Владимир Кобылянский о преимуществах низкопентозановой ржи.
Традиционная для России культура может решить проблему импортозамещения кормов.
Рожь известна с глубокой древности, и веками именно она, а вовсе не пшеница, считалась основной сельскохозяйственной культурой в рационе крестьян. Так было и на Руси – до недавнего времени наша страна лидировала в мире по объемам производства этой культуры, лишь в 2011 году уступив первенство Германии.
Установлено, что культурная рожь происходит от сорнополевых растений, засорявших посевы возделываемых пшеницы и ячменя.
Согласно исследованиям Николая Ивановича Вавилова, сорнополевое дикое растение распространилось в северные широты вместе с пшеницей и ячменем, где продемонстрировало гораздо большую устойчивость к холоду, чем его «соседи», и постепенно вытеснило их с северных полей.
Хотя сегодня рожь и не может похвастаться былой популярностью, она по-прежнему играет в пищевой промышленности важную роль. Из нее мелют муку, пекут хлеб, производят солодовый экстракт, крахмал и спирт.
Аграрии также ценят эту культуру как «санитара земли»: она является одним из самых распространенных (после горчицы) и ценных сидератов и известна своей способностью подавлять сорняки и болезни растений. Отличается быстрым развитием, эффективно разрыхляет суглинистые почвы, частично вытесняет вредителей.
Пищевая ценность ржи очень высока: она богата витаминами, микро- и макроэлементами. В ней содержатся витамин А, витамины группы В, С, Е и К, много во ржи кальция, калия, магния, натрия и фосфора, присутствуют железо, медь, цинк, марганец и селен. Белок ржи по питательной ценности соответствует белку коровьего молока на 83%, в то время, как белок пшеницы – на 41%.
Фактически, самой природой создана биоактивная добавка, способная значительно увеличить пользу любого комбикорма.
Немудрено, что с начала 2000-х годов не только в России, но и во всей Европе встал вопрос возможности использования ржи в кормлении сельскохозяйственных животных.
На сегодняшний день озимые сорта данной культуры являются важной составляющей весеннего рациона скота. Это первый весенний «зеленый корм», подходящий для интенсивного кормления. Однако само зерно мало использовалось по причине содержания в нем так называемого антипитательного вещества – водорастворимых пентозанов.
Проблема «антипитательного» вещества
«Водорастворимые пентозаны (арабиноксиланы)вызывают проблемы при кормлении животных, так как поглощают воды в 10 раз больше своей массы, что приводит к созданию своеобразного клейстера, – рассказывает Владимир Кобылянский, доктор биологических наук, главный научный сотрудник отдела генетических ресурсов овса, ржи и ячменя Всероссийского института генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова и почетный профессор ВИР.– Этот клейстер обволакивает пищу, которая находится в желудке, и ограничивает доступ к ней пищеварительных ферментов. Фермент для расщепления пентозанов в организме теплокровных животных отсутствует».
Зерно традиционной ржи отличается высоким содержанием водорастворимых пентозанов, вызывающих нарушение пищеварения животных. Их количество в три раза больше, чем у пшеницы.
В зеленом состоянии растений пентозаны являются «кирпичиками» для построения клеток. Однако, после прекращения роста и созревания зерна находящиеся в нем пентозаны переходят в другое, полимерное состояние.
Нужно сказать, что наличие пентозанов, пятиуглеродных сахаров, вовсе не является уникальной особенностью ржи. В том или ином количестве они присутствуют во всех живых организмах. На сегодняшний день науке наиболее известны 4 формы пентозанов, одну из которых каждый из нас помнит еще со школы – а именно ключевой компонент молекул ДНК и РНК, рибоза.
Твердые, нерастворимые пентозаны образуют волокна, например, древесину. Постойте, скажете вы, а как же целлюлоза?
Оказывается, целлюлоза также состоит из сахаров, но других, шестиуглеродных. «Есть еще гемицеллюлоза. Это как есть серебро, а есть серебришко. И вот она состоит из пентозанов, – улыбается Владимир Дмитриевич. – Вредными являются два вида пентозанов — арабиноза и ксилоза. Именно они образуют слизь».
Почему же человек способен употреблять рожь не только без вреда, но и с пользой для здоровья?
Все дело в том, что при приготовлении основного продукта – хлеба – пентозаны подвергаются высокотемпературной обработке и в результате соединения превращаются в производные, которые уже могут усваиваться нашим организмом.
Однако в случае с сельскохозяйственными животными ситуация иная, поскольку они едят зерно в чистом виде. Наибольший вред пентозаны причиняют свиньям и птицам, что обуславливает жесткие ограничения по содержанию ржи в рационе. Для птицекорма – 4,5%, для свиней – до 10%.
Крупный рогатый скот в данном вопросе чуть менее привередлив: вместе с другими видами корма буренки могут получать до 2 кг ржи в день. Это зерно в данном случае играет роль вкусной приправы, с ним животные гораздо охотнее поедают сено.
«Вопрос использования ржи для кормления животных веками стоял перед человечеством. Пробовали плющение, температурную обработку. Но кардинально решить проблему так и не удалось, нужны были новые подходы — вспоминает почетный профессор ВИР. – Зарубежные коллеги пошли по пути подбора ферментов».
Ученые разработали способ химического получения необходимых ферментов, гидролизирующих пентозаны, и стали добавлять их в комбикорма при использовании зерна ржи в рационах. Казалось бы, проблема решена. Но на практике это привело к значительному – до 30% – подорожанию кормов.
Лампочка и решето как двигатель науки
Исследователи стали разбираться, где именно находятся пентозаны. Наибольший их процент был обнаружен в оболочке семени.
«Под оболочкой и алейроновым слоем, в эндосперме зерна, содержание пентозанов составляет 0,14% от общего их количества в зерне. Всего в зерне ржи содержится до 3% водорастворимых пентозанов, представленных арабинозой и ксилозой. Для сравнения, у пшеницы, овса, ячменя, которые спокойно поедаются животными – их до 1%. То есть, «рубеж», когда в желудке начинает образовываться слизь – это выше 1%, – рассказывает Владимир Дмитриевич. – Здесь, в ВИРе, я пошел по пути поиска форм, у которых содержание водорастворимых пентозанов ниже. И нашел!».
Владимир Кобылянский выяснил, что чем тоньше стенки клеток, тем меньше пентозанов. Как оказалось, вредные сахара содержатся только в стенке клеток в оболочке и алейроновом слое. Следовательно, чем тоньше клеточные стенки в оболочке, тем тоньше оболочка зерна и тем она прозрачнее.
Это открытие сделало возможным нехимическое обнаружение семян с низким содержанием арабиноксиланов. Как оказалось, выявить низкопентозановую рожь фактически можно невооруженным глазом.
«Оболочка традиционной ржи практически непрозрачная. Чем она тоньше, тем больше света она пропускает, – объясняет профессор ВИР. – Семена пшеницы просвечиваются, есть даже понятие стекловидности, а зерно ржи – нет. А вот низкопентозановая рожь также пропускает свет – и содержит не больше пентозанов, чем другие культуры».
История знает множество примеров того, как обычные предметы помогли сделать великие открытия: достаточно вспомнить ванну Архимеда или, например, яблоко Ньютона. Решить же многовековой вопрос селекции ржи помог элементарный прибор, собранный из подручных средств – лампы, решета, чаши для семян. И вот уже можно легко отобрать нужные для работы образцы. Это не только ускорило процесс, но и позволило серьезно сократить расходы.
«Химическое определение очень дорогое. Скажем, исследование одного образца раньше стоило 500–600 рублей, сейчас, наверное, в полтора раза дороже. И при этом зерно для этого процесса надо размолоть. А ведь если вы размололи – вы потеряли зерно!» – рассказывает Владимир Дмитриевич.
Метод определения, разработанный в ВИРе Владимиром Кобылянским, крайне эффективен как при работе селекционеров, так и проверке партии зерна. Но совершенно очевидно, что на ферме никто не будет сидеть над лампой, чтобы отбирать прозрачные зернышки на корм животным. К счастью, и не нужно – эту задачу уже успешно удалось решить при помощи селекции.
Зерно заменит импортные добавки
Ранее зарубежные исследователи изучали вопрос генетики ржи и выяснили, что признак контролируется всеми хромосомами. «Суть работы иностранных коллег была в том, что они скрещивали линии пшеницы с замещенными хромосомами с рожью, тритикале и другими сортами пшеницы, в результате чего установили, что синтез пентозанов наследуется всеми хромосомами, — рассказывает профессор. — В заключительной части работы было сказано, что это исключает возможность манипуляций в селекции. На этом они и остановились».
Зарубежные ученые ошиблись. Совместные исследования ученых ВИР с селекционерами позволили создать пять сортов низкопентозановой ржи, о чем было доложено на Международной конференции – ЭУКАРПИЯ по ржи (2015).
Всего за период с 2012-го по 2018 год были созданы семь сортов универсальной ржи. Из них пять – сорта Вавиловская, Берегиня, Подарок, Янтарная и Красноярская универсальная – уже допущены к использованию и включены в Государственный реестр селекционных достижений.
Ученым из ВИР и их коллегам удалось добиться рекордно низкого содержания водорастворимых пентозанов у ржи – оно не превышает 0,5%-1%, как у пшеницы.
«Создать мы создали, а что дальше – непонятно! Очень остро стоит проблема семеноводства низкопентозановой ржи — сетует Владимир Кобылянский. – Привлечение частных предпринимателей проблематично. Мы стараемся искать контакты, но частникам не выгодно тратить лишние несколько лет. Необходимо изучение первого года, второго года, третьего… И только потом получается элита, которая и является товаром, на котором можно заработать».
Тем временем выращивание низкопентозановой ржи в 2,5 раза прибыльнее обычной – 25 рублей за килограмм против 10.
Для сравнения: комбикорма в среднем стоят 30 рублей. В их состав входят различные дорогостоящие добавки, которые в большинстве своем закупаются за рубежом. Это и обуславливает актуальность вопроса импортозамещения в данном сегменте.
Испытания низкопентозановой ржи в кормлении животных превзошли все ожидания. Оказывается, зерно такой ржи не только может усваиваться организмом, но и способно полностью заменить импортные добавки.
К примеру, в контрольный стандартный рацион поросят в течение шести недель входили пшеница, овес, ячмень, кукуруза и различные добавки. Корм, который испытывали ученые, существенно отличался – все добавки, включая сухое молоко, были исключены, а количество других зерновых было сокращено на 50% — их заменила низкопентозановая рожь Вавиловская.
КОРМЛЕНИЕ ПОРОСЯТ
| Контрольныйрацион | Опытныйрацион |
| — | Рожь – 50% |
| Пшеница – 25% | Пшеница – 15% |
| Ячмень – 25% | Ячмень – 10% |
| Овес – 25% | Овес – 10% |
| Кукуруза – 10% | Кукуруза – 10% |
| Трикальцийфосфат – 5% | Трикальцийфосфат – 5% |
| Соль поваренная | Соль поваренная |
| Сухое молоко – 5% | — |
| Премикс 51 – 15% | — |
Конверсия опытной смеси оказалась значительно выше: для получения 1 кг привеса необходимо затратить 6 кг традиционного корма – и всего 3,5 кг нового. А при кормлении группы поросят монокормом из дерти ржи Донская кормовая в течение 30 дней их привес был на 14,1% больше, чем при кормлении дертью ячменно-пшеничной.
Это объясняется высокой пищевой ценностью ржи, потенциал которой теперь, после устранения проблемы пентозанов, удалось успешно реализовать.
Кормление поросят:
«Белки ржи высокопитательные — рассказывает Владимир Дмитриевич. – Их также отличает аминокислотный состав, в котором намного больше лизина (до 4%), чем в других зерновых культурах».
Комбикорм, содержащий низкопентозановую рожь, подходит для всех видов сельскохозяйственных животных. Например, при использовании как контрольного, так и экспериментального рационов в кормлении бройлерных цыплят привес массы птиц был одинаковым (через 46-48 дней кормления масса каждой особи достигла 2,4-2,5 кг).
Полученные ученым из ВИР результаты свидетельствуют о возможности успешного использования зерна низкопентозановой ржи при кормлении птицы. Аналогичные результаты получены и при кормлении телят.
Интересно, что хотя изначально селекционеры ставили перед собой задачу решить проблемы только животноводства, полученное зерно открыло новые перспективы и для пищевой промышленности.
«В лучшую сторону изменился выход пустой продукции. Отрубей меньше, ведь оболочка тоньше. А муки наоборот больше – на 8–20%, – делится результатами Владимир Дмитриевич. – Вопрос: откуда мука взялась? Все просто: у низкопентозановой ржи отруби не только тонкие, но и хрупкие. Они легко переходят в следующую фракцию».
Еще одно интересное наблюдение касается непосредственно процесса измельчения зерна. Традиционно рожь мелят на специальных мельницах, так как на обычных, рассчитанных на пшеницу, залипают вальцы – в этом виноваты все те же особенности этой культуры. В случае с низкопентозановой рожью специальное оборудование не нужно.