 |
BMe Kutatói pályázat |
|
Langó Bernadett
BMe kutatói pályázat - 2019
Oláh György Doktori Iskola
BME Vegyészmérnöki és Biomérnöki Kar, Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudományi Tanszék
Témavezető: Dr. Tömösközi Sándor
A tritikálé (X Triticosecale W.) humán célú felhasználását célzó kutatások
A kutatási téma néhány soros bemutatása
Kutatásomban a tritikálé gabonanövény élelmiszeripari felhasználási lehetőségeinek komplex táplálkozástani és technológiai vizsgálatával foglalkoztam, figyelembe véve a kémia (élelmiszer) és agrár (nemesítés) tudományterületek szempontjait is.
A kutatóhely rövid bemutatása
Kutatásomat a BME ABÉT Tanszékének Gabonatudományi és Élelmiszerminőség Kutatócsoportjában Dr. Tömösközi Sándor, és a szegedi Gabonakutató Nonprofit Kft. Gabonakémiai és Technológiai Laboratóriumában Dr. Bóna Lajos közös témavezetése mellett végeztem. Az egyetemi kutatócsoportom szakmai tevékenységét az élelmiszerminőséggel és a gabonavertikummal kapcsolatos oktatás, kutatás-fejlesztés alkotja, míg a Gabonakutató fő profilja gabonafélék, fehérje- és olajnövények nemesítése, valamint saját fajtáihoz vetőmag előállítása és kereskedelme.
A kutatás történetének, tágabb kontextusának bemutatása
A gabonafélék több ezer éve meghatározó szerepet töltenek be az emberi táplálkozásban. A fogyasztói attitűdökkel kapcsolatos változások (növekvő élelmiszerigény, egészségtudatosság, táplálkozással összefüggő betegségek előtérbe kerülése), illetve a környezeti tényezők átalakulása (klimatikus viszonyok változása, fenntarthatóság) azonban komoly kihívások elé állítják az élelmiszeripart és a mezőgazdaságot is, melyek egy részére kedvező alternatívát kínál fiatal gabonanövényünk, a tritikálé [1, 2].
A tritikálé (x Triticosecale Wittmack) az első ember által, a búza (Triticum sp.) és a rozs (Secale cereale) keresztezése révén létrehozott nemzetséghibrid, mely köztermesztésbe került (1. ábra). Története a 19. század második felében kezdődött, és abból célból hozták létre, hogy a búza terméspotenciálját és sütőipari minőségét a rozs ellenálló képességével (biotikus és abiotikus stressztűrés) egyesítsék [3]. A növény sikere nem maradt el, ma már több mint 4 millió hektáron termesztik világszerte [4]. Magyarország a kezdetektől úttörő szerepet vállalt a tritikálé növény létrejöttében, Kiss Árpád Kecskeméten állította elő a világ első stabil és termékeny fajtáit [5]. Az utóbbi évtizedekben hazánkban a tritikálénemesítés fellendült, Magyarország a világ 10 legjelentősebb tritikálétermelő országa közé tartozik [4].
1. ábra: Tritikálé növény, kalász és szemtermés (fajta: GK Szemes) (saját fotó)
A tritikálé felhasználása sokáig a takarmányozásra korlátozódott, mivel az első fajták beltartalmi és technológiai jellemzői gyengébbek voltak a várt, az étkezési búzához hasonló minőségtől. Az utóbbi évtizedek nemesítői munkája igyekezett a felhasználhatóságot befolyásoló tulajdonságokat javítani, így a tritikálé humán célú hasznosításával kapcsolatos kutatások és termékfejlesztések ismét megindultak. Az ehhez kapcsolódó ismeretek bővítése, főként a táplálkozástani és a technológiai tulajdonságok vizsgálata, a végtermék minőségét befolyásoló tényezők tanulmányozása, továbbá az összetétel és a funkció közötti összefüggések megértése azonban szükséges feltétele a további alapanyag és termékfejlesztésnek [2, 6].
A kutatás célja, a megválaszolandó kérdések
Kutatásom célja a szegedi műhely tritikálénemesítési anyagának komplex jellemzése volt a humán célra történő hasznosítás szempontjai szerint, amihez a következő kutatás célkitűzések lettek megfogalmazva:
● a feldolgozástechnológiai szempontból fontos kémiai jellemzők megismerése
● a táplálkozási és technológiai szempontból egyaránt meghatározó makromolekulák (szénhidrátok és fehérjék) részletes jellemzése
● a technológiai jellemzők vizsgálata, értékelése reológiai (dagasztási és viszkozitási) vizsgálatok és végterméktesztek segítségével
● a vizsgált jellemzők genetikai és környezeti változékonyságának értékelése
● az összetételi, táplálkozási, reológiai és végtermékjellemzők összehasonlítása a szülőnemzetségek (búza és rozs) egy-egy választott képviselőjének értékeivel
● a kémiai jellemzők és a technológiai paraméterek közötti összefüggések tanulmányozása, a tapasztalt jelenségek értelmezése.
Módszerek
Alapanyag: A munkám során a hexaploid tritikálé nemesítői anyagból a megfogalmazott vizsgálati céloknak megfelelően egy 10 genotípust tartalmazó mintacsoportot alakítottam ki, mely 7 előrehaladt, F4-6 generációs vonalat (Tc1, Tc2, Tc3, Tc4, Tc5, Tc6, Tc7), illetve 3 bejelentett fajtát (GK Rege, GK Idus, GK Szemes) foglalt magában. Összehasonlító mintaként átlagos minőségű, és az irodalomban részletesen jellemzett Jubilejnaja-50 (J-50) búza és Wibro rozs fajtákat használtam. A vizsgálatokhoz a minták teljes szem őrleményeit használtam fel.
Mérési módszerek: A beltartalmi összetételt (fehérje, zsír, keményítő, hamu, élelmi rost, ásványi anyagok) a vonatkozó szabványokban meghatározottak szerint mértem. A specifikus komponensek esetén irodalmi módszerekkel dolgoztam, több esetben nemzetközi együttműködések keretében. A rostalkotók közül az arabinoxilánok, a β-glükán és a rezisztens keményítő mennyiségi meghatározását végeztem el. A keményítő tulajdonságainak (granulaméret, amilóz-amilopektin arány, amilopektin lánchossz, hidrolízis) analízisét a kanadai University of Saskatchewan egyetemen végeztem. A fehérjetulajdonságok (sikérmennyiség, gliadin- és gluteninfrakció- arányok) meghatározásánál a búzafehérjék vizsgálatára kifejlesztett módszert vettem alapul. A technológiai jellemzők vizsgálatát az oldószerkötő képesség (SRC) meghatározásával kezdtem az amerikai Michigan State University egyetemen. A reológiai tulajdonságokat a Mixolab módszerrel tanulmányoztam. Az enzimaktivitással kapcsolatos vizsgálatok (esésszám, α-amiláz-aktivitás) az ausztrál University of Sydney narrabri-i nemesítő intézetével együttműködésben történtek. Emellett végtermékteszteket (mikro kenyérsütés) is végeztem.
Eddigi eredmények
A makrokomponensek vizsgálata során megállapítottam, hogy a vizsgált tritikálé fajták és vonalak beltartalmi összetétele hasonlít a szülőnemzetségekéhez: a búza és a rozs közötti értékeket mutat (2. ábra). A GK Idus fajtának kimagasló nyersfehérje-, nyerszsír- és élelmirost-tartalma van, míg a GK Regének magas a nyerszsír- és oldható élelmirost-tartalma a többi vizsgált tritikáléhoz viszonyítva. A GK Szemes stabilan átlagos értékeket mutat az összes vizsgált paraméterben. A törzsek közül a Tc2, Tc4 és Tc5 kiemelkedően teljesítettek [S1].
2. ábra: Makrokomponens összetétel a vizsgált búza- (A), tritikálé- (B) és rozsmintákban (C) (n=10 genotípus, 3 évjárat és 2 termőhely adatainak átlaga)
A tritikálé élelmi rostok jellemzése során az oldható rostok és a rostalkotó arabinoxilánok jellemzően nagyobb arányát írtam le a kontroll búzafajtához viszonyítva, mely táplálkozás-élettanilag előnyös [S2]. Kimutattam, hogy a makrokomponensek a szignifikáns genotípusos hatás mellett a környezeti hatásoktól (termőhely, évjárat) is kis mértékben függnek, továbbá számos kölcsönhatás is kimutatható a vizsgált faktorok között, tehát a szelekció során ezekre is figyelemmel kell lenni a nemesítőknek [S1, S4].
Az ásványi anyagokat vizsgálva a genotípusos hatást minden elem esetén szignifikánsnak találtam. A varianciaanalízis megerősítette a szignifikáns termőhely- és évjárathatást is. Az erős környezeti befolyásoltság mellett is a vizsgált szegedi tritikáléfajták és -törzsek ásványianyag-összetételben a Ca, Mg, Cu és Zn esetén évjárattól és termőhelytől függetlenül szignifikánsan magasabb értékekkel rendelkeztek mind a búza, mind a rozs kontrollhoz képest.
A technológiai tulajdonságok vizsgálatát az SRC-meghatározással kezdtem. Az eredmények alapján kialakított profilok szerint a vizsgált tritikálé genotípusok fele (GK Rege, GK Szemes, Tc4, Tc5, Tc7) az összehasonlító búza fajta profiljával mutatott hasonlóságot (3. ábra). Ez alapján ezen genotípusokban számítottam a legkedvezőbb végtermék-tulajdonságokra, mely feltételezést később a mikro kenyérsütési teszt is alátámasztotta [S2].
3. ábra: SRC profilok tritikálé fajták (A) és vonalak (B) esetén a búza és rozs kontrollhoz viszonyítva
(VSRC= vizes SRC, SZASRC= szacharózos SRC, TSRC= tejsavas SRC, NaSRC= NaCO3-os SRC)
A Mixolab mérés segítségével képet kaptam mind a dagasztási, mind a viszkózus tulajdonságok alakulásáról tészta rendszerben. A vizsgált tritikálék dagasztási tulajdonságai bár elmaradnak a búza optimális értékeitől, a rozshoz képest a kialakuló fehérjehálózat stabilabb. A tészta rendszerben a tritikálé viszkozitása alacsonyabb, de a gélesedés hatására kialakult szerkezet stabilitása jó, ez a végtermékre nézve előnyös tulajdonságokat (jobb eltarthatóság, kedvezőbb konzisztencia) jelez. A genotípusok közötti különbségeket felhasználva az egyes fajták különböző célú felhasználásra szelektálhatók. A részletes fehérje- és szénhidrát vizsgálati eredményeket felhasználva, összefüggéseket állapítottam meg a tritikáléban tapasztalt reológiai viselkedés fehérje (sikértartalom, sikérfehérjékben talált különbségek), valamint szénhidrát (vízoldható arabinoxilánok, keményítő összetétel) hátteréről is (4. ábra) [S3].
A tritikáléban megfigyelt alacsony viszkozitás enzimatikus hátterét vizsgálva azt találtam, hogy ezen tulajdonságok kialakításában nemcsak az emelt szintű hidrolitikus enzimaktivitás (elsősorban amilázok) áll, hanem szemfizikai, beltartalmi (nyersfehérje, cukrok) és keményítő tulajdonságok (szemcseméret, amilopektin lánchossz, hidrolízis jellemzők) is. Így megerősítettem azt a felvetést, hogy a tritikálé viszkózus tulajdonságok minősítését a búzától eltérő módon érdemes az enzimek kiiktatásával végezni, így pontosabb kép kapható a viszkózus jellemzőkről.
4. ábra: A vizsgált három tritikáléfajta, valamint a kontrollbúza és -rozsfajták Mixolab- görbéi, és az eltérések hátterében álló tulajdonságok
A teljes őrleményből készült mikrotritikálé-kenyerek a búzakontrollhoz hasonló nagyobb térfogattal és kisebb tömeggel jellemezhetők, a bélzettulajdonságok is a búzakenyérrel mutatnak hasonlóságot (5. ábra). A Tc4 és Tc5 vonalak, valamint a GK Rege és a GK Szemes tritikáléfajta mutatta a legnagyobb hasonlóságot a búzával, ami az SRC- vizsgálatokból várható volt. A statisztikai eredmények alapján a rostok jelenléte, ezáltal az összetétel módosulása csökkenti a fehérjék és keményítő által ismert módon befolyásolt tulajdonságok közötti különbséget, így teljes őrlemény alkalmazásával a búzához hasonló, optimális végtermék-tulajdonságok érhetők el [S2].
5. ábra: A búza (A), tritikálé (GK Szemes fajta) (B) és a rozs (C) teljes őrleményből készült mikrokenyerek és bélzetük felvételei
Az összefüggés-vizsgálatokkal igazoltam, hogy a négy vizsgált oldószer közül a tejsavas SRC-módszer alkalmas arra, hogy közvetett módon következtetni lehessen a sütőipari végtermék tulajdonságaira (kenyértömeg (-0,65; p<0,01), kenyértérfogat (0,75; p<0,05)). Mivel a módszer egyszerű, és kevés mintamennyiséget igényel, így akár korai nemesítési fázisban – amikor még nem áll rendelkezésre nagy mintamennyiség a mintaigényes reológiai és sütési tesztek elvégzésére – alkalmazható. Ezáltal a szelekció megkönnyíthető, a nemesítés hossza is akár lerövidíthető, mely jelentős segítség a nemesítés számára [S2].
Az eredmények alapján elmondható, hogy a modern tritikálé-genotípusok a szülőnemzetségekhez hasonlóan jól alkalmazhatók humán célú felhasználásra. Minden vizsgált paramétert figyelembe véve munkám során azonosítottam olyan tritikáléfajtákat, melyek összetételi és technológiai tulajdonságaik szerint nemcsak alkalmasak, de előnyösek is lehetnek az élelmiszeripari alkalmazásra és bevezetésre. Az egyes vonalak felhasználhatók a nemesítésben speciális nemesítési célok (élelmirost-tartalom, az oldható rostarány és az arabinoxilántartalom növelése, sikérfehérje-összetétel, valamint keményítő-összetétel módosítása) elérésére [S5, S6].
Várható impakt, további kutatás
1. Elméleti kutatás:
Az eredmények értékes információkkal szolgálnak a tritikálé táplálkozástani tulajdonságairól, illetve a növényben tapasztalható technológiai minőség fehérje- és szénhidráthátteréről, illetve azok genotípustól és környezettől függő változékonyságáról. Kutatómunkám 2017-ben a K&H “Fenntartható Agráriumért” ösztöndíjpályázatán PhD kategóriában I. díjban részesült.
2. Gyakorlati eredmények:
Az eredmények iránymutatók a minőség további javítására a nemesítés során. A jövőben új, táplálkozástanilag előnyösebb, illetve kedvezőbb technológiai jellemzőkkel rendelkező fajták hozhatók létre, melyek segíthetnek megőrizni a magyar fajták pozícióját a vetőmagpiacon.
6. ábra: A Szegedi Sütödék Kft. által forgalmazott tritikálé cipó
Mivel tritikálé esetén a humán célra történő felhasználhatóság szempontjaival ilyen átfogó értékelés nincs, így a dolgozat eredményei jó alapot biztosítanak a tritikálé minősítési rendszerének kialakítására, illetve hozzásegítik az ipart a felhasználhatóság paramétereinek pontosabb definiálásához. Ezen eredmények segítenek a növény élelmiszeripari felhasználási lehetőségeinek kialakításában és a további termékfejlesztésben. A témához kapcsolódó pályázat (GOP 1.1.1.-11-2012-0044) eredményeként a dél-alföldi pékségek elkezdték a tritikálé liszt felhasználásával készült pékipari termékek forgalmazását „Szögedi Rozsbuza” védjegy alatt (6. ábra).
Saját publikációk, hivatkozások, linkgyűjtemény
Kapcsolódó saját publikációk listája.
[S1] B. Langó, L. Bóna, E. Ács, S. Tömösközi. Nutritional features of triticale as affected by genotype, crop year, and location. Acta Alimentaria, 46:(2) pp. 238–245. DOI: 10.1556/066.2017.46.2.14 (2017) IF: 0,384
[S2] B. Langó, L. Bóna, P. K. W. Ng, E. Ács, K. Török, S. Tömösközi. Evaluation of carbohydrate properties and end-use quality of hexaploid triticale and its relationship to solvent retention capacity. Journal of Cereal Science, 84, pp. 95–102. (2018) DOI: 10.1016/j.jcs. 2018.10.005 IF: 2,302
[S3] B. Langó, S. Jaiswal, L. Bóna, S. Tömösközi, E. Ács, C. Ravindra. Grain constituents and starch characteristics influencing in vitro enzymatic starch hydrolysis in Hungarian triticale genotypes developed for food consumption. Cereal Chemistry, 95:(6), 861–871. (2018) DOI: 10.1002/cche.10104 IF: 1,138
[S4] Langó B., Bóna L., Ács P., Tömösközi S. Szegedi tritikálé genotípusok beltartalmi összetételének jellemzése. Élelmiszer-Tudomány Technológia, LXX:(3) pp. 20–25. (2016) IF:-
[S5] L. Bóna, E. Ács, C. Lantos, S. Tömösközi, B. Langó. Human utilization of triticale: technological and nutritional aspects. Communications in Agricultural and Applied Biological Sciences, 79:(4) pp. 139–152. (2014) IF:-
[S6] Langó B., Ács E., Tömösközi S., Bóna L. Szemfizikai- és kémiai jellemzők változása tritikálé szülő-utód párosokban. Acta Agronomica Óváriensis, 59:(1) pp. 13–26. (2018) IF:-
Egyéb publikációk listája.
B. Langó, A. G. Fehér, B. Z. Bicskei, E. Jaksics, R. Németh, D. Bender, S. D’Amico, R. Schoenlechner, S. Tömösközi. The effect of different laboratory-scale sample preparation methods on the composition of sorghum (Sorghum bicolor L.) and millet (Panicum miliaceum L.) milling fractions. Periodica Polytechnica Chemical Engineering, 62:(4) pp. 426–431. (2018) IF: 0,877
R. Németh, D. Bender, E. Jaksics, M. Calicchino, B. Langó, S. D’Amico, K. Török, R Schhoenlechner, S. Tömösközi. Investigation of the effect of pentosan addition and enzyme treatment on the rheological properties of millet flour based model dough systems, Food Hydrocolloids, 94, pp. 381–390. (2019) IF: 5,089
S. D'Amico, J. Mäschle J, M. Jekle, S. Tömösközi, B. Langó, R. Schöenlechner. Effect of high temperature drying on gluten-free pasta properties. LWT-Food Science and Technology, 63:(1) pp. 391–399. (2015) IF: 3,129
S. D'Amico, R. Schöenlechner, S. Tömösközi, B. Langó. Proteins and amino acids of kernels. In: Haros C. M., Schoenlechner R. (szerk.) Pseudocereals: Chemistry and technology. Hoboken (NJ): John Wiley and Sons Ltd., pp. 94-118. (2017) ISBN: 978-111-8938-28–7
S. Tömösközi, B. Langó. Buckwheat: Its unique nutritional and health-promoting attributes. In: Taylor J., Awika J. (szerk.) Gluten-free ancient grains: cereals, pseudocereals, and legumes: sustainable, nutritious, and health-promoting foods for the 21st century. Cambridge: Woodhead Publishing Ltd., pp. 161–177. (2017) ISBN: 978-008-1008-66-9.
E. Ács, L. Bóna, B. Langó, K. Ács, P. Pepó, I. M. Petróczi. The analysis of flour blends as affected by behavior of two different quality flours of triticale under different fertilizer treatments. Agrártudományi Közlemények/Acta Agraria Debreceniensis, (70) pp. 5–8. (2016) IF:-
Ács E., Bóna L., Langó B., Véha A., Pepó P., Petróczi I. Szegedi tritikálé fajták fontosabb minőségi jellemzőinek változása műtrágyázási tartamkísérletben. Agrártudományi Közlemények/Acta Agraria Debreceniensis, (67) pp. 21–26. (2016) IF:-
Linkgyűjtemény.
Hivatkozások listája.
[1] Shewry, P. R., Hey, S. (2015). The contribution of wheat to human diet and health. Food and Energy Security, 4, 3, 178–202.
[2] Pena, R. J. (2004). Food uses of triticale. FAO Plant Production and Protection Paper, 179, 37–48.
[3] Darvey, N. L., Naeem, H. and Gustafson, J. P. (1991). Triticale: production and utilization. In: Kulo K., Ponte J. G. Jr. (Eds.) Handbook of Cereal Science and Technology. New York: Marcel Dekker. pp. 257–274.
[4] FAOSTAT (2017). Hozzáférhető: http://www.fao.org/faostat/en/#data/QC
[5] Kiss, Á. (1968). Triticale, a homok új gabonája. Mezőgazdasági Kiadó, Budapest. pp 10, 179.
[6] McGoverin, C. M., Snyders, F., Muller, N., Botes, W., Fox, G. and Manley, M. (2011). A review of triticale uses and the effect of growth environment on grain quality. Journal of the Science of Food and Agriculture, 91, 7, 1155–1165.