Kartlegging av årets kvalitet i vår- og høsthvete Anette Moldestad, Bernt Hoel og Anne Kjersti Uhlen Kornmøtet, Sarpsborg 8. februar 2011
Formål: System for karakterisering av proteinegenskaper ved begynnelsen av ny innhøstingssesong Kortnavn: VAREDEKLARASJON Med gode prognoser vil møllene raskere kunne sette sammen blandinger som gir de ønskete egenskaper på melet => bedre utnyttelse av norsk mathvete
Prosjektet er finansiert gjennom omsetningsmidler, administrert av Norske Felleskjøp Samarbeidspartnere: Bioforsk Sørøst, Apelsvoll Nofima Mat IPM-UMB Norgesmøllene Lantmannen Cerealia
Prøvematerialet Prøvematerialet hentet fra sortsforsøk (soppbehandla, 2 rep) Lokaliteter: Østfold, Follo, Vestfold, Romerike, Mjøsområdet, Buskerud Sorter: Høsthvete: Bjørke (kl 4), Olivin (kl 4), Magnifik (kl 4) og Mjølner (kl 5, svak) Vårhvete: Bastian (kl 1), Avle (kl 2), Bjarne (kl 2), Zebra (kl 3), Berserk (kl 2)
Arbeidsgang, oppstart i 2005: 1) Forsøksring høster felt 2) Kornprøver til Planteforsk Apelsvoll 3) Planteforsk Apelsvoll: vann %, hl-vekt, protein % (helkorn) falltall og SDS (sammalt mel) 4) 200 g sammalt mel sendes til IPM/Matforsk 5) IPM/Matforsk: Mixogram, Kieffer og SE-FPLC 6) Resten av ruteavling renses ved IPM 7) Møllene maler siktemel på prøvemølle 8) Møllene utfører deigreologiske analyser: Farinogram og extensogram og baketest 9) Alt tallmaterialet sendes fortløpende til IPM/Matforsk for sammenstilling, statistisk behandling og for utarbeiding av prognose
Strategi: Kvalitetsprognoser i flere trinn? Noen analyser er raske å utføre, andre er mer tidkrevende Tidlig prognose, basert på hurtige analyser Senere prognose, med tillegg av reologiske analyser Men: Industrien har behov for tidlig prognose Maling av siktemel, og reologiske analyser er tidkrevende Hurtige analyser (SDS sedimentasjonstest) ga ikke gode nok prognoser
Rmax (N) P% SDS Høsthvete Variasjon mellom år 2005 2007 Markedssortene Proteininnhold SDS 15 80 14 75 13 70 12 11 10 65 60 9 55 8 2005 2006 2007 50 2005 2006 2007 År År Motstand mot strekking Rmax (N) Motstand mot strekking - Ekstensograf 0.7 400 0.6 350 0.5 300 0.4 0.3 0.2 0.1 250 200 150 100 50 0 2005 2006 2007 År 0 2005 2006 2007
Rmax (N) P% SDS Vårhvete - Variasjon mellom år 2005 2007 Markedssortene Proteininnhold SDS 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 2005 2006 2007 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 2005 2006 2007 År År Motstand mot strekking Rmax (N) 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 2005 2006 2007 År
Kieffer extensograph hurtig reologisk analyse basert på sammalt mel og liten prøvestørrelse Force (N) Force (N) Extensigraph Kieffer-rig 0.30 R max 0.25 Dough 0.20 0.15 Area 0.10 Ei 0.05 (Bloksma 1971) 0.00 1.0 R max 0.8 0 10 20 Ext2 30 40 Ext 50 Distance (mm) Gluten Maximum resistance to extension = Rmax Extensibility = Ext (stretching distance to rupture) 0.6 0.4 0.2 0.0 Area Ei 0 20 40 60 80 Ext2 Ext 100 120 Distance (mm) (Tronsmo et al 2003) Graminor 13. desember 2010 9
Baketest protein, SDS, Rmax Vårhvete H/B - P% korn H/B P% (r =0.017) H/B SDS (r =0.51) H/B Rmax (r =0.82) 16 15 14 13 12 R 2 = 0.0003 11 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 100 95 90 85 80 75 70 65 60 H/B - SDS R 2 = 0.2557 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 H/B - Rmax (Kieffer) R 2 = 0.6719 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85
Motstand mot strekking Sammalt siktet mel målt på Kieffer-rig og siktemel målt på Extensograf Vårhvete N 0.25 0.2 R 2 = 0.8012 0.15 0.1 0.05 0 200 250 300 350 400 450 BU
Arbeidsgang pr 2010 1) Forsøksring høster felt 2) Kornprøver til Planteforsk Apelsvoll 3) Planteforsk Apelsvoll: vann %, hl-vekt, protein % (helkorn) falltall og SDS (sammalt mel) 4) 200 g sammalt mel sendes til Nofima Mat 5) Nofima Mat: Kieffer Extensibility test 6) Utarbeider prognose 7) Møllene analyserer egne prøver basert på klasser resultatene sammenlignes
Kvalitetsprognose 2010 Vårhvete
Info om materialet prognosen for vårhvete 2010 er bygd på Fire felt er analysert for proteininnhold, SDS sedimentasjon og med Kieffer ekstensograf av gluten. For hvert felt er de tre vårhvetesortene Bjarne, Zebra og Berserk analysert, hver sort med to gjentak per felt. Feltene har vært anlagt i Vestfold, Sarpsborg, Romerike og Apelsvoll i Oppland. Falltallet har vært høyt på alle felt, og godt over 200. Resultatene fra 2010 er også stilt sammen med resultatene fra 2005-2009.
Prognose 01.10 2010 Vårhvete Proteininnholdet er i gjennomsnitt relativt høyt og på et tilfredstillende nivå, men varierer mellom felt. Berserk har høyere proteininnhold enn Zebra. Resistens mot strekking (Rmax), målt med Kieffer Ekstensograf av gluten, viser at glutenkvaliteten er svak i forhold til i årene 2005 og 2006. I disse årene var glutenkvaliteten svært god. I gjennomsnitt ligger årets resultater på samme nivå som i årene 2007-2009. Men Rmax varierer betydelig mindre mellom felt enn det vi har sett i tidligere år. Berserk har sterkere glutenkvalitet enn Bjarne og Zebra. Glutens ekstensibilitet er på samme nivå som i 2009, og er høyere enn i årene 2005 og 2006, men lavere enn årene 2007 og 2008. Det er liten variasjon mellom felt i ekstensibilitet i 2010. Berserk har lavere ekstensibilitet enn Zebra. Resultatene tyder på at vårhvete i 2010 har en svakere kvalitet enn det vi skulle ønske, men en mer stabil kvalitet enn vi har erfart i tidligere år. Sorten Berserk er sterkere enn de andre sortene, og kan bli en god kvalitetssort i Norge.
Proteininnhold, gjennomsnitt for sorter og felt 15.0 14.0 13.0 12.0 11.0 10.0 9.0 8.0 7.0 6.0 5.0 Vårhvete 2010, proteininnhold Bjarne Zebra Berserk 19.0 17.0 Berserk har høyere proteininnhold enn Zebra Vårhvete 2010, proteininnhold Feltet i Sarpsborg har svært høyt proteininnhold, og feltet på Apelsvoll har lavere proteininnhold. Feilfelt angir LSD 95% (minste signifikante differanse) 15.0 13.0 11.0 9.0 7.0 5.0 Vestfold Sarpsborg Romerike Apelsvoll
Resistens mot strekking basert på Kieffer ekstensograf av gluten 0.700 Vårhvete 2010, Rmax 0.600 0.500 0.400 0.300 0.200 Berserk har høyere Rmax og sterkere glutenkvalitet enn Zebra og Bjarne 0.100 0.000 Bjarne Zebra Berserk 0.700 Vårhvete 2010, Rmax 0.600 Feltet fra Vestfold har sterkere gluten enn de andre 0.500 0.400 0.300 Feilfelt angir LSD 95% (minste signifikante differanse) 0.200 0.100 0.000 Vestfold Sarpsborg Romerike Apelsvoll
Vårhvete, middel proteininnhold 2005-2010 17.000 15.000 13.000 11.000 9.000 7.000 5.000 2005 2006 2007 2008 2009 2010 0.900 0.800 0.700 0.600 0.500 0.400 0.300 0.200 0.100 0.000 Vårhvete, middel Rmax 2005-2010 2005 2006 2007 2008 2009 2010 250.000 200.000 150.000 100.000 50.000 0.000 Vårhvete, middel Ext 2005-2010 2005 2006 2007 2008 2009 2010
Glutenkvalitet hos de ulike sortene i årene 2005-2010, målt med Kieffer ekstensograf av gluten 0.900 Motstand mot strekking (Rmax) 0.800 0.700 0.600 0.500 0.400 0.300 Bastian Avle Bjarne Zebra Berserk 0.200 0.100 0.000 2005 2006 2007 2008 2009 2010
Kvalitetsprognose høsthvete 22.09 2010 Basert på 6 felt
Info om materialet prognosen for høsthvete 2010 er bygd på Seks felt er analysert for proteininnhold, SDS sedimentasjon og med Kieffer ekstensograf av gluten. For hvert felt er de fire høsthvetesortene Mjølner, Bjørke, Magnifik og Olivin analysert, hver sort med to gjentak per felt. Feltene har vært anlagt i Vestfold, Råde og Sarpsborg i Østfold, Telemark, Buskerud og Apelsvoll i Oppland. Alle prøver har falltall over 200. Resultatene fra 2010 er også stilt sammen med resultatene fra 2005-2009 for de samme sortene.
Prognose 22.09 2010 Høsthvete Proteininnholdet er litt lavere enn i årene 2005-2009, og særlig lavere enn i 2009. Magnifik og Mjølner har lavere proteininnhold enn Bjørke og Olivin. Resistens mot strekking (Rmax), målt med Kieffer Ekstensograf av gluten, viser at glutenkvaliteten er sterkere enn i årene 2007 og 2009, men svakere enn i 2005 og 2006. I 2005 og 2006 var glutenkvaliteten svært god. I gjennomsnitt ligger årets resultater likt med resultatene fra 2008. Mjølner har, som forventet, svakere kvalitet enn Bjørke og Olivin. Magnifik har i gjennomsnitt litt lavere Rmax enn Bjørke og Olivin, men dette variere litt fra felt til felt. Det er liten variasjon mellom lokaliteter bortsett fra for feltet på Apelsvoll som har lavere Rmax. Sortene er ikke forskjellige i glutens ekstensibilitet i 2010. Feltet fra Buskerud og Apelsvoll har lavere ektensibilitet enn de andre. Resultatene tyder på at høsthvete i 2010 har en mer stabil kvalitet enn vi har erfart i tidligere år, men at den er noe svakere enn det som er ønskelig (bortsett fra Mjølner, som skal være svak hvete).
Høsthvete 2010 Proteininnhold (%), middel av seks felt 15.0 13.0 11.0 9.0 Bjørke og Olivin har høyere protein enn Mjølner og Magnifik. 7.0 5.0 Mjølner Bjørke Magnifik Olivin Feltene fra Apelsvoll, Buskerud og Telemark har lavere protein. Feilfelt angir minste signifikante differanse (LSD 95% ) 15.0 14.0 13.0 12.0 11.0 10.0 9.0 8.0 7.0 6.0 5.0 Proteininnhold (%), middel over fire sorter per felt Sørøst Vestfold Buskerud Telemark Apelsvoll Rød
Rmax (N) Rmax (N) Høsthvete 2010 Kieffer Rmax, middel av seks felt 0.7000 0.6000 0.5000 0.4000 0.3000 0.2000 0.1000 Mjølner er svakere enn Bjørke, Olivin og Magnifik. Magnifik er svakere enn Bjørke og Olivin. 0.0000 Mjølner Bjørke Magnifik Olivin Kieffer Rmax, middel over fire sorter per felt Svært liten variasjon mellom felt i Rmax, bortsett fra feltet på Apelsvoll. 0.7000 0.6000 0.5000 0.4000 0.3000 0.2000 0.1000 0.0000 Sørøst Vestfold Buskerud Telemark Apelsvoll Rød Feilfelt angir minste signifikante differanse (LSD 95% )
Protein-innhold, høsthvete 2005-2010 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 2005 2006 2007 2008 2009 2010 Litt lavere proteininnhold i 2010 enn i 2005-2007, og klart lavere enn i 2009. Sterkere gluten enn i 2007, men svakere enn i toppårene 2005-2006. Kieffer Rmax, høsthvete 2005-2010 Kieffer Ext, høsthvete 2005-2010 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 2005 2006 2007 2008 2009 2010 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 2005 2006 2007 2008 2009 2010
Utfordringer og videre arbeid: Prøvematerialet: Nok prøver? Representative prøver? Tidsfaktoren tidlig nok prognose? Måling av glutenkvalitet og tolkning Prosjektet Future Wheat nye verktøy? Grunnleggende studier oppbygning av glutenproteiner i korn gjennom kornfyllingsperioden og betydning for utvikling av glutennettvekter i en deig Effekt av temperatur? Prediktere glutenkvalitet før gulmodning? Prediksjon av glutenkvalitet basert på værdata?
Jeg tror jeg skal stoppe her det neste er et nytt foredrag
Effect of temperature during grain filling on wheat gluten resistance A. Moldestad, E.M. Færgestad, A. O. Skjelvåg, B. Hoel, A.K. Uhlen
Force (N) Wheat material from field trials Norwegian spring wheat 4 varieties Grown in different locations in Norway 4 year (2005-2008) 120 samples Weather data collected from nearest weather station for each location Focus on temperature Analysis: Resistance to extension (Rmax) with Kieffer-extensibility test SDS sedimentation test 1.0 R max 0.8 Photo: Kent Svensson Gluten 0.6 All samples tested had Falling Number higher than 200 0.4 0.2 Ei Area 0.0 0 20 40 60 80 Ext2 Ext 100 120 Distance (mm) 29 (Tronsmo et al 2003)
Force (N) Variation in Rmax between years 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 2005 2006 2007 2008 Year
2005-1 2005-2 2005-3 2005-4 2005-6 2006-1 2006-5 2006-6 2006-7 2007-1 2007-2 2007-3 2007-4 2007-6 2008-1 2008-4 2008-5 Rmax (N) Variation in Kieffer resistance (Rmax) between years and between location within years 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 31
Investigation the relation of temerature during grain filling and quality Modelling heading date and yellow ripeness Based on previous data from field trials Date of heading and yellow ripeness Temperature data Calculations of day-degrees Aligning temperature courses for each location and variety according to the phenological development from heading Dividing the grain development period into 21 sub-phases Calculating average temperature of the sub-phases Investigation the relation between the temperature of the different sub-phases and quality (Rmax) by multivariate PLS 02.03.2011
Temperature (C) Temperature aligned according to date, Four field trails in 2006 25 20 15 10 5 0 22 26 30 4 8 12 16 20 24 28 June July August Date 1 5 9 13 17 Date Field trail no 6 Field trail no 7 Field trail no 8 Field trail no 9 Graminor 13. desember 2010 Daily mean temperature for four field trials in 2006 according to chronological time
2005 2006 2007 2008
Variation in temperature during grain filling Temperature differences among the fields each year were small during the two months time from June 22 to August 21 A large variation in course of temperature during the grain filling phase was created by: 1. The annual variation, 2. Earlier or later sowing of field trials, 3. The different rates of phenological development of the varieties as the smallest contribution. 02.03.2011
Scores PC2 Loadings PC2 Scores PC1 Loadings PC1 PLSR using average temperature of the sub-phases as regression variables and Rmax as the response variable. Scores of the samples for PLS factor 1 (A) and PLS factor 2 (C) and corresponding loadings (B and D). 6 A 0.3 B 3 0-3 - 6 4 0.2 0.1 2005 2006 2007 2008 0.0 Samples 1 5 10 15 20 C 0.4 D Growth Sub-phase period 2 0.2 0 0.0-2 - 0.2-4 2005 2006 2007 2008 Samples - 0.4 1 5 10 15 20 Growth Sub-phase period
Rmax (N) Relatioships between mean temperature and Rmax for the four periods Rmax vs Temperature periode 3 1 0,8 R 2 = 0,17 0,6 0,4 0,2 0 12 14 16 18 20 22 24 Mean temperature ( C) phase 10-17
Conclusions: Large temperature variation during grain filling between the different seasons Large variation in temperature courses between locations within season. This was mainly caused by variation in sowing time: giving different phenological development according to the chronological time thus giving different courses of temperature during grain filling. Large variation in gluten resistance of wheat varieties grown in different seasons and at different sites a large proportion of this variation was related to the temperature during grain filling 02.03.2011
Conclusions: Higher mean temperature from heading to approximately midway in the grain filling period was positively related to gluten quality. Weaker gluten resistance was observed when the diurnal temperature in this period dropped below 17 C. The strongest correlations to temperature were found for the period 9-21 days after heading, whereas no significant relation was found in the later periods of grain development. 02.03.2011
0.900 Vårhvete, middel Rmax 2005-2010 0.800 0.700 0.600 0.500 0.400 0.300 0.200 0.100 0.000 2005 2006 2007 2008 2009 2010