Перспектива недооцененной культуры

19 июня 2012 г. Верховная Рада Украины приняла закон об обязательном содержании биоэтанола в отечественном бензине: с 2014 г. – не менее 5%. А в 2016 году доля этанола в бензине составит почти 7%. Новый закон уже подписан президентом. Он позволит загрузить в Украине 38 ныне простаивающих спиртзаводов и сохранить 30 тысяч рабочих мест. Эта мера позволит производить дополнительно до 5 млн тонн биотоплива в год и на 30% сократить зависимость Украины от импорта энергоносителей. В связи с этим в Украине возникает стратегически важный вопрос выбора биоэнергетических зерновых культур, которые могли бы быть стабильным источником возобновляемого биотоплива

 

Безусловно, законодательная инициатива интересная и стратегически важная, хотя и сильно запоздавшая по сравнению с индустриально развитыми странами мира, где производство и использование биоэтанола сегодня измеряется десятками миллионов тонн (более 90 млрд литров) (рис.1).

 

Сравнительная биоэнергетическая характеристика

Учитывая стратегическое значение восстанавливаемого биотоплива, производимого из биосырья, отдел генетических основ селекции Селекционно-генетического института в течение последних 6 лет провел фундаментальные исследования сортов (гибридов) ряда зерновых культур (пшеница, тритикале, сорго, ячмень, кукуруза). Изучалась эффективность трансформации крахмала зерна в этанол (ферментабельность) и сопутствующие продукты спирто-дистиллятного производства (кормовой шрот, углекислый газ).

Результатом исследований стала сравнительная характеристика сортов (гибридов) указанных выше зерновых культур по признаку ферментабельности. Также определены критерии селекционного улучшения зерна этих культур как сырья для более эффективного спирто-дистиллятного производства.

Несомненными лидерами по эффективности трансформации зерна в этанол были кукуруза и зерновое сорго (табл. 1). Однако ряд сортов пшеницы и тритикале не уступают, либо уступают незначительно гибридам кукурузы. А отдельные сорта пшеницы и тритикале даже превышали культуры-лидеры как по выходу этанола из тонны зерна, так и по выходу этанола из тонны крахмала.

Важным критерием для селекционного улучшения сортов зерновых культур является выход этанола из 1 тонны крахмала. Этот критерий указывает на эффективность трансформации собственно крахмала в этанол и имеет четкую генетическую детерминацию. В наших опытах наивысшую эффективность трансформации крахмала в этанол показала пшеница вакси (табл. 2) с измененным составом крахмала (100% амилопектин).

Кроме этанола при переработке зернового сырья в спирт образуются два других ликвидных продукта: ценный высокобелковый кормовой шрот и углекислый газ.

  

Преимущества тритикале

Основываясь на результатах наших исследований, а также учитывая известные негативные социально-этические аспекты переработки зерна пшеницы или кукурузы в технический биоэтанол, мы имеем все основания считать, что в Украине стратегической биоэнергетической культурой должно стать тритикале. Даже без целенаправленной селекции на высокую ферментабельность отдельные сорта тритикале отличаются достаточно высоким коэффициентом выхода этанола из тонны зерна, не уступая некоторым гибридам кукурузы и сортам сорго. Кукуруза в Украине была и остается кормовой культурой, хотя и далеко не во всех регионах Украины дает стабильно высокие урожаи зерна. Сорго – засухоустойчивая и урожайная культура, но имеет сложности с семеноводством. Зерно обеих культур требует послеуборочного досушивания и соответствующих энергетических затрат.

Тритикале в Украине сегодня практически не имеет определенной ниши технологического использования зерна. Селекция этой культуры свернута или ведется не на должном уровне из-за не­определенных перспектив. Вместе с тем потенциал урожая зерна культуры тритикале достаточно высокий и далеко не исчерпан. Потенциал сортов тритикале по морозо- и зимостойкости несравненно выше, чем у пшеницы. Его лучшие сорта способны давать стабильные урожаи зерна даже в экстремальных условиях зимовки. Тритикале характеризуется также высокой устойчивостью против основных грибковых заболеваний, неприхотливостью к плодородию почв. Белки зерна тритикале имеют более высокие показатели биологической ценности, чем белки пшеницы, что делает сухой остаток тритикале после ферментации и дистилляции ценным кормом для животных.

Таким образом, тритикале может одновременно играть роль как биоэнергетической, так и ценной кормовой культуры. При переработке зерна тритикале в этанол с одной тонны зерна современных сортов тритикале можно реально получить 420-440 л спирта, 230-300 кг ценного высокобелкового кормового шрота и 140-160 л углекислого газа натурального происхождения, который после соответствующей подготовки используется для газирования различных пищевых напитков. Одна тонна шрота из зерна тритикале содержит 30-40% частично гидролизованного белка и по кормовому эквиваленту соответствует 0,7 тонны соевого шрота.

Этанол, полученный из зерна тритикале, не уступает по качеству питьевому спирту из зерна пшеницы и может с успехом использоваться в ликероводочной промышленности. Тритикале имеет реальные перспективы повышения как урожайности, так и ферментабельности зерна, а выход спирта может быть доведен до 460-480 л с тонны.

 

Одесские наработки

В Селекционно-гене­ти­ческом институте по специальной программе скрещиваний созданы среднерослые (95-105 см) высокоурожайные, морозостойкие и устойчивые к болезням образцы тритикале с высокой ферментабельностью зерна. По данным двух лет изучения, они не уступают по урожайности ни одному из исследуемых сортов пшеницы, а в текущем году существенно (до 10%) превышают сорта пшеницы по урожайности (фото 2).

В прошлом году из-за длительной осенней засухи наши образцы тритикале вошли в зиму в фазе трех листьев без узла кущения. Несмотря на это, они перезимовали так хорошо, как будто злой и бесснежной зимы в Одессе вообще не было: вышли из зимовки с интенсивно зелеными, а не пожелтевшими, как у пшеницы, листьями; выдержали длительную весеннюю засуху и дали урожай зерна в пределах 55-60 ц/га (фото 1). Начиная с 2012 года эти образцы тритикале будут изучаться в системе сорто­испытания института с целью их передачи в государственное сортоиспытание и регистрации как сортов спирто-дистиллятного направления технологического использования зерна.

Таким образом, культура тритикале получит в Украине статус биоэнергетической культуры, зерно которой мо­жет быть эффективно трансформировано в технический биоэтанол (или питьевой спирт), ценный кормовой шрот и углекислый газ натурального происхождения.

Селекция культуры тритикале должна быть направлена на улучшение зерновой продуктивности и ферментабельности зерна. Для этой цели в Селекционно-гене­ти­ческом институте начата программа по созданию тритикале вакси с измененным, как у пшеницы вакси (100% амилопектин), составом крахмала. По нашему прогнозу, тритикале вакси должно иметь высшую ферментабельность зерна по сравнению с обычным (не вакси) тритикале.

 

В табл. 3 приведены результаты лабораторного испытания лучших сортов озимого тритикале селекции Института растениеводства (г. Харьков). Сорта Раритет, Гарне, Ратне имеют высокие показатели выхода этанола из тонны крахмала. А сорта Харьков­ская роза и АД 551-999 характеризуются высокой эффективностью трансформации собственно крахмала в этанол. Их использование в скрещиваниях с сортами, отличающимися высоким выходом этанола из тонны крахмала, является потенциальным путем для улучшения ферментабельности тритикале путем селекции.

Очень важно и содержание белка в сухом шроте после ферментации зерна. Минимальное содержание белка составило 33,7%, тогда как максимальное содержание белка было на уровне почти 42%. Причем этот белок уже частично гидролизованный, то есть гораздо лучше усваивается животными при использовании сухого шрота в качестве питательного биологически ценного корма.

 

Александр Рыбалка,
зав. отделом качества зерна, доктор биологических наук,
Селекционно-генетический институт – Национальный центр семеноводства и сортоизучения,
г. Одесса

Опубликовано в №09 2012 г.