Vliv ekologického a konvenčního způsobu pěstování na produkční a jakostní parametry a obsah volného asparaginu v zrnu pšenice seté

Bc. Veronika Nováková

Master's thesis

The influence of ecological and conventional cropping systems on production and quality parameters and the content of free asparagine in the common wheat grain

Anotácia:

V posledních letech je věnována zvýšená pozornost rizikům spojeným s výskytem akrylamidu v potravinách. Tato potenciálně karcinogenní sloučenina vzniká během tepelné úpravy potravin v rámci Maillardovy reakce. Z hlediska vzniku akrylamidu je zásadní přítomnost volného asparaginu – aminokyseliny, která je jedním z hlavních prekurzorů tvorby akrylamidu. Koncentrace volného asparaginu v rostlinných pletivech, zejména v zrnu obilnin, je ovlivněna řadou faktorů, včetně způsobu a intenzity pěstování, agroekologických podmínek stanoviště a významnou roli může sehrávat i odrůda. Pšenice setá (Triticum aestivum L.) je v České republice nejrozšířenější plodinou, a to jak v konvenčním, tak i v ekologickém zemědělství. Cílem naší práce proto bylo vyhodnotit obsah volného asparaginu v zrnu dvou odrůd pšenice seté ozimé (Butterfly z jakostní skupiny E a LG Absalon z jakostní skupiny A) v závislosti na systému pěstování (ekologický vs. konvenční) a, v rámci konvenčního systému, posoudit i vliv různé intenzity hnojení dusíkem a sírou na obsah této aminokyseliny. Výzkum byl realizován v rámci přesného polního pokusu, který byl veden v roce 2023/2024 na výzkumné stanici FAPPZ ČZU v Praze-Uhříněvsi. Nejvyšší průměrný obsah volného asparaginu v zrnu pšenice (299–306 mg/kg) byl zaznamenán u variant s nejvyšší dávkou dusíku (240 kg N/ha). Se snižující se celkovou dávkou dusíku (180, 120 a 60 kg N/ha) klesal i obsah volného asparaginu; nejnižší byl zjištěn u konvenční nehnojené kontroly - 199 mg/kg. Aplikace síry vykazovala tendenci obsah volného asparaginu v zrnu pšenice mírně snižovat, ale rozdíly mezi variantami s a bez přídavku síry nebyly statisticky průkazné. Zajímavým zjištěním bylo, že v ekologickém systému pěstování byl zjištěn vyšší průměrný obsah volného asparaginu (272 mg/kg) než u řady konvenčních variant. Tento výsledek je v rozporu s většinou literárních údajů. Byl nejspíše ovlivněn rozdílnou předplodinou (ekologická plocha jetel luční, konvenční plocha řepka ozimá), ale pravděpodobně i poněkud specifickými podmínkami ekologické pokusné plochy v Uhříněvsi. Odrůda pšenice LG Absalon dosáhla v průměru vyššího obsahu volného asparaginu v zrnu (264 mg/kg) než odrůda Butterfly (235 mg/kg). Dále byly zjištěny statisticky průkazné pozitivní korelace mezi obsahem volného asparaginu a obsahem N-látek a mokrého lepku v sušině zrna, hodnotami Zelenyho testu, ale i počtem klasů na m2 a výnosem zrna. Naproti tomu byla zjištěna negativní korelace mezi obsahem volného asparaginu a hmotností tisíce semen (HTS). Naše, zatím pouze jednoleté, výsledky potvrdily význam způsobu pěstování a strategie hnojení na obsah volného asparaginu v zrnu pšenice a poukázaly na potřebu dalšího výzkumu v této oblasti.

Abstract:

Common wheat (Triticum aestivum L.) is the most widespread crop in the Czech Republic, both in conventional and organic farming. In recent years, increased attention has been paid to the risks associated with the occurrence of acrylamide in food. This potentially carcinogenic compound is formed during the heat treatment of carbohydrate-rich foods. The main precursor of acrylamide in wheat grain is free asparagine. The aim of this study was to evaluate the free asparagine content in the grain of two winter wheat varieties (Butterfly from quality group E and LG Absalon from quality group A) depending on the cultivation system (conventional vs. organic) and the intensity of nitrogen and sulphur fertilization. Significant differences in free asparagine content were found between the varieties, with LG Absalon reaching on average higher values (264 mg/kg) than Butterfly (235 mg/kg), and the difference was statistically significant. The highest asparagine content (299-306 mg/kg) was recorded in the variants with the highest nitrogen rate (240 kg/ha). As the nitrogen rate decreased, the asparagine content also decreased - in the control variant without nitrogen it was 199 mg/kg. Sulphur application tended to slightly reduce the free asparagine content of the grain in some cases, but the differences between the variants with and without sulphur addition were not statistically significant. An interesting finding was that the organic cropping system was found to have a higher free asparagine content (272 mg/kg) than most conventional variants. This result is contrary to most of the literature data and can probably be attributed to the different pre-crop and specific soil conditions in the experimental plot in Uhříněves. There was a statistically significant positive correlation between free asparagine content and grain yield, number of ears per m², nitrogen content, wet gluten content and Zeleny test value. Conversely, a negative correlation was observed with thousand seed weight, indicating a relationship between nitrogen assimilation and nutrient distribution in grain. The results confirm that the intensity of nitrogen fertilization significantly affects the free asparagine content. They also point to the importance of varietal selection, whereby varieties with a lower content of this amino acid can be targeted by breeding. In future research, it will also be important to take into account agronomic factors such as pre-crop or soil and climatic conditions, which can significantly modify the results. The work thus contributes to a better understanding of the risks associated with acrylamide and to the search for ways to reduce its presence in food products already at the primary production stage.

Kľúčové slová

pšenice, odrůda, obsah volného asparaginu v zrnu, intenzita pěstování, ekologický a konvenční systém

Keywords

variety, free asparagine content in grain, cultivation intensity, organic and conventional system, wheat

Jazyk práce: Czech

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 14. 4. 2025

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 20. 5. 2025
• Vedúci: prof. Ing. Ivana Capouchová, CSc.
• Oponent: Petr Konvalina, externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme / specializace:
Agriculture and Rural Development / Organic Farming