Рожь, приятная во всех отношениях

Рожь славится своей высокой питательной ценностью. Белок ржи соответствует белку коровьего молока на 83%, в то время как белок пшеницы — всего на 41%. Рожь 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. Ее употребление в пищу помогает контролировать вес. Если поставить такой ценный продукт в начале пищевой цепочки, добавляя добавляя в большом количестве в корма сельскохозяйственных животных, это поможет улучшить качество продукции животноводства.Но пытаясь решить эту задачу, ученые разных стран мира натолкнулись на научный барьер. «Рожь всем-всем хороша, только не поедается животными. Там есть такие компоненты — водорастворимые пентозаны, пятиуглеродные сахара, — которые вызывают проблемы при кормлении животных: препятствуют пищеварению и усвоению полезных веществ, так как поглощают воды в десять раз больше своей массы, что приводит к созданию своеобразного клейстера, — пояснил Владимир Кобылянский, доктор биологических наук, главный научный сотрудник отдела генетических ресурсов овса, ржи и ячменя Всероссийского института генетических ресурсов растений (ВИР) 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 отсутствует в организме теплокровных животных».

Таким свойством обладают только пентозаны двух типов — арабиноза и ксилоза, уточнил Владимир Кобылянский: «Арабиноза и ксилоза выполняют роль строительного материала для оболочек клеток. К ним в результате обмена веществ присоединяются соединения целлюлозы, и мы получаем клетчатку. Но именно арабиноза и ксилоза образуют слизь в пищеварительном тракте животных». А вот, например, пентозан рибоза — ключевой компонент ДНК и РНК — таким воздействием на организмы животных не обладает. Как и водонерастворимая гемицеллюлоза, также состоящая из пентозанов.

Но и вредные пентозаны не всегда вредны. Ученым давно известно, что на разных этапах жизненного цикла растений пентозаны меняют свое молекулярное состояние. Пока рожь растет, водорастворимые пентозаны находятся в мономерном состоянии и служат для построения клеток. Но когда растение сформировано и начинается созревание зерна, происходит перераспределение избыточных пентозанов в клеточные стенки и межклеточное пространство оболочек и алейронового слоя (алейроновый слой - периферический слой клеток, содержащий большое количество белка и расположенный вокруг эндосперма семян злаков. До прорастания семян служит запасной тканью, при прорастании участвует в мобилизации запасных веществ - "Стимул"). Оставаясь там, они выполняют защитную функцию зерна от вредных условий среды. В этот период водорастворимые пентозаны переходят из мономерного в полимерное состояние и начинают оказывать вредоносное влияние на животных при употреблении зерна ржи в пищу.

Почему пентозаны ржи не оказывают такого негативного воздействия на человека, как на животных? Все дело в термической обработке. При выпекании ржаного хлеба пентозаны под воздействием высоких температур теряют свои вредоносные свойства.

Но сельскохозяйственные животные едят зерно сырым. Ученые выяснили, что наибольший вред пентозаны причиняют свиньям и птицам. Поэтому в их корме не должно содержаться ржи более 4,5% для птиц и не более 10% — для свиней. Крупный рогатый скот чуть менее привередлив: вместе с другими видами корма бычки и телочки могут получать до двух килограммов ржи в день. Замечено, что наличие в комбикорме ржи работает для коров как вкусная приправа. С ней животные гораздо охотнее поедают сено.

Доктор биологических наук, главный научный сотрудник отдела генетических ресурсов овса, ржи и ячменя Всероссийского института генетических ресурсов растений (ВИР) имени Н. И. Вавилова и почетный профессор ВИР Владимир Кобылянский

Наталия Михальченко

Поиски решений

«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», — комментирует Владимир Кобылянский. По его словам, зарубежные коллеги пошли по пути искусственного создания ферментов, чтобы снять проблему на этапе пищеварения. Для этого они разработали способ химического получения необходимых ферментов, гидролизирующих пентозаны, и стали добавлять их в комбикорма при использовании зерна ржи в рационах животных. На практике этот путь привел к значительному (до 30%) удорожанию кормов.

Зарубежные исследователи изучали вопрос генетики ржи и выяснили, что высокое содержание пентозанов 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 Владимир Кобылянский. — В заключительной части работы было сказано, что это исключает возможность манипуляций в селекции. На этом они и остановились». Тем не менее, ими созданы низкопентозановые линии самоолыленной ржи, которые можно использовать при селекции гибридных сортов.

Далее исследователи стали разбираться, где именно находятся пентозаны. Наибольший их процент был обнаружен в оболочке семени.

«Всего в зерне ржи содержится до трех процентов водорастворимых пентозанов, представленных арабинозой и ксилозой, — говорит ученый. — Для сравнения: у пшеницы, овса, ячменя, зерна которых спокойно поедаются животными, их до одного процента. То есть рубеж, когда в желудках животных начинает образовываться слизь, — это содержание пентозанов выше одного процента. Под оболочкой и алейроновым слоем, в эндосперме зерна, содержание пентозанов самое высокое. Поэтому я пошел по пути поиска форм, у которых содержание водорастворимых пентозанов ниже. И нашел!»

Решето и лампа

Владимир Кобылянский демонстрирует лабораторное решето и настольную лампу — нехитрые приборы, с помощью которых было сделано открытие.

Он выяснил, что чем тоньше стенки клеток, тем меньше в зерне 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. Ученому удалось выявить низкопентозановую рожь 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. Так вот, низкопентозановая рожь тоже пропускает свет и содержит не больше пентозанов, чем другие культуры».

«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.

Совместные работы ученых ВИРа с селекционерами позволили создать и районировать шесть сортов низкопентозановой ржи. Сорта «Вавиловская», «Берегиня», «Подарок», «Янтарная», «Красноярская универсальная» и «Новая Эра» 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 невыгодно тратить лишние несколько лет. Необходимо изучение первого года, второго года, третьего… И только потом получается элита, которая и является товаром, на котором можно заработать. В результате больших посевов нет, за исключением Татарстана, где низкопентозановой рожью засеяно четыре тысячи гектаров».

Работа с образцами коллекции ВИР им.Н.И.Вавилова

Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И.Вавилова РАН

На практике

Испытания низкопентозановой ржи в кормлении животных превзошли все ожидания. Оказалось, что такое зерно не только может усваиваться организмом, но и способно заменить импортные добавки.

«Мы проводили опыты в одном тульском ООО на поросятах», — рассказал Кобылянский. 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 зерновых было сокращено на 50% — их заменила низкопентозановая рожь «Вавиловская».

Применение опытной смеси оказалась значительно эффективнее: для получения одного килограмма привеса необходимо затратить шесть килограммов традиционного корма — и всего три с половиной килограммов нового. «Это почти на 50 процентов меньше потребуется корма!» — восклицает ученый.

А при кормлении группы поросят в ростовском ветеринарном институте 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.

Полученные ученым результаты свидетельствуют о возможности успешного использования зерна низкопентозановой ржи при кормлении птицы. За тот же период привес был одинаковым как у контрольной группы, так и у экспериментальной. Аналогичные результаты получены при и кормлении телят.

Изначально ученые ставили перед собой задачу решить проблемы животноводства, но полученное низкопентозановое зерно ржи открыло новые перспективы и для пищевой промышленности. «В лучшую сторону изменился выход пустой продукции. Отрубей меньше, ведь оболочка тоньше. А муки, наоборот, на 8‒20 процентов больше», — отмечает Владимир Кобылянский. У низкопентозановой ржи отруби не только тонкие, но и хрупкие. Поэтому отходов получается меньше. Увеличение выхода сеяной муки происходит за счет более тонкого измельчения оболочек зерна, что увеличивает количество пищевых волокон в муке.

Удобнее низкопентозановая рожь оказалась и в процессе получения зерна. Обычно для ржи используют специальные мельницы, так как на обычных, рассчитанных на пшеницу, залипают вальцы — в этом виноваты все те же особенности этой культуры. В случае с низкопентозановой рожью специального оборудования не требуется. И это тоже дает экономический эффект.

Выращивание низкопентозановой ржи в два с половиной раза прибыльнее обычной: ее стоимость на рынке составляет 20-25 рублей за килограмм против 5-10 рублей за килограмм обычной ржи.

Для сравнения: комбикорма в среднем стоят 30 рублей за килограмм. В их состав входят различные дорогостоящие добавки, которые в основном закупаются за рубежом. Низкопентозановая рожь, таким образом, решает некоторые вопросы импортозамещения.

«Низкопентозановая рожь может снизить затраты на животноводство процентов на тридцать. А в животноводстве затраты на корма достигают 70‒80 процентов от общего объема затрат», — комментирует Владимир Кобылянский возможный экономический эффект своего научного достижения. Научная разработка технологии селекции ржи с низким содержанием водорастворимых пентозанов в зерне и создание сортов не имеет аналогов в России и за ее пределами.

При этом он огорчен сокращением посевов ржи. В Ленинградской области в советское время рожью засевали 11 тысяч гектаров, сейчас же только 20 гектаров.