Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav Technologie potravin Sladovnická jakost ječmene po hnojení sírou Diplomová práce Vedoucí práce: Dr. Ing. Luděk Hřivna Vypracoval: Tomáš Radoch Brno 2009
PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma Sladovnická jakost ječmene po hnojení sírou vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Diplomová práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana AF MZLU v Brně. dne. podpis diplomanta 2
Poděkování: Děkuji vedoucímu diplomové práce Dr. Ing. Luďku Hřivnovi za odborné vedení, cenné rady a pomoc při sestavování diplomové práce. 3
ABSTRAKT V rámci maloparcelních polních pokusů založených na pozemcích ZP Agrospol Velká Bystřice na Olomoucku byl sledován v letech 2005-2008 vliv aplikace dusíku a síry v různých typech dusíkatých hnojiv na výnos a technologické parametry zrna ječmene. Výnos i technologické parametry zrna byly značně ovlivněny ročníkem. Aplikace dusíkatých hnojiv se sírou zvyšovala za sledované období při dávce 30 kg.ha -1 N výnos zrna o 4,0 % a při 50 kg.ha -1 N o 2,1 % oproti dusíkatým variantám bez síry. Nižší dávka N v kombinaci se sírou snižovala obsah škrobu v průměru o 0,17%, naopak u vyšší dávky N síra přispěla k nárůstu škrobu o 0,43%. Naproti sírou nehnojeným variantám společná aplikace N a S snižovala při nižší dávce dusíku obsah dusíkatých látek v zrnu o 0,1%, naopak kombinace vyšší dávky N se sírou vedla k nárůstu o 0,06% oproti sírou nehnojené variantě. Klíčová slova: ječmen, hnojení, dusík, síra, kvalita. 4
ABSTRACT In 2005-2008 in small-plot field trials established on plots of the Agrospol agricultural enterprise in Velká Bystřice near Olomouc we explored the effect of nitrogen and sulphur applied in various types of nitrogenous fertilisers on yields and technological parameters of barley grain. The weather conditions of the year considerably affected yields and technological parameters of grain. The application of nitrogenous fertilisers with sulphur in dose of 30kg.ha -1 N and 50kg.ha -1 N increased grain yields by 4.0% and 2,1%, respectively, compared to variants without sulphur. Decreased dose of N in combination with sulphur made the content of starch going down in average for 0,17%. Other way by increased dose of N the sulphur helps the content of starch going up for 0,43%. Fertilizing with N and S decreased content of N substance in seed for 0,1%, by contrast combination of increased N and sulphur conduced to grow of 0,06% against non sulphur fertilized variety. Key words: barley, fertilisation, nitrogen, sulphur, quality. 5
Tato práce vznikla s finančním přispěním MŠMT v rámci Výzkumného centra pro studium obsahových látek ječmene a chmele 1M0570. 6
OBSAH 1 ÚVOD...9 2 CÍL PRÁCE...11 3 LITERÁRNÍ PŘEHLED...12 3.1 Morfologie sladovnického ječmene a jeho technologické parametry...12 3.1.1 Obilka a její chemické složení...12 3.1.2 Růst a vývoj ječmene...14 3.1.3 Technologické parametry sladovnického ječmene...15 3.1.3.1 Vlhkost...15 3.1.3.2 Obsah bílkovin...15 3.1.3.3 Obsah škrobu...16 3.1.3.4 Klíčivost, klíčivá energie a rychlost klíčení...17 3.1.3.5 Objemová hmotnost...17 3.1.3.6 Hmotnost tisíce zrn (HTZ)...17 3.1.3.7 Třídění zrna (přepad zrn na sítě 2,5 mm a 2,8 mm)...18 3.2 Vliv agroekologických faktorů...18 3.3 Vliv výživy a hnojení na růst, vývoj, výnos a kvalitu zrna jarního ječmene..19 3.3.1 Příjem a úloha dusíku ve výživě jarního ječmene...20 3.3.2 Vliv dusíku na kvalitu zrna sladovnického ječmene...22 3.3.3 Projevy deficitu dusíku...23 3.3.4 Projevy nadbytku dusíku...24 3.3.5 Příjem a úloha síry ve výživě jarního ječmene...24 3.3.6 Vliv síry na kvalitu zrna sladovnického ječmene...26 3.3.7 Projevy deficitu síry...27 3.3.8 Projevy nadbytku síry...28 3.3.9 Úloha dalších živin ve výživě jarního ječmene...28 3.4 Technologické parametry sladu a jejich ovlivnění...28 3.4.1 Extrakt v sušině sladu a relativní extrakt (RE) při 45 C...29 3.4.2 Obsah β glukanů...29 3.4.3 Kolbachovo číslo...29 3.4.4 Diastatická mohutnost...30 3.4.5 Konečný (dosažitelný) stupeň prokvašení...30 3.4.6 Friabilita...30 7
3.4.7 Citlivost na vodu...30 3.4.8 Obsah prekurzorů dimethylsulfidu (PDMS)...31 3.4.9 Vliv dusíku na kvalitu sladu...31 3.4.10 Vliv síry na kvalitu sladu...31 3.5 Vliv hnojení sladovnického ječmene dusíkem a sírou na kvalitu piva...32 3.5.1 Vliv dusíku...32 3.5.2 Vliv síry...32 4 MATERIÁL A METODY...34 4.1 Založení pokusu...34 4.1.1 Charakteristika odrůdy...36 4.1.2 Základní agrotechnické údaje...37 4.1.3 Schéma pokusu...37 4.2 Sklizeň pokusu...39 4.3 Vyhodnocení výsledků...39 5 VÝSLEDKY A DISKUZE...40 5.1 Porovnání a charakteristika ročníků...40 5.2 Hodnocení výnosu zrna a jeho kvality v jednotlivých letech...41 5.3 Hodnocení výnosu zrna a jeho kvality podle variant...42 5.4 Hodnocení vlivu dávky N na výnos a kvalitu zrna...43 5.5 Hodnocení vlivu dávky S a poměru N/S aplikovaném v hnojivu na výnos a kvalitu zrna...45 5.6 Hodnocení výnosu a kvality zrna dle použitého typu hnojiva...47 6 ZÁVĚR...49 7 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY...51 PŘÍLOHY 8
1 ÚVOD Ječmen na pivo, pšenice na koláče, oves pro koně. F.O.Poupě, 1753-1805 Ječmen patří mezi nejrozšířenější zemědělské plodiny na světě. Za oblast původu je považována oblast blízkého východu, odkud se později (7. - 4.tis. p. n. l.) dostal k nám do Evropy. Dějiny jeho pěstování sahají až do doby počátku hospodaření a je spolu s pšenicí druhou nejstarší obilninou. Na počátku 13. století se začal pěstovat i na území dnešní ČR a sloužil převážně jako potravina (např. na výrobu chleba) a krmivo. Na sladování a vaření piva se v té době využívala spíše pšenice, a to přibližně do 17. století, kdy byla postupně vytlačena ječmenem v podobě ječmenu dvouřadého. Následovala éra šlechtění ječmenů a vytváření vhodnějších osevních postupů, to vedlo ke zvyšování výnosů a kvalit ječmene. Tato snaha přetrvává dodnes, protože poznání a možnosti jarního ječmene nejsou dosud vyčerpány. Sladovnický ječmen u nás v současnosti představuje jednu z nejvýznamnějších obilovin. Má zde velmi vhodné podmínky (půda, klima apod.) pro pěstování, což potvrzuje silná tradice jeho pěstování a vývoz kvalitního sladu. Termín sladovnický ječmen je používán pro kvalitní jarní ječmen od 40.let 19.století. Za sladovnický ječmen se považuje ječmen jarní dvouřadý Hordeum vulgare varieta nutans, určený na výrobu pivovarského sladu, povolených odrůd, splňující při dodávce jakost dle normy. Přibližně 2/3 produkce ječmene se u nás zkrmují, v závislosti na kvalitě ročníku. S rozvojem vědeckých poznatků, neustálým vývojem technologií ve výrobě sladu (piva) a důrazem na kvalitu sladu se dnes sladovnický ječmen a slad hodnotí podle mnoha ukazatelů. Mezi ně patří především: extrakt v sušině sladu, aktivita enzymů, obsah bílkovin a škrobu v obilce, relativní extrakt při 45 C, Kolbachovo číslo (podíl dusíkatých látek, které přejdou při rmutování ze sladu do sladiny), dosažitelný stupeň prokvašení, friabilita (křehkost sladu), obsah β-glukanů. Z dalších je to potom klíčivost, HTZ, objemová hmotnost, podíl plných zrn, vlhkost a jiné. Pozornost se začala věnovat také obsahu dimethylsulfidu a jeho prekurzorů obsahujících síru. Tj. látek, které můžou nepříznivě ovlivnit některé senzorické vlastnosti piva, především jeho chuť a vůni. Správný výběr odrůdy, způsobu hnojení, ošetřování a vhodná předplodina vedou jak ke zvýšení výnosu, tak i k dosažení lepší kvality zrna. Záleží tedy, mimo jiné, na 9
výběru vhodného hnojiva a výpočtu dávky potřebných živin s ohledem na použitou předplodinu. Cílem této práce bylo posoudit, jak se může diferencovaná výživa dusíkem a sírou projevit na technologické kvalitě zrna ječmene. 10
2 CÍL PRÁCE V rámci maloparcelních polních pokusů založených v katastru ZP Agrospol Velká Bystřice u Olomouce byl zjišťován vliv aplikace dusíku a síry na výnos a technologické parametry zrna sladovnického ječmene odrůdy Jersey. 11
3 LITERÁRNÍ PŘEHLED 3.1 Morfologie sladovnického ječmene a jeho technologické parametry Rostlina ječmene je tvořena kořenovou soustavou, stéblem, listy, květy a obilkami. Obilku tvoří tři základní části: obal, zárodek a endosperm. 3.1.1 Obilka a její chemické složení Obilka zrno se skládá ze tří hlavních částí: 1) z obalů (oplodí a osemení, které kryje pluška a plucha chránící zrno před vlivy prostředí), 2) ze zárodku, který podmiňuje klíčení a je základem budoucí rostliny, 3) z endospermu, který obsahuje zásobní látky důležité pro počáteční fáze klíčení. Svrchní část endospermu se nazývá aleuronová vrstva. Její buňky obsahují zásobní bílkoviny, tuk a v menším množství i škrobová zrna. Buňky aleuronové vrstvy jsou prostředím aktivace enzymatické činnosti na počátku klíčení a ohniskem, z něhož se působení enzymů šíří do celého endospermu (Skládal, 1967). Plně vyzrálá ječná obilka obsahuje 12 14 % vody. Nižší procento je nepřijatelné, neboť voda je součástí buněčné protoplazmy a její nižší obsah by měl negativní vliv na technologickou jakost. Naopak vyšší procento vlhkosti by způsobilo problémy při skladování (samozahřívání, plesnivění aj. ). Ze sacharidů je nejvíce zastoupenou složkou škrob (60 65% v sušině zrna i více) je škrob (Zimolka a kol., 2006). Škrob je rezervním polysacharidem a zásobárnou živin pro klíček v době jeho klíčení. V cytoplazmě rostlinných buněk je uložen v nerozpustných granulích. Ve zralém zrnu je škrob zastoupen výlučně v endospermu, ale není zde rozmístěn pravidelně (Kulovaná, 2002). Zrna ječmene obsahují 10 14% neškrobových polysacharidů (celulózy, ligninu a gumových látek). Jsou stavebními polysacharidy, neboť jsou základem a nosným skeletem rostlinných pletiv. Dusíkaté látky tvoří významnou složku organických látek zrna ječmene. Jejich obsah je však velmi ovlivňován agroekologickými podmínkami během pěstování a odrůdou. Tvorba dusíkatých látek je založena na přijmu N z půdy a obsahu organických 12
kyselin, vznikajících jako meziprodukty štěpení sacharidů. Obsah bílkovin v zrnu je přibližně 10,8%. (Zimolka a kol., 2006). Obr.1 Podélný řez obilkou (Kunze, 1994) 1) Zárodek vegetačního vrcholu 2) Zárodky listů 3) Zárodek kořínku 4) Štítek 5) Vrstva epitelových buněk 6) Endosperm 7) Vrstva prázdných buněk endospermu 8) Aleuronová vrstva 9) Osemení 10) Oplodí 11) Plucha Albuminy představují 4% a Globuliny asi 18% všech bílkovin v ječmeni. Zásadní technologický význam se přisuzuje beta globulinu, který při ph 4,9 a vysokém obsahu síry tvoří zákaly piva. Hordeiny tvoří největší podíl z celkového obsahu bílkovin (asi 37 %) a jsou uloženy hlavně v aleuronové vrstvě. Jsou to zásobní bílkoviny, jejichž množství je značně ovlivněno zásobou přijatelného dusíku v půdě. Určité složky hordeinu jsou součástí koloidních zákalů piva. Gluteliny jsou v celkovém množství bílkovin zastoupeny asi z 32% a nacházejí se převážně v aleuronové vrstvě. Většinou přecházejí do mláta. Při jejich zvýšeném obsahu lze předpokládat horší rozluštění sladu. Anorganické látky (popeloviny) tvoří přibližně 2 až 3 %. Množství jednotlivých minerálních látek v rostlině je značně ovlivněno jejím zásobením živinami během růstu i zrání a podmínkami při pěstování. Význam mají stopové prvky např. zinek, mangan, 13
měď a bor, které jsou důležité pro činnost řady enzymů nebo koenzymů (Kulovaná, 2002). 3.1.2 Růst a vývoj ječmene Změny probíhající během životního cyklu (ontogeneze) souhrnně nazýváme růstem a vývojem. Zahrnují období od nabobtnání a vyklíčení obilky až do vytvoření nové obilky. Za růstové změny považujeme kvantitativní přírůstky organické hmoty (růst a diferenciaci rostlinných buněk a pletiv), vznik rostlinných orgánů a jejich architekturu prostorové uspořádání. Souběžně probíhají kvalitativní změny (diferenciace), které vedou k přechodu rostlin z vegetativního do generativního období, vrcholícího vytvořením reprodukčních orgánů (zrna). Zatímco k zajištění růstu je třeba, aby vegetační faktory (živiny, voda, vzduch) měly rostliny k dispozici alespoň v minimálním množství, k průběhu vývojových změn (diferenciaci generativních orgánů) potřebují splnění limitovaných požadavků na vnější faktory (vývojové požadavky), hlavně teplotní a světelné, v určité výši, působících v konkrétním časovém rozsahu (délka světelného dne) (Zimolka a kol., 2006). Tab. 1 Makrofenologická stupnice ječmene (Zimolka a kol., 2006) Fáze růstu a vývoje DC Výsev 00 Vzcházení - vývoj 1. až 3.listu (4. list vyrůstá) 09 13 Počátek odnožování 21 Hlavní odnožování 25 Konec odnožování 29 Začátek sloupkování 30 Stádium 1. kolénka 31 Stádium 2. kolénka 32 Začátek naduřování pochvy posledního listu 43 Naduřelá pochva 45 Viditelné osiny vyčnívající z pochvy 49 Začátek metání 51 Konec metání 59 Kvetení 61 69 Tvorba zrna až zralost 71-92 14
3.1.3 Technologické parametry sladovnického ječmene Požadavky na zrno ječmene setého jako zemědělského výrobku určeného na výrobu pivovarského sladu stanovuje norma ČSN 46 1100-5 platná od 1.1.2006, viz. tabulka 2 (Psota, 2007). Tab. 2 Hodnoty jakostních ukazatelů ječmene sladovnického (ČSN 46 1100-5) Parametr Limitní hodnota Barva pluchy žlutá i méně vyrovnaná Vlhkost v hm. % nejvýše 15,0 Přepad zrna nad sítem 2,5 mm v hm.% nejméně 85,0 Zrnové příměsi sladařsky nevyužitelné v hm.% nejvýše 3,0 Zrnové příměsi sladařsky částečně využitelné v hm.% nejvýše 6,0 Neodstranitelná příměs v hm. % nejvýše 1,0 Klíčivost (H2O2) v % z celkového počtu zrn nejméně 96,0 Obsah dusíkatých látek v sušině (N x 6,25) v hm. % a) nejméně 10,0 b) nejvýše 12,0 3.1.3.1 Vlhkost Suché zrno (do 14% obsahu vody) výrazně omezuje všechny fyziologické a biochemické procesy. Omezuje se i růst mikroorganismů a rozvoj skladištních škůdců. Pro vlhkost zrna jsou rozhodující především podmínky v době dozrávání a při sklizni. Optimální vlhkost je 12 14 %. Je-li jeho vlhkost vyšší, je třeba ho před uskladněním sušit na optimální vlhkost, jinak by mohlo dojít k samozahřívání a poškození zrna (Kosař, 1997). Naopak pokud klesne vlhkost pod 10 %, dojde k porušení enzymatické rovnováhy a ke snížení klíčivosti (Pelikán, 1996). 3.1.3.2 Obsah bílkovin Obsah všech organických dusíkatých látek v zrně (proteinů, peptidů, aminokyselin) převedených mineralizací podle Kjeldahla na anorganickou amonnou 15
formu a následně stanovených destilací. Pro stanovení obsahu hrubých bílkovin v zrně je možné použít i nechemické NIR a NIT metody. V tomto případě je nutné provést kalibraci na standardní metodu podle Kjeldahla. Obsah bílkovin se získá pomocí přepočítávacího faktoru. Ten má pro ječmen hodnotu 6,25. Obsah hrubých bílkovin v zrně ječmene je důležitým parametrem ječmene určující jeho použití pro sladovnické účely (Kulovaná, 2002). Bílkoviny v technologickém procesu ovlivňují: pomnožení kvasinek, pěnivost, plnost, chuť a koloidní stabilitu piva. Příliš nízký obsah se může projevit poruchami při kvašení, nižší pěnivostí, ale i prázdnější chutí. Naopak vyšší obsah se projevuje snadnějším zahříváním díla při klíčení, jež má za následek zhoršenou stabilitu piva a náchylnost ke chladovým zákalům. Dochází k potížím při scezování (pomalé stékání sladiny), k nižšímu prokvasu a ke zhoršení celkové jakosti, zejména chuti piva. Jsou však vhodnou surovinou pro výrobu speciálních sladů a tmavých piv, neboť tvorba aromatických a barevných látek je závislá na štěpných produktech bílkovin (Pelikán a kol., 2002). Optimální hodnoty tohoto znaku se pohybují v oblasti 10,7 11,2 % v sušině. Vezmeme-li jako základ obsah 10,5% bílkovin, při jeho zvýšení o 1% klesá extraktivnost sladu o 0,8% (Kosař, 2000). Pro zajištění výroby kvalitních sladů by neměla být překročena u ječmene hranice 11,5 %. Pokud má vyšší obsah, je potřeba upravit technologické postupy, které jsou pracnější, náročnější na řízení a mají vyšší provozní náklady i když ne vždy s odpovídajícím efektem. Obsah bílkovin ječmene pod 10 %, případně i 9 % je pro pivovarský průmysl nežádoucí (Kosař, 1997). 3.1.3.3 Obsah škrobu S obsahem bílkovin do značné míry souvisí i obsah škrobu v ječmeni, který by se měl u dobrých ječmenů pohybovat kolem 63 64 % v sušině, aby byla zajištěna minimální hranice pro průměrnou extraktivnost sladu, tj. 81% v sušině. Výše obsahu škrobu přímo souvisí s obsahem extraktu a dále podmiňuje i stejnoměrné rozluštění v celém zrnu. Škrobová složka je především nositelem extraktivnosti sladu. Je-li nedostatek škrobu v ječmeni, nelze žádnou technologií procento extraktu zvýšit. Obsah škrobu je závislý nejen na obsahu bílkovin, ale také na stavu porostů a délce slunečního svitu v závěrečných fázích vegetace. Při základní hodnotě 63% se s nárůstem o 1% zvyšuje extraktivnost sladu o 0,5% (Kosař, 2000). 16
3.1.3.4 Klíčivost, klíčivá energie a rychlost klíčení Klíčivostí rozumíme v % vyjádřený počet klíčících semen schopných dalšího vývoje za normálních podmínek daných optimálním časovým průběhem a optimálním množstvím vzduchu a vody. Bezprostředně po sklizni není zrno schopno klíčit, je v tak zvaném období posklizňového dozrávání - dormance. To se dá přerušit fyzikálněchemickými prostředky. Ideální klíčivost je 100%, ale za velmi pozitivní hodnotu lze považovat 98% a více. Nízká klíčivost negativně ovlivňuje průběh sladovacího procesu, nevyklíčená zrna jsou nezpracovatelným, sklovitým balastem a vhodným substrátem pro rozvoj a šíření plísní (Kulovaná, 2002). Klíčivá energie nám udává % zrn, které vyklíčí za 72 hod. Její hodnota by neměla klesnout pod 88 %. U zrna ječmene požadujeme, aby vyklíčilo rychle a stejnoměrně, aby mohlo dojít k vyrovnanému rozluštění endospermu. Dle hodnot klíčivé rychlosti se dá rozpoznat, zda je zrno vyrovnané a nebudou s jeho klíčením problémy (Kosař, 1997). 3.1.3.5 Objemová hmotnost Poměr hmotnosti zkoušené obiloviny k objemu, který zaujímá po volném nasypání do nádoby za přesně stanovených podmínek. Jelikož škrob, nejdůležitější složka endospermu zrna ječmene určeného pro sladování, má vysokou specifickou hmotnost, lze na základě objemové hmotnosti usuzovat na vhodnost ječmene pro sladovnické účely. Uvádí se v jednotce gram.litr -1. Rozdíl mezi objemovou hmotností ječmene a sladu je míra rozluštění sladu (Kulovaná, 2002). Přesto, že je objemová (hektolitrová) hmotnost ovlivněna obsahem vody, má přímou vazbu na extraktivnost sladu. Přírůstek v rozmezí 60 72 kg hektolitrové hmotnosti zvyšuje extraktivnost o 0,5 % (Kosař, 2000). 3.1.3.6 Hmotnost tisíce zrn (HTZ) Funkce tvaru zrna a hustoty zrna. Velké zrno s velkou hustotou má zpravidla větší poměr endospermu k ostatním morfologickým částem zrna. Vyšší hodnoty ukazují na větší velikost zrna. Uvádí se v gramech (Kulovaná, 2002). 17
Hmotnost tisíce zrn souvisí s obsahem bílkovin a vztah k extraktivnosti sladu je silně ovlivněn odrůdou ječmene. HTZ nemá u předního zrna klesnout pod 40 g při vlhkosti do 14% (Kosař, 1997). 3.1.3.7 Třídění zrna (přepad zrn na sítě 2,5 mm a 2,8 mm) Charakterizuje vyrovnanost a plnost zrn v partii ječmene. Vysoký podíl tzv. předního zrna ovlivňuje výtěžnost sladu (extraktivnost sladu). Velikostní vyrovnanost obilek partií ječmene je důležitá i z technologických důvodů. Jen vyrovnané a stejnoměrné zrno přijímá stejnoměrně vodu při máčení, rovnoměrně klíčí a dosahuje žádaného stupně rozluštění. Při základní hodnotě 80% nad sítem 2,5 mm se s nárůstem o každých 5 % zvyšuje extraktivnost sladu o 0,6% a Kolbachovo číslo o 1%. Snižuje se extraktová diference moučka-šrot o 0,4% a viskozita sladiny. Při základní hodnotě 20 % nad sítem 2,8 mm se s nárůstem o každých 10% zvyšuje extraktová diference moučkašrot o 0,3% a zvyšuje se viskozita sladiny (Kosař, 2000). Dodávat partie ječmene s vysokým propadem pod sítem 2,2 mm je neekonomické, protože tato složka je sladařsky nevyužitelná, buď se vrací zpět pro krmivářské účely ve formě zadiny a splavků, nebo (pokud se ji nepodaří odstranit čištěním) zhoršuje kvalitu vyrobeného sladu (Kosař, 1997). Přepad zrna na sítě 2,5 mm nelze ovlivnit. Jeho vysoký podíl ale ukazuje na dobrý ročník, zejména s příznivými podmínkami při dozrávání a lze předpokládat, že přijatý dusík nebyl uložen do zrna, ale byl využit na jeho tvorbu (Prokeš, 2000). 3.2 Vliv agroekologických faktorů Vegetační doba jarního ječmene v našich podmínkách trvá průměrně 100-120 dnů, přičemž o výnosu a kvalitě rozhodují především závěrečné fáze růstu, období tvorby a zrání obilek. Pěstování ječmene se rozšiřuje z tradiční řepařské a obilnářské oblasti do oblasti bramborářské. Důvodem je zvyšování roční průměrné teploty na celém území republiky a častější výskyt suchých epizod v produkčních oblastech (Prugar a kol., 2008). Nejlepší předplodinou jsou okopaniny, cukrovka a krmná řepa. Zanechávají půdu v dobré živné síle, v příznivé kypré struktuře a zpravidla prostou plevelů. Obilniny jsou nevhodnou předplodinou pro sladovnický ječmen (Moštek, 1976). 18
Délka vegetační doby je ovlivněna termínem setí. Časné setí pozitivně ovlivňuje výnos. Jarní ječmen citlivě reaguje na výkyvy počasí v době vegetace, na agrotechnické vlivy a zásahy (předplodinu a termín setí). Velikost výsevku, hnojení dusíkem, zaorávku řepného chrástu apod.) i na všechny nedostatky a nevyrovnanosti půdy. Snížením hustoty porostu, jakož i aplikace dusíkatého hnojení, případně i pesticidů, vede ke zvyšování HTZ (hmotnosti tisíce zrn) (Prugar a kol., 2008). Ječmen má malé nároky na kvalitu půdy a daří se mu na všech půdách kromě mimořádně těžkých a mimořádně lehkých, mokrých a kyselých. Vzhledem k poměrně slabé kořenové soustavě vyžaduje dostatečné zásoby rozpustných živin v půdě v pohotové formě. Dostatek vápenatých a draselných solí a fosforečnanů v půdě a teplé počasí za průměrného množství srážek zkracuje vegetační dobu ječmene (Moštek, 1976). 3.3 Vliv výživy a hnojení na růst, vývoj, výnos a kvalitu zrna jarního ječmene Ječmen vytváří svazčité kořeny, které na dobrých strukturních půdách zasahují až do hloubky přes 1m, avšak jejich podstatná část je rozprostřena do 0,3m (viz. Obr. 2). Hloubka prokořenění je závislá na provzdušnění půdy a na obsahu přístupných živin. Při nedostatku živin se kořen nevětví a roste do hloubky. V porovnání s ostatními obilninami má ječmen slabší transpirační tok i kořenový systém a kratší vegetační dobu, během níž musí přijmout poměrně velké množství živin. Dobrá zásoba živin od počátku vegetace příznivě působí na růst rostlin, a tím zároveň rozhoduje o obsahu živin v rostlinách. Pro dosažení kvalitního výnosu je důležité zajistit v prvních 15 dnech intenzivnější příjem fosforu než dusíku. Po vytvoření třetího listu se zvyšuje tvorba biomasy a ječmen vyžaduje více dusíku než fosforu. Optimální koncentrace N a P v počátečních vývojových fázích stimuluje tvorbu odnoží. Od vzejití do 25. 30. dne (období prvního kolénka) odčerpává ječmen 40 60% všech živin z celkového množství a přitom vytvoří asi 20% sušiny. Jarní ječmen řadíme mezi plodiny se střední spotřebou živin. Na jednu tunu zrna ječmene jarního a odpovídajícího množství slámy se odčerpá 20 24 kg N, 3,5 6,2 kg P, 16,6 21,0 kg K, 5,7 8,5 kg Ca, 1,2 2,4 kg Mg a 4,0 4,2 kg S. Jarní ječmen 19
začíná svůj vývoj při klíčení obilky, kdy dochází vlivem enzymatických procesů k rozkladu složitých organických látek na látky jednodušší, které jsou využívány zárodkem (embryem) pro růst. Na chemickém složení obilky závisí tvorba kořenového systému a pak přechod rostliny na výživu z půdy. Spoléhat na to, že v počátečním období čerpá rostlina živiny ze zásobních látek endospermu, je značně problematické. Chemickým rozborem osiva odrůdy Jersey bylo při výsevku 190 kg/ha (4 MKS) v osivu na 1 ha obsaženo 2,95 kg N, 0,65 kg P, 1,06 kg K, 0,26 kg Mg a 0,13 kg Ca, což je z pohledu počáteční potřeby rostlin naprosto nedostačující (Zimolka a kol., 2006). Obr.2 Vliv výživy na kořenový systém jarního ječmene: A plná výživa, B nedostatečná výživa (Zimolka a kol., 2006) Sladovnický ječmen reaguje na každou chybu ve výživě a hnojení nejen nižším výnosem, ale i zhoršenou sladovnickou kvalitou (Dudáš, 1992). 3.3.1 Příjem a úloha dusíku ve výživě jarního ječmene Nejdůležitější živinou ve výživě a hnojení ječmene je dusík. Jeho použití a využití na tvorbu výnosu i jakosti zrna je ovlivněno řadou faktorů: hnojením organickou hmotou, předplodinou a jejím výnosem, odrůdou, spotřebou průmyslových hnojiv v delší časové řadě a efektivní půdní úrodností pozemků pro sladovnický ječmen (Skopal, 1994). 20
Rostlina získává dusík ve formě NO - 3 či NH - 4 iontů z různých látek (Procházka, 2001) a jeho odběr je ze všech hlavních živin v nejužší souvislosti s přírůstky sušiny. Dusík je součástí pyrimidinových a purinových bází nukleových kyselin, které se účastní nejen přenosu genetických informací (DNA), ale i syntézy bílkovin v polypeptidovém řetězci. Dusík zasahuje do metabolismu rostlinných enzymů, vitamínů a dalších biokatalytických látek (Richter a Dvořák, 1982). Většina dusíku se v půdě nachází v organické formě. Pro rostliny je dusík v této formě až na malé výjimky nepřístupný. Organické látky jsou půdními mikroorganismy rozkládány na minerální sloučeniny, které již rostliny dokáží využít. Minerální formy dusíku tvoří asi jen 2 % z celkového půdního dusíku a jeho množství podléhá kvalitativním i kvantitativním změnám. V sušším a teplejším období se zvyšuje intenzita nitrifikace, která se projeví změnou poměru nitrátového a amonného dusíku. Pokud hodnota poměru překročí 10, je intenzita vysoká a dojde k nedostatku amonného dusíku. Pokud hodnota klesne pod 2, znamená to, že v půdě je nadbytek amonného dusíku a podmínky pro nitrifikaci nejsou dobré (Pokorný, 2000). Pokorný a Střalková (1995) prokázali, že existuje vztah mezi hodnotou nedostatku fyziologicky využitelného dusíku a výnosem obilovin. Výše dávky dusíku ovlivňuje odnožování. Flašarová a Onderka (1997) uvádí, že dávka dusíku 90 kg N/ha ve srovnání s dávkou 60 kg N/ha podporovala tvorbu odnoží od počátku odnožování. Zvýšená dávka N významně snížila hmotnost obilky a tím i produktivitu klasu a výnos zrna. Zároveň však poukazují na fakt, že nelze dělat jednoznačné závěry o negativním vlivu vyšší dávky N, protože dynamika dusíku nebyla v průběhu vegetace sledována. Tuhá a kapalná forma dusíku má v rostlinách ječmene různý význam. U DAM- 390 byla zjištěna nejvyšší HTZ u jednorázové i rozdělené a stupňované dávky N. Také % bílkovin bylo v zrnu u aplikace DAM-390 nižší. Při rozpracování této problematiky se ukázalo, že po aplikaci DAM-390 dochází k posílení fotosyntetického procesu, zejména růstově nejmladších listů. Zvýšení je relativně vysoké a trvá déle než 300 hodin. Tyto procesy jsou u ječmene velmi aktivní a mají vysoký vliv jednak na celkovou produkci biomasy, ale zejména na N-metabolismus a snížení transportu N- látek do zrna (Skopal, 1994). 21
3.3.2 Vliv dusíku na kvalitu zrna sladovnického ječmene Stanovení dávky N se doporučuje podle obsahu N min. před setím a zároveň je nutné zohlednit mineralizaci organického dusíku po různých předplodinách. Platí zásada, že jarní ječmen se může dusíkem dohnojit, ale nesmí se přehnojit. Podle dlouhodobých výsledků pokusů 15 kg č.ž.n v ledku vápenatém nebo v DAMu 390 se neovlivní množství N-látek v zrnu. Naopak při vyšším výnosu, který vyšší dávka N přinese, může dojít i ke snížení N-látek. Celková dávka dusíku by po předplodinách hnojených kejdou neměla přesáhnout 30 kg N/ha. Po zaorávce chrástu není nutné hnojit dusíkem, pouze při velkém poškození porostu se doporučuje 15 kg N/ha v LA nebo v DAM 390 (Richter a Bezděk, 2000). Kandera (1994) sledoval v průběhu 5 let účinek stupňovaných a dělených dávek dusíku na úrodu zrna. Jeho kvalita a jeho výsledky ukazují, že zvyšované dávky dusíku ovlivní množství sklizeného zrna. Po zobecnění výsledků získaných v letech 1989-1993 byly formulovány následující závěry: Nejefektivnější a nejvyšší úroda byla při dávce 60 kg N/ha před setím. Dávky 30 a 40 kg N/ha aplikované na list se ukázaly neefektivní a také u dávky 90 kg N/ha se pozorovala snížená úroda. Také mechanický rozbor zrna byl při hnojení dusíkem ovlivněný. Se zvyšujícími se dávkami dusíku se mírně zhoršovaly hodnoty podílu plných zrn, HTZ i objemové hmotnosti. Je pravda, že na tomto stavu se podepsalo i nepříznivé počasí roku 1991 ve fázi dozrávání zrna. I chemický rozbor zrna se zhoršil při zvyšování dávky dusíku snižoval se obsah škrobu a extraktu a zvyšoval se obsah bílkovin a to především při přihnojení na list. Podobnou problematiku řešil Kubinec (1998). Zkoumal 4 varianty hnojení kontrola bez aplikace, 30 kg N/ha, hnojení N dle N min a 90 kg N/ha. Hnojení dusíkem způsobilo zvýšení úrody zrna v porovnání s nehnojenou kontrolou a to už při dávce 30 kg N/ha. Neprůkazný rozdíl se ukázal mezi variantou hnojenou dle N min a variantou hnojenou 90 kg N/ha. Nehnojená varianta měla nejvyšší HTZ, potom následovala varianta hnojená 30 kg N/ha, pak varianta dle N min a nejnižší HTZ vykazovala dávka 90 kg N/ha. Obdobné výsledky byly dosaženy i při posuzování podílu plných zrn. Jako nejefektivnější hnojení se ukázalo hnojení dávkou 30 kg N/ha, při dalším zvyšováním dávek se efektivita snižovala. Také Čermák (2000) sledoval vliv hnojení dusíkem na kvalitu ječmene. V roce 1998 byla provedena zkouška hnojení dusíkem u ječmene jarního odrůdy Forum. Do pokusu zařadil 6 kombinací hnojení (nehnojená varianta, aplikace 20,30,50,60 a 70 kg N /ha před setím a ve třech případech navíc 20 kg N/ha (2x) a 40 kg N/ha foliární 22
výživou). Normy klíčivosti a vlhkosti splnily všechny varianty. Stupňované hnojení dusíkem mělo vliv na výši dosažených výnosů, ale na výnosu se neprojevil vliv dělené dávky N při aplikaci na list. Hladiny hnojení se promítly do obsahu dusíkatých látek, ale ani v jednom případě nedošlo k překročení množství požadovaného normou. Se zvyšující se dávkou dusíku také stoupala ve většině případů naměřená hodnota obsahu jednotek chlorofylu (měření N-testerem), což by mohlo sloužit pro rychlé stanovení dávky N pro přihnojení jarního ječmene. 3.3.3 Projevy deficitu dusíku Nedostatek dusíku od počátku vegetace má za následek omezení tvorby stavebních i funkčních bílkovin, což se projevuje negativně v růstu a tvorbě všech základních orgánů rostlin (kořenů, stébel, listů). Rostliny jsou slabší a nižší, porosty jsou často nevyrovnané a světlé. U starších listů se podle stupně nedostatku mění jejich barva od světle zelené do žluté, což je vyvoláno hydrolýzou proteinů, a vzniklé aminokyseliny jsou transportovány do mladších listů. Při silném nedostatku dochází až k odumírání a opadu starších listů. Při nedostatečné dusíkaté výživě dochází ke klamnému dojmu rychlého dozrávání. Výrazné jsou i změny v morfologii kořene, málo se větví, roste do délky. Poměr hmoty kořenů k nadzemní biomase se zvyšuje. Obsah dusíku v zrnu je nízký, což se projevuje hlubokým poklesem N-látek pod 10%. U ječmene je dusík limitující živinou i v případě nadbytku. Ten vede k nárůstu neproduktivní nadzemní biomasy a dochází tak k rozšíření poměru sušiny nadzemních částí ke kořenům. Porosty jsou přehuštěné, stébla jsou tenká a prodloužená, což způsobuje výšenou náchylnost k poléhání a k napadení houbovými chorobami. Redukuje se počet klasů a zrn v klase. Zhoršuje se sladovnická kvalita a silně klesá obsah dusíkatých látek v zrnu, často až pod hodnotu 9% (Zimolka a kol., 2006). 23
Obr. 3 Nedostatek dusíku redukuje se růst, stéblo má purpurovou barvu, listy od spodu žloutnou a postupně odumírají (Zimolka a kol., 2006 ). 3.3.4 Projevy nadbytku dusíku Vysoká hadina prvků P a N vede k zahuštění porostu, poléhání, snížení výnosu a jakosti. Vysoký obsah K v půdě na úkor P a N naopak tvorbu odnoží inhibuje a antagonisticky působí na příjem hořčíku. Nadbytek dusíku v době odnožování zvýší tvorbu neproduktivních odnoží (Zimolka a kol., 2006). Nadměrný obsah dusíku v půdě prodlužuje dobu růstu, zvláště pak při nedostatku draslíku a fosforečnanů (Moštek, 1975). 3.3.5 Příjem a úloha síry ve výživě jarního ječmene Rostliny přijímají síru kořeny a to ve formě aniontu SO 2-4. Její asimilace je podobná asimilaci nitrátů. Příjem sulfátů není pravděpodobně citlivý na ph prostředí; ječmen přijímá nejvíce síry při ph 4. Příjem sulfátů je výrazně ovlivněn přítomností aniontů v půdním roztoku. Zatímco nitráty působí stimulačně na její příjem, anionty chloridové, fosfátové a selenátové působí inhibičně. 24
Příjem sulfátu závisí na iontové síle půdního roztoku. Při různých koncentracích sulfátu v rozpětí od 10-6 do 10-1 mol.l -1 má příjem síry multifázový charakter. Přenos sulfátu přes membránu z kořenové buňky do protoplastu provádí specifická permeáza lokalizovaná v cytoplazmatické membráně nebo na jejím povrchu. Transportem na místa intenzívního metabolismu a utilizací se sulfátové ionty odčerpávají z vazebných míst do pólů buňky. Tím je indukován příjem dalších sulfátů. Příjem síry kořeny rostlin je pod kontrolou endogenní hladiny síry včetně meziproduktu její utilizace. Transportní formou síry je v převážné míře forma SO 2-4. Vedle síranu rostliny mohou přijímat síru i ve formě SO 2. V pokusech, které probíhaly v klimaboxech, kde jediným zdrojem síry byl oxid siřičitý, byla prokázána výrazná redukce výnosu v prostředí bez SO 2. SO 2 je absorbován stomaty a dále je distribuován dovnitř rostliny, kde může reagovat a tvořit různé proteiny, aminokyseliny obsahující síru a sulfáty (Richter, 2004). Marschner (1995) uvádí, že jen minimální množství jsou rostliny schopny přijímat ve formě nízkomolekulárních látek jako jsou cystein a methionin. Při porovnání vlivu SO 2 a SO 2-4 je patrný výraznější vliv síranu na tvorbu hmoty. Vyšší obsahy SO 2 než 1,5 mg.m -3 vedou k depresím a nekrózám, které byly pozorovány u listů kukuřice a slunečnice. Průměrná koncentrace SO 2 je 0,1-0,2 mg.m -3. V průmyslových oblastech však může být několikanásobně překročena. Listy absorbovaný SO 2 pak vlivem vlhkosti rozpouští buňky mezofylu ve stomatech. Výsledkem je disociace na H +, HSO - 3 a SO 2-3. Z literárních údajů lze dedukovat, že příčinou toxicity SO 2 při jeho vysoké hladině spojené s dlouhodobou expozicí je SO 2 plynný a S anionty (HSO - 3, SO 2-3 ), které se akumulují a ovlivňují fotofosforylaci a mohou způsobit i úplný rozpad chloroplastových membrán (Richter, 2004). Síra má nezastupitelnou roli jak v primárním tak i v sekundárním metabolismu rostlin. Kolem 90% redukované síry je součástí dvou esenciálních sirných aminokyselin (cysteinu a methioninu), které jsou prekurzory mnoha sloučenin obsahujících síru. Cystein se účastní metabolických reakcí prostřednictvím -SH skupiny, snadno dehydrogenuje, přičemž se spojují dvě molekuly cysteinu v cystin. Methionin je především základní stavební jednotkou bílkovin, ale také donorem aktivních methylových skupin (Zelený, Zelená, 1996) a je prekurzorem biosyntézy ethylenu (Davies, 1995). 25
Další důležitou funkcí síry je tvorba disulfidických můstků mezi peptidickými řetězci. Skupiny -SH jsou využívány v systémech redoxních reakcí. Síra je také složkou CoA, který slouží jako přenašeč acylových skupin, dále je součástí vitamínů biotinu a thiaminu důležitých pro fixaci CO 2 a dekarboxylační reakce. Enzymy obsahující síru se účastní i redukce nitrátů (Mengel, 1991). 3.3.6 Vliv síry na kvalitu zrna sladovnického ječmene Síra se podílí přímo (strukturální funkce v proteinech) i nepřímo na kvalitě zrna. V Anglii a ve Walesu prováděl Withers et. al (1993) pokusy na pšenici a ječmeni. Byly odebrány vzorky listů a zrna v oblasti s depozicí síry menší než 20 kg/ha a stanoveno množství síry v zrně a listech. Bylo zjištěno, že typ půdy, datum setí, ani dávky dusíkatých hnojiv nemají vliv na koncentraci síry, pouze mírně zvýšená koncentrace síry v zrně byla prokázána u ječmene hnojeného organickými hnojivy. Řada autorů prokázala interakci v příjmu mezi dusíkem a sírou. I když pokusy byly prováděny na jiných rostlinách a ne přímo na ječmeni, tento mechanismus se dá předpokládat u všech plodin. Už Rending a McComb (1961) zjistili, že v listech vojtěšky trpící nedostatkem síry se na rozdíl od normálně živených rostlin silně zvyšoval obsah N-látek. Ke stejným výsledkům došli i McGrath a Zhao (1996) při pokusech ve Woburnu na řepce ozimé a zároveň zjistili, že nedostatek síry může efekt hnojení dusíkem snížit. Jak už bylo výše uvedeno, síra ve formě sulfátu se přes různé mezistupně účastní vzniku cysteinu a následně methioninu, které se v rostlinách vyskytují buď ve formě volných aminokyselin nebo jsou zabudovávány do bílkovin. První aminokyselinou při asimilaci síry je cystein, jeho transsulforací se tvoří cystationin a homocystein. Transmetalycí homocysteinu vzniká další významná aminokyselina methionin, který hraje důležitou roli v dalším vzniku senzoricky aktivních sloučenin v pivu (Holobradá, 1985). Mortensen a Eriksen (1994) se zabývali sledováním projevů nedostatku síry na několika druzích rostlin, včetně ječmene. Experiment probíhal v laboratoři. Nedostatek síry se u ječmene projevil nižší koncentrací cysteinu a methioninu a některých dalších sledovaných aminokyselin. 26
3.3.7 Projevy deficitu síry Projevy nedostatku síry jsou obdobné jako při deficitu dusíku: menší a užší listy, kratší a slabší stébla, méně klasů s menším počtem zrn. Na rozdíl od dusíku se chloróza (neparazitická choroba rostlin zpravidla z poruchy látkové přeměny, projevující se blednutím a žloutnutím listů, Klimeš, 1983) rozvíjí od nejmladších listů a při trvalém nedostatku přechází na celou rostlinu. Podle výsledků nejnovějších britských výzkumů, prováděných Úřadem pro tuzemské cereálie (HGCA), může pěstování ječmene na půdách s nízkým obsahem síry negativně ovlivnit výnosy a výslednou chuť a aroma piva. Bylo zjištěno, že výnosy mohou být nižší až o jednu tunu z ha, eventuálně i více. Nedostatek síry v půdě se stále více rozšiřuje a ovlivňuje větší okruh plodin, včetně sladovnického ječmene. Deficit síry může negativně ovlivnit sladovnické i pivovarské (kvalitativní) charakteristiky ječmene. Obr. 4 Nedostatek síry na porostu a listech ječmene. Nejmladší listy jsou světle zelen (Zimolka a kol., 2006) V rámci studie, která byla zaměřena na určení vztahu mezi výnosy ječmene, resp. kvalitou finálního výrobku a obsahem síry v půdě, byly prováděny experimenty ve dvou pěstebních sezonách na čtyřech různých místech v Británii s nejvíce pravděpodobným deficitem síry v půdě. U pěti z osmi experimentů byla zaznamenána významná odezva výnosu na hladinu síry v půdě. Výsledky naznačují, že farmáři v oblastech s deficitem síry by měli v období od poloviny března do poloviny dubna aplikovat hnojiva obsahující síru, aby se korigoval deficit a zlepšily se výnosy a následně i kvalita sklizně. 27
Porosty ječmene s nedostatkem síry jsou již z dálky nápadné různými odstíny zelené barvy. Mladší listy zůstávají světlejší než starší. Při nedostatku síry může znamenat rychlou pomoc aplikace listového hnojiva s obsahem tohoto prvku (Zimolka a kol., 2006). 3.3.8 Projevy nadbytku síry V našich podmínkách nebylo poškození rostlin vlivem SO 2-4 zjištěno. Pozorovány jsou však otravy oxidem siřičitým Richter a Hlušek (1999). Za kritickou koncentraci oxidu siřičitého v atmosféře považuje Saalbach (1984) pro jednoleté plodiny 120µg/m 3 a pro lesy a ostatní vytrvalé kultury 50µg/m 3 SO 2 /m 3. Také se přiklání k názoru, že rostliny jsou k vysokým koncentracím oxidu siřičitého v živném médiu poměrně málo citlivé. Holobradá (1985) uvádí jako nepříznivou koncentraci nad 50µg/m 3 SO 2 /m 3, která působí na rostliny nepříznivě. 3.3.9 Úloha dalších živin ve výživě jarního ječmene K dalším důležitým prvkům ve výživě patří fosfor, draslík, vápník, hořčík, měď, mangan a zinek. Fosfor se účastní reakcí spojených s ATP, ovlivňuje zdravotní stav rostlin a zkracuje dobu zrání. Draslík ovlivňuje hospodaření s vodou a fotosyntézu. Nedostatky všech výše uvedených prvků negativně ovlivňují zdravotní stav rostlin, což se projevuje nápadným poškozením především listové plochy a také zhoršením kvality a výnosu ječmene (Zimolka a kol., 2006). 3.4 Technologické parametry sladu a jejich ovlivnění Slad tvoří s vodou a chmelem základní suroviny na výrobu piva. Základní surovinou na výrobu sladu je ječmen (někdy také pšenice nebo žito). K základním typům ječných sladů patří slad plzeňský, který je světlejší a má vyšší extraktivnost a slad mnichovský, který je tmavý a vyznačuje se nižší extraktivností. Ke speciálním sladům řadíme slady diastatické, karamelové, barvící a pšeničné (používají se především pro barvení, dochucení a na úpravu pěnivosti piva) (Kosař 2000). 28
3.4.1 Extrakt v sušině sladu a relativní extrakt (RE) při 45 C Jsou to jedny z nejdůležitějších parametrů sladu a jsou důležitým ukazatelem enzymatického odbourávání substrátu (převod extraktivních nerozpustných látek na látky rozpustné). Extrakt a je závislý na množství škrobu. Při základní hodnotě 63% se s nárůstem o 1% zvyšuje extraktivnost sladu o 0,5%. 3.4.2 Obsah β glukanů Poměrně novým parametrem jakosti (s velkým ekonomickým dopadem na pivovarskou výrobu) je obsah β-glukanů. Jejich obsah ve sladu může být ovlivněn řadou faktorů. Jedná se o vliv odrůdy, pěstebního místa, předplodiny a samozřejmě ročníku a technologii sladování. Hodnoty β-glukanů u ječmene se pohybovaly od 2,8 do 5% a u sladu od 0,15 do 1,9%. Nejlépe je však hodnotit ječmen komplexně, tzn. je dobré znát hodnotu β-glukanů v ječmeni, ve sladu, ale také aktivitu enzymu β-glukanázy, který je odpovědný za odbourávání β-glukanů a tím za jejich množství ve výsledném produktu pivu (Kosař, 1997). β-glukany jsou glukózové polymery hemicelulózové složky, které se podílejí na stavbě a pevnosti buněčných stěn rostlin. Glukózové jednotky jsou vázány vazbami β- 1,3 (30 %) a β-1,4 (70 %). Při sladování a rmutování se částečně štěpí cytolýza. ). Pro technologii piva je žádoucí úplné rozložení glukanů, jinak se zvyšuje viskozita, snižuje varný výtěžek, zhoršuje filtrovatelnost a prodlužuje doba zcezování (Kosař, 2000). Nedegradované β-glukany mohou působit při výrobě piva mnohé problémy. Brání sedimentaci pevného podílu v mladině, komplikují filtraci piva v důsledku vzniku agregátů β-glukanů buď mezi sebou nebo s jinými polymery, např. s proteiny a polyfenoly (Velíšek, 2002). 3.4.3 Kolbachovo číslo Kolbachovo číslo představuje stupeň rozluštění bílkovin. Udává procentní poměr rozpustného dusíku ve sladině k celkovému obsahu dusíku ve sladu. Názory na optimální velikost Kolbachova čísla se zásadně liší v závislosti na stupni surogace (použití náhražek sladu) daného pivovaru. Pro evropské pivovary by Kolbachovo číslo nemělo překročit hodnotu 40, resp. 38. Pro vlastní technologii výroby piva je však 29
důležitá hodnota α-aminodusíku (min 140mg/l) nebo celkového rozpustného dusíku ve 100 ml kongresní (laboratorní) sladiny (Kosař, 1997). 3.4.4 Diastatická mohutnost Mezi běžné ukazatele sladu patří diastatická mohutnost, uváděná v jednotkách Windisch-Kolbacha nebo stupních Lintnera, která je ukazatelem β-amylázové aktivity. Pro evropské podmínky jsou vyhovující slady s diastázou min. 220 j.w.k. 3.4.5 Konečný (dosažitelný) stupeň prokvašení Dosažitelný stupeň prokvašení (zdánlivé prokvašení) je vedle hodnoty diastatické mohutnosti dalším parametrem jakosti, se kterým mají naše sladovny díky tuzemským ječmenům určité problémy. I když řada pivovarů považuje za minimum hodnotu 78%, standardní hodnotou je 80%. Vzhledem k narůstající důležitosti rychlosti prokvašení při přechodu na kvašení v cylindrokónických tancích bude požadavek na hloubku dosažitelného stupně prokvašení patrně narůstat. 3.4.6 Friabilita Friabilita (křehkost sladu) je ukazatelem rozluštění sladu a je ovlivňována odrůdovou čistotou. Koreluje s obsahem bílkovin, Kolbachovým číslem, rozdílem moučka-šrot, vývinem střelky a viskozitou. Kvalitní slad by měl vykazovat friabilitu v rozsahu od 80 90% a sklovitost by neměla přesáhnout 2%. Hodnoty pod 80% signalizují nedostatečné rozluštění, hodnoty nad 90% znamenají, že došlo k nadměrnému rozluštění, což má za následek vyšší sladovací ztráty a nedostatečnou pěnivost piva. 3.4.7 Citlivost na vodu Zrno se zvýšenou citlivostí na vodu je z hlediska sladoven nevhodné, protože při použití většího množství vody při namáčení by nestejnoměrně klíčilo. Proto se citlivost na vodu vyžaduje u sladovnického ječmene nižší než 50%. 30
3.4.8 Obsah prekurzorů dimethylsulfidu (PDMS) Obsah prekurzorů PDMS je požadován v rozmezí min. 4-6 mg.kg -1. Je výrazně ovlivněn použitou technologií sladování a svůj význam má i odrůda zpracovávaného ječmene. Důvodem požadavku na nízké hodnoty je silné ovlivnění senzorických vlastností piva touto sirnou sloučeninou, páchnoucí po vařené zelenině (Kosař, 2000). 3.4.9 Vliv dusíku na kvalitu sladu Dusíkaté hnojení může ovlivnit výši bílkovin v zrně. Hodnota dusíkatých látek v zrně je podle ČSN maximálně 12.5%, přičemž pro zajištění kvalitních sladů by neměla překročit 11,5%. Dudáš (1993) uvádí, že při vyšším obsahu bílkovin než je 11% je potřeba upravit technologický postup. Zvyšuje se potřeba vody, energie, prodlužuje se fáze klíčení a klesá výtěžnost sladu vyššími ztrátami prodýcháním. Nelze často zaručit limitní hodnoty rozpustného dusíku, Kolbachova čísla, extraktového rozdílu moučka - šrot, které jsou požadovány hlavně u exportních sladů. Prakticky s výjimkou diastatické mohutnosti a hodnotou RE 45 C se zhoršují všechny jakostní parametry. Např. rozdíl extraktu při zvýšení obsahu bílkovin o 1,0% klesá o 0,3-0,5%, a Kolbachovo číslo klesá o 2,0% (Kosař, 1997). 3.4.10 Vliv síry na kvalitu sladu Síra hraje z pohledu kvality ječného zrna a pak také sladu významnou roli. Jak již bylo uvedeno, buď se vyskytuje ve formě volných sirných aminokyselin a nebo jsou tyto aminokyseliny zabudovávány do bílkovin. Za určitých podmínek mohou v průběhu sladování vznikat z těchto látek sloučeniny, které nepříznivě ovlivňují senzorickou kvalitu piva. Patří k nim např. dimethylsulfid (DMS), který vzniká v průběhu sladování a poté také při výrobě piva z jeho prekurzorů (PDMS). Dimethylsulfid byl poprvé identifikován jako složka piva v roce 1963 (Anderson, 1975). 31
3.5 Vliv hnojení sladovnického ječmene dusíkem a sírou na kvalitu piva 3.5.1 Vliv dusíku Dusíkaté látky v zrně lze rozdělit na 1) proteidy - bílkoviny složené (glykoproteidy, fosfoproteidy, nukleoproteidy), 2) proteiny - bílkoviny jednoduché (albuminy, globuliny, prolaminy a gluteliny) a 3) nebílkovinné N látky (aminokyseliny, aminy a amidy). Hlavní část bílkovin se podílí na tvorbě buněčného substrátu, jiné plní biologickou funkci katalyzátorů, enzymů a jsou i součástí hormonů. Z celkového množství bílkovin asi jedna třetina přechází do hotového piva a má významný vliv na jeho kvalitu. Při chmelovaru se vysráží téměř všechny vysokomolekulární proteiny a v mladině zůstanou většinou rozpustné štěpné produkty bílkovin, které jsou nezbytné pro pomnožení kvasinek a rychlé prokvašování. Pozitivně se vysokomolekulární proteiny projeví v pěnivosti piva, ale mají i negativní dopad, a to v tvorbě zákalu. Během kvašení se buď adsorbují na povrch kvasinek, nebo jsou vynášeny bublinkami CO 2 do kvasné deky. Optimální hodnota bílkovin je 10,7-11,5% v sušině. Pokud sladovnické ječmeny obsahují málo bílkovin, tak jsou sice dostatečně extraktivní, ale jsou zároveň enzymaticky slabé. Protože je u nich obtížné dosáhnout požadovaných hodnot relativního extraktu, množství rozpustného dusíku a výšky diastatické mohutnosti, jsou tyto ječmeny hodnoceny jako sladařsky nevhodné. Pivo z nich je málo pěnivé, s nízkou stabilitou pěny a prázdnější chuti. Piva vyrobená ze sladovnických ječmenů s vyšším obsahem bílkovin se špatně čiří, mají sklon k chladovým zákalům a mají nižší koloidní stabilitu (Prokeš, 2000). 3.5.2 Vliv síry Sirné sloučeniny, přítomné v pivu, jsou obvykle netěkavé látky (aminokyseliny, bílkoviny, anorganické sírany). Tyto látky nejsou přímo odpovědné za nepříznivou vůni a chuť piva, ale jsou důležité jako prekurzory, ze kterých za určitých podmínek mohou vznikat senzoricky aktivní látky. Takto vzniklé sloučeniny jsou ve většině případů těkavé. Skutečná množství látek odpovědných za sirné vůně jsou proto extrémně nízká. 32
Sirným sloučeninám se obecně přisuzují zejména tyto cizí chutě: po dušené zelenině; po vodě, ve které se vařilo zelí; po zkažených vejcích; po kanálu; po spálené gumě; po cibuli; po česneku; po shnilém květáku; po sýru a po zkaženém tuku a vůně, které jsou charakterizovány jako svíravá, štiplavá, plesnivá, zatuchlá a sirná. Mezi sirné sloučeniny, které jsou obsaženy v pivu a byly v něm i detekovány, patří oxid siřičitý, thioalkoholy, sulfidy, polysulfidy, thioestery, thiazoly a thiofeny. Tyto látky mohou pocházet buď ze základních pivovarských surovin (sladu, chmele), nebo mohou vznikat v kterékoli technologické fázi pivovarského procesu. Na jejich vzniku se rovněž může podílet bakteriální kontaminace výrobního zařízení, ale i procesy působící při stárnutí či skladování piva. V zrnu ječmene může obsah síry záviset nejen na odrůdě, ale i na pěstebním místě, klimatických podmínkách a na použité technologii pěstování. U sladu pak závisí obsah celkové a anorganické síry především na technologii sladování. Obsah methioninu ve sladu je přibližně 1 mg.kg -1 a cysteinu 2 mg.kg -1. V ječmeni v průběhu sladování vzniká z aminokyseliny methioninu S-methylmethionin. Ten je v průběhu hvozdění tepelně degradován na dimethylsulfid, který je následně z části oxidován na dimethylsulfoxid. S-methylmethionin a dimethylsulfoxid, jsou považovány za prekurzory dimethylsulfidu (Kosař, 2000). 33
4 MATERIÁL A METODY 4.1 Založení pokusu Pokus byl založen jako maloparcelní v letech 2005 2008 na pozemcích patřících do katastru zemědělského podniku Agrospol Velká Bystřice v Olomouckém kraji. Pozemky se nachází v klimatickém regionu mírně teplém a mírně vlhkém. Půda je středně těžká, půdní typ hnědozem. Zemědělský podnik hospodaří bez živočišné výroby, tzn. že všechny posklizňové zbytky zaorává. Aktuální průběh povětrnosti v nejvýznamnějších měsících za období 2005 2008 uvádí jednotlivé grafy 1-4. 40 35 30 25 160 140 120 100 [ C ] 20 15 10 80 60 40 [ mm ] 5 20 0-5 -10 I.05 II.05 III.05 IV.05 V.05 VI.05 VII.05 VIII.05 0-20 -40 Teplota [ C ] Dlouhodobý normál teplot [ C ] Úhrn srážek [ mm ] Dlouhodobý úhrn srážek [ mm ] Graf. 1 Průměrné měsíční teploty a měsíční sumy srážek v roce 2005 Při předseťové přípravě pozemku byl proveden odběr vzorků zeminy pro stanovení obsahu přístupných živin. Ve všech letech z profilu 0-30cm. Výsledky chemického rozboru jsou uvedeny v tabulce 3. 34