłowy stanowiły wyniki doświadczenia polowego przeprowadzonego w Rolniczej Stacji Doświadczalnej Zawady w latach z zastosowaniem użyźniacza glebowego UGmax. Badania polowe realizowano na glebie typu gleby płowe o składzie granulometrycznym gliny piaszczystej, zaliczanej do kompleksu żytniego bardzo dobrego, oraz klasy bonitacyjnej IVa, o odczynie lekko kwaśnym i kwaśnym (ph KCl 4,81 5,91). Zasobność gleby w przyswajalny fosfor była od wysokiej do bardzo wysokiej, w potas od niskiej do wysokiej, w magnez od niskiej do średniej. Doświadczenie założono metodą losowanych podbloków w trzech powtórzeniach. Badanymi czynnikami były odmiana ziemniaka oraz sposób aplikacji użyźniacza. Ocenie poddano dwie średnio wczesne odmiany ziemniaka jadalnego (Satina i Tajfun) oraz pięć sposobów stosowania preparatu UGmax w różnych dawkach i terminach: 1 obiekt standardowy bez UGmax, 2 UGmax doglebowo przed sadzeniem w dawce 1,0 dm 3 ha 1, 3 UGmax doglebowo przed sadzeniem w dawce 0,5 dm 3 ha 1, przy wysokości roślin cm i w fazie pąków kwiatowych po 0,25 dm 3 ha 1, 4 UGmax przed sadzeniem w dawce 1,0 dm 3 ha 1 i przy wysokości roślin cm i w fazie pąków kwiatowych po 0,5 dm 3 ha 1, 5 UGmax dolistnie przy wysokości roślin cm i w fazie pąków kwiatowych po 0,5 dm 3 ha 1. Preparat UGmax jest ekstraktem z kompostu zawierającym szczepionkę mikroorganizmów glebowych. W jego skład wchodzą: drożdże, bakterie kwasu mlekowego, bakterie Pseudomonas, Azotobakter i promieniowce oraz makro- Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

5 Wpływ użyźniacza glebowego UGmax na plon... 5 i mikroelementy: potas (3500 mg l 1 ), azot (1200 mg l 1 ), siarka (1000 mg l 1 ), fosfor (500 mg l 1 ), sód (200 mg l 1 ), magnez (100 mg l 1 ), cynk (20 mg l 1 ), mangan (0,3 mg l 1 ). Jesienią, przed założeniem doświadczenia, stosowano obornik w dawce 25 t ha 1 oraz nawożenie fosforowe 44,0 kg P ha 1 (superfosfat potrójny 46%) i potasowe 124,5 kg K ha 1 (sól potasowa 60%), a wiosną nawożenie azotowe (saletra amonowa 34%) w dawce 100 kg N ha 1. Bulwy ziemniaka sadzono w rozstawie rzędów 67,5 cm, co 37 cm w rzędzie, w drugiej dekadzie kwietnia. Przeciw chwastom około 7 dni przed wschodami roślin ziemniaka zastosowano mieszaninę herbicydów Command 480 SC (0,2 dm 3 ha 1 ) i Afalon dyspersyjny 450 SC (1,0 dm 3 ha 1 ). W okresie wegetacji plantację chroniono przed stonką ziemniaczaną insektycydami Apacz 50 WG (40,0 g ha 1 ) i Actara 25 WG (80,0 g ha 1 ) oraz przed zarazą ziemniaka, stosując Ridomil Gold MZ 68 WG (2,0 kg ha 1 ) i Dithane 455 SC (2,0 kg ha 1 ). Zbioru dokonywano w okresie dojrzałości technologicznej bulw, w pierwszej dekadzie września. Tuż przed zbiorem na wszystkich obiektach doświadczenia wykopano bulwy z 10 roślin ziemniaka (z wyłączeniem roślin brzeżnych) i określono w nich strukturę plonu, wyodrębniając frakcje według średnicy poprzecznej: do 35, 36 50, i powyżej 60 mm. Za plon frakcji handlowej przyjęto bulwy o średnicy > 35 mm [Roztropowicz 1999, Rozporządzenie MRiRW 2003]. Plon ogólny bulw został przedstawiony w pracy Zarzeckiej i Gugały [2013]. Azot białkowy oznaczono w suchej masie bulw metodą Kjeldahla na aparacie 2300 Kjeltec Analyzer Unit [Ostrowska i in. 1991]. Azotany oznaczono metodą kolorymetryczną. Wyniki badań opracowano statystycznie za pomocą analizy wariancji, a istotność różnic testowano testem Tukeya przy poziomie istotności p = 0,05. Podczas prowadzenia badań panowały zróżnicowane warunki pogodowe. W 2008 roku temperatura powietrza była zbliżona do temperatury panującej w okresie wieloletnim i wynosiła średnio 14,7 C. Opady były większe niż w okresie wieloletnim o 96,2 mm, ale dobrze rozłożone w poszczególnych miesiącach wegetacji. Był to sezon sprzyjający wzrostowi i rozwojowi roślin ziemniaka oraz jego plonowaniu. W 2009 roku średnia temperatura powietrza była wyższa od średniej wieloletniej i wynosiła 15,1 C, a opady były rozłożone nierównomiernie. Rok 2010 był cieplejszy niż poprzednie sezony, a opady były bardzo duże (459,7 mm) i przekraczały średnią z okresu wieloletniego aż o 184,5 mm, był to sezon najbardziej wilgotny. WYNIKI I DYSKUSJA Wyzwaniem dla nauki i praktyki rolniczej staje się poszukiwanie nowoczesnych metod produkcji, wpływających nie tylko na wielkość i jakość plonów, ale również pozwalających odbudować aktywność biologiczną gleby. Jedną z nich może być stosowanie mikrobiologicznych preparatów poprawiających właściwości środowiska glebowego i jakość zebranych plonów [Boligłowa i Gleń 2008]. Wprowadzenie do gleby wyselekcjonowanych szczepów mikroorganizmów może poprawić jej aktywność mikrobiologiczną, przyspieszyć rozkład materii organicznej i zmienić jej właściwości fizyczne [Higa 1998, Kaczmarek i in. 2008, Zydlik i Zydlik 2008, Kołodziejczyk 2014]. Nieliczne i niejednoznaczne wyniki empiryczne skłaniają do dalszych badań nad wpływem preparatów zawierających mikroorganizmy. nr 585, 2016

6 6 A. Baranowska, K. Zarzecka, I. Mystkowska, M. Gugała W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, że plon bulw frakcji handlowej zależał istotnie od sposobu stosowania preparatu nawozowego UGmax, odmiany i warunków atmosferycznych podczas wegetacji roślin (tab. 1). Tabela 1. Plon frakcji handlowej bulw o średnicy >35 mm (t ha 1 ) Table 1. Yield of trade fraction of tubers >35 mm (t ha 1 ) Obiekty Objects Odmiany ziemniaka Potato cultivars 1 * Satina Tajfun Lata Years ,72 47,10 21,10 27,24 19,52 29,83 Średnio Mean 27,11 34,72 Średnio Mean 43,91 24,17 24,68 30,92 Satina Tajfun 52,66 59,43 25,40 33,18 26,56 36,96 34,87 43,19 Średnio Mean 56,05 29,29 31,76 39,03 Satina Tajfun 53,32 60,12 28,98 38,38 31,91 41,37 38,07 46,62 Średnio Mean 56,72 33,68 36,64 42,35 Satina Tajfun 57,42 64,10 32,10 45,32 33,81 43,48 41,11 50,97 Średnio Mean 60,76 38,71 38,65 46,04 Satina Tajfun 43,34 52,97 22,35 31,32 23,73 34,44 29,81 39,58 Średnio Mean 48,16 26,84 29,09 34,70 Średnio Mean 53,12 30,54 32,17 38,61 NIR 0,05 LSD 0,05 lata years odmiany cultivars sposoby stosowania UGmax methods of using UGmax lata odmiany years cultivars lata sposoby stosowania UGmax years methods of using UGmax odmiany sposoby stosowania UGmax cultivars methods of using UGmax lata odmiany sposoby stosowania UGmax years cultivars methods of using UGmax * oznaczenia jak w metodyce badań designations as in the methodology. 0,99 0,64 1,03 1,68 1,78 10,30 17,80 Największe plony bulw frakcji handlowej (46,0 i 42,4 t ha 1 ) zebrano odpowiednio z obiektu, na którym preparat mikrobiologiczny stosowano doglebowo przed sadzeniem i dwukrotnie podczas wegetacji w łącznej dawce 1,5 dm 3 ha 1, oraz z obiektu, na którym preparat UGmax aplikowano w tych samych terminach, ale w dawce mniejszej, wynoszącej 1,0 dm 3 ha 1. Podobne wyniki badań uzyskali Trawczyński i Bogdanowicz [2007], Frąckowiak-Pawlak [2011] oraz Zarzecka i Gugała [2013]. W eksperymencie obserwowano zróżnicowane plonowanie odmian ziemniaka, wyżej plonowała odmiana Tajfun niż Satina. Analizując lata badań wykazano, że plon bulw frakcji handlowej istotnie zależał od przebiegu warunków pogodowych. Największy plon handlowy zebrano w 2008 roku, w którym warunki atmosferyczne były najkorzystniejsze dla plonowania ziemniaka. W 2008 roku temperatura powietrza była zbliżona do temperatury panującej w okresie wieloletnim, natomiast opady były równomiernie rozłożone w poszczególnych miesią- Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

7 Wpływ użyźniacza glebowego UGmax na plon... 7 cach wegetacji. Podobne wyniki badań uzyskał Nowacki [2002, 2006], który stwierdził, że udział plonu handlowego w plonie ogólnym jest determinowany między innymi przebiegiem warunków pogodowych w okresie wegetacji. W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, że zawartość azotu białkowego w suchej masie bulw ziemniaka kształtowała się od 12,32 do 16,41 g kg 1 i była istotnie większa w bulwach zebranych z obiektów, na których zastosowano preparat nawozowy UGmax w stosunku do obiektu standardowego (tab. 2). Znajduje to potwierdzenie w badaniach Wierzbickiej i Trawczyńskiego [2011], którzy wykazali, że stosowanie mikroorganizmów glebowych przyczynia się do zwiększenia zawartości azotu w bulwach ziemniaka. Z kolei Trawczyński i Bogdanowicz [2007] nie udowodnili wpływu mikroorganizmów glebowych zawartych w użyźniaczu glebowym na gromadzenie tego składnika. Tabela 2. Zawartość azotu białkowego w bulwach ziemniaka (g kg 1 s.m.) Table 2. Content of protein nitrogen in potato tubers (g kg 1 d.m.) Obiekty Objects 1 * Średnio Mean Lata Years Odmiany Cultivars Średnio Mean Satina Tajfun 12,49 13,37 13,90 14,57 13,19 15,48 16,14 16,29 16,41 16,07 12,32 12,66 12,96 13,18 12,52 13,61 14,50 14,90 15,23 14,31 13,23 13,61 13,85 14,19 13,54 13,43 14,05 14,38 14,72 13,93 13,50 16,08 12,73 14,51 13,68 14,10 NIR 0,05 LSD 0,05 lata years odmiany cultivars sposoby stosowania UGmax methods of using UGmax lata sposoby stosowania UGmax years methods of using UGmax * oznaczenia jak w metodyce badań designations as in the methodology. 0,29 0,18 0,32 0,56 Z przeprowadzonych badań wynika także, że zawartość azotu białkowego istotnie zależała od cech odmianowych. Więcej tego składnika w bulwach stwierdzono u odmiany Satina. O wpływie odmian na zawartość azotu w bulwach donoszą również Prośba-Białczyk i in. [2002] oraz Wierzbicka i Trawczyński [2011]. Największą zawartość azotu białkowego w bulwach ziemniaka odnotowano w 2009 roku, w którym lipiec był miesiącem ciepłym o niewielkiej ilości opadów, wynosiły one średnio 26,4 mm. W okresie wieloletnim w lipcu kształtowały się one na poziomie 49,8 mm. Wpływ warunków pogodowych na zawartość białka znajduje potwierdzenie w pracach Sas-Piotrowskiej [1974], Lis i in. [2002], Wierzbickiej i Trawczyńskiego [2011], którzy stwierdzili, że na zawartość białka ogólnego, a zwłaszcza właściwego, stymulująco wpływa ciepły, suchy i słoneczny okres wegetacji, natomiast nadmierne opady w okresie gromadzenia plonu mogą doprowadzić do wypłukania azotu z gleby, co wiąże się z ograniczonym pobieraniem tego składnika przez rośliny. Zawartość azotanów(v) w bulwach istotnie zależała tylko od warunków pogodowych panujących w okresie wegetacji roślin (tab. 3). Największą zawartość azotanów(v) w bulwach badanych odmian ziemniaka stwierdzono w 2008 roku, w którym panowała nr 585, 2016

8 8 A. Baranowska, K. Zarzecka, I. Mystkowska, M. Gugała wyższa temperatura powietrza w lipcu i sierpniu oraz odnotowano mniejszą ilość opadów w porównaniu z analogicznym okresem w pozostałych latach badań. Podobne wyniki uzyskali Frydecka-Mazurczyk i Zgórska [2000], Lis i in. [2002] oraz Trawczyński [2016]. W prowadzonym eksperymencie zawartość azotanów (V) w żadnej z badanych prób nie przekroczyła dopuszczalnego poziomu 200 mg NO 3 kg 1 [Rozporządzenie Ministra Zdrowia 2003]. Tabela 3. Zawartość azotanów w bulwach ziemniaka (mg kg 1 ś.m.) Table 3. Content of nitrates in potato tubers (mg kg 1 f.m.) Obiekty Objects 1 * Średnio Mean Lata Years Odmiany Cultivars Satina Tajfun 172,5 174,1 173,8 174,0 173,0 166,6 167,2 167,3 167,6 166,8 151,2 152,4 158,0 160,0 152,0 163,5 165,0 165,5 166,0 163,9 173,5 167,1 154,7 164,8 163,2 164,1 167,2 168,4 163,9 165,4 Średnio Mean 163,4 164,6 166,4 167,2 163,9 165,1 NIR 0,05 LSD 0,05 lata years 14,8 * oznaczenia jak w metodyce badań designations as in the methodology. WNIOSKI 1. Użyźniacz glebowy UGmax zastosowany w różnych dawkach i terminach przyczynił się do zwiększenia plonu bulw frakcji handlowej w porównaniu z obiektem standardowym. 2. Największe plony bulw zebrano z obiektów, na których UGmax stosowano doglebowo przed sadzeniem oraz nalistnie w trakcie wegetacji w łącznych dawkach 1,0 i 1,5 dm 3 ha Użyźniacz glebowy UGmax istotnie zwiększał zawartość azotu białkowego w bulwach ziemniaka w porównaniu z obiektem standardowym, natomiast zmiany w zawartości azotanów w świeżej masie bulw ziemniaka nie były istotne. LITERATURA Boligłowa E., Gleń K., Assessment of effective microorganism activity (EM) in winter wheat production against fungal diseases. Ecol. Chem. Eng. 15(1 2), Frąckowiak-Pawlak K., Wyniki wieloletnich doświadczeń z UGmax. Por. Go sp. 2, 11. Frydecka-Mazurczyk A., Zgórska K., Zawartość azotanów(v) w bulwach ziemniaka w zaleności od odmiany, miejsca uprawy i terminu zbioru. Żywność. Nauka. Technologia. Jakość 4 (25) Supl., Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

9 Wpływ użyźniacza glebowego UGmax na plon... 9 Gajewski P., Kaczmarek A., Owczarzak W., Jakubas M., Mocek A., Wpływ dodatków organicznych oraz preparatu EM-A na właściwości fizyczne, chemiczne oraz na stan struktury poziomu orno-próchnicznego gleby uprawnej. Część III. Stan struktury. J. Res. App. Agric. Eng. 58(3), Gajewski P., Kaczmarek Z., Mrugalska L., Wpływ wzrastających dawek preparatu EM-A na właściwości gleb uprawnych. Cz. I. Właściwości fizyczne i wodne. J. Res. App. Agric. Eng. 55(3), Higa T., Effective Microorganisms, concept and recent advances in technology. Proceed. Effective Microorganisms for a sustainable agriculture and environment. 4th Int. Conf. on Kyusei Nature Farming, Bellingham Washington USA, Kaczmarek Z., Wolna-Murawka A., Jakubus M., Zmiany liczebności wybranych grup drobnoustrojów glebowych oraz aktywności enzymatycznej w glebie inokulowanej efektywnymi mikroorganizmami (EM). J. Res. Appl. Agric. Eng. 53(3), Kołodziejczyk M., Effectiveness of nitrogen fertilization and application of microbial preparations in potato cultivation. Turk. J. Agric. For., 38, Kołodziejczyk M., Effect of nitrogen fertilization and microbial preparations on N-min content in soil after potato harvesting. J. of Agric. Sci. and Technol. 17(5), Kotwica K., Jaskulska I., Jaskulski D., Gałęzewski L., Walczak D., Wpływ nawożenia azotem i sposobu użyźniania gleby na plonowanie pszenicy ozimej w zależności od przedplonu. Fragm. Agron. 28(3), Lis B., Mazurczyk W., Trawczyński C., Wierzbicka A., Czynniki ograniczające wykorzystanie azotu przez rośliny ziemniaka a zagrożenie środowiska. Zesz. Prob. Post. Nauk Rol. 489, Mrówczyński M., Roth M., Zrównoważone stosowanie środków ochrony roślin. Prob. Inż. Rol. 2, Nowacki W., Parametry jakości ziemniaka konfekcjonowanego genetyczne i środowiskowe ich uwarunkowania. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 489, Nowacki W., Stopień chemizacji w technologii uprawy ziemniaka w Polsce. Post. Ochr. Rośl./Prog. Plant Prot. 45(1), Nowacki W., Udział plonu handlowego w plonie ogólnym jadalnych odmian ziemniaka. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 511, Ostrowska A., Gawliński S., Szczubiałkowa Z., Metody analizy i oceny właściwości gleb i roślin. Inst. Ochr. Środ., Warszawa, ss Piskier T., Reakcja pszenicy jarej na stosowanie biostymulatorów i absorbentów glebowych. J. Res. Appl. Agric. Eng. 51(2), Praca zbiorowa pod red. Roztropowicz S Metodyka obserwacji, pomiarów i pobierania prób w agrotechnicznych doświadczeniach z ziemniakiem. IHAR Jadwisin, Prośba-Białczyk U., Matkowski K., Pląskowska E., Wpływ ochrony i sposobu uprawy na produkcyjność i zdrowotność czterech odmian skrobiowych ziemniaka. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 489, Rozporządzenie Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi w sprawie szczegółowych wymagań w zakresie jakości handlowej ziemniaków (Dz.U. z 2003 r. nr 194 poz. 1900). Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 13 stycznia 2003 r. w sprawie maksymalnych poziomów zanieczyszczeń chemicznych i biologicznych, które mogą znajdować się w żywności, składnikach żywności, dozwolonych substancjach dodatkowych, substancjach pomagających w przetwarzaniu albo na powierzchni żywności (Dz.U. z 2003 r. nr 37, poz. 326 z późn. zm.). nr 585, 2016

10 10 A. Baranowska, K. Zarzecka, I. Mystkowska, M. Gugała Roztropowicz S., Czerko Z., Głuska A., Goliszewski W., Gruczek T., Lis B., Lutomirska B., Nowacki W., Rykaczewska K., Sowa-Niedziałkowska G., Szutkowska M., Wierzejska-Bujakowska A., Zarzyńska K., Zgórska K., Metodyka obserwacji, pomiarów i pobierania prób w agrotechnicznych doświadczeniach z ziemniakiem. Wyd. IHAR Radzików, Oddział Jadwisin, Sas-Piotrowska B., Wpływ środowiska na zawartość białka w ziemniaku. Z prac Inst. Ziemn. 7, Shah H.S., Saleem M.F., Shahid M., Effect of different fertilizers and effective microorganisms on growth, yield and quality of maize. Int. J. Agric. Biol. 3, Trawczyński C., Bogdanowicz P., Wykorzystanie użyźniacza glebowego w aspekcie ekologicznej uprawy ziemniaka. J. Res. App. Agric. Eng. 52(4), Trawczyński C., Plon i jakość bulw nowych odmian ziemniaka w warunkach zróżnicowanego nawożenia mineralnego azotem. Acta Agrophysica, 23(2), Wierzbicka A., Trawczyński C., Wpływ nawadniania i mikroorganizmów glebowych na zawartość makro- i mikroelementów w bulwach ziemniaków ekologicznych. Fragm. Agron. 28(4), Zarzecka K., Gugała M., Wpływ użyźniacza glebowego UGmax na plon ziemniaka i jego strukturę. Biul. IHAR 267, Zydlik P., Zydlik Z., Impact of biological effective microorganisms (EM) preparations on some physico-chemical properties of soil and the vegetative growth of apple-tree rootstocks. Nauka Przyr. Techn. 2(1), 1 8. THE IMPACT OF THE SOIL FERTILIZER UGMAX ON THE YIELD OF COMMERCIAL FRACTION, THE CONTENT OF PROTEIN NITROGEN AND NITRATES IN POTATO TUBERS (SOLANUM TUBEROSUM L.) Summary. The interest in agricultural practice, as well as the slight and inconsistent empirical results achieved thus far, prompted to further research into the impact of preparations containing microorganisms to the soil environmental and plant yielding. The aim of the research was to define the impact of the soil fertilizer UGmax on the commercial fraction yields, the content of protein nitrogen and nitrates in edible potato tubers. A field experiment was carried out at Agricultural Experimental Station in the Zawady (52 o 03 o N; 22 o 3 o E) on the IVa soil valuation class in years The examined factors included variety and method of the soil fertilizer UGmax application. Two medium-early varieties of edible potato (Satina and Tajfun) and five ways of using the soil fertilizer Ugmax, in different doses and terms were assessed: 1. standard object without UGmax, 2. UGmax applied to the soil before tuber planting at a dose of 1,0 dm 3 ha 1, 3. UGmax applied to the soil before tuber planting at a dose of 0,5 dm 3 ha 1, when the height of plants is about cm, and in the flower buds making phase at a dose of 0,25 dm 3 ha 1,4. UGmax before tuber planting at a dose of 1,0 dm 3 ha 1 and when the height of plants is about cm and in the flower buds making phase at a dose of 0,5 dm 3 ha 1, 5. UGmax when the height of plants is about cm and in the flower buds making phase at a dose of 0,5 dm 3 ha 1. The soil fertilizer was dissolved in 300 dm 3 of water per hectare. The soil fertilizer UGmax is an extract of compost containing the vaccine of the soil microorganisms. It consists of: lactic bacteria, bacteria Pseudomonas, Azotobakter, actinomycetes, yeast and macro and micronutrients such as: potassium (3500 mg l 1 ), nitrogen (1200 mg l 1 ), sulphur (1000 mg l 1 ), phosphorus (500 mg l 1 ), sodium (200 mg l 1 ), magnesium (100 mg l 1 ), zinc (20 mg l 1 ), Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

11 Wpływ użyźniacza glebowego UGmax na plon manganese (0,3 mg l 1 ). As a result of the research, it was shown that the microbiological preparation used during the experiment significantly influenced the yield increase of commercial fraction tubers. This yield was bigger at each object after using of the preparation, in comparison with the standard object. Our own research has shown that the commercial fraction yield also depended on the cultivated varieties. The soil fertilizer UGmax significantly increased the content of protein nitrogen in potato tubers, in comparison with the standard object. Changes in the nitrate content in the fresh mass of potato tubers were not significant. Key words: potato, soil fertilizer, commercial fraction yields, protein nitrogen, nitrates nr 585, 2016

12

13 Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych nr 585, 2016, EFFECT OF MINERAL FERTILIZATION ON SELECTED COMPONENTS OF TUBERS OF DIFFERENT POTATO CULTIVARS Bożena Bogucka, Bożena Cwalina-Ambroziak University of Warmia and Mazury in Olsztyn Summary. Potato tubers accumulate non-starch polysaccharides. A higher level of carbophydrates is correlated with a higher amount of potato pulp and high starch losses during technological processing. During the extraction of starch from potato tubers, glycoalkaloids, free amino acids and proteins are transferred to starch milk, which increases its foaminess and hinders further processing. Another important goal is to prevent the darkening of raw potato pulp. The scarcity of research reports on the effect of fertilization on the content of soluble and insoluble non-starch polysaccharides has encouraged the authors to undertake this study. The aim of this study was to determine the effect of soil (280 and 420 kg NPK ha -1 ) and foliar (Basfoliar , ADOB Mn, Solubor DF) application of mineral fertilizers on nutrient concentrations in potato varieties. The varieties had a significant effect on the dry matter content of tubers and flesh darkening four hours after cutting. The levels of crude protein and nonstarch polysaccharides were affected by the varieties and soil fertilizer doses. The late variety had the highest dry matter content. The medium-early variety the highest content of crude protein, the lowest content of non-starch polysaccharides and a low degree of flesh darkening. Foliar fertilizers had no significant influence on the analyzed parameters. The high level of soil fertilization (420 kg NPK ha -1 ) contributed to an increased content of protein and carbohydrates, which makes starch extraction from potato tubers more difficult. Key words: potato, fertilization, organic components, flesh darkening INTRODUCTION The potato was introduced to Ireland in the 17 th century, and since then potato production technologies have been greatly improved. Combined foliar and soil application of mineral fertilizers is a crop management strategy that minimizes plant nutrient losses [Westermann 2005]. Potatoes are a rich source of starch for different industry branches. bozena.bogucka@uwm.edu.pl Copyright by Wydawnictwo SGGW

14 14 B. Bogucka, B. Cwalina-Ambroziak Potato tubers accumulate also non-starch polysaccharides (cellulose, hemicellulose, pectin and lignin). Higher carbohydrate levels are correlated with higher amounts of potato pulp (by-product of the extraction of potato starch) and higher starch losses in the production process. During starch extraction from potato tubers, glycoalkaloids, free amino acids and proteins are transferred to starch milk, which increases its foaminess and hinders further processing. Another important consideration is how to prevent the darkening of raw potato flesh [Lisińska 2006]. There is a scarcity of published research on the effect of foliar fertilizers on the content of soluble and insoluble non-starch polysaccharides in potato tubers, which can contribute to starch losses in the production process. This has encouraged the authors to conduct the present study. MATERIALS AND METHODS In , field experiments were conducted at the Department of Agrotechnology and Crop Production Management, University of Warmia and Mazury in Olsztyn. The field was located at the Agricultural Experiment Station in Bałcyny (N = ; E = ,3 ). Three-factorial replicable trials (repeated in subsequent years) were set up in a randomized split-split-plot design with three replications. The first experimental factor was a potato variety: Adam (a medium-early variety with an average starch content of 185 g kg -1 ), Pasja Pomorska (a medium-late variety with an average starch content of 200 g kg -1 ), and Ślęza (a late variety with a high starch content of 215 g kg -1 ). Pasja Pomorska and Ślęza are preferred for starch production in Poland. In 2014, the variety Ślęża was deleted from the register The second factor comprised two levels of soil fertilization: A 280 kg NPK ha -1 (80 N, 80 P, 120 K), B 420 kg NPK ha -1 (120 N, 144 P, 156 K). Soil fertilization involved single application of potassium salt (49.8%), triple superphosphate (20.1%) and ammonium nitrate (34%) before potato planting. The third factor was foliar fertilization: a Basfoliar (8 dm ha -1 ), b ADOB Mn (4 dm ha -1 ), c Solubor DF (2 dm ha -1 ), d ADOB Mn + Solubor DF (2 + 1 dm ha -1 ), e ADOB Mn + Basfoliar (2 + 4 dm ha -1 ), f Basfoliar Solubor DF(4 + 1 dm ha -1 ), g Basfoliar ADOB Mn + Solubor DF ( dm ha -1 ), h control treatment no foliar fertilization. Foliar fertilizers were applied once, at the beginning of flowering (BBCH 61). The composition of foliar fertilizers was as follows (% by weight): ADOB Mn: Mn 10.0, N 6.5, Mg 2.0; Solubor DF: B 17.5; Basfoliar : N 12.0, P 1.7, K 4.98, Mg 0.12, Mn 0.01, Cu 0.01, Fe 0.01, B 0.02, Zn 0.005, Mo [ Each year, the experiment was established on Haplic Luvisol originating from boulder clay [IUSS Working Group WRB 2006]. Composite soil samples were taken from each plot to a depth of 20 cm to determine the chemical properties of soil. On the experimental sites, soil ph in 1mol dm 3 KCl ranged from 6.2 to 6.4 and soil nutrient levels ranged from 82 to 144 mg kg -1 P (Egner-Riehm method), 153 to 184 mg kg -1 K (Egner-Riehm method), 170 to 210 mg kg -1 Mn (AAS), 0.44 to 1.18 mg kg -1 B (colorometry, Specol 11 spectro-colorimeter, Carl Zeiss Jena, Germany) (Table 1). Potatoes were planted at the end of April. Each year, they were grown after cereals, without organic fertilization, and were harvested at full ripeness, at the end of September. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

15 Effect of mineral fertilization on selected components Table 1. Selected chemical properties of topsoil (0 20 cm) before the establishment of the experiment in successive years of the study Tabela 1. Wybrane właściwości chemiczne wierzchniej warstwy gleby (0 20 cm) przed założeniem doświadczenia w kolejnych latach badań Rok badań Year of study Kwasowość (ph in 1 mol dm 3 KCl) Acidity (ph in 1 mol dm 3 KCl) Składniki przyswajalne (mg kg -1 gleby) Available nutrients (mg kg -1 soil) P K Mn B Cultivation practices included double hilling and repeated spraying with pesticides. The herbicide Afalon Dispersive 450 SC in a dose of 2 dm 3 ha -1 was used to control dicotyledonous weeds, against potato blight was prevented by the systemic action fungicide Ridomil Gold MZ 68 WG 2 kg ha -1 and Tattoo C 750 SC 2 dm 3 ha -1. At a later time, the preparation with surface activity Antracol 70 WG 1.8 kg ha -1, Gwarant 500 SC 2 dm 3 ha -1. Neonikotynoid Apacz 50 WG 40 g ha -1, Calypso 480 SC 0.08 dm 3 ha -1 and Mospilan 20 SP 80 g ha -1 were applied against Colorado potato beetle. The dry matter content of potatoes was determined by drying to constant weight. The concentrations of non-starch polysaccharides (crude fiber) were determined by indirect filtration according to the Lepper method (PN-EN ISO 6865:2000). Nitrogen and total protein content was measured by the Kjeldahl method (PN ISO 5983:2000). The protein content of fresh weight and dry weight was calculated. All analyses were performed at the Chemical Laboratory of the Department of Animal Nutrition and Feed Science, University of Warmia and Mazury in Olsztyn. Samples collected from all treatments were analyzed in two replications per treatment. The darkening of raw flesh was evaluated subjectively on ten tubers collected from each treatment, 10 minutes and four hours after cutting, on a Danish color scale from 1 most intense darkening to 9 unchanged color. THE STATISTICAL METHODS The results were processed statistically by ANOVA. The significance of differences between treatments was determined by the Tukey s test, at p = All analyses were performed in the STATISTICA 10 application. A partial correlation between the protein content of potato tubers vs. dry matter content was calculated using linear regression equations. THE METEOROLOGICAL CONDITIONS The year 2008 was characterized by uneven distribution of rainfall: dry spells were followed by wet spells. During the potato growing season, total amount of rainfall was 99.6 mm lower, and mean daily air temperature was 0.7 C higher than the respective 40-year averages. Rainfall was also unevenly distributed in 2009, and dry and rainy nr 585, 2016

16 16 B. Bogucka, B. Cwalina-Ambroziak periods occurred alternately. During the potato growing season, total amount of rainfall was only 26.8 mm lower, and mean daily air temperature was 1.4 C higher than the respective 40-year averages. In 2010, rainfall was more evenly distributed than in 2008 and During the potato growing season, total amount of rainfall was 44 mm higher, and mean daily air temperature was 1.6 C higher than the respective 40-year averages (Table 2). Table 2. Climate conditions during the growing season in Bałcyny Tabela 2. Warunki klimatyczne okresu wegetacji w Bałcynach Rok badań Year of study Odchylenie od średniej wieloletniej Deviations from the long-term average of Opady atmosferyczne (mm) Rainfall total (mm) Temperatura powietrza ( C) Air temperature ( C) IV V VI VII VIII IX IV V VI VII VIII IX RESULTS AND DISCUSSION The late variety Ślęza had the highest dry matter content, followed by the medium-late Pasja and medium-early Adam, and the noted differences were statistically significant (Fig. 1). According to Zimnoch-Guzowska and Flis [2006], the dry matter content of potatoes ranges from 131 to 368 g kg -1. In a study by Jansen and Flamme [2006] potatoes accumulated 183 to 341 g kg -1 dry matter. Hasse et al. [2007], Kołodziejczyk and Szmigiel [2007] demonstrated that the dry matter content of potato tubers is a varietal trait. g kg -1 Fig. 1. Rys. 1. The variety and the dry matter content (g kg -1 ) of potato tubers, a, b, c values marked with the same letter do not differ significantly, Pasja = Pasja Pomorska Odmiana a zawartość suchej masy (g kg -1 ) w bulwach ziemniaka, a, b, c wartości oznaczone tą samą literą nie różnią się istotnie, Pasja = Pasja Pomorska Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

17 Effect of mineral fertilization on selected components Soil fertilization had no significant effect on dry matter accumulation in potato tubers, which corroborates the findings of Rożyło and Pałys [2009] and Öztürk et al. [2010] reported that nitrogen fertilization increased from 120 to 240 kg ha -1 and phosphorus fertilization at 90 and 180 kg P ha -1 had no influence on the dry matter content of potato tubers. Fontes et al. [2010] demonstrated that increasing nitrogen doses (50, 100, 200 and 300 kg N ha -1 ) affected dry matter concentrations in potatoes. Hasse et al. [2007] found that potassium fertilizers contributed to a 21 g kg -1 decrease in the dry matter content of organic potatoes. Foliar fertilizers had no effect on dry matter levels in potatoes. In a study by Kołodziejczyk and Szmigiel [2007] dry mater accumulation in potato tubers was not affected by microelement foliar fertilizers, either. The concentrations of non-starch polysaccharides in potato tubers varied between varieties. The content of non-starch polysaccharides was significantly higher in var. Pasja Pomorska and Ślęza (2.26 and 1.61 g kg -1, respectively) than in var. Adam (Fig. 2). According to Zimnoch-Guzowska and Flis [2006], the crude fiber content of potatoes ranges from 1.7 to 34.8 g kg -1. Our results are consistent with those of Tajner-Czopek et al. [2002] who reported that late varieties are characterized by the highest content of non-starch polysaccharides, up to 35% higher in comparison with early and medium- -early varieties. According to Kita et al. [2000], non-starch polysaccharides accumulate in the cork layer of potato tubers, which explains why their concentrations are higher in late varieties. g kg -1 Fig. 2. Rys. 2. The variety and the content of non-starch polysaccharides (g kg -1 ) in potato tubers. Explanations see Fig. 1 Odmiana a zawartość węglowodanów nieskrobiowych (g kg -1 ) w bulwach ziemniaka. Objaśnienia jak pod rys. 1 Increasing doses of soil fertilizers ( from 280 to 420 kg NPK ha -1 ) and the application of foliar fertilizers did not increase the levels of non-starch polysaccharides in potatoes. An increase in soil fertilization by 240 kg NPK ha -1 significantly increased the content of non-starch polysaccharides (by 1.66 g kg -1 ) only in var. Ślęza (Fig. 3). The protein content of potato dry weight was also the highest in the medium-early variety Adam, i.e. by 23% higher than in var. Pasja Pomorska and Ślęza (Fig. 4). Our results support previous research conducted by Burgos et al. [2009], Stankiewicz et al. [2008], and Wierzbicka and Trawczyński [2012] who determined higher protein concentrations nr 585, 2016

18 18 B. Bogucka, B. Cwalina-Ambroziak g kg -1 Fig. 3. The variety and soil fertilization and the content of non-starch polysaccharides (g kg -1 ) in potato tubers, a, b, c values marked with the same letter do not differ significantly, A 280 kg NPK ha -1 ; B 420 kg NPK ha -1, Pasja = Pasja Pomorska Rys. 3. Odmiana i nawożenie doglebowe a zawartość węglowodanów nieskrobiowych (g kg -1 ) w bulwach ziemniaka, a, b, c wartości oznaczone tą samą literą nie różnią się istotnie, A 280 kg NPK ha -1 ; B 420 kg NPK ha -1, Pasja = Pasja Pomorska g kg -1 Fig. 4. The variety and the crude protein content (g kg -1 ) of potato tubers. Explanations see Fig. 1. Rys. 4. Odmiany a zawartość białka surowego (g kg -1 ) w bulwach ziemniaka. Objaśnienia jak pod rys. 1. in potato dry weight in medium-early varieties ( g kg -1 DW) than in late varieties ( g kg -1 DW). Jansen and Flamme [2006] reported that the protein content of potato tubers ranged from 44 to 136 g kg -1. In treatments with soil fertilization at 420 kg NPK ha -1, the protein content of potato tubers increased significantly by 4.9 g kg -1 DW (Fig. 5). Wierzbicka and Trawczyński [2012], Murawska et al. [2015] demonstrated that an increase in nitrogen doses by 40 kg per ha had a significant effect on the protein content of potatoes. Wacławowicz et al. [2006], and Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

19 Effect of mineral fertilization on selected components g kg -1 Fig. 5. Rys 5. The soil fertilization and the crude protein content (g kg -1 ) of potato tubers. Explanations see Fig. 3 Nawożenie doglebowe a zawartość białka surowego (g kg -1 ) w bulwach ziemniaka. Objaśnienia jak pod rys. 3 Różyło and Pałys [2009] noted an increase (by 50 g kg -1 DW) in protein percentage with increasing doses of soil fertilizers. In the work of Stankiewicz et al. [2008], an increase in nitrogen doses by 30 kg per ha contributed to an increase in protein accumulation in potato tubers by up to 70 g kg -1 DW. Öztürk et al. [2010] demonstrated that increasing nitrogen doses increased protein concentrations by up to 12 g kg -1 DW. In an experiment by Fontes et al. [2010], increasing nitrogen doses (50, 100, 200 and 300 kg N ha -1 ) caused a linear or quadratic increase in tuber protein concentrations, depending on a cultivar. Foliar fertilization had no significant effect on the crude protein content of potato tubers. Barczak and Kozera [2007] demonstrated that copper and molybdenum contained in microelement foliar fertilizers increased crude protein levels in potatoes. In the present study, the above elements were included in Basfoliar , but they had no influence on protein concentrations. Kołodziejczyk and Szmigiel [2007] reported an increase in the total protein content of potato tubers in response to microelement foliar fertilizers containing titanium. Correlation analyses revealed a linear relationship between dry matter content vs. protein content in potato tubers; protein content decreased with increasing concentrations of dry matter (Fig. 6). Protein yield increased with an increase in dry matter yield and protein concentrations on a dry matter basis (Fig. 7) [Wierzbicka, Trawczyński 2012, Bogucka 2014]. No changes were observed in the color of raw potato flesh 10 minutes after cutting. Four hours after cutting, medium-late and late varieties were characterized by more intense darkening of raw flesh than the medium-early variety Adam, whose flesh color changed the last. The differences between varieties were statistically significant (Fig. 8). Variety-dependent enzymatic browning in potatoes was also reported by Grudzińska and Zgórska (2006). According to Brown et al. [1999] enzymatic browning in raw tubers is a hereditary qualitative trait. nr 585, 2016

20 Fig. 6. Rys. 6. zawartość białka, protein content (kg ha -1 ) = * sucha masa, dry matter (g kg -1 ) współczynnik korelacji, coefficient of correlation: r = zawartość białka, protein content (g kg -1 ) sucha masa, dry matter (g kg -1 ) Partial correlation between protein content (g kg -1 DW) (y) or dry matter content of potato tubers (g kg -1 ) (x) Zależność cząstkowa pomiędzy zawartością białka (g kg -1 DW) (y) a zawartością suchej masy w bulwach ziemniaka (g kg -1 ) (x) plon białka, protein yield (kg ha -1 ) = * zawartość białka, protein content (g kg -1 ) współczynnik korelacji, coefficient of correlation: r = plon białka, protein yield (kg ha -1) zawartość białka, protein content (g ka -1 ) Fig. 7. plon białka, protein yield (kg ha -1 ) = * sucha masa, dry mattery yield (t ha -1 ) współczynnik korelacji, coefficient of correlation: r = plon białka, protein yield (kg ha -1 ) sucha masa, dry mattery yield (t ha -1 ) Partial correlation between protein yield (kg ha -1 ) (y) and protein content (g kg -1 DW) or the yield of dry matter (t ha -1 ) of potato tubers (x) Rys. 7. Zależność cząstkowa pomiędzy plonem białka (kg ha -1 ) (y) a zawartością białka (g kg -1 DW) oraz suchej masy (t ha -1 ) w bulwach ziemniaka (x)

21 Effect of mineral fertilization on selected components Fig. 8. Rys. 8. The variety and darkening of raw tuber flesh four hours after cutting (9 scale). Explanations see Fig. 1 Odmiana a ciemnienie bulw surowych po 4 godzinach (9 skala). Objaśnienia jak pod rys. 1 Soil fertilization had no significant effect on the darkening of raw potato flesh. Peshin and Singh [1999] found that intensive nitrogen fertilization could indirectly contribute to enzymatic browning in potato tubers through increasing the concentrations of phenolic compounds. According to Müller [1988], moderate potassium doses may reduce potato proneness to darkening. In our study, foliar fertilization had no significant effect on the analyzed parameter. Mondy and Munshi [1993] demonstrated that microelement foliar fertilizers, in particular boron, decreased the content of phenolic compounds in raw potato tubers, thus reducing their proneness to darkening, which was not observed in the present experiment. CONCLUSIONS The accumulation of dry matter, crude protein and non-starch polysaccharides in potato tubers and the darkening of raw flesh were different between the varieties. An increase in the NPK doses from 280 to 420 kg ha -1 increased only the crude protein content of potatoes. Soil fertilization resulted in significant differences in the concentrations of nonstarch polysaccharides between the potato varieties. Foliar fertilizers had no influence on tuber quality. A correlation analysis revealed that higher concentrations of dry matter in potato tubers were correlated with a lower protein content. This implies that late varieties, characterized by a higher content of starch and dry matter, accumulate lowers amounts of protein that medium-early and medium-late varieties, which makes them more suitable for starch production. A high level of soil fertilization (420 kg NPK ha -1 ) contributed to an increase in the concentrations of protein and carbohydrates, which hinders starch extraction from potato tubers. nr 585, 2016

22 22 B. Bogucka, B. Cwalina-Ambroziak REFERENCES Barczak B., Kozera W., Effects of leaf fertilization of potato plants with microelements on fractional composition of proteins in tubers. Biuletyn IHAR 243, Bogucka B., Effect of different mineral fertilization technologies on the size of starch granules in potato. Starch/ Stärke, 66, 1 6. DOI /star Brown C.R., McNabnay M., Dean B., Genetic characterization of reduced melanin formation in tuber tissue of Solanum hjertingii and hybrids with cultivated diploids. Am. J. of Pot. Res. 76, Burgos G., Haan S., Salas E., Bonierbale M., Protein, iron, zinc and calcium concentrations of potatoes following traditional processing as chunno. J. of Food Composition and Analysis 22, Fontes P.C.R., Braun H., Busato C., Cecon P.R., Economic optimum nitrogen fertilization rates and nitrogen fertilization effect on tuber characteristic of potato cultivars. Potato Res. 53, Grudzińska M., Zgórska K Enzymatic darkening of the tuber pulp depending on potato cultivar. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 511: Hasse T., Schüler C., Hasse N.U., Heß J., Suitability of organic potatoes for industrial processing: Effect of agronomical measures on selected quality parameters AT harvest and after storage. Potato Res. 50, IUSS WORKING GROUP WRB, World Reference Base for Soil Resources. 2nd edition. World Soil Resources Reports No FAO, Rome. Jansen G., Flamme W., Coloured potatoes (Solanum tuberosum L.) anthocyanin content and tuber quality. Genetic Resources and Crop Evolution 53, Kita A., Rytel E., Tajner-Czopek A., Lisińska G., The consistency chips depending on the potato harvest date. Żywność Nauka Technologia Jakość 4(25), Kołodziejczyk M., Szmigiel A., Effect of selected agrotechnical factors on potato yielding and chemical compositions of tubers. Fragm. Agronom. 2(94), Lisińska G., The technological value of potato varieties for processing in starch and food processing. Ziemniak Polski 3, Mondy M.I., Munshi C.B., Effect of soil and foliar application of molybdenum on the glycoalkaloid and nitrate concentration of potatoes. J. Agric. Food Chem. 42, Murawska B., Spychaj-Fabisiak E., Majcherczyk E., Kozera W., Gaj R., Różański S., Jachymska J., Znaczenie międzyplonów i mikroelementów w uprawie ziemniaka. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 580, Müller K., Zur frage für Kalidüngung zur Kartoffeln. Kartoffelbau 39(3), 102, Öztürk E., Kavurmaci Z., Kara K., Polat T., The effects of different nitrogen and phosphorus rates on some quality traits of potato. Potato Res. 53, Peshin A, Singh B., Biochemical composition of potato tubers as influenced by higher nitrogen application. J. Indian Potato Assoc. 26 (3 4), Różyło K., Pałys E., The chemical composition of potato tu bers and its correlations with the Mount of weed infestation depending on the fertilization system and the agronomical category of soil. Annales UMCS Lublin-Polonia, s. E, 64(3), Stankiewicz Cz., Bombik A., Rymuza K., Sratczewski J., An impact of selected agrotechnological operations on protein and exogenous amino acid content in potato tubers of Irga and Ekra cultivars turing their storage. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 530, Tajner-Czopek A., Kita A., Rytel E., Gołubowska G., The content of non-starch polysaccharides and lignin in potato tubers of varietes differing in their length of vegetation time. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 489, Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

23 Effect of mineral fertilization on selected components Wacławowicz R., Zimny L., Oliwa T., The effect of long-term potato cultivation in monoculture and specialistic crop rotations on the quality of tubers. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 511, Westermann D.T., Nutritional requirements of potatoes. Am. J. of Pot. Res. 82, Wierzbicka A., Trawczyński C., Factors affecting the protein kontent and protein field in potato tubers. Biuletyn IHAR 266, Zimnoch-Guzowska E., Flis B., Inheritance of the quality traits in potato. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 511, WPŁYW NAWOŻENIA MINERALNEGO NA KSZTAŁTOWANIE WYBRANYCH SKŁADNIKÓW W BULWACH RÓŻNYCH ODMIAN ZIEMNIAKA Streszczenie. Bulwy ziemniaka gromadzą polisacharydy nieskrobiowe. Wyższy poziom węglowodanów jest skorelowany z większą ilością miazgi ziemniaczanej i ze stratami skrobi w procesie produkcyjnym. Podczas ekstrakcji skrobi z bulw ziemniaczanych glikoalkaloidy, wolne aminokwasy i białka przenoszą się do mleka skrobiowego, co zwiększa straty i utrudnia dalszą obróbkę. Ważnym czynnikiem jest też zapobieganie ciemnieniu miąższu surowego ziemniaka. Niedobór opublikowanych badań na temat wpływu nawożenia na zawartość rozpuszczalnych i nierozpuszczalnych polisacharydów nieskrobiowych w bulwach ziemniaka, które mogą przyczynić się do strat skrobi w produkcji, skłonił do przeprowadzenia niniejszych badań. Celem badań była ocena wpływu nawożenia mineralnego doglebowego (280 i 420 kg NPK ha -1 ) oraz nawozów dolistnych (Basfoliar , ADOB Mn, Solubor DF) na zawartość składników w bulwach średnio wczesnej, średnio późnej i późnej odmiany ziemniaka. Odmiany miały istotny wpływ na zawartość suchej masy bulw i ciemnienie miąższu bulw surowych cztery godziny po przecięciu. Poziom białka surowego i polisacharydów nieskrobiowych zależał od odmiany i poziomu nawożenia. Odmiana późna wyróżniała się największą zawartością suchej masy. Odmiana średnio wczesna miała największą zawartość białka oraz najmniejszą zawartość polisacharydów nieskrobiowych i charakteryzowała się niskim stopniem ciemnienia. Nawozy dolistne nie miały istotnego wpływu na analizowane parametry. Wysoki poziom nawożenia doglebowego (420 kg NPK ha -1 ) przyczynił się do wzrostu poziomu białka i węglowodanów, które utrudniają ekstrakcję skrobi z bulw ziemniaka. Słowa kluczowe: ziemniak, nawożenie, składniki organiczne, ciemnienie miąższu The study was financed by the Polish Ministry of Science in (research project No. N N ) nr 585, 2016

24

25 Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych nr 585, 2016, WPŁYW OBRÓBKI KULINARNEJ NA WSKAŹNIK TRAWIENIA ORAZ ZAWARTOŚĆ FRAKCJI ŻYWIENIOWYCH SKROBI W ZIEMNIAKACH ODMIANY LORD Barbara Borczak 1, Elżbieta Sikora 1, Marek Sikora 1, Gabriela Barańska 2, Joanna Kapusta-Duch 1, Edyta Maja Kutyła- -Kupidura 1 1 Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie 2 REGIS Sp. z o.o. Streszczenie. Celami badań były oznaczenie frakcji żywieniowych skrobi oraz ocena wartości wskaźnika trawienia skrobi zawartej w ziemniakach odmiany Lord, surowych i poddanych powszechnie stosowanym metodom obróbki kulinarnej. Materiał badawczy stanowiły ziemniaki, które poddano gotowaniu, odgrzewaniu w mikrofalówce oraz smażeniu. Zawartość skrobi całkowitej nie uległa istotnym zmianom na skutek zastosowanych technik kulinarnych (p > 0,05) i wynosiła średnio 11,8 g 100 g -1. Wykazano natomiast, że smażone ziemniaki charakteryzowały się większą zawartością skrobi opornej (1,2 g 100 g -1 ) i powoli trawionej (1,0 g 100 g -1 ), w porównaniu do ziemniaków przygotowanych innymi technikami kulinarnymi. Odgrzewanie na drugi dzień ugotowanych ziemniaków w mikrofalówce również w istotny sposób wpływało na tworzenie się skrobi opornej (1,1 g 100 g -1 ). Wykazano jednak, że zarówno gotowane, smażone, jak i odgrzewane ziemniaki zawierały dużą ilość skrobi szybko trawionej i tym samym miały wysokie wartości wskaźnika trawienia skrobi (81 92%). Słowa kluczowe: ziemniaki, obróbka kulinarna, wskaźnik trawienia skrobi WSTĘP Ziemniaki wraz z produktami zbożowymi i mięsnymi stanowią podstawową grupę produktów wchodzących w skład całodziennej racji pokarmowej w Polsce. Ich spożycie kształtuje się na poziomie 4,03 kg na miesiąc [Mały Rocznik Statystyczny Polski 2014]. b.borczak@ur.krakow.pl Copyright by Wydawnictwo SGGW

26 26 B. Borczak, E. Sikora, M. Sikora i in. Zważywszy na wysoki udział tych produktów w racji pokarmowej, nie bez znaczenia pozostaje ich wartość odżywcza, jak również ich wpływ na zdrowie. Ziemniaki stanowią jedno z podstawowych źródeł węglowodanów złożonych w naszej diecie. Głównym składnikiem ich suchej masy jest skrobia, której zawartość w świeżej bulwie wynosi 11,8 22 g 100 g -1, z kolei białko i tłuszcz występują w niewielkich ilościach, a zawartość błonnika pokarmowego kształtuje się na poziomie od 0,5 do 2 g 100 g -1 [Nayak i in. 2014]. Ogólnie większość produktów skrobiowych charakteryzuje się wysokim indeksem glikemicznym (powyżej 70%) ze względu na dużą zawartość skrobi szybko ulegającej trawieniu (tzw. RDS rapidly digestible starch) [Brouns i in. 2005]. W profilaktyce chronicznych chorób dietozależnych, takich jak cukrzyca typu 2, otyłość, choroby serca czy nowotwory, rekomendowana jest konsumpcja produktów o niskim indeksie glikemicznym, a przy tym bogatych w błonnik pokarmowy [De Angelis i in. 2003]. Problem ten jest bardzo istotny, gdyż według Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) w 2030 roku cukrzyca typu drugiego, będzie siódmym w kolejności schorzeniem odpowiedzialnym za śmiertelność populacji światowej, a liczba osób dotkniętych tą chorobą ulegnie podwojeniu [Mathers i Loncars 2006]. Według danych literaturowych, indeks glikemiczny ziemniaków mieści się w szerokim zakresie, od bardzo niskiego (23%), aż do bardzo wysokiego (144%) [Foster-Powell i Brand-Miller 2002], na co wpływ może mieć wiele czynników, w tym: odmiana ziemniaków, dojrzałość bulw, struktura skrobi oraz procesy przetwarzania i przechowywania [Nayak i in. 2014]. Celami badań były oznaczenie frakcji żywieniowych i skrobi opornej oraz ocena wartości wskaźnika trawienia skrobi w ziemniakach odmiany Lord, surowych i poddanych powszechnie stosowanym rodzajom obróbki kulinarnej. Zaproponowana odmiana ziemniaków nie była dotychczas przebadana w aspekcie powyższych parametrów i niniejsza praca została ukierunkowana na uzupełnienie danych literaturowych. MATERIAŁ I METODY Do badania wykorzystano bulwy ziemniaków ogólnie dostępnej na rynku odmiany Lord. Jest to odmiana jadalna bardzo wczesna, ale będąca w całorocznej sprzedaży, o typie kulinarnym AB, czyli o zastosowaniu od sałatkowego do ogólnoużytkowego i o niskiej zawartości skrobi 11,8 g 100 g -1. Ziemniaki zakupione w siatkach po 2,5 kg w jednym z marketów były produktem krajowym, pochodzącym od jednego producenta. Badane ziemniaki poddano następującym podstawowym zabiegom kulinarnym, które na co dzień stosuje się do przygotowywania potraw z ziemniaków: (1) gotowanie po zalaniu zimną wodą przez czas około 40 minut do osiągnięcia pożądanej miękkości; (2) gotowanie po zalaniu wrzącą wodą przez czas około 30 minut do uzyskania pożądanej miękkości; (3) odgrzewanie w kuchence mikrofalowej (600 W; 1 min) po 24 h od ugotowania metodą I; (4) smażenie (frytki) na rozgrzanym uniwersalnym tłuszczu roślinnym przez około 10 minut. W celu porównania zawartości poszczególnych frakcji skrobi analizie poddano także produkt surowy (5). Do każdego sposobu obróbki pobierano próbę laboratoryjną około g ziemniaków, które myto i obierano za pomocą noża szczelinowego, a potem poddawano okre- Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

27 Wpływ obróbki kulinarnej na wskaźnik trawienia ślonej obróbce kulinarnej. W czasie nie dłuższym niż 60 minut od momentu ugotowania/ /smażenia potrawy z ziemniaków i ziemniaki surowe były rozdrabniane przy użyciu moździerza a następnie poddawane analizom. W materiale badawczym oznaczono zawartości: suchej masy [AOAC 2006], wolnej glukozy (FG) oraz glukozy zhydrolizowanej po 20 (G 20 ) i 120 minutach (G 120 ) trawienia według metody Englyst i in. [1992], w modyfikacji Chung i in. [2010], używając następujących roztworów enzymów: α-amylaza z trzustki wieprzowej (P-7545, Sigma-Aldrich, St.Louis, MO, USA), amyloglukozydaza (3300 U ml -1, Megazyme International, Irlandia Ltd., Bray, Irlandia) oraz inwertaza (I-4504, 300 U mg -1, Sigma-Aldrich, St.Louis, MO, USA). Analizowane próbki wytrząsano poziomo w łaźni wodnej (200 uderzeń/min) (WNE14, Memmert GmbH + Co KG, Schwabach, Niemcy). Poziom uwolnionej glukozy oznaczano każdorazowo metodą kolorymetryczną przy użyciu reagentu zawierającego enzymy: oksydazę glukozową i peroksydazę (K-Glox 09/12, Megazyme International, Irlandia Ltd., Bray, Irlandia). Zawartość skrobi opornej (RS ang. resistant starch) oraz całkowitej skrobi (TS ang. total starch) oznaczono metodami AOAC ; AACC 32-40, przy użyciu zestawu enzymatycznego firmy Megazyme (K-RSTAR 08/11, Megazyme International Ireland, Bray Business Park, Bray, co. Wicklow, Irlandia). Na podstawie powyższych rezultatów wyliczono parametry: RDS = (G 20 FG) 0,9, SDS = (G 120 G 20 ) 0,9 i SDI [%] = (RDS TS -1 ) 100. Pomiary frakcji skrobi wykonano w trzech równoległych powtórzeniach. METODY STATYSTYCZNE Analizy przeprowadzono w trzech równoległych powtórzeniach, a otrzymane wyniki przedstawiono, jako wartości średnie X ±SD i porównano przy użyciu jednoczynnikowej analizy wariancji przy poziomie istotności p < 0,05, a istotność różnic zbadano testem Duncana. WYNIKI I DYSKUSJA Oznaczona zawartość suchej masy w surowych ziemniakach odmiany Lord (18,7 g 100 g -1 ) była zgodna z wynikiem 18 g 100 g -1 uzyskanym przez Zagórską i Sowę-Niedziałkowską [2005] w tej samej odmianie. Wykazano istotny statystycznie wpływ obróbki kulinarnej na zawartość suchej masy w ziemniakach odmiany Lord (p < 0,05). Największą zawartością charakteryzowały się ziemniaki poddane smażeniu (frytki) (44,6 g 100 g -1 ), najmniejszą natomiast ziemniaki poddane procesowi gotowania (13,1 i 14,2 g 100 g -1 ) (tab. 1). Istnieją doniesienia, iż na skutek obróbki wstępnej i gotowania warzyw mogą nastąpić straty rozpuszczalnych węglowodanów i białek, witaminy C oraz składników mineralnych. Straty te mogły więc wpłynąć na zmniejszenie zawartości suchej masy w tak przetworzonych ziemniakach w badaniach prezentowanych niniejszej pracy (tab.1). Większa zawartość suchej masy w ziemniakach odgrzewanych po 24 godzinach od ugotowania wynikała natomiast z ubytku wody (parowanie). Duża zawartość suchej masy we frytkach mogła być spowodowana wnikaniem tłuszczu w wolne przestrzenie w tkance surowca, nr 585, 2016

28 28 B. Borczak, E. Sikora, M. Sikora i in. Tabela 1. Wpływ procesów kulinarnych na zawartość wybranych składników skrobiowych i wartość wskaźnika trawienia skrobi w produktach z ziemniaka odmiany Lord. Table 1. Effect of culinary processes on selected starch components and the value of starch digestion of potato products Lord variety Badany proces kulinarny Tested culinary process Surowy ziemniak Raw potatoe Gotowanie I Cooking I Gotowanie II Cooking II Odgrzewanie Reheating Smażenie Frying Sucha masa Dry matter Całkowita skrobia Total starch Analizowany parametr [g 100 g -1 ] Analyzed parameter [g 100 g -1 ] Skrobia szybko trawiona Rapidly digestible starch Skrobia wolno trawiona Slowly digestible starch Skrobia oporna Resistant starch Wskaźnik trawienia skrobi [%] Starch digestibility index [%] 18,7 ±0,2 c 11,9 ±0,1 a 3,5 ±0,3 d 0,5 ±0,5 b 7,9 ±0,3 a 29,2 ±3,4 d 13,1 ±0,2 e 11,8 ±0,3 a 10,6 ±0,0 ab 0,5 ±0,1 b 0,7 ±0,0 c 90,2 ±0,4 ab 14,2 ±0,1 d 11,8 ±0,2 a 10,9 ±0,0 a 0,3 ±0,1 b 0,6 ±0,1 c 92,3 ±0,5 a 14,9 ±0,1 b 11,9 ±0,1 a 10,1 ±0,0 bc 0,7 ±0,2 ab 1,1 ±0,1 b 85,3 ±0,2 bc 44,6 ±0,7 a 11,8 ±0,3 a 9,6 ±0,4 c 1,0 ±1,5 a 1,2 ±0,2 b 81,1 ±5,3 c Wartości w kolumnach opatrzone niejednorodnymi literami w indeksie górnym są istotnie różne przy p < 0,05. The values in columns with varied letters in superscript are statistically different at p < które powstają w wyniku parowania wody na jego powierzchni, na skutek gwałtownego wzrostu temperatury po umieszczeniu ziemniaków w rozgrzanym oleju [Drejarz, Lenart 2006, Kita, Lisińska 2007]. W ocenie strawności skrobi oznaczono zawartość różnych frakcji tego polisacharydu, w tym skrobi wolno trawionej (SDS), szybko trawionej (RDS), skrobi opornej (RS) i całkowitej skrobi (TS). Zawartość całkowitej skrobi TS w badanych bulwach ziemniaków odmiany Lord kształtowała się na poziomie 11,8 g 100 g -1 i nie uległa istotnym zmianom w wyniku zastosowanych metod obróbki kulinarnej (tab. 1) (p > 0,05). Jednocześnie była to wartość bardzo zbliżona do wyników pochodzących z innych źródeł literaturowych [Lenartowicz 2009]. Największą zawartość frakcji szybko trawionej skrobi (RDS) (tab. 1) stwierdzono w ziemniakach poddanych gotowaniu po zalaniu wrzącą wodą (metoda II) (10,9 g 100 g -1 ) i była ona istotnie większa w porównaniu do wartości tego składnika w ziemniakach odgrzewanych, frytkach i nieprzetworzonych (surowych) (p < 0,05). Generalnie, w ziemniakach poddanych obróbce cieplnej zawartość RDS była istotnie wyższa w porównaniu z ziemniakami surowymi, które zawierały 2 3-krotnie mniejsze jej ilości (3,5 g 100 g -1 ) (tab. 1). Wyniki badań wpływu obróbki hydrotermicznej na wzrost zawartości skrobi RDS w ziemniakach gotowanych tradycyjnie (10,1 14,82 g 100 g -1 ) pod ciśnieniem Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

29 Wpływ obróbki kulinarnej na wskaźnik trawienia (9,72 g 100 g -1 ) oraz odgrzewanych (12,61 g 100 g -1 ) uzyskane przez innych autorów były zbliżone do uzyskanych w niniejszej pracy [Englyst i in. 1992, Ahmed, Urooj 2008]. Wzrost strawności skrobi pod wpływem obróbki kulinarnej jest związany z działaniem podwyższonej temperatury, obecności wody oraz oleju na natywną skrobię ziemniaczaną [Balunkeswar i in. 2014]. Wiązania wodorowe występujące pomiędzy rozgałęzionymi łańcuchami amylopektyny i prostymi łańcuchami amylozy w granulach skrobi ulegają w tym procesie rozerwaniu, a grupy hydroksylowe wiążą cząsteczki wody powodując wzrost rozpuszczalności skrobi, która ulega pęcznieniu oraz żelifikowaniu. W konsekwencji krystaliczna struktura skrobi zostaje zmieniona i w takiej formie staje się bardziej podatna na hydrolizę enzymatyczną, łatwiej ulegając procesom trawienia [Ek i in. 2012]. Podobne zmiany w strukturze skrobi mogą nastąpić podczas procesu smażenia [Goñi i in. 1997]. Ilość frakcji skrobi wolno trawionej (SDS) w badanych produktach kształtowała się na poziomie od 0,30 do 1,0 g 100 g -1 (tab. 1). Proces gotowania nie miał istotnego wpływu na zwiększenie zawartości tej frakcji (p > 0,05). Jej ilość była niska i porównywalna w ziemniakach surowych, jak i poddanych gotowaniu po zalaniu zimną (I) i wrzącą (II) wodą oraz odgrzewanych (tab. 1). W przypadku procesu smażenia nastąpiło natomiast istotne zwiększenie ilości SDS, w porównaniu do ziemniaków surowych i gotowanych dwiema metodami (p > 0,05), natomiast w stosunku do ziemniaków odgrzewanych nie była statystycznie istotna (tab. 1). Badania innych autorów potwierdziły małą zawartość frakcji SDS w ziemniakach surowych (<5% skrobi całkowitej) [Mishra i in. 2008] oraz poddanych gotowaniu (średnio 3% s.m.) [Fernandes i in. 2005, Monro i in. 2009]. Zwiększenie zawartości frakcji SDS w ziemniakach poddanych smażeniu było prawdopodobnie związane z obecnością tłuszczów, które mogą tworzyć kompleksy ze skrobią i tym samym zmniejszać jej podatność na trawienie enzymatyczne [Balunkeswar i in. 2014]. Kompleksy amylozowo-tłuszczowe mogą powstawać zarówno w obecności endogennych tłuszczów, jak i tłuszczów dodawanych podczas smażenia lub pieczenia ziemniaków. W wielu badaniach z udziałem wolontariuszy wykazano, że część skrobi nie ulega strawieniu w przewodzie pokarmowym człowieka [Nugent 2005, Ek i in. 2012]. Ta niestrawiona frakcja to tzw. skrobia oporna, definiowana jako suma skrobi i produktów jej degradacji, które niezaabsorbowane w jelicie cienkim docierają do jelita grubego, gdzie stają się substratem w procesie fermentacji dokonywanej przez bakterie mikroflory jelitowej [Fuentes-Zaragoza i in. 2005]. Natywna skrobia ziemniaczana charakteryzuje się największą obecnością frakcji opornej w porównaniu do skrobi wyizolowanych z innych surowców, takich jak pszenica czy groch [Nugent 2005]. W niniejszej pracy wykazano, że zawartość skrobi opornej (RS) w badanych produktach była najwyższa w surowych ziemniakach (7,91 g 100 g -1 produktu) (tab. 1). Zastosowane metody gotowania wpłynęły w stopniu istotnym na zmiany zawartości RS w otrzymanym produkcie (p > 0,05). Oznaczony poziom badanej frakcji skrobi był mały i wyniósł odpowiednio: 0,67 g 100 g -1 dla ziemniaków gotowanych po zalaniu zimną wodą (I) i 0,61 g 100 g -1 dla ziemniaków gotowanych po zalaniu wrzącą wodą (II). Ziemniaki odgrzewane i frytki zawierały istotnie większą zawartość RS, na poziomie odpowiednio: 1,05 i 1,22 g 100 g -1 (p < 0,05). Podobne wyniki uzyskali także inni autorzy, badając ziemniaki [Chen i in. 2010] oraz inne surowce bogate w skrobię [Nugent 2005]. Podczas nr 585, 2016

30 30 B. Borczak, E. Sikora, M. Sikora i in. przechowywania w niskich temperaturach skrobia skleikowania w procesach kulinarnych ulega przemianom i część jej nierozgałęzionej frakcji (amylozy) rozpuszcza się i dyfunduje na zewnątrz ziarenek, do środowiska wodnego. Te fragmenty amylozy zaczynają się gromadzić w małych ilościach wody znajdujących się między ziarenkami skrobi, łącząc się wiązaniami wodorowymi, co skutkuje powstaniem krystalicznej struktury w procesie zwanym retrogradacją [Owen i Wolever 2003]. Jednocześnie rozgałęziona frakcja skrobi (amylopektyna) także ulega procesowi retrogradacji, stając się źródłem skrobi opornej, ale następuje to dopiero podczas późniejszego przechowywania ziemniaków. Tym samym, prawdopodobnie, w ziemniakach odgrzewanych (a uprzednio przechowywanych przez 24 godziny) doszło do zmian w strukturze skrobi i wytworzenia pewnej ilości RS. Z racji tego, że gotowane ziemniaki przechowywano w temperaturze pokojowej, a nie chłodniczej czy też zamrażalniczej, przyrost RS nie był zbyt wysoki i wyniósł średnio 50 63% jej zawartości w ziemniakach gotowanych. Na podstawie uzyskanych parametrów obliczono wartość wskaźnika trawienia skrobi (SDI), wyrażający procentowy stosunek skrobi szybko trawionej (RDS) do całkowitej ilości skrobi (TS). Wyznaczenie wartości tego wskaźnika uznawane jest przez niektórych naukowców jako alternatywny sposób określenia indeksu glikemicznego produktów żywnościowych [Englyst i in. 1992, Nayak i in. 2014]. Istnieją bowiem doniesienia wskazujące na wysoki współczynnik korelacji pomiędzy wskaźnikiem trawienia skrobi SDI a indeksem glikemicznym produktów żywnościowych [Englyst i in. 1992, Nayak i in. 2014]. Ta metoda in vitro nie zastąpi całkowicie metody z udziałem zdrowych ochotników, jednakże pozwoli uzyskać znaczące korzyści z jej zastosowania, w tym: skrócenie czasu niezbędnego na przeprowadzenie analizy, możliwość przeprowadzenia analizy w warunkach kontrolowanych oraz zmniejszenie kosztów [Nayak i in. 2014]. Największe wartości wskaźnika trawienia skrobi (SDI) odnotowano w ziemniakach poddanych gotowaniu (92,30% sposób II i 90,15% sposób I) i były one istotnie większe od wartości w ziemniakach poddanych procesowi smażenia i odgrzewania (tab. 1) (p < 0,05). W badaniach z wykorzystaniem innych odmian uzyskano także wysokie wartości tego parametru: Pontiac 87%, Sebago 88%, Desiree %, King Edward 75%, Maris Piper 85 94%, a w przypadku ziemniaków Nicola gotowanych na parze 104%. Z kolei średnie wartości omawianego parametru zaobserwowano w przypadku odmian Ontario (58%) oraz Martfon (56%), Nicola (59%), Estima (66%), Charlotte (66%) [Henry i in. 2005], natomiast odmiana ziemniaków Lord nie była dotychczas zbadana pod kątem zmian strawności skrobi. Wartości SDI w przypadku ziemniaków odgrzewanych i smażonych (frytek) utrzymywały się również na wysokim poziomie (powyżej 70%), ale były jednak istotnie mniejsze w porównaniu do wartości SDI ziemniaków gotowanych (p < 0,05) (tab. 1). Podobne wysokie wyniki wskaźnika trawienia skrobi uzyskali także inni autorzy [Fernandes i in. 2005; Balunkeswar i in. 2014]. Można więc uważać, że ziemniaki odgrzewane oraz frytki mają niższy indeks glikemiczny niż ziemniaki świeżo ugotowane. Niemniej jednak frytki, jak i inne produkty smażone w głębokim tłuszczu, nie są zdrowym i rekomendowanym typem żywności dla cukrzyków i cierpiących na zaburzenia metaboliczne ze względu na wysoką wartość energetyczną, która sprzyja nadwadze i otyłości oraz tworzeniu się wolnych rodników peroskylowych. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

31 Wpływ obróbki kulinarnej na wskaźnik trawienia WNIOSKI 1. Zastosowane procesu kulinarnego spowodowało spodziewany, istotny wzrost zawartości skrobi szybko trawionej w ziemniakach odmiany Lord. Jednocześnie procesy smażenia ziemniaków oraz odgrzewania ich po uprzednim ugotowaniu przyczyniły się do istotnego zwiększenia zawartości frakcji skrobi powoli trawionej (SDS) i skrobi opornej (RS) w porównaniu do procesu gotowania. 2. Ziemniaki odmiany Lord charakteryzowały się wysokimi wartościami wskaźników trawienia skrobi (SDI), niezależnie od zastosowanej metody obróbki kulinarnej, co może wskazywać na wysokie wartości indeksów glikemicznych potraw przygotowanych z tej odmiany. Badanie zostało przeprowadzone w ramach grantu BM-4760/KZCz/ finansowanego przez Uniwersytet Rolniczy w Krakowie w ramach dotacji celowej na prowadzenie badań naukowych lub prac rozwojowych oraz zadań z nimi związanych, służących rozwojowi młodych naukowców oraz uczestników studiów doktoranckich. LITERATURA Ahmed F., Urooj A., In vitro Starch Digestibility and Nutritionally Important Starch Fractions in Processed Roots and Tubers. Starch 60, AOAC, Official methods of analysis, 18 th edition. Gaithersburg Association of Official Analytical Chemists International. Balunkeswar N., Berrios J.De J., Tang J., Impact of food processing on the glycaemic index (GI) of potato products. Food Res. Int. 56, Brouns F., Bjorck I., Frayn K.N., Gibbs A.L., Lang V., Slama G., Wolever T.M.S., Glycaemic index methodology. Nutr. Res. Rev. 18, Chen L., Liu R., Qin C., Meng Y., Zhang J., Wang Y., Xu G., Sources and intake of resistant starch in Chinese diet. Asia Pacific J. Clin. Nutr. 2(19), Chung H.J., Liu Q., Hoover R., Effect of single and dual hydrothermal treatments on the crystalline structure, thermal properties, and nutritional fractions of pea, lentil, and navy bean starches. Food Res. Int. 43, De Angelis M., Gallo G., Corbo M.R., Mcsweeney P.L.H., Faccia M., Giovine M., Gobbetti M., Phytase Activity In Sourdough Lactic Acid Bacteria: Purification And Characterization Of Phytase From Lactobacillus Sanfranciensis Cb1. Int. J. Food Microbiol. 87, Drejarz A., Lenart A., Wymiana masy w procesie smażenia frytek. Postępy Techniki Przetwórstwa Spożywczego 1, Ek K.L., Brand-Miller J., Copeland L., Glycemic effect of potatoes. Food Chem. 4(133), Englyst H.N., Kingman S.M., Cummings J.H., Classification and measurement of nutritionally important starch fractions. Eur. J. Clin. Nutr. (46) (suppl), Fernandes G., Velangi A., Wolever T., Glycemic index of potatoes commonly consumed in North America. J Am Diet Assoc. 105, nr 585, 2016

32 32 B. Borczak, E. Sikora, M. Sikora i in. Foster-Powell K., Holt H.A.S., Brand-Miller J.C., International table of glycemic index and glycemic load values: Am. J. Clin. Nutr. 76(1), Fuentes-Zaragoza E., Riquelme-Navarrete M. J., Sánchez-Zapata E., Pérez-Álvarez J. A., Resistant starch as functional ingredient: A review. Food Res. Int. 43, Goñi I., Bravo L., Larrauri J.A., Calixto F.S., Resistant starch in potatoes deep-fried in olive oil. Food Chem. 59, 2, Henry C.J.K., Lightowler H. J., Strik C.M., Storey M., Glycaemic index values for commercially available potatoes in Great Britain. British J. Nutr. 6(96), Henry C.J.K., Lightowler H.J., Newens K.J., Pata N., The influence of adding fats of varying saturation on the glyceamic response of white bread. Int. J. Food Sci. Nutr. 1(59), Kita A., Lisińska G., Zmiany frakcji tłuszczowej i właściwości organoleptycznych frytek w zależności od warunków przechowywania. Żywność. Nauka. Technologia. Jakość 4(53), Lenartowicz T., Wyniki porejestrowych doświadczeń odmianowych. Ziemniak Centralny Ośrodek Badania Odmian Roślin Uprawnych 63, Mathers Cd., Loncar D., Projections of global mortality and burden of disease from 2002 to Plos Med. 3(11), e442. Mały Rocznik Statystyczny Polski Główny Urząd Statystyczny, Warszawa Mishra S., Monro J., Hedderley D., Effect of processing on slowly digestible starch and resistant starch in potato. Starch 60, Monro J., Mishra S., Blandford E., Anderson J., Genet R., Potato genotype differences in nutritionally distinct starch fractions after cooking, and cooking plus storing cool. J Food Comp. Anal. 22(6), Nayak B., De J. Berrios J., Tang J., Impact of food processing on the glycemic index (GI) of potato products. Food Res. Int. 56, Nugent A.P., Health properties of resistant starch. British Nutr. Found., Nutr. Bullet. 30, Owen B., Wolever T.M.S., Effect of fat on glycaemic responses in normal subjects: A doseresponse study. Nutr. Res. 10(23), Świetlikowska K., Surowce spożywcze pochodzenia roślinnego. Wyd. SGGW, Warszawa Zagórska K., Sowa-Niedziałkowska G., Wpływ czynnika termicznego i odmianowego na zmiany jakościowe zachodzące w bulwach ziemniaka w czasie ich długotrwałego przechowywania. Pamiętnik Puławski 139, THE IMPACT OF CULINARY PROCESSING ON THE VALUE OF STARCH DIGESTION INDEX AND THE CONTENT OF NUTRITIONAL STARCH FRACTIONS IN POTATOES OF LORD VARIETY Summary. The aim of this study was to determine the content of starch nutritional fractions and the rate of starch digestion index of Lord variety potatoes raw and processed in the course of common culinary processing. Material consisted of potatoes subjected to boiling, reheatnig in the microwave and frying. The content of dry matter [AOAC 2006] was determined in the tested material, as well as the free glucose (FG) and the glucose hydrolyzed glucose after 20 (G20) and 120 minutes (G120) digestion according to the method of Englyst et al. [1992] modified by Chung et al. [2010] with the following enzyme Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

33 Wpływ obróbki kulinarnej na wskaźnik trawienia solutions: α-amylase from porcine pancreas (P-7545, Sigma-Aldrich, St. Louis, Mo, USA), amyloglucosidase (3300 U ml -1, Megazyme Int. Ireland Ltd., Bray, Ireland) and invertase (I-4504, 300 U mg -1, Sigma-Aldrich). The level of the released glucose was determined by a colorimetric method using a reagent containing the enzymes: glucose oxidase and peroxidase (K-GLOX, Megazyme). Resistant starch (RS) and the total starch (TS) was determined by AOAC Method ; AACC (K-RSTAR, Megazyme). Based on the above results, the following parameters were calculated: rapidly digestible starch (RDS) = (G20-FG) 0.9, slowly digestible starch (SDS) = (G120 G20) 0.9 and starch digestion index (SDI) [%] = (RDS TS-1) 100. Starch fraction measurements were performed in three parallel repetitions. Total starch content did not change as a result of the applied culinary processing (p>0.05) and was on the approx. level of 11.8 g 100 g -1. The fried potatoes were characterized by a higher content of RS (1.2 g 100 g -1), and SDS (1.0 g 100 g -1 ), compared with potatoes prepared by other techniques. Reheating of potatoes on the second day after boiling in a microwave oven had also a significant effect on the formation of RS (1.1 g 100 g -1 ). It has been shown, that either boiled, fried or reheated potatoes contained a large quantity of RDS and thus had high values of the SDI (81 92%). The applied processes resulted in the expected significant increase in the content of RDS in the potatoes of Lord variety. At the same time, the processes of frying and reheating after cooking of the potatoes contributed to a significant increase in the SDS and RS fractions, as compared to the cooking process. Lord potato varieties were characterized by high values of SDI, regardless of the method of culinary preparation, which may indicate a high glycemic index values of the dishes prepared with this potato variety. Key words: potatoes, culinary processing, starch digestibility index nr 585, 2016

34

35 Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych nr 585, 2016, ZAWARTOŚĆ MAKROELEMENTÓW W ZIARNIE PSZENŻYTA OZIMEGO ODMIANY GRENADO W ZALEŻNOŚCI OD METODY PIELĘGNACJI I POZIOMU NAWOŻENIA AZOTEM Irena Brzozowska, Jan Brzozowski Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Streszczenie. W latach prowadzono badania laboratoryjne ziarna pszenżyta ozimego odmiany Grenado na zawartość makroelementów (N, P, K, Mg i Ca). Podstawą tych badań był eksperyment polowy realizowany w Ośrodku Dydaktyczno-Doświadczalnym w Tomaszkowie, należącym do Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego w Olsztynie, na glebie brunatnej właściwej, średniej, zaliczonej do kompleksu żytniego dobrego, w czterech powtórzeniach, z dwoma czynnikami: 1 metoda pielęgnacji roślin mechaniczna (bronowanie) i chemiczna (herbicyd Mustang 306 SE) na tle obiektu kontrolnego, bez zabiegów, 2 poziom nawożenia azotem (0, 40, 80, 120, 160 kg N ha -1 ). Metoda pielęgnacji roślin nie wywierała istotnych zmian w zawartości badanych makroelementów w ziarnie, z wyjątkiem magnezu, którego koncentracja wzrastała po zastosowaniu herbicydu. Poziom nawożenia wywierał istotny wpływ jedynie na zawartość azotu, którego ilość w ziarnie zwiększała się wraz ze wzrostem dawki nawożenia do poziomu 160 kgn ha -1. Słowa kluczowe: pszenżyto ozime, makroelementy, bronowanie, herbicyd, azot WSTĘP Zbiory pszenżyta w Polsce są wykorzystywane prawie w całości na paszę. Dlatego, poza wielkością plonu ziarna oraz zawartością i plonem białka, ważny ze względów paszowych jest także poziom składników mineralnych [Myer i Lozano del Rio 2004]. Zarówno ich niedobór, jak i nadmiar wywołują zaburzenia w metabolizmie organizmów zwierzęcych [Brzóska i Śliwiński 2011]. O zawartości makroelementów w ziarnie zbóż brzozi@uwm.edu.pl Copyright by Wydawnictwo SGGW

36 36 I. Brzozowska, J. Brzozowski decydują cechy gatunkowe, odmianowe, a także warunki glebowe i pogodowe w okresie wegetacji oraz wykonane zabiegi agrotechniczne, w tym ochrony roślin przed chwastami oraz nawożenie [Ducsay i Ložek 2004, Ložek 2004, Makarska i in. 2010, Bobrecka-Jamro i in. 2013, Gaj i in. 2013, Dekić i in. 2014]. Wpływ preparatów chwastobójczych na skład mineralny ziarna nie jest jednoznaczny. Znane są opinie stwierdzające, iż środki te modyfikują zawartość makroskładników w ziarnie [Nowicka 1993]. Według innych zaś autorów, herbicydy zastosowane w zalecanych terminach i dawkach, zwykle nie wywołują istotnych zmian [Brzozowska 2003, Klimont 2007, Kraska, Pałys 2008]. Podolska i in. [2004] podają, iż zaniechanie ochrony zasiewów herbicydami wyraźnie przyczynia się do pogorszenia cech jakościowych ziarna pszenicy. Szczególnie niekorzystne jest zmniejszenie zawartości składników mineralnych w ziarnie, co może ujemnie wpływać na metabolizm organizmów zwierzęcych [Brzóska i Śliwiński 2011, Friedrich i Podlaszewska 2015]. Środki ochrony roślin, w tym herbicydy, a także bronowanie oraz nawożenie zmieniają strukturę zachwaszczenia oraz ograniczają je, a tym samym wpływają na intensywność procesów fizjologicznych, rozwój i plonowanie rośliny uprawnej oraz skład chemiczny ziarna zbóż [Brzozowska 2003, Kraska i Pałys 2008]. Bronowanie ponadto sprzyja rozwojowi i plonowaniu roślin, poprawia krzewienie zbóż, niszczy skorupę glebową, ogranicza nadmierne parowanie wody i ułatwia wymianę gazów między atmosferą, a glebą, i in. Poprawia więc stan roślin uprawnych, przyczyniając się do intensywniejszego plonowania, a więc pośrednio modyfikuje skład chemiczny uzyskanego plonu [Pawłowski i Deryło 1990]. W związku z tym w badaniach przyjęto hipotezę, iż skład chemiczny ziarna pszenżyta ma charakter dynamiczny, zależny od warunków naturalnych (siedliskowych) i sztucznych (antropogenicznych), szczególnie agrotechnicznych, w tym metod regulacji zachwaszczenia i sposobu nawożenia azotem. Mając powyższe na względzie, podjęto badania, których celem było określenie wpływu wybranych metod pielęgnacji roślin, w tym stosowania herbicydu, opartego na dwóch substancjach aktywnych z różnych grup chemicznych i o dwóch mechanizmach działania oraz bronowania jako zabiegu mechanicznego, a także poziomu nawożenia azotem na zawartość makroelementów (N, P, K, Mg i Ca) w ziarnie pszenżyta ozimego. METODYKA BADAŃ Eksperyment polowy z uprawą pszenżyta ozimego odmiany Grenado realizowano w latach r. w Ośrodku Dydaktyczno-Doświadczalnym w Tomaszkowie (53 42 N; E), należącym do Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego w Olsztynie, na glebie brunatnej właściwej, średniej, klasy bonitacyjnej IVb, zaliczonej do kompleksu żytniego dobrego. Gleba ta charakteryzuje się odczynem lekko kwaśnym, małą zawartością próchnicy oraz przeważnie średnią zasobnością w fosfor, potas i magnez. Pszenżyto corocznie wysiewano po pszenżycie jarym, w drugiej dekadzie września w ilości 500 szt. ziarniaków na 1 m 2, natomiast zbierano w okresie od 29 lipca (2008 r.) do 3 sierpnia (2007 r.). W doświadczeniu stosowano klasyczną, płużną uprawę roli pod roślinę, z podorywką i bronowaniem roli oraz orkę siewną wraz z przedsiewnym doprawieniem roli. Przed siewem pszenżyta rozsiewano nawozy fosforowe (31 kg P ha -1 ) i potasowe (83 kg K ha -1 ), a następnie rolę doprawiano zestawem uprawowym, złożo- Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

37 Zawartość makroelementów w ziarnie pszenżyta ozimego nym z brony ciężkiej i wału strunowego. Doświadczenie realizowano metodą podbloków losowanych, w czterech powtórzeniach, z dwoma czynnikami. Czynnikiem pierwszym była metoda pielęgnacji pszenżyta: 1) bez pielęgnacji, 2) bronowanie (pełnia krzewienia BBCH 25), 3) ochrona herbicydem Mustang 306 SE (pełnia krzewienia BBCH 25). Herbicyd stosowano w dawce 0,5 dm 3 ha -1 (Zalecenia ochrony roślin 2006). Jest on mieszaniną dwóch substancji aktywnych: florasulam (6,25 g dm 3 ), substancja z grupy triazolopirymidyn, której mechanizm działania polega na inhibicji funkcjonowania syntazy acetolaktanowej, enzymu biorącego udział w syntezie aminokwasów: leucyny, waliny i izoleucyny, według HRAC grupa literowa B oraz 2,4-D (300 g dm 3 ), substancja z grupy fenoksykwasów, są to syntetyczne auksyny regulatory wzrostu, według HRAC grupa O, o mechanizmie działania podobnym do endogennych auksyn roślinnych, zakłócające wzrost i funkcjonowanie komórek. Czynnikiem drugim był poziom nawożenia azotem (0 160 kg N ha -1 ): a) bez azotu, b) 40 kg N ha -1 po wznowieniu wegetacji (BBCH 23 24) saletra amonowa, c) 80 kg N ha -1, w tym 40 kg N ha -1 po wznowieniu wegetacji (BBCH 23 24) saletra amonowa oraz 40 kg N ha -1 w pełni fazy strzelania w źdźbło (BBCH 37) mocznik granulowany), d) 120 kg N ha -1, w tym 60 kg N ha -1 po wznowieniu wegetacji (BBCH 23 24) saletra amonowa oraz 60 kg N ha -1 w pełni fazy strzelania w źdźbło (BBCH 37) mocznik granulowany), e) 160 kg N ha -1, w tym 70 kg N ha -1 po wznowieniu wegetacji (BBCH 23 24) saletra amonowa, 50 kg N ha -1 w końcu fazy krzewienia (BBCH 29) mocznik granulowany oraz 40 kg N ha -1 w końcu fazy strzelania w źdźbło (BBCH 49) mocznik granulowany. Corocznie pszenżyto ozime opryskiwano w fazie rozwiniętego liścia flagowego (BBCH 39) przeciwko chorobom liści i kłosów, stosując mieszaninę fungicydów Artea 330 EC (substancje aktywne z grupy triazoli: propikonazol i cyprokonazol) w dawce 0,6 kg ha Amistar 250 SC (azoksystrobina z grupy strobiluryn) w dawce 0,4 kg ha -1. Analizy chemiczne na zawartość makroelementów (N, P, K, Mg i Ca), oparte na próbach ziarna pobieranych corocznie podczas zbioru roślin, wykonano w Okręgowej Stacji Chemiczno-Rolniczej w Olsztynie: azotu metodą potencjometryczną, fosforu wanadowo-molibdenową, magnezu absorpcyjnej spektrometrii atomowej, potasu i wapnia metodą fotometrii płomieniowej. METODY STATYSTYCZNE Wyniki badań opracowano statystycznie, stosując analizę wariancji dla doświadczeń dwu- i trójczynnikowych, w układzie losowanych podbloków split-plot. Istotność różnic sprawdzano za pomocą testu Duncana, przy prawdopodobieństwie błędu P = WARUNKI POGODOWE Pod względem przebiegu pogody sezony badawcze były wyraźnie zróżnicowane (tab. 1). Pierwszy rok badan (2007) był mokry, z opadami w okresie wegetacji wiosenno- -letniej większymi o 57,6% od średniej sumy z wielolecia oraz z temperaturami wyraźnie wyższymi w okresie IV VII, w porównaniu do wielolecia. Rok drugi (2008) był z kolei nr 585, 2016

38 38 I. Brzozowska, J. Brzozowski suchy: opadów było mniej odpowiednio o 38,3%, ale były one dość równomiernie rozłożone, a temperatura była nieco wyższa (z wyjątkiem maja) od średnich z wielolecia. Trzeci rok badań (2009) był najmniej sprzyjający wegetacji pszenżyta, gdyż opady były bardzo nierównomiernie rozłożone w czasie. Kwiecień był bardzo suchy (tylko 4,8 mm opadów), czerwiec bardzo mokry (137 mm), a lipiec również suchy (48 mm). Ponadto czerwiec był wyraźnie chłodniejszy (o 1,0 C), a kwiecień i lipiec zdecydowanie cieplejsze, odpowiednio o 2,5 C i 2,7 C, w porównaniu z wieloleciem. Tabela 1. Średnia miesięczna temperatura powietrza i suma opadów w okresie wiosenno-letniej wegetacji pszenżyta ozimego, według Stacji Meteorologicznej w Tomaszkowie Table 1. Monthly average of air temperature and rainfall sum in the spring-summer vegetation period of winter triticale, according to Meteorological Station in Tomaszkowo Miesiąc Temperatura Air temperature [ C] Miesiąc Opady Rainfall [mm] Month Month IV 6,9 7,5 7,7 9,4 IV 36,1 24,7 31,4 4,8 V 12,7 13,8 12,3 12,4 V 51,9 93, ,9 VI 15,9 17,7 16,9 14,9 VI 79,3 88,1 32,7 136,9 VII 17,7 17,7 18,4 20,4 VII 73,8 173,7 57,7 48,3 Średnia Mean 13,3 14,2 13,8 14,3 Suma Sum 241,1 380,0 148,8 242,9 WYNIKI I DYSKUSJA We wszystkich latach badań metoda pielęgnacji roślin nie miała wpływu na koncentrację analizowanych makroelementów w ziarnie (tab. 2), z wyjątkiem magnezu, którego zawartość wzrastała w roślinach chronionych herbicydem. W literaturze naukowej wskazuje się na brak wyraźnego i jednoznacznego wpływu środków ochrony roślin na zawartość makroelementów w ziarnie zbóż [Makarska i in. 2006]. Badania tych autorów wykazały, iż nawet kompleksowa ochrona chemiczna owsa i jęczmienia jarego, polegająca na stosowaniu fungicydu, insektycydu i herbicydu Mustang 306 SE, nie różnicowała ilości makroskładników w ziarnie. Kraska i Pałys [2008] wskazują, że wpływ herbicydów na zawartość składników mineralnych w ziarnie zbóż może być zróżnicowany. Zależy on bowiem od szeregu czynników, w tym przebiegu pogody w okresie wegetacji, odmiany, rodzaju preparatów, wielkości i terminu aplikowanych dawek. W literaturze podkreśla się też, iż stosowanie herbicydów w zalecanych dawkach, przeważnie nie powoduje znaczących zmian w wartości biologicznej ziarna zbóż [Brzozowska 2003, Klimont 2007, Kraska i Pałys 2008]. Występujące zmiany są raczej uzależnione od współdziałania różnych innych zmiennych czynników zewnętrznych. W analizowanym doświadczeniu, nawożenie azotem wpływało corocznie jedynie na zawartość azotu w ziarnie pszenżyta (tab. 3). Nawożenie w dawkach 80, 120 i 160 kg N ha -1 istotnie zwiększało koncentrację tego pierwiastka, średnio od 16,12 do 19,91 g kg -1 s.m., w porównaniu do roślin nienawożonych i zasilanych w najmniejszej dawce 40 kg ha -1, odpowiednio 13,29 i 13,56 gk g -1 s.m. Nawożenie w dawce 160 kg N ha -1 skutkowało corocznie istotnym wzrostem ilości azotu w ziarnie, Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

39 Zawartość makroelementów w ziarnie pszenżyta ozimego Tabela 2. Zawartość makroelementów (N, P, K, Mg, Ca) w ziarnie pszenżyta ozimego, w zależności od metody pielęgnacji roślin [g kg -1 s.m.]. Table 2. Macroelements (N, P, K, Mg, Ca) content in winter triticale grain, depending on the cultivation plant method applied [g kg -1 d.m.] Wyszczególnienie Year of research Specification Mean Bez pielęgnacji Without cultivation 15,49 12,67 19,39 15,85 Azot Bronowanie Harrowing 15,73 13,83 19,38 16,31 Herbicyd Herbicide 16,06 13,82 18,86 16,25 Mean 15,76 13,44 19,21 16,14 NIR (0,05) LSD (0,05) n.s. n.s. n.s. n.s. NIR (0,05) LSD (0,05) dla lat for years 0,90,inne interakcje other interactions n.s. Bez pielęgnacji Without cultivation 4,20 3,71 4,33 4,08 Fosfor Bronowanie Harrowing 4,32 3,51 4,19 4,01 Herbicyd Herbicide 4,21 3,51 4,33 4,02 Mean 4,24 3,58 4,28 4,03 NIR (0,05) LSD (0,05) n.s. n.s. n.s. n.s. NIR (0,05) LSD (0,05) dla lat for years 0,23, inne interakcje other interactions n.s. Bez pielęgnacji Without cultivation 5,51 4,26 4,98 4,92 Potas Bronowanie Harrowing 5,54 4,16 4,65 4,78 Herbicyd Herbicide 5,54 4,30 4,66 4,83 Średnio Mean 5,53 4,24 4,76 4,84 NIR (0,05) LSD (0,05) n.s. n.s. n.s. n.s. NIR (0,05) LSD (0,05) dla lat for years 0,31, inne interakcje other interactions n.s Bez pielęgnacji Without cultivation 1,33 1,20 1,41 1,31 Magnez Bronowanie Harrowing 1,33 1,10 1,41 1,28 Herbicyd Herbicide 1,44 1,10 1,52 1,35 Średnio Mean 1,37 1,13 1,45 1,32 NIR (0,05) LSD (0,05) 0,10 n.s. n.s. 0,07 NIR (0,05) LSD (0,05) dla lat for years 0,07, inne interakcje other interactions n.s Bez pielęgnacji Without cultivation 0,59 0,54 0,47 0,53 Wapń Bronowanie Harrowing 0,63 0,50 0,50 0,54 Herbicyd Herbicide 0,63 0,62 0,54 0,60 Średnio Mean 0,62 0,55 0,50 0,56 NIR (0,05) LSD (0,05) n.s. n.s. n.s. n.s. NIR (0,05) LSD (0,05) dla lat for years 0,08, inne interakcje other interactions n.s n.s. not significant. nr 585, 2016

40 40 I. Brzozowska, J. Brzozowski Tabela 3. Zawartość makroelementów (N, P, K, Mg, Ca) w ziarnie pszenżyta ozimego, w zależności od poziomu nawożenia azotem [g kg -1 s.m.] Table 3. Macroelements (N, P, K, Mg, Ca) content in winter triticale grain, depending on the level of nitrogen application [g kg -1 d.m.] Wyszczególnienie Year of research Specification Mean Bez azotu Without nitrogen 13,94 11,20 14,74 13,29 Azot 40 13,96 11,77 14,94 13, ,13 12,35 20,89 16, ,54 14,92 21,97 17, ,24 16,98 23,50 19,91 Średnio Mean 15,76 13,44 19,21 16,14 NIR (0,05) LSD (0,05) 0,60 0,83 1,20 1,10 Bez azotu - Without nitrogen 4,42 3,73 4,42 4,19 Fosfor 40 4,21 3,52 3,90 3, ,20 3,51 4,33 4, ,18 3,56 4,33 4, ,20 3,60 4,44 4,08 Średnio Mean 4,24 3,58 4,28 4,04 NIR (0,05) LSD (0,05) n.s. n.s. 0,21 n.s. Bez azotu Without nitrogen 5,53 4,20 4,66 4,80 Potas 40 5,54 4,28 4,87 4, ,52 4,21 4,98 4, ,53 4,26 4,65 4, ,53 4,26 4,66 4,82 Średnio Mean 5,53 4,24 4,76 4,85 NIR (0,05) LSD (0,05) n.s. n.s. n.s. n.s. Bez azotu Without nitrogen 1,44 1,21 1,41 1,35 Magnez 40 1,44 1,12 1,41 1, ,33 1,12 1,52 1, ,33 1,10 1,41 1, ,33 1,10 1,50 1,31 Średnio Mean 1,37 1,13 1,45 1,32 NIR (0,05) LSD (0,05) n.s. n.s. n.s. n.s. Bez azotu Without nitrogen 0,63 0,47 0,54 0,55 Wapń 40 0,63 0,55 0,47 0, ,56 0,66 0,54 0, ,63 0,62 0,46 0, ,63 0,47 0,54 0,55 Średnio Mean 0,62 0,55 0,51 0,56 NIR (0,05) LSD (0,05) n.s. n.s. n.s. n.s. Inne interakcje other interactions n.s różnice nieistotne not significant. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

41 Zawartość makroelementów w ziarnie pszenżyta ozimego a w przypadku dawek 120 i 80 kg N ha -1 koncentracja azotu zwiększała się odpowiednio w 2 z 3 lat oraz dla wyników średnich z 3 lat. Ponadto z innych pierwiastków, tylko w przypadku fosforu, w trzecim roku badań, nawożenie azotem w dawce 40 kg N ha -1 skutkowało obniżką ilości fosforu, w porównaniu z nawożeniem na innych obiektach. W badaniach Kryńskiej i in. [1997] wzrost dawki azotu z 60 do 120 kg ha -1 wpływał na zwiększenie zawartości potasu, nieznaczną obniżkę fosforu, bez różnicowania koncentracji magnezu i wapnia. Z kolei w badaniach Pisulewskiej i in. [1998] zwiększenie poziomu stosowanego azotu, odpowiednio jak powyżej, wpływało jedynie na wzrost ilości potasu. Bobrecka-Jamro i in. [2013] podają, iż pogłówne nawożenie azotem modyfikowało zawartość magnezu i wapnia, nie miało natomiast większego wpływu na gromadzenie fosforu i potasu w ziarnie pszenicy. Ducsay i Ložek [2004] wskazują, iż żywienie azotem wywiera pozytywny wpływ na gromadzenie głównych makroelementów (N, P, K, Ca, Mg i S) w ziarnie pszenicy ozimej. Według Grzebisza i in. [2010] magnez, ze względu na swoje funkcje biologiczne, odgrywa dużą rolę w kontroli gospodarki azotowej w roślinie. Z kolei Jaskulski i in. [2011] wskazują, iż efektywność gospodarowania roślin azotem zależy od koncentracji wapnia. W badaniach tych autorów poziom białka w ziarnie pszenżyta był tym większy, im mniej zawierało ono wapnia. Niektórzy autorzy są zdania, iż przemiany azotu w ziarnie pszenżyta ozimego zależą przede wszystkim od odmiany [Alaru i in. 2003, Makarska i in. 2010]. W analizowanym doświadczeniu rok badań był czynnikiem istotnie różnicującym zawartość analizowanych makroelementów w ziarnie pszenżyta. Szczególnie w drugim roku badań, o zdecydowanie największych plonach średnio 6,77 t ha -1, w porównaniu do 4,74 i 4,14 t ha -1, odpowiednio w pierwszym i trzecim roku, zawartość azotu, fosforu, potasu i magnezu była istotnie mniejsza, w porównaniu z innymi latami (tab. 2, 3 i 4). W przypadku zawartości wapnia w ziarnie, w pierwszym roku było go istotnie więcej, w porównaniu z trzecim. Prezentowane wyniki badań własnych wskazują, iż na kształtowanie się składu chemicznego ziarna zbóż duży wpływ wywierał przebieg warunków meteorologicznych. Poglądy takie potwierdzają też inni autorzy [Pisulewska i in. 1998, Bassu i in. 2011, Mizak i in. 2011]. Niemniej można spotkać też opinie, iż zmienne warunki pogodowe w latach mogą zdecydowanie różnicować plonowanie pszenżyta ozimego, a jednocześnie prawie nie modyfikować ilości makroelementów w ziarnie [Kryńska i in. 1997]. Tabela 4. Plonowanie pszenżyta ozimego odmiany Grenado w latach badań Table 4. Yields of winter triticale grain of the variety Grenado on the years of research Rok badań Year of research Plony Yields t ha , , ,14 NIR (0,05) LSD (0,05) 0,53 nr 585, 2016

42 42 I. Brzozowska, J. Brzozowski WNIOSKI 1. Metody pielęgnacji roślin nie wywierały wyraźnych, powtarzalnych w latach, istotnych zmian zawartości badanych makroelementów w ziarnie pszenżyta ozimego, odmiany Grenado, z wyjątkiem magnezu, którego koncentracja wzrastała po zastosowaniu herbicydu. 2. Poziom nawożenia azotem wpływał jednoznacznie tylko na zawartość azotu w ziarnie. Koncentracja tego pierwiastka w ziarnie zwiększała się wraz ze wzrostem dawki nawożenia do poziomu 160 kg Nha Stosowane metody pielęgnacji i poziomy nawożenia azotem nie obniżały zawartości makroelementów, stąd nie pogarszają wartości ziarna pszenżyta, odmiany Grenado jako ewentualnego komponentu pasz treściwych dla zwierząt. 4. Zawartość analizowanych makroelementów w ziarnie pszenżyta ozimego była przeważnie zróżnicowana między latami badań. LITERATURA Alaru M., Laur U., Jaama E Influence nitrogen and weather conditions on the grain quality of winter triticale. Agronomy Research 1, Bassu S., Asseng S., Richards R Yield benefits of triticale traits for wheat under current and future climates. Field crops research, 124, Bobrecka-Jamro D., Kruczek G., Romaniak M., Jarecki W., Buczek J Effect of the dose and method of top-dressing with nitrogen on the yield and quality of winter wheat grain. Acta Sci. Pol., Agricultura 12 (4), Brzozowska I Studia nad nawożeniem i regulacją zachwaszczenia w uprawie pszenżyta ozimego. Wyd. UWM Olsztyn. Rozprawy i monografie, 82, ss Brzóska F., Śliwiński B Jakość pasz objętościowych w żywieniu przeżuwaczy i metody jej oceny. Cz. I. Charakterystyka pasz objętościowych i mierniki jej jakości Wiadomości Zootechniczne 2, Dekić V., Milovanović M., Popović, V., Jelić, M., Perišić, V Romanian Agricultural Research 31, 1 9. Ducsay, L., Ložek, O Effect of topdressing with nitrogen on the yield and quality of winter wheat grain. Plant, Soil and Environment 50 (7), Friedrich M., Podlaszewska G Ocena wpływu uzupełniania paszy wybranymi składnikami mineralnymi na ich metabolizm i dystrybucję w organizmie badania modelowe. Żywność. Nauka. Technologia. Jakość, 2015, 1 (98), Gaj R., Górski D., Przybył J Effect of differentiated phosphorus and potassium fertilization on winter wheat yield and quality. J. Elem. 18(1), 55 67, DOI: /jelem Grzebisz W., Przygocka-Cyna K., Szczepaniak W., Diatta J., Potarzycki J Magnesium as a nutritional tool of nitrogen efficient management plant production and environment. J. Elem. 15 (4), Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

43 Zawartość makroelementów w ziarnie pszenżyta ozimego Jaskulski D., Jaskulska I., Woźniak M., Osiński G Assessment of variability of cereal grain quality as a component of fodder mixtures. Acta Sci. Pol., Agricultura 10 (4, 2011, Klimont K Wpływ herbicydów na wartość siewną i skład chemiczny ziarna pszenicy ozimej i jarej, jęczmienia jarego, pszenżyta jarego. Biul. IHAR: 243, Kraska P., Pałys E Plonowanie i skład chemiczny ziarna pszenżyta ozimego uprawianego w monokulturze w warunkach stosowania zróżnicowanych dawek herbicydów. Annales UMCS, sectio E, vol. LXIII (2), 1 7. Kryńska B., Majda J., Kud K Wpływ poziomu i sposobu stosowania azotu na plonowanie pszenżyta ozimego i zawartość makroelementów w ziarnie. Cz. II. Zawartość makroelementów w ziarnie pszenżyta ozimego. Bibl. Fragm. Agron. 3, Makarska E., Rachoń L., Michalak M., Szumiło G Zawartość β-glukanów i makroskładników w oplewionych i nagoziarnistych odmianach jęczmienia i owsa w przypadku zróżnicowanej ochrony chemicznej. J. Elem. 11 (2), Makarska E., Ciołek A., Kociuba W Influence of parental forms on changes in the content of mineral elements in grain of new winter triticale hybrid strains. J. Elem., 15(1), Mizak K., Pudełko R., Kozyra J., Nieróbca A., Doroszewski A., Świtaj Ł., Łopatka A Wyniki monitoringu suszy rolniczej w uprawach pszenicy ozimej w Polsce w latach Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie. t. 11 z. 2 (34), Myer R., Lozano del Río. A.J Triticale as animal feed. W: Triticale improvement and production. Rome: Food and Agriculture Organization of the United Nations. FAO plant production and protection paper, 179, Nowicka B Wpływ herbicydów na wysokość i jakość plonu odmian pszenicy ozimej. IUNG Puławy, R(302), ss. 48. Pawłowski F., Deryło S., Wpływ zróżnicowanego pielęgnowania na plonowanie i zachwaszczenie pszenicy jarej. Rocz. Nauk Roln., seria A, T. 108, Z3, Pisulewska E., Zając T., Oleksy A., Skład mineralny ziarna wybranych odmian pszenżyta ozimego w warunkach zróżnicowanego nawożenia azotem. Biul. IHAR, 205/206, s Podolska G., Stypuła G., Stankowski S Plonowanie i wartość technologiczna ziarna pszenicy ozimej w zależności od intensywności ochrony zasiewów. Annales UMCS, Sec. E, 59(1), Zalecenia ochrony roślin IOR. Poznań. MACROELEMENTS CONTENT IN WINTER TRITICALE GRAIN OF THE VARIETY GRENADO, DEPENDING ON THE CULTIVATION METHOD AND NITROGEN FERTILISATION LEVEL Summary. In , laboratory studies were carried out on winter triticale grain of the variety Grenado, concerning the contents of macroelements (N, P, K, Mg, Ca). The grain for chemical analyses was sampled each year during harvest of plants from a field experiment carried out in the Research and Education Centre in Tomaszkowo, belonging to the University of Warmia and Mazury in Olsztyn, on eutric cambisol, medium quality soil nr 585, 2016

44 44 I. Brzozowska, J. Brzozowski (class IVb), classified as good rye complex. The study was performed using the random sub-blocks method, in 4 repetitions, with two factors: 1 the method of cultivation plants mechanical method (harrowing) and the chemical method (Mustang 306 SE herbicide) compared to a control object without cultivation, 2 the nitrogen fertilisation level (0, 40, 80, 120, 160 kg N ha -1 ). The studies conditions noticeably differentiated each year in terms of the weather. The method of cultivation plants did not have a significant effect on the contents of the analysed macroelements in winter triticale grain, apart from magnesium in 2007 and the average results from the 3-year period. In 2007, a significant effect was found of the herbicide on an increase in the magnesium content, compared to harrowed triticale and to the control object and, respectively, for the average results, when compared only to the harrowed object. Each year, nitrogen fertilisation differentiated only the nitrogen content in triticale grain. In particular years of the study, fertilisation in a dose of 160 kg N ha -1 resulted each year in a significant increase in the nitrogen level in grain and for the doses of 120 and 80 kg N ha -1, in 2 of 3 years, respectively, and for the average results from a 3-year period. The contents of the analysed macroelements in grain each year was significantly differentiated between the years of the study, particularly for nitrogen, potassium, phosphorus and magnesium, and, to a lesser degree, for calcium. In addition, in the second, dry year of the study, with the highest yields, the contents of nitrogen, phosphorus, potassium and magnesium were significantly lower than in other years. Regarding calcium in the grain from the first year of the study, its content was much higher, compared to the third year. Key words: winter triticale, macrelements, harrowing, herbicide, nitrogen Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

45 Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych nr 585, 2016, SKŁAD CHEMICZNY I PROFIL KWASÓW TŁUSZCZOWYCH MIĘSA KRÓLIKÓW ŻYWIONYCH MIESZANKĄ Z UDZIAŁEM UBOCZNYCH PRODUKTÓW BIOPALIW Dorota Kowalska Instytut Zootechniki Państwowy Instytut Badawczy w Balicach Streszczenie: Celem badań było określenie wpływu mieszanek paszowych, w których 5-procentowy dodatek poekstrakcyjnej śruty sojowej zastąpiono 5-procentowym dodatkiem DDGS z kukurydzy lub makuchu rzepakowego, na skład chemiczny i profil kwasów tłuszczowych w mięsie królików. Materiał doświadczalny stanowiło 30 królików NB odchowywanych do wieku 90 dni. Analizę jakościową mięsa przeprowadzono w mięśniach combra, oznaczając: ph ۥ 45 i ph 24h, zawartość wody, białka, tłuszczu i profil kwasów tłuszczowych. Obliczono indeks aterogenny i trombogenny. Dodatek wymienionych pasz do mieszanki miał istotny wpływ na zmniejszenie (p 0,01) otłuszczenia tuszki. Przy skarmianiu granulatem z dodatkiem makuchu rzepakowego stwierdzono istotne (p 0,01) zmniejszenie ilości kwasu palmitynowego, sumy SFA oraz stosunku n-6/n-3, a zwiększenie sumy UFA i PUFA n-3. Przy dodatku DDGS z kukurydzy stwierdzono istotny wzrost (p 0,01) udziału kwasów EPA i DHA i zmniejszenie stosunku kwasów n-6/n-3. Wartości wskaźnika AI i TI były najkorzystniejsze w grupie królików otrzymujących w mieszance dodatek makuchu rzepakowego. Słowa kluczowe: króliki, DDGS kukurydziany, makuch rzepakowy, kwasy tłuszczowe WSTĘP Rozwój produkcji biopaliw w Polsce umożliwił poszerzenie bazy paszowej o produkty uboczne tej branży, takie jak: makuchy, śruta rzepakowa czy suszone wywary DDGS. Najwyższy poziom białka ogólnego, w granicach od 23,5 do 35,3% w zależności od gatunku i jakości surowca zbożowego oraz ilości biomasy drożdży przechodzącej do wywaru, występuje w krajowych DDGS produkowanych z kukurydzy. Zawiera on do 13% tłuszczu surowego, w którym ponad 54% stanowi kwas linolowy, a około 25% kwas oleinowy C18:1 i do 10% włókna surowego [Koreleski i Świątkiewicz, 2006]. Duża dorota.kowalska@izoo.krakow.pl Copyright by Wydawnictwo SGGW

46 46 D. Kowalska zawartość nierozpuszczalnych frakcji włókna poprawia trawienie i powoduje wzrost kwasowości treści jelit, co zmniejsza populacje bakterii patogennych i wpływa na obniżenie częstotliwości występowania biegunek, zwłaszcza u młodych zwierząt. Smulikowska [2006], opierając się na badaniach własnych oraz danych z licznych publikacji, wykazała, że udział białka surowego w krajowym makuchu rzepakowym waha się od 25 do 35%, przy zawartości lizyny w wysokości 6,2 6,4 g na 100 g białka, a tłuszczu surowego od 9 21%. Z uwagi na większą wartość energetyczną makuch rzepakowy, jako pasza dla zwierząt ma znacznie większą wartość niż poekstrakcyjna śruta rzepakowa. Zarówno DDGS z kukurydzy, jak i makuchy rzepakowe ze względu na dużą zawartość białka, mogą częściowo zastąpić importowaną śrutę sojową, która wobec wprowadzonego od kilku lat zakazu stosowania w żywieniu zwierząt gospodarskich mączek pochodzenia zwierzęcego stała się podstawowym źródłem białka w mieszankach paszowych. Wpływ tych pasz na efekty produkcyjne, wartość rzeźną i jakość mięsa nie został jeszcze dostatecznie zbadany w tuczu królików. Można jednak oczekiwać, że pasze te, jako wysokoenergetyczny składnik dawki pokarmowej, przyczynią się do zróżnicowania składu tuszy, a także jakości mięsa oraz profilu kwasów tłuszczowych. Celem badań było określenie wpływu mieszanek paszowych z 5-procentowym dodatkiem DDGS z kukurydzy lub makuchu rzepakowego na skład chemiczny i profil kwasów tłuszczowych w mięsie królików. MATERIAŁ I METODY Materiał doświadczalny stanowiło 30 królików rasy nowozelandzkiej białej, które w wieku 35 dni przydzielono losowo do trzech równych grup i tuczono do wieku 90 dni (zgoda LKE, przy Instytucie Farmakologii PAN 818/11). Karmiono je ad libitum pełnoporcjowymi mieszankami paszowymi. W grupie kontrolnej (K) stosowano mieszankę standardową sporządzoną na bazie: susz z lucerny 25%, otręby pszenne 18,6%, śruta jęczmienna 26%, śruta kukurydziana 14%, śruta sojowa poekstrakcyjna 12%, preparat mlekozastępczy DOLMILK MD 2%, fosforan wapnia 1%, NaCl 0,4% oraz dodatek mineralno-witaminowy wraz z kokcydiostatykiem 1%. W recepturze mieszanek doświadczalnych 5% poekstrakcyjnej śruty sojowej zastąpiono taką samą ilością DDGS z kukurydzy (grupa SWK) o zawartości białka 30% lub makuchu rzepakowego o zawartości białka 32% (grupa MR). Dawki odpowiednio zbilansowano, aby utrzymać na stałym poziomie ilość białka (15,5%), włókna (12,0%) i tłuszczu (3,5%). Po zakończeniu odchowu doświadczalnego wszystkie króliczęta ubito w ubojni przyzakładowej zgodnie z obowiązującą metodyką dla tej grupy zwierząt. Pozyskane tuszki poddano dysekcji. Analizę jakościową mięsa przeprowadzono w mięśniach combra (musculus longissimus lumborum), oznaczając: ph w 45 minut po uboju (ph (ۥ 45 oraz po 24-godzinnym chłodzeniu w temperaturze 4 C (ph 24h ), podstawowy skład chemiczny (woda, białko, tłuszcz) i profil kwasów tłuszczowych. Pomiary ph mięsa wykonywano zawsze w tej samej okolicy combra za pomocą mikroprocesorowego ph-metru CyberScan PH 10 PMMV METER. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

47 Skład chemiczny i profil kwasów tłuszczowych mięsa królików Oznaczenia zawartości wody wykonano wg PN-ISO 1442:2000, zawartość tłuszczu określono metodą Soxhleta wg PN-ISO 1444:2000, a oznaczenie zawartości białka metodą Kjeldahla wg PN-75/A Liofilizowane próbki mięśni, w których oznaczono procentową zawartość kwasów tłuszczowych, poddawano ekstrakcji roztworem chloroformu i metanolu zgodnie z metodą Folcha i in. [1957]. Estry metylowe kwasów tłuszczowych przygotowywano wg ISO :2011. Profil kwasów tłuszczowych odpowiednich estrów metylowych oznaczano metodą chromatografii gazowej za pomocą chromatografu gazowego VARIAN 3400, z detektorem płomieniowo-jonizacyjnym FID, przy temp. dozownika równej 250 C, przy użyciu kolumny Rtx 2330 o parametrach 105 m 0,32 mm 0,2 μ. Jako gazu nośnego używano helu o przepływie 3 ml/min, nastrzyk 0,7 mcl. Do oznaczenia kwasów użyto wzorców Sigma-Aldrich. Obliczono indeksy: aterogenny (AI) i trombogenny (TI) na podstawie wzorów podanych przez Ulbrichta i Southgate (1991) gdzie: AI = (C12:0 + 4C14:0 + C16:0) (PUFA n 3 + PUFA n 6 + MUFA) IT= C14:0 + C16:0 + C18:0 PUFA n 3 0,5MUFA + 0,5PUFA n 6 + 3PUFA n 3 + PUFA n 6 METODY STATYSTYCZNE Uzyskane wyniki doświadczenia opracowano statystycznie w układzie jednoczynnikowym przy użyciu analizy wariancji (ANOVA). Istotność różnic pomiędzy średnimi w grupach szacowano, stosując test Duncana. Obliczenia wykonano pakietem statystycznym Statistica 12 PL. WYNIKI I DYSKUSJA Pasze zarówno z dodatkiem makuchu rzepakowego, jak i DDGS z kukurydzy były chętnie wyjadane przez zwierzęta. Końcowa masa ciała nie różniła się statystycznie pomiędzy grupami (tab. 1). W grupach doświadczalnych stwierdzono natomiast mniejsze otłuszczenie tuszek (p 0,01). Kowalska i Bielański [2011] we wcześniejszych badaniach dotyczących 5% dodatku makuchu rzepakowego do mieszanek granulowanych dla tej grupy zwierząt stwierdzili również zmniejszenie otłuszczenia tuszki. Z kolei w badaniach na świniach Linneen i in. [2008] obserwowali zmniejszenie otłuszczenia tusz wraz ze wzrostem udziału DDGS w dawce. Świątkiewicz i in. [2013] wykazali, że przy stosowaniu tej paszy słonina grzbietowa jest cieńsza w porównaniu z grupą kontrolną. W warunkach wzrostu spożycia mięsa króliczego coraz większego znaczenia nabiera jakość uzyskanego produktu. Dotyczy ona oczekiwań zarówno technologa zakładów nr 585, 2016

48 48 D. Kowalska Tabela 1. Wyniki analizy rzeźnej królików (g) Table 1. Slaughter analysis results of rabbits (g) Wyszczególnienie Item Grupa Group K SWK MR Masa ciała Body weight 2520,1 ±25,3 2590,8 ±28,2 2589,5 ±29,1 Masa tuszki ciepłej Hot carcass weight 1320,0 ±18,4 1358,2 ±16,8 1391,5 ±14,8 Masa tłuszczu pachwinowego, łopatkowego i narządowego Inguinal, shoulder and abdominal fat weight 58,51 A ±1,48 37,36 B ±1,18 37,48 B ±1,10 Masa mięśni w tuszce Carcass muscle weight 995,2 ±18,4 1026,2 ±21,2 1048,6 ±22,4 Wartości oznaczone różnymi literami w wierszach różnią się statystycznie istotnie, A,B P 0,01. Values denoted by different letters in the lines differ statistically significantly, A,B P 0,01. ± odchylenie standardowe/ ± standard deviation. mięsnych, jak i konsumenta. Wymagania odbiorców obydwu grup są zgodne w przypadku ograniczenia udziału tłuszczu w tuszce, stanowi on bowiem odpad poubojowy. Dla dzisiejszego konsumenta poszukującego pożywienia dietetycznego może być składnikiem ograniczającym konsumpcję mięsa, duże znaczenie odgrywa tutaj bowiem ocena wzrokowa. Dawka pokarmowa z udziałem makuchu rzepakowego i DDGS z kukurydzy nie miała istotnego wpływu na masę mięśni w tuszce. Kwasowość czynna (ph), jako wskaźnik jakości mięsa jest m.in. wyznacznikiem kształtowania się zmian poubojowych. W przypadku mięsa króliczego średnia wartość ph 45 powinna mieścić się w granicach 6,1 6,8, a ph 24h 5,4 5,8 [Kowalska i in. 2011]. Tempo zmniejszania wartości ph zależy od stanu zwierzęcia w chwili uboju obniża się szybciej, gdy zwierzę było zdrowe, wypoczęte, niezestresowane. W prowadzonych badaniach wartości ph 45 i ph 24h mięsa badanych grup mieściły się w granicach przyjętych dla mięsa normalnego, pozbawionego objawów nienaturalnej konwersji mięśni do mięsa (tab. 2). Podobne wartości ph 45 dla tej rasy, wykazali Kowalska i Bielański [2011] 6,57 oraz Szkucik i Pyz-Łukasik [2006] 6,21. Cavani i in. [2000] oznaczyli w mięśniach królików ph 24 = 5,79, a Szkucik i Pyz-Łukasik [2006] 5,71. Zgodnie z obserwacjami ostatnich autorów, tkanka mięśniowa królików uzyskuje pełne zakwaszenie po 12 h od uboju. Proces ten przebiega znacznie szybciej w mięśniach królików niż bydła czy świń, ale wolniej niż kurcząt brojlerów [Pisarski i in. 2006]. Zawartość białka w mięśniu najdłuższym grzbietu była zbliżona we wszystkich grupach i wynosiła 21,8 22,5%. Otrzymane wyniki są niższe niż wartości podane przez Szkucika i Libelta [2006] 23,91%, Szkucika i Pyz-Łukasik [2009] 23,9%, Cygan- -Szczegielniak i in. [2010] 23,6%, ale zbliżone do podanych przez Pla i in. [2004] 22,1%. Xiccato [1999], uwzględniając badania różnych autorów, podaje, że poziom białka w mięsie króliczym może kształtować się na poziomie 18,6 21,9%. Różnice w zawartości białka zależą od rasy, wieku ubijanych zwierząt, składu mieszanki paszowej, części anatomicznej tuszki czy samego przygotowania do uboju. Jednym z głównych czynników decydujących o sensorycznej jakości mięsa jest tłuszcz śródmięśniowy. W badaniach własnych zawartość tego składnika różniła się istotnie (p 0,01) pomiędzy grupą MR a pozostałymi. Mniejszą zawartość tłuszczu śródmięśnio- Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

49 Skład chemiczny i profil kwasów tłuszczowych mięsa królików wego w combrze oznaczyli Pla i in. [2004] 1,20%, Szkucik i Libelt [2006] 1,12%, większą Kowalska i Bielański [2011] 2,11%. Na odkładanie tłuszczu przez organizm ma wpływ stopień nasycenia zawartych w pokarmie kwasów tłuszczowych. Tłuszcze o niskim stopniu nasycenia mogą wpływać na mniejsze otłuszczenie. Przyczyną małego otłuszczenia może być także stymulujący wpływ kwasów wielonienasyconych na enzymy powodujące rozkład kwasów tłuszczowych w wyniku β-oksydacji [Hanczakowski 2003]. Na kształtowanie się omawianej cechy miała wpływ dawka pokarmowa z udziałem makuchu rzepakowego. W poszczególnych grupach zawartość wody w combrze nie różniła się istotnie i zawierała w przedziale 73,4 74,9%, korespondując z wynikami podawanymi przez Szkucika i Libelta [2006]. Interakcja wody i struktur białkowych komórki mięśniowej jest odpowiedzialna za właściwości fizyczne, organoleptyczne i technologiczne, w tym za bardzo pożądaną cechę jakościową mięsa i jego przetworów, jaką jest kruchość [Dolatowski i in. 2004]. Tabela 2. Zawartość białka [%], tłuszczu śródmięśniowego [%], wody [%] oraz ph 45 i ph 24h w mięsie królików Table 2. Content of protein [%], intramuscular fat [%], water [%] and ph 45 and ph 24h in rabbit meat Wyszczególnienie Item Grupa Group K SWK MR ph 45 ph 45 6,52 ±0,18 6,59 ±0,12 6,60 ±0,16 ph 24h ph 24h 5,62 ±0,12 5,70 ±0,17 5,68 ±0,13 Białko Protein 21,8 ±1,10 22,0 ±1,31 22,5 ±1,10 Tłuszcz Fat 1,98 A ±0,11 1,87 A ±0,13 1,32 B ±0,12 Woda Water 74,9 ±2,38 73,4 ±1,43 73,5 ±1,58 Wartości oznaczone różnymi literami w wierszach różnią się statystycznie istotnie, A,B P 0,01. Values denoted by different letters in the lines differ statistically significantly, A,B P 0,01. ± odchylenie standardowe/ ± standard deviation. System żywienia zwierząt odgrywa istotną rolę w kształtowaniu składu chemicznego mięsa, a szczególnie jego profilu lipidowego. Spośród kwasów tłuszczowych nasyconych (tab. 3) najwięcej w badanym mięsie stwierdzono kwasu palmitynowego C16:0, którego ilość jest wprost proporcjonalna do stopnia otłuszczenia tuszki. Otłuszczenie z kolei wpływa na szybszy wzrost poziomu SFA i MUFA niż PUFA [Lazzaroni i in. 2009]. Kwas palmitynowy zaliczany jest do grupy kwasów, którym przypisuje się niekorzystne oddziaływanie na organizm człowieka, szczególnie poprzez stymulację stężenia cholesterolu we krwi, a zwłaszcza jego frakcji LDL. Najmniejszy potwierdzony statystycznie w stosunku do grupy K udział kwasu palmitynowego stwierdzono w mięsie królików skarmianych paszami granulowanymi z 5% udziałem makuchu rzepakowego (p 0,01). Wśród kwasów tłuszczowych nienasyconych największy procentowy udział stwierdzono w przypadku kwasu linolowego C18:2, przy czym największe jego wartości (p 0,01) występowały w mięsie królików otrzymujących w paszy 5% makuchu rzepakowego. Za korzystną zmianę w grupach SWK i MR należy uznać istotnie (p 0,01) zwiększoną zawartość kwasu arachidonowego C20:4 przyczyniającego się do poprawy odporności or- nr 585, 2016

50 50 D. Kowalska Tabela 3. Zawartość wybranych kwasów tłuszczowych w tłuszczu mięsa króliczego [%] Table 3. The content of chosen of fatty acids in rabbit meat fats Kwasy tłuszczowe Grupa Group Fatty acids K SWK MR C 12:0 0,20 A ±0,02 0,04 B ±0,01 0,13 C ±0,01 C 14:0 3,77 A ±0,52 2,68 B ±0,44 2,79 B ±0,35 C 16:0 32,6 A ±2,55 31,9 A ±2,48 28,9 B ±2,15 C 16:1 4,63 A ±0,13 4,03 A ±0,14 3,28 B ±0,18 C 18:0 5,44 A ±1,21 6,41 B ±1,11 6,51 B ±1,02 C 18:1 26,1 a ±2,56 26,5 a ±2,11 27,7 b ±2,52 C 18:2n-6 20,7 A ±1,96 19,6 B ±2,04 22,8 C ±1,85 C 20:0 0,09 A ±0,01 0,01 B ±0,01 0,11 A ±0,01 C 18:3n-3 4,04 A ±0,42 4,61 B ±0,22 5,02 C ±0,30 C 20:4n-6 1,50 A ±0,22 2,90 B ±0,31 2,17 C ±0,33 C 22:1 0,02 ±0,00 0,03 ±0,00 0,02 ±0,00 C 20:5n-3 (EPA) 0,16 A ±0,01 0,25 B ±0,01 0,12 A ±0,01 C 22:6n-3 (DHA) 0,03 A ±0,00 0,13 B ±0,01 0,05 B ±0,01 SFA 42,3 A ±2,33 41,1 A ±2,45 38,6 B ±2,56 UFA 57,7 A ±4,45 58,9 A ±4,11 61,4 B ±3,85 MUFA 30,7 ±1,98 30,5 ±2,05 31,1 ±2,06 PUFA 26,9 A ±2,14 28,4 B ±2,45 30,36 C ±2,46 PUFA n-6 22,30 A ±2,11 22,57 A ±3,32 25,1 B ±3,15 PUFA n-3 4,23 A ±0,56 4,99 A ±0,48 5,17 B ±0,34 PUFA n-6/n-3 5,27 A ±1,03 4,52 B ±0,99 4,84 B ±1,12 Wartości oznaczone różnymi literami w wierszach różnią się statystycznie istotnie, A,B P 0,01, a,b P 0,05. Values denoted by different letters in the lines differ statistically significantly, A,B P 0,01, a,b P 0,05. ± odchylenie standardowe/ ± standard deviation. ganizmu i stymulacji układu krążenia. W tłuszczu mięsa królików otrzymujących pasze z DDGS z kukurydzy stwierdzono największy udział kwasu eikozapentaenowego C20:5 (EPA) oraz dokozaheksaenowego C22:6 (DHA) wynoszący 0,25 i 0,13, a różnica w stosunku do grupy kontrolnej została potwierdzona statystycznie na poziomie p 0,01. Kwasy te są niezbędne do normalnego wzrostu i rozwoju organizmu, zapobiegają niewydolności wieńcowej serca, zwiększają odporność organizmu, uczestniczą w transporcie lipidów, w tym cholesterolu, a także obniżają poziom cholesterolu we krwi obwodowej [Achremowicz i Szary-Sworst 2000]. Chwastowska-Siwiecka i in. [2014] oraz Kowalska i Bielański [2008] stwierdzili mniejsze wartości tych kwasów w tłuszczu mięsa królików żywionych mieszanką granulowaną bez udziału DDGS odpowiednio na poziomie 0,03 i 0,06. Za istotne pod względem żywieniowym należy uznać zmniejszenie ilości kwasów SFA a zwiększenie UFA w grupie MR w stosunku do pozostałych, podobnie jak zwiększenie sumy PUFA n-3 (p 0,01). W grupach doświadczalnych stwierdzono istotne (p 0,01) zmniejszenie stosunku kwasów n-6/n-3 z 5,27 do 4,52 i 4,84, co ma duże znaczenie w profilaktyce chorób układu krążenia i nowotworów. Wartości stosunku kwasów Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

51 Skład chemiczny i profil kwasów tłuszczowych mięsa królików n-6/n-3 podawane przez innych autorów mieszczą się w granicach od 3,8 do 8,8, przy czym najmniejsze wartości uzyskano przy żywieniu królików paszami gospodarskimi z dużym udziałem zielonki 73 75% [Cygan-Szczegielnik i in. 2010, Chwastowska-Siwiecka i in. 2014]. Przyczyną powyższych różnic może być zróżnicowanie diet, a przede wszystkim różnica w podaży kwasów z rodziny n-3. Jakość zdrowotną lipidów śródmięśniowych badanego mięsa królików określono poprzez wyliczenie indeksów: aterogennego AI i trombogennego TI. Indeks AI wykazuje zależność pomiędzy kwasami tłuszczowymi nasyconymi (proaterogennymi), sprzyjającymi przyłączaniu się lipidów do komórek śródbłonka układu krążenia, a kwasami tłuszczowymi nienasyconymi (antyaterogennymi), zmniejszającymi poziom cholesterolu i zapobiegającymi występowaniu chorób naczyń wieńcowych. Indeks TI wskazuje na tendencję do tworzenia się skrzepów w naczyniach krwionośnych. Wartości indeksu AI kształtowały się na zbliżonym poziomie w grupie K i SWK, w grupie MR stwierdzono istotnie mniejszą jego wartość (p < 0,01), podobnie jak indeksu zakrzepowego TI. Różnił się on istotnie od wartości uzyskanych dla mięsa SWK i K (p < 0,01). Pomiędzy tymi grupami stwierdzono również istotność na poziomie p 0,01. Capra i in. [2013] uzyskali przy żywieniu królików standardową mieszanką granulowaną wartości indeksu AI na poziomie 0,62, natomiast TI 0,96. Istotne obniżenie (p 0,01) indeksu TI do poziomu 0,80 autorzy uzyskali, podając królikom oprócz mieszanki granulowanej dodatek zielonki z luceny. Wartości oszacowanych wskaźników świadczą, że udział i proporcja poszczególnych kwasów tłuszczowych odgrywają istotną rolę w kształtowaniu wartości dietetycznej mięsa króliczego. Tabela 4. Wartość indeksów aterogennego (AI) i trombogennego (TI) w tłuszczu mięsa króliczego Table 4. The value of atherogenic (AI) and thrombogenic (TI) of rabbit meat fats Grupa Group Indeks Index K SWK MR AI 0,64 A ±0,02 0,60 A ±0,02 0,52 B ±0,02 TI 1,04 A ±0,02 0,93 B ±0,04 0,79 C ±0,03 Wartości oznaczone różnymi literami w wierszach różnią się statystycznie istotnie, A,B P 0,01. Values denoted by different letters in the lines differ statistically significantly, A,B P 0,01. ± odchylenie standardowe/ ± standard deviation. WNIOSKI Uzyskane w badaniach własnych wyniki potwierdzają możliwość wykorzystania w żywieniu królików DDGS z kukurydzy i makuchu rzepakowego. Dodatek tych pasz do mieszanki granulowanej miał istotny wpływ na zmniejszenie (p 0,01) otłuszczenia tuszki oraz korzystniejszy profil kwasów tłuszczowych w mięsie królików. Na szczególną uwagę zasługuje istotne (p 0,01) zmniejszenie ilości kwasu palmitynowego, sumy SFA oraz stosunku kwasów n-6/n-3, a zwiększenie sumy UFA i PUFA n-3 przy skarmianiu nr 585, 2016

52 52 D. Kowalska granulatem z 5-procentowym dodatkiem makuchu rzepakowego. Przy 5-procentowym dodatku do mieszanki paszowej DDGS z kukurydzy stwierdzono korzystny dla konsumenta istotny wzrost (p 0,01) udziału kwasu EPA i DHA i zmniejszenie stosunku kwasów n-6/n-3. Wartości oszacowanych wskaźników AI i TI świadczą, że udział i proporcja poszczególnych kwasów tłuszczowych odgrywają istotną rolę w kształtowaniu wartości dietetycznej mięsa króliczego. Najkorzystniejsze wartości wskaźnika AI i TI stwierdzono w grupie królików otrzymujących w mieszance 5-procentowy dodatek makuchu rzepakowego. LITERATURA Achremowicz K., Szary-Sworst K., Wielonienasycone kwasy tłuszczowe czynnikiem poprawy stanu zdrowia człowieka. Żywność. Nauka. Technologia. Jakość. 44, Capra G., Martinez R., Fradiletti F., Cozzano S., Repiso L., Marquez R., Ibanez F., Meat quality of rabbits reared with two different feedings strategies: with or without fresh alfalfa ad libitum. World Rabbit Sci. 21, Chwastowska-Siwiecka I., Kaliniewicz J., Kondratowicz J., Skiepko N., Wpływ czasu zamrażalniczego przechowywania i metody rozmrażania na profil kwasów tłuszczowych tłuszczu śródmięśniowego mięsa króliczego. Żywność. Nauka. Technologia. Jakość. 4(95), Cygan-Szczegielniak D., Stasiak K., Janicki B., Wpływ diety na wybrane parametry oceny poubojowej tuszek oraz jakość mięsa królików. Med. Weter. 66(12), Dolatowski Z.J., Twarda J., Dudek M., Zmiany uwodnienia mięsa podczas dojrzewania. Ann. UMCS, sect. E, 59(4), Folch J., Lees M., Stanley G.H.S., A simple method for the isolation and purification of total lipids from animal tissues. J. Biol. Chem. 226, 497. Hanczakowski P., Fizjologiczne działanie kwasów tłuszczowych. Wiad. Zoot., R.XLI, 3 4, 3 6. Koreleski J., Świątkiewicz S., Wartość pokarmowa i wykorzystanie produktów ubocznych z biopaliw w żywienia drobiu. Wiad. Zoot. 3(250), Kowalska D., Bielański P., Efektywność odłożenia wielonienasyconych kwasów tłuszczowych pochodzących z paszy w tkance mięśni króliczych. Rocz. Nauk. PTZ 4(3), Kowalska D, Bielański P., Zastosowanie pasz rzepakowych w żywieniu królików i ich wpływ na jakość mięsa. Rocz. Nauk. PTZ 7(2), Kowalska D., Bielański P., Chełmińska A., Rodzaj tłuszczu w paszy dla królików a profil kwasów tłuszczowych i podatność na utlenianie lipidów mięsa. Żywność. Nauka. Technologia. Jakość 2(75), Lazzaroni L., Biagini D., Lussiana C., Fatty acids composition of meat and perirental fat in rabbits from two different rearing systems. Meat Sci. 83, Linneen S.K., DeRouchy J.M., Dritz S.S., Goodband R.D., Tokach M.D., Nelssen J.L., Effects of dried distillers grains with solubles on growing and finishing pig performance in a commercial environment. J. Anim. Sci. 86, Pisarski R.K., Szkucik K., Pijarska I., Malec H., Cechy rzeźne tuszek, skład chemiczny tkanki mięśniowej i ocena sensoryczna mięsa kurcząt brojlerów żywionych jęczmieniem nagoziarnistym. Med. Weter. 62, Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

53 Skład chemiczny i profil kwasów tłuszczowych mięsa królików Pla M., Pascual M., Arino B., Protein, fat and moisture content of retail cuts of rabbit meat evaluated with the NIRS methodology. World Rabbit Sci. 2(12), Smulikowska S., Wartość odżywcza wytłoków rzepakowych produkowanych w kraju dla drobiu. Wiadom. Zootech. 44(3), Szkucik K., Pyz-Łukasik R., ph value of rabbit meat. Annales UMCS, LXI, 13, Szkucik K., Libelt K Wartość odżywcza mięsa królików. Med. Weter. 62(2), Szkucik K., Pyz-Łukasik R., Jakość zdrowotna mięsa królików. Med. Weter. 65(10), Świątkiewicz M., Hanczakowska E., Olszewska A., Effect of diet containing corn distillers dried grains with solubles (DDGS) and NSP-hydrolizing enzymes supplementation on growth performance, carcass traits and meat quality of pigs. Ann. Anim. Sci. 13(2), Ulbricht T.L.V., Southgate D.A.T., Coronary Heart Disease: Seven Dietary Factors. Lancet 338, Xiccato G., Feeding and meat quality in rabbits: a review. World Rabbit Sci. 7(2), CHEMICAL COMPOSITION AND FATTY ACID PROFILE OF MEAT FROM RABBITS FED A DIET WITH BIOFUEL CO-PRODUCTS Summary: The aim of the study was to determine the effect of dietary mixtures containing 5% maize distillers dried grains (DDGS) or rapeseed cake on chemical composition and fatty acid profile of rabbit meat. The experiment used 30 New Zealand White rabbits, which were randomly assigned to three equal groups at 35 days of age and fattened until the age of 90 days. In the experimental diets, 5% soybean meal was replaced with the same amount of maize DDGS (group SWK) containing 30% protein or with rapeseed cake containing 32% protein (group MR). The carcasses from slaughtered animals were dissected. Meat quality analysis was performed in saddle muscles (musculus longissimus lumborum) and measured the following groups of traits: ph 45 min postmortem (ph (ۥ 45 and after 24-hour chilling at 4 C (ph 24h ); basic chemical composition (water, protein and fat content) and fatty acid profile. Calculation was made of the atherogenic index (AI), which shows the relationship between proatherogenic saturated fatty acids (which contribute to the binding of lipids to vascular endothelial cells) and antiatherogenic unsaturated fatty acids (which reduce cholesterol level and prevent the incidence of coronary artery disease), and of the thrombogenic index (TI), which shows the tendency to form clots in the blood. Our results confirm the possibility of feeding rabbits with dried DDGS and rapeseed cake. The addition of these feeds to the pelleted diet had a significant effect on reducing (p 0.01) carcass fatness and on improving the fatty acid profile of rabbit meat. Special consideration should be given to the significant (p 0.01) decreases in the amount of palmitic acid, total SFA and the ratio of n-6/n-3 PUFA, and the increases in total UFA and n-3 PUFA when feeding a pelleted diet with 5% rapeseed cake. Adding 5% maize DDGS to the diet had a beneficial effect for the consumer as it significantly (p 0.01) increased the proportion of EPA and DHA as well as reducing the ratio of n-6/n-3. The estimated values of AI and TI suggest that the proportion of individual fatty acids plays an important role in the dietetic value of rabbit meat. AI and TI values were most beneficial in the group of rabbits supplemented with 5% rapeseed cake in the diet. Key words: rabbits, maize DDGS, rapeseed cake, fatty acid nr 585, 2016

54

55 Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych nr 585, 2016, WPŁYW STOPNIA ROZDROBNIENIA WYBRANYCH WARZYW NA PROCES KONWEKCYJNEGO SUSZENIA I PODATNOŚĆ UZYSKANEGO SUSZU NA ROZDRABNIANIE Dariusz Dziki, Waleed Hameed Hassoon, Beata Biernacka, Paweł Kozak, Jerzy Wójcik Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie Streszczenie. Celem pracy było przeanalizowanie wpływu stopnia rozdrobnienia warzyw na przebieg konwekcyjnego suszenia oraz na proces rozdrabniania suszu. Materiał badawczy stanowiły bulwy ziemniaka i korzeń marchwi. Próby przed pomiarami pocięto w plastry o średnicy 2,5 cm i grubości 3,0 mm oraz w paski o kształcie prostopadłościanów (0,30 0,35 2,5 cm). Proces suszenia prowadzono w pojedynczej warstwie, stosując temperaturę powietrza 60 C i prędkość przepływu 0,5 m s -1. Do redukcji wymiarów suszu wykorzystano rozdrabniacz nożowy. Stwierdzono, że w przypadku marchwi i ziemniaka zwiększenie powierzchni prób przed suszeniem średnio o 50% powodowało kilkukrotne skrócenie czasu tego procesu. Susz ziemniaczany i marchwiowy charakteryzowały się podobną podatnością na rozdrabnianie, aczkolwiek nieco niższe nakłady energii na ten proces uzyskano dla surowca w postaci pasków. Wskaźnik rozdrabniania Sokołowskiego zawierał się od 81 kj kg -1 mm 0,5 (paski marchwi) do 90 kj kg -1 mm 0,5 (plastry ziemniaka). Przeprowadzone badania wykazały, że stopień rozdrobnienia warzyw istotnie wpływa zarówno na proces suszenia, jak i na energochłonność rozdrabniania suszu. Słowa kluczowe: marchew, ziemniak, suszenie, rozdrabnianie, energochłonność WSTĘP Suszenie i rozdrabnianie to dwa podstawowe procesy w przetwórstwie żywności, których wynik końcowy determinowany jest zarówno właściwościami surowca, jak i stosowanymi metodami przetwarzania. Zaproponowano szereg metod i zabiegów wstępnych stosowanych zarówno przed suszeniem [Witrowa-Rajchert i in. 2014], jak i rozdrab- dariusz.dziki@up.lublin.pl Copyright by Wydawnictwo SGGW

56 56 D. Dziki, W. Hameed Hassoon, B. Biernacka i in. nianiem żywności [Dziki 2008, De Brier i in. 2015]. Jedną z podstawowych operacji, w szczególności stosowanych przed procesem suszenia warzyw i owoców, jest rozdrabnianie. Proces ten powoduje między innymi zwiększenie powierzchni właściwej suszonego materiału, dzięki czemu poprawiają się warunki wymiany ciepła i masy, a w konsekwencji suszenie przebiega znacznie szybciej [Rudy i in. 2015]. Zabieg tego rodzaju nie jest pozbawiony wad. Rozdrobniony materiał wymaga większej powierzchni do suszenia, a ponadto dostęp tlenu do uszkodzonego mechanicznie surowca powoduje szereg reakcji biochemicznych, które mogą obniżać jakość końcową produktu [Famurewa i in. 2011]. Jednak w przypadku niektórych warzyw i owoców jest to zabieg niezbędny, bez którego wysuszenie do bezpiecznego dla przechowywania poziomu wilgotności byłoby niemożliwe, bądź nakłady energii na ten proces kształtowałby się na bardzo wysokim poziomie. Wysuszony materiał, w zależności od przeznaczenia, musi się charakteryzować odpowiednią wielkością cząstek. Dlatego też często susz poddaje się rozdrabnianiu [Fujita i Takakura 2011]. Rozdrobniony susz warzywny to cenny surowiec o właściwościach prozdrowotnych, który może znaleźć zastosowanie do wzbogacania żywności [Różyło i in. 2014]. W dotychczas opublikowanej literaturze niewiele opracowań odnosi się do analizy procesu rozdrabniania suszonych warzyw. Stąd też w niniejszej pracy podjęto tę tematykę. Celem pracy było określenie wpływu stopnia rozdrobnienia marchwi i ziemniaka na przebieg konwekcyjnego suszenia i podatność na rozdrabnianie otrzymanego suszu. MATERIAŁ I METODY BADAŃ Materiał badawczy stanowiły bulwy ziemniaka odmiany Irys i korzenie marchwi odmiany Bejro. Warzywa pochodziły z poletek doświadczalnych Uniwersytetu Przyrodniczego w Lublinie ze zbiorów z 2015 roku. Surowiec przed pomiarami umyto pod bieżącą wodą, obrano ze skórki i krojono w plastry (wycinając walce o średnicy 25 mm i grubości ok. 3 mm za pomocą krajalnicy i noża rurowego) oraz rozdrabniano do postaci pasków (o grubości ok. 3 mm, szerokości ok. 3,5 mm i długości ok. 2,5 cm), korzystając z ręcznej szatkownicy. Przed dalszymi etapami badań określono początkową zawartość wody w materiale metodą suszarkową (w temp. 105 C) oraz aktywność wody (a w ), wykorzystując urządzenie firmy Novasina, typu Lab Master w temp. 22 ±1 C, poprzez napełnienie pojemniczków do pomiaru a w i umieszczeniu ich w celkach aparatu. Po zamknięciu wieczka odczekiwano kilka minut do ustabilizowania się mierzonej wartości. Próbki o masie 100 g suszono w pojedynczej warstwie w temperaturze 60 C i przy przepływie powietrza przez warstwę materiału wynoszącym 0,5 m/s, wykorzystując suszarnię firmy Promis Tech PROMIS μlab ( PROMIS Firma Projektowo-Produkcyjna, Wrocław, Polska). Przy założeniu średniej gęstości ziemniaka i marchwi przed suszeniem na poziomie 1080 kg m -3 [Rahman 2009] pole powierzchni 100 g plastrów marchwi i ziemniaka na początku suszenia (uwzględniając początkowe kształty i wymiary próbek podane wcześniej), wyniosło dla każdego z tych surowców około 8 dm 2, a pole powierzchni 100 g pasków tych surowców po około 12 dm 2. Opis matody wyznaczania pola powierzchni próbek przedstawiono w opracowaniu Nguyen i in. [2002]. Podczas pomiarów co 5 min rejestrowano zmiany masy próby suszonego materiału. Suszenie pro- Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

57 Wpływ stopnia rozdrobnienia wybranych warzyw wadzono do zawartości wody w próbach wynoszącej ok. 14%. Wilgotność ta stanowi pewien kompromis między czasem suszenia a energochłonnością rozdrabniania [Chakkaravarthi i in. 1993]. Kinetykę odwadniania przedstawiono w funkcji czasu jako spadek zredukowanej zawartości wody (U r ): u u r U r = (1) u 0 u r gdzie: u τ zawartość wody po czasie τ, u 0 początkowa zawartość wody, u r równowagowa zawartość wody. Podczas wyznaczania wartości U r dokonano uproszczenia polegającego na pominięciu wartości u r. Takie uproszczenie jest często stosowane [Fijałkowska 2015] i nie ma dużego wpływu na wyniki badań dotyczące kinetyki suszenia [Figiel 2013]. Do opisu kinetyki procesu suszenia wykorzystano model Hendersona i Pabisa [Henderson i Pabis 1961]: U =a exp r kτ (2) Równanie (2) jest powszechnie stosowane do opisu kinetyki procesu suszenia surowców w pojedynczej warstwie [Chaughule i Thorat 2011, Śledź i in. 2013]. Uzyskany susz o wilgotności 14% (±0,2%) poddano rozdrabnianiu, wykorzystując laboratoryjny młyn nożowy GM-200 firmy Retsch. Proces prowadzono przez 30 s, przy prędkości obrotowej noży równej 7000 obr./min. Urządzenie współpracowało z układem rejestracji mocy prądu podczas rozdrabniania, w którego skład wchodził miernik METX M 3860M oraz komputer wraz z oprogramowaniem do obliczania poboru mocy prądu. Po rozdrobnieniu analizowano skład granulometryczny cząstek, wykorzystując przesiewacz laboratoryjny firmy Restsch AS 200 wraz z odpowiednim zestawem sit. Następnie obliczono średni wymiar cząstek. Wyznaczono również energochłonność jednostkową rozdrabniania (iloraz energii rozdrabniania do masy suszu poddanego rozdrabnianiu), wskaźnik efektywności rozdrabniania (jako iloraz energii rozdrabniania do powierzchni rozdrobnionych cząstek) oraz wskaźnik rozdrabniania Sokołowskiego. Sposób wyznaczania wymienionych parametrów przedstawiony został przez Dzikiego [2008]. Metody statystyczne Proces suszenia i rozdrabniania przeprowadzono trzech powtórzeniach. Analiza statystyczna uzyskanych wyników badań objęła wyznaczanie wartości średnich i odchyleń standardowych. Przeprowadzono również jednoczynnikową analizę wariancji, a istotność różnić między średnimi określono przy użyciu testu Tukey`a. W celu oceny stopnia dopasowania wybranego modelu opisującego kinetykę suszenia wyznaczono średni błąd kwadratowy RMSE oraz wartości zredukowanego testu χ2 [Śledź i in., 2013]. Wszystkie analizy statystyczne wykonano przyjmując poziom istotności α = 0,05. Do obliczeń wykorzystano program STATISTICA 6.0 firmy Stat Soft. nr 585, 2016

58 58 D. Dziki, W. Hameed Hassoon, B. Biernacka i in. WYNIKI BADAŃ I DYSKUSJA Początkowa zawartość wody w korzeniu marchwi wyniosła 8,35 kg kg -1 s.s., natomiast w ziemniaku 4,13 kg kg -1 s.s., aktywność zaś wody równa była odpowiednio 0,952 i 0,927. Krzywe suszenia marchwi i ziemniaka przedstawiono na rysunku 1. Zarówno w przypadku walców, jak i plastrów badanych próbek szybciej wysuszaniu ulegały próbki ziemniaka. Wyniki analizy regresji wykazały, że model Hendersona i Pabisa dobrze opisuje przebieg procesu. Wartości współczynników determinacji we wszystkich przypadkach przekroczyły wartość 0,997, a błąd kwadratowy zawierał się w przedziale od 0,043 (paski marchwi) do 0,078 (paski ziemniaka) (tab. 1). Większy stopień rozdrobnienia próbek przed suszeniem miał bardzo istotny wpływ na czas trwania procesu, przyczyniając się do jego skrócenia. Czas suszenia próbek pociętych do postaci pasków był aż około siedmiokrotnie krótszy niż próbek pociętych w walce o podobnej grubości. Prawidłowości takie stwierdzono zarówno dla próbek marchwi, jak i ziemniaka. A 1,0 marchew, carrot ziemniak, potato 0,8 0,6 U r 0,4 0,2 0, Czas (min) Time B marchew, carrot ziemniak, potato 1 0,8 0,6 U r 0,4 0,2 Rys. 1. Fig Czas (min) Time Zmiany zredukowanej zawartości wody marchwi i ziemniaka w procesie konwekcyjnego suszenia, A paski surowca, B plastry surowca The changes of reduced water content of carrot and potato during convective drying, A strips of material, B slices of material Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

59 Wpływ stopnia rozdrobnienia wybranych warzyw Tabela 1. Wyniki analizy regresji opisujące kinetykę procesu suszenia próbek marchwi i ziemniaka Table 1. The results of regression analysis describing the drying kinetics of carrot and potato Próba Sample a k R 2 RSME MPA * 1,017 b ±0,004 0,126 d ±0,0004 0,998 0, ,00428 MPL 0,996 b ±0,002 0,011 a ±0,0005 0,997 0, ,00467 ZPA 0,967 b ±0,003 0,079 c ±0,0004 0,998 0, ,00173 ZPL 0,974 a ±0,004 0,013 b ±0,0003 0,997 0, ,00242 * MPA paski marchwi, MPL plastry marchwi, ZPA paski ziemniaka, ZPL plastry ziemniaka. MPA carrot strips, MPL carrot slices, ZPA potato strips, ZPL potato slices; a, b homogeneous groups. Analizując proces rozdrabniania otrzymanych suszy, stwierdzono, że sposób przygotowania warzyw do suszenia istotnie wpłynął na skład granulometryczny cząstek (tab. 2). Zarówno susz ziemniaka, jak i marchwi pocięty przed suszeniem w paski ulegał w większym stopniu rozdrobnieniu niż próbki w kształcie plastrów. Średni wymiar cząstek suszu marchwi i ziemniaka rozdrobnionych do postaci pasków wyniósł odpowiednio 0,405 ±0,07 mm i 0,340 ±0,08 mm, natomiast w przypadku tych samych surowców pociętych w plastry wyniósł odpowiednio 0,457 ±0,08 i 0,514 ±0,07 mm. Największe zmiany w składzie granulometrycznym rozdrobnionych suszy otrzymano we frakcji cząstek >0,8 mm i 0,2 0,4 mm. Największym udziałem frakcji >0,8 mm charakteryzował się rozdrobniony susz ziemniaka i marchwi, który przed procesem suszenia został pocięty do postaci plastrów. W przypadku zaś klasy wymiarowej 0,2 0,4 mm największy udział stanowiły cząstki otrzymane z surowców rozdrobniony do postaci pasków (tab. 2). Energochłonność jednostkowa rozdrabniania badanych suszy zawierała się w przedziale od 80,2 kj kg -1 (paski marchwi) do 103,6 kj kg -1 (plastry ziemniaka), przy czym paski suszu, zarówno z marchwi, jak i z ziemniaka wymagały nieco mniejszych nakładów energii na rozdrabnianie niż plastry, co wynika z większych wymiarów tych drugich. Susz zarówno marchwiowy, jak i ziemniaczany (o tej samej wielkości) charakteryzował się podobną energochłonnością jednostkową rozdrabniania (rys. 3). W dotychczasowej literaturze bardzo niewiele prac dotyczy charakterystyki procesu rozdrabniania suszy warzywnych. Należy zauważyć, że na proces rozdrabniania istotny wpływ ma zawartość wody w materiale. Chakkaravarthi i in. [1993] badali wpływ wilgotności suszonej marchwi na energochłonność rozdrabniania i stwierdzili, nieliniową zależność miedzy wilgotnością suszu marchwiowego a energochłonnością jednostką rozdrabniania. Dlatego też w niniejszej pracy wilgotność suszy przed rozdrabnianiem była na zbliżonym poziomie (14% ±0,2%). Analizując wskaźnik podatności suszu na rozdrabnianie (rys. 3), który odnosi energię rozdrabniania do powierzchni cząstek po rozdrobnieniu, stwierdzono większe zróżnicowanie tego parametru niż w przypadku energochłonności jednostkowej rozdrabniania, aczkolwiek tendencje były podobne. Najmniejsze wartości tego wskaźnika uzyskano, poddając redukcji wymiarów cząstek paski suszu ziemniaka i marchwi odpowiednio 7,0 i 6,2 kj m -2. Z kolei susz otrzymany z plastrów tych surowców charakteryzował się większymi wartościami tego parametru (10,1 kj m -2 w przypadku marchwi i 11,5 kj m -2 w odniesieniu do ziemniaka). nr 585, 2016

60 60 D. Dziki, W. Hameed Hassoon, B. Biernacka i in. Tabela 2. Skład granulometryczny i średni wymiar cząstek (d śr ) rozdrobnionych suszy z marchwi i ziemniaka Table 2. Particle size distribution and average particle size (d śr ) of ground carrot and potato dried samples Próba Sample Klasa wymiarowa [mm] Range of class [mm] >0,8 0,8 0,6 0,4 0,6 0,2 0,4 0,1 0,2 <0,1 d śr, mm MPA * 5,2 ±0,11 17,9 ±0,21 23,0 ±0,36 35,2 ±0,35 8,3 ±0,18 10,6 ±0,15 0,405 ±0,07 MPL 14,9 ±0,16 15,8 ±0,31 26,6 ±0,38 18,6 ±0,25 11,1 ±0,34 13,0 ±0,22 0,457 ±0,06 ZPA 1,6 ±0,08 10,0 ±0,18 26,9 ±0,21 30,6 ±0,42 13,5 ±0,19 17,5 ±0,28 0,340 ±0,08 ZPL 21,2 ±0,35 14,1 ±0,26 33,0 ±0,18 14,5 ±0,31 7,3 ±0,21 9,9 ±0,17 0,514 ±0,07 * MPA paski marchwi, MPL plastry marchwi, ZPA paski ziemniaka, ZPL plastry ziemniaka. * MPA carrot strips, MPL carrot slices, ZPA potato strips, ZPL potato slices. Rys. 2. Fig. 2. E r (kj kg -1 ) a b 0 MPA MPL ZPA ZPL Próba Sample Energochłonność jednostkowa rozdrabniania suszu marchwi i ziemniaka. MPA paski marchwi, MPL plastry marchwi, ZPA paski ziemniaka, ZPL plastry ziemniaka; a, b grupy jednorodne Specific grinding energy of dried carrot and potato, MPA carrot strips, MPA carrot strips, MPL carrot slices, ZPA potato strips, ZPL potato slices; a, b homogeneous groups a b Wyniki wskaźnika rozdrabniania Sokołowskiego dla analizowanych suszy przedstawiono na rysunku 4. Parametr ten dodatkowo uwzględnia stopień rozdrobnienia materiału. Stwierdzono, że susz marchwi bez względu na stopień rozdrobnienia charakteryzował się podobnymi wartościami tego wskaźnika, które kształtowały się średnio na poziomie 82.0 kj kg -1 mm 0,5. Najmniejsze wartości tego parametru uzyskano, poddając rozdrabnianiu paski suszonego ziemniaka (74,8 kj kg -1 mm 0,5 ), a największe plastry tego surowca: 89,5 kj kg -1 mm 0,5. Dotychczas wartości wskaźników podatności na rozdrabnianie oraz wskaźnika rozdrabniania Sokołowskiego były wyznaczane głownie dla ziarna zbóż [Dziki i Laskowski 2010]. Uzyskane wartości tych wskaźników dla suszy warzywnych są zbliżone do wartości dla ziarna zbóż o podobnym poziomie wilgotności, aczkolwiek należy zauważyć, że wskaźniki te nie tylko zależą od właściwości surowca poddawanego redukcji wymiarów cząstek, ale również od warunków prowadzenia procesu rozdrabniania [Dziki i in. 2014]. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

61 Wpływ stopnia rozdrobnienia wybranych warzyw Rys. 3. Fig. 2. E f (kj m -2 ) b c 0 MPA MPL ZPA ZPL Próba Sample Wskaźnik podatności suszu na rozdrabnianie; MPA paski marchwi, MPL plastry marchwi, ZPA paski ziemniaka, ZPL plastry ziemniaka; a, b, c, d grupy jednorodne Grinding ability index of dried carrot and potato; MPA carrot strips, MPL carrot slices, ZPA potato strips, ZPL potato slices; a, b homogeneous groups a d Rys. 4. Fig. 2. K s (kj kg -1 mm 0,5 ) a b 30 MPA MPL ZPA ZPL Próba Sample Wskaźnik rozdrabniania Sokołowskiego; M pa paski marchwi, M pl plastry marchwi, Z pa paski ziemniaka, Z pa plastry ziemniaka; a, b, c grupy jednorodne Sokołowski`s grinding index; MPA carrot strips, MPL carrot slices, ZPA potato strips, ZPL potato slices; a, b, c homogeneous groups a c Z otrzymanych wskaźników charakteryzujących proces rozdrabniania wynika, że zarówno susz marchwiowy, jak i ziemniaczany o zbliżonej wielkości początkowej cząstek przed rozdrobnieniem ulegały w podobnym stopniu redukcji wymiarów przy zbliżonym zapotrzebowaniu energii na ten proces. WNIOSKI 1. Zwiększenie powierzchni właściwej warzyw przed suszeniem średnio o 50%, przy tej samej masie suszonych próbek powodowało około siedmiokrotne skrócenie procesu, przy czym próbki marchwi suszyły się nieco szybciej niż próbki ziemniaka. nr 585, 2016

62 62 D. Dziki, W. Hameed Hassoon, B. Biernacka i in. 2. Sposób przygotowania warzyw do suszenia istotnie wpłynął na skład granulometryczny cząstek suszu poddanego rozdrobnieniu. Zarówno susz ziemniaka, jak i marchwi pocięty przed suszeniem w paski ulegał podczas rozdrabniania w większym stopniu redukcji wymiarów niż próbki w kształcie plastrów. 3. Wskaźnik podatności suszu na rozdrabnianie zawierał się od 6,2 kj m -2 (suszone paski marchwi) do 11,5 kj m -2 w odniesieniu do odwodnionych plastrów ziemniaka. 4. Przeprowadzone badania wykazały, że stopień rozdrobnienia warzyw istotnie wpływa zarówno na proces suszenia, jak i redukcję wymiarów suszu rozdrabniaczem nożowym. LITERATURA Chakkaravarthi A., Math R.G., Walde S.G., Rao D.G., Grinding characteristics of carrots (daucus carota L.). J. Food Eng. 20(4), Chaughule V.A., Thorat B.N., Microwave vacuum drying of shredded carrots and its nutritional evaluation. Int. J. Food Eng. 7(4), De Brier N., Hemdane S., Dornez E., Gomand S.V., Delcour J.A., Courtin C.M., Structure, chemical composition and enzymatic activities of pearlings and bran obtained from pearled wheat (triticum aestivum L.) by roller milling. J. Cereal Sci. 62(3), Dziki D., The crushing of wheat kernels and its consequence on the grinding process. Powder Technol. 185(2), Dziki D., Cacak-Pietrzak G., Miś A., Jończyk K., Gawlik-Dziki U., Influence of wheat kernel physical properties on the pulverizing process. J. Food Sci. Technol. 51(10), Dziki D., Laskowski J., Study to analyze the influence of sprouting of the wheat grain on the grinding process. J. Food Eng. 96(4), Famurewa A.V., Emuekele P.O., Jaiyeoba K.F., Effect of drying and size reduction on the chemical and volatile oil contents of ginger (zingiber officinale). J. Med. Plants Res. 5(14), Figiel A., Kinetyka odwadniania osmotycznego plastrów dyni w zagęszczonym soku z owoców pigwowca Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 572, Fijałkowska A., Nowacka M., Witrowa-Rajchert D., Wpływ obróbki wstępnej ultradźwiękami na przebieg suszenia i zawartość betalain w buraku ćwikłowym. Zesz. Probl. Post. Nauk. Roln. 581, Fujita K., Takakura N., Development of new crushing mill for manufacturing powdered green tea from dried tea leaves. Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers, Part C, 77(784), Henderson S.M, Pabis S., Grain drying theory. II. Temperature effects on drying coefficients. J. Agric. Eng. Res. 6(4), Nguyen A.-Qu., Husemann K., Oettel W Comminution behaviour of an unconfined particle bed. Minerals Eng. 15(1 2), Rahman M. S. (ed.), Food properties handbook, second edition. CRC Press, Taylor and Francis Group, ISBN: Różyło R., Gawlik-Dziki, U., Dziki D., Jakubczyk A., Karaś M., Rózylo K., Wheat bread with pumpkin (cucurbita maxima L.) pulp as a functional food product. Food Technol. Biotechnol. 52(4), Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

63 Wpływ stopnia rozdrobnienia wybranych warzyw Rudy S., Dziki D., Krzykowski A., Gawlik-Dziki U., Polak R., Rózyło R., & Kulig R., Influence of pre-treatments and freeze-drying temperature on the process kinetics and selected physico-chemical properties of cranberries (vaccinium macrocarpon ait.). LWT Food Sci. Technol. 63(1), Śledź M., Nowacka M., Wiktor A., Witrowa-Rajchert D., Selected chemical and physicochemical properties of microwave-convective dried herbs. Food and Bioproducts Processing 9(1), Witrowa-Rajchert D., Wiktor A., Śledz M., Nowacka M., Selected emerging technologies to enhance the drying process: A review. Drying Technol. 32(11), THE EFFECT OF SIZE REDUCTION OF SELECTED VEGETABLES ON THE CONVECTION DRYING PROCESS AND SUSCEPTIBILITY THE DRIED PRODUCT TO FRAGMENTATION Summary. Drying and grinding are two basic processes in food processing, where the final result is determined by either the properties of the raw material and processing parameters. The aim of the study was to analyze the influence of vegetables size reduction on the kinetics of convection drying and grinding process of dried materials. The potato tubers and carrot roots were used for investigations. Before measurements the moisture content of raw materials was evaluated and the samples were cut into slices (2.5 cm diameter and 3.0 mm thick) and strips with the shape of parallelepipeds ( cm). The drying was carried out in a single layer, using an air temperature of 60 C and flow rate 0.5 m s -1. The Henderson and Pabis model was used for describing the drying kinetics. The dried samples were comminuted by using the laboratory knife mill. The sieving test was used to determine the size distribution of the pulverized material and the average particle size was calculated. Besides, the grinding energy indices were determined. The experiment was performed in triplicate. The obtained data was further subjected to a statistical analysis and the consequent evaluations were analyzed for a variance analysis. It was found that both in the case of carrots and potatoes increasing the area of samples before drying (approximately about 50%) decreased several times the drying period. The drying time of potatoes was shorter then drying period of carrot. Dried potatoes and carrots were characterized by similar susceptibility to fragmentation, although a slightly lower grinding energy requirements were obtained for the raw material in the form of strips. The average particle size of ground material changed from to mm in the case of potato and carrots strips, respectively and from mm to mm in the case of potato and carrot slices, respectively. Sokołowski`s grinding index ranged from 81 kj kg -1 mm 0,5 (carrot strips) to 90 kj kg -1 mm 0,5 (potato slices). The study showed that the size reduction of vegetables before drying had especially significant effect on the drying process and to a much lesser extent influenced on the grinding process of dried material. Key words: carrot, tomato, drying, grinding, energy requirements nr 585, 2016

64

65 Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych nr 585, 2016, OCENA ZDOLNOŚCI PRZECIWDROBNOUSTROJOWYCH I BAKTERIOCYNOGENNYCH LACTOBACILLUS RHAMNOSUS ATCC 7469 Iwona Gientka 1, Anna Bugajewska 2, Anna Chlebowska-Śmigiel 1, Marek Kieliszek 1, Sylwia Misiura 1 1 Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie 2 SILLIKER Polska Sp. z o.o., grupa Mèrieux NutriSciences Streszczenie. Celem badań była ocena aktywności przeciwdrobnoustrojowej płynów pohodowlanych L. rhamnosus ATCC 7469 oraz weryfikacja zdolności szczepu do biosyntezy bakteriocyn. Aktywność przeciwdrobnoustrojową oznaczano metodą słupkowo-dyfuzyjną, krążkowo-dyfuzyjną oraz w podłożach płynnych w warunkach Bioscreen C. Pałeczki mlekowe hodowano w podłożu MRS (de Man, Rogosa i Sharpe), w temp. 37 C przez 24 h. Szczepy testowe stanowiły E. coli, S. Enteritidis, E. cloaceae, P. mirabilis, Y. enterocolitica, P. aeruginosa, S. aureus oraz B. cereus. Płyny pohodowlane hamowały wzrost wszystkich szczepów testowych. Wydłużyły się fazy adaptacyjne i zmniejszyły właściwe szybkości wzrostu (μ max ) bakterii testowych. Po zastosowaniu płynów pohodowlanych po korekcie ph obserwowano całkowity brak stref zahamowania w metodzie krążkowo-dyfuzyjnej, a w trakcie hodowli w podłożach płynnych niezmieniony przebieg krzywych wzrostu drobnoustrojów testowych. Płyn uzyskany po hodowli L. rhamnosus ATCC 7469 w podłożu MRS hamował wzrost wszystkich bakterii testowych, a najbardziej wrażliwym okazał się B. cereus ATCC W warunkach doświadczenia badany szczep L. rhamnosus nie wytwarzał bakteriocyny. Słowa kluczowe: Lactobacillus rhamnosus, właściwości przeciwdrobnoustrojowe, bakteriocyny WSTĘP Wiele doniesień naukowych potwierdza, że zastosowanie odpowiednich szczepów bakterii mlekowych przyczynia się do wyeliminowania lub zahamowania rozwoju drobnoustrojów patogennych oraz powodujących psucie żywności. Silne właściwości antago- iwona_gientka@sggw.pl Copyright by Wydawnictwo SGGW

66 66 I. Gientka, A. Bugajewska, A. Chlebowska-Śmigiel i in. nistyczne bakterii mlekowych uwarunkowane są zdolnością do znacznego obniżania ph dzięki wytwarzaniu kwasów mlekowego i octowego, syntezie nadtlenku wodoru i innych niskocząsteczkowych produktów metabolizmu komórkowego. Należą do nich diacetyl, reuteryna, kwasy tłuszczowe. Jedną z cech bakterii mlekowych jest ich zdolność do wytwarzania bakteriocyn, które hamują rozwój bakterii Gram-dodatnich należących do rodzajów Staphylococcus i Listeria oraz bakterii Gram-ujemnych, np. Salmonella, Escherichia, Shigella. Aktywność antagonistyczna wobec bakterii chorobotwórczych i gnilnych jest jednym z wymagań stawianych probiotycznym szczepom bakterii mlekowych. Cechy takie wykazują niektóre szczepy Lactobacillus rhamnosus (np. L. rhamnosus GG (ATCC 53103)). Są one z powodzeniem wykorzystywane w produkcji jogurtów [Schillinger 1999], napojów owocowych [Champagne i Gardner 2008] i sojowych [Champagne i in. 2009]. Szczepy L. rhamnosus znajdują zastosowanie jako składnik preparatów stosowanych podczas pokarmowych i intymnych infekcji bakteryjnych. Ponadto bakterie L. rhamnosus wytwarzają także polimery zewnątrzkomórkowe [Calsteren i in. 2002], które mogą być czynnikiem zagęszczającym i teksturotwórczym, zwłaszcza w fermentowanych napojach mlecznych. Poznano całkowity genom probiotyczego szczepu L. rhamnosus GG [Morita i in. 2009]. Według danych piśmienniczych, zdolność do biosyntezy bakteriocyn przez gatunek L. rhamnosus potwierdzono m.in. w przypadku szczepu GG [Avonts i in. 2004], szczepu 161 [Çon i Gökalp 2000] E i LC-705 [Työppönen i in. 2003], szczepów ST461BZ oraz ST462BZ [Todorov i Dicks 2005]. Wytwarzanymi bakteriocynami są m.in. rhamnozyna A [Dimitrijevič i in. 2009] i bakteriocyny ST461BZ oraz ST462BZ. Oprócz aktywności przeciwbakteryjnej szczepy L. rhamnosus wykazywały także aktywność przeciwgrzybiczą [Suzuki i in. 1991, Stiles i in. 2002]. Szczep L. rhamnosus ATCC 7469 jest stosowany w mikrobiologicznej metodzie oznaczania zawartości witamin, a w szczególności folianów [Hyun i Tamura 2005]. Reaguje wzrostem na większość pochodnych kwasu foliowego oraz na poliglutaminowe pochodne folianów [Mullin i Duch 2000]. Zespół badawczy Jorjăo i in. [2015] opublikował badania, z których wynika, że komórki tego szczepu są w stanie indukować syntezę cytokin, co sugeruje ich duży wpływ na stymulację odpowiedzi immunologicznej organizmu ludzkiego. Celem badań była ocena aktywności przeciwdrobnoustrojowej płynów pohodowlanych L. rhamnosus ATCC 7469 oraz weryfikacja zdolności szczepu do biosyntezy bakteriocyny podczas hodowli w podłożu MRS. MATERIAŁY I METODY Materiał biologiczny Szczepy testowe stanowiły E. coli ATCC 113-3, E. coli ATCC 25922, S. Enteritidis ATCC 13076, E. cloaceae ATCC 13047, P. mirabilis ATCC 35659, Y. enterocolitica PZH.03, P. aeruginosa ATCC 27853, S. aureus ATCC oraz B. cereus ATCC Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

67 Ocena zdolności przeciwdrobnoustrojowych Hodowla inokulacyjna szczepów testowych Przygotowanie inokulum szczepów testowych polegało na hodowli bakterii w płynnym podłożu Muller-Hinton (MH) przez 24 h w 37 C, a następnie odwirowaniu komórek i ich zawieszeniu w sterylnej soli fizjologicznej tak, aby ich liczba wynosiła 10 8 cm -3. Tak przygotowana zawiesina komórek służyła jako inokulum we wszystkich zastosowanych metodach badania właściwości przeciwdrobnoustrojowych. Hodowla L. rhamnosus Pałeczki L. rhamnosus ATCC 7469 hodowano w płynnym podłożu MRS (de Man, Rogosa i Sharpe) o ph 6,3 oraz na podłożu MRSA (MRS zestalone agarem) o identycznym ph, w temp. 37 o C przez 24 h. Po tym czasie z płytek MRSA wycinano korkoborem słupki do metody słupkowo-dyfuzyjnej. Płyny pohodowlane z hodowli w podłożu MRS jałowiono metodą filtracji i wykorzystywano do metody krążkowo-dyfuzyjnej oraz w trakcie oznaczania aktywności przeciwdrobnoustrojowej podczas hodowli w urządzeniu Bioscreen C. Oznaczanie aktywności przeciwdrobnoustrojowej Aktywność przeciwdrobnoustrojową oznaczano metodą słupkowo-dyfuzyjną i metodą krążkowo-dyfuzyjną. W obu metodach podłoża MHA (Mueller-Hinton Agar) zostały zaszczepione powierzchniowo inokulum szczepów testowych. Następnie na ich powierzchnię nanoszono słupki wycięte korkoborem (φ = 10 mm) z podłoża. W metodzie krążkowo-dyfuzyjnej krążki bibuły nasączano wyjałowionym filtracyjnie płynem pohodowlanym L. rhamnosus (40 μl) po korekcie ph do 6,5 (za pomocą 1 M NaOH). Korektę kwasowości czynnej prowadzono w celu zniwelowania wpływu kwasu mlekowego na bakterie testowe. Po 24 h inkubacji mierzono strefy zahamowania wzrostu [mm] przy wykorzystaniu skanera Epson i programu BioStrefaLite. Wynik obliczano jako różnicę między średnią całkowitą strefą zahamowanego wzrostu a średnicą słupka bądź krążka. Aktywność przeciwdrobnoustrojową płynu pohodowlanego sprawdzano także podczas hodowli szczepów testowych w płynnym podłożu MH (Mueller-Hinton) suplementowanym jałowym płynem pohodowlanym L. rhamnosus oraz po korekcie ph. W tym celu celki płytki Honeycomb wypełniano podłożem MH w ilości 280 μl i suplementowano odpowiednio przygotowanym płynem pohodowlanym w ilości 15% v/v. Celki szczepiono inokulum (10% v/v), a następnie hodowano w temp. 37 C przez 48 h w warunkach stacjonarnych. Odczyt OD następował co 15 min przy szerokopasmowym filtrze ( nm), a płytka Honeycomb była wytrząsana na 10 s przed pomiarem. Metody statystyczne Otrzymane wyniki poddano analizie statystycznej analiza wariancji oraz test Tukeya HSD (poziom istotności α = 0,05, n = 3). nr 585, 2016

68 68 I. Gientka, A. Bugajewska, A. Chlebowska-Śmigiel i in. WYNIKI I DYSKUSJA Płyny pohodowlane L. rhamnosus ATCC 7469 hamowały wzrost wszystkich szczepów testowych podczas metody słupkowo- i krążkowo-dyfuzyjnej. Największe strefy zahamowanego wzrostu stwierdzono w przypadku bakterii B. cereus. Niezależnie od zastosowanej metody przekraczały one 11 mm. Wzrost bakterii z rodziny Enterobacteriaceae był hamowany w mniejszy stopniu. Wrażliwość obu szczepów E. coli oraz E. coli ATCC na metabolity antagonistyczne wytworzone przez L. rhamnosus była podobna, a obserwowane strefy zahamowania wzrostu wynosiły od 7,1 do 7,7 mm. W większości przypadków strefy hamowania określane metodą słupkowo-dyfuzyjną i krążkowo-dyfuzyjną nie różniły się istotnie, poza wyjątkiem dla szczepu S. Enteritidis ATCC W metodzie słupkowej, po przeniesieniu drobnoustrojów antagonistycznch w słupku agarowym, możliwy jest ich dalszy rozwój, równoległy do wzrostu szczepów testowych [Strus 1998]. W konsekwencji możliwe jest dalsze zwiększanie ilości lub stężenia substancji antagonistycznych. W metodzie krążkowej uzyskano mniejsze strefy zahamowanego wzrostu (rys. 1). Prawdopodobnie jest to wynikiem zastosowania płynów pohodowlanych wyjałowionych metodą filtracji, co uniemożliwiło dalszą koncentrację metabolitów hamujących wzrost bakterii testowych. Do niskocząsteczkowych metabolitów antagonistycznych wytwarzanych przez pałeczki L. rhamnosus należą kwas mlekowy, nadtlenek wodoru, diacetyl oraz acetoina. Rys. 1. Strefy zahamowania wzrostu szczepów testowych w metodach dyfuzyjnych (strefy zahamowania po zastosowaniu płynu pohodowlanego L. rhamnosus bez korekty ph) Fig. 1. The growth inhibition zones of the test strains in both diffusion methods: agar-disk diffusion method (black columns) and disk diffusion method (grey columns) (after applying the post-harvest liquid of L. rhamnosus without ph correction) Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

69 Ocena zdolności przeciwdrobnoustrojowych Produktywność poszczególnych metabolitów zależy od temperatury hodowli i źródła węgla, a w szczególności od dostępności cytrynianów [Figureoa i in. 2001]. Wytwarzany przez pałeczki kwas mlekowy obniża ph, co dodatkowo zwiększa wytwarzanie nadtlenku wodoru [Ponce i in. 2008]. Przeciwdrobnoustrojowy efekt nadtlenku wodoru wynika z wytwarzania aktywnych i toksycznych dla komórek rodników hydroksylowych [Klewicka i Libudzisz 1998]. Metabolity antagonistyczne w sposób synergistyczny wpływają hamująco na rozwój wielu bakterii patogennych zarówno Gram-dodatnich, jaki i Gram- -ujemnych [Maragkoudakis i in. 2009]. Antagonistyczne oddziaływanie płynów pohodowlanych L. rhamnosus zaobserwowano również wtedy, kiedy zastosowano je do hodowli bakterii testowych w podłożach płynnych. Podczas hodowli w urządzeniu Bioscreen C dodatek płynu pohodowlanego L. rhamnosus spowodował wydłużenie fazy adaptacyjnej. Wartości gęstości optycznej oznaczane w 24. godzinie były istotnie niższe od gęstości optycznej hodowli kontrolnych w tym samym czasie (tab. 1). Podobnie właściwa szybkość wzrostu (μ max ) bakterii testowych była istotnie mniejsza w porównaniu do osiąganej w podłożach kontrolnych (tab. 2). Różnice w wartościach właściwej szybkości wzrostu były szczególnie widoczne w przypadku szczepów B. cereus ATCC (od 0,456 do 0,083 h -1 ), P. aeruginosa ATCC (od 0,394 do 0,097 h -1 ) oraz P. mirabilis ATCC (od 0,376 do 0,102 h -1 ). W badaniach sprawdzano zdolność pałeczek mlekowych L. rhamnosus do syntezy bakteriocyn. Poprzez zmianę ph płynów pohodowlanych do wartości 6,5 zniwelowano wpływ kwasu mlekowego na wzrost bakterii. W takich warunkach obserwowano całkowity brak stref zahamowania wzrostu mikroorganizmów testowych w metodzie krążkowo- Tabela 1. Porównanie gęstości optycznej w 24. godzinie hodowli bakterii testowych w podłożu MH (kontrola) oraz z dodatkiem płynu pohodowlanego L. rhamnosus Table 1. Comparison of the optical density of 24 h test bacteria strains culture in MH medium (control), and with the addition of L. rhamnosus post-harvest liquid Szczep testowy Test strain Hodowla kontrolna Control culture Płyn pohodowlany L. rhamnosus Post-harvest liquid of L. rhamnosus bez korekty ph without ph correction po korekcie ph after ph correction OD nm E. coli ,367 ±0,15 e 0,873 ±0,12 b,c 1,354 ±0,14 e E. coli ATCC ,382 ±0,21 e 0,931 ±0,15 c 1,412 ±0,12 e P. mirabilis ATCC ,412 ±0,19 e 0,921 ±0,21 c 1,398 ±0,11 e S. Enteritidis ATCC ,352 ±0,18 e 1,120 ±0,15 d 1,348 ±0,09 e Y. enterocolitica PZH.03 1,425 ±0,19 e 1,180 ±0,18 d 1,422 ±0,14 e P. aeruginosa ATCC ,521 ±0,15 f 0,877 ±0,14 b,c 1,451 ±0,15 e,f E. cloacae ATCC ,523 ±0,14 f 0,811 ±0,14 b 1,521 ±0,16 f S. aureus ATCC ,498 ±0,17 e,f 0,902 ±0,18 b 1,488 ±0,17 e,f B. cereus ATCC ,558 ±0,14 f 0,752 ±0,17 a 1,552 ±0,14 f nr 585, 2016

70 70 I. Gientka, A. Bugajewska, A. Chlebowska-Śmigiel i in. -dyfuzyjnej. Podobnie podczas hodowli bakterii testowych w podłożach płynnych w urządzeniu Bioscreen C nie odnotowano zmian w przebiegu krzywych wzrostu drobnoustrojów testowych. Wartości właściwej szybkości wzrostu bakterii testowych nie różniły się istotnie w porównaniu do hodowli kontrolnych (tab. 2), a zatem ich czas generacji nie uległ wydłużeniu. Także wartości gęstości optycznej oznaczane w 24. godzinie były bardzo zbliżone do gęstości optycznej hodowli kontrolnych w tym samym czasie. Uzyskane wyniki pozwalają stwierdzić, że badany szczep L. rhamnosus ATCC 7469 nie wykazuje zdolności do wytwarzania bakteriocyn podczas hodowli w podłożu MRS w 37 C. Tabela 2. Wpływ dodatku płynów pohodowlanych L. rhamnosus na właściwą szybkość wzrostu μ max (h -1 ) szczepów testowych podczas hodowli w aparacie Bioscreen C Table 2. The effect of L. rhamnosus post-harvest liquids addition on the specific growth rate μ max (h -1 ) test strains during the culture in Bioscreen C Szczep testowy Test strain Hodowla kontrolna Control culture Płyn pohodowlany L. rhamnosus Post-harvest liquid of L. rhamnosus bez korekty ph without ph correction μ max (h -1 ) po korekcie ph after ph correction E. coli ATCC ,196 ±0,008 c 0,097 ±0,009 a 0,189 ±0,019 c E. coli ATCC ,194 ±0,008 c 0,103 ±0,008 a,b 0,185 ±,018 c P. mirabilis ATCC ,376 ±0,005 e 0,102 ±0,005 a 0,369 ±0,012 e S. Enteritidis ATCC ,320 ±0,004 d 0,119 ±0,005 b 0,312 ±0,007 d Y. enterocolitica PZH.03 0,125 ±0,002 b 0,085 ±0,005 a 0,111 ±0,007 b P. aeruginosa ATCC ,394 ±0,011 e 0,097 ±0,007 a 0,391 ±0,006 e E. cloace ATCC ,169 ±0,012 c 0,090 ±0,004 a 0,170 ±0,009 c S. aureus ATCC ,203 ±0,008 c 0,100 ±0,012 a 0,205 ±0,011 c B. cereus ATCC ,456 ±0,005 f 0,083 ±0,019 a 0,442 ±0,017 f Z dostępnych danych literaturowych wynika, że niektóre szczepy L. rhamnosus wytwarzają bakteriocyny. Należy do nich np. rhamnozyna A wytwarzana przez L. rhamnosus 68. Jest to mała, termostabilna peptydowa bakteriocyna zaklasyfikowana do II klasy bakteriocyn [Dimitrijevič i in. 2009]. Warunki hodowli, a w szczególności skład podłoża, indukują syntezę bakteriocyn. Wspomniany szczep L. rhamnosus 68 w pierwszym etapie (16 godzin) był hodowany w podłożu MRS, a następnie 12 godzin w podłożu mineralnym zawierającym glukozę i NaCl. Według Chang i Liew [2013], podłoże zawierające 4,4% glukozy, 6% ekstraktu drożdżowego, 6% tryptonu oraz 1 ml/l Tween 80 jest najlepsze dla uzyskania największej liczby komórek i plonu biomasy L. rhamnosus. Nie badali oni jednak zdolności do syntezy bakteriocyn. Na wzrost i biosyntezę bakteriocyn przez bakterie wpływa wiele czynników, do których należą warunki hodowli, źródła węgla i azotu, ph, a także obecność innych substancji, np. Tween. Przykładowo czynnikiem istotnie zwiększającym syntezę bakteriocyn przez szczep L. paracasei J23 był glicerol w stężeniu 1% [Yi i in. 2013]. Z kolei w przy- Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

71 Ocena zdolności przeciwdrobnoustrojowych padku szczepu L. sakei subsp. sakei 2a najlepszą wydajnością produkcji bakteriocyn skutkowała hodowla w temp 25 C w podłożu MRS o początkowym ph 6,28 zawierającym 5,5 g L 1 glukozy oraz dodatek 1,05% Tween 20 [Malheiros i in. 2015]. Ponadto ph podłoży, w których następuje synteza bakteriocyn, istotnie wpływa na aktywność otrzymanych metabolitów. Przykładem mogą tu być wyniki doświadczeń opublikowanych przez Todorova i Dicka [2004, 2005a, b]. Aktywność bakteriocyn wytworzonych przez L. plantarum ST194BZ w podłożu, którego początkowe ph wynosiło od 5,5 do 6,5 była największa, natomiast w podłożu o początkowym ph 4,5 aktywność stanowiła zaledwie Ľ maksymalnej [2005a]. Podobnie aktywność bakteriocyn wytworzonych przez L. rhamnosus zależała od początkowego ph pożywki. W pożywkach o początkowym ph 6,5 bakteriocyny wykazały maksymalną aktywność ( AU/ml), w pożywkach o zakresie ph od 5,0 do 6,0 aktywność bakteriocyn była zredukowana o 50%, a przy początkowym ph 4,5 wynosiła tylko 1600 AU/ml [Todorov i Dick 2005b]. Znaczenie początkowego ph podłoża dla aktywności wytworzonych bakteriocyn zauważono także w przypadku szczepu bakterii mlekowych L. pentosus ST151BR [Todorov i Dick 2004]. Należy zwrócić uwagę, że początkowe ph podłoży MRS stosowanych w niniejszych badaniach wynosiło 6,3, zatem było bardzo zbliżone do tego, które w przypadku innych szczepów L. rhamnosus skutkowało biosyntezą bakteriocyn o największej aktywności. Mimo to nie stwierdzono właściwości bakteriocynogennych badanego szczepu. WNIOSKI Płyn pohodowlany L. rhamnosus ATCC 7469 uzyskany po 24-godzinnej inkubacji w temp. 37 C w podłożu MRS hamował wzrost testowych bakterii Gram-dodatnich i Gram-ujemnych. Najbardziej wrażliwym na jego działanie okazał się B. cereus ATCC W badanych warunkach doświadczenia nie potwierdzono zdolności szczepu L. rhamnosus ATCC 7469 do wytwarzania bakteriocyn. LITERATURA AOAC, Association of Official Analytical Chemists AOAC official method , Total folates in cereal and cereal foods. Microbiological assay trienzyme procedure in: Official methods of analysis of AOAC international. Avonts L., Van Uytven E., De Vuyst L., Cell growth and bacteriocin production of probiotic Lactobacillus strains in different media. Int. Dairy J. 14, Champagne C.P., Gardner N.J., Effect of storage in a fruit drink on subsequent survival of probiotic lactobacilli to gastrointestinal stresses. Food Res. Int. 41(5), Champagne C.P., Green-Johnson J., Raymond Y., Barette J., Buckley N., Selection of probiotic bacteria for the fermentation of a soy beverage in combination with Streptococcus thermophilus. Food Res. Int. 42(5 6), Chang C.P., Liew S.L., Growth medium optimization for biomass production of a probiotic bacterium, Lactobacillus rhamnosus ATCC J. Food Biochem. 37(5), Çon A.H., Gökalp H.Y., Production of bacteriocin-like metabolites by lactic acid cultures isolated from sucuk samples. Meat Sci. 55(1), nr 585, 2016

72 72 I. Gientka, A. Bugajewska, A. Chlebowska-Śmigiel i in. De Figureoa R.M., Oliver G., de Cadenas I.L.B., Influence of temperature on flavour compound production from citrate by Lactobacillus rhamnosus ATCC Microbiol. Res. 155(4), Dimitrijevič R., Stojanowič M., Zivkovič I., Petersen A., Jankov R.M., Dimitrijevič L., Gavrovič- -Jankulovič M., The identification of a low molecular mass bacteriocin, rhamnosis A, produced by Lactobacillus rhamnosus strain 68. J. Appl. Microbiol. 107(6), Hyun H.T., Tamura T., Trienzyme extraction in combination with microbiologic assay in food folate analysis: an updated review, Exp. Biol. Med. 230, Jorjăo A.L., de Oliveira F.E., Pereira Leăo M.V., Carvalho C.A.T, Jorge A.O.C., de Oliveira L.D., Live and heat-killed Lactobacillus rhamnosus ATCC 7469 may induce modulatory cytokines profiles on macrophages RAW Sci. World J. Article ID Klewicka E., Libudzisz Z., Przeciwdrobnoustrojowa aktywność bakterii mlekowych Prz. Mlecz. 12, Maragkoudakis P.A., Mountzouris K.C., Psyrras D., Cremonese S., Fischer J., Canter M.O., Tsakalidon E., Functional properties of novel protective lactic acid bacteria and application in raw chicken meat against Listeria monocytogenes and Salmonella Enteritidis. Int. J. Food Microbiol. 130(3), Malheiros P.S., Sant Anna V., Todorov S.D., Franco B.D.G.M Optimization of growth and bacteriocin production by Lactobacillus sakei subsp. sakei 2a. Braz. J. Mirobiol. 46, 3. doi.org/ /s Morita H., Toh H., Oshima K., Murakmi M., Taylor T.D., Igimi S., Hattori M., Complete genome sequence of probiotic Lactobacillus rhamnosus ATCC J. Bacteriol. 191(24), Mullin J.R., Duch S.D., Folic acid. In Modern chromatographic analysis of vitamins (Leenheer PA, Lambert EW, Nelis JH) CRC Press, New York, Pounce A.G., Moreira M.R., Valle C.E., Roura S.I., Preliminary characterization of bakteriocin-like substances from lactic bacteria isolated from organic leafy vegetables, LWT- -Food Sci. Technol. 41(3), Saito H., Watanabe T., Tado O., Protective effects of lactobacilli on experimental Escherichia coli infection. Med. Biol. 101, Sarika A.R., Lipton A.P., Aishwarya M.S., Bacteriocin production by a new isolate of Lactobacillus rhamnosus GP1 under different culture conditions. Adv. J. Food Sci. Technol. 2(5), Schillinger U., Isolation and identification of lactobacilli in novel-type probiotic mild yoghurts and their stability during refrigerated storage. Int. J. Food Microbiol. 47, Srinivasan R., Kumawat D.K., Kumar S., Saxena A.K., Purification and characterization of a bacteriocin from Lactobacillus rhamnosus L34. Ann Microbiol. 63, Stiles J., Penkar S., Plocková M., Chumchalová J., Bullerman L.B., Antifungal activity of sodium acetate and Lactobacillus rhamnosus. J. Food Prot. 65, Suzuki H.W., Nomura M., Morichi T., Isolation of lactic acid bacteria which suppress mold growth and show antifungal action. Milchwiss. 46, Todorov S.D., Dicks L.M.T., Effect of medium components on bacteriocin production by Lactobacillus Pentosus ST151BR, a strain isolated from beer produced by the fermentation of maize, barley and soy flour. World J. Microbiol. Biotechnol. 20, Todorov S.D., Dicks L.M.T., 2005a. Effect of growth medium on bacteriocins production by Lactobacillus plantarum ST194B2 a strain isolated from Boza. Food Technol. Biotechnol. 43(2), Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

73 Ocena zdolności przeciwdrobnoustrojowych Todorov S.D., Dicks L.M.T., 2005b. Growth parameters influencing the production of Lactobacillus rhamnosus bacteriocins ST461BZ and ST462BZ. Ann Microbiol. 55(4), Työppönen S., Petäjä E., Mattila-Sandholm T., Bioprotectives and probiotics for dry sausages. Int. J. Food Microbiol. 83(3), Velreads M.M.C., van der Belt-Gritter B., Busscher H.J., Reid G., van der Mei H.C., Inhibition of uropathogenic biofilm growth on silicone rubber on human urine by lactobacilli a teleologic approach. World J. Urol. 18, Yi H., Han X., Yang Y., Liu W., Liu H., Zhang Y., Sun K., Zhang L., Ma F., Effect of exogenous factors on bacteriocin production from Lactobacillus paracasei J23 by using a resting cell system Int. J. Mol. Sci. 14(12), EVALUATION OF ANTIMICROBIAL AND BACTERIOCINOGENIC ACTIVITY OF LACTOBACILLUS RHAMNOSUS ATCC 7469 Summary. Some of Lactobacillus rhamnosus strains (eg. L. rhamnosus GG) are used in the production of yoghurt and cheese, as well as diet supplements during bacterial infections. The antagonistic metabolites produced by L. rhamnosus include lactic acid, hydrogen peroxide and bacteriocins. The ability to produce bacteriocins is depended on the strain and genetically determined. The aim of the study was to evaluate antimicrobial activity of post-harvest liquids of L. rhamnosus ATCC 7469 and verification for the ability of strain to the biosynthesis of bacteriocins. Antimicrobial activity was determined by agar-disk diffusion methods, disk diffusion method and during culturing in the liquid media in Bioscreen C. The cells of L. rhamnosus ATCC 7469 were grown in MRS medium (liquid or solidified with agar) for 24 hours in temperature 37 C. Test strains were E. coli 113-3, E. coli ATCC 25922, S. Enteritidis ATCC 13076, E. cloaceae ATCC 13047, P. mirabilis ATCC 35659, Y. enterocolitica PZH.03, P. aeruginosa ATCC 27853, S. aureus ATCC and B. cereus ATCC During an agar-disk diffusion and a disk-diffusion methods the post-harvest liquids of L. rhamnosus ATCC 7469 inhibited the growth of all test strains. The largest growth inhibition zone was found for B. cereus ATCC strain. The growth of Enterobacteriaceae was inhibited in a smaller extent. Addition of post-harvest liquids of L. rhamnosus resulted in extending the adaptive phase, and the reduction of the specific growth rate (μ max ) of all test strains during culturing in Bioscreen C. In the second part of the study we verify the ability of L. rhamnosus ATCC 7469 to the synthesis of bacteriocins. The impact of lactic acid was overcame by changing the ph of the post-harvest liquids to 6.5. There were observed a total lack of inhibition zones in the disk diffusion method. During the cultivation in Bioscreen C additive of post-harvest liquid with ph correction did not change in the course of the growth curves test organisms. The post-harvest liquid of L. rhamnosus ATCC 7469 inhibited the growth of Gram-positive and Gram-negative test bacteria. The most sensitive to action of post-culture liquids of lactic acid bacteria was Bacillus cereus ATCC The experiments do not confirmed the ability of the L. rhamnosus ATCC 7469 strain to bacteriocin production in MRS medium. Słowa kluczowe: Lactobacillus rhamnosus, antimicrobial activity, bakteriocins nr 585, 2016

74

75 Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych nr 585, 2016, WYKORZYSTANIE BIOLOGICZNIE AKTYWNYCH PEPTYDÓW Z BIAŁEK ŻYWNOŚCI W PROFILAKTYCE ZESPOŁU METABOLICZNEGO Anna Iwaniak, Damir Mogut, Małgorzata Darewicz, Monika Hrynkiewicz Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Streszczenie. Nieracjonalne odżywianie, stres i mała aktywność fizyczna są wymieniane jako czynniki ryzyka i rozwoju chorób współistniejących jako zespół metaboliczny. Zaliczamy do nich m.in. choroby sercowo-naczyniowe i cukrzycę typu 2. Białka żywności stanowią wartościowe składniki diety o potencjalnych właściwościach biologicznych, które mogą znaleźć zastosowanie w profilaktyce zespołu metabolicznego. Wynika to z obecności w nich peptydów aktywnych biologicznie, między innymi takich jak: inhibitorów enzymów dipeptydylopeptydazy IV, α-glukozydazy, enzymu konwertującego angiotensynę oraz peptydów antyoksydacyjnych. Ich działanie związane jest odpowiednio z regulacją stężenia glukozy we krwi, regulacją ciśnienia tętniczego krwi i utrzymaniem równowagi pro- oraz antyoksydacyjnej. W pracy scharakteryzowano peptydy o wymienionych aktywnościach biologicznych, które pochodziły z białek żywności. Białka oraz pochodzące z nich peptydy ze względu na brak zastrzeżeń natury toksykologiczno-żywieniowej stanowią potencjał w kreowaniu tzw. novel food pomocnej w profilaktyce cywilizacyjnych chorób dietozależnych. Słowa kluczowe: bioaktywne peptydy, syndrom metaboliczny, DPP-IV, ACE, α-glukozydaza, aktywność antyoksydacyjna WSTĘP Według raportu Światowej Organizacji Zdrowia w przyszłości wzrośnie ryzyko zachorowania na cywilizacyjne choroby dietozależne [WHO 2014]. Pomimo niezaprzeczalnych osiągnięć medycyny i farmakologii niektóre specyficzne choroby metaboliczne stają się coraz bardziej rozpowszechnione na świecie. Należy do nich zespół (syndrom) metaboliczny definiowany jako stan kliniczny charakteryzujący się współwystępowa- ami@uwm.edu.pl Copyright by Wydawnictwo SGGW

76 76 A. Iwaniak, D. Mogut, M. Darewicz, M. Hrynkiewicz niem czynników ryzyka oraz rozwoju cukrzycy typu 2 i chorób sercowo-naczyniowych [Nakamura i in. 2014]. Najnowsze dane wskazują, że w Europie na zespół metaboliczny cierpi 36% kobiet i 38% mężczyzn [Szczepaniak i in. 2009]. Działania profilaktyczne, takie jak prowadzenie aktywnego trybu życia, odpowiednio zbilansowana i zmodyfikowana dieta mogą być pomocne w profilaktyce zespołu metabolicznego. Aby przeciwdziałać dalszemu rozpowszechnianiu występowania syndromu metabolicznego u ludzi, zalecana jest zmiana stylu życia obejmująca m.in. wysiłek fizyczny, kontrolę masy ciała, odżywianie zgodnie z zaleceniami dietetycznymi oraz stosowanie odpowiednich preparatów farmakologicznych [Pacholczyk i in. 2008]. Sojusznikiem w działaniach wspomagających profilaktykę syndromu metabolicznego mogą być biologicznie aktywne peptydy znajdujące się w białkach żywności, których właściwości zweryfikowano w badaniach in silico, in vitro i in vivo [Li-Chan 2015]. Peptydy bioaktywne pochodzące z białek żywności, oddziałując z odpowiednimi receptorami, mogą regulować funkcjonowanie organizmu [Kostyra i Kostyra 1992 i 2014]. Peptydy te mogą pełnić m.in. następujące funkcje: obniżać poziom glukozy we krwi, redukować ciśnienie krwi czy wykazywać efekt przeciwutleniający [Minkiewicz i in. 2008]. Celem pracy jest charakterystyka peptydów bioaktywnych odgrywających istotną rolę w profilaktyce zespołu metabolicznego, tj. inhibitorów enzymów: dipeptydylopeptydazy IV (in. inhibitorów DPP-IV EC ), konwertazy angiotensyny (in. inhibitorów ACE-EC ) i α-glukozydazy (EC ) oraz peptydów antyoksydacyjnych. Peptydy inhibitory dipeptydylopeptydazy IV Cukrzyca typu 2 należy do chorób, których leczenie wymaga interwencji przez cały okres jej trwania. Działania w tym zakresie polegają np. na obniżeniu poziomu glukozy we krwi poprzez m.in. stosowanie racjonalnej diety, wzmożonej aktywności fizycznej oraz regularne aplikowanie lekarstw. Według danych literaturowych, przykładem związków mających wpływ na kontrolę poziomu cukru we krwi są m.in. inhibitory dipeptydylopeptydazy IV, których funkcja polega na potęgowaniu efektu inkretynowego, tj. na sekrecji inkretyn z układu pokarmowego do krwiobiegu pod wpływem spożytego posiłku [Mkele 2013]. Efekt ten odgrywa kluczową rolę w regulacji metabolizmu glukozy u osób zdrowych i jest odpowiedzialny za 50 70% ogółu odpowiedzi insulinowej na posiłek. Inkretyny uczestniczą w uwalnianiu insuliny oraz glukagonu przez trzustkę w sposób zależny od ilości glukozy we krwi [Matuszek i in. 2007]. Do inkretyn zaliczamy endogenny hormon GLP-1 (ang. glucagon-like peptide-1), który stymuluje uwalnianie insuliny z β komórek trzustki, redukuje sekrecję glukagonu z α komórek wysp trzustkowych, sprzyja poprawie wrażliwości na insulinę, opóźnia opróżnianie żołądka, zmniejsza zapotrzebowanie na pokarm, zwiększa masę β komórek trzustki oraz przedłuża ich funkcjonowanie [Matuszek i in. 2007, Mkele 2013]. U organizmów znajdujących się w stanie głodu, zawartość GLP-1 utrzymuje się na niskim poziomie, wzrasta zaś gwałtownie po spożyciu posiłku. Okres półtrwania tego hormonu wynosi jedynie 1 2 minuty, co jest wynikiem działania dipeptydylopeptydazy IV [Jasik 2010], dla której inkretyny są najważniejszym substratem [Lan i in. 2014]. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

77 Wykorzystanie biologicznie aktywnych peptydów Dipeptydylopeptydaza IV jest proteazą serynową zaliczaną do glikoprotein. Powoduje ona degradację peptydów, tj. GLP-1 oraz GIP (ang. gastric inhibitory peptide) poprzez odłączenie reszt alaniny lub proliny znajdujących się na przedostatnim miejscu, licząc od N-końca łańcucha substratu białkowego [McIntosh i in. 2005, Kluz i Adamiec 2006, Wasilewska i in. 2011]. Proteolityczne uwolnienie dipeptydu z GLP-1 pod wpływem działania DPP-IV powoduje jego inaktywację, a tym samym hamuje działanie efektu inkretynowego, przyczyniając się do wzrostu stężenia glukozy we krwi. Zatem działanie inhibitorów dipeptydylopeptydazy IV polega na hamowaniu enzymatycznej proteolizy GLP-1 i tym samym intensyfikowaniu efektu inkretynowego [Jasik 2010]. Działaniu inhibitorów DPP-IV przypisywana jest poprawa wrażliwości β komórek trzustki na glukozę, co skutkuje wydzielaniem większej ilości insuliny przy wyższym stężeniu glukozy. Ponadto inhibitory DPP-IV zwiększają wrażliwość α komórek trzustki na glukozę, co prowadzi do wydzielania glukagonu. W czasie hiperglikemii poprawie ulega stosunek insuliny do glukagonu, co przekłada się na mniejsze wytwarzanie glukozy przez wątrobę. Inhibitory DPP-IV wpływają zatem na zmniejszenie glikemii [Jasik 2010]. Białka żywności mogą być źródłem peptydów o aktywności inhibitora dipeptydylopeptydazy IV. Źródłem peptydów inhibitorów DPP-IV mogą być hydrolizaty otrzymane z białek m.in.: mleka [Nongonierma i FitzGerald 2013], ryb [Li-Chan i in. 2012], wieprzowiny [Hsu i in. 2013], jaj kurzych [Amerongen i in. 2009], szarłatu [Velarde-Salcedo i in. 2013]. Najbardziej aktywnym peptydowym inhibitorem DPP-IV otrzymanym z białek żywności jest peptyd o sekwencji Ile-Pro-Ile [Umezawa i in. 1984]. W badaniach wykazano, że peptyd o sekwencji Ile-Pro-Ala-Val-Phe-Lys-Ile-Asp-Ala, pochodzący z krowiej β-laktoglobuliny poddanej działaniu pepsyny, hamował działanie ludzkiej dipeptydylopeptydazy IV. Peptydowy inhibitor DPP-IV o sekwencji Leu-Ala- -His-Lys-Ala-Leu-Cys-Ser-Glu-Lys wyizolowano z α-laktoalbuminy hydrolizowanej pepsyną. Wymienione peptydy były odpowiednio inhibitorami kompetycyjnymi oraz niekompetycyjnymi w stosunku do ludzkiej dipeptydylopeptdazy IV [Lacroix i Li-Chan 2015]. Gallego i in. [2014] wykazali, że peptydy pochodzące z ekstraktów pozyskanych z dojrzewającej szynki hiszpańskiej (serrano) pełniły rolę inhibitorów dipeptydylopeptydazy IV. Były to następujące sekwencje peptydowe: Lys-Ala, Ala-Ala, Gly-Pro, Pro-Lys, Ala-Ala-Ala-Thr-Pro, Ala-Ala-Ala-Ala-Gly, Ala-Leu-Gly-Gly-Ala oraz Lys-Val-Ser- -Gly-Met [Gallego i in. 2014]. Huang i in. [2012] zidentyfikowali trzy inhibitory DPP-IV w hydrolizatach białek tuńczyka otrzymanych w wyniku działania dwóch preparatów enzymatycznych: proteazy XXIII z Aspergillus mellus oraz orientazy 90N z Bacillus subtilis. Były to następujące sekwencje peptydowe: Pro-Gly-Val-Gly-Gly-Pro-Leu-Gly-Pro-Ile-Gly-Pro-Cys-Tyr- -Glu, Cys-Ala-Tyr-Gln-Trp-Gln-Arg-Pro-Val-Asp-Arg-Ile-Arg oraz Pro-Ala-Cys-Gly- -Gly-Phe-Try-Ile-Ser-Gly-Arg-Pro-Gly. Dowiedli oni również, że podanie tych peptydów hydrolizie odpowiadającej trawieniu żołądkowemu znacznie zwiększało ich aktywność hamującą wobec DPP-IV [Huang i in. 2012]. Do inhibitorów DPP-IV oferowanych na rynku należy preparat o nazwie NWT-03 będący hydrolizatem lizozymu jaja kurzego, który poza wymienioną aktywnością wykazywał także efekt inhibicji enzymu konwertującego angiotensynę (ACE, EC ). nr 585, 2016

78 78 A. Iwaniak, D. Mogut, M. Darewicz, M. Hrynkiewicz Badania na szczurach rasy Zucker obciążonych otyłością cukrzycową (ang. Zucker Diabetic Fatty rats, ZDF rats) wykazały, że codzienne podawanie wymienionego preparatu przez 15 tygodni w dawce 1 g kg -1 masy ciała obniżało poziom glukozy we krwi. Zdolność inhibicji dipeptydylopeptydazy IV NWT-03 wyrażona jako stężenie preparatu odpowiadające połowie jego maksymalnej aktywności (IC 50 ) wynosiła 1 mg cm -3 [Wang i in. 2012]. Biorąc pod uwagę potencjał peptydów jako związków hamujących działanie DPP- -IV, wiele badań na ich temat dotyczy pozyskiwania ich drogą syntezy. Przykładem syntetycznych inhibitorów DPP-IV są następujące sekwencje: Ala-Ala, Asp-Ala, Gly-Ala, Lys-Ala, Asn-Ala, Pro-Ala, Gln-Ala, Ser-Ala, Thr-Ala, Ala-Pro, Asp-Pro, Phe-Pro, Asn- -Pro, Pro-Pro, Ser-Pro, Glu-Ala, Phe-Ala, His-Ala, Met-Ala, Arg-Ala, Tyr-Ala, Glu-Pro, Gly-Pro, Arg-Pro, Thr-Pro, Ile-Ala, Leu-Ala, Val-Ala, Lys-Pro, Gln-Pro, Tyr-Pro, Trp- -Ala, Ile-Pro, Val-Pro, Trp-Pro. Stopień inhibicji wymienionych peptydów mieścił się w zakresie 25 75% [Hikida i in. 2013]. Peptydy zaznaczone czcionką pogrubioną zostały zidentyfikowane w białkach żywności [Gallego i in. 2014]. Peptydy inhibitory glukozydazy α-glukozydaza (EC ) jest egzokarbohydrolazą hydrolizującą wiązania glikozydowe węglowodanów złożonych powodując uwalnianie monosacharydów wchłanianych do krwioobiegu. Powstałe monocukry są podstawową przyczyną wzrostu poziomu glukozy we krwi. Jednym z zaradczych sposobów przeciwdziałania cukrzycy typu 2 jest redukcja hiperglikemii poposiłkowej poprzez opóźnianie wchłaniania glukozy m.in. dzięki działaniu inhibitorów α-glukozydazy [Patil i in. 2015]. Działanie inhibitora na α-glukozydazę w konsekwencji powoduje wydłużenie czasu trawienia węglowodanów. Mimo że mechanizm działania peptydowych inhibitorów α-glukozydazy nie został w pełni poznany, uważa się, że peptydy o tej aktywności wykazują duży potencjał profilaktyczny we wspomaganiu leczenia cukrzycy typu 2 [Patil i in. 2015]. Wykazano, że białka jaj kurzych poddane działaniu preparatu Alkalazy (Novozymes, 2,4 AU kg -1 ) mogą być prekursorami peptydów inhibujących działanie α-glukozydazy. Były to sekwencje następujących peptydów: Arg-Val-Pro-Ser-Leu-Met, Thr-Pro-Ser- -Pro-Arg, Asp-Leu-Gln-Gly-Lys, Ala-Gly-Leu-Ala-Pro-Tyr, Arg-Val-Pro-Ser-Leu, Asp- -His-Pro-Phe-Leu-Phe, His-Ala-Glu-Ile-Asn, Gln-Ile-Gln-Leu-Phe [Yu i in. 2011]. Dalsze badania białek jaja kurzego jako źródła inhibitorów α-glukozydazy pozwoliły na identyfikację kolejnych sekwencji peptydowych o tej aktywności. Były to peptydy pozyskane z albuminy białka jaja kurzego poddanej działaniu Alkalazy o sekwencjach: Lys-Leu- -Pro-Gly-Phe, Glu-Val-Ser-Gly-Leu, Gln-Ile-Thr-Lys-Pro-Asn, Ala-Glu-Ala-Gly-Val- -Asp, Glu-Ala-Gly-Val-Asp, Leu-Glu-Pro-Ile-Asn-Phe, Ala-Asn-Glu-Asn-Ile-Phe oraz Asn-Val-Leu-Gln-Pro-Ser [Yu i in. 2012]. Hydrolizaty białek serwatkowych również wykazywały zdolność hamowania α-glukozydazy. Uzyskano je, poddając hydrolizie koncentrat oraz izolat białek serwatkowych. Enzymami zastosowanymi do hydrolizy były odpowiednio proteaza serynowa oraz pepsyna [Babij i in. 2014, Lacroix i Li-Chan 2015]. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

79 Wykorzystanie biologicznie aktywnych peptydów Peptydy inhibitory enzymu konwertującego angiotensynę Enzym konwertujący angiotensynę (ang. angiotensin converting enzyme, ACE) (EC ) jest dipeptydylokarboksypeptydazą odpowiedzialną za przekształcenie angiotensyny I (Asp-Arg-Val-Tyr-Ile-His-Pro-Phe-His-Leu) do angiotensyny II (Asp-Arg-Val- -Tyr-Ile-His-Pro-Phe), czego efektem fizjologicznym jest zwężenie naczyń krwionośnych i podwyższenie ciśnienia krwi. Peptydowe inhibitory ACE uniemożliwiają zamianę angiotensyny I w II, co zapobiega zwężeniu naczyń krwionośnych, a w konsekwencji zapobiega podwyższeniu ciśnienia krwi [Iwaniak i in. 2013]. Białka żywności są bogatym źródłem biologiczne aktywnych peptydowych inhibitorów ACE. Peptydy inhibitory ACE wyizolowano z białek m.in.: mleka [Pripp 2008], jaj [Hoppe 2010], mięsa [Ryan i in. 2011], ryb [Harnedy i FitzGerald 2012]. Wiele wyników dotyczących działania przeciwnadciśnieniowego peptydowych inhibitorów ACE potwierdzono na ludziach i/lub szczurach z wrodzonym nadciśnieniem tętniczym (ang. SHR, spontaneously hypertensive rats) [Iwaniak i in. 2014a]. Za najbogatsze źródło inhibitorów ACE uznawane są białka mleka, a niektóre z wyizolowanych peptydów mleka stanowią składniki żywności funkcjonalnej. Należą do nich sekwencje Val-Pro-Pro i Ile-Pro-Pro-Pro pochodzące z kazeiny mleka różnych gatunków zwierząt. Wymienione tripeptydy są składnikiem mlecznych napojów fermentowanych o nazwie Calpis (Calpis Food Industry Co., Ltd., Tokyo, Japonia) [Silva i Malcata 2005] oraz Evolus (Valio, Finlandia) [Darewicz i in. 2011]. Wykazano, że dzienne spożywanie 95 ml napoju Calpis oraz 150 ml napoju Evolus przez okres 4 8 tygodni znacznie obniżało ciśnienie krwi u ludzi [Silva i Malcata 2005, Darewicz i in. 2011]. Do innych mleczarskich produktów posiadających właściwości obniżania ciśnienia krwi należy BioZate (Davisco Foods International, USA) zawierający peptydowe fragmenty pochodzące z β-laktoglobuliny mleka krowiego oraz Casein-DP (Kanebo, Ltd., Japonia) zawierający fragment kazeinyα s1 o następującej sekwencji aminokwasowej: Phe-Phe-Val-Ala-Pro-Phe-Pro-Glu-Val- -Phe-Gly-Lys [Haque i Chand 2008]. Peptydy hamujące działanie ACE zidentyfikowano w japońskiej potrawie o nazwie Katsuobushi, mającej status FOSHU (ang. Food for Specified Health Uses). Jest to potrawa na bazie wędzonego tuńczyka, która zawiera peptyd o sekwencji Leu-Lys-Pro-Asp-Met. Badania potwierdziły, że spożywanie 1,5 g Katsuobushi dziennie powodowało spadek skurczowego ciśnienia krwi u ludzi o 12,5 mm Hg [Ryan i in. 2011]. Przemysł farmakologiczny oferuje preparat o nazwie Vasotensin (Metagenics, Aliso Viejo, Kalifornia, USA), zawierający w swoim składzie hydrolizat białek ryb. Innym produktem żywnościowym o statusie FOSHU obniżającym ciśnienie krwi jest Valtyron (Senmi Ekisu Co., Ltd., Ohzu-City, Japonia). Preparat ten zawiera sekwencję peptydową Val-Tre pozyskaną z białek tkanki mięśniowej sardynek [Harnedy i FitzGerald 2012]. Peptydy inhibitory ACE o potwierdzonym działaniu na szczurach lub ludziach zidentyfikowano m.in. w wędzonej szynce hiszpańskiej oraz hydrolizatach miozyny wieprzowej. Ekstrakty wodne białek szynki hiszpańskiej zawierały sekwencję Ala-Ala-Ala-Tre-Pro, a podawanie szczurom dawki ekstraktu w stężeniu 1 mg cm -3 wody przez 8 tygodni powodowało redukcję ciśnienia skurczowego krwi o 62 mm Hg [Darewicz i in. 2015]. Udowodniono, że termolizynowe hydrolizaty łańcucha ciężkiego miozyny wieprzowej są źródłem pentapeptydów o sekwencjach Met-Asn-Pro-Pro-Lys oraz Ile-Tre-Tre-Asn-Pro. Karmienie szczurów dawką 1 mg kg -1 masy ciała wymienio- nr 585, 2016

80 80 A. Iwaniak, D. Mogut, M. Darewicz, M. Hrynkiewicz nych peptydów powodowało redukcję ciśnienia krwi o odpowiednio 23,4 oraz 21 mm Hg [Nakashima i in. 2002, Darewicz i in. 2015]. Efekt obniżania ciśnienia krwi pod wpływem peptydów został potwierdzony również w badaniach na myszach. Przykładem jest sekwencja Ile-Val-Tyr wyizolowana z kiełków pszenicy poddanych hydrolizie z udziałem proteazy alkalicznej z Bacillus licheniformis. Podawanie myszom dawki peptydu 5 mg kg -1 masy ciała obniżało tętnicze ciśnienie krwi o 19,2 mm Hg. Efekt redukcji ciśnienia obserwowano już po 8 minutach od momentu iniekcji. W wyniku dalszych przemian metabolicznych, peptyd Ile-Val-Tyr ulegał hydrolizie do sekwencji Val-Tyr znanej także jako inhibitor ACE [Matsui i in. 2000]. Tematyka związana z peptydowymi inhibitorami ACE jest zagadnieniem rozległym i wciąż aktualizowanym, dlatego w niniejszej pracy posłużono się zaledwie kilkoma przykładami peptydów o klinicznie potwierdzonym efekcie fizjologicznym. Na świecie pojawia się wiele prac naukowych dotyczących inhibitorów ACE pozyskiwanych z białek zwierzęcych, roślinnych oraz pochodzenia mikrobiologicznego. Najnowsze badania wskazują, że peptydowe inhibitory ACE to najliczniej poznana grupa peptydów, a białka żywności należą do ich prekursorów. Zagadnienie to jest wieloaspektowe i obejmuje m.in.: źródło pochodzenia peptydów, sposób ich pozyskiwania, poprawę bioaktywności gotowych produktów poprzez wzbogacanie ich o peptydy o udowodnionej aktywności fizjologicznej [Iwaniak i in. 2014b]. Należy pamiętać, że peptydowe inhibitory ACE nie zastąpią leków, niemniej jako składniki diety mogą wspomagać leczenie nadciśnienia. Peptydy antyoksydacyjne Zaburzenie równowagi pomiędzy reaktywnymi formami tlenu (RFT) powstającymi w komórkach a możliwością ich usuwania przez organizm powoduje powstawanie tzw. stresu oksydacyjnego. W wyniku takiego stresu powstają nadtlenki i wolne rodniki, które powodują zmiany w strukturach białek, zarówno kwasów tłuszczowych, jak i kwasów nukleinowych. Zmiany te stanowią przyczynę powstawania wielu chorób cywilizacyjnych, jak na przykład: układu krążenia, cukrzycy czy nowotworów [Kulbacka i in. 2009]. Aktywność antyoksydacyjną wykazują hydrolizaty wielu białek roślinnych oraz zwierzęcych [Borawska i in. 2014]. Należą do nich np. hydrolizaty białek otrębów ryżowych, słonecznika, gryki, kukurydzy, żółtek jaj, makreli, kefiru mlecznego oraz sojowego [Sarmadi i Ismail 2010]. Przykładem peptydów pozyskanych z hydrolizatów białek żywności są peptydy pochodzące z białek mięsa wieprzowego poddanego działaniu papainy: Asp- Ser-Gly-Val-Tre (źródło: aktyna), Asp-Ala-Gln-Glu-Lys-Leu-Glu (źródło: tropomiozyna), Glu-Glu-Leu-Asp-Asn-Ala-Leu-Asn (źródło: tropomiozyna) oraz Val-Pro-Ser-Ile- -Asp-Asp-Gln-Glu-Glu-Leu-Met (źródło: łańcuch ciężki miozyny) [Di Bernardini i in. 2011]. W swoich badaniach Abu-Salem i in. [2013] wykazali, że hydrolizaty białek soi wykazywały największą aktywność antyoksydacyjną względem rodnika DPPH. Właściwościami antyoksydacyjnymi charakteryzowała się sekwencja peptydowa Val-Lys-Glu- -Ala-Met-Ala-Pro-Lys uwolniona z β-kazeiny mleka krowiego pod wpływem działania proteinazy Lactobacillus rhamnosus, a następnie pepsyny oraz preparatu Corolase PP [Korhonen i Pihlanto 2006]. Wykazano, że peptyd o sekwencji Leu-Lys-Gln-Glu-Leu-Glu-Asp-Leu-Leu-Glu-Lys- -Gln-Glu wyizolowany z białek ostryg (Crassostrea gigas) wykazywał większą aktyw- Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

81 Wykorzystanie biologicznie aktywnych peptydów ność antyoksydacyjną niż α-tokoferol i przeciwdziałał procesom peroksydacji wielonienasyconych kwasów tłuszczowych. Prawidłowość tę, związaną z wyższym potencjałem antyoksydacyjnym w porównaniu do α-tokoferolu, zaobserwowano także wobec peptydów pochodzących z innych owoców morza [Kim i Wijesekara 2010]. Innym przykładem peptydów o właściwościach antyoksydacyjnych jest sekwencja peptydowa Val-Gly- -Asp-Ile (źródło: koncentrat białek ciecierzycy poddany hydrolizie preparatem Alkalazą) [Ghribi i in. 2015] oraz Leu-Pro-His-Ser-Gly-Tyr (źródło: białko wręgi mintaja poddane działaniu proteazy pochodzącej z jelit mintaja) [Je i in. 2005]. Niektóre peptydy antyoksydacyjne wykazują działanie wielofunkcyjne w aspekcie wspomagania profilaktyki zespołu metabolicznego. Przykładem są peptydy pozyskane z białek żółtka jaja kurzego stanowiących produkty uboczne ekstrakcji fosfolipidów za pomocą etanolu. Pod wpływem działania pepsyny z produktów ubocznych otrzymano peptydy o strukturze: Tyr-Ile-Asn-Gln-Met-Pro-Gln-Lys-Ser-Arg-Glu, Tyr-Ile-Glu-Ala- -Val-Asn-Lys-Val-Ser-Pro-Arg-Ala-Gly-Gln-Phe, Tyr-Ile-Asn-Gln-Met-Pro-Gln-Lys- -Ser-Arg-Glu-Ala, Val-Tre-Gly-Arg-Phe-Ala-Gly-His-Pro-Ala-Ala-Gln. Peptydy te wykazywały zdolność inhibicji: dipeptydylopeptydazy IV, enzymu konwertującego angiotensynę oraz α-glukozydazy, a ponadto charakteryzowały się aktywnością antyoksydacyjną [Zambrowicz i in. 2015]. PODSUMOWANIE Stres, nieracjonalna dieta oraz brak aktywności fizycznej mogą przyczyniać się do zwiększenia ryzyka zapadalności na choroby cywilizacyjne. Poza badaniami medycznymi i farmakologicznymi, naukowcy prowadzą coraz więcej badań nad składnikami żywności w aspekcie profilaktyki chorób cywilizacyjnych, w tym zespołu metabolicznego. Do takich składników zaliczane są peptydy bioaktywne o aktywności inhibitora enzymów DPP-IV, ACE, α-glukozydazy oraz aktywności antyoksydacyjnej. Niektóre z peptydów aktualnie obecnych na rynku produktów/preparatów żywnościowych mają naukowo udokumentowany prozdrowotny wpływ na organizm (np. peptydowe inhibitory ACE). Pozostałe są obiektem badań eksperymentalnych, a wyniki dotyczące ich aktywności biologicznej są obiecujące. Białka żywności stanowią podstawowy składnik diety, a z punktu widzenia dietetyków, technologów żywności można je uznać za relatywnie łatwo dostępny surowiec do produkcji peptydów aktywnych biologicznie. Istnieją peptydy o działaniu wielofunkcyjnym. Takie peptydy mogą być wyzwaniem dla naukowców zajmujących się wzbogacaniem żywności w bioaktywne peptydy i kreowaniem tzw. novel food. Pacjenci cierpiący na zespół metaboliczny powinni mieć świadomość, że choć sama dieta nie zastąpi leczenia farmakologicznego, to peptydy pochodzące z białek żywności mogą wspomagać działania terapeutyczne związane z zespołem metabolicznym. Podziękowania Pracę sfinansowano ze środków Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego w Olsztynie (nr tematu: ). nr 585, 2016

82 82 A. Iwaniak, D. Mogut, M. Darewicz, M. Hrynkiewicz LITERATURA Abu-Salem F.M., Mahmoud M.H., Gibriel Y., Abou-Arab A., Characterization of antioxidant peptides of soybean protein hydrolysate. World Acad. Sci. Eng. Technol. 79, Amerongen A., van Beelen M.J.C., Wolbers L.A.M., Gilst W.H., van Buikema J.H., Nelissen J.W.P.M., Egg protein hydrolysates. Pobrano z: Babij K., Dąbrowska A., Szołtysik M., Pokora M., Zambrowicz A., Chrzanowska J., The evaluation of dipeptidyl peptidase (DPP)-IV, α-glucosidase and angiotensin converting enzyme (ACE) inhibitory activities of whey proteins hydrolyzed with serine protease isolated from Asian Pumpkin (Cucurbita ficifolia). Int. J. Pept. Res. Ther. 20, Di Bernardini R., Harnedy P., Bolton D., Kerry J., O Neill E., Mullen A.M., Hayes M., Antioxidant and antimicrobial peptidic hydrolysates from muscle protein sources and by-products. Food Chem. 124, Borawska J., Darewicz M., Iwaniak A., Minkiewicz P., Biologicznie aktywne peptydy pochodzące z białek żywności jako czynniki prewencji wybranych chorób dietozależnych. Bromat. Chem. Toksykol. 2, Darewicz M., Borawska J., Minkiewicz P., Iwaniak A., Starowicz P., Biologicznie aktywne peptydy uwalniane z białek żywności. Żywność. Nauka. Technologia. Jakość 21, Darewicz M., Dziuba B., Minkiewicz P., Dziuba J., The preventive potential of milk and colostrum proteins and protein fragments. Food Rev. Int. 27, Gallego M., Aristoy M.C., Toldrá F., Dipeptidyl peptidase IV inhibitory peptides generated in Spanish dry-cured ham. Meat Sci. 96, Ghribi A.M., Sila A., Przybylski R., Nedjar-Arroume N., Makhlouf I., Blecker C., Attia H., Dhulster P., Bougateff A., Besbes S., Purification and identification of novel antioxidant peptides from enzymatic hydrolysate of chickpea (Cicer arietinum L.) protein concentrate. J. Funct. Foods 19, Harnedy P.A., FitzGerald R.J., Bioactive peptides from marine processing waste and shellfish: A review. J. Funct. Foods 4, Hoppe A., Examination of egg white proteins and effects of high pressure on select physical and functional properties. Dissertations & Theses in Food Science and Technology. University of Nebraska. Paper No 7. Pobrano z: Hikida A., Ito K., Motoyama T., Kato R., Kawarasaki Y., Systematic analysis of a dipeptide library for inhibitor development using human dipeptidyl peptidase IV produced by a Saccharomyces cerevisiae system. Biochem. Biophys. Res. Comm. 430, Hsu K.-C., Tung Y.-S., Huang S.-L., Jao C.-L., Dipeptidyl peptidase-iv inhibitory activity of peptides in porcine skin gelatin hydrolysates. W: Bioactive Food Peptides in Health and Disease. Taiwan: InTech. Pobrano z: Huang S., Jao C., Ho K., Hsu K., Dipeptidyl-peptidase IV inhibitory activity of peptides derived from tuna cooking juice hydrolysates. Peptides 35, Iwaniak A., Darewicz M., Minkiewicz P., Peptydowe inhibitory enzymu konwertującego angiotensynę jako składniki żywności wspomagające terapię nadciśnienia tętniczego. Lekarz Wojskowy 92(1), Iwaniak A., Darewicz M., Minkiewicz P., Protasiewicz M., Borawska J., 2014a. Biologicznie aktywne peptydy pochodzące z białek żywności jako składniki diety o właściwościach kardioprotekcyjnych. Pol. Merkur. Lek. 36, Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

83 Wykorzystanie biologicznie aktywnych peptydów Iwaniak A., Minkiewicz P., Darewicz M., 2014b. Food-originating ACE inhibitors, including antihypertensive peptides, as preventive food components in blood pressure reduction. Compr. Rev. Food Sci. Food Saf. 13(2), Jasik M., Inhibitory dipeptydylopeptydazy 4 (DPP-4) ze szczególnym uwzględnieniem sitagliptyny. Wybrane Probl. Klin. 1, Je J.-Y., Park P.-J., Kim S.-K., Antioxidant activity of a peptide isolated from Alaska pollock (Theragra chalcogramma) frame protein hydrolysate. Food Res. Int. 38, Kim S.K., Wijesekara I., Development and biological activities of marine-derived bioactive peptides: A review. J. Funct. Foods 2, 1 9. Kluz J., Adamiec R., New therapeutic approach in patients with type 2 diabetes based on glucagon-like peptide 1 (GLP-1) and gastric inhibitory peptide (GIP). Post. Hig. Med. Dośw. 60, Korhonen H., Pihlanto A., Bioactive peptides: Production and functionality. Int. Dairy J. 16, Kostyra H., Kostyra E., Biologically active peptides derived from food proteins. Pol. J. Food Nutr. Sci. 4, Kostyra H., Kostyra E., Bioaktywne peptydy uwalniane z białek żywności. W: Żywność prozdrowotna, Wyd. Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu, Kulbacka J., Saczko J., Chwiłkowska A., Oxidative stress in cells damage processes. Pol. Merkur. Lekarski 27, Lacroix I.M.E., Li-Chan E.C.Y., Comparison of the susceptibility of porcine and human dipeptidyl-peptidase IV to inhibition by protein-derived peptides. Peptides 69, Lan V.T.T., Ito K., Ito S., Kawarasaki Y., Trp-Arg-Xaa tripeptides act as uncompetitive-type inhibitors of human dipeptidyl peptidase IV. Peptides 54, Li-Chan E.C.Y., Bioactive peptides and protein hydrolysates: research trends and challenges for application as nutraceuticals and functional food ingredients. Curr. Opin. Food Sci. 1, Li-Chan E.C.Y., Hunag S.-L., Jao C.-L., Ho K.-P., Hsu K.-C., Peptides derived from Atlantic salmon skin gelatin as dipeptidyl-peptidase IV inhibitors. J. Agric. Food Chem. 60, Matsui T., Li Ch.-H., Tanaka T., Maki T., Osajima Y., Matsumoto K., Depressor effect of wheat germ hydrolysate and its novel angiotensin-i converting enzyme inhibitory peptide, Ile-Val-Tyr, and the metabolism in rat and human plasma. Biol. Pharm. Bull. 23(4), Matuszek B., Lenart-Lipińska M., Nowakowski A., Hormony inkretynowe w leczeniu cukrzycy typu 2 Część I: Wpływ insulinotropowych hormonów jelitowych (inkretyn) na metabolizm glukozy. Endokrynol. Pol. 58, McIntosh C.H.S., Demuth H.-U., Pospisilik J.A., Pederson R., Dipeptidyl peptidase IV inhibitors: how do they work as new antidiabetic agents? Regul. Pept. 128, Minkiewicz P., Dziuba J., Darewicz M., Iwaniak A., Dziuba M., Nałęcz D., Food peptidomics. Food Technol. Biotechnol. 46, Mkele G., Dipeptidyl peptidase-4 inhibitors: Their role in the management of type 2 diabetes. S. Afr. Fam. Pr. 55, Nakamura K., Oe H., Kihara H., Shimada K., Fukuda S., Watanabe K., Takagi T., Yunoki K., i in., DPP-4 inhibitor and alpha-glucosidase inhibitor equally improve endothelial function in patients with type 2 diabetes: EDGE study. Cardiovasc. Diabetol. 13: 110. Pobrano z: nr 585, 2016

84 84 A. Iwaniak, D. Mogut, M. Darewicz, M. Hrynkiewicz Nakashima Y., Arihara K., Sasaki A., Mio H., Ishikawa S., Itoh M., Antihypertensive activities of peptides derived from porcine skeletal muscle myosin in spontaneously hypertensive rats. J. Food Sci. 67, Nongonierma A.B., FitzGerald R.J., Dipeptidyl peptidase IV inhibitory and antioxidative properties of milk protein-derived dipeptides and hydrolysates. Peptides 39, Pacholczyk M., Ferenc T., Kowalski J., Zespół metaboliczny. Część III: postępowanie prewencyjne i terapeutyczne w zespole metabolicznym. Postepy Hig. Med. Dośw. 62, Patil P., Mandal S., Tomar S.K., Anand S., Food protein-derived bioactive peptides in management of type 2 diabetes. Eur. J. Nutr. 54, Pripp A.H., Effect of peptides derived from food proteins on blood pressure: a meta-analysis of randomized controlled trials. Food Nutr. Res. 52, 1 9. Ryan J.T., Ross R.P., Bolton D., Fitzgerald G.F., Stanton C., Bioactive peptides from muscle sources: Meat and fish. Nutrients 3, Sarmadi B.H., Ismail A., Antioxidative peptides from food proteins: a review. Peptides 31, Silva S. V., Malcata F.X., Caseins as source of bioactive peptides. Int. Dairy J. 15, Szczepaniak A., Czekalska B., Glura M., Stankowiak-Kulpa H., Grzymisławski M., The prevalence of metabolic syndrome and associated signs in years old people from lubuskie province. Now. Lek. 78, 3 7. Umezawa H., Aoyagi T., Ogawa K., Naganawa H., Hamada M., Takeuchi T., Diprotins A and B, inhibitors of dipeptidyl aminopeptidase IV, produced by bacteria. J. Antibiot. (Tokyo). 37, Velarde-Salcedo A.J., Barrera-Pacheco A., Lara-González S., Montero-Morán G.M., Díaz-Gois A., González de Mejia E., Barba de la Rosa A.P., In vitro inhibition of dipeptidyl peptidase IV by peptides derived from the hydrolysis of amaranth (Amaranthus hypochondriacus L.) proteins. Food Chem. 136, Wang Y., Landheer S., van Gilst W.H., van Amerongen A., Hammes H.P., Henning R.H., Deelman L.E., Buikema H., Attenuation of renovascular damage in Zucker diabetic fatty rat by NWT-03, an egg protein hydrolysate with ACE- and DPP4-inhibitory activity. PLoS One 7, Wasilewska J., Sienkiewicz-Szłapka E., Kuźbida E., Jarmołowska B., Kaczmarski M., Kostyra E., The exogenous opioid peptides and DPPIV serum activity in infants with apnoea expressed as apparent life threatening events (ALTE). Neuropeptides 45, WHO, European food and nutrition action plan Pobrano z: int/ data/assets/pdf_file/0008/253727/64wd14e_foodnutap_ pdf?ua=1. Yu Z., Yin Y., Zhao W., Liu J., Chen F., Anti-diabetic activity peptides from albumin against α-glucosidase and α-amylase. Food Chem. 135, Yu Z., Yin Y., Zhao W., Yu Y., Liu B., Liu J., Chen F., Novel peptides derived from egg white protein inhibiting alpha-glucosidase. Food Chem. 129, Zambrowicz A., Pokora M., Setner B., Dąbrowska A., Szołtysik M., Babij K., Szewczuk Z., Trziszka T., Lubec G., Chrzanowska J., Multifunctional peptides derived from an egg yolk protein hydrolysate: isolation and characterization. Amino Acids 47, Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

85 Wykorzystanie biologicznie aktywnych peptydów THE APPLICATION OF FOOD-DERIVED BIOLOGICALLY ACTIVE PEPTIDES IN THE PROPHYLAXIS OF METABOLIC SYNDROME Summary. The consumption of high-dense energy food, stress and lack of physical activity contribute to the increase of occurrence of diseases which are defined as metabolic syndrome. Metabolic syndrome includes for example cardiovascular diseases and type 2 diabetes. Thus, the change of lifestyle is recommended to prevent humans from the distribution of metabolic syndrome worldwide. Such change of lifestyle should include e.g.: more intense physical activity, body mass control, application of rational diet according to the guidelines of food pyramid as well as stress avoiding. Apart from their nutritional value, food proteins possess the unique properties which may have an application in the prophylaxis of metabolic syndrome. These properties are related to the specific fragments of proteins called bioactive peptides. Biological activity of peptides acting as food components which are helpful in metabolic syndrome treatment include inhibitors of: dipeptidylpeptidase IV (DPP-IV), α-glucosidase, angiotensin converting enzyme (ACE) and antioxidant peptides. The action of these peptides is related to the regulation of concentration of glucose in blood, regulation of blood pressure and maintaining the oxidation balance in the body, respectively. The aim of this work was to characterize food protein-derived peptides with abovementioned activities. We briefly described the mechanisms of actions of enzymes i.e. dipeptidylpeptidase IV (DPP-IV), α-glucosidase, angiotensin converting enzyme (ACE) and then we discussed the role of their peptide inhibitors as well as antioxidant peptides found in food proteins and having potential in metabolic syndrome treatment. The examples of functional foods containing bioactive peptides from foods and possessing FOSHU status (Food for Specified Health Uses) are also presented in this paper. The results concerning the identification in food proteins peptides helpful in metabolic syndrome treatment are promising. It is well-known that proteins are important diet components, but taking into attention dietary and technological value of proteins, they can be considered as relatively easily accessible material for production of biologically active peptides. Multifunctional peptides i.e. peptides with more than one of above-mentioned biological activities are the challenge for the scientists working on the enrichment of foods with biologically active peptides and/or creating novel food. Moreover, patients should be aware that although diet cannot substitute a pharmacological treatment, but it may play a supportive role in the therapy of metabolic syndrome. Key words: bioactive peptides, metabolic syndrome, DPP-IV, ACE, α-glucosidase, antioxidant activity nr 585, 2016

86

87 Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych nr 585, 2016, REGULATORY WZROSTU W UPRAWIE I PRZEDŁUŻANIU TRWAŁOŚCI KWIATÓW I LIŚCI CANTEDESKII (ZANTEDESCHIA SPRENG.) O BARWNYCH POCHWACH KWIATOSTANOWYCH Beata Janowska Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu Streszczenie. Cantedeskie o barwnych pochwach kwiatostanowych w Polsce uprawiane są przede wszystkim pod osłonami w szklarniach i tunelach foliowych. Możliwa jest także uprawa w gruncie. Kwitnienie u cantedeskii zależy od odmiany, wielkości kłączy oraz długości ich przechowywania. Prowadzone na świecie badania skupiają się na polepszeniu kwitnienia dzięki stosowaniu regulatorów wzrostu. W przypadku cantedeskii wykazano skuteczność giberelin, w szczególności kwasu giberelinowego, cytokinin, mieszaniny GA 3 +BA, a z preparatów Promalinu zawierającego GA 4+7 i BA. Regulatory wzrostu stosowane są najczęściej w formie roztworu do moczenia kłączy, rzadziej podaje się je dolistnie. Trwałość pozbiorcza kwiatów i liści cantedeskii o barwnych pochwach uzależniona jest od odmiany, metody ich pozbiorczego traktowania oraz zastosowanych związków chemicznych i regulatorów wzrostu. W zależności od odmiany u kwiatów skuteczne są estry 8-hydroksychinoliny, benzyladenina i kwas giberelinowy. Do przedłużania trwałości liści można zastosować kwas giberelinowy oraz meta-metoksytopolinę i jej rybozyd. Słowa kluczowe: Zantedeschia, plonowanie, trwałość, cytokininy, gibereliny WSTĘP Gatunki z opisanego już ponad 180 lat temu rodzaju Zantedeschia należą do licznej rodziny obrazkowatych Araceae, u której kwiatostanem jest osadzona na soczystej szypule kolba z licznymi, drobnymi kwiatami, otoczona barwną pochwą kwiatostanową [Erhard i in. 2000]. Początkowo w uprawie dominowała cantedeskia etiopska (Z. aethiopica /L./ Spreng.). Jej znaczenie jest obecnie niewielkie, a coraz większego znaczenia nabierają odmiany o bar- beataj@up.poznan.pl Copyright by Wydawnictwo SGGW

88 88 B. Janowska wnych pochwach kwiatostanowych wywodzące się między innymi od cantedeskii Rehmana (Z. rehmanii Engl.), cantedeskii Elliota (Z. elliottiana /W. Wats./ Engl.) i cantedeskii biało nakrapianej (Z. albomaculata /Hook./ Baill.). Otrzymanie ich było możliwe dzięki intensywnym pracom hodowlanym prowadzonym początkowo w Stanach Zjednoczonych Ameryki i Nowej Zelandii, a później w Republice Południowej Afryki i w Holandii. O wzrastającym zainteresowaniu cantedeskią o barwnych pochwach kwiatostanowych świadczy fakt, iż na początku 2000 roku zajmowała 6. pozycję, zaraz po storczykach, wśród eksportowanych z Nowej Zelandii kwiatów ciętych [Palmer 2001]. Asortyment odmian jest bardzo duży. W latach 90. znanych było już 120, a z każdym rokiem pojawia się kilkanaście nowych. W hodowli odmian dąży się przede wszystkim do otrzymania wysokiego plonu ciętych kwiatów, lecz tylko nieliczne odmiany spełniają to kryterium. Cantedeskie o barwnych pochwach kwiatostanowych w Polsce uprawiane są przede wszystkim pod osłonami w szklarniach i tunelach foliowych. Możliwa jest także uprawa w gruncie. Jej zaletą jest lepsza jakość kwiatów, które mają co prawda krótsze, jednak sztywniejsze szypuły i lepiej wybarwione pochwy kwiatostanowe. Ponadto w gruncie kłącza lepiej przyrastają [Treder 2003]. Przyczyn tego zjawiska należy dopatrywać się w intensywności światła, która pod osłonami ograniczana jest w celu obniżenia temperatury, często nadmiernie wysokiej w okresie letnim do uprawy cantedeskii, która co prawda nie wykazuje reakcji fotoperiodycznej, jednak od dobrego usłonecznienia zależy zarówno wybarwienie pochew kwiatostanowych, jak i sztywność szypuł [Funnell 1993]. Według Armitage [1991], niedobór światła może być przyczyną obniżenia plonu i nadmiernego wydłużania się szypuł kwiatostanowych. Kłącza cantedeskii można sadzić od lutego do lipca. W Polsce, ze względu na duże zapotrzebowanie na kwiaty wiosną i najlepsze w tym czasie warunki świetlne, sadzi się je w szklarniach od początku lutego do marca. W ogrzewanych tunelach foliowych można sadzić kłącza w tym samym terminie. W przypadku nieogrzewanych tuneli foliowych sadzenie kłączy można rozpocząć dopiero w kwietniu. Rośliny uprawia się na zagonach gruntowych, w skrzynkach, doniczkach lub cylindrach. Uprawa w pojemnikach jest korzystniejsza, gdyż umożliwia szybką izolację chorych roślin. Kłącza przykrywa się podłożem o miąższości 6 10 cm, co pozwala osłonić wyrastające z górnej części kłącza korzenie [Janowska 2014]. Kwitnienie u cantedeskii zależy od odmiany, wielkości kłączy oraz długości ich przechowywania [Funnell 1993]. Prowadzone na świecie badania skupiają się na polepszeniu kwitnienia dzięki stosowaniu regulatorów wzrostu, gdyż plonowanie większości odmian cantedeskii o barwnych pochwach kwiatostanowych jest mało zadowalające. Wykazano skuteczność giberelin, w szczególności kwasu giberelinowego, cytokinin, mieszaniny GA 3 +BA, a z preparatów Promalinu zawierającego GA 4+7 i BA. W ostatnich latach w badaniach coraz większą uwagę poświęca się pozbiorczej trwałości zarówno kwiatów, jak i zieleni ciętej, która stała się nieodzownym elementem współczesnych kompozycji kwiatowych. Tjia i Funnell [1986] podają, że trwałość po ścięciu kwiatów cantedeskii etiopskiej ogranicza się do 6 7 dni, a u cantedeskii Elliota już po 7 8 dniach pochwy kwiatostanowe zazieleniają się, co jest widocznym objawem postępującego procesu starzenia. Ponadto szypuły kwiatostanowe wstawione do czystej wody mają tendencję do rozszczepiania się i aby temu zapobiec, autorzy zalecają dodawanie cukru i cytrynianu 8-hydroksychinoliny. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

89 Regulatory wzrostu w uprawie i przedłużaniu trwałości kwiatów i liści REGULATORY WZROSTU W UPRAWIE CANTEDESKII 1. Gibereliny Regulatory wzrostu u cantedeskii stosowane są najczęściej w formie roztworu do moczenia kłączy, rzadziej podaje się je dolistnie [Ali i Elkiey 1995, Janowska i Zakrzewski 2006]. Pierwszym regulatorem wzrostu, który zastosowano w celu poprawy kwitnienia cantedeskii, był kwas giberelinowy. Wyniki prowadzonych badań świadczą o różnej reakcji gatunków i odmian na stosowanie kwasu giberelinowego (tab. 1). Funnell i Tjia [1988] największy plon kwiatów u cantedeskii Elliota i odmiany Pink Satin uzyskali po zastosowaniu kwasu giberelinowego o stężeniu 50 mg dm -3. Według Dennis i in. [1994], podwojenie plonu cantedeskii Red Sunset i Orange Sunset uzyskuje się dzięki moczeniu kłączy w roztworze kwasu giberelinowego o stężeniu 25 i 50 mg dm -3, rzy czym kwiaty o najlepszej jakości wyrastają z kłączy moczonych w kwasie giberelinowym o stężeniu 25 mg dm -3. O skuteczności kwasu giberelinowego o stężeniu 25 mg dm -3 donoszą również Funnell i in. [1992]. Corr i Widmer [1991] podają, że cantedeskia Elliota i cantedeskia Rehmana najobficiej kwitną, gdy stosuje się do moczenia kłączy kwas giberelinowy o stężeniu 500 mg dm -3, jednak tak wysokie stężenie powoduje deformacje kwiatostanów. W badaniach Janowskiej i Krause [2001] kwas giberelinowy wywarł pozytywny wpływ na kwitnienie odmian Pink Persuasion i Sensation. U odmiany Pink Persuasion poprawę kwitnienia obserwowano już po zastosowaniu kwasu giberelinowego o stężeniu 50 mg dm -3. Obydwie odmiany jednak najobficiej kwitły, gdy do moczenia kłączy zastosowano kwas giberelinowy o stężeniu 100 mg dm -3. Zastosowanie kwasu giberelinowego o stężeniu 200 mg dm -3 nie powodowało dalszego wzrostu plonu, jednak u odmiany Sensation miało wpływ na tworzenie się dłuższych szypuł i pochew kwiatostanowych. U wrażliwszej odmiany Pink Persuasion kwas giberelinowy w zastosowanych stężeniach powodował deformacje pochew kwiatostanowych. Autorki donoszą również, iż zastosowanie kwasu giberelinowego opóźniło kwitnienie badanych odmian, a im wyższe było jego stężenie, tym później przypadał zbiór kwiatów odmiany Pink Persuasion. U odmiany Sensation najpóźniej zakwitły rośliny, których kłącza moczono w kwasie giberelinowym o stężeniu 100 mg dm -3. Dzięki zastosowaniu kwasu giberelinowego nastąpiło jednak przedłużenie zbioru kwiatów o 2 4 tygodnie. W badaniach Janowskiej i Schroeter [2002] moczenie kłączy odmiany Black Magic w kwasie giberelinowym opóźniło, ale jednocześnie wydłużyło kwitnienie o 8 11 tygodni, powodując tym samym znaczący wzrost plonu. U tej odmiany największy plon uzyskano dzięki moczeniu kłączy w roztworze kwasu giberelinowego o stężeniu 150 mg dm -3. Na uwagę zasługuje fakt, iż zastosowanie kwasu giberelinowego o stężeniu 150 mg dm -3 miało wpływ na wyrastanie krótszych szypuł kwiatostanowych. W badaniach Janowskiej i Zakrzewskiego [2006] oprócz moczenia kłączy w kwasie giberelinowym zastosowano ten regulator także dolistnie. U odmiany Black Eyed Beauty nie stwierdzono wpływu kwasu giberelinowego na wczesność kwitnienia, natomiast odmiany Cameo i Treasure zakwitały z opóźnieniem po jego zastosowaniu. Samo opryskiwanie liści kwasem giberelinowym okazało się mało skuteczną metodą w pobudzaniu kwitnienia badanych odmian. Połączenie jednak moczenia kłączy i opryskiwania liści kwasem giberelinowym istotnie zwiększyło plon kwiatów odmiany Black Eyed Beauty. U odmian Cameo i Treasure plon wzrastał tylko wtedy, gdy kwas giberelinowy zasto- nr 585, 2016

90 90 B. Janowska sowano do moczenia kłączy. U odmian Black Eyed Beauty i Cameo moczenie kłączy w kwasie giberelinowym wpłynęło na tworzenie się dłuższych, a u odmiany Treasure krótszych szypuł kwiatostanowych. Ali i Elkiey [1995] wykazali, że opryskiwanie liści cantedeskii Rehmana kwasem giberelinowym wywiera niekorzystny wpływ na kwitnienie. W badaniach Treder [2003] intensywność kwitnienia odmian Black Magic i Mango uzależniona była nie tylko od stężenia kwasu giberelinowego, ale także od miejsca uprawy. Większy plon kwiatów uzyskano w gruncie niż w szklarni po zastosowaniu kwasu giberelinowego o stężeniu 50 i 100 mg dm Cytokininy Oprócz giberelin do stymulacji kwitnienia cantedeskii stosowana jest również benzyloadenina, która u roślin ozdobnych wykorzystywana jest przede wszystkim jako regulator wzrostu odpowiedzialny za krzewienie roślin rozmnażanych in vitro. W przypadku cantedeskii o intensywności kwitnienia decyduje wielkość kłaczy, jednak nawet sadzenie tych o największych rozmiarach nie gwarantuje obfitego kwitnienia. Bardzo słabe kwitnienie roślin bez wstępnego traktowania regulatorami wzrostu, pomimo sadzenia bardzo dużych kłączy, potwierdzają badania Janowskiej i Staneckiego [2012]. Autorzy, w zależności od odmiany, uzyskali średnio od 1 do 2,5 kwiatów z jednego kłącza. Bardzo dobre wyniki natomiast otrzymali, gdy przed sadzeniem kłącza były moczone w wodnych roztworach benzyloadeniny (tab. 1). Największy plon kwiatów u odmian Black Magic, Mango i Albomaculata uzyskali, gdy do moczenia kłączy przez 60 minut zastosowali benzyloadeninę o stężeniu mg dm -3. Dzięki temu zabiegowi zebrano 3 4 razy więcej kwiatów w porównaniu z kombinacją kontrolną. Autorzy wykazali ponadto, iż benzyloadenina o stężeniu mg dm -3 opóźniała nieznacznie kwitnienie odmiany Black Magic, a o stężeniu mg dm -3 odmian Mango i Albomaculata. Zastosowana natomiast o stężeniu 100 mg dm -3 u odmian Mango i Albomaculata wpłynęła na wcześniejsze zakwitanie roślin. Częściowo potwierdzają to badania Tjia i Funnell [1986], którzy dzięki moczeniu kłączy cantedeskii Elliota w roztworze benzyloadeniny o stężeniu mg dm -3 przez 30 minut uzyskali wcześniejsze kwitnienie. Regulatory wzrostu mogą wpływać na cechy jakościowe kwiatów wyrażone długością szypuły oraz wielkością i masą kwiatów, przy czym ich wpływ może być pozytywny lub negatywny. W badaniach Janowskiej i Staneckiego [2012] benzyloadenina powodowała wyrastanie z kłączy krótszych szypuł kwiatostanowych, przy czym reakcja na zastosowane stężenia zależała od odmiany. Wpłynęła ponadto na tworzenie się dłuższych pochew kwiatostanowych u odmiany Albomaculata, a u odmian Black Magic i Mango powodowała wyrastanie kwiatów o mniejszej masie. Regulatory wzrostu niekiedy wpływają na liczbę rozwijających się liści. W przypadku cantedeskii benzyloadenina o stężeniu mg dm -3 u odmiany Mango, a o stężeniu mg dm -3 u odmiany Albomaculata hamowała rozwój liści. Benzyloadenina wywarła jednak u tych odmian pozytywny wpływ na jakość liści [Janowska i Stanecki 2013a]. Autorzy donoszą ponadto, iż na skutek zastosowania benzyloadeniny o stężeniu mg dm -3 w roztworze do moczenia kłączy rozwijające się z nich liście miały wyższy indeks zazielenienia oraz większą zawartość białka i cukrów, przy czym u odmiany Mango najwyższy poziom cukrów odnotowano w liściach wyrastających z kłączy moczonych przez 60 minut. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

91 Regulatory wzrostu w uprawie i przedłużaniu trwałości kwiatów i liści Mieszania giberelin i cytokinin Na Zachodzie w produkcji kwiaciarskiej często stosowane są gotowe preparaty zawierające regulatory wzrostu o różnym składzie. Należy do nich między innymi Promalin (100 mg dm -3 GA mg dm -3 BA) [Ranwala i Miller 1998, Rodriguez-Pérez i in. 2009]. Niestety, preparat ten jest drogi ze względu na kosztowną syntezę GA 4+7, stąd np. w produkcji szkółkarskiej zastępowany jest on tańszym, zawierającym GA 3 i BA, Arbolinem [Kotański i in. 2005]. Wspomnieć jednak należy, iż preparaty te nie są w Polsce zarejestrowane. Treder [2003] wykazała, że u cantedeskii Black Magic Promalin ma mniejszy wpływ na intensywność kwitnienia w porównaniu z kwasem giberelinowym. Z kolei u obficiej kwitnącej odmiany Mango preparat ten, podobnie jak kwas giberelinowy, wywiera pozytywny wpływ na kwitnienie. Potwierdziły to badania Funnell i in. [1992], którzy u cantedeskii Galaxy po zastosowaniu Promalinu uzyskali wzrost plonu ciętych kwiatów aż o 469% w porównaniu z roślinami kontrolnymi. Kwas giberelinowy również powodował u tej odmiany wzrost plonu, ale tylko dwukrotnie większy od kontroli. Janowska i Stanecki [2013b] na podstawie badań oceniających wpływ łącznego zastosowania kwasu giberelinowego i benzyloadeniny na kwitnienie cantedeskii stwierdzili, iż moczenie kłączy w mieszaninie tych regulatorów wzrostu zwiększa plon kwiatów u odmian Black Magic i Albomaculata (tab. 1). Tabela 1. Regulatory wzrostu stosowane w celu poprawy kwitnienia i do wydłużenia pozbiorczej trwałości kwiatów i liści cantedeskii (Zantedeschia Spreng.) o barwnych pochwach kwiatostanowych Table 1. Growth regulators used to improve flowering and to extend the post-harvest logevity of flowers and leaves of calla lily (Zantedeschia Spreng.) with coloured spathes Odmiana Cultivar Metoda aplikacji Application method Regulator wzrostu Growth regulator Stężenie Concentration (mg dm -3 /ml dm -3 dla Promalinu for Promalin) Autor Author Black Eyed Beauty Black Magic Moczenie kłączy Moczenie kłączy + opryskiwanie liści Moczenie kłączy Poprawa kwitnienia Improving of flowering GA GA 3 BA GA 3 +BA 50, 100, , Janowska i Zakrzewski [2006] Janowska i Schroeter [2002], Janowska i Stanecki [2012 i 2013b], Treder [2003] Cameo Moczenie kłączy GA Janowska i Zakrzewski [2006] Galaxy Moczenie kłączy Promalin 3 Funnell i in. [1992] Mango Orange Sunset Pink Persuation Moczenie kłączy BA Promalin 350, Janowska i Stanecki [2012], Treder [2003] Moczenie kłączy GA 3 25, 50 Dennis i in. [1994] Moczenie kłączy GA 3 50, 100 Janowska i Krause [2001] nr 585, 2016

92 92 B. Janowska cd. tab. 1. cont. Tab. 1. Odmiana Cultivar Metoda aplikacji Application method Regulator wzrostu Growth regulator Autor Author Stężenie Concentration (mg dm -3 /ml dm -3 dla Promalinu for Promalin) Poprawa kwitnienia Improving of flowering Pink Satin Moczenie kłączy GA 3 50 Funnell i Tjia [1988] Red Sunset Moczenie kłączy GA 3 25, 50 Dennis i in. [1994] Sensation 3 50, 100 Janowska i Krause Moczenie kłączy GA [2001] Treasure Moczenie kłączy GA Janowska i Zakrzewski [2006] Albomaculata GA 3 +BA [2012 i 2013b] BA 350, 600 Janowska i Stanecki Moczenie kłączy Poprawa trwałości pozbiorczej kwiatów Improving of post-harvest flowers longevity Albomaculata Sposób ciągły Kondycjonowanie 8HQS BA , 100 Janowska i Stanecka [2011] Black Janowska i Jerzy Kondycjonowanie GA Magic 3 50, 100 [2004] Florex 8HQC Janowska i Jerzy Kondycjonowanie 200 Gold [2004] Poprawa trwałości pozbiorczej liści Improving of post-harvest leaf longevity Albomaculata Kondycjonowanie Moczenie blaszek liściowych Moczenie blaszek liściowych MemT i MemTR MemT i MemTR MemT+GA 3 25, 50, 75 25, Janowska i in. [2012] Black Eyed Beauty Kondycjonowanie GA 3 50, 100 Janowska i in. [2012] Florex Janowska i Jerzy Kondycjonowanie GA Gold 3 200, 300 [2003a] Sunglow Kondycjonowanie GA Janowska i in. [2012] POZBIORCZA TRWAŁOŚĆ KWIATÓW CANTEDESKII Kwiaty cięte wykazują różną pozbiorczą trwałość uzależnioną od gatunku, odmiany, stadium zbioru i warunków uprawy. Długość życia kwiatów w wazonie jest jednym z kryteriów oceny ich jakości. W badaniach Janowskiej i Staneckiej [2011] kwiaty odmiany Albomaculata wstawione do wody przez 10 dni zachowały walory ozdobne. Przyczyną ich szybkiego starzenia było zielenienie pochew kwiatostanowych spowodowane tworzeniem się chlorofilu. Zjawisko to obserwowali wcześniej Tjia i Funnell [1986], podkreślając, iż zielenienie pochew kwiatostanowych u cantedeskii jest najważniejszą przyczyną krótkiej pozbiorczej trwałości ciętych kwiatów. Jak wynika jednak z badań Janowskiej i Jerzego [2004], nie u wszystkich odmian pochwy zielenieją, a trwałość pozbiorcza kwiatów może dochodzić nawet do 3 4 tygodni. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

93 Regulatory wzrostu w uprawie i przedłużaniu trwałości kwiatów i liści Estry hydroksychinoliny połączone z sacharozą są najczęściej używaną pożywką do przedłużania trwałości ciętych kwiatów. W przypadku geofitów jej skuteczność wykazano między innymi u mieczyków [Łukaszewska 1978], zwartnicy Chmiela [Łukaszewska i Ilczuk 2001] i alstremerii [Goszczyńska i in. 1988]. W badaniach Janowskiej i Staneckiej [2011] roztwór cytrynianu 8-hydroksychinoliny zastosowany w sposób ciągły także był skuteczny, gdyż pozbiorcza trwałość kwiatów odmiany Albomaculata wydłużyła się o 2 tygodnie. Z kolei Janowska i Jerzy [2004] donoszą, iż niekorzystnym zjawiskiem u odmiany Black Magic jest zagniwanie końców szypuł na skutek kondycjonowania w roztworze cytrynianu 8-hydroksychinoliny. Zabieg ten ponadto obniża o 7 8 dni pozbiorczą trwałość kwiatów. Najdłużej walory ozdobne u tej odmiany zachowują kwiaty, które po ścięciu umieszcza się w roztworze kwasu giberelinowego o stężeniu 50 i 100 mg dm -3. U odmiany Florex Gold najlepszą pozbiorczą trwałość mają kwiaty, które kondycjonuje się w roztworze cytrynianu 8-hydroksychinoliny przez 2 godziny. U tej odmiany kwas giberelinowy także jest skuteczny w przedłużaniu trwałości, gdyż niezależnie od tego, jak długo trwa kondycjonowanie w roztworze cytrynianu 8-hydroksychinoliny, dłużej o kilka dni walory ozdobne zachowują kwiaty, które następnie umieszcza się w roztworach kwasu giberelinowego. Według Janowskiej i Staneckiej [2011], kondycjonowanie kwiatów odmiany Albomaculata w benzyloadeninie o stężeniu mg dm -3 wydłuża ich pozbiorczą trwałość o 7 14 dni (tab. 1). POZBIORCZA TRWAŁOŚĆ LIŚCI CANTEDESKII Proces starzenia ciętych liści przebiega inaczej niż kwiatów i dlatego często środki przedłużające trwałość kwiatów ciętych dla liści są mało skuteczne [Skutnik i in. 2001], stąd podejmowane są próby przedłużania trwałości zieleni ciętej za pomocą regulatorów wzrostu. W badaniach Janowskiej i in. [2012], porównujących skuteczność kwasu giberelinowego i benzyloadeniny w przedłużaniu trwałości liści cantedeskii Sunglow, autorki wykazały, iż jedynie kwas giberelinowy ma pozytywny wpływ na trwałość, a kondycjonowanie liści w tym regulatorze wzrostu o stężeniu 400 mg dm -3 wydłuża ich pozborczą trwałość o 3 dni. Ponadto kwas giberelinowy o stężeniu mg dm -3 wpływa na wyższy indeks zazielenienia liści. Podobnie u liści odmiany Black Eyed Beauty skuteczny jest jedynie kwas giberelinowy, który zastosowany w stężeniu 50 i 100 mg dm -3 wydłuża ich pozbiorczą trwałość. Łączne zastosowanie obu regulatorów wzrostu w różnych wariantach stężeń nie ma wpływu na pozbiorczą trwałość liści. Jednak zarówno kwas giberelinowy, jak i benzyloadenina hamują rozpad chlorofilu w liściach, a kwas giberelinowy oraz mieszanina GA 3 +BA hamują rozpad białek. Badania Janowskiej i Jerzego [2003a i b] potwierdzają korzystny wpływ kwasu giberelinowego na pozbiorczą trwałość liści i zawartość chlorofilu u odmian Black Magic i Florex Gold. Skuteczność danego regulatora wzrostu uzależniona jest od gatunku i od sposobu aplikacji. Jak donoszą Rabiza-Świder i in. [2004], benzyloadenina jest mniej skuteczna w porównaniu z kwasem giberelinowym w przedłużaniu trwałości liści cantedeskii Elliota. Do przedłużania trwałości zieleni ciętej oprócz kwasu giberelinowego i benzyloadeniny stosuje się również inne regulatory z grupy cytokinin. W badaniach Janowskiej i in. [2012] podjęto próbę przedłużenia trwałości liści odmiany Albomaculata za pomocą nr 585, 2016

94 94 B. Janowska topolin. Stwierdzono, iż meta-metoksytopolina i jej rybozyd wpływają na pozbiorczą trwałość i jakość liści badanej odmiany. Zastosowane w stężeniu mg dm -3 do 4-godzinnego kondycjonowania liści wydłużają ich pozbiorczą trwałość, hamując jednocześnie rozpad białka, nie mają jednak wpływu na indeks zazielenienia. Oba regulatory wzrostu o stężeniu mg dm -3 zastosowane do kilkusekundowego moczenia blaszek liściowych skuteczniej przedłużają trwałość liści odmiany Albomaculata niż 24-godzinne kondycjonowanie. Meta-metoksytopolina w połączeniu z kwasem giberelinowym o stężeniu mg dm -3 zastosowane do kilkusekundowego moczenia blaszek liściowych wydłużają pozbiorczą trwałość liści tej odmiany średnio o dni, hamują degradację białka, nie mają jednak wpływu na indeks zazielenienia liści (tab. 1). LITERATURA Ali Y.S., Elkiey T., Effect of chloromequat and GA 3 on growth and flowering of calla (Zantedeschia rehmanii). J. King Saud Univ., vol. 7, Agric. Sci. (2), Armitage A.M., Shade affects yield and stem length of field-grown cut-flower species. Hort- Science 26(9), Corr B.E., Widmer R.E., Paclobutrazol, gibberellic acid and rhizome size affect growth and flowering of Zantedeschia. HortScience 26(2), Dennis D., Doreen D.J., Ohteki T., Effect of a gibberellic acid quick-dip and storage on the yield and quality of blooms from hybrid Zantedeschia tubers. Sci. Hortic. 57, Erhardt W., Götz E., Bödeker N., Seybold S., Zander Dictionnaire des noms de plants. Verlag Eugen Ulmer, Stuttgart, 767. Funnell K.A., Zantedeschia. Rozdz. 36 w The physiology of flower bulbs. A. de Hertogh, M. le Nard. (red.) Amsterdam-London-New York-Tokyo, Funnell K.A., MacKay B.R., Lawoko C.R.O., Comparative effects of Promalin and GA 3 on flowering and development of Zantedeschia Galaxy. Acta Hortic. 292, Funnell K.A., Tjia B.O., Effect of storage temperature, duration and gibberellic acid on the flowering of Zantedeschia elliottiana and Z. Pink Satin. J. Am. Soc. Hortic. Sci. 113(6), Goszczyńska D.M., Michalczuk B., Rudnicki R.M., Postharvest physiology of Alstroemeria flowers I. Evaluation of keeping quality of cut Alstroemeria Harmony flowers after chemical treatment. Prace ISiK seria B, tom 12, Janowska B Cantedeskie nie tylko białe. Wyd. UP w Poznaniu, Poznań. Janowska B., Jerzy M., 2003a. Effect of gibberellic acid on post-harvest leaf longevity of Zantedeschia elliottiana (W. Wats.) Engl. J. of Fruit and Ornam Plant Res. 11, Janowska B., Jerzy M., 2003b. Wpływ kwasu giberelinowego na jakość ciętych liści cantedeskii Elliota (Zantedeschia elliottiana /W. Wats./ Engl.). Acta Sci. Pol., Hortorum Cultus 2(1), Janowska B., Jerzy M., Effect of gibberellic acid on post-harvest flower longevity of Zantedeschia elliottiana (W. Wats.) Engl. Acta Sci. Pol., Hortorum Cultus 3(1), 3 9. Janowska B., Krause J., Wpływ traktowania bulw kwasem giberelinowym na kwitnienie cantedeskii. Rocz. AR Pozn. CCCXXXII, Ogrodn. 33, Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

95 Regulatory wzrostu w uprawie i przedłużaniu trwałości kwiatów i liści Janowska B., Schroeter A., Wpływ kwasu giberelinowego na kwitnienie cantedeskii Elliota (Zantedeschia elliottiana /W. Wats./ Engl.) Black Magic. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 483, Janowska B., Stanecka A., Effect of growth regulators on the postharvest longevity of cut flowers and leaves of the calla lily (Zantedeschia Spreng.). Acta Agrob. 64(4), Janowska B., Stanecka A., Czarnecka B., Postharvest longevity of the leaves of the calla lily (Zantedeschia Spreng.). Acta Sci. Pol., Hortorum Cultus 11(1), Janowska B., Stanecki M., Effect of benzyladenine on the abundance and quality of flower yield in the calla lily (Zantedeschia Spreng.). Acta Agrob. 65(4), Janowska B., Stanecki M., 2013a. Effect of benzyladenine on the abundance and quality of the leaf yield in the calla lily (Zantedeschia Spreng.). Nauk. Przyr. Technol. 7,1#6. Janowska B., Stanecki M., 2013b. Effect of rhizome soaking in a mixture of BA and GA 3 on the earliness of flowering and quality of the yield of flowers and leaves in the calla lily (Zantedeschia Spreng.). Acta Sci. Pol., Hortorum Cultus 12(2: Janowska B., Zakrzewski P., Wpływ kwasu giberelinowego i sposobu przygotowania kłączy na kwitnienie cantedeskii (Zantedeschia Spreng.). Zesz. Probl. Post. Nauk Roln., cz. I, 510, Jerzy M., Janowska B., Wzrost i kwitnienie cantedeskii Elliota (Zantedeschia elliottiana /W. Wats./ Engl.) uprawianej z sadzonek traktowanych kwasem giberelinowym in vitro. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 491, Kotański E., Witomska M., Łukaszewska A., Intensification of Hosta sp. production. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 504, Łukaszewska A., Wpływ wybranych substancji chemicznych na trwałość i dekoracyjność ciętych mieczyków. Prace ISiK seria B, tom 3, Łukaszewska A.J., Ilczuk K., 2001 Wpływ kwasu giberelinowego na posprzętną jakość ciętych kwiatów zwartnicy (Hippeastrum Herb.). Rocz. AR Pozn. CCCXXXII, Ogrodn. 33, Palmer J. W., New Zealand horticulture. Chronica Horticulturae 41(4), Rabiza-Świder J., Skutnik E., Wachowicz M., Łukaszewska A. J., Senescence of cut leaves of Zantedeschia aethiopica and Z. ellottiana. Part II. Free amino acids accumulation in relation to soluble protein content. Acta Sci. Pol., Hortorum Cultus 3(2), Ranwala A.P., Miller W.B., Gibberellin 4+7, benzyladenine and supplemental light improwe postharvest leaf and flower quality of cold-stored Star Gazer hybrid lilies. J. Amer. Soc. Hort. Sci. 12 3(4), Rodriguez-Pérez J.A, de Leon-Hernández A.M., Vera-Batista M.C., Rodriguez-Hernández J., Alberto-Rodriguez P., Effect of pretreatment with gibberellic acid (GA 3 ) and Promalin (GA BA) on germination of Protea aristata and P. repens. Acta Hortic. 813, Skutnik E., Łukaszewska A.J., Serek M., Rabiza J Effect of growth regulators on postharvest characteristics of Zantedeschia aethiopica. Postharvest Biol. Tec. 21, Tjia B.O., Funnell K.A., Postharvest studies of cut Zantedeschia inflorescences. Acta Hortic. 181, Treder J., Wzrost i kwitnienie cantedeskii uprawianej w szklarni i w polu. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 491, nr 585, 2016

96 96 B. Janowska GROWTH REGULATORS IN CULTIVATION AND VASE LIFE OF FLOWERS AND LEAVES OF CALLA LILY (ZANTEDESCHIA SPRENG.) WITH COLOURED SPATHES Summary. The species of the genus Zantedeschia, described already 180 year ago, belong to the arum family Araceae, in which the inflorescence is a spadix with numerous tiny flowers, set on a succulent peduncle, and surrounded by a colourful spathe. They are usually dioecious, with the perianth reduced or none, two whorls of stamens (2 + 2 or 3 + 3), and an upper pistil, usually built of three carpels. The spadix sits in a leaf sheath corresponding to the inflorescence spathes of palms. With advancing specialisation, the sheath has taken the form of a protective casing of the spadix, often brightly coloured, and with time in many taxa has become part of a characteristic inflorescence which traps insects until the flowers have been pollinated. In calla lilies the spathes are 12 to 25 cm long and white, yellow and pink to dark purple in colour; they surround spadices coloured yellow, golden-yellow and creamy-yellow. In morphological terms, all species are similar. Petiole bases closely adhere to one another, forming an apparent stem. Successive leaves and peduncles grow from their midst. Within the genus, leaf blades are lanceolate in shape, narrowly to broadly sagittate or cordate. Medium- to dark-green in colour, they are covered or not in transparent, white spots. Initially, in cultivation the dominant species was the common florist s calla (Z. aethiopica /L./ Spreng.). Today, however, its significance has declined, while cultiowing to intensive breeding efforts, first in the United States of America and New Zealand, and later in South Africa and The Netherlands. A growing interest in the calla lily with colourful spathes is shown by the fact that at the start of 2000 it occupied 6th position, right after orchids, among cut flowers exported from New Zealand. Zantedeschia species with coloured spathes are grown in Poland primarily indoors in greenhouses and plastic tunnels. They may also be grown outdoors. Flowering in Zantedeschia depends on the cultivar, size of rhizomes and the duration of their storage. Studies conducted worldwide focus on the improvement of flowering thanks to the application of growth regulators. In the case of Zantedeschia gibberellins, particularly gibberellic acid, cytokinins, GA 3 +BA mixture, and among commercial preparations Promalin containing GA 4+7 and BA, were shown to be effective in this respect. Growth regulators are most frequently applied in the form of solutions in which rhizomes are soaked, while foliar applications are less common. Post-harvest longevity of flowers and leaves in Zantedeschia with coloured spathes is dependent on the cultivar, method of their post-harvest treatment as well as applied compounds and growth regulators. Depending on the cultivar in flowers are effective 8-hydroxychinoline esters, BA and GA 3. To prolong the vase life of leaves can be used GA 3, meta-methoxytopolin and its riboside. Key words: Zantedeschia, yield, post-harvest longevity, cytokines, gibberellins Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

97 Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych nr 585, 2016, PRODUKCYJNE I EKONOMICZNE EFEKTY INTENSYFIKACJI TECHNOLOGII UPRAWY ŁUBINU BIAŁEGO (LUPINUS ALBUS L.) Magdalena Borowska, Ewa Kaszkowiak, Janusz Prusiński Katedra Agrotechnologii, Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy Streszczenie. Badania nad intensyfikacją technologii uprawy tradycyjnej i samokończącej odmiany łubinu białego wykonano w latach w Stacji Badawczej WRiB Uniwersytetu Technologiczno-Przyrodniczego w Mochełku. Zastosowano trzy technologie uprawy: nisko-, średnio- i wysokonakładową. Efektywność technologii obliczono za pomocą przyrostów względnych badanych cech i ich udziału w zwiększaniu bądź zmniejszaniu plonu nasion oraz analizy marginalnej kosztów wraz z wybranymi wskaźnikami ekonomicznymi. Największy przyrost plonu nasion stwierdzono po zwiększeniu intensywności uprawy z poziomu technologii średnio- do wysokonakładowej. Wzrost nakładów w kolejnych technologiach uprawy obu odmian łubinu powodował wzrost wartości plonu nasion i kosztów bezpośrednich, natomiast spadek nadwyżki bezpośredniej i wskaźnika opłacalności bezpośredniej. Analiza efektywności krańcowej wskazuje, że zwiększanie intensywności uprawy łubinu białego było ekonomicznie nieuzasadnione. Słowa kluczowe: łubin biały, intensywność uprawy, analiza ekonomiczna WSTĘP Deficyt białka paszowego w Europie i Polsce skłania do poszukiwań możliwości większego wykorzystania rodzimych surowców białkowych dla substytucji bądź uzupełnienia importowanej poekstrakcyjnej śruty sojowej. Częściowe pokrycie zapotrzebowania na białko w warunkach klimatycznych naszego kraju mogą stanowić nasiona roślin bobowatych, w tym łubin biały, którego zalety zarówno na cele paszowe, jak i spożywcze są doskonale znane [Prusiński 2015]. Zaletą tego gatunku są niepękające, nieopadające borowska@utp.edu.pl Copyright by Wydawnictwo SGGW

98 98 M. Borowska, E. Kaszkowiak, J. Prusiński i łatwe do wymłócenia strąki, co stwarza możliwość opóźnienia zbioru do momentu równomiernego dojrzenia roślin bez ryzyka strat nasion. Mimo licznych zalet, łubin biały nie wszedł do szerszej uprawy w Polsce i Europie, głównie z powodu powszechnego przekonania o jego wysokich wymaganiach glebowych oraz braku tradycji uprawy. Tymczasem na glebach lżejszych plony nasion łubinu białego są większe od pozostałych gatunków łubinów uprawianych w Polsce i Europie [Dzienia i Romek 1987, Bochniarz i in. 1988, Stawiński 1989]. Intensywność produkcji roślinnej wyznaczana jest między innymi przez poziom zaangażowania nakładów pracy uprzedmiotowionej na jednostkę powierzchni, do których zalicza się koszty nasion, nawozów mineralnych, środków ochrony roślin itp. Współcześnie zalecane technologie uprawy roślin strączkowych wskazują na zasadność ograniczania nakładów na ich uprawę, gdyż część wyników badań wskazuje, że większe nakłady na przemysłowe środki produkcji ponoszone w technologiach intensywnych nie są rekompensowane wzrostem plonu nasion [Księżak i in. 1997, 1998, Podleśny 1999, Szwejkowska 2004, Borówczak i Grześ 2005, Prusiński 2006]. Wybór odpowiedniej technologii uprawy ma znaczący wpływ na plonowanie roślin, może również niwelować straty w plonie powstające w wyniku działania niesprzyjających warunków klimatycznych [Szwejkowska 2004]. O wyborze konkretnej technologii w gospodarstwie powinna w dużej mierze decydować ekonomiczna ocena jej efektywności [Krasowicz 2009]. Hipoteza badań własnych zakłada wzrost plonowania i ekonomicznej efektywności produkcji nasion łubinu białego wraz ze wzrostem intensywności technologii uprawy. Celem badań własnych była ocena produkcyjna i ekonomiczna trzech technologii o zróżnicowanym zaangażowaniu przemysłowych środków produkcji na plonowanie łubinu białego. MATERIAŁ I METODY Ścisłe dwuczynnikowe doświadczenie polowe w układzie split block w czterech powtórzeniach wykonano w latach w Stacji Badawczej Wydziału Rolnictwa i Biotechnologii UTP w Mochełku. Doświadczenie zakładano na glebie płowej kompleksu żytniego bardzo dobrego zaliczanej do klasy bonitacyjnej IVa o ph 6,4 6,5. Pierwszym badanym czynnikiem (A) były trzy technologie uprawy nisko-, średnio- i wysokonakładowa, a drugim czynnikiem (B) dwie odmiany łubinu białego tradycyjna Butan i samokończąca Boros. W kolejnych latach doświadczenie zakładano 3, 16 oraz 1 kwietnia. Wysiewano 75 kiełkujących nasion odmiany Butan i 90 odmiany Boros na 1 m 2 w rozstawie rzędów 20 cm, na głębokość 3 4 cm. Powierzchnia poletek do siewu wynosiła 30 m 2, a do zbioru 24,4 m 2. Zabiegi agrotechniczne w poszczególnych technologiach (I III) przedstawiono w tabeli 1. Zbioru nasion w kolejnych latach badań dokonano 30, 23 i 28 sierpnia. Bezpośrednio przed zbiorem z każdego poletka pobierano losowo 20 roślin do oceny strukturalnych elementów plonowania. Plon nasion i jego składowe podano przy 15-procentowej zawartości wody. Wyniki badań poddano analizie statystycznej za pomocą programu ANALWAR autorstwa F. Rudnickiego. Istotność różnic średnich obiektowych testowano za pomocą testu Tukeya na poziomie istotności α = 0,05. Ocenę wpływu technologii na plon nasion Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

99 Produkcyjne i ekonomiczne efekty intensyfikacji technologii Tabela 1. Technologie zastosowane w uprawie łubinu białego Table 1. White lupin cultivation technologies studied Zabiegi agrotechniczne Agronomic practices Przygotowanie materiału siewnego Seed conditioning I niskonakładowa low-input niezaprawiane without dressing Technologia Technology (A) II średnionakładowa medium-input ZN Sarox T 500 Nitragina III wysokonakładowa high-input ZN Sarox T 500 Nitragina Zwalczanie chwastów Weed control Mechaniczne mechanical Mechaniczne mechanical Burakomitron 700 SC Afalon Dyspersyjny 450 SC+ Command 480 EC + Burakomitron 700 SC Nawożenie doglebowe, kg na ha Soil fertilization, kg per ha N 0 P 2 O 5 0 K 2 O 0 N 15 P 2 O 5 50 K 2 O 70 N 30 P 2 O 5 70 K 2 O 100 Dokarmianie dolistne Foliar fertilization bez dokarmiania without feeding bez dokarmiania without feeding Insol S Chemiczna ochrona roślin Chemical plant control bez ochrony without protection Gwarant 500 SC Gwarant 500 SC Fastac 100 EC Reglone 200 SL i jego strukturalne elementy przeprowadzono za pomocą przyrostów względnych badanych cech i ich udziału w zwiększaniu bądź zmniejszaniu plonu nasion [Rudnicki 2000]. Do oceny ekonomicznej zastosowanych technologii wykorzystano analizę marginalną kosztów oraz wyliczono najważniejsze wskaźniki ekonomiczne [Ziętara 2002]. Dokonano także kalkulacji uproszczonej ograniczonej do kosztów bezpośrednich ocenionych na podstawie faktycznie ponoszonych nakładów (nasiona, nawozy, środki ochrony roślin, zbiór) przy uwzględnieniu cen obowiązujących w latach badań. WYNIKI I DYSKUSJA Przebieg temperatury powietrza w kolejnych latach badań nie odbiegał od średnich wieloletnich, przy czym maj i lipiec były zdecydowanie cieplejsze niż w wieloleciu (tab. 2). Znacznie ważniejszym od temperatury powietrza czynnikiem decydującym o plonowaniu roślin strączkowych jest ilość i rozkład opadów w okresie wegetacji [Stawiński 1989, Szukała 1994]. W II i III dekadzie kwietnia 2012 roku i przez cały maj niedobór opadów (zwłaszcza okres suszy w III dekadzie maja) oddziaływał niekorzystnie na początkowe fazy wzrostu roślin, a bardzo wysoka suma opadów w czerwcu i lipcu 2012 roku (ponad 100 mm) w okresie kwitnienia i zawiązywania strąków nie przyczyniła się do dobrego plonowania łubinu. W dwóch kolejnych latach sumy opadów były zbliżone do średniej wieloletniej, ale ich rozkład odpowiadał okresom największego zapotrzebowania roślin na wodę, co zaowocowało większym plonowaniem obu odmian, zwłaszcza w 2013 roku. nr 585, 2016

100 100 M. Borowska, E. Kaszkowiak, J. Prusiński Tabela 2. Średnia temperatura powietrza oraz suma opadów według notowań Stacji Badawczej w Mochełku Table 2. Mean air temperature and total rainfall according to the Mochełek Experiment Station Rok Year Kwiecień April Maj May Miesiąc Month Czerwiec June Lipiec July Sierpień August Temperatura powietrza Air temperature [ C] ,4 14,5 15,2 18,8 17, ,0 14,2 17,4 18,9 18, ,9 13,3 16,0 21,5 17,2 Średnia temperatura w latach Mean temperature for ,1 12,8 16,2 18,0 17,5 Suma opadów atmosferycznych Total rainfall [mm] ,5 25,4 133,8 115,6 51, ,6 91,7 49,3 79,0 56, ,7 65,7 44,9 55,4 57,3 Średnia suma opadów w latach Mean total rainfall over ,9 42,9 54,9 73,8 53,2 Według COBORU [2006] przeciętny plon nasion łubinu białego w latach (ostatnie dane COBORU) wynosił 3,21 t ha -1, natomiast w doświadczeniu własnym 3,78 t ha -1 (od 3,19 t ha -1 w 2012 do 4,80 t ha -1 w 2013 roku). Zastosowane w doświadczeniu technologie uprawy wpłynęły istotnie na plonowanie łubinu (tab. 3). Statystycznie podobne plony nasion łubinu uzyskano w technologii nisko- (3,49 t ha -1 ) i średnionakładowej (3,70 t. ha -1 ), istotnie niższe niż w technologii wysokonakładowej (4,17 t. ha -1 ). Taką samą reakcję na wzrost zaangażowania przemysłowych środków produkcji na plonowanie łubinu białego stwierdził Podleśny [1999], fasoli zwykłej Prusiński [2006], grochu Prusiński [2007], a soczewicy jadalnej Szwejkowska [2010]. W badaniach własnych plon nasion odmiany samokończącej był istotnie niższe o 10% niż plon nasion odmiany tradycyjnej, podobnie jak w badaniach COBORU (2006) oraz Jareckiego i Bobreckiej-Jamro [2012] (6 19%), co wynikało głównie z mniejszej liczby strąków i liczby nasion w strąku. Największą i statystycznie podobną liczbę strąków z rośliny uzyskano w wyniku zastosowania technologii wysoko- i niskonakładowej, natomiast najbardziej dorodne nasiona w technologii średnio- i wysokonakładowej. Podobne efekty w postaci wzrostu liczby strąków na roślinie na skutek zwiększania nakładów odnotowali u łubinu białego Podleśny [1999], a u soczewicy jadalnej Szwejkowska [2010]. Dla tradycyjnej odmiany Butan wzrost nakładów na przemysłowe środki produkcji (z technologii nisko- do średnionakładowej) wpłynął na 12% (o 0,43 t ha -1 ) wzrost plonu nasion (tab. 4). Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

101 Produkcyjne i ekonomiczne efekty intensyfikacji technologii Tabela 3. Plon nasion oraz elementy plonowania łubinu białego w zależności od technologii uprawy Table 3. Seed yield and yield components of white lupin depending on cultivation technology Odmiana Cultivar (B) Technologia uprawy Cultivation technology (A) Średnia I II III Mean Plon nasion Seed yield [t ha -1 ] Butan 3,54 3,97 4,41 3,97 Boros 3,44 3,43 3,92 3,59 Średnia Mean 3,49 3,70 4,17 3,78 NIR 0,05 LSD 0,05 A 0,349; B 0,234; AxB n.i./n.s. Liczba strąków na roślinie Number of pods per plant Butan 9,05 7,95 9,88 8,96 Boros 5,72 6,23 7,48 6,48 Średnia Mean 7,39 7,09 8,68 7,72 NIR 0,05 LSD 0,05 A 1,331; B 0,580; AxB n.i./n.s. Liczba nasion w strąku Number of seeds per pod Butan 3,02 3,19 3,09 3,10 Boros 2,88 3,04 2,93 2,95 Średnia Mean 2,95 3,11 3,01 3,03 NIR 0,05 LSD 0,05 A r.n.; B 0,015; AxB n.i./n.s. Masa 1000 nasion Weight of 1000 seeds [g] Butan Boros Średnia Mean NIR 0,05 LSD 0,05 A 14,407; B 8,612; AxB n.i./n.s. n.i. różnica nieistotna; n.s. non-significant difference. Technologia Technology: I niskonakładowa low-input, II średnionakładowa medium-input, III wysokonakładowa high-input. Tabela 4. Wpływ strukturalnych elementów plonowania na różnice w plonach nasion łubinu białego odmiany Butan wynikające ze zwiększenia intensywności technologii uprawy Table 4. Effect of seed yield structural elements on differences in seed yield of Butan white lupin cultivar as a result of increasing intensity of cultivation technology Plon i elementy plonowania Yield and yield components I do II I to II Wkład Input Udział Share II do III II to III Wkład Input Udział Share t ha -1 % % t. ha -1 % % Liczba strąków na roślinie Number of pods per plant 2,81 79,3 0,05 12,6 100 Liczba nasion w strąku Number of seeds per pod 1,57 44,3 48,5 0,51 1,30 Masa 1000 nasion [g] Weight of 1000 seeds [g] 1,67 47,1 51,5 0,05 0,100 Razem Total 0,43 12, ,45 11,2 100 Technologia Technology: I niskokładowa low-input, II średnionakładowa medium-input, III wysokonakładowa high-input. nr 585, 2016

102 102 M. Borowska, E. Kaszkowiak, J. Prusiński Na większe plonowanie odmiany Butan uprawianej w technologii średnionakładowej wpłynęło zwiększenie liczby nasion w strąku (w 48,5%) oraz wzrost masy tysiąca nasion (w 51,5%). Dalsza intensyfikacja uprawy tej odmiany również przyczyniła się do postępującego wzrostu plonu nasion (o 11,2%), który jednak w 100% wynikał ze zwiększenia liczby strąków na roślinie, przy równoczesnym negatywnym wpływie na liczbę nasion w strąku i masę tysiąca nasion (odpowiednio o 1,3 i 0,1%). Zwiększenie intensywności uprawy odmiany samokończącej Boros z technologii nisko- do średnionakładowej wpłynęło w niewielkim stopniu (o 0,3%) na obniżenie jej plonowania dzięki równomiernemu zmniejszeniu wkładu wszystkich ocenianych strukturalnych elementów plonowania (tab. 5). Dalsza intensyfikacja uprawy tej odmiany przyczyniła się do wzrostu plonu nasion o 0,49 t ha -1 (14,2%), który w całości wynikał ze zwiększenia udziału liczby strąków na roślinie. W badaniach Prusińskiego [2006] z fasolą zwykłą ponad 60-procentowym przyrost plonów nasion w technologii integrowanej w stosunku do ekstensywnej wynikał prawie w 95% z większej obsady strąków na 1 m 2 i zwiększonej liczby nasion w strąku. Tabela 5. Wpływ strukturalnych elementów plonowania na różnice w plonach nasion łubinu białego odmiany Boros wynikające ze zwiększenia intensywności technologii uprawy Table 5. Effect of structural seed yield elements on seed yield of Boros white lupin cultivar as a result of increasing intensity of cultivation technology Plon i elementy plonowania Yield and yield components I do II I to II Wkład Input Udział Share II do III II to III Wkład Input Udział Share t ha -1 % % t ha -1 % % Liczba strąków na roślinie Number of pods per plant 0,004 0,100 0,686 20,0 100 Liczba nasion w strąku Number of seeds per pod 0,003 0,100 0,096 2,80 Masa 1000 nasion [g] Weight of 1000 seeds [g] 0,003 0,100 0,102 3,00 Razem Sum 0,01 0,300 0,490 14,2 100 Technologia Technology: I niskokładowa low-input, II średnionakładowa medium-input, III wysokonakładowa high-input. Obecnie w dobie gospodarki rynkowej o wyborze technologii uprawy w konkretnym gospodarstwie obok czynników produkcyjnych decyduje analiza ekonomiczna [Szwejkowska 2004, Prusiński 2006, Krasowicz 2009]. Wyniki badań nad różnymi technologiami uprawy grochu [Księżak i in. 1998, Borówczak i Grześ 2005], łubinu białego [Podleśny 1999] oraz fasoli zwykłej [Prusiński 2006] wskazują, że technologie mniej intensywne są bardziej ekonomicznie efektywne niż wysokonakładowe. W badaniach własnych wartość produkcji odmiany Butan bez dopłat rosła w miarę intensyfikacji uprawy o 12 i 25% (tab. 6). W przypadku samokończącej odmiany Boros stwierdzono nieznaczną różnicę wartości produkcji w technologii średnio- i niskonakładowej (10 zł ha -1 ), natomiast o 15% wyższą w technologii wysokonakładowej niż średnionakładowej. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

103 Produkcyjne i ekonomiczne efekty intensyfikacji technologii Tabela 6. Wskaźniki oceny ekonomicznej technologii produkcji nasion łubinu białego Table 6. Indexes of economic evaluation of white lupin production technology Wyszczególnienie Specification Wartość produkcji [zł ha -1 ] The value of production [PLN ha -1 ] Dopłaty bezpośrednie [zł ha -1 ] Direct payments [PLN ha -1 ] Wartość produkcji z dopłatami [zł ha -1 ] The value of the production together with direct payments [PLN ha -1 ] Koszty bezpośrednie [zł ha -1 ] Direct costs [PLN ha -1 ] Nadwyżka bezpośrednia bez dopłat [zł ha -1 ] Surplus directs without direct payments [PLN ha -1 ] Nadwyżka bezpośrednia z dopłatami [zł ha -1 ] Surplus directs with direct payments [PLN ha -1 ] Udział dopłat w nadwyżce bezpośredniej [%] The share of direct payments in surplus [%] Wskaźnik opłacalności bezpośredniej Index of the direct profitability bez dopłat without direct payments z dopłatami together with direct payments Koszt bezpośredni produkcji 1 t nasion [zł ha -1 ] Direct cost of 1 t seed production in PLN Efektywność krańcowa Marginal effectivness Butan Boros Technologia uprawy Cultivation technology Technologia uprawy Cultivation technology I II III I II III ,1 31,1 28,4 33,8 33,9 30,9 2,57 3,84 1,73 2,50 1,47 2,06 2,26 3,41 1,41 2,12 1,25 1, ,47 0,63 0,01 0,71 Technologia Technology: I niskonakładowa low-input, II średnionakładowa medium-input, III wysokonakładowa high-input. Istotnym elementem ekonomicznej oceny opłacalności uprawy są koszty bezpośrednie mające decydujący wpływ na koszt produkcji 1 tony nasion [Księżak i in. 1997, Podleśny 1999]. W badaniach własnych udział kosztów bezpośrednich w wartości plonu nasion uzyskanego po uwzględnieniu dopłat wzrastał wraz z intensyfikacją produkcji i wynosił odpowiednio dla odmiany Butan: 26, 40 i 49%, a dla odmiany Boros: 29, 47 i 55%. Podobne relacje uzyskali Księżak i in. [1997] oraz Borówczak i Rębarz [2007] w badaniach z grochem siewnym oraz Szwejkowska i Bielski [2012] z soczewicą. Struktura ponoszonych kosztów produkcji ulegała zmianom wraz z intensyfikacją zastosowanych technologii (rys. 1). W technologii niskonakładowej przeważały koszty zakupu materiału siewnego (w zależności od uprawianej odmiany 40 i 46%) i koszty związane ze zbiorem i pracą siły roboczej (60 i 54%). Wzrost poziomu intensywności technologii uprawy łubinu powodował zmniejszenie udziału tych kosztów i zwiększenie nakładów ponoszonych na zakup nawozów mineralnych i środków ochrony roślin, których udział w kosztach technologii średnionakładowej wynosił 32 34%, a w wyso- nr 585, 2016

104 104 M. Borowska, E. Kaszkowiak, J. Prusiński 100% 80% 60% 40% 20% 0% 60% 40% I 43% 35% 39% 34% 54% 19% 23% 18% 22% 14% 15% 23% 46% 22% 24% 19% 29% 22% II III I II III Butan Boros Nasiona-Seeds Środki ochrony roślin-pesticides Nawozy-Fertilizers Inne-Other Technologia Technology: I niskok ładowa low-input, II średnionakładowa medium-input, III wysokonakładowa high-input Rys. 1. Fig. 1. Struktura kosztów bezpośrednich w technologiach uprawy łubinu białego Structure of the direct costs of cultivation technologies of white lupin konakładowej 46 44%, przy jednocześnie malejących kosztach ponoszonych na pracę maszyn i siłę roboczą. Podobne zależności dotyczące struktury kosztów wystąpiły w badaniach Prusińskiego [2006] oraz Szwejkowskiej i Bielskiego [2012]. Wartość nadwyżki bezpośredniej, która jest ważnym czynnikiem oceny ekonomicznej [Ziętara 2002, Artyszak i Kucińska 2005] malała w miarę intensyfikacji technologii uprawy. Odmienną zależność w ekonomicznej ocenie uprawy fasoli zwykłej uzyskali Prusiński [2006] oraz Szwejkowska i Bielski [2012] w uprawie soczewicy. Wskaźnik opłacalności bezpośredniej w uprawie łubinu białego malał wraz ze zwiększaniem wykorzystania przemysłowych środków produkcji, przy czym korzystniejszymi wartościami wskaźnika cechowały się technologie zastosowane w uprawie tradycyjnej odmiany Butan. Według Krasowicza [2009] intensyfikacja produkcji jest zasadna, gdy przyrost wartości plonu jest większy od przyrostu ponoszonych na nią kosztów wówczas opłacalny plon nasion uzyskuje się, kiedy wartość efektywności marginalnej przekracza 1. W badaniach własnych w żadnym wariancie technologii uprawy nie uzyskano takiej wartości; przy wzroście nakładów z technologii nisko- do średnionakładowej efektywność krańcowa dla odmiany Butan wynosiła 0,47, a dla odmiany Boros 0,01, przy czym dalsza intensyfikacja produkcji powodowała wzrost efektywności (odpowiednio dla odmian do 0,63 i 0,71). WNIOSKI 1. Zwiększanie intensywności uprawy łubinu białego powodowało istotny wzrost plonu nasion, największy z poziomu technologii średnio- do wysokonakładowej. 2. Największy udział w zwiększeniu plonu nasion tradycyjnej odmiany Butan w technologii średnionakładowej wynikał z liczby nasion w strąku i masy tysiąca nasion, a w technologii wysokonakładowej z liczby strąków z rośliny. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

105 Produkcyjne i ekonomiczne efekty intensyfikacji technologii Wzrost plonu nasion odmiany Boros odnotowany jedynie w wyniku wzrostu intensywności technologii uprawy z średnio- do wysokonakładowej wynikał ze zwiększenia liczby strąków na roślinie. 4. Wzrost nakładów na przemysłowe środki produkcji w technologiach uprawy obu odmian łubinu powodował zwiększenie wartości plonu nasion i kosztów bezpośrednich, natomiast zmniejszenie nadwyżki bezpośredniej i wskaźnika opłacalności bezpośredniej. 5. Analiza efektywności krańcowej wskazuje, że zwiększanie intensywności uprawy łubinu białego było ekonomicznie nieuzasadnione. Pracę wykonano w projekcie MRiRW pt. Ulepszanie rodzimych źródeł białka roślinnego, ich produkcji, systemu obrotu i wykorzystania w paszach. Uchwała RM Nr 149/2011 z dnia 9 sierpnia 2011 roku. LITERATURA Artyszak A., Kucińska K., Zmiany nadwyżki bezpośredniej w produkcji fasoli na suche nasiona po rozszerzeniu Unii Europejskiej. Stow. Ekonom. Rol. i Agrobiznesu, Rocz. Nauk., VII (1), 7 9. Bochniarz J., Baumgart K., Pastuszewska B., Radziszewski J., Rola H., Romanowicz K., Roszkowski A., Sokołowski S., Staniszewska H., Technologia produkcji nasion łubinów i sposoby ich wykorzystania. Instr. wdroż., 146/88, IUNG Puławy. Borówczak F., Grześ S., Produkcyjne i ekonomiczne efekty różnej intensywności uprawy grochu siewnego. Mat. konf. Efektywne i bezpieczne technologie produkcji roślinnej, IUNG Puławy, Borówczak F., Rębarz K., Produkcyjne i ekonomiczne aspekty różnej intensywności uprawy grochu siewnego odmiany Agra. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol., 552, COBORU Syntezy wyników doświadczeń rejestrowych. Rośliny strączkowe, Słupia Wielka. Dzienia S., Romek B., Plonowanie roślin strączkowych na wybranych kompleksach glebowych. Mat. konf. Intensyfikacja produkcji pasz na gruntach ornych. AR Szczecin, Jarecki W., Bobrecka-Jamro D., Reaction of white lupine (Lupinus albus L.) to seed inoculation with nitragina. Acta Sci. Pol., Agricultura 11(2), Krasowicz S., Rola oceny ekonomicznej w badaniach rolniczych. J. Agr. Rural Dev., 2(12), Księżak J., Lenartowicz W., Ufnowska J., Ocena ekonomiczna trzech technologii produkcji nasion bobiku. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 446, Księżak J., Lenartowicz W., Ufnowska J., Efektywność ekonomiczna wybranych technologii produkcji nasion grochu. Rocz. AR Poznań, Rolnictwo 52, Podleśny J., Porównanie produkcyjnej i ekonomicznej efektywności różnych technologii uprawy łubinu białego. Mat. konf. Lupin in Polish and European Agriculture. Przysiek, Prusiński J., Plonowanie fasoli zwykłej (Phaseolus vulgaris L.) w zależności od intensywności technologii uprawy. Cz. II. Rolnicza i ekonomiczna ocena zastosowanych technologii Acta Sci. Pol., Agricultura 5(2), Prusiński J., Wybrane wskaźniki produkcyjności grochu siewnego w warunkach wzrastającej intensywności technologii uprawy. Acta Sci. Pol., Agricultura 6(4), nr 585, 2016

106 106 M. Borowska, E. Kaszkowiak, J. Prusiński Rudnicki F., Wyznaczanie wpływu poszczególnych elementów plonowania na różnice plonów między obiektami doświadczalnymi. Fragm. Agron. 3, Stawiński S., Rozwój i plonowanie łubinu białego na glebie lekkiej w porównaniu do warunków gleby średniej. Mat. konf. Przyrodnicze i agrotechniczne uwarunkowania produkcji nasiennej roślin strączkowych. Cz. II. Puławy, Szukała J., Wpływ czynników agrotechnicznych na plon, skład chemiczny i wartość siewną nasion łubinów, ze szczególnym uwzględnieniem łubinu białego. Rocz. AR w Poznaniu, Rozpr. Nauk. 245, ss. 87. Szwejkowska B Wpływ sposobu uprawy na plonowanie grochu siewnego. Fragm. Agron. 3, Szwejkowska B., Wpływ sposobu uprawy na plonowanie soczewicy jadalnej (Lens culinaris Medic.). Ann. Univ. Mariae Curie-Skłodowska Lublin-Polonia, LXV, sec. EE, Szwejkowska B., Bielski S., Ekonomiczna efektywność produkcji soczewicy jadalnej (Lens culinaris Medic.). Ann. Univ. Mariae Curie-Skłodowska Lublin-Polonia, LXVII (1), sec. E, Ziętara W., Konkurencyjność różnych kierunków produkcji roślinnej. Pam. Puł. 130, PRODUCTION AND ECONOMIC EFFECTS OF ENHANCED CULTIVATION TECHNOLOGY IN WHITE LUPIN (LUPINUS ALBUS L.) Summary. Feed protein deficit in Europe and Poland tends to seek opportunities for a greater use of native protein sources for substitution or a partial supplementation of imported soybean meal. White lupin among other Fabaceae species could serve as a alternative source for protein in the climatic conditions of Poland. Lupin seed yields depend on the use of industrial production means. In practice, the choice of a particular technology on the farm is largely determined by economic evaluation of its effectiveness. Own research hypothesis assumed an increase in yield and economic efficiency of the production of white lupine seeds with increasing intensity of cultivation technology. The aim of the study was to evaluate the productivity and economical value of two white lupin cultivars: Butan (traditional) and Boros (self-completing) and three technologies of varying involvement of the industrial means of production, i.e. low-, medium- and high-inputs. Differentiation of expenditures on industrial means of production concerned: seed treatment, the use of Bradyrhizobium, weed control, fertilization with mineral soil treatment, foliar feeding, protection of plants against diseases and plant desiccation before harvest. The strict field experiment was carried out over on lessive soil of ph The effectiveness of the technologies used was calculated using the relative gains of the characteristics and their contribution to the increase or reduction in seed yield as well as the marginal cost analysis together with selected economic indicators. Cost calculation was limited to direct costs assessed on the basis of actual outlays (seeds, fertilizers, pesticides, harvesting), taking into account the prices in force in the years of the study. Similar statistically lupin seed yields were obtained in the technology of low-input (3.49 t ha -1 ) and medium-input (3.69 t ha -1 ), statistically lower than those in the technology of high-input (4.17 t. ha -1 ). An increase in expenditures in subsequent cultivation technologies of both white lupin cultivars resulted in an increase in the value of lupin seed yield and direct costs, while gross margin and cost-effectiveness ratios were decreased. The share of direct costs after taking into account the direct payments for Butan Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

107 Produkcyjne i ekonomiczne efekty intensyfikacji technologii amounted to 26, 40 and 49%, and for Boros 29%, 47 and 55% respectively for low, medium and high-input technology. Direct surplus value, which is an important factor in economic calculation decreased progressively along with increasing the intensity of lupin cultivation technology. Marginal efficiency analysis showed that increasing the intensity of white lupin technology was economically unjustified. Key words: white lupin, intensity of cultivation technology, economic analysis nr 585, 2016

108

109 Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych nr 585, 2016, THE METHODS USED FOR THE IDENTIFICATION AND DIFFERENTIATION OF CAMPYLOBACTER SPP. IN FOOD PRODUCTS Anna Mikołajczuk-Szczyrba 1, Anna Misiewicz 1, Marek Kieliszek 2, Andrzej Cendrowski 2 1 Instytut Biotechnologii Przemysłu Rolno-Spożywczego im. prof. Wacława Dąbrowskiego w Warszawie 2 Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie Summary. Bacteria of Campylobacter genus remain most commonly reported gastrointestinal bacterial pathogen in humans in the EU since The main source of human infections caused by Campylobacter bacteria is the consumption of inadequately prepared, infected food products especially poultry meat, milk and dairy products, and contaminated water. High number of campylobacteriosis may us presume that in near future there will be implemented adequate changes in legislation regarding the microbiological criteria for food products, including the detection of Campylobacter spp. This paper contains literature review concerning identification and differentiation methods of Campylobacter genus in food. There are presented classical methods for Campylobacter spp. detection, based on biochemical and physiological properties and as well as molecular methods PCR, multiplex PCR, PCR-RFLP, qpcr, dot blotting, FISH, which identifies characteristic DNA sequences. Key words: Campylobacter spp., identification, differentiation, food INTRODUCTION Campylobacter jejuni is a Gram-negative, microaerophilic, helical-shaped, floating bacteria of length μm and a diameter of μm, which belongs to the Campylobacteriacae family. It was discovered in 1886 by Theodor Escherich, an Austrian pediatrician. Initially, in 1927, due to its characteristic helical shape and morphological similarity with vibrio, it was classified as Vibrio jejuni. Subsequent analysis of the genome as well as identification of its different properties such as non-fermentable metabolism and microaerophilic growth conditions resulted in its separation as a new type Campylobacter. anna.misiewicz@ibprs.pl Copyright by Wydawnictwo SGGW

110 110 A. Mikołajczuk-Szczyrba, A. Misiewicz, M. Kieliszek i in. Currently, this genus includes about 20 species and subspecies of the commensal bacteria, which have been described as living microorganisms in higher animals and humans [He et al. 2015, Silva et al. 2011]. Bacteria of Campylobacter genus, primarily C. jejuni and C. coli, are currently one of the most commonly isolated human enteropathogens that cause gastrointestinal disease in humans in both developed and developing countries. In many countries, the number of cases of human campylobacteriosis exceeds the number of infections caused by Salmonella spp. [Coker et al. 2002, Gölz et al. 2014]. Campylobacter spp. bacteria are part of the natural intestinal flora of breeding and wildlife animals as well as poultry. It is estimated that 50 70% of cases of campylobacteriosis is caused by the consumption of contaminated poultry products. Increased production in the fast-growing poultry industry, as well as an increase in the consumption of poultry, may be the cause of the increased frequency of gastroenteritis caused by Campylobacter spp. in humans. The main source of human infections caused by Campylobacter bacteria is the consumption of inadequately prepared, infected meat (poultry, pork, beef), milk and dairy products, and contaminated water [He et al. 2015, Humphrey et al. 2007]. However, the primary reservoir of these bacteria as well as the main route of transmission is poultry, because the digestive tract of birds is a natural environment for Campylobacter spp. [Agunos et al. 2014, Fonseca et al. 2014]. CLINICAL PICTURE AND EPIDEMIOLOGICAL DATA ON CAMPYLOBACTERIOSIS Campylobacteriosis in humans usually involves inflammation of the stomach and/or intestines, which may be accompanied by mild or severe diarrhea and fever. The symptoms usually disappear spontaneously after a few days and do not require medical treatment or intervention [Dasti et al. 2010]. However, in some infected people, severe gastroenteritis and systemic infections have developed that result in serious consequences. Severe complications such as neurological disorders, e.g. Guillain-Barre syndrome (GBS) or Miller-Fisher syndrome (MFS), sepsis or meningitis mainly relate to individuals with decreased immunity [Janssen et al. 2008]. Such distinct disease symptoms observed in humans are dependent not only on the host genotype but also involve the properties and serotype of the pathogen [Dasti et al. 2010]. Pathogenicity of Campylobacter is directly related to the presence of genes encoding motility (flaa), adherence (cadf) which encode proteins responsible of colonization of digestive tract [Wassenaar et al. 1991, Ziprin et al. 1999] and the presence of invasion associated marker (iam) in the DNA sequences [Sanad et al. 2011]. Sequenced genome of C. jejuni NCTC demonstrated the occurrence of three co-transcribed open reading frames (ORFs): cdta, cdtb and cdtc, encoding a toxic CDT (cytolethal distending toxin) protein [Parkhill et al. 2000]. CDT toxin is composed of three components CdtA, CdtB, CdtC, forming a single holotoxin molecule. CdtB subunit exhibits DNase and phosphatase activity, while CdtA and CdtC are involved in bin- Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

111 The methods used for the identification ding to host cells and transferring the catalytic subunit into the cell interior [Dasti et al. 2010, Lindmark et al. 2009]. This exotoxin is responsible for the degradation of the host genetic material [Lara-Tejero et al. 2000], inducing a signaling cascade leading, among others, to the activation of the DNA repair mechanisms, cell cycle arrest at G2/M phase and induction of cell aging and apoptosis [Lindmark et al. 2009]. Fox et al. [2004] demonstrated that C. jejuni bacteria with mutation in the cdtb gene exhibit the ability to colonize NF-kB deficient mice; however, they are not able to induce gastroenteritis, as observed in the wild-type strain. Since 2005, gastrointestinal diseases caused by the bacteria of Campylobacter genus, mainly C. jejuni and C. coli, remain the most frequently reported zoonoses in the European Union (EU), for which contaminated food is the main source of infection [EFSA 2014, EFSA 2013]. Between 2008 and 2011, according to the report by the European Food Safety Authority (EFSA), a statistical increase in the number of laboratory-confirmed cases induced by Campylobacter spp. infection was reported. Such a significant increase in the number of infections caused by these bacteria correlates with the changes in the pattern of human eating habits, among others, enriching the daily diet with poultry products, which are the main source of the infection [EFSA 2013, EFSA 2015]. In 2013, in the European Union, 214,779 documented cases of campylobacteriosis in humans were reported. Epidemiological data, however, are significantly underestimated due to the usually benign course of infection and absence of medical visits [EFSA 2015]. Alarming data are reported by the World Health Organization (WHO), which estimates that more than two million people die every year due to diarrheal diseases caused mainly by the consumption of contaminated food [Silva et al. 2011]. The data reported in the last EFSA report have demonstrated that about one-third (30,4%) of the investigated samples of fresh meat, mainly broiler and turkey, were infected with Campylobacter spp. bacteria. However, significant differences in the level of infection with these bacteria between UE Member States, ranging from 0% up to even 100%, were observed. This discrepancy may be a result of the differences in the functioning of contaminated food control programs and the lack of standards for the detection of Campylobacter spp. in EU countries [EFSA 2015]. From a medical point of view, the growing phenomenon of increasing antibiotic resistance of the Campylobacter genus results from excessive and often unjustified use of antibiotics in veterinary practice, as well as in human therapy. In most cases, Campylobacter infections exhibit a benign course and require only symptomatic treatment. Antibiotics are used only in the case of a severe clinical course of disease. In the case of systemic infections caused by Campylobacter strains resistant to macrolides and urochinolones, the use of gentamycin seems to be the only alternative [Allos and Blaser 1995, Hart and Kariuki 1998]. Increase in the number of confirmed cases of campylobacteriosis reported in the last few years, as well as losses incurred by the state due to medical care and absenteeism of patients from their work place, allow us to conclude that in the near future, appropriate changes to the regulation regarding the microbiological criteria for food products will be introduced, including the detection of Campylobacter spp. nr 585, 2016

112 112 A. Mikołajczuk-Szczyrba, A. Misiewicz, M. Kieliszek i in. METHODS FOR THE IDENTIFICATION AND DIFFERENTIATION OF CAMPYLOBACTER SPP. IN FOOD PRODUCTS Classical methods Detection of the presence of Campylobacter spp. in food products includes direct microscopic examination, cultivation on selective media/culture, isolation of colonies and identification of microorganisms. To evaluate the presence of motile Campylobacter spp. rapidly, direct microscopic examination may be used. Moist viability preparations of the food samples are prepared and analyzed using phase contrast or dark field microscopy. Microscopy itself is usually insufficient and more accurate analyzes are needed to enable the identification of Campylobacter spp. [Krutkiewicz 2008]. Sample of food material for analysis is placed in Bolton broth enrichment culture medium and incubated at 42 C for 48 hours under microaerophilic conditions which is 5% O 2, 10% CO 2 and 85% N 2. The multiplied bacillus are selectively grown using selective medium supplemented mainly with 5% sheep or horse blood. Typical selective medium used for bacteria culture from food samples is mccda solid medium (Charcoal, Cefeperazon, Deoxycholate modified agar), containing, among others, charcoal, amphotericin B, cefoperazone and sodium deoxycholate. Classic colonies formed by Campylobacter spp. on mccda medium are characterized by a flat shape and gray often-metallic luster. Typical and/or suspected Campylobacter spp. colonies are grown on Columbia agar medium containing 5% sheep blood, which is then incubated for 24 hours at 42 C [Przybylska 2004]. For the isolation of Campylobacter spp. it is recommended to use a second selective medium, e.g. Skirrow agar or Preston agar [Rokosz et al. 2014]. After obtaining single colonies on selective Agar medium, one establishes membership to a particular Campylobacter genus by evaluating i.a. cell morphology, motility, ability to grow under certain conditions and the presence of cytochrome oxidase enzyme. To determine morphology and motility of cells, Gram staining is performed. Campylobacter spp. cells are Gram-negative spiral-shaped bacteria. Viability microscope preparation allows visualizing of the characteristic corkscrew-like motion of bacteria. Production of cytochrome C oxidase confirms the classification of the studied bacteria to the Campylobacter genus. The next step of classifying a microorganism to the Campylobacter genus is to determine the ability of the bacteria to grow on Columbia blood agar under microaerophilic conditions at 25 C, and to determine the lack of growth under aerobic conditions at a temperature of 41.5 C. Bacteria characterized by the above-mentioned features may be classified as Campylobacter spp. (Table 1). Differentiation of Campylobacter spp., allowing identification of the isolated strains, mainly includes the assessment of biochemical properties, which in most cases may be evaluated using biomerieux API Campy assay [Martiny et al. 2011]. Studies on the identification of Campylobacter spp. species in foods are not common; however, it is particularly important from an epidemiological point of view. Differentiation of strains allows for the precise determination of the source of infection and the route of pathogens transmission [Wieczorek and Osek 2005, On and Jordan 2003]. Reference biochemical tests, such as the ability to produce catalase, hydrolysis of indoxyl acetate and sodium hippurate, allow to differentiate the two dominant food species, Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

113 The methods used for the identification Table 1. Characteristics of Campylobacter spp. genus Tabela 1. Charakterystyka bakterii z rodzaju Campylobacter spp. Campylobacter spp. Cell morphology vibrio-shaped, curved bacilli Motility + Presence of cytochrome C oxidase + Growth under microaerophilic conditions at 25 C + No growth under aerobic conditions at a temperature of 41.5 C + C. jejuni and C. coli, from other bacteria of the Campylobacter genus. The test utilizing hippurate allows to distinguish C. jejuni, characterized by the activity of sodium hippurate hydrolysis (giving a positive result of the reaction), from C. coli, C. lari or C. upsaliensis, which exhibit no such ability. However in numerous studies the occurrence of C. jejuni strains, which do not hydrolyze sodium hippurate was reported. There are also more immunological methods of identification of Campylobacter spp., which allow detection of antigen of C. jejuni and C. coli in food samples. They are carried out using commercial ELISA-test that is characterized by high sensitivity. An important advantage of this method is the possibility of obtaining the results after approximately 2 hours. However, due to the reported possibility of a non-specific study result, detection of the presence of Campylobacter spp. cannot be based solely on searching for the antigen [Bessede et al. 2011]. Using classical microbiology methods, the highly specific and demanding growth conditions and the presence of biochemically atypical strains often lead to incorrect identification of diverse isolates of Campylobacter genus. Currently, an attractive alternative to classical microbiology assays are methods utilizing molecular biology techniques based on DNA analysis. Membership classification of Campylobacter is possible using amplification and hybridization methods utilizing specific molecular probes [Garlicki and Leśniak 2009, Wieczorek and Osek 2005]. Molecular methods In microbiological analysis of food, polymerase chain reaction (PCR) has found a wide application. This technique invented in 1983 by Kary Mullis has become a fundamental tool in molecular biology, enabling rapid identification of microorganisms [Deepak et al. 2007]. Based on DNA structure, independent of physiological state of an organism, allows the detection of unique bacterial sequences of DNA, encoding others virulence factors or specific proteins. Classification of Campylobacter genus is determined based on the specific sequence of 16S rrna gene, which is present in all bacteria [Fontanot et al. 2014]. This gene responsible for the expression of rrna of small ribosomal subunit (30S), referred to as a universal molecular marker due to the presence of highly conserved regions. This feature results from the function of the ribosome, which is considered to be constant over the years [Janda 2007]. The 16S rrna gene, apart from conserved characteristics, possesses hypervariable regions whose nucleotide sequence is unique to the species. Diversity of nr 585, 2016

114 114 A. Mikołajczuk-Szczyrba, A. Misiewicz, M. Kieliszek i in. Campylobacter spp. can therefore be based on amplification of 16S rrna with the use of primers complementary to the variable regions in specific species. Nowadays, many modifications of the above-described method are described, among which the simplest one is the multiplex PCR, which was used to differentiate Campylobacter spp. strains. This modification, thanks to the DNA application based on several pairs of species-specific primers in one reaction mixture, enabled a faster analysis of bacteria, reduced the amount of material required for the analysis and reduced costs as well. Using primers, mainly those complementary to the sequence of hipo gene encoding hippurinase, asp gene encoding aspartokinase, glya encoding serine hydroxymethyltransferase and sapb2 gene, one can distinguish between several species of Campylobacter. Apart from the commonly known C. jejuni and C. coli, we can diagnose C. fetus, C. lari and C. upsaliensis. Below, in Table 2, examples of primers that are used in the identification and differentiation of these bacteria are presented [Persson and Olsen 2005, Vondrakova et al. 2014, Yamazaki-Matsune et al. 2007]. Another method of molecular differentiation of Campylobacter spp. is polymerase chain reaction -restriction fragment length polymorphism (PCR-RFLP), which is a specific combination of amplification reaction with restriction fragment length polymorphism analysis. Differentiation in PCR-RFLP involves PCR amplification of a highly polymorphic 23S rrna gene fragment using THERM1 (5 -ATTCCAATACCAACATTAGT-3 ) and THERM4 (5 -CTTCGCTAATGCTAACCC-3 ) primers. The resulting amplicon of 492 bp size is subjected to AluI restriction enzyme treatment, which recognizes and cleaves the DNA sequence at a species-specific site (5 AG CT 3 ). Based on comparing the electrophoretically separated digested DNA fragment with the standard characterizing the particular species, the classification of Campylobacter spp. is established. Molecular profile of restriction pattern for the different species of Campylobacter spp. is shown in Table 3 [Steinhauserova et al. 2001]. Another gene successfully used in the differentiation of Campylobacter spp., especially C. jejuni and C. coli using a PCR-RFLP, is flaa gene (encodes expression of flagellin protein). Restriction analysis was carried out with the use of DdeI, (5 C TNAG 3 ) restriction enzyme [Chuma et al. 1997, Wieczorek and Osek 2005]. Currently, the most common modification of PCR, widely used in the identification of pathogenic bacteria in food products, is the real-time polymerase chain reaction (realtime PCR, qpcr). For a long time, this method has successfully been used to detect a number of food pathogens such as Salmonella spp. or Listeria spp. [Jaroszewska et al. 2014, Misiewicz and Goncerzewicz 2013, Persson et al. 2012]. Amplification of the DNA, the amount of which is controlled during the reaction by using specific probes labeled with fluorescent dyes, is at the core of this approach. One of the most popular probes used in commercially available identification kits is the double-labeled TaqMan probe. The level of fluorescence signal is proportional to the amount of the synthesized product and is carried out using a camera connected to the computer. An example of the use of the real-time PCR to identify Campylobacter, mainly C. jejuni and C. coli, is the analysis of the nucleotide sequence of the glya and hipo gene fragments introduced by Leblanc-Maridor [Leblanc-Maridor et al. 2011]. Sequences of primers and probes are given in Table 4. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

115 The methods used for the identification Table 2. Exemplary sequences of the primers used in multiplex PCR reactions Tabela 2. Przykładowe sekwencje starterów używanych w reakcjach multiplex PCR Species Campylobacter spp. C. jejuni C. coli C. lari C. fetus C. upsaliensis Size [bp] Gene 16S rrna 344 hipo 793 ceue S rrna 502 asp S rrna 251 glya 359 csta 435 sapb2 86 lpxa 204 glya Primer (5`->3`) Sequence (5`->3`) References C412F GGATGACACTTTTCGGAGC [Yamazaki- -Matsune et al. C1228R CATTGTAGCACGTGTGTC 2007] MD16S1 ATCTAATGGCTTAACCATTAAAC [Mateo et al. MD16S2 GGACGGTAACTAGTTTAGTATT 2005] hipo-f hipo-r GACTTCGTGCAGATATGGATGCTT GCTATAACTATCCGAAGAAGCCATCA [Persson 2005] F CCTGCTACGGTGAAAGTTTTG [On and Jordan R GATCTTTTTGTTTTGTGCTGC 2003] R TATTCCAATACCAACATTAGT [On and Jordan F TAAATCCTAATACGAAGCG 2003] CC18F GGTATGATTTCTACAAAGCGAG [Yamazaki- CC519R ATAAAAGACTATCGTCGCGTG -Matsune et al. 2007] CL55 ATGCAAGTCGAACGATGAGACAGC [Oyarzabal et CL632 TAGCTCATTCCAACCTTCAGTCC al. 1997] CLF TAGAGAGATAGCAAAAGAGA [Wang et al. CLR TACACATAATAATCCCACCC 2002] MG3F GGTAGCCGCAGCTGCTAAGAT [Yamazaki- CF359R AGCCAGTAACGCATATTATAGTAG -Matsune et al. 2007] CFF GCAAATATAAATGTAAGCGGAGAG [Wang et al. CFR TGCAGCGGCCCCACCTAT 2002] CU61F CGATGATGTGCAAATTGAAGC [Yamazaki- CU146R TTCTAGCCCCTTGCTTGATG -Matsune et al. 2007] CUF AATTGAAACTCTTGCTATCC [Wang et al. CUR TCATACATTTTACCCGAGCT 2002] Table 3. Review of the restriction profiles for different species of Campylobacter spp. Tabela 3. Podsumowanie profili restrykcyjnych dla różnych gatunków Campylobacter spp. Species 23S rrna (492 bp) gene; AluI enzyme Restriction Fragment Length Polymorphism (bp) Campylobacter jejuni 202; 166; 124 Campylobacter lari 290; 115; 51 Campylobacter coli 290; 202 Campylobacter upsaliensis 290; 115; 87 References [Steinhauserova et al. 2001] nr 585, 2016

116 116 A. Mikołajczuk-Szczyrba, A. Misiewicz, M. Kieliszek i in. Table 4. Sequences of primers and probes used in the real-time PCR reaction Tabela 4. Sekwencje starterów sond wykorzystywanych w reakcji Real-Time PCR Species Size (bp) Gene Campylobacter coli 125 glya Campylobacter jejuni 124 hipo Primer (5 ->3 ) glya-f glya-r glya-probe hio-f hipo-r hipo-probe Probe sequence (5 ->3 ) AAACCAAAGCTTATCGTGTGC AGTGCAGCAATGTGTGCAATG FAM-CAACTTCATCCGCAAT CTTGCGGTCATGCTGGACATAC AGCACCACCCAAACCCTCTTCA VIC-ATTGCTTGCTGCAAAG References [Leblanc- -Maridor et al. 2011] Real -time PCR reaction has many advantages compared to other methods. Ones that are more important is its unique sensitivity, which allows detection of very small amounts of DNA (less than five copies of the sequence analyzed). Visualization of the result of the experiment on the monitor screen allows us to avoid the electrophoretic separation step, which significantly reduces the time of analysis. Real-time PCR is extremely useful in the detection of the presence of Campylobacter genus because of the slow growth of these microorganisms in culture medium. Identification of Campylobacter spp. is possible owing to the hybridization method based on the ability to form stable complexes between two single-stranded, complementary chains of DNA.The simplest hybridization method used for the detection of the presence of Campylobacter is the dot-blot technique, based on the hybridization of a molecular probe of a specified sequence with total bacterial DNA (or RNA) immobilized on a nylon or nitrocellulose membrane. The probes used in the identification and differentiation studies of Campylobacter spp. are constructed based on species-specific DNA linker fragment sequences occurring between 16S rrna and 23S rrna genes (ITS internal transcribed spacer). Signal detection in the form of spots on the membrane indicates the recognition of a complementary nucleotide sequence by the probe, demonstrating the presence of a particular genus of Campylobacter bacteria [Fontanot et al. 2014] Another technique of hybridization, enabling a more precise identification of the described bacteria, is fluorescent in situ hybridization (FISH). This method, in contrast to the dot-blot, utilizes a fluorescently labeled oligonucleotide probe. The oligonucleotide probe used in the FISH method is composed of a chain of nucleotides, which at the 5 end has a fluorescent tag. Fluorochrome allows detection of the resulting double-stranded probe-nucleic acid structure fragment using a fluorescence microscope. Hybridization probes designed to identify and differentiate Campylobacter spp., are based primarily on complementarity to the sequence-specific fragments of 16S rrna or 23S rrna genes (Table 5) [Poopert et al. 2008]. Public databases containing sequences of bacterial genomes as well as availability of bioinformatics tools enable us to design an individual probe dedicated to a particular gene [Moreno et al. 2003, Rohde et al. 2015]. However, it requires competent and experienced personnel as the optimization of hybridization conditions for a new probe is extremely difficult and time-consuming. A distinct advantage of the FISH technique, apart from excellent precision, is the ability to avoid the stage of DNA or RNA isolation, which significantly reduces the time of analysis. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

117 The methods used for the identification Table 5. Oligonucleotide probes used in the differentiation of Campylobacter spp. Tabela 5. Sondy oligonukleotydowe wykorzystywane w różnicowaniu Campylobacter spp. Genus/Species Probe Gene Sequence of probe (5 ->3 ) Campylobacter spp. Catherm 23S rrna GCCCTAAGCGTCCTTCCA C. jejuni Cajej 23S rrna AGCTAACCACACCTTATACCG C. lari Clar 16S rrna TCCCAAGCAGTTCAACGGT C. upsaliensis Cup 16S rrna CTCTACAGAATTTGTTGGAT References [Poopert et al. 2008] CONCLUSIONS Considering a significant increase in the number of laboratory-confirmed cases of campylobacteriosis, the increase in the number of Campylobacter strains isolated from food as well as an increase in the costs incurred by residents and the state, it has been realized that it is extremely important to improve the methods employed for the identification of Campylobacter spp. in food products. Over the years, traditional and molecular methods for the identification of these microorganisms have been developed. The chief advantage of traditional methods, certainly the relatively low cost. The disadvantages of classical methods are primarily the time it takes to obtain results and the difficulties in distinguishing particular species of Campylobacter spp. ELISA is the most rapid method of campylobacter antigen detection without species discrimination. The most specific identification methods are those based on DNA analysis, which are characterized by a very high specificity and accuracy. Due to the growing problem of Campylobacter infections, it can be assumed that in the near future, there will be a change in the regulations concerning Campylobacter spp. identification. Therefore, it is very important to improve these above-mentioned techniques and search for new solutions that allow a faster and easier identification of Campylobacter spp. in food products, which are the main reservoir of these bacteria REFERENCES Agunos A., Waddell L., Leger D., Taboada E., A systematic review characterizing on-farm sources of Campylobacter spp. for broiler chickens. PLoS One. 9, Allos B.M., Blaser M. J., Campylobacter jejuni and the expanding spectrum of related infections. Clin. Infect. Dis. 20, Bessede E., Delcamp A., Sifre E., Buissonniere A., Megraud F., New methods for detection of Campylobacters in stool samples in com parison to culture. J Clin Microbiol. 49, Chuma T., Makino K., Okamoto K., Yugi H., Analysis of distribution of Campylobacter jejuni and Campylobacter coli in broilers by using restriction fragment length polymorphism of flagellin gene. J Vet Med Sci. 59 (11), Coker A.O., Isokpehi R.D., Thomas B.N., Amisu K.O., Obi C.L., Human campylobacteriosis in developing countries. Emerg Infect Dis. 8(3), nr 585, 2016

118 118 A. Mikołajczuk-Szczyrba, A. Misiewicz, M. Kieliszek i in. Dasti J.I., Tareen A.M., Lugert R., Zautner A.E., Groß U., Campylobacter jejuni: A brief overview on pathogenicity-associated factors and disease-mediating mechanisms. Int J Med Microbiol. 300(4), Deepak S.A., Kottapalli K.R., Rakwal R., Oros G., Rangappa K.S., Iwahashi H., Masuo Y., Agrawal G.K., Real-Time PCR: Revolutionizing Detection and Expression analysis of genes. Curr Genomics. 8(4), EFSA Report., The European Union Summary Report on Trends and Sources of Zoonoses, Zoonotic Agents and Food-borne Outbreaks in EFSA. 11(4), EFSA Report., The European Union Summary Report on Trends and Sources of Zoonoses, Zoonotic Agents and Food-borne Outbreaks in EFSA. 12(2), EFSA Report., The European Union Summary Report on Trends and Sources of Zoonoses, Zoonotic Agents and Food-borne Outbreaks in EFSA.13(1), Fonseca B.B., Beletti M.E., Torres de Melo R., Mendonca E.P., Coelho L.R., Nalevaiko P.C., Rossi D.A., Campylobacter jejuni in commercial eggs. Braz J Microbiol, 45(1), Fontanot M., Iacumin L., Cecchini F., Comi G., Manzano M., Rapid detection and differentiation of important Campylobacter spp. in poultry samples by dot-blot and PCR. Food Microbiol. 43, Fox J.G., Rogers A.B., Whary M.T., Ge Z., Taylor N.S., Xu S., Horwitz B.H., Erdman S.E., Gastroenteritis in NF-κB-Deficient Mice Is Produced with Wild-Type Camplyobacter jejuni but Not with C. jejuni Lacking Cytolethal Distending Toxin despite Persistent Colonization with Both Strains. Infect Immun. 72(2), Garlicki A., Leśniak M., Treatment of diarrheal diseases with infectious etiology in adults. Epidemiol Rev. 63, Gölz G., Rosner B., Hofreuter D., Josenhans C., Kreienbrock L., Löwenstein A., Schielke A., Stark K., Suerbaum S., Wieler L.H., Alter T., Relevance of Campylobacter to public health-the need for a One Health approach. Int J Med Microbiol 304, Hart C.A., Kariuki S., Antimicrobial resistance in developing countries. BMJ. 317, He Y., Reed S., Bhunia A.K., Gehring A., Nguyen L.H., Irwin P.L., Rapid identification and classification of Campylobacter spp. using laser optical scattering technology. Food Microbiol. 47, Humphrey T., O Brien S., Madsen M., Campylobacters as zoonotic pathogens: a food production perspective. Int J Med Microbiol 117(3), Janda J.M., Abbott S.H., S rrna gene sequencing for bacteria identification in the diagnostic laboratory: pluses, perils, and pitfalls. J Clin Microbiol. 45, Janssen R., Krogfelt K.A., Cawthraw S.A., van Pelt W., Wagenaar J.A., Owen R.J., Hostpathogen interactions in Campylobacter infections: the host perspective. Clin Microbiol Rev. 21, Jaroszewska E., Pietracha D., Misiewicz A., Patogeny człowieka w żywności pochodzenia roślinnego wady i zalety zastosowania metody real-time PCR do ich wykrywania. Postępy Nauki i Technologii Przemysłu Rolno-Spożywczego. 69(1), Krutkiewicz A., Kampylobakteriozy u ludzi i zwierząt. Życie Weterynaryjne. 83, Lara-Tejero M., Galan J.E., A bacterial toxin that controls cell cycle progression as a deoxyribonuclease I-like protein. Science. 290, Leblanc-Maridor M., Beaudeau F., Seegers H., Denis M., Belloc C., Rapid identification and quantification of Campylobacter coli and Campylobacter jejuni by real-time PCR in pure cultures and complex samples. BMC Microbiol. 11, Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

119 The methods used for the identification Lindmark B., Rompikuntal P.K., Vaitkevicius K., Song T., Mizunoe Y., Uhlin B.E., Guerry P., Wai S.N., Outer membrane vesicle-mediated release of cytolethal distending toxin (CDT) from Campylobacter jejuni. BMC Microbiol. 9, Martiny D., Dediste A., Debruyne L., Vlaes L., Haddou N.B., Vandamme P., Vandenberg O., Accuracy of the API Campy system, the Vitek 2 Neisseria-Haemophilus card and matrixassisted laser desorption ionization time-of-flight mass spectrometry for the identification of Campylobacter and related organisms. Clin Microbiol Infect. 17, Mateo E., Carcamo J., Urquijo M., Perales I., Fernandez Astorga A., Evaluation of a PCR assay for the detection and identification of Campylobacter jejuni and Campylobacter coli in retail poultry products. Res Microbiol. 156, Misiewicz A., Goncerzewicz A., Wykrywanie bakterii Salmonella metodami molekularnymi w produktach żywnościowych. Advances of Agricultural Sciences Problem. 573, Moreno Y., Botella S., Alonso J.L., Ferrus M.A., Hernandez M., Hernandez J., Specific detection of Arcobacter and Campylobacter strains in water and sewage by PCR and Fluorescent In Situ Hybridization. Appl Environ Microb. 69, On S.L.W., Jordan P.J., Evaluation of 11 PCR Assays for Species-Level Identification of Campylobacter jejuni and Campylobacter coli. J Clin Microbiol. 41, Oyarzabal O.A., Wesley I.V., Barbaree J.M., Lauerman L.H., Conner D.E., Specific detection of Campylobacter lari by PCR. J Microbiol Methods. 29, Parkhill J., Wren B.W., Mungall K., Ketley J.M., Churcher C., Basham D., Chillingworth T., Davies R.M., Feltwell T., Holroyd S., Jagels K., Karlyshev A.V., Moule S., Pallen M.J., Penn C.W., Quail M.A., Rajandream M.A., Rutherford K.M., van Vliet A.H., Whitehead S., Barrell B.G., The genome sequence of the food-borne pathogen Campylobacter jejuni reveals hypervariable sequences. Nature. 403(6770), Persson S., Jacobsen T., Olsen J.E., Hansen F., A new real-time PCR method for the identification of Salmonella Dublin. J Appl Microbiol. 113(3), Persson S., Olsen K.E., Multiplex PCR for identification of Campylobacter coli and Campylobacter jejuni from pure cultures and directly on stool samples. J Med Microbiol. 54, Poopert S., Haas M., Yildiz T., Alter T., Bartel E., Fricke U., Essig A., Identification of thermotolerant Campylobacter species by Fluorescence In Situ Hybridization. J Clin Microbiol. 46, Przybylska A., Foodborne infections and intoxications in Poland in Epidemiol Revi. 58, Rohde A., Hammerl J.A., Appel B., Dieckmann R., Dahouk S., FISHing for bacteria in food a promising tool for the reliable detection of pathogenic bacteria? Food Microbiol. 46, Rokosz N., Rastawicki W., Wołkowicz T., Mikrobiologiczna diagnostyka zakażeń wywoływanych przez pałeczki C. jejuni i C. coli u ludzi. Post Hig Med. Dosw. 68, Sanad Y.M., Kassem I.I., Liu Z., Lin J., Lejeune J.T., Rajashekara G., Occurence of the invasion associated marker (iam) in C. jejuni isolated from cattle. BMC Res Notes. 4, Silva J., Leite D., Fermandes M., Mena C., Gibbs P.A., Teixeira P., Campylobacter spp. as a foodborne pathogen: a review. Front Microbiol. 2, Steinhauserova I., Ceskova J., Fojtikova K., Obrovska I., Identification of thermofhilic Campylobacter spp. by phenotypic and molecular methods. J Appl Microbiol. 90, Vondrakova L., Pazlarova J., Demnerova K., Detection, identification and quantification of Campylobacter jejuni, coli and lari in food matrices all at once using multiplex qpcr. Gut Pathog. 6, 1 9. nr 585, 2016

120 120 A. Mikołajczuk-Szczyrba, A. Misiewicz, M. Kieliszek i in. Wang G., Clark C.G., Taylor T.M., Pucknell C., Barton C., Price L., Woodward D.L., Rodgers F.G., Colony Multiplex PCR Assay for Identification and Differentiation of Campylobacter jejuni, C. coli, C. lari, C. upsaliensis, and C. fetus subsp. fetus. J Clin Microbiol. 40, Wassenaar T.M., Bleumink Pluym N.M., van der Zeijst B.A., Inactivation of Campylobacter jejuni flagellin genes by homologous recombination demonstrates that flaa but not flab is required for invasion. The EMBO J. 10(8), Wieczorek K., Osek J., The usefulness of some selected PCR techniques in differentiating thermotolerant Campylobacter strains. Food Science Technology Quality. 4, Yamazaki-Matsune W., Taguchi M., Seto K., Kawahara R., Kawatsu K., Kumeda Y., Kitazato M., Nukina M., Misawa N., Tsukamoto T., Development of a multiplex PCR assay for identification of Campylobacter coli, Campylobacter fetus, Campylobacter hyointestinalis subsp. hyointestinalis, Campylobacter jejuni, Campylobacter lari and Campylobacter upsaliensis. J Med Microbiol. 56, Ziprin R.L., Young C.R., Stanke L.H., Hume M.E., Konkel M.E., The absence of cecal colonization of chicks by a mutant of Campylobacter jejuni not expressing bacterial fibronectin-binding protein. Avian Diseases. 43, WYKORZYSTANIE METOD IDENTYFIKACJI I RÓŻNICOWANIA BAKTERII CAMPYLOBACTER W PRODUKTACH ŻYWNOŚCIOWYCH Streszczenie. Bakterie z rodzaju Campylobacter pozostają od 2005 roku najczęściej zgłaszanymi bakteryjnymi patogenami przewodu pokarmowego u ludzi w krajach UE. Głównym źródłem ludzkich zakażeń Campylobacter spp. jest spożycie nieodpowiednio przygotowanych, zainfekowanych produktów spożywczych przede wszystkim mięsa drobiowego, mleka i jego przetworów oraz zakażonej wody. Znaczna liczba zachorowań na kampylobakteriozę pozwala domniemywać, że w najbliższym czasie zostaną wprowadzone stosowne zmiany w rozporządzeniu dotyczącym kryteriów mikrobiologicznych środków spożywczych, uwzględniając obecność Campylobacter spp. Niniejsza praca zawiera przegląd literatury dotyczącej metod identyfikacji i różnicowania bakterii z rodzaju Campylobacter w produktach spożywczych. Przedstawiono klasyczne metody wykrywania Campylobacter spp. oparte na cechach biochemicznych i fizjologicznych oraz metody molekularne PCR, multiplex PCR, PCR-RFLC, qpcr, dot blotting, FISH, identyfikujące charakterystyczne rodzajowo i gatunkowo sekwencje DNA. Słowa kluczowe: Campylobacter, identyfikacja, różnicowanie, żywność Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

121 Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych nr 585, 2016, PORÓWNANIE PLONOWANIA I WARTOŚCI ODŻYWCZEJ KILKU ODMIAN MARCHWI (DAUCUS CAROTA L.) UPRAWIANEJ Z ZASTOSOWANIEM PROEKOLOGICZNYCH METOD OCHRONY Joanna Majkowska-Gadomska, Artur Dobrowolski, Emilia Mikulewicz Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Streszczenie. Badania przeprowadzono w latach w Ogrodzie Zakładu Dydaktyczno-Doświadczalnego Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego w Olsztynie. Ich celem była ocena plonowania i wartości odżywczej korzeni spichrzowych wybranych odmian marchwi chronionych metodami niechemicznymi. Badaniami objęto uprawę sześciu odmian marchwi (Daucus carota L.). Drugim czynnikiem doświadczenia były niechemiczne metody ochrony roślin: uprawa współrzędna oraz ochrona biopreparatem Kostki Himal. Największy plon handlowy uzyskano uprawiając marchew odmiany Kazan F 1. Zastosowane metody ochrony roślin różnicowały istotnie zawartość i skład cukrów ogółem, redukujących i azotanów(v). Zanotowano także istotną interakcję badanych czynników na gromadzenie w części jadalnej marchwi badanych składników odżywczych. Słowa kluczowe: marchew, uprawa współrzędna, biopreparat, składniki odżywcze WSTĘP Marchew (Daucus carota L.) ze względu na walory smakowe, wszechstronne zastosowanie oraz dużą wartość biologiczną części jadalnej cieszy się dużą popularnością. Polska jest europejskim liderem pod względem jej produkcji [Majkowska-Gadomska i in. 2007, Sikora i in. 2009]. Plon oraz skład chemiczny korzeni są kształtowane przez następujące czynniki: odmiana, warunki glebowe, klimatyczne i agrotechniczne [Majkowska-Gadomska i Wierzbicka 2010]. Niechemiczne metody zwalczania agrofagów majkowska-uwm.edu.pl Copyright by Wydawnictwo SGGW

122 122 J. Majkowska-Gadomska, A. Dobrowolski, E. Mikulewicz zapewniają bezpieczeństwo jakości żywności i ochronę środowiska. Zarówno preparaty, jak i obecność roślin o działaniu allelopatycznym są wykorzystywane do zwalczania agrofagów roślin warzywnych. Jak dowiodły badania, umiejętny dobór roślin może działać dezorientacyjnie na szkodnika. Preparatem stosowanym w niechemicznej ochronie roślin są Kostki Himal, które mają właściwości bakteriobójcze, wirusobójcze oraz specyficzny aromat odstraszający szkodniki. Uprawa współrzędna pozwala na bardziej ekonomiczne wykorzystanie areału oraz ograniczenie zużycia chemicznych środków ochrony roślin [Szafirowska i Kołosowski 2008]. Uprawa współrzędna roślin marchwi z cebulą i koprem ogrodowym pozwala na wykorzystanie właściwości chemicznych i fizycznych uprawianych roślin. Zastosowanie cebuli w uprawie marchwi chroni ją przed połyśnicą marchwianką, jednocześnie marchew korzystnie działa na wzrost cebuli ograniczając pojaw śmietki cebulanki. Koper ogrodowy natomiast stanowi fizyczną barierę chroniącą przed szkodnikami [Wierzbicka i Majkowska-Gadomska 2012]. Celem przeprowadzonych badań było określenie wpływu uprawianej odmiany i proekologicznych metod ochrony na plonowanie i wartość odżywczą korzeni spichrzowych marchwi uprawianych na terenie Warmii. MATERIAŁY I METODY BADAŃ Doświadczenie założono w latach w Ogrodzie Uniwersytetu Warmińsko- Mazurskiego w Olsztynie, na glebie od lat użytkowanej ogrodniczo, silnie przekształconej w wyniku zabiegów agrotechnicznych. Zastosowano w nim 2 czynniki badawcze. Pierwszym czynnikiem badań była uprawa sześciu odmian marchwi (Daucus carota L.), tj.: Purple Haze F 1, Florida F 1, Interceptor F 1, Kazan F 1, Joba, Deep Purple F 1. Drugim wynikiem było zastosowanie niechemicznych metod ochrony marchwi przed szkodnikami: kontrola rośliny niechronione; współrzędna uprawa marchwi z cebulą siedmiolatką; współrzędna uprawa marchwi z koprem ogrodowym; ochrona marchwi ekologicznym preparatem Kostki Himal, składającym się z miazgi czosnkowej w parafinowej otoczce (10 g). Doświadczenie z uprawą marchwi na redlinach założono metodą losowych podbloków w trzech powtórzeniach. Pojedyncze poletko miało powierzchnię równą 7,5 m 2, rozstawa rzędów wynosiła 20 cm, norma siewu 2,7 kg ha -1. Odległość pomiędzy poszczególnymi poletkami wynosiła 0,5 m. Rozsadę cebuli siedmiolatki odmiany Parade F 1 przygotowywano każdego roku w szklarni mnożarce, zgodnie z zaleceniami dla tego warzywa. Wysadzono ją równolegle z marchwią w odległości 10 cm. Koper ogrodowy odmiany Ambrozja wysiewano także równolegle na redlinach z marchwią. Corocznie w połowie maja wysiewano nasiona marchwi na głębokości 1,5 cm. Zabiegi pielęgnacyjne polegały na trzykrotnym ręcznym odchwaszczaniu roślin oraz stosowaniu preparatu Kostki Himal pierwszy zabieg wykonano po zaobserwowaniu pierwszego nalotu połyśnicy marchwianki i powtarzano czterokrotnie w odstępach 10 dni. Podczas trzech lat badań nie zaobserwowano w doświadczeniu innych agrofagów niż połyśnica marchwianka, zagrażających jakości i wielkości plonu. Zbiór wykonano jednorazowo w połowie października, a korzenie sortowano zgodnie z obowiązującą normą i wymaganiami jakości handlowej marchwi [Rozporządzenie Ko- Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

123 Porównanie plonowania i wartości odżywczej kilku odmian marchwi misji (WE) Nr 46/2003], według którego korzenie podzielono na spełniające wymagania plonu handlowego i niehandlowego. Na plon handlowy składały się korzenie o średnicy od 2,5 do 4,5 cm oraz powyżej 4,5 cm. Plon niehandlowy stanowiły korzenie chore, popękane i niekształtne oraz o średnicy poniżej 2,5 cm. Bezpośrednio po zbiorze dokonano oceny składu chemicznego korzeni marchwi. Z plonu handlowego pobrano materiał ze wszystkich obiektów badawczych, przygotowując próbę średnią zgodnie z normą PN- -72/A W korzeniach spichrzowych marchwi określano zawartość: suchej masy metodą suszenia w temperaturze 105 C do stałej masy (PN-90/A-75101/03); cukrów ogółem i redukujących metodą Luffa-Schoorla (PN-90/A-75101/07); kwasu L-askorbinowego metodą Tillmansa w modyfikacji Pijanowskiego (PN-90/A-75101/11); kwasów organicznych w przeliczeniu na kwas jabłkowy metodą miareczkowania według Pietersburgskiego, azotanów(v) metodą kalorymetryczną z zastosowaniem kwasu salicylowego. Wyniki badań opracowano statystycznie metodą analizy wariancji. Istotność różnic oceniono za pomocą wielokrotnych przedziałów ufności Tuckeya dla poziomu istotności α = 0,05. Przy obliczaniu wyników zastosowano program STATISTICA 10. WYNIKI I DYSKUSJA Jak podają Molendowski i in. [2012], średni plon marchwi w zależności od metody uprawy waha się od 25 do 80 t ha -1. Majkowska-Gadomska i in. [2007] podają, iż uzyskanie dużego i dobrego jakościowo plonu korzeni spichrzowych marchwi jest uzależnione od warunków pogodowych, metod uprawy oraz prawidłowego doboru odmian. Badane odmiany odznaczały się dobrym plonem ogółem i handlowym (tab. 1), co jest zgodne z wcześniejszymi badaniami Majkowskiej-Gadomskiej i in. [2007], Babik i in. [2010], Gruszeckiego i Łopuckiej [2014]. Nie wykazano statystycznie istotnego wpływu badanych czynników i ich współdziałania na wielkość plonu ogółem. Wyniki badań wykazały, iż dobór odmian i metody ochrony oraz ich współdziałanie miały istotny wpływ na wielkość plonu handlowego. Analizując wpływ wybranych odmian na plon handlowy wykazano, iż największy efekt plonotwórczy uzyskano z roślin odmiany Kazan F 1 (34,38 t ha -1 ) oraz Joba (34,02 t ha -1 ), a najmniejszy z odmiany Florida F 1 (24,21 t ha -1 ). Wyniki te są zbliżone do podanych przez Gruszeckiego i Łopucką [2014], którzy uzyskali plon handlowy marchwi wynoszący od 23,2 do 46,6 t ha -1. Najkorzystniej na wielkość plonu handlowego wpłynął biopreparat Kostki Himal, zwiększając go średnio o 7,06 t ha -1 w stosunku do kontroli. W badaniach wykazano największy plon handlowy z roślin odmiany Kazan F 1 uprawianej w wariancie, w którym zastosowano Kostki Himal 44,40 t ha -1. Najmniejszy plon handlowy stwierdzono uprawiając rośliny odmiany Florida F 1 współrzędnie z koprem ogrodowym, a odmiany Interceptor F 1, Purple Haze F 1 i Deep Purple F 1 z cebulą siedmiolatką. Zmniejszenie plonu handlowego w tych obiektach można tłumaczyć konkurencyjnością roślin o składniki pokarmowe. Zasobność warzyw w składniki odżywcze to podstawowa cecha decydująca o przydatności ich części jadalnych do konsumpcji. Skład chemiczny korzeni marchwi jest cechą odmianową i może się znacznie różnić w zależności od warunków siedlisko- nr 585, 2016

124 124 J. Majkowska-Gadomska, A. Dobrowolski, E. Mikulewicz Tabela 1. Wpływ niechemicznych metod ochrony na plonowanie marchwi Table 1. Effect of non-chemical protection methods on the yield of carrot Odmiana Variety Metoda ochrony * Protection method * Plon ogółem Total yield Plon handlowy Marketable yield (t ha -1 ) I 30,90 26,08 II 21,04 16,00 Florida F 1 III 26,00 24,04 IV 32,86 30,74 Średnio Mean 27,70 24,21 I 35,16 32,02 II 35,56 33,84 Interceptor III 22,24 20,04 F 1 IV 32,68 30,96 Średnio Mean 31,41 29,21 I 31,56 26,48 II 34,02 31,92 Kazan F 1 III 36,90 34,72 IV 45,86 44,40 Średnio Mean 37,08 34,38 I 29,84 26,3 II 27,34 24,94 Purple Haze III 24,62 20,00 F 1 IV 43,16 40,84 Średnio Mean 31,24 28,02 I 32,60 28,64 II 40,08 38,34 Joba III 41,70 39,56 IV 31,78 29,54 Średnio Mean 36,54 34,02 I 33,08 30,92 II 35,86 34,04 Deep Purple III 22,08 18,22 F 1 IV 38,50 36,30 Średnio Mean 32,38 29,87 I 32,19 28,40 Średnie II 32,31 29,84 Mean III 28,92 26,09 IV 37,73 35,46 NIR α = 0,05 Odmiana Variety n.i.n.s. 3,32 Metoda ochrony Method of protection n.i.n.s. 4,29 Współdziałanie Interaction n.i.n.s. 0,99 * Objaśnienia Explanations: I Kontrola Control, II Uprawa współrzędna z cebulą Intercropping with onion, III Uprawa współrzędna z koprem Intercropping with deal, IV Kostki Himal Himal Cubes. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

125 Porównanie plonowania i wartości odżywczej kilku odmian marchwi wych [Majkowska-Gadomska i Wierzbicka 2010]. Zawartość wybranych składników odżywczych w korzeniach marchwi podano w tabeli 2. Jak podają Dobrzański i in. [2008], zawartość suchej masy w korzeniach spichrzowych marchwi wynosiła około 12,54%. Analizując poziom zawartości suchej masy w badaniach własnych w zależności od właściwości odmianowych, wykazano, iż jej zawartość wynosiła od 8,64% u odmiany Florida F 1 do 15,16% u odmiany Deep Purple F 1. Podobne wyniki uzyskali w swoich badaniach Gajewski i in. [2007] oraz Majkowska-Gadomska i in. [2010]. Nie wykazano istotnego wpływu metody ochrony roślin marchwi na zawartość suchej masy w korzeniach spichrzowych. Średnio z trzech lat badań największą suchą masę stwierdzono w korzeniach roślin odmiany Deep Purple F 1 chronionych Kostkami Himal oraz uprawianych w obiekcie kontrolnym (17,05 i 16,17%). Najmniejszą zawartość suchej masy miały korzenie odmiany Florida F 1 z uprawy roślin z zastosowaniem preparatu Kostki Himal i Kazan F 1 z uprawy współrzędnej z cebulą siedmiolatką. Korzenie marchwi stanowią bogate źródło węglowodanów. Uzyskane wyniki wykazały, iż zawartość cukrów ogółem w korzeniach marchwi była zależna od metody ochrony oraz jej współdziałania z odmianą, a redukujących od obu czynników i ich wzajemnego oddziaływania. Hallmann i in. [2011] podają, iż zawartość cukrów ogółem w częściach jadalnych marchwi wahała się od 3,9 do 5,6 g 100 g -1 św.m. W badaniach własnych wykazano zbliżoną ich zawartość. Analizując zastosowaną metodę ochrony, stwierdzono, iż wszystkie metody ochrony ograniczały zawartość cukrów ogółem w korzeniach marchwi w porównaniu z obiektem kontrolnym. Podobne wyniki uzyskały Wrzodak i Elkner [2010] badające wpływ metody uprawy ekologicznej i konwencjonalnej na jakoś korzeni marchwi, uzyskały one następujące wyniki: 7,32 g 100 g -1 św.m. dla uprawy ekologicznej i 6,76 g 100 g -1 dla uprawy konwencjonalnej.w badaniach własnych zawartość cukrów ogółem w części jadalnej marchwi kształtowała się na poziomie 4,03 5,43 g 100 g -1 św m. Wykazano szczególnie korzystne interakcje roślin odmian Florida F 1 i Kazan F 1 z obiektu kontrolnego oraz Deep Purple F 1 z zastosowaną ochroną preparatem Kostki Himal. Wykazano istotny wpływ odmiany, metody ochrony oraz ich interakcji na zawartość cukrów redukujących w korzeniach marchwi. Najmniejszą zawartością tych związków charakteryzowały się rośliny odmian Kazan F 1 (1,61 g 100 g -1 św.m.) i Joba (1,82 g 100 g -1 św.m.). Analizując wpływ metody ochrony na zawartość cukrów redukujących wykazano, iż ich największą zawartością charakteryzowały się korzenie roślin uprawianych w obiekcie kontrolnym, zbliżoną zawartość tego składnika wykazano również u roślin z obiektu z zastosowaniem preparatu Kostki Himal. Istotnie mniejszą zawartość cukrów redukujących otrzymano z obiektów z współrzędną uprawą marchwi z koprem ogrodowym i cebulą siedmiolatką. Współdziałanie badanych czynników wykazało, że zawartość cukrów redukujących wynosiła od 1,36 do 2,19 g 100 g -1 św.m. Domaradzki i in. [2010] podają, że zawartość kwasu L-askorbinowego jest zależna od wyboru uprawianej odmiany, a jej poziom kształtuje się od 1 do 34 mg 100 g -1 św.m. Majkowska-Gadomska i Wierzbicka [2010] podają wartości zbliżone, kształtujące się na poziomie od 6,52 do 9,78 mg 100 g -1 św.m. W analizowanych wynikach badań własnych zasobność korzeni marchwi w kwas L-askorbinowy była zbliżona i kształtowała się od 6,00 do 8,30 mg 100 g -1 św.m. Analiza statystyczna wykazała, iż różnice w zawartości kwasu L-askorbinowego były istotnie zależne od odmiany. Średnio za lata nr 585, 2016

126 Tabela 2. Wpływ proekologicznych metod ochrony na zawartość suchej masy i składników organicznych w korzeniach spichrzowych wybranych odmian marchwi Table 2. Effect of pro-ecological protection methods on the content of dry matter and organic components in storage roots of selected varieties of carrot Odmiana Variety Metoda ochrony * Protection method* Sucha masa Dry matter (%) Cukry ogółem Total sugar (g 100 g -1 św.m.) Cukry redukujące Reducing sugars (g 100 g -1 św.m.) Kwas L-askorbinowy L-ascorbic acid (mg 100 g -1 św.m.) Kwasy organiczne Organic acids (g 100 g -1 św.m.) Azotany (V) Nitrates (V) (mg NO 3 kg -1 św.m.) I 13,24 5,43 2,12 7,00 0, Florida F 1 II 7,41 5,01 1,84 8,30 0, III 8,91 4,83 1,67 8,20 0, IV 5,01 4,75 2,05 8,15 0, Średnia Mean 8,64 5,00 1,92 7,91 0, I 10,30 4,92 1,85 8,05 0, Interceptor F 1 II 13,30 4,92 1,96 7,00 0, III 8,70 4,03 1,74 6,31 0, IV 11,00 4,83 1,98 6,00 0, Średnia Mean 10,82 4,67 1,88 6,84 0, I 10,54 5,28 1,74 7,80 0, Kazan F 1 II 5,04 4,72 1,36 7,30 0, III 10,15 4,21 1,42 8,15 0, IV 11,11 5,16 1,95 6,60 0, Średnia Mean 9,21 4,84 1,61 7,46 0, I 8,95 5,00 2,19 6,30 0, Purple Haze F 1 II 12,51 4,21 2,03 7,23 0, III 12,68 4,37 1,95 7,20 0, IV 11,71 4,82 2,16 6,35 0, Średnia Mean 11,46 4,60 2,08 6,77 0, I 11,92 5,16 2,00 6,80 0, Joba II 10,69 4,74 2,03 7,35 0, III 10,96 4,89 1,54 6,90 0, IV 11,04 4,95 1,73 6,70 0, Średnia Mean 11,15 4,93 1,82 6,94 0, I 16,17 5,42 2,16 7,53 0, Deep Purple F 1 II 12,96 4,72 1,63 7,35 0, III 14,48 4,63 1,52 7,20 0, IV 17,05 5,35 2,15 7,67 0, Średnia Mean 15,16 5,02 1,86 7,44 0, I 11,85 5,20 2,01 7,25 0, Średnia Mean II 10,31 4,72 1,80 7,42 0, III 10,98 4,49 1,64 7,33 0, IV 11,15 4,97 2,00 6,91 0, NIRα = 0,05 LSDα = 0.05 Odmiana Variety 1,66 n.i. n.s. 0,23 0,49 0,01 36 Metoda ochrony Method of protection n.i. n.s. 0,21 0,17 0,47 n.i. n.s. 45 Współdziałanie Interaction 0,37 0,37 0,37 0,60 0,02 17 * Objaśnienia - Explanations: I Kontrola - Control, II Uprawa współrzędna z cebulą Intercropping with onion, III Uprawa współrzędna z koprem Intercropping with deal, IV Kostki Himal Himal Cubes.

127 Porównanie plonowania i wartości odżywczej kilku odmian marchwi wykazano, że najwięcej kwasu L-askorbinowego zawierały korzenie odmiany Florida F 1 (7,91 mg 100 g -1 św.m.), jednak na tym samym poziomie plasowały się korzenie odmiany Kazan F 1 i Deep Purple F 1. Wykazano istotną zależność pomiędzy zastosowaną metodą ochrony a zawartością kwasu L-askorbinowego. Korzenie pochodzące z uprawy z zastosowaniem preparatu Kostki Himal (6,91 mg 100g -1 św.m.) charakteryzowały się istotnie mniejszą zawartością badanego składnika w porównaniu do korzeni roślin uprawianych współrzędnie z cebulą siedmiolatką (7,42 mg 100 g -1 św.m.). Zawartość kwasu L-askorbinowego w korzeniach marchwi istotnie zależała współdziałania badanych czynników i wynosiła od 6,00 do 8,30 mg 100 g -1 św.m. Badania wykazały, iż największą zawartością kwasów organicznych charakteryzowały się korzenie odmiany Kazan F 1 (średnio 0,10 g 100 g -1 św.m.), a najmniejszą Deep Purple F 1 (średnio 0,04 g 100 g -1 św.m.). W przeprowadzonych badaniach nie stwierdzono istotnego wpływu metody uprawy na zawartość kwasów organicznych w korzeniach marchwi. Zawartość kwasów organicznych w zależności od współdziałania badanych czynników wynosiła od 0,03 do 0,11 g 100 g -1 św.m. Jak podają Francke i Majkowska-Gadomska [2008], zawartość azotanów(v) zależy przede wszystkim od gatunku rośliny, rodzaju gleby, nasłonecznienia oraz dawki zastosowanego nawożenia. W badaniach przeprowadzonych przez Gajewskiego i in. [2009] zawartość azotanów(v) w korzeniach marchwi wynosiła od 42,8 do 455,0 mg NO 3 kg -1. Czerwińska i in. [2011] podają wartość równą 366,49 mg NO 3 kg -1. Analiza zasobności surowca wykazała zawartość azotanów(v) na poziomie od 397 do 663 mg NO 3 kg -1 św.m. Zgodnie z obowiązującymi normami, zawartość azotanów(v) w przeprowadzonym eksperymencie nie stanowiła zagrożenia dla życia i zdrowia człowieka (Rozporządzenie Komisji UE nr 1258/2011 z dnia 2 grudnia 2011 r.). W doświadczeniu wykazano statystycznie istotny wpływ odmiany, metody ochrony i współdziałania badanych czynników na zawartość azotanów (V) w korzeniach spichrzowych marchwi. Najwięcej azotanów(v) zawierały korzenie roślin uprawianych w obiekcie kontrolnym w porównaniu do zastosowania biopreparatu Kostki Himal. Analiza interakcji badanych czynników wykazała, iż najwięcej azotanów(v) zawierały korzenie odmiany Joba uprawianej współrzędnie z cebulą siedmiolatką (663 mg NO 3 kg -1 św.m.) oraz tej odmiany i Deep Purple F 1 w obiekcie kontrolnym. Najmniej składnika zawierały korzenie odmiany Interceptor F 1 uprawianej współrzędnie z koprem. WNIOSKI 1. Największym plonem handlowym charakteryzowała się marchew odmiany Kazan F Zastosowanie do ochrony roślin biopreparatu Kostki Himal korzystnie wpłynęło na zwiększenie plonu handlowego marchwi, natomiast uprawa współrzędna z cebulą siedmiolatką i koprem ogrodowym wpłynęła na zmniejszenie wielkości plonu handlowego 3. Rośliny uprawiane w obiekcie kontrolnym zawierały istotnie więcej cukrów ogółem w korzeniach w porównaniu z pozostałymi wariantami uprawy. 4. Interakcja zastosowanej w uprawie odmiany marchwi i metody uprawy istotnie wpływa na zawartość badanych związków w jej korzeniach. nr 585, 2016

128 128 J. Majkowska-Gadomska, A. Dobrowolski, E. Mikulewicz LITERATURA Dobrzański A., Anyszka Z., Elkner K., Response of carrots to application of natural extracts from seaweed (Sargassum Sp.) algaminoplant and from leonardite humiplant. J. Res. Appl. Agric. Engng. 53(3), Domaradzki P., Malik A., Wójcik W., Zawartość ß-karotenu i witaminy C w wybranych produktach z marchwi. Bromat. Chem. Toksykol. XLIII, 2, Francke A., Majkowska-Gadomska J Effect of planting date and method on the chemical composition of radicchio heads. J. Elementol. 13(2), Gajewski M., Szymczak P., Elkner K., Dąbrowska A., Kret A., Danilcenko H., Some aspects of nutritive and biological value of carrot cultivars with orange, yellow and purplecoloured roots. Veg. Crops Res. Bull. 67, Gajewska M., Czajkowska A., Bartodziejska B., Zawartość azotanów(iii) i (V) w wybranych warzywach dostępnych w handlu detalicznym regionu łódzkiego. Ochr. Środ. Zasob. Natur. 40, Gruszecki R., Łopucka E., Wpływ obsady roślin na wielkość i jakość plonu marchwi uprawianej na redlinach. Annales UMCS Sec. EEE. Horticultura. XXVI (1), Hallmann E., Sikora M., Rembiałkowska E., Marszałek K., Lipowski J., The influence of pasteurization process on nutritive value of carrot juices from organic and conventional production, J. Res. Appl. Agric. Engng. 56(3), Majkowska-Gadomska J., Wierzbicka B., The yield and nutritive value of selected carrot cultivars with orange- and purple-colored storage roots. Acta. Sci. Pol., Hortorum Cultus 9(4), Majkowska-Gadomska J., Wierzbicka B., Nowak M., Plonowanie dziewięciu odmian marchwi przeznaczonych dla przetwórstwa, uprawianych w rejonie Warmii. Rocz. AR Pozn. CCCLXXXIII, Ogrodn. 41, Molendowski F., Wiercioch M., Kałwa T., Minimalizacja nakładów pracy w technologii produkcji marchwi. Inż. Rol. 2(137), Prędka A., Gronowska-Senger A., Właściwości przeciwutleniające wybranych warzyw z upraw ekologicznych i konwencjonalnych w redukcji stresu oksydacyjnego. Żywność. Nauka. Technologia. Jakość 4(65), Rozporządzenie Komisji (WE) nr 46/2003 z dnia 10 stycznia 2003 r. zmieniające normy handlowe dla świeżych owoców i warzyw w odniesieniu do mieszanek różnych rodzajów świeżych owoców i warzyw w tych samych opakowaniach przeznaczonych do sprzedaży. Rozporządzenie Komisji (UE) nr 1258/2011 z dnia 2 grudnia 2011 r. zmieniające rozporządzenie (WE) nr 1881/2006 w odniesieniu do najwyższych dopuszczalnych poziomów azotanów w środkach spożywczych. Sikora M., Hallmann E., Rembiałkowska E., Zawartość związków bioaktywnych w marchwi z uprawy ekologicznej i konwencjonalnej w kontekście profilaktyki zdrowotnej. Rocz. Państw. Zakł. Hig. 60(3), Szafirowska A., Kołosowski S., Wykorzystanie allelopatycznych właściwości roślin w uprawie warzyw. Inż. Rol. 1, Wierzbicka B., Majkowska-Gadomska J., The effect of biological control of the carrot Fly (Psila rosea) on the yield and quality of carrot (Daucus carota L.) storage roots. Acta. Sci. Pol., Hortorum Cultus 11(2), Wronowska B., Zadenowski R., Skład chemiczny marchwi białej White Satin F 1 świeżej i mrożonej. Bromat. Chem. Toksykol. XLV, 3, Wrzodak A., Elkner K., Jakość sensoryczna marchwi świeżej i przechowywanej z uprawy ekologicznej. Nowości Warzywnicze. Vegetable Crops News. 50, Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

129 Porównanie plonowania i wartości odżywczej kilku odmian marchwi COMPARISON OF YIELD AND NUTRITION SOME VARIETY CARROT (DAUCUS CAROTA L.) GROWN WITH ECOLOGICAL METHODS OF PROTECTION Summary. A two-factorial field experiment was conducted in the years , in the Garden of the Research and Experimental Station of the University of Warmia and Mazury in Olsztyn. The first experimental factor were six carot (Daucus carota L.) cultivars: Purple Haze F 1, Florida F 1, Interceptor F 1, Kazan F 1, Joba and Deep Purple F 1. The second experimental factor were three methods of carrot biocontrol, compared in the following treatments: unprotected plants, the application of the biocontrol agent Cubs Himal containing paraffin-coated garlic pulp (10 g cubes), carrots intercropped with dill cv. Ambrozja and carrots intercropped with onions cv. Prade F 1. The aim of an experiment was to determine the effect of cultivar and ecological methods of protection on the yield and chemical composition of storage roots carrot cultivars in the Warmia region (NE). The experiment was carried out in a randomized block design, in three replications. The experimental plot had an area of 7.5 m 2. Seeds were sown in the middle of May in each year of the study. Seedlings of onion prepared each year in the greenhouse, as recommended cultivation practices for onion were applied. Dill and onion was sown in parallel with carrots on ridges. The use of Cubes Himal started after observing the first raid carrot fly (Psila rosae) and repeated four times at intervals of 10 days. The recommended cultivation practices for carrots were applied. Plants were harvested once, in mid October, and roots were sorted into fractions in accordance with the applicable standards and commercial requirements for carrots. Immediately after harvest, 15 roots were sampled from the marketable yield in each treatment, and were subjected to chemical analyses to determine the content of: dry matter, total segars, reducing sugars, L-ascorbic acid, organic acids and nitrates(v). The results were validated statistically byanalysis of variance. The significance of differences between means was evaluated with the use of Tukey s test at α = The biggest yield trade was characterized by a carrot cultivar Kazan F 1. The application of Cubes Himal had a beneficial influence on the total and marketable yield of carrot storage roots. Carrot-onion intercropping and carrotdill intercropping resulted in a significant marketable yield decrease. The interactions between the experimental factors had a significant effect on the content of organic elements in carrot roots. The content of total sugars in carrot roots unprotected plants was higher than other methods of carrot variant crop. Key words: carrot, biopreparation, intercropping, nutrients nr 585, 2016

130

131 Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych nr 585, 2016, ZMIANY WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNYCH CHLEBA BEZGLUTENOWEGO POD WPŁYWEM DODATKU SUSZONEJ LUCERNY Renata Różyło, Dariusz Dziki, Alicja Ziemichód, Monika Siastała, Beata Biernacka, Grzegorz Łysiak, Jawad al Aridhee, Ryszard Kulig Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie Streszczenie. Celem pracy było określenie zmian właściwości fizycznych chleba bezglutenowego na bazie mąki ryżowej i kukurydzianej (1:1) pod wpływem dodatku suszonych liści lucerny. Lucernę w formie proszku dodawano do receptury chleba bezglutenowego w ilości 0, 2, 4, 6, 8 i 10%. Po wypieku określano podstawowe właściwości fizyczne chleba, cechy tekstury miękiszu (test TPA), barwę (L*a*b*) oraz wykonano jego ocenę organoleptyczną. Dodatek lucerny spowodował zmniejszenie wartości ph pieczywa z poziomu 5,1 (kontrolny) do 4,7 (10% lucerny). Istotne zmniejszenie objętości chleba bezglutenowego stwierdzono już przy 2% dodatku proszku lucerny. Dodatek lucerny w proszku zmienił barwę miękiszu, składowe L* i b* zmniejszały się, a wartość barwy a* wzrosła. Zaobserwowano zwiększenie twardości i sprężystości miękiszu chleba bezglutenowego dopiero po przekroczeniu 6 i 10% dodatku lucerny w proszku. Zastosowanie lucerny wpłynęło negatywnie na smak i zapach chleba, jednak mając na uwadze jej walory zdrowotne można zaakceptować 2 do 4% udziału tego surowca. Słowa kluczowe: chleb bezglutenowy, lucerna (Medicago sativa), tekstura, ocena sensoryczna WSTĘP Lucerna siewna (Medicago sativa L.) jest obecnie rozpowszechnionym składnikiem diety i nutraceutyków, wymienianym w dokumentach Rady Europy jako źródło naturalnych substancji poprawiających walory organoleptyczne żywności [Zgórka i Główniak 2008]. W liściach lucerny siewnej wykryto wiele biologicznie aktywnych związków, z których dominującą grupę stanowią glikozydy saponinowe [Oleszek i Jurzysta 1986]. Lucerna renata.rozylo@up.lublin.pl Copyright by Wydawnictwo SGGW

132 132 R. Różyło, D. Dziki, A. Ziemichód i in. jest także źródłem steroli, związków polifenolowych oraz izoflawonoidów. Jest ona cennym źródłem witamin A, C, E, K oraz witamin z grupy B (B1, B6, B12), zawiera β-karoten, białko o wartościowym składzie aminokwasowym oraz związki mineralne, takie jak sole wapnia, potasu, żelaza i manganu [Bruneton 1999]. Zaobserwowano, że spożywanie preparatu z lucerny może przyczynić się do zmniejszenia anemii powstałej przez niedobór żelaza oraz zmniejszenia infekcji oddechowych [Bertin 2008]. W swoich badaniach Zgórska i Główniak [2008] wskazują na możliwość wykorzystania tej rośliny jako pomocniczego środka w hiperlipidemii i miażdżycy naczyń krwionośnych. Izolowane związki saponinowe mające aktywność przeciwdrobnoustrojową mogą być w przyszłości składnikiem roślinnych produktów leczniczych o szerokim spektrum działania przeciwgrzybiczego. Dzięki wysokiej zawartości chlorofilu, jednego z czterech znanych w przyrodzie najsilniejszych fitozwiązków o działaniu przeciwnowotworowym, stwierdza się, że lucerna ma także działanie odtruwające i zapobiega nowotworom układu trawienia (jelit, żołądka, przełyku) [Furgał i Milik 2008]. Dotychczas składnik ten w formie ekstraktu z liści lucerny dodawano do chleba i makaronu pszennego [Zheng 1996], proszek z liści lucerny dodawano do ciasta pszennego i określano jego właściwości reologiczne [Hao i in. 2008]. Ze względu na zwiększający się odsetek ludzi z alergią na gluten [Rybicka i Gliszczyńska-Świgło 2014] coraz więcej badań dotyczy możliwości uzyskania chleba bezglutenowego o dobrej jakości. Wykazano, że chleb taki jest coraz częściej suplementowany różnymi dodatkami roślinnymi [Różyło i in. 2015a, b, c], które zwiększają jego walory odżywcze, jednak brakuje badań z zakresu wzbogacania go lucerną. Z uwagi na cenne właściwości lucerny podjęto próbę zastosowania suszonych liści jako dodatku do chleba bezglutenowego. Celem tych badań było określenie właściwości fizycznych i sensorycznych chleba bezglutenowego ze zmiennym dodatkiem suszonych liści lucerny, a w konsekwencji dobór receptury o najbardziej optymalnych walorach jakościowych. MATERIAŁ I METODY Materiał Surowcami podstawowymi do wypieku chleba bezglutenowego były mąki kukurydziana i ryżowa. Mąka kukurydziana (Melvit, Warszawa) zawierała: węglowodanów 84,0 ±4,1%, białka 7,0 ±0,3%, popiołu 0,48 ±0,02% i tłuszczu 2,0 ±0,1%. Mąka ryżowa (Melvit, Warszawa) charakteryzowała się zawartością węglowodanów 79,2 ±3,4%, białka 7 ±0,2%, popiołu 0,29 ±0,01% i tłuszczu 0,7 ±0,02%. Do receptury chleba kontrolnego dodawano lucernę w formie proszku (Alfalfa mielona, NatVita, Wrocław) w ilości 0, 2, 4, 6, 8 i 10%. Do chleba dodawano także drożdże suszone instant (Instaferm, Lallemand Iberia), pektynę jabłkową (Dronania, Niemcy) i gumę guar (Glutenex, Sady). Wypiek chleba bezglutenowego Wypiek laboratoryjny pieczywa bezglutenowego wykonano metodą jednofazową [Różyło i in a, b, c]. Bezglutenowy chleb kontrolny wypiekano z mieszanki mąki Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

133 Zmiany właściwości fizycznych chleba bezglutenowego kukurydzianej i ryżowej w stosunku 1:1. Chleby doświadczalne wzbogacone preparatem z liści lucerny wypiekano z mieszanki bezglutenowej, w której część mąki kukurydziano-ryżowej zastąpiono proszkiem z liści lucerny w ilości odpowiednio 0, 2, 4, 6, 8 i 10% masy całkowitej mieszanki. Do mąki bezglutenowej dodawano drożdże suszone instant w ilości 1%, gumę guar w ilości 2%, pektynę w ilości 2% i sól w ilości 2%. Konsystencja ciasta była ustalona doświadczalnie [Hager i in. 2012]. Po wykonaniu serii wypieków próbnych określono optymalny dodatek wody na poziomie 125% (wydajność ciasta 225%) (w przeliczeniu na ilość mieszanki bezglutenowej o wilgotności 14%), był on stały dla wszystkich wariantów receptury. Ciasto mieszono przez 5 minut (miesiarka Kitchen Aid, St. Joseph, MI, USA, obroty: 2 stopień ), po czym do foremek wkładano porcje po 300 g ciasta. Ciasto poddano fermentacji i rozrostowi w komorze fermentacyjnej (Sadkiewicz Instruments, Bydgoszcz, Polska) (30 C, 75% RH) przez 40 min. Wypiek prowadzono w piecu laboratoryjnym w 230 C przez min. Po wystudzeniu bochenków zapakowano je w woreczki polietylenowe i oceniano po 24 h. Testy wypiekowe wykonano trzykrotnie w 3 powtórzeniach, tzn. z 3 zamieszonych ciast każdego rodzaju odważano po trzy porcje do wypieku uzyskując 9 bochenków. POMIARY PODSTAWOWYCH PARAMETRÓW FIZYCZNYCH CHLEBA BEZGLUTENOWEGO Masę bochenków oznaczono zaraz po wypieku oraz po 24 godzinach. Pomiar objętości chlebów odbywał się za pomocą aparatu Sa-Wy z wykorzystaniem nasion prosa, po odczytaniu objętości bochenka określono objętość chleba uzyskanego ze 100 g mieszanki bezglutenowej o standardowej wilgotności 14%. Wartość ph ciasta i miękiszu chleba określono za pomocą pehametru (TESTO ph2, Pruszków, Polska) przy użyciu sondy (ph2) przeznaczonej dla substancji lepkich. Pehametr kalibrowano za pomocą roztworów buforowych w punktach pomiarowych o ph równym 4,0 i 7,0. Pomiar barwy miękiszu wykonywano w systemie L*a*b (CIE International Commission on Illumination) wykorzystując miernik barwy HP 2132 (Anticorr, Gdańsk, Poland). Wartość L* określa jasność barwy w przedziale od 0 do 100, parametr a* w zakresie od barwy zielonej (wartość ujemna) do czerwonej (wartość dodatnia), natomiast b* w zakresie od barwy niebieskiej (wartość ujemna) do żółtej (wartość dodatnia). Pomiary barwy wykonywano na środkowym obszarze kromki. Pomiary tekstury i ocena cech sensorycznych chleba bezglutenowego Parametry tekstury oznaczano na próbkach miękiszu o wymiarach mm, 1 i 3 doby po wypieku podczas ich dwukrotnego ściskania do głębokości 50% przy użyciu aparatu ZWICK Z020/TN2S (prędkość 1 mm s -1 ) [Różyło i in a, b]. Podczas pomiarów (test TPA podwójnego zgniotu) wyznaczono następujące parametry tekstury [Gámbaro i in. 2006]: twardość (maksymalna siła podczas pierwszego ściskania), sprężystość (iloraz szerokości 2 i 1 piku (L2/L1)), spoistość (pole pod 2. pikiem/pole pod 1. nr 585, 2016

134 134 R. Różyło, D. Dziki, A. Ziemichód i in. pikiem), żuwalność (iloczyn spoistości, twardości i sprężystości). Pomiary tekstury wykonano w 9 powtórzeniach na próbkach miękiszu pochodzących ze środkowych części bochenka. Analizę sensoryczną wykonano na próbkach miękiszu o grubości 10 mm. Kromki dzielono na 4 części, kodowano i podawano do oceny w przypadkowej kolejności [Matos i Rosell 2012]. Panel składał się z dwudziestu przeszkolonych osób, które oceniały smak, zapach, wygląd, teksturę i całkowitą akceptowalność. Pieczywo oceniano według 9-punktowej skali hedonicznej (1 wybitnie nie lubię, 2 bardzo nie lubię, 3 umiarkowanie nie lubię, 4 trochę nie lubię, 5 ani lubię, ani nie lubię, 6 umiarkowanie lubię, 7 dość lubię, 8 bardzo lubię, 9 ogromnie lubię) [Kowalska i in. 2012, Lim et al. 2011]. Metody statystyczne Analizę statystyczną wyników badań wykonano na poziomie istotności α = 0,05 przy wykorzystaniu programu Statistica 6.0 (Statsoft). Przeprowadzono analizę wariancji oraz test Tukeya określający różnice między średnimi. WYNIKI BADAŃ I DYSKUSJA Dodatek lucerny powodował zmniejszenie wartości ph ciasta i pieczywa (rys. 1a). Wartość ph ciasta malała z poziomu 4,94 do 4,76, a ph chleba z 5,08 do 4,75. Wartość ph ciasta i chleba kontrolnego była istotnie wyższa niż ph ciasta i chleba z 2, 4, 6, 8 i 10% udziałem lucerny. Nie było istotnych różnic w wartości ph chleba z 2 i 4% oraz 6 i 8% dodatkiem lucerny. W przypadku ciasta nie było istotnych różnic w wartości ph między 2, 4, 6, 8 i 10% udziałem tego dodatku. Przy udziale proszku z lucerny w zakresie od 0 do 4% zaobserwowano istotnie wyższe wartości ph chleba w porównaniu do ph ciasta, natomiast przy większym udziale tego dodatku nie było istotnych różnic między tymi parametrami chleba i ciasta. Dla chleba kontrolnego wartość ph miękiszu wyniosła 5,08, a dla chleba z 10% udziałem lucerny ph było na poziomie 4,75. Zakres wartości jest porównywalny do ph chleba bezglutenowego z zakwasem gryczanym [Różyło i in. 2015c], jednak znacznie wyższa Rys. 1. Fig. 1. Wartość ph ciasta i miękiszu (a) oraz objętość (b) chleba bezglutenowego z różnym udziałem lucerny w proszku ph value of dough and crumb (a) and volume (b) of gluten-free bread containing different amount of alfalfa leaves powder Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

135 Zmiany właściwości fizycznych chleba bezglutenowego niż z zakwasem ryżowym [Różyło i in. 2016] czy amarantusowym [Różyło i in. 2015b]. Obniżenie ph jest korzystne z uwagi na wydłużenie przydatności do spożycia. Najłatwiej jest obniżyć ph stosując zakwas, jednak chleby na zakwasie nie zawsze są akceptowane przez konsumentów, dlatego dodatek lucerny może stanowić alternatywę. Objętość pieczywa bezglutenowego (rys. 1b) z dodatkiem lucerny w proszku malała wraz ze zwiększaniem procentowego udziału dodatku, największy spadek objętości zaobserwowano przy 10% dodatku lucerny w proszku. Należy zaznaczyć, że istotny spadek objętości chleba był już przy 2% dodatku lucerny oraz nie było statystycznie istotnych różnic między objętością chleba z 2, 4, 6 i 8% udziałem lucerny. Lucerna zawiera w swoim składzie saponiny mające właściwości powierzchniowo czynne, co mogło mieć wpływ na obniżenie objętości pieczywa. Objętość pieczywa zależy od wielu czynników, w tym właściwości mąki oraz stosowanych dodatków [Siastała i in. 2014], a także, szczególnie w przypadku pieczywa pszennego, od metody prowadzenia ciasta [Romankiewicz i in. 2013]. Zheng [1996] stwierdził, że aby uzyskać chleb pszenny o dobrej jakości (dużej objętości) przy użyciu ekstraktu z lucerny powyżej 4%, należy zastosować dodatek glutenu. Objętość chleba bezglutenowego także zależy od rodzaju zastosowanej mąki. We wcześniejszych badaniach [Różyło 2015a] uzyskano istotnie większe objętości dla chleba ryżowego w porównaniu do chleba kukurydzianego, natomiast pośrednie wartości objętości stwierdzono dla mieszanek tych mąk z mąką gryczaną. Lazaridou i in. [2007] uważają, że stosowane dodatki do chleba bezglutenowego wpływają na jego objętość. W przypadku pieczywa bezglutenowego właściwości porowatej struktury przestrzennej miękiszu oraz wynikająca z nich objętość chleba powstają w wyniku zamykania pęcherzyków gazu w porowatym szkielecie miękiszu, utworzonym głównie ze zdenaturowanych białek i skleikowanej skrobi, a także stosowanych dodatków funkcjonalnych [Diowksz i in. 2009]. Barwa postrzegana wzrokowo zmieniała się istotnie wraz ze zwiększaniem dodatku lucerny w proszku, chleb stawał się ciemniejszy z brązowozielonym odcieniem. Przy każdej ilości dodatku była ona akceptowalna. Składowe barwy miękiszu chleba bezglutenowego z dodatkiem lucerny w proszku zmieniały się (jednostajnie zwiększały lub zmniejszały) wraz ze wzrostem udziału tego dodatku. Jasność miękiszu L* była najwyższa dla próby kontrolnej oraz z 2% ilością lucerny. Przy 4% dodatku nastąpiło istotne zmniejszenie składowej L* barwy miękiszu, jednak największe zmniejszenie tej wartości było przy 8% dodatku lucerny. Nie stwierdzono istotnych różnic między jasnością miękiszu z 8 i 10% udziałem lucerny. Składowa barwy a* istotnie zwiększyła się przy 6% dodatku lucerny, natomiast wskaźnik b* barwy zmniejszył się już przy 4% udziale. Dodatek lucerny w proszku zmienił barwę miękiszu, składowe L* i b* zmniejszały się, a wartość barwy a* wzrosła (rys. 2). Zaobserwowano zwiększenie twardości miękiszu chleba bezglutenowego, lecz dopiero po przekroczeniu 6% ilości lucerny w proszku. Sprężystość miękiszu rosła wraz ze zwiększeniem dodatku lucerny suszonej, jednak istotny wzrost sprężystości i żuwalności nastąpił przy 10% udziale lucerny (rys. 3). W dotychczasowej literaturze brakuje wyników badań nad zastosowaniem dodatku lucerny do chleba bezglutenowego i jej wpływu na właściwości mechaniczne miękiszu. Chleb pszenny z liśćmi komosy ryżowej (ang. quinoa) w zakresie od 1 do 5% [Świeca i in. 2014] różnił się istotnie cechami tekstury miękiszu zaobserwowano liniowy nr 585, 2016

136 136 R. Różyło, D. Dziki, A. Ziemichód i in. Rys. 2. Fig. 2. Parametry L*a*b* barwy miękiszu chleba bezglutenowego z różnym udziałem lucerny w proszku Color L*a*b* values of gluten-free bread crumb containing different alfalfa powder additions Rys. 3. Fig. 3. Parametry tekstury chleba bezglutenowego z różnym udziałem lucerny w proszku Texture properties of gluten-free bread crumb baked with different amount of alfalfa Smak 3 Zapach 1 Tekstura 8 Rys. 4. Fig Akceptowalność Ocena organoleptyczna chleba bezglutenowego z udziałem lucerny w proszku Sensory quality of gluten-free bread with different amount of alfalfa powder wzrost twardości, spoistości i gumiastości miękiszu. Das i in. [2012], stosując dodatek liści kolendry w proszku (1, 3, 5 i 7%) do chleba pszennego, zaobserwowali niewielkie zwiększenie twardości miękiszu. W badaniach własnych natomiast zaobserwowano istotne zmiany parametrów tekstury chleba bezglutenowego pod wpływem dodatku suszonej lucerny. Zastosowanie lucerny wpłynęło negatywnie na smak i zapach chleba (rys. 4). Istotne pogorszenie smaku i zapachu objawiające się gorzkim posmakiem i zapachem charakterystycznym dla wysuszonej trawy było przy 6% dodatku. Dodatek lucerny w ilości 2 do 4% był akceptowany przez konsumentów. Uwzględniając ocenę fizyczną, cechy tekstury, ocenę organoleptyczną chleba i mając także na uwadze walory zdrowotne lucerny, można zaakceptować 2 do 4% udziału tego surowca w recepturze. Zheng [1996], dodając ekstrakt z liści lucerny do chleba i makaronu pszennego, stwierdził, że dodatek ten może być zastosowany w ilości 3 4%. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

137 Zmiany właściwości fizycznych chleba bezglutenowego WNIOSKI 1. Dodatek lucerny spowodował obniżenie wartości ph ciasta i pieczywa. 2. Objętość pieczywa bezglutenowego z dodatkiem lucerny w proszku istotnie zmniejszyła się już przy 2% dodatku, największe zmniejszenie objętości było przy 10% dodatku lucerny w proszku. 3. Dodatek lucerny w proszku zmieniał barwę miękiszu: składowe L* i b* zmniejszały się, a wartość składnika barwy a* uległa wzrostowi przy zwiększaniu dodatku tego produktu. Miękisz stawał się ciemniejszy z widocznym zielonym odcieniem. Barwa postrzegana wzrokowo była akceptowalna dla każdej ilości dodatku. 4. Twardość miękiszu chleba bezglutenowego zwiększyła się dopiero po przekroczeniu 6% ilości lucerny w proszku. Największy wzrost sprężystości nastąpił przy 10% udziale lucerny. 5. Zastosowanie lucerny wpłynęło negatywnie na smak i zapach chleba. Mając na uwadze walory zdrowotne lucerny i jakość uzyskanego chleba bezglutenowego, można zaakceptować 2 do 4% udziału tego surowca w recepturze. LITERATURA Bertin E., Wyciąg z liści lucerny (EFL). Rozdział w monografii Lucerna w żywieniu ludzi i zwierząt pod red. Greli E.R., Wydawnictwo Stowarzyszenia Rozwoju Regionalnego i Lokalnego PROGRESS, Dzierdziówka. Bruneton J., Pharmacognosy. Phytochemistry. Medicinal Plants. 2nd edition. Intercept Ltd.- Lavoisier Publishing Inc., Paris-New York.. Das L., Raychaudhuri U., Chakraborty R., Supplementation of common white bread by coriander leaf powder. Food Sci. Biotechnol. 21(2), Diowksz A., Sucharzewska D., Ambroziak W., Rola błonnika pokarmowego w kształtowaniu cech funkcjonalnych ciasta i chleba bezglutenowego. ŻYWNOŚĆ. Nauka. Technologia. Jakość, 2(63), Furgał W., Milik K., Studium przypadków zastosowania koncentratu białkowo-ksantofilowego z lucerny jako suplementu diety ludzi. Rozdział w monografii Lucerna w żywieniu ludzi i zwierząt pod red. Greli E.R., Wydawnictwo Stowarzyszenia Rozwoju Regionalnego i Lokalnego PROGRESS, Dzierdziówka. Gambaro A., Gimenez A., Ares G. Gilardi V., Influence of enzymes on the texture of brown pan bread. J. Texture Stud. 37, Hager A.S., Wolter A., Czerny M., Bez J., Zannini E., Arendt E.K., Czerny M., Investigation of product quality, sensory profile and ultrastructure of breads made from a range of commercial gluten-free flours compared to their wheat counterparts. Eur. Food Res. Technol. 235, Hao C-C., Wang L-J., Li D., Özkan N., Wang D-C., Chen X.D., Mao Z-H., Influence of alfalfa powder concentration and granularity on rheological properties of alfalfa-wheat dough. J. Food Eng. 89(2), Kowalska H., Marzec A., Mucha M., Ocena sensoryczna wybranych rodzajów pieczywa funkcjonalnego oraz preferencje pieczywa wśród konsumentów. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 571, nr 585, 2016

138 138 R. Różyło, D. Dziki, A. Ziemichód i in. Lazaridou A., Duta D., Papageorgiou M., Belc N. and Biliaderis C.G., Effects of hydrocolloids on dough rheology and bread quality parameters in gluten-free formulations. J. Food Eng. 79, Lim H.S., Park S.H., Ghafoor K., Hwang S.Y., Park J., Quality and antioxidant property of bread containing turmeric. Curcuma longa L. cultivated in South Korea. Food Chem. 112, Matos M.E., Rosell C.M., Relationship between instrumental parameters and sensory characteristics in gluten-free breads. Eur. Food Res. Technol., 235(1), Oleszek W., Jurzysta M., Isolation, chemical characterization and biological activity of alfalfa (Medicago sativa Pers.) root saponins. Acta Soc. Bot. Pol. 55, 1, Romankiewicz D., Ceglińska A., Cacak-Pietrzak G., Wpływ metody prowadzenia ciasta na jakość chleba pszennego. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 574, Różyło R., Dziki D., Laskowski J., 2014a. Changes in the physical and the sensorial properties of wheat bread caused by interruption and slowing of the fermentation of yeast-based leaven. J. Cereal Sci. 59, Różyło R., Dziki D., Laskowski J., Skonecki S., Łysiak G., Kulig R., Różyło K., 2014b. Texture and sensory evaluation of composite wheat-oat bread prepared with novel two-phase method using oat yeast fermented leaven. J. Texture Stud. 45, Różyło R., Dziki D., Gawlik-Dziki U., Cacak-Pietrzak G., Miś A., Rudy S., 2015a. Physical properties of gluten-free bread caused by water addition. Int. Agrophys. 29, Różyło R., Rudy S., Krzykowski A., Dziki D., 2015b. Novel application of freeze-dried amaranth sourdough in gluten-free bread production. J. Food Process Eng. 38, Różyło R., Rudy S., Krzykowski A., Dziki D., Gawlik-Dziki U., Różyło K., Skonecki S., 2015c. Effect of adding fresh and freeze-dried buckwheat sourdough on gluten-free bread quality. Int. J. Food Sci. Technol. 50, Różyło R., Rudy S., Krzykowski A., Dziki D., Siastała M. and Polak R., Gluten-Free Bread Prepared with Fresh and Freeze-Dried Rice Sourdough-Texture and Sensory Evaluation. J. Texture Stud. doi: /jtxs Rybicka I., Gliszczyńska-Świgło A., Ocena zawartości witamin z grupy B w owsianych produktach bezglutenowych. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 576, Siastała M., Dziki D., Różyło R., Wpływ dodatku błonnika z szarańczynu strąkowego na cechy teksturalne miękiszu chleba pszennego. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 578, Świeca M., Sęczyk Ł., Gawlik-Dziki U., Dziki D., Bread enriched with quinoa leaves The influence of protein-phenolics interactions on the nutritional and antioxidant quality, Food Chem. 162(1), Zgórka G., Głowniak K., Ocena aktywności biologicznej składników czynnych lucerny (Medicago sativa L.) na podstawie badań in vitro oraz in vivo. Rozdział w monografii Lucerna w żywieniu ludzi i zwierząt pod red. Greli E.R., Wydawnictwo Stowarzyszenia Rozwoju Regionalnego i Lokalnego PROGRESS, Dzierdziówka. Zheng J., Studies on the Application of Alfalfa Leaf Protein in Foods. Food Ferment. Ind. 05, CHANGES IN THE PHYSICAL PROPERTIES OF GLUTEN-FREE BREAD UNDER THE INFLUENCE OF ALFALFA POWDER ADDITION Summary. The aim of work was to determine the influence of alfalfa leaves powder addition directly into gluten-free bread recipe on physical and sensory properties of bread. The raw material for making control gluten-free bread included white rice flour and corn flour (1:1). Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

139 Zmiany właściwości fizycznych chleba bezglutenowego Alfalfa leaves powder was added in the amounts of 2, 4, 6, 8 and 10% of the total gluten- -free blend. The gluten-free dough was mixed of all the ingredients for 5 min. After mixing, the dough was immediately transferred into a pan and then subjected to proofing (30 C and 75 88% RH) for 40 min. The loaves were baked at 230 o C for min in a laboratory oven. The basic physical, texture (the TPA test) (hardness, springiness, chewiness), color (L*a*b*) and sensory (taste, aroma, texture and overall acceptability) properties were determined after baking. In comparison with control bread a significantly lower ph value was obtained, it changed from 5,1 (control) to 4,7 (10%). With an increased content of alfalfa, significant changes were noted in the volume of gluten-free bread. Volume of bread decreased with increasing the addition of alfalfa in the range from 0 to 10%. The lowest volume was obtained after adding 10% of alfalfa, but significantly lower volume was obtained already after using 2% of alfalfa powder. With an increased content of alfalfa powder, significant changes were noted in the color of bread crumb. Lightness component L* decreased with increasing the addition of alfalfa in the range from 0 to 10%. Parameter a* increased with the addition of alfalfa in the range from 6 to 10%. Value b* of color decreased significantly with 4% of alfalfa addition. Changes in the texture (hardness, springiness and chewiness) were also observed. The hardness increased significantly with increasing alfalfa powder addition as compared to control bread. Alfalfa powder addition at the level of 6% significantly increased hardness. There were no significant differences in the springiness of GFB with 0, 2, 4 and 6% share of alfalfa in bread formulation. The highest springiness was observed in gluten-free bread formula containing 10% of alfalfa leaves powder. Chewiness of crumb significantly increased after adding 2% of alfalfa leaves powder. The results confirm the possibility of the use of alfalfa powder in the production of GFB. Because of the unpleasant taste an acceptable gluten-free bread can be obtained by adding from 2 to 4% of the alfalfa leaves powder. Key words: gluten-free bread, alfalfa (Medicago sativa), quality, texture nr 585, 2016

140

141 Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych nr 585, 2016, OCENA WARTOŚCI ENERGETYCZNEJ PIWA I NAPOJÓW PIWNYCH Agnieszka Salamon Instytut Biotechnologii Przemysłu Rolno-Spożywczego im. prof. Wacława Dąbrowskiego w Warszawie Streszczenie. Celem pracy była ocena wartości energetycznej różnych gatunków piwa i napojów piwnych dostępnych na rynku. Materiał badawczy stanowiły próbki piwa i napojów piwnych, które pochodziły z produkcji przemysłowej browarów. Próbki podzielono na 5 grup w zależności od kategorii produktu i stężenia alkoholu deklarowanego przez producenta. Do określenia wartości energetycznej piwa i napojów piwnych wykorzystano metody obliczeniowe według 9.45 Analytica-EBC, stosując współczynniki przeliczeniowe dla poszczególnych składników piwa. Wartość energetyczną określano dwiema metodami: odwoławczą i bezpośrednią, przy wykorzystaniu automatycznych analizatorów piwa. Na podstawie wyników badań stwierdzono, że największą wartością energetyczną cechowały się piwa mocne i smakowe (ok. 210 kj 100 cm -3 ; ok. 50 kcal 100 cm -3 ), a najmniejszą piwa bezalkoholowe i napoje piwne (ok. 130 kj 100 cm -3 ; ok. 31 kcal 100 cm -3 ). O wartości energetycznej próbek piwa pełnego i mocnego w ok. 70% decydował zawarty w nich alkohol, natomiast na kaloryczność piwa bezalkoholowego i napojów piwnych miała wpływ głównie zawartość węglowodanów, która stanowiła odpowiednio ok. 63 i 93% w budżecie energii. Słowa kluczowe: piwo, napoje piwne, wartość energetyczna WSTĘP Piwo jest najpopularniejszym napojem alkoholowym spożywanym przez Polaków. Badania przeprowadzone w 2013 roku wykazały, że ok. 73% osób dorosłych deklaruje picie piwa, z czego 84% stanowią mężczyźni, a ok. 62% kobiety [Anonim 2014]. Z danych GUS wynika, że statystyczny Polak w 2014 roku wypił 98,9 dm 3 piwa [Anonim 2015]. salamon@ibprs.pl Copyright by Wydawnictwo SGGW

142 142 A. Salamon Branża piwowarska proponuje konsumentom szeroką gamę różnych gatunków piwa, począwszy od tradycyjnych piw jasnych typu lager aż po piwa specjalne, do których zaliczane są piwa dolnej fermentacji (koźlak, marcowe), piwa górnej fermentacji (porter, pszeniczne, pale ale, stout, IPA) oraz piwa bezalkoholowe i napoje słodowe. W ostatnich latach na polski rynek piwa wprowadzono nowe kategorie, jak piwa smakowe (owocowe, miodowe, imbirowe i in.) i napoje piwne typu radler lub shandy, tzw. beer-miksy [Kunze 1999, Anonim 2014]. Problem nadwagi i otyłości dotyka coraz większej populacji ludzi na świecie [Adamska i in. 2015], dlatego też kraje członkowskie UE podejmują działania mające na celu podnoszenie świadomości konsumentów na temat wartości odżywczej spożywanej przez nich żywności. Ujednolicenie przepisów prawa unijnego w zakresie znakowania żywności nakazuje podmiotom działającym na rynku spożywczym umieszczanie na opakowaniach produktów informacji o wartości energetycznej i ilości składników odżywczych [Dz.U. z 2007 r. nr 137, poz. 967 z późn. zmianami, Dz.Urz. UE L 304 z r. z późn. zmianami]. Z badań Mieczkowskiej i Panfil-Kuncewicz [2011] wynika, że wiedza konsumentów na temat informacji o wartości odżywczej zawartej na etykietach produktów spożywczych była wysoka i miała ona pozytywny wpływ na kształtowanie nawyków żywieniowych w analizowanej grupie respondentów. Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) Nr 1169/2011 z 25 października 2011 roku nie nakłada obowiązku podawania wartości odżywczej w przypadku napojów o zawartości alkoholu wyższej niż 1,2% obj., do której to kategorii należy piwo. Prawo nakazuje podawanie tylko rzeczywistej objętościowej zawartości alkoholu. Rada UE [Dz.Urz. UE C 418 z ] zwróciła się ostatnio do Komisji UE i państw członkowskich z wnioskiem o rozważenie możliwości wprowadzenia obowiązkowego oznaczania wartością energetyczną napojów alkoholowych. Podobnego zdania są eksperci ds. zdrowia publicznego. Sim [2015] podaje, że w badaniach przeprowadzonych w Wielkiej Brytanii, w których brało udział ponad 2,1 tys. osób, ponad 80% ankietowanych nie potrafiło oszacować w przybliżeniu wartości energetycznej popularnych napojów alkoholowych i drinków. Znaczna część uczestników w ogóle nie była świadoma, że spożywanie alkoholu wpływa na dzienne zapotrzebowanie energii dostarczanej organizmowi z pożywieniem. MATERIAŁ I METODY Materiał badawczy stanowiły próbki piwa i napojów piwnych, które pochodziły z produkcji przemysłowej browarów należących do dużych koncernów piwowarskich oraz średnich i małych browarów regionalnych, dostępne w handlu detalicznym. Analizy wybranych próbek wykonano w ramach rutynowych badań komercyjnych od października 2014 roku do czerwca 2015 roku. Do badań wytypowano 204 próbki wybranych gatunków piwa i napojów piwnych, które podzielono na 5 grup w zależności od kategorii produktu i stężenia alkoholu deklarowanego przez producenta na opakowaniu: grupa I piwa pełne o zawartości alkoholu do 5,7% obj. (n = 65), grupa II piwa mocne o zawartości alkoholu powyżej 5,7% obj. (n = 72), grupa III piwa smakowe o zawartości alkoholu 4,5 6,0% obj. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

143 Ocena wartości energetycznej piwa i napojów piwnych 143 (n = 39), grupa IV napoje piwne typu radler lub shandy o zawartości alkoholu 2,0 2,6% obj. (n = 19), grupa V piwa bezalkoholowe o zawartości alkoholu do 0,5% obj. i napoje słodowe (n = 9). Do oszacowania wartości energetycznej wybranych próbek piwa i napojów piwnych wykorzystano metody obliczeniowe opisane w Analytica-EBC [2009e] i MEBAK [2013]: odwoławczą i uproszczoną bezpośrednią. Wyniki wyrażono w kcal (kilokaloriach) i kj (kilodżulach) na 100 cm 3. W metodzie odwoławczej wartość energetyczną piwa obliczano na podstawie wyników zawartości alkoholu, białka ogółem i węglowodanów ogółem. Dla tych składników piw zastosowano następujące współczynniki przeliczeniowe: 29 kj (7 kcal) dla alkoholu (etanolu), 17 kj (4 kcal) dla węglowodanów i białka. Stężenie alkoholu w piwie oznaczono metodą oscylometryczną po destylacji [Analytica-EBC 2009] przy użyciu gęstościomierza oscylacyjnego DMA 5000 (Anton Paar, Austria), zawartość białka ogółem (N 6,25) metodą Kjeldahla [Analytica-EBC 2009c] przy użyciu zestawu do mineralizacji 2006 Digestor i zestawu do destylacji 2200 Kjeltec (Foss Tecator, Szwecja), a zawartość węglowodanów ogółem metodą spektrofotometryczną po hydrolizie kwasem siarkowym(vi) o stężeniu 85% obj. [Analytica-EBC 2009d] przy zastosowaniu spektrofotometru DU 530 (Beckman, USA). Do wyznaczenia wartości energetycznej piwa metodą bezpośrednią wykorzystano gęstościomierz oscylacyjny DMA 5000 sprzężony z urządzeniem Alcolyzer Plus Beer (Anton Paar, Austria) [Anonim 2009]. Pomiar stężenia alkoholu w piwie wykonano metodą spektrometrii w zakresie bliskiej podczerwieni (NIR), stosując aparat Alcolyzer Plus Beer (Anton Paar, Austria) [Analytica-EBC 2009a], a zawartość ekstraktu rzeczywistego wyznaczano automatycznie na podstawie gęstości piwa zmierzonej przy użyciu gęstościomierza oscylacyjnego DMA 5000 (Anton Paar, Austria) [Analytica-EBC 2009b]. Uzyskane dane zostały przetworzone za pomocą programu komputerowego opracowanego przez producenta urządzenia na wynik wartości energetycznej jako funkcji gęstości piwa oraz zawartości alkoholu i ekstraktu rzeczywistego. Współczynnik przeliczeniowy dla ekstraktu rzeczywistego wynosił 15 kj (3,5 kcal). Na ekstrakt rzeczywisty piwa składają się rozpuszczone w nim związki organiczne (węglowodany, białka, beta-glukany, kwasy organiczne, polifenole itd.) i mineralne [Olšovská i in. 2015]. Każdorazowo oznaczenia wykonano w dwóch równoległych powtórzeniach. Wyniki przedstawiono jako wartości średnie z odchyleniem standardowym (±SD) dla analizowanych próbek w danej grupie. Wyniki opracowano statystycznie przy użyciu programu komputerowego Statgraphics Plus 4.1 z zastosowaniem jednoczynnikowej analizy wariancji. Ocenę zależności pomiędzy zmiennymi wykonano za pomocą analizy regresji. Obliczenia przeprowadzono przy poziomie istotności p 0,05. WYNIKI I DYSKUSJA Piwo, podobnie jak wino, jest nie tylko źródłem alkoholu, w swoim składzie zawiera też istotne pod względem żywieniowym substancje odżywcze, jak węglowodany, białka i inne związki kształtujące ekstrakt piwa. O jego wartości energetycznej decydują szczególnie zawarte w nim alkohol i węglowodany, w mniejszym stopniu białko [Bamforth nr 585, 2016

144 144 A. Salamon 2005, Kordialik-Bogacka 2006]. Na błonnik pokarmowy występujący w śladowych ilościach w piwie składają się rozpuszczalne beta-glukany i pentozany. Bamforth [2005] podaje, że piwo zawiera ok. 0,2% beta-glukanu, co do wartości energetycznej może wnosić średnio ok. 1 kj 100 cm -3 (ok. 0,24 kcal 100 cm -3 ). W celu scharakteryzowania piwa i napojów piwnych oznaczono istotne dla ich wartości energetycznej składniki, takie jak alkohol, węglowodany ogółem i białko ogółem. Badaniom poddano 28 próbek obejmujących 5 grup piwnych. Uwzględniając współczynniki przeliczeniowe, oszacowano procentowy udział ww. związków w puli energetycznej, co ilustruje rysunek 1. wartość energetyczna; energy value 100% 80% 60% 40% 20% 0% 4,8 3,7 2,0 2,5 2,9 27,5 26,5 47,3 63,0 92,8 68,2 69,0 50,6 34,6 4,2 I II III IV V grupy piwa; groups of beer alkohol; alcohol węglowodany ogółem; total carbohydrate białko ogółem; total protein Objaśnienia:; Explanatory notes: I piwa pełne alk. do 5,7% obj.; full beers alc. up to 5.7% vol. (n = 5) II piwa mocne alk. powyżej 5,7% obj.; strong beers alc. above 5.7% vol. (n = 6) III piwa smakowe alk. 4,5 6,0% obj.; flavoured beers alc % vol. (n = 6) IV napoje piwne alk. 2,0 2,6% obj.; beer mix beverages alc % vol. (n = 6) V piwa bezalkoholowe alk. do 0,5% obj.; non-alcoholic beers alc. up to 0.5% vol. (n = 5) Rys. 1. Procentowy udział składników piwa w wartości energetycznej Fig. 1. Percentage contribution of beer components in the energy value Z prezentowanych danych (rys. 1) wynika, że na wartość energetyczną piw pełnych i mocnych (grupy I i II) wpływa głównie alkohol (ok. 70%), a pozostałą część stanowią nieodfermentowane cukry i dekstryny (ok. 27%). O kaloryczności napojów słodowych i piw bezalkoholowych (grupa V) decydują natomiast zawarte w nich węglowodany (ok. 93%). W przypadku napojów piwnych typu radler i/lub shandy (grupa IV), które otrzymuje się przez zmieszanie piwa z napojami słodzonymi w stosunku ok. 1:1, prawie 2/3 ich wartości energetycznej przypada w udziale węglowodanom. W przypadku piw smakowych, produkowanych na bazie piwa o zawartości alkoholu do 6,0% obj., które po zakończonej fermentacji jest dosładzane i wzbogacane w składniki smakowo-zapachowe, budżet energii rozdziela się pomiędzy alkohol (ok. 50%) i węglowodany (ok. 47%). Ilość białka w badanych próbkach wydaje się nie mieć większego znaczenia. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

145 Ocena wartości energetycznej piwa i napojów piwnych 145 W dalszej części pracy do szacowania wartości energetycznej badanych próbek piwa i napojów piwnych (n = 204) stosowano metodę opartą na bezpośrednim pomiarze gęstości i alkoholu na w pełni zautomatyzowanym analizatorze firmy Anton Paar (Austria), w które wyposażona jest większość laboratoriów badających produkty przemysłu piwowarskiego. Wyniki zestawiono w tabeli 1. Tabela 1. Zawartość alkoholu, ekstraktu rzeczywistego i wartość energetyczna piwa i napojów piwnych Table 1. The alcohol content, real extract and energy value of beers and beer mix beverages Grupy piwa; Groups of beer I II III IV V Parametr; Parameter wartość średnia ± odchylenie standardowe (±SD) mean ± standard deviation (±SD) Alkohol; Alcohol, g 100 cm -3 3,84 ±0,54 c 5,28 ±0,80 d 3,86 ±0,48 c 1,80 ±0,30 b 0,13 ±0,16 a Ekstrakt rzeczywisty, Real extract, g 100 cm -3 3,30 ±0,93 a 4,66 ±1,42 b 6,09 ±1,36 c 5,21±1,64 b 8,78 ±2,61 d Wartość energetyczna; Energy value, kcal 100 cm -3 38,6 ±5,9 b 53,3 ±8,7 d 48,5 ±5,9 c 31,2 ±5,9 a 32,2 ±8,4 a Wartość energetyczna; Energy value, kj 100 cm ,6 ±24,9 223,0 ±36,4 203,2 ±24,8 130,6±4,8 134,6 ±35,1 Wielkości w rzędach oznaczone tymi samymi literami nie różnią się istotnie statystycznie przy p 0,05. Values in the rows followed by the same letters are not significantly different at p Objaśnienia:; Explanatory notes: I piwa pełne alk. do 5,7% obj.; full beers alc. up to 5.7% vol. (n = 65) II piwa mocne alk. powyżej 5,7% obj.; strong beers alc. above 5.7% vol. (n = 72) III piwa smakowe alk. 4,5 6,0% obj.; flavored beers alc % vol. (n = 39) IV napoje piwne alk. 2,0 2,6% obj.; beer mix beverages alc % vol. (n = 19) V piwa bezalkoholowe alk. do 0,5% obj.; non-alcoholic beers alc. up to 0.5% vol. (n = 9) Wśród analizowanych próbek piwa najmniej alkoholu (ok. 0,13 g 100 cm -3 ) oznaczono w grupie piw bezalkoholowych i napojów słodowych, a najwięcej zawierały go piwa mocne (ok. 5,3 g 100 cm -3 ). Zawartość ekstraktu rzeczywistego kształtowała się od ok. 3,3 g 100 cm -3 w grupie I (piwa pełne) do ok. 8,8 g 100 cm -3 w przypadku napojów słodowych i produktów o najniższym stopniu odfermentowania brzeczki piwnej (grupa V). Dla większości analizowanych grup, poza piwami mocnymi i napojami piwnymi, otrzymane wyniki zawartości ekstraktu rzeczywistego były istotnie różne statystycznie. Najmniejsza wartość energetyczna cechowała produkty o najmniejszej zawartości alkoholu, czyli napoje piwne (ok. 131 kj 100 cm -3 ; ok. 31 kcal 100 cm -3 ), piwa bezalkoholowe i napoje słodowe (ok. 135 kj 100 cm -3 ; ok. 32 kcal 100 cm -3 ). W dalszej kolejności znalazły się piwa pełne (ok. 162 kj 100 cm -3 ; ok. 39 kcal 100 cm -3 ), piwa smakowe (ok. 203 kj 100 cm -3 ; ok. 49 kcal 100 cm -3 ) i piwa mocne (ok. 223 kj 100 cm -3 ; ok. 53 kcal 100 cm -3 ). Wykazano istotne różnice w wartości energetycznej pomiędzy analizowanymi grupami piwa, z wyjątkiem tych o najniższej kaloryczności. Uzyskane wyniki były zbieżne z innymi opublikowanymi danymi. Według Olšovská i in. [2015] podają, że wartość energetyczna piw typu lager wyniosła ok. 182 kj 100 cm -3, a dla beer-miksów o zawartości alkoholu poniżej 2% obj. kształtowała się na poziomie ok. 150 kj 100 cm -3. Podobne rezultaty nr 585, 2016

146 146 A. Salamon uzyskano w badaniach Bamfortha [2005], jak również są prezentowane na stronach internetowych, m.in. Uzyskane wyniki posłużyły do poszukiwania zależności pomiędzy wartością energetyczną a stężeniem alkoholu i ekstraktu rzeczywistego w piwie. Próba oceny oddziaływania ww. parametrów na wartość energetyczną badanych próbek wykazała zależności istotne statystycznie. Otrzymane dane wskazują na bardzo wysoką współzależność między stężeniem alkoholu a wartością energetyczną piwa, o czym świadczy wartość współczynnika korelacji r = 0,791. Stosunkowo słaby, choć istotny statystycznie (p 0,05), związek stwierdzono w przypadku ekstraktu rzeczywistego (r = 0,413). W ramach niniejszej pracy porównano obydwie metody stosowane do wyznaczania wartości energetycznej piwa. W tym celu zbadano 28 próbek piwa i napojów piwnych. Wykazano istnienie prawie pełnej zależności pomiędzy metodami, o czym świadczą współczynniki korelacji (r = 0,994) i determinacji (r 2 = 0,987). Na tej podstawie można przychylić się do stwierdzenia, że alternatywą metody odwoławczej może być uproszczona metoda bezpośrednia, której prostota i szybkość wykonania przyczyniły się do zaoszczędzenia czasu pracy i odczynników chemicznych. Z punktu widzenia żywieniowego wartość energetyczna piwa i napojów piwnych wydaje się być niska w porównaniu do innych napojów alkoholowych. Można przyjąć, że wartość energetyczna 100 cm -3 piwa wynosi ok. 180 kj (ok. 43 kcal), a identycznej objętości cydru ok. 205 kj (ok. 49 kcal), wina białego słodkiego ok. 340 kj (ok. 81 kcal), miodu pitnego ok. 500 kj (ok. 119 kcal), wódki ok. 970 kj (ok. 232 kcal), likieru migdałowego ok kj (ok. 310 kcal). Po przeliczeniu na porcję, 500 cm -3 piwa dostarcza przeciętnie ok. 900 kj (ok. 215 kcal) energii, co w przybliżeniu odpowiada spożyciu: 2 lampek wina czerwonego (ok. 840 kj; ok. 200 kcal), 2 szklanek soku pomarańczowego (ok. 960 kj; ok. 230 kcal, 2 szklanek mleka półtłustego (ok kj; ok. 250 kcal) czy napoju Pepsi w ilości 0,5 dm -3 (ok. 925 kj, ok. 220 kcal) [ W myśl zasad zdrowego żywienia należy pamiętać o zachowaniu umiaru w spożyciu piwa i napojów piwnych. Wiedza na temat ich wartości energetycznej powinna okazać się pomocna przy podejmowaniu decyzji zakupowych przez konsumentów i prawidłowym bilansowaniu diety. WNIOSKI 1. Udział alkoholu w kształtowaniu wartości energetycznej badanych próbek piwa pełnego i mocnego wyniósł ok. 70%, a w grupie piw smakowych ok. 50%. Na kaloryczność napojów piwnych oraz piwa bezalkoholowego i napojów słodowych miały wpływ głównie węglowodany, które stanowiły odpowiednio ok. 63 i 93% w budżecie energii. 2. Piwa mocne o zawartości alkoholu powyżej 5,7% obj. i piwa smakowe charakteryzowały się największą wartością energetyczną (ok. 210 kj 100 cm -3 ; ok. 50 kcal 100 cm -3 ), a najmniejszą produkty o najniższym stężeniu alkoholu (ok. 130 kj 100 cm -3 ; ok. 31 kcal 100 cm -3 ). Po przeliczeniu na porcję 500 cm -3, wartość energetyczna piwa i napojów piwnych wahała się w granicach ok kj, co odpowiada ok kcal. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

147 Ocena wartości energetycznej piwa i napojów piwnych W przypadku wprowadzenia ustawowego obowiązku znakowania napojów alkoholowych wartością energetyczną wydaje się, że określanie wartości energetycznej piwa i napojów piwnych uproszczoną metodą bezpośrednio bazującą na pomiarze gęstości i alkoholu przy użyciu automatycznych analizatorów piwa może być alternatywą dla czasochłonnej metody odwoławczej. LITERATURA Adamska E., Ostrowska L., Gościk J., Waszczeniuk M., Krętowski A., Górska M., Intake of Meals Containing High Levels of Carbohydrates or High Levels of Unsaturated Fatty Acids Induces Postprandial Dysmetabolism in Young Overweight/Obese Men. BioMed Research Int. DOI: /2015/ Analytica-EBC, Method Alcohol in beer by distilation. Fachverlag Hans Carl, Nürnberg, Germany. Analytica-EBC, 2009a. Method Alcohol in beer by near infrared spectroscopy. Fachverlag Hans Carl, Nürnberg, Germany. Analytica-EBC, 2009b. Method 9.4 Original, real and apparent extract and original gravity in beer. Fachverlag Hans Carl, Nürnberg, Germany. Analytica-EBC, 2009c. Method Total nitrogen in beer: Kjeldahl method. Fachverlag Hans Carl, Nürnberg, Germany. Analytica-EBC, 2009d. Method 9.26 Total carbohydrate in beer by spectrophotometry. Fachverlag Hans Carl, Nürnberg, Germany. Analytica-EBC, 2009e. Method 9.45 Energy value of beer by calculation. Fachverlag Hans Carl, Nürnberg, Germany. Anonim, Reference Manual. Alcolyzer Plus Beer. Beer Analyzing System. Firmware Version: V Anton Paar, Graz, Austria. Anonim, Rynek napojów alkoholowych w Polsce. KPMG. Anonim, Rynek wewnętrzny w 2014 r. GUS. Bamforth C. W., Beer, Carbohydrates and Diet. J. Inst. Brew. 111(3), Konkluzje Rady (UE) w sprawie strategii UE w zakresie ograniczania szkodliwych skutków spożywania alkoholu (DzUrz. UE C 418 z ). Kordialik-Bogacka E., Piwo napój żywieniowo wartościowy. Materiały XI Szkoły Technologii Fermentacji Trendy w technologii i marketingu piwa, Politechnika Łódzka, Łódź, Kunze W., Technologia piwa i słodu. Piwochmiel Sp. z o.o., Warszawa. MEBAK, Method Energy Value or Caloric Value. MEBAK Wort, Beer, Beer-based Beverages. Chairman Dr. Fritz Jacob, Freising-Weihenstephan, Germany. Mieczkowska M., Panfil-Kuncewicz H., Informacje żywieniowe na opakowaniach produktów spożywczych i ich wpływ na decyzje zakupowe konsumentów. Zeszyty Probl. Post. Nauk Roln. 566, Olšovská J., Štěrba K., Pavlovič M., Čejka P., Determination of the Energy Value of Beer. J. Am. Soc. Brew. Chem. 73(2), Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 25 lipca 2007 roku w sprawie znakowania żywności wartością odżywczą (Dz.U. z 2007 r. nr 137, poz. 967 z późn. zmianami). nr 585, 2016

148 148 A. Salamon Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) Nr 1169/2011 z dnia 25 października 2011 roku w sprawie przekazywania konsumentom informacji na temat żywności (Dz.Urz. UE L 304 z z późn. zmianami). Sim F., Alcoholic drinks should come with calorie counts. BMJ 2015; 350: h EVALUATION OF THE ENERGY VALUE OF BEER AND BEER MIX BEVERAGES Summary. Beer is the most popular alcoholic beverage consumed in Poland. Regulation No 1169/2011 of the European Parliament and of the Council (EU), does not impose the obligation to indicate on the label the nutritional value in the case of beverages containing more than 1.2% vol. of alcohol. The law requires only declaration of the content of alcohol in % by volume. The Council of the EU and experts on public health appeal to the EU Commission and Member States for the introduction of compulsory labeling of the energy value of alcoholic beverages. The brewers are offering to the consumers different types of beer, such as pale beers of lager type, specialty bottom and top fermented beers, non-alcoholic beers, malt beverages as well as flavoured beers and beer mix beverages. Beer, besides alcohol, contain nutrients such as carbohydrates, proteins, beta-glucans, organic acids, polyphenols e.t.c. The energy value of beer is mainly affected by alcohol and carbohydrates, to a lesser degree proteins. The aim of the study was to evaluate the energy value of different types of beer and beer mix beverages available on the market. The research material were samples of beer and beer mix beverages from industrial breweries. The samples were divided into 5 groups according to the product category and the concentration of alcohol declared by the manufacturer. The energy values of beer and beer mix beverages were calculated according 9.45 Analytica EBC, using the conversion factors for the various components of beer. Results were expressed in kcal (kilocalories) and kj (kilojoules) per 100 cm 3. The energy value was determined by two methods: the reference and the simplified direct method, using automated analyzers of beer. In the reference method, the energy value of beer was calculated on the basis of results of determination of alcohol, total protein and total carbohydrate content. While in the direct method, the energy value was determined as a function of density, alcohol and real extract of beer, using software installed in automatic analyzers of beer. It was found that strong and flavoured beers were characterized by the highest energy value (approx. 210 kj 100 cm -3 ; approx. 50 kcal 100 cm -3 ), while non-alcoholic beers and beer mix beverages by the lowest (approx. 130 kj 100 cm -3 ; approx. 31 kcal 100 cm -3 ). The energy value of lagers and strong beers depended on the alcohol content at approx. 70%. The calorific value of non-alcoholic beer and beer mix beverages was influenced mainly by carbohydrates, which accounted for approx. 63 and 93%, respectively, of the energy budget. Key words: beer, beer mix beverages, energy value Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

149 Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych nr 585, 2016, WPŁYW NAWOŻENIA MATERIAŁAMI ORGANICZNYMI POCHODZENIA ODPADOWEGO NA ZAWARTOŚĆ CYNKU W KUKURYDZY I GLEBIE Barbara Filipek-Mazur, Monika Tabak Uniwersytet Rolniczy w Krakowie Streszczenie. Celem badań było określenie wpływu nawożenia odpadowymi materiałami organicznymi na zawartość cynku w kukurydzy i glebie (oznaczono zawartość całkowitą tego pierwiastka i zawartość form ekstrahowanych 0,11 mol dm -3 kwasem octowym). Trzyletnie doświadczenie polowe obejmowało 7 obiektów: glebę nienawożoną (obiekt zerowy) oraz glebę nawożoną nawozami mineralnymi, obornikiem, kompostem z odpadów zielonych, osadem ściekowym, kompostem z osadu i słomy oraz mieszaniną osadu i popiołu. Rośliną testową była kukurydza uprawiana na kiszonkę. Zawartość Zn oznaczono metodą ICP-AES. Nie stwierdzono zanieczyszczenia gleby cynkiem, a zawartość pierwiastka w kukurydzy nie przekraczała dopuszczalnej zawartości określonej dla roślin wykorzystywanych paszowo. Najwięcej cynku zawierała kukurydza nawożona nawozami mineralnymi. Rośliny nawożone odpadowymi materiałami organicznymi zawierały istotnie mniej cynku niż uprawiane na glebie nienawożonej lub zawartości te były zbliżone. Nie wykazano istotnego statystycznie wpływu nawożenia na całkowitą zawartość cynku w glebie. Największą zawartością form wymiennych oraz rozpuszczalnych w wodzie i kwasach cechowała się gleba nawożona osadem ściekowym. Słowa kluczowe: osad ściekowy, kompost, cynk, kukurydza, gleba WSTĘP Kukurydza jest rośliną uprawianą w Polsce od ponad 100 lat, a powierzchnia jej zasiewów systematycznie wzrasta. W 2014 r. w uprawie na ziarno wynosiła 678 tys. ha, a na kiszonkę, która jest jedną z podstawowych pasz w żywieniu przeżuwaczy, 541 tys. ha gruntów ornych [Anonim 2015a]. Kukurydza jest rośliną o dużych wymaganiach pokarmowych, dobrze plonującą w uprawie na oborniku lub nawozach organicznych rrfilipe@cyf-kr.edu.pll Copyright by Wydawnictwo SGGW

150 150 B. Filipek-Mazur, M. Tabak i organicznych materiałach odpadowych. Stosowanie tych substancji może powodować wprowadzenie do gleby nadmiernych ilości metali ciężkich, zarówno tych, które są mikroskładnikami pokarmowymi (Cu, Zn), jak i tych, które nawet w niewielkich ilościach są toksyczne dla roślin (Cd, Pb, Hg). Stosowanie osadów ściekowych może zwiększać zawartość cynku, zwłaszcza jego form przyswajalnych w glebie [Vulkan i in. 2002, Rigueiro-Rodriguez i in. 2012]. Nadmierna zawartość cynku wpływa niekorzystnie m.in. na liczebność i różnorodność mikroorganizmów glebowych [Kucharski i in. 2011], ale jest także niebezpieczna dla roślin, ponieważ pobierają one cynk proporcjonalnie do jego zawartości w roztworze glebowym, wykazując symptomy toksyczności dopiero przy dużych zawartościach pierwiastka w podłożu [Baran 2011]. Cynk obecny w glebie może łatwo przemieszczać się do dalszych ogniw łańcucha pokarmowego [Brekken i Steinnes 2004]. Celem badań było określenie wpływu nawożenia materiałami organicznymi pochodzenia odpadowego na zawartość i pobranie cynku przez kukurydzę oraz na całkowitą zawartość tego pierwiastka w glebie i zawartość form ekstrahowanych kwasem octowym o stężeniu 0,11 mol dm -3. MATERIAŁ I METODY Trzyletnie doświadczenie polowe założono w 2008 r. w położonej w Krakowie-Mydlnikach stacji doświadczalnej Uniwersytetu Rolniczego. Doświadczenie prowadzono na glebie brunatnej właściwej typowej, o uziarnieniu gliny lekkiej. Dokładną charakterystykę gleby wyjściowej podano w pracy Tabak i Filipek-Mazur [2012]. Zawartość pierwiastków śladowych (Cd, Cu, Ni, Pb, Zn, Cr) w glebie nie przekraczała wartości granicznych ustalonych dla rolniczego wykorzystania osadów ściekowych, również wartość ph H2 O gleby nie uniemożliwiała nawożenia osadem ściekowym dotyczy to zarówno wytycznych obowiązujących w trakcie trwania badań [Anonim 2002, Anonim 2010], jak i obowiązujących obecnie [Anonim 2015b]. Doświadczenie obejmowało 7 obiektów: glebę nienawożoną (kontrola, obiekt zerowy) oraz glebę nawożoną nawozami mineralnymi, obornikiem bydlęcym, kompostem z odpadów zielonych (pochodzących głównie z pielęgnacji miejskich terenów zielonych), komunalnym osadem ściekowym, kompostem z osadu ściekowego i słomy pszennej oraz mieszaniną osadu ściekowego i popiołu z węgla kamiennego. Każdy obiekt prowadzono w 4 powtórzeniach. Rośliną testową była kukurydza odmiany PR 39F58 firmy Pioneer uprawiana na kiszonkę (zbierana w fazie woskowej dojrzałości ziarna). Przez cały okres doświadczenia rośliny uprawiano na tych samych poletkach doświadczalnych (powierzchnia jednego poletka wynosiła 35 m 2 ), prowadząc uprawę w systemie tradycyjnym. W pierwszym roku do gleby obiektów nawożonych (poza kontrolą) wprowadzono: 160 kg N, 168 kg P 2 O 5 (73 kg P) i 140 kg K 2 O (116 kg K) ha -1. Do gleby nawożonej materiałami organicznymi (obornikiem i materiałami odpadowymi) całą dawkę azotu wprowadzono w tych materiałach; dawki materiałów wynosiły: 5,6 Mg obornika, 11,1 Mg kompostu z odpadów zielonych, 7,9 Mg osadu ściekowego, 6,5 Mg kompostu z osadu i słomy oraz 11,0 Mg mieszaniny osadu i popiołu ha -1, w przeliczeniu na suchą masę. W celu wprowadzenia składników pokarmowych do gleby nawożonej nawozami mineralnymi oraz wyrównania dawek fosforu i potasu w glebie pozostałych nawożonych Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

151 Wpływ nawożenia materiałami organicznymi obiektów zastosowano nawozy mineralne: saletrę amonową (34% N), superfosfat wzbogacony (40% P 2 O 5 ) i sól potasową (60% K 2 O). Nawozów tych użyto również do przeprowadzenia nawożenia w drugim i trzecim roku doświadczenia (w celu oceny następczego działania materiałów organicznych zastosowanych w pierwszym roku doświadczenia), w każdym roku wprowadzając do gleby 100 kg N, 30 kg P 2 O 5 (13 kg P) i 110 kg K 2 O (91 kg K) ha -1. Dokładne dane dotyczące warunków prowadzenia doświadczenia, w tym skład chemiczny zastosowanych materiałów organicznych, zawarto w pracach Tabak i Filipek-Mazur [2011 i 2012]. Zawartość pierwiastków śladowych w materiałach organicznych użytych do nawożenia nie przekraczała dopuszczalnych wartości ustalonych dla rolniczego wykorzystania osadów ściekowych [Anonim 2002, Anonim 2010, Anonim 2015b]. Wykorzystany do nawożenia obornik zawierał 223 mg Zn kg -1 s.m. (z nawozem wprowadzono 1,25 kg Zn ha -1 ), natomiast odpadowe materiały organiczne zawierały od 285 do 855 mg Zn kg -1 s.m. (dawka od 3,16 do 6,78 kg ha -1 ). Wielkość dawek cynku wprowadzonego do gleby poszczególnych obiektów wynikała z dawek zastosowanych materiałów organicznych (ustalonych na podstawie wymogów prawnych). Zawartość cynku w materiałach organicznych oraz dawki cynku wprowadzonego z tymi substancjami do gleby przedstawiono w tabeli 1. Tabela 1. Zawartość cynku w materiałach organicznych oraz dawki cynku wprowadzonego do gleby Table 1. Zinc content in organic materials and doses of zinc introduced to soil Materiał Material Zawartość Content [mg Zn kg -1 s.m.]; [mg Zn kg -1 d.m.] Dawka Dose [kg Zn ha -1 ] Obornik Manure 223 1,25 Kompost z odpadów zielonych Compost from green waste 285 3,16 Osad ściekowy Sewage sludge 855 6,78 Kompost z osadu ściekowego i słomy Compost from sewage sludge and straw Mieszanina osadu ściekowego i popiołu Mixture of sewage sludge and ash 716 4, ,75 Zawartość cynku w częściach nadziemnych kukurydzy i w glebie oznaczono metodą atomowej spektrometrii emisyjnej z indukcyjnie wzbudzoną plazmą (ICP-AES) przy użyciu aparatu JY 238 Ultrace firmy Jobin Yvon. Materiał roślinny po zbiorze wysuszono w temperaturze 70 C w suszarce z przepływem gorącego powietrza, zmielono i zmineralizowano w piecu muflowym (8 godz., 450 C). Pozostałość odparowano z roztworem kwasu solnego, a następnie roztworzono w roztworze kwasu azotowego(v) [Ostrowska i in. 1991]. Materiał glebowy pobierano każdorazowo po zbiorze roślin, z warstwy 0 20 cm. Ogólną zawartość cynku w powietrznie suchej glebie przesianej przez sito nr 585, 2016

152 152 B. Filipek-Mazur, M. Tabak o średnicy oczek 1 mm oznaczono po spaleniu materiału w piecu muflowym (8 godz., 450 C), odparowaniu z mieszaniną stężonych kwasów azotowego(v) i chlorowego(vii) i roztworzeniu pozostałości w roztworze kwasu solnego [Ostrowska i in. 1991]. Ponadto oznaczono zawartość cynku w formach wymiennych, rozpuszczalnych w wodzie i kwasach, zgodnie z metodą ekstrakcji sekwencyjnej BCR [Mossop i Davidson 2003]. Glebę poddano ekstrakcji kwasem octowym o stężeniu 0,11 mol dm -3 (16 godz. w temperaturze pokojowej). Wyniki oznaczeń zawartości cynku w roślinie i glebie poddano analizie statystycznej, przeprowadzając jednoczynnikową analizę wariancji. Istotność zróżnicowania wartości średnich dla poszczególnych obiektów nawozowych (w ramach danego roku prowadzenia doświadczenia polowego) określono przy użyciu testu Duncana, przy poziomie istotności α 0,05. Do statystycznego opracowania wyników wykorzystano program Statistica 10 (StatSoft, Inc.). WYNIKI I DYSKUSJA Zawartość cynku w suchej masie części nadziemnych kukurydzy była zróżnicowana w zależności od roku badań i obiektu nawozowego (tab. 2), jednak w żadnym przypadku nie przekraczała dopuszczalnej wartości ustalonej dla roślin wykorzystywanych paszowo, wynoszącej według Kabaty-Pendias i in. [1993] 100 mg Zn kg -1 suchej masy. Średnia ważona zawartość cynku w częściach nadziemnych kukurydzy mieściła się w przedziale od 33,5 do 57,6 mg Zn kg -1 suchej masy. Podobnie jak w badaniach własnych, również Krzywy i in. [2004] stwierdzili niską zawartość metali ciężkich, w tym cynku, w roślinach nawożonych osadami ściekowymi. Koncentracja tych pierwiastków nie stanowiła zagrożenia z punktu widzenia jakości pozyskanej biomasy. Jama-Rodzeńska i in. [2014] nie wykazali przekroczenia granicy fizjologicznej zawartości metali ciężkich w pędach wierzby nawożonej osadem ściekowym. Spychaj-Fabisiak i in. [2010] w uprawie kukurydzy na kiszonkę i przy aplikacji cynku w różnych formach (jako octan, siarczan(vi) i tlenek) stwierdziły zdecydowanie mniejszą jego zawartość niż w badaniach będących podstawą niniejszej publikacji. We wszystkich latach badań własnych największą zawartość cynku stwierdzono w kukurydzy nawożonej nawozami mineralnymi. Rośliny nawożone materiałami organicznymi pochodzenia odpadowego zawierały istotnie mniej tego pierwiastka. W porównaniu do nawożenia obornikiem, rośliny uprawiane z wykorzystaniem kompostów, osadu ściekowego i mieszaniny osadu z popiołem charakteryzowały się zawartością cynku istotnie statystycznie mniejszą lub zawartości te nie były statystycznie zróżnicowane. Stosunkowo duża zawartość cynku w kukurydzy uprawianej na glebie nienawożonej była spowodowana niskim plonem tej rośliny, a więc efektem zagęszczenia [Tabak i Filipek- Mazur 2011]. Podobne wyniki dotyczące zawartości cynku w częściach nadziemnych kukurydzy uzyskał Gondek [2009], stosując do nawożenia tej rośliny w doświadczeniu wazonowym, obok nawozów mineralnych, osad ściekowy i jego mieszaninę z torfem. Dla każdego obiektu ilość pierwiastka pobranego w każdym roku z plonem roślin obliczono jako iloczyn średniej zawartości pierwiastka w suchej masie plonu i średniej wielkości tego plonu. Sumaryczne ilości cynku pobranego z gleby obiektów nawożonych Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

153 Wpływ nawożenia materiałami organicznymi Tabela 2. Zawartość cynku w częściach nadziemnych kukurydzy Table 2. Zinc content in maize top parts Obiekt nawozowy Treatment I rok 1 st year II rok 2 nd year III rok 3 rd year [mg Zn kg -1 s.m. ±SE] [mg Zn kg -1 d.m. ±SE] Średnia ważona zawartość Weighted mean content Brak nawożenia No fertilization Nawozy mineralne Mineral fertilizers Obornik Manure Kompost z odpadów zielonych Compost from green waste Osad ściekowy Sewage sludge Kompost z osadu i słomy Compost from sludge and straw 48,6 bc* ±2,3 33,7 b ±0,9 41,8 c ±2,8 42,3 72,0 d ±1,0 40,8 c ±1,7 53,0 d ±1,6 57,6 53,9 c ±4,1 34,3 b ±0,5 41,4 c ±0,7 43,8 34,7 a ±1,2 28,2 a ±1,2 38,4 bc ±1,9 33,5 44,3 b ±3,0 28,3 a ±1,9 33,2 a ±0,3 35,5 51,0 bc ±1,5 32,0 ab ±2,3 33,6 ab ±0,8 39,6 Mieszanina osadu i popiołu Mixture of sludge and ash 44,9 b ±2,8 33,6 b ±1,0 34,5 ab ±1,6 37,6 * wartości średnie w kolumnach oznaczone tymi samymi literami nie różnią się istotnie statystycznie przy poziomie istotności α 0,05, według testu Duncana (SE błąd standardowy); mean values in columns marked with the same letters do not differ statistically significantly at α 0.05, according to the Duncan test (SE standard error) były większe od ilości pierwiastka pobranego z gleby nienawożonej (rys. 1). Najwięcej pierwiastka rośliny pobrały z gleby nawożonej nawozami mineralnymi. Ilości cynku pobranego przez rośliny z obiektów nawożonych odpadowymi materiałami organicznymi były z reguły mniejsze niż pobrane w efekcie nawożenia obornikiem. Bardzo duże pobranie cynku przez rośliny nawożone nawozami mineralnymi wynikało zarówno z wielkości plonu części nadziemnych kukurydzy, jak i z zawartości cynku w biomasie. To z kolei można tłumaczyć dużą dostępnością cynku w glebie obiektu nawożonego nawozami mineralnymi, spowodowaną większym zakwaszeniem gleby tego obiektu niż gleby nienawożonej i nawożonej materiałami organicznymi. Tendencję do korzystniejszego oddziaływania materiałów organicznych niż nawożenia mineralnego na fizykochemiczne właściwości gleby potwierdzają Filipek-Mazur i in. [2002]. Całkowita zawartość cynku w glebie przed założeniem doświadczenia wynosiła 70,3 mg Zn kg -1 s.m. [Tabak i Filipek-Mazur 2011]. Do gleby obiektów z nawożeniem materiałami organicznymi wprowadzono cynk w dawkach od 1,25 do 6,78 kg ha -1 (tab. 1). Gęstość badanej gleby wynosiła 1,58 Mg m -3 (analizę wykonano metodą cylinderkową Kopecky ego [Komornicki 1987]). Przyjmując, że miąższość warstwy ornej badanej gleby wynosiła średnio 30 cm, masa warstwy ornej gleby na powierzchni 1 hektara to 4740 ton. Dawka cynku w przeliczeniu na 1 kg gleby wynosiła więc 0,26 1,43 mg, nr 585, 2016

154 154 B. Filipek-Mazur, M. Tabak Brak nawożenia No fertilization Nawozy mineralne Mineral fertilizers Obornik Manure Kompost z odpadów zielonych Compost from green waste Osad ściekowy Sewage sludge Kompost z osadu ściekowego i słomy Compost from sewage sludge and straw Mieszanina osadu ściekowego i popiołu Mixture of sewage sludge and ash Rys. 1. Ilość cynku pobranego przez kukurydzę [kg Zn ha -1 ] Fig. 1. Amount of zinc taken up by plants [kg Zn ha -1 ] Irok 1 st year II rok 2 nd year III rok 3 rd year 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 Ilość cynku [kg Zn ha -1 ] Amount of zinc [kg Zn ha -1 ] co stanowiło 0,37 2,03% całkowitej zawartości cynku w glebie przed rozpoczęciem doświadczenia polowego. Z uwagi na to, że dawki cynku i ilości tego pierwiastka pobrane przez rośliny w ciągu trzech lat badań (rys. 1) były stosunkowo niewielkie, w pracy przedstawiono zawartość cynku w glebie po zakończeniu doświadczenia (tab. 3). Całkowita zawartość cynku w glebie nie wykazywała statystycznie istotnego zróżnicowania między obiektami i wynosiła od 66,7 (nawożenie nawozami mineralnymi) do 70,0 mg Zn kg -1 suchej masy (nawożenie mieszaniną osadu ściekowego i popiołu) (tab. 3). Większe zróżnicowanie stwierdzono w odniesieniu do form cynku ekstrahowanych kwasem octowym o stężeniu 0,11 mol dm -3. Istotnie najwięcej tego pierwiastka w formach wymiennych oraz rozpuszczalnych w wodzie i kwasach stwierdzono w glebie nawożonej osadem ściekowym. W glebie nawożonej osadem ściekowym wykazano również największy udział zawartości tych form cynku w zawartości całkowitej wynoszący 29%. W pozostałych obiektach wartości te mieściły się w zakresie 25 27%. Wojcieszczuk i in. [2011] wykazali zwiększanie zawartości cynku ogółem w glebie w wyniku stosowania osadu ściekowego. W badaniach Czekały i in. [2012] stwierdzono systematyczne, chociaż powolne zwiększanie zawartości rozpuszczalnych w roztworze 1 mol HCl dm -3 form cynku po zastosowaniu osadu ściekowego, w miarę zwiększania dawek osadu. Cynk wnoszony do gleby wraz z osadem ściekowym lub materiałami powstałymi z jego udziałem szybko i w znacznym stopniu podlega przemianie do form przyswajalnych, co wynika z rodzaju połączeń chemicznych tego pierwiastka w osadach ściekowych [Jakubus i Czekała 2001]. Gondek [2009] najwięcej mobilnych form cynku stwierdził w glebach lekkich, jednocześnie w glebach po aplikacji osadu ściekowego i jego mieszaniny z torfem wykazał mniej mobilnych form cynku niż w glebie nawożonej nawozami mineralnymi, co potwierdzają wyniki badań własnych. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

155 Wpływ nawożenia materiałami organicznymi Tabela 3. Zawartość cynku w glebie w trzecim roku badań oraz udział zawartości form ekstrahowanych 0,11 mol dm -3 kwasem octowym w całkowitej zawartości cynku Table 3. Zinc content in soil in the 3 rd year of the research and share of forms extracted with 0.11 mol dm -3 acetic acid in the total zinc content Obiekt nawozowy Treatment Całkowita zawartość Total content Zawartość form ekstrahowanych 0,11 mol dm -3 kwasem octowym Content of forms extracted with 0.11 mol dm -3 acetic acid [mg Zn kg -1 s.m. ±SE] [mg Zn kg -1 d.m. ±SE] Udział Share [%] Brak nawożenia No fertilization Nawozy mineralne Mineral fertilizers Obornik Manure Kompost z odpadów zielonych Compost from green waste Osad ściekowy Sewage sludge Kompost z osadu i słomy Compost from sludge and straw Mieszanina osadu i popiołu Mixture of sludge and ash 67,4 a* ±1,6 17,8 ab ±0, ,7 a ±0,8 17,8 ab ±0, ,9 a ±1,4 17,3 a ±0, ,4 a ±1,6 17,4 ab ±0, ,8 a ±1,4 19,8 c ±0, ,6 a ±1,5 17,3 a ±0, ,0 a ±1,8 18,5 b ±0,2 26 * jak w tabeli 2; as in table 2 WNIOSKI 1. Największą zawartość cynku stwierdzono w kukurydzy nawożonej nawozami mineralnymi, ale mieściła się ona w zakresie zawartości dopuszczalnych przy paszowym wykorzystaniu roślin. Rośliny nawożone materiałami organicznymi pochodzenia odpadowego zawierały istotnie mniej cynku. 2. Całkowita zawartość cynku w glebie nie wykazywała statystycznie istotnego zróżnicowania w zależności od zastosowanego nawożenia. 3. W porównaniu do nawożenia mineralnego i obornikiem istotnie więcej form cynku ekstrahowanych kwasem octowym o stężeniu 0,11 mol dm -3 stwierdzono jedynie w glebie nawożonej osadem ściekowym. W glebie tego obiektu wykazano największy procentowy udział zawartości form ekstrahowanych kwasem octowym (czyli form wymiennych, rozpuszczalnych w wodzie i kwasach) w całkowitej zawartości cynku. nr 585, 2016

156 156 B. Filipek-Mazur, M. Tabak Podziękowania Wyniki badań zrealizowane w ramach tematu nr 3101 zostały sfinansowane z dotacji na naukę przyznanej przez MNiSW. LITERATURA Anonim., Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 1 sierpnia 2002 r. w sprawie komunalnych osadów ściekowych. Dz. U. 2002, nr 134, poz Anonim., Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 13 lipca 2010 r. w sprawie komunalnych osadów ściekowych. Dz. U. 2010, nr 137, poz Anonim., 2015a. Rocznik Statystyczny RP. GUS, Warszawa. Anonim., 2015b. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 6 lutego 2015 r. w sprawie komunalnych osadów ściekowych. Dz. U. 2015, poz Baran A., Reakcja kukurydzy na toksyczną zawartość cynku w glebie. Proc. ECOPole 5(1), Brekken A., Steinnes E., Seasonal concentrations of cadmium and zinc in native pasture plants: consequences for grazing animals. Sci. Tot. Environ. 326, Czekała J., Mocek A., Owczarzak W., Działanie wieloletniego nawożenia osadami ściekowymi na zawartość form rozpuszczalnych cynku i miedzi w glebie. Zeszyty Nauk. UP Wrocław, Rolnictwo CIII, 589, Filipek-Mazur B., Mazur K., Gondek K., Effect of origin and date of application of sewage sludge on soil properties and heavy metal concentrations. Chem. Inż. Ekol. 9(11), Gondek K., Zinc content in maize (Zea mays L.) and soils fertilized with sewage sludge and sewage sludge mixed with peat. Polish J. Environ. Stud. 18, 3, Jakubus M., Czekała J., Heavy metal speciation in sewage sludge. Polish J. Environ. Stud. 10, 4, Jama-Rodzeńska A., Bocianowski J., Nowak W., Wpływ komunalnych osadów ściekowych na zawartość metali ciężkich w pędach klonów wierzby krzewistej (Salix viminalis L.). Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 576, Kabata-Pendias A., Motowicka-Terelak T., Piotrowska M., Terelak H., Witek T., Ocena stopnia zanieczyszczenia roślin metalami ciężkimi i siarką. IUNG, Puławy. Komornicki T. (red.), Przewodnik do ćwiczeń z gleboznawstwa i geologii. Część II. Metody laboratoryjne analizy gleby. AR w Krakowie. Krzywy E., Iżewska A., Wołoszyk Cz., Bezpośredni i następczy efekt osadów ze ścieków komunalnych oraz kompostów z osadów na plon i zawartość mikroelementów w słomie Miscanthus sachariflorus. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 502, Kucharski J., Wyszkowska J., Boros-Lajszer E., Baćmaga M., Tomkiel M., Reakcje drobnoustrojów na zanieczyszczenie cynkiem. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 567, Mossop K.F., Davidson, C.M Comparison of original and modified BCR sequential extraction procedures for the fractionation of copper, iron, lead, manganese and zinc in soils and sediments. Anal. Chim. Acta 478, Ostrowska A., Gawliński S., Szczubiałka Z., Metody analizy i oceny właściwości gleb i roślin. Katalog. IOŚ, Warszawa. Rigueiro-Rodriguez A., Mosquera-Losada M. R., Ferreiro-Dominguez N., Pasture and soil zinc evolution in forest and agriculture soils of Northwest Spain three years after fertilisation with sewage sludge. Agric., Ecosyst. Environ. 150, Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

157 Wpływ nawożenia materiałami organicznymi Spychaj-Fabisiak E., Murawska B., Janowiak J., Reakcja kukurydzy uprawianej na kiszonkę na nawożenie różnymi formami cynku. Zesz. Nauk. UP we Wrocławiu, Rolnictwo XCVII, 578, Tabak M., Filipek-Mazur B., Formation of maize yield as a result of fertilization with organic materials. Ecol. Chem. Eng. A 18, 9 10, Tabak M., Filipek-Mazur B., Content and uptake of nitrogen by maize fertilized with organic materials derived from waste. Ecol. Chem. Eng. A 19, 6, Vulkan R., Mingelgrin U., Ben-Asher J., Frenkiel H., Copper and zinc speciation in the solution of soil-sludge mixture. J. Environ. Qual. 31, Wojcieszczuk T., Hammal O., Sammel A., Wpływ osadów ściekowych miejskich z Deir Ez Zor na właściwości gleby lekkiej i ciężkiej w Syrii. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 565, INFLUENCE OF FERTILIZATION WITH ORGANIC MATERIALS DERIVED FROM WASTE ON CONTENT OF ZINC IN MAIZE AND SOIL Summary. The aim of the research was to determine the effect of fertilization with waste organic materials on the content and uptake of zinc by maize (plants were cultivated for silage) as well as on the total and available zinc contents in soil. A three-year field experiment comprised 7 treatments: a non-fertilized soil (control) as well as a soil fertilized with mineral fertilizers, manure, green waste compost, sewage sludge, compost from sewage sludge and straw, and a mixture of sewage sludge and hard coal ash. The manure contained 223 mg Zn kg -1 d.m. (1.25 kg Zn ha -1 was introduced to the soil with the fertilizer), whereas other organic materials contained between 285 and 855 mg Zn kg -1 d.m. (doses from 3.16 to 6.78 kg ha -1 were introduced). The manure and organic materials were used for fertilization during first year of the research. Mineral fertilizers were used in the second and third year (they were also used to level N, P and K doses during the first year of the research). The zinc content was determined by ICP-AES method. Statistical elaboration of the results was done by means of univariate variation analysis, and the significance of differences between the mean values was estimated using the Duncan test. During the research, no contamination of the soil with zinc was stated (the soil contained between 66.7 and 70.0 mg Zn kg -1 d.m.). The zinc content in the maize did not exceed the permissible content for fodder plants (weighted mean content in the plants reached mg Zn kg -1 d.m.). The highest zinc content was observed in the maize fertilized with mineral fertilizers. The plants fertilized with waste organic materials contained significantly less zinc than the control plants or these contents were similar. The total uptake of zinc from the fertilized soil was higher than the uptake from the control soil (the highest uptake was from the soil fertilized with mineral fertilizers). No significant effect of fertilization on the total zinc content in the soil was determined. The soil fertilized with sewage sludge had the highest content of available forms of zinc (19.8 mg kg -1 d.m. of zinc extracted with 0.11 mol dm -3 acetic acid). Key words: sewage sludge, compost, zinc, maize, soil nr 585, 2016

158

159 Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych nr 585, 2016, IDENTYFIKACJA GENU KARŁOWATOŚCI RHT-D1B U RÓŻNYCH FORM PSZENICY ZWYCZAJNEJ Z WYKORZYSTANIEM MARKERÓW SPECYFICZNYCH DNA Dorota Weigt, Angelika Kiel, Jerzy Nawracała, Danuta Kurasiak- -Popowska, Agnieszka Tomkowiak, Sylwia Mikołajczyk, Janetta Niemann Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu Streszczenie. Obecność genów karłowatości w odmianach uprawnych pszenicy zapobiega wyleganiu roślin. Identyfikacja tych genów jest możliwa dzięki zastosowaniu markerów specyficznych DNA. Celem pracy była identyfikacja markerów dwóch form allelicznych Rht-D1a i Rht-D1b genu karłowatości Rht-D1 w genotypach pszenicy zwyczajnej o różnym pochodzeniu. Pierwszy etap doświadczenia stanowiła walidacja metodyki opisanej przez Ellis i in. [2002] oraz wprowadzenie do niej modyfikacji. Ten etap prowadzono na materiałach referencyjnych o znanym genotypie. Drugi etap stanowiło badanie 20 odmian pszenicy o różnym pochodzeniu pod kątem obecności markerów genu Rht-D1a i Rht-D1b. W wyniku tych analiz stwierdzono obecność markera formy allelicznej Rht-D1b, skracającej źdźbło roślin w 4 z 20 badanych odmian pszenicy: Atlas, Rosario, Muszelka, Genou oraz ponownie potwierdzono jego obecność w genotypie CWW 90/3, stanowiącym jednocześnie kontrolę pozytywną dla reakcji PCR. Słowa kluczowe: pszenica zwyczajna, markery specyficzne DNA, gen karłowatości, Rht-D1b WSTĘP Redukcja wysokości roślin była jednym z głównych kierunków hodowli zbóż w ostatnich dekadach [Griffiths i in. 2012]. Skrócenie źdźbła zapobiega wyleganiu roślin, a co za tym idzie wpływa efektywnie na zwiększenie plonowania. Genetyczna kontrola wysokości roślin jest najlepszą metodą zapobiegania łamaniu źdźbeł. W celu tworzenia odmian krótko- i sztywnosłomych do odmian uprawnych wprowadzane są geny karłowatości. W literaturze opisanych jest ich ponad 20, ale w programach hodowlanych pszenicy dorota.weigt@up.poznan.pl Copyright by Wydawnictwo SGGW

160 160 D. Weigt, A. Kiel, J. Nawracała i in. najczęściej są wykorzystywane trzy: Rht-B1b (Rht1) i Rht-D1b (Rht2) oraz Rht8 [Gale i Youssefian 1985, Kowalczyk i in. 1997]. F Obecność genów Rht-D1b oraz Rht-B1b w genomie pszenicy powoduje skrócenie długości źdźbła o 16% i zwyżkę plonu średnio o 24% [Flintham i in. 1997]. Sam allel Rht-D1b zmniejsza wysokość roślin o 5,7cm [Wurschum i in. 2015]. Źródłem tego allelu jest japońska odmiana Norin 10. Allele genu Rht-D1 leżą na krótkim ramieniu chromosomu 4D [Ellis et al. 2002]. Należą one do grupy genów karłowatości, niewrażliwych na egzogenny kwas giberelinowy [Kowalczyk i in. 1997a, 1997b]. Można je identyfikować za pomocą prostego testu giberelinowego, podając GA 3 kiełkującym siewkom. Jednakże rozróżnienie poszczególnych genów karłowatości w analizowanych genotypach możliwe jest jedynie dzięki wykorzystaniu markerów molekularnych. Stosowane w tym celu markery DNA umożliwiają nie tylko określenie zmienności genetycznej materiałów wyjściowych, ale także skuteczną selekcję roślin w kierunku pożądanej cechy. Celem badań była identyfikacja markerów dwóch form allelicznych Rht-D1a i Rht- -D1b genu karłowatości Rht-D1 w genotypach pszenicy ozimej o różnym pochodzeniu. MATERIAŁ I METODY Materiał roślinny podzielono na genotypy referencyjne, badane w celu sprawdzenia poprawności zastosowanej metodyki oraz odmiany o nieznanym układzie alleli genu Rht-D1. Formy referencyjne stanowiły wysokie odmiany polskie, mające allel Rht-D1a: Ostka Grubokłosa, Leszczyńska, Dankowska Graniatka, Biała Kaszubska oraz odmiany z allelem Rht-D1b: Wa7643, Wa7644, Wa7645 (pozyskane z banku genów National Small Grain Collection, United States Department of Agriculture, Agricultural Research Service Aberdeen - Idaho United States), a także genotypy pochodzące z kolekcji Katedry Genetyki i Hodowli Roślin UP w Poznaniu charakteryzujące się krótkim źdźbłem CWW 90/3, GA1b47, PBIS 98/85. Z kolei do identyfikacji markerów form allelicznych Rht-D1a i Rht-D1b wybrano 20 genotypów pszenicy ozimej o różnym pochodzeniu: Antonińska, Ostka Strzelecka, PI518627, PI518628, Tonacja, Mobela, Korweta, Genou, Batuta, Ludwig, Figura, Marikza, KWS Ozon, Nateja, Naridana, Wydma, Atlas, Rosario, Muszelka, Bogatka. Do powyższej analizy włączono odmiany kontrolne, w których wcześniej stwierdzono obecność markerów obu analizowanych form allelicznych (Rht-D1a Leszczyńska oraz Rht- -D1b CWW 90/13). Ziarniaki badanych odmian wysiano na szalki Petriego wyłożone bibułą. Po 7 dniach pobrano fragmenty liści do izolacji DNA, którą prowadzono metodą kolumienkową z zastosowaniem zestawu Genomic Mini AX Plant firmy A&A Biotechnology. Skład mieszaniny reakcyjnej był zgodny z metodyką wg Ellis i in. [2002] z modyfikacją polegającą na zwiększeniu stężenia starterów do 40 pmol. μl 1 (tab. 1). Do analiz wykorzystano 2 pary starterów: DF2-WR2.4 oraz DF-MR2. Pierwsza z nich identyfikowała marker o długości 264 pz charakterystyczny dla allelu Rht-D1a i występujący w roślinach o normalnej wysokości. Druga para starterów generowała marker o długości 254 pz charakterystyczny dla allelu Rht-D1b, który występował w roślinach półkarłowatych (tab. 2). Profil reakcji PCR przebiegał w trybie touch-down PCR, w którym część cykli Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

161 Identyfikacja genu karłowatości RHT-D1b była zaprogramowana na zmienną temperaturę przyłączania starterów (tab. 3). Elektroforeza przebiegała w 2-procentowym żelu agarozowym z dodatkiem bromku etydyny. Tabela 1. Skład mieszaniny reakcyjnej wg Ellis i in. [2002] z modyfikacjami własnymi Table 1. The composition of the reaction mixture according to Ellis et al. [2002] with modifications of their own Składniki Stężenie wyjściowe Ilość Objętość na 1 próbę [μl] Woda 5 μl 4,25 DreamTaqPCR MasterMix (2x) 2x 1x 6,25 Starter 1 (F) 40 pmol μl -1 5 pmol μl -1 0,25 Starter 2 (R) 40 pmol μl -1 5 pmol μl -1 0,25 DNA 25 ng μl ng μl -1 1,5 Razem 12,5 Tabela 2. Sekwencja starterów reakcji PCR wg Elis i in. [2002] Table 2. The sequence of PCR primers by Elis et al. [2002] Nazwa identyfikowanego allelu Nazwa startera Sekwencja 5 3 Wielkość produktu Rht-D1a DF2 WR2 GGCAAGCAAAAGCTTCGCG GGCCATCTCGAGCTGCAC 264 pz Rht-D1b DF MR2 CGCGCAATTATTGGCCAGAGATAG CCCCATGGCCATCTCGAGCTGCTA 254 pz Tabela 3. Profil reakcji PCR, wg Ellis i in. [2002] Table 3. Profile of PCR reaction according to Ellis et al. [2002] Etap Czas Temperatura [ C] Ilość cykli Denaturacja wstępna 5 min 94 1 Denaturacja cykl touchdown 30 s 94 Hybrydyzacja cykl touchdown 30 s 65 w pierwszym cyklu, każdy kolejny o 1 C mniej 7 Elongacja cykl touchdown 1 min 20 s 72 Denaturacja 15 s 94 Hybrydyzacja 15 s Elongacja 50 s 72 Przechowywanie 24 h 4 1 WYNIKI Obecność markera allelu Rht-D1b potwierdzono w materiałach referencyjnych pozyskanych z banku genów Wa7643, Wa7644, Wa7645 oraz w liniach CWW 90/3, GA1b47, PBIS 98/85 pochodzących z własnej kolekcji pszenic (rys. 1). Brak prążka o długości 254 pz w odmianach wysokich potwierdził poprawność zastosowanych parametrów reakcji PCR. nr 585, 2016

162 162 D. Weigt, A. Kiel, J. Nawracała i in. Rys. 1. Reakcja PCR potwierdzająca występowanie markera allelu Rht-D1b w formach półkarłowatych pszenicy zwyczajnej oraz jego brak w genotypach wysokich Fig. 1. PCR reaction confirming the presence of 254 bp product specific for allele Rht-D1b in semidwarf genotypes of common wheat and its absence in high genotypes Tabela 4. Obecność markerów genu Rht-D1 w analizowanych genotypach pszenicy zwyczajnej Table 4. The presence of the markers of the Rht-D1 gene in analysed genotypes of common wheat Kolejność na żelu Genotyp Kraj pochodzenia odmiany Obecność produktu 264 pz (Rht-D1a) Obecność produktu 254 pz (Rht-D1b) 1 Antonińska Polska Ostka Strzelecka Polska PI USA PI USA Tonacja Polska Mobela Polska Korweta Polska Genou USA Batuta Polska Ludwig Austria Figura Polska Marikza Polska KWS Ozon Niemcy Nateja Polska Naridana Polska Wydma Polska Atlas USA Rosario brak informacji Muszelka Polska Bogatka Polska Leszczyńska Polska CWW 90/3 Polska - + Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

163 Identyfikacja genu karłowatości RHT-D1b Marker allelu Rht-D1b obserwowano w 4 z 20 badanych odmian pszenicy: Atlas, Rosario, Muszelka, Genou oraz ponownie potwierdzono jego obecność w genotypie CWW 90/3, stanowiącym jednocześnie kontrolę pozytywną dla tej reakcji (rys. 2). We wszystkich pozostałych badanych genotypach stwierdzono obecność markera allelu Rht-D1a generującego produkt o długości 264 pz (rys. 3). Rys. 2. Fig. 2. Reakcja PCR analizowanych odmian pszenicy zwyczajnej obrazująca produkty o długości 254 pz charakterystyczne dla markera DF2-MR2 genu Rht-D1b PCR analysis of selected common wheat varieties showing 254 bp product specific for DF2-MR2 marker of Rht-D1b gene Rys. 3. Fig. 3. Reakcja PCR analizowanych odmian pszenicy zwyczajnej obrazująca produkty o długości 264 pz charakterystyczne dla markera DF2-WR2 genu Rht-D1a PCR analysis of selected common wheat varieties showing 264 bp product specific for DF2-WR2 marker of Rht-D1a gene DYSKUSJA W obecnie uprawianych odmianach pszenicy najszerzej rozpowszechnione są geny karłowatości Rht-B1b i Rht-D1b powstałe w wyniku mutacji punktowych dzikich form genów Rht-B1a oraz Rht-D1a [Wurschrum i in. 2015, Peng i in. 1999]. Mutanty wy- nr 585, 2016