Slutrapport. Sortskillnader i mängdsammansättning av olika proteintyper och proteinpolymerer hos svenskt korn - projekt nr 59

Transkript

1 Slutrapport Sortskillnader i mängdsammansättning av olika proteintyper och proteinpolymerer hos svenskt korn - projekt nr 59 Sammanfattning Korn innehåller ett antal olika proteiner, tex hordeiner och Z proteiner, som inverkar på maltoch ölkvaliteten. För att uppnå en bra malt/ölkvalitet hos korn är det av högsta vikt med en bra sammansättning av proteinerna. Syftet med detta projekt var att undersöka variationerna i proteinsammansättningen hos det svenska kornmaterialet. Resultaten från detta projekt visade; En stor variation i proteinsammansättning kunde påvisas i det svenska maltkornsmaterialet. Generellt innehöll förädlingslinjerna mer extrema proteinsammansättningar än vad maltkornsorterna gjorde. Det finns alltså en bra potential för att använda proteinsammansättningen i maltkorn för förädling mot en bra proteinsammansättning med tanke på maltkornskvalitet. Emellertid visade sig odlingsförhållandena påverka kornsammansättningen ännu mer än vad sortvariationen gjorde. Temperaturen under odlingssäsongen spelar stor roll för proteinsammansättningen hos maltkorn. Mål och Syfte med projektet Syftet med detta projekt var att undersöka variationerna i proteinsammansättningen hos det svenska kornmaterialet. Inom ett annat projekt finansierat av SL-stiftelsen och Partnerskap Alnarp kommer den mest optimala proteinsammansättningen för svenskproducerat maltkorn att utvärderas. En större kunskap om den genetiska variationen i det svenska kornet med avseende på proteinsammansättningen samt vilken proteinsammansättning som är önskvärd hos maltkorn ökar möjligheterna till produktion av maltkorn med bra kvalitet. Resultat Relativ mängd av ett antal olika proteintyper undersöktes inom detta projekt. För varje proteintyp varierade mängden signifikant mellan de olika kornsorterna. Nedan följer en Tabell innehållande proteintyp analyserad, kornmaterial med högst respektive lägst mängd av den analyserade proteintypen (Tabell 1).

2 Tabell 1. Typ av protein analyserad i denna studie samt sammanställning av det kornmaterial med högst respektive lägst mängd av respektive proteintyp. Proteintyp Kornmaterial med högst mängd Kornmaterial med lägst mängd Polymeric protein Hdm , Sj Barabas Sj , SW Monomeric protein Nsl , SW SW 48305, SW Monomeric/polymeric protein SW 48104, SW Astoria, SW SDS-extractable protein SW 47817, SW Astoria SDS-unextractable protein D hordeins SW 48626, SW SW 48626, Sj Barabas, SW SW 48444, Prestige Prestige, Sj C hordeins SW 48305, SW Astoria, Nfc B hordeins Nsl , SW SW 48305, SW Små monomera proteiner inklusive Z proteiner SW Astoria, SW49329 Sortmaterialet spelade alltså en stor roll för proteinsammansättningen (de olika proteinparametrarna påverkades mellan 0.5 och 10% av kornsorten). Odlingen påverkade dock proteinsammansättningen i ändå högre grad (0.6-30% på respektive proteinparameter). Kornsorten och odlingen interagerade också med varandra och kombinationen av odling och sort var viktig för att bestämma proteinsammansättningen i provet. Ytterligare statistikanalyser, som tex principal component analys påvisade ytterligare tydligt att odlingen spelade större roll än kornsorten för att bestämma proteinsammansättningen i provet. Resultaten visade att den ena växthusodlingen (den med högst temperaturregim) verkade ge bäst proteinsammansättning ur ett ölbryggningsperspektiv. Detta innebar att maltkornet efter denna odling hade förhållandevis högre mängder monomera proteiner, SDS-lösliga proteiner, monomerer/polymerer samt små monomera proteiner inklusive Z proteiner jämfört med maltkornet från de andra två odlingarna. Den andra växthusodlingen (den med lägst temperatur) verkade däremot ge sämst proteinsammansättning ur ett ölbryggningsperspektiv. Detta innebär att denna odling gav förhållandevis stor mängd polymera proteiner, D och C hordeiner jämfört med kornet från övriga odlingar. Dessutom gav denna odling lägst mängd SDS-lösliga proteiner, monomerer, B hordeiner samt små monomera proteiner inklusive Z proteiner jämfört med övriga odlingar. Temperaturen under odlingen verkar således spela en stor roll för proteinsammansättningen hos maltkorn. Bakgrund Korn innehåller, liksom vete, ett antal olika proteiner. Lagringsproteinerna hos korn kallas för hordeiner och olika typer förekommer, s.k. B, C och D hordeiner. På liknande sätt som hos

3 vete har de olika hordeinerna namngivits, även om nomenklaturen inte är lika klar och koncis som den är tex för vetets högmolekylära glutenin subenheter (HMW glutenin subunits). För vete har de högmolekylära glutenin subenheterna använts i hög grad i förädlingsarbetet eftersom sammansättningen av dessa korrelerar starkt med bakningskvaliteten hos vetet. På liknande sätt har korrelationsanalyser mellan sammansättningen av specifika hordeiner och maltkvalitet undersökts. Olika forskargrupper på olika hål i världen har kunnat påvisa en viss korrelation mellan specifik hordeinsammansättning och maltkvalitet (ex Yamaguchi et al 1998, Echart-Almeida och Cavalli-Molina 2000). Redan 1994 (Peltonen et al 1994, Benetrix et al 1994) påbörjades undersökningar beträffande relationer mellan mängder av olika proteingrupper och maltkvalitet. Ett negativt samband mellan mängden D hordeiner och maltkvalitet har påvisats (Howard et al 1996), liksom ett negativt samband mellan kvoten D/B hordein (Peltonen et al 1994). Detta beror troligtvis på att D hordeinerna bär ansvaret för poymeriseringen av proteinerna hos kornet. I maltkorn från Argentina har mängden C hordein minskat och B hordein ökat i nyare kornsorter med bättre maltkvalitet jämfört med i äldre kornsorter (Passarella et al 2003). I försök i Spanien och Skottland har det påvisats att B hordein innehållet och sammansättningen betyder mer för vattenupptagningsförmågan hos korn under malttillverkningen än mängden lösligt beta glucan (Molina-Cano et al 2002). Mängden av olika hordeintyper påverkas både av kornsorten och av odling, väder och omgivningsförhållanden (Molina-Cano et al 2001). Mängden B hordein har också visat sig korrelera till ett lägre maltutbyte i korn (Alexis) odlat i norra Europa (Norden) jämfört med i södra Europa (Molina-Cano et al 2001). Utöver hordeinerna i korn finns sk Z proteiner, som visat sig spela roll för ölets kvalitet (Evans and Hejgaard 1999, Evans et al 1999, Kaneko et al 1999). Det finns minst 2 olika Z proteiner, Z4 (utgör ca 80% av Z proteinerna) och Z7 och Z proteinerna utgör huvudproteinerna i det färdiga ölet (Evans and Hejgaard 1999). Z proteinerna är värmeresistenta albuminer från serpingruppen av proteiner (Evans and Hejgaard 1999). Liksom de flesta övriga albuminer, är Z proteinerna vattenlösliga (Evans et al 1999). I det färdiga ölet har Z proteinerna korrelerats positivt till skumningsstabilitet och därmed anses en hög halt av dessa i det färdiga ölet vara gynnsamt (Evans et al 1999, Kaneko et al 1999). Z proteinerna har dock visat sig vara ölets allergener, dvs de proteinerna i ölet som kan ge upphov till allergisak reaktioner (Garcia-Casado et al 2001). Inom nyligen avslutade projekt vid SLU i Alnarp (finansierade av SL-stiftelsen och Partnerskap Alnarp), har vi kunnat påvisa att odlingsplatsen är den absolut viktigaste omgivningsparametern som bestämmer proteinsammansättningen hos maltkornet (Johansson 2010). Även kvävegivan spelar en viss roll samt placeringen av kvävegivan (Haby and Johansson 2009, Johansson 2010). Inom ett annat SL-stiftelsen/Partnerskapsprojekt har vi fått möjlighet att införskaffa ett minimälteri till SLU i Alnarp. Mälteriet är installerat och fungerar bra så att kornprover kan analyseras på detta (Johansson 2009).

4 Material och metod För att uppnå syftet med detta projekt, dvs att undersöka variationen i proteinsammansättningen hos det svenska kornmaterialet krävs det att ett stort antal maltkornssorter/förädlingslinjer analyseras med avseende på proteinsammansättningen. Det är också lämpligt att kornmaterialet är odlat under lite olika omständigheter, dvs under olika år eller på olika platser osv så att variationerna i proteinsammansättningen kan utvärderas. Mot denna bakgrund erhölls 72 olika kornsorter och förädlingslinjer från Svalöf Weibull hösten Eftersom Svalöf Weibull AB därefter beslutade att lägga ner förädlingen av maltkorn, kunde inte sortmaterialet odlas på fält under Därför odlades sortmaterialet upp i växthus istället i form av två uppodlingar med olika temperaturregimer under vintern 2006/2007. Därmed erhölls ett brett sortmaterial odlat under tre olika odlingsbetingelser. Proteinsammansättningen hos stråsäd analyseras normalt med HPLC. Proverna i detta projekt analyserades med sk SE-HPLC efter en tvåstegs extraktion av proteinerna från kornkärnan och RP-HPLC som inkluderar en trestegs extraktion av proteinerna och därefter analyser. Genom dessa metoder erhöll vi information beträffande vilken relativ mängd av polymera proteiner, monomera proteiner, monomerer/polymerer, SDS-lösliga proteiner, SDS-ej lösliga proteiner, D-, C-, B-hordeiner samt små monomera proteiner inklusive Z proteiner som de olika proverna innehöll. För att undvika utslag av felaktiga prover, analyserades tre replikat från varje prov. Kostnadsredovisning Kostnad för odling i växthus kr Skötsel av växtmaterial i växthus inkl sådd och skörd M-L Prieto-Linde kr SE-HPLC analyser, 3 odlingar x 72 linjer x 3 upprepningar = 648 prover x 2 analyser på varje kr SE-HPLC analyser, 3 odlingar x 72 linjer x 3 upprepningar = 648 prover x 3 analyser på varje kr Kostnader material och utrustning HPLC kr Kostnad resultatbearbetning och sammanställning av resultat kr TOTAL SUMMA för projektet kr Total summa för projektet är alltså kr. Totalt har erhållits från Formas/SLF och från Partnerskap Alnarp. Den överskjutande delen (45 155kr) är del i min lön för resultatsammanställning och bearbetning och täcks genom min lön på SLU. Kostnader för odling och produktion av det ursprungliga växtmaterialet täcktes av Svalöf Weibull. De erhållna medlen från Partnerskap Alnarp är således förbrukade. Referenser Benetrix F, Sarrafi A, Autran JC (1994) Cereal Chem 71: Echart-Almeida C, Cavalli-Molina S (2000) Genet Mol Biol 23: Evans DE, Hejgaard J (1999) J Institute Brewing 105: Evans DE, Sheehan MC, Stewart DC (1999) J Institute Brewing 105:

5 Garcia-Casado G, Crespo JF, Rodriguez J, Salcedo G (2001) J Allergy Clin Immunol 108: Howard KA, Gayler KR, Eagles HA, Halloram GM (1996) J Cereal Sci 24: Johansson E (2010) Proteiner i maltkorn påverkar ölkvaliteten. Fakta från Partnerskap Alnarp, Fakulteten för landskapsplanering, trädgårds-, och jordbruksvetenskap, Info nr 3, Johansson (2008) Tillgång till minimälteri i Alnarp ökade möjligheter att undersöka inverkan av odling på maltkvalitet hos korn. Fakta från Partnerskap Alnarp, Fakulteten för landskapsplanering, trädgårds- och jordbruksvetenskap, Info nr 6, Haby L, Johansson E (2009) Ökad skörd och bättre kvalitet hos maltkorn genom optimerad näringssammansättning och gödselplacering? Fakta från Partnerskap Alnarp, Fakulteten för landskapsplanering, trädgårds-, och jordbruksvetenskap, Info nr 10, Kaneko T, Hirota N, Yokoi S, Kanatani R, Ito K (1999) Breed Sci 49: Molina-Cano JL, Polo JP, Romera E, Araus JL, Zarco J, Swanston JS (2001) J Cereal Sci 34: Molina-Cano JL, Sopena A, Polo JP, Bergereche C, Moralejo MA, Swanston JS, Glidewell SM (2002) J Cereal Sci 36: Passarella VS, Savin R, Abeledo LG, Slafer GA (2003) Euphytica 134: Peltonen J, Rita H, Aikasalo R, Home S (1994) Hereditas 120: Yamaguchi O, Baba T, Furusho M (1998) Breed Sci 48: Publikationer från projektet Johansson E (2012) Proteinsammansättningen hos maltkorn sortvariationen är stor. Fakta från Partnerskap Alnarp, Fakulteten för landskapsplanering, trädgårds- och jordbruksvetenskap (under utarbetning och tryckning). Johansson E (2008) Cultivar variation in protein composition in malting barley (manuscript)