Aminosyresammensetning i korn

230 M. Åssveen / Grønn kunnskap 9 (2) Aminosyresammensetning i korn Mauritz Åssveen / mauritz.aassveen@planteforsk.no Planteforsk Apelsvoll forskingssenter Bakgrunn Den overveiende delen av bygg og havre som produseres i Norge går til dyrefôr. Andelen norskprodusert hvete som brukes i kraftfôrblandingene varierer fra år til år avhengig av hvor stor del som godkjennes som mathvete. Det er derfor viktig at det kornet som produseres har kvalitetsegenskaper som i størst mulig grad tilfredsstiller de ernæringsmessige krav som stilles til ulike dyreslag og produksjoner. Da det er risiko for at produksjonstaket kan nås for fôrkorn, blir kvalitetsegenskapene for kornet viktigere enn tidligere for å kunne hindre en overskuddssituasjon. Begrensninger i bruken av kjøttbeinmjøl og andre proteinkilder i kraftfôrblandingene har også ført til økt fokus på kvaliteten av norskproduserte kraftfôrråvarer. På grunn av faren for kugalskap ble kjøttbeinmjøl fra 1. januar 2001 forbudt i kraftfôret til alle matproduserende dyr i EU. Norge følger EU s regelverk på dette området. Forbud mot bruk av genmodifisert materiale vil også ha betydning for bruken av visse importerte proteinråvarer. Det vil bare være et spørsmål om tid hvor lenge garantien om import av GMO-fritt soyamjøl kan opprettholdes. Avregning av fôrkorn etter ulike kvalitetsparametre er i gang, og vil sikkert utvikle seg videre i årene som kommer. I den sammenheng er kunnskap om hvordan viktige kvalitetsegenskaper varierer med art, sort og ulike dyrkingstiltak viktig, både for å kunne produsere råvarer av riktig kvalitet, og for å kunne foreta en riktig og rettferdig prisavregning til dyrkerne. Proteinfraksjoner og aminosyrer i korn Korn har i stor grad vært betraktet som en viktig energi- og karbohydratkilde. Korn som proteinkilde har vært tillagt mindre vekt på grunn av god tilgang på alternative proteinkilder til bruk i kraftfôrblandinger. På verdensbasis utgjør imidlertid korn en viktig proteinkilde både for mennesker og dyr. Ved dyrkingsteknikk og arts-/sortsvalg er det til en viss grad mulig å styre innholdet av ulike kvalitetskomponenter i kornet. Det samlede innholdet av protein, fett og stivelse vil være forholdsvis stabilt, mens forholdet mellom disse kom-

M. Åssveen / Grønn kunnskap 9 (2) 231 ponentene kan variere innenfor relativt vide grenser. Det samme kan ulike fraksjoner innenfor disse næringsstoffgruppene gjøre. Hvis en ved hjelp av sortsvalg eller dyrkingsstrategi øker kornets protein- eller fettinnhold, vil det som hovedregel resultere i en tilsvarende reduksjon i stivelsesinnholdet. Det er også ofte en negativ korrelasjon mellom proteininnhold og avlingsnivå. Dannelsen av protein krever ca. to ganger så mye energi som syntesen av stivelse. Derfor krever en økning av proteininnholdet ved et konstant avlingsnivå både høyere hastighet og lengre varighet av fotosyntesen, samt en mer effektiv overføring av fotosynteseprodukter til kjernen (Wollenweber 2002). Totalt proteininnhold reflekterer ikke nødvendigvis biologisk eller ernæringsmessig verdi av kornet. Proteiner er bygget opp av aminosyrer som holdes sammen av peptidbindinger. Proteinkvaliteten bestemmes av sammensetningen av disse aminosyrene (Stoskopf 1985). Proteinene deles ofte i enzymproteiner eller metabolisk aktive proteiner på den ene siden og lagerproteiner på den andre. Albuminer og globuliner er fraksjoner av enzymproteiner, mens prolaminer og gluteniner er lagerproteiner. I bygg kalles prolamin for hordein, og i hvete gliadin. Albumin og globulin finnes først og fremst i kornets embryo og aleuronlag, og bidrar med fra 15-30 % av det totale N-innholdet i kjernen. Forbindelser som peptider, nitrater og frie aminosyrer er også forbundet med albuminfraksjonen, og utgjør 10-12 % av det totale N-innholdet. Fraksjonene prolamin og glutenin er først og fremst knyttet til kornets endosperm, og prolamin kan utgjøre så mye som 35-50 % av kornets totale N-innhold. I hvete utgjør prolamin en større prosentandel av råproteinet enn i bygg, og derfor er aminosyresammensetningen generelt dårligere i hvete. Prolamin inneholder lite lysin, men mye glutamat og glutamin. Proteinfraksjonen glutenin er først og fremst knyttet til kornets cellemembraner. Sterkere N- gjødsling fører til økt vekst av proteinfraksjonen prolamin på bekostning av albumin-, globulin- og gluteninfraksjonene i bygg og hvete. Innholdet og sammensetningen av aminosyrene er viktige kvalitetskriterier i korn, og bestemmende for fôrets biologiske verdi og næringsverdi. Korn inneholder tjue aminosyrer som er ansvarlige for proteinsyntesen. Disse kan deles i essensielle og ikke essensielle aminosyrer (Tabell 1). Dyr og mennesker kan syntetisere de ikke essensielle aminosyrene gjennom nedbryting av glukose, mens de essensielle må tilføres via maten og fôret.

232 M. Åssveen / Grønn kunnskap 9 (2) Tabell 1. Aminosyrer i korn Essensielle aminosyrer Histidin (His) Isoleucin (Ile) Leucin (Leu) Lysin (Lys) Ornitin (Orn) Methionin (Met) Phenylalanin (Phe) Tryptophan (Trp) Threonin (Thr) Valin (Val) Ikke essensielle aminosyrer Alanin (Ala) Asparagin (Asn) Aspartat (Asp) Cystin (Cys) Glutamat (Glu) Glutamin (Gln) Glycin (Gly) Prolin (Pro) Serin (Ser) Tyrosin (Tyr) Aminosyresammensetning i ulike kornarter og kornsorter Aminosyresammensetningen i korn er vanligvis ubalansert med utilstrekkelig innhold av flere essensielle aminosyrer i forhold til behovet hos ulike dyreslag. Lysin er den mest begrensende essensielle aminosyren i alle kornarter, fulgt av threonin i havre, bygg, hvete og rug. Innholdet av methionin og valin er også generelt lavt i korn. Tabell 2. Innhold av aminosyrer i ulike kornarter, g/100 g protein (etter Wollenweber, 2002) Aminosyrer Hvete Rug Rughvete Bygg Havre Ris Mais Arginin 4,71 4,93 5,25 4,40 6,98 8,26 4,19 Cystin 2,19 1,90 2,97 2,50 1,73 1,07 1,55 Histidin 2,02 2,20 2,40 2,10 2,46 2,49 2,72 Isoleucin 4,70 4,26 3,70 3,80 3,90 3,71 3,68 Leucin 6,72 6,68 6,98 6,90 7,55 8,22 12,43 Lysin 2,79 3,42 3,31 3,50 4,51 3,69 2,67 Methionin 1,30 1,68 1,63 1,60 1,65 2,32 1,92 Phenylalanin 4,96 4,82 4,94 5,10 4,93 5,15 4,88 Threonin 2,84 3,70 3,20 3,50 3,64 3,91 3,60 Tryptophan 1,28 1,13 1,11 1,40 1,70 1,15 0,70 Tyrosin 3,72 3,27 2,84 2,50 3,61 3,49 3,83 Valin 4,48 5,21 4,52 5,40 5,24 5,51 4,85 En ser at rughvete har et høyere innhold av de essensielle aminosyrene lysin, methionin, threonin, histidin og leucin enn vanlig hvete (Tabell 2). Men det er havre av våre vanlige kornarter som peker seg ut med det høyeste innhol-

M. Åssveen / Grønn kunnskap 9 (2) 233 det av den viktige essensielle aminosyren lysin. Havre har også et høyt innhold av andre essensielle aminosyrer for eksempel leucin, histidin, phenylalanin og tryptophan. Havre peker seg derfor ut som en art med svært høy biologisk verdi og god proteinkvalitet. Effekt av N-gjødsling Det er stor forskjell på aminosyresammensetningen i enzymproteinene og lagerproteinene. Enzymproteinene inneholder større mengder essensielle aminosyrer enn lagerproteinene, og har dermed en høyere biologisk verdi. Generelt er det vanskelig å bedre kornets proteinkvalitet og næringsverdi ved å øke proteininnholdet fordi det er de ikke essensielle aminosyrene som øker mest på bekostning av viktige essensielle aminosyrer når proteininnholdet øker. Denne sammenhengen ser likevel i mindre grad ut til å gjelde for havre og rughvete enn for bygg og hvete. Enzymproteinene syntetiseres tidlig i kornets utvikling, mens lagerproteinene i større grad dannes senere. Ved lav nitrogentilgang er det derfor dannelsen av enzymproteiner (albumin og globulin ) som prioriteres. Ved rikelig nitrogentilgang gjennom hele vekstsesongen øker andelen lagerproteiner (prolamin og glutenin). N-gjødslingsstrategien vil derfor ha stor betydning for kornets proteininnhold og sammensetningen av proteinfraksjonene og aminosyrene. I en svensk undersøkelse (Stenram et al. 1990) ble sorter av vår- og høsthvete dyrket ved to N-gjødslingsnivåer. Det ble tatt proteinanalyser på fem tidspunkter i innlagringsperioden, fra 10-66 dager etter blomstring (Tabell 3).

234 M. Åssveen / Grønn kunnskap 9 (2) Tabell 3. Proteininnhold og sammensetningen av proteinfraksjoner gjennom innlagringsperioden ved to N-gjødslingsnivåer for vår- (Kadett og Drabant) og høsthvetesorter (Hildur og Solid) (Stenram et al. 1990) Sort Dager etter Protein Proteinfraksjoner i % av totalprotein (kg N/ha) blomstring % av t.stoff Albumin Globulin Gliadin Glutenin Kadett 10 14,4 71,0 9,1 3,8 3,8 (75) 20 12,2 52,1 11,3 12,7 14,9 30 11,4 31,7 12,3 32,0 15,4 40 12,1 20,9 13,7 41,8 15,1 66 10,9 20,7 17,3 35,0 8,0 Kadett 10 15,2 69,7 9,8 2,7 8,4 (150) 20 15,0 49,0 10,8 18,4 14,4 30 13,5 24,8 10,1 38,7 11,8 40 15,2 18,2 14,7 48,4 8,4 66 15,5 23,8 19,8 40,9 11,1 Drabant 10 13,9 72,6 10,0 1,5 8,3 (75) 20 12,8 56,9 10,0 13,7 12,7 30 12,0 32,6 11,9 35,4 11,8 40 - - - - - 66 12,3 21,4 14,0 46,1 12,1 Drabant 10 14,7 71,4 9,4 1,4 6,9 (150) 20 16,1 54,5 10,1 18,4 11,3 30 15,7 29,4 11,4 43,4 10,3 40 16,5 26,1 11,7 49,1 9,0 66 16,2 18,7 11,7 54,1 7,5 Hildur 10 12,2 62,3 10,2 1,7 9,4 (70) 20 9,5 56,5 10,7 7,8 17,4 30 8,4 39,0 11,2 28,1 13,7 40 8,8 28,0 14,6 36,0 11,4 66 8,4 23,7 17,7 44,2 7,2 Hildur 10 13,2 58,3 10,0 4,6 11,8 (210) 20 12,2 48,7 11,1 18,3 16,6 30 11,7 29,1 12,1 39,8 7,5 40 12,7 19,7 12,8 48,9 9,6 66 12,8 16,9 14,5 53,8 8,7 Solid 10 - - - - - (70) 20 10,2 60,2 9,9 9,3 14,6 30 8,2 42,8 11,9 28,0 11,5 40 8,7 28,3 12,8 39,6 18,6 66 8,9 24,3 15,5 50,2 9,3 Solid 10 13,0 77,1 11,7 5,2 10,9 (210) 20 12,1 53,0 8,4 14,9 13,9 30 12,3 32,0 11,2 39,5 15,5 40 13,0 22,3 12,5 52,4 10,4 66 13,0 19,2 14,3 55,5 8,8

M. Åssveen / Grønn kunnskap 9 (2) 235 Tabellen viser at det totale proteininnholdet i prosent av tørrstoffet i denne undersøkelsen økte klart med økt N-gjødsling. Ved svakeste N-gjødsling fant en et relativt høyt proteininnhold i kornet ved første analyse, 10 dager etter blomstring. Ved senere analyser falt proteininnholdet klart. Ved sterkeste N- gjødsling holdt proteininnholdet seg relativt konstant gjennom hele innlagringsperioden med unntak av analysen 30 dager etter blomstring. Ved dette uttaket var proteininnholdet generelt noe lavere. Denne midlertidige nedgangen kan skyldes at dette er et tidspunkt med intens innlagring av stivelse i kornet. Denne svenske undersøkelsen er interessant med tanke på når de ulike proteinfraksjonene innlagres. På et tidlig stadium er det dannelsen av albumin som dominerer. Dette gjelder for begge sorter og uansett N-gjødslingsnivå. Det prosentvise innholdet av albumin reduseres så hele veien fra første til siste analysetidspunkt. På et tidlig stadium inneholder kornet svært lite gliadin, men ved de siste analysetidspunktene er dette den dominerende proteinfraksjonen. Innholdet av glutenin viser en noe varierende innlagringsrytme, men med en redusert prosentandel ved siste analyse, 66 dager etter blomstring. For globulinfraksjonen skjer det en gradvis økning i prosentandelen gjennom hele innlagringsperioden. Effekt av temperatur og vanntilgang Rent generelt vil proteininnholdet bli høyere i korn som dyrkes under varme, tørre betingelser, enn i kaldt og fuktig klima (Stoskopf 1985). Det vil i sin tur påvirke fordelingen av proteinfraksjonene og aminosyresammensetningen. Ved dyrking på friland er det litt vanskelig å vite hvor stor del av utslagene som skyldes temperatur og hva som skyldes vanntilgang. Disse faktorene er som regel nært koblet sammen, og vil kunne gi en additativ effekt. I en norsk undersøkelse (Hafskjold 1995) ble proteinkvaliteten for ulike vårhvetesorter kartlagt ved forskjellig temperatur i innmatingsperioden. Forsøkene ble gjennomført under kontrollerte betingelser i veksthus, og temperaturen ble variert fra 9 til 21 C. Økt temperatur førte til økt proteininnhold i kornet, og prosentandelen av lagerproteinene glutenin og gliadin økte med økende temperatur i innmatingsperioden. For gliadin var økningen mest markert i temperaturområdet 15-21 C. Tabell 4 viser effekten av økt temperatur på gluteninandelen for de tre sortene i forsøket.

236 M. Åssveen / Grønn kunnskap 9 (2) Tabell 4. Effekt av ulik temperatur i innmatingsperioden på proteininnhold og glutenininnhold for tre vårhvetesorter Temp. Polkka Tjalve Bastian C Protein % Glutenin % Protein % Glutenin % Protein % Glutenin % 9 10,6 28,37 10,1 30,15 10,8 30,78 12 10,4 29,18 9,9 30,12 10,0 30,81 15 10,9 29,85 10,7 30,63 10,7 31,60 18 12,8 29,82 12,6 31,66 11,4 32,30 21 13,9 30,88 14,8 32,49 13,7 32,23 For hvete som skal brukes til baking er en slik økning i gluteninandelen positiv fordi det gir deigen større styrke og elastisitet. Tallene stemmer godt med de erfaringene en har fra tidligere om disse sortenes bakekvalitet. Polkka er en sort med svakt gluten og Bastian har et sterkt gluten. Ut fra det som er diskutert tidligere vil imidlertid en prosentvis økning i glutenin- og gliadinfraksjonene gi en mindre gunstig fordeling mellom essensielle og ikke essensielle aminosyrer. Dette betyr at de sortene som blir foredlet med tanke på en sterk proteinkvalitet til baking ikke nødvendigvis har den gunstigste aminosyrefordelingen med tanke på fôring av husdyr. Aminosyresammensetningen ble ikke undersøkt i disse forsøkene. Kartlegging av aminosyresammensetningen i norske kornsorter Det finnes ingen fullstendig oversikt over aminosyresammensetningen i det sortsmaterialet som dyrkes i Norge. De analysene som finnes er gjort i et smalt utvalg av sorter, og på et ikke ortogonalt materiale. Gjennom verdiprøvingen i korn sitter en på et stort sortsmateriale dyrket på ulike steder. Dette materialet er godt egnet til å bestemme variasjonen i aminosyresammensetning mellom arter og mellom sorter innen art. Et utvalg av bygg- og havresorter fra tre verdiprøvingsforsøk i 2003 ble analysert for aminosyresammensetning. Forsøkene lå i Østfold, på Romerike og på Apelsvoll, slik at en fikk en god geografisk spredning innen Østlandet. Tabell 5 viser fordelingen for en del aminosyrer i de ulike byggsortene.

M. Åssveen / Grønn kunnskap 9 (2) 237 Tabell 5. Innhold av en del aminosyrer (g/100 g protein) i ulike byggsorter. Gjennomsnitt for 3 forsøk på Østlandet 2003 Sort Histidin Lysin Treonin Methionin Valin Alanin Aspargin Glutaminsyre Glycin Prolin Arve 2,54 4,34 3,75 1,80 5,76 4,64 6,65 23,76 4,52 9,66 Olsok 2,53 4,37 3,77 1,86 5,64 4,66 6,82 23,20 4,54 10,11 Lavrans 2,54 4,40 3,82 1,90 5,89 4,69 6,78 24,33 4,57 10,28 Ven 2,55 4,26 3,71 1,83 5,51 4,50 6,59 23,83 4,68 10,19 Fager 2,56 4,31 3,76 1,91 5,84 4,61 7,02 24,29 4,61 9,91 Nina 2,76 4,33 3,67 1,77 5,92 4,52 6,56 25,69 4,39 10,68 Tiril 2,71 4,10 3,55 1,74 5,77 4,38 6,48 24,64 4,25 10,12 Gaute 2,49 4,44 3,88 1,88 5,71 4,80 6,88 22,60 4,80 9,71 Tyra 2,45 4,10 3,58 1,81 5,57 4,43 6,43 24,27 4,32 10,72 Kinnan 2,42 4,05 3,58 1,80 5,43 4,39 6,36 24,62 4,28 10,85 Sunnita 2,49 4,07 3,62 1,75 5,60 4,41 6,50 24,59 4,41 10,50 Saana 2,44 4,15 3,66 1,83 5,49 4,54 6,65 23,90 4,65 10,38 Iver 2,42 4,24 3,65 1,82 5,54 4,54 6,54 24,02 4,47 10,19 Annabell 2,47 4,23 3,63 1,81 5,56 4,59 6,89 23,93 4,41 9,98 Edel 2,53 4,31 3,69 1,84 5,68 4,79 6,98 23,48 4,51 9,57 Helium 2,49 4,13 3,71 1,86 5,46 4,47 6,56 24,33 4,35 10,57 Netto 2,36 3,96 3,52 1,74 5,40 4,29 6,37 24,47 4,24 11,38 LSD 5% 0,29 0,37 0,26 0,12 0,32 0,37 0,62 1,82 0,39 1,60 Tabell 6. Innhold av ulike aminosyrer i bygg (g/100 g protein). Middeltall for ulike forsøkssteder, 2003 Sted Histidin Lysin Treonin Methionin Valin Alanin Aspargin Glutaminsyre Glycin Prolin Østfold 2,60 4,46 3,83 1,85 5,81 4,86 6,88 23,35 4,72 9,71 Romerike 2,70 4,56 3,85 1,88 5,86 4,81 7,12 23,10 4,74 9,44 Apelsvoll 2,48 4,08 3,63 1,80 5,65 4,39 6,33 24,99 4,36 10,73 LSD 5% 0,16 0,15 0,14 i.s. i.s. 0,15 0,23 0,89 0,14 0,68 For bygg ble det registrert signifikante forskjeller i innhold av ulike aminosyrer både mellom sorter og mellom forsøkssteder. I havre ble det ikke registrert sikre forskjeller. Det er tatt ut nye prøver for aminosyreanalyser fra byggforsøkene i 2004. Resultatene fra disse analysene foreligger ikke når dette skrives.

238 M. Åssveen / Grønn kunnskap 9 (2) Referanser Hafskjold, R.E. 1995. Proteinkvalitet i hvete dyrket ved forskjellig temperatur i innmatings-perioden. Hovedoppgave ved Institutt for plantefag, 53 sider. Stenram, U., Heneen, W.K. & Olered, R. 1990. The Effect of Nitrogen Fertilizers on Protein Accumulation in Wheat (Triticum aestivum L.). Swedish J. Agric. Res. 20: 105-114. Stoskopf, N.C. 1985. Cereal Grain Crops. Reston Publishing Company, Inc. Reston, Virginia. ISBN 0-8359-0733-3. 516 sider. Wollenweber, B. 2002. Dyrkning af kvalitetsafgrøder målrettet produktion af korn, raps og Bælgsæd til foderbrug. Kornkvalitet agronomiske aspekter. DJF-rapport nr.74: 17-48.