Zinek a jeho úloha v procesu výroby piva Diplomová práce

Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav pěstování, šlechtění rostlin a rostlinolékařství

Zinek a jeho úloha v procesu výroby piva Diplomová práce

Vedoucí práce: Ing. Radim Cerkal, Ph.D.

Vypracovala: Bc. Radka Trtílková

Brno 2011

PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma Zinek a jeho úloha v procesu výroby piva vypracovala samostatně a použila jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Diplomová práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně. dne ………………………………………. podpis diplomanta ……………………….

Poděkování:

Děkuji vedoucímu své diplomové práce Ing. Radimovi Cerkalovi, Ph.D. za odborné vedení, cenné rady a věcné připomínky. Dále pak doc. Ing. Pavlovi Ryantovi, Ph.D. a Ing. Tomášovi Gregorovi, Ph.D. za pomoc při získávání dat.

ABSTRAKT Zinek a jeho úloha v procesu výroby piva

Tématem této práce bylo posoudit vliv zinku na proces výroby piva. Byl sledován vliv listové aplikace zinku ve formě hnojiva Zinran na výnos a kvalitu zrna a průběh kvašení sladiny u šesti odrůd ječmene jarního (Bojos, Jersey, Aksamit, Prestige, Sebastian, Radegast). Pokus byl realizován na lokalitě Žabčice v letech 2009 až 2010. Kvalita zrna byla analyzována ve Výzkumném ústavu pivovarském a sladařském, a.s. ve Sladařském ústavu v Brně. Hodnoceny byly znaky: i) průměrný výnos zrna po ošetření porostů zinečnatým hnojivem Zinran v letech 2009–2010; ii) obsah škrobu a dusíkatých látek ve tříděném zrnu ječmene po ošetření porostu zinečnatým hnojivem Zinran v jednotlivých letech na lokalitě Žabčice; iii) průměrné hodnoty extraktu v moučce [%] dosažené u sledovaných odrůd a po foliární aplikaci zinečnatého hnojiva Zinran na lokalitě Žabčice v letech 2009–2010; iv) dosažené stupně prokvašení sladiny (po 24, 48 a 72 h) v závislosti na odrůdě a variantě aplikace zinečnatého hnojiva Zinran v průměru let 2009–2010; v) korelace mezi obsahem zinku ve tříděném zrnu a vybranými parametry jakosti sladu u odrůd ječmene jarního z lokality Žabčice (2009–2010). Bylo zjištěno, že v rámci maloparcelních pokusů, které byly realizovány v letech 2009–2010 s různorodými povětrnostními podmínkami, byl prokázán pozitivní účinek aplikace zinečnatého hnojiva na růst rostlin ječmene jarního, jeho výnos i jeho kvalitu.

KLÍČOVÁ SLOVA: odrůda, kvasinky, fermentace, ječmen, mladina, slad

ABSCRACT

Zinc and its Role in the Process of Beer Production

The theme of this study was to assess the effect of zinc on the brewing process. The effect of foliar application of zinc in the form of fertilizer Zinran on yield and grain quality of the wort and fermentation of six varieties of spring barley (Bojos, Jersey, Aksamit, Prestige, Sebastian, Radegast). The experiment was conducted on site Žabčice from 2009 to 2010. The quality of grains were analyzed in the Research Institute of Brewing and Malting, a.s. in Malting Institute Brno. Characters were evaluated: i) The average yield of grain crops after treatment with zinc fertilizer Zinran in 2009–2010, ii) content starch and content protein of sorting grain barley crop after zinc treatment in individual years in the locality Žabčice, iii) average extract [%] obtained in the investigated varieties, iv) final attenuation of fermentation of wort (24, 48 and 72 h) depending on the variety and zinc traetment in 2009–2010 years, v) correlation between the zinc content of sorting grain and the selected quality parameters of malt barley varieties . It was found in small field plot experiments the positive effect of zinc fertilizer on the growth of barley plants, the yield grain and matling quality.

KEY WORDS: species, yeast, fermentation, barley, wort, malt

OBSAH Teoretická část

1

ÚVOD………………………………………………………………...

8

2

CÍL PRÁCE…………………………………………………………..

9

3

HISTORIE A CHARAKTERISTIKA ZINKU………………………

10

3.1

Historie zinku………………………………………………….

10

3.2

Charakteristika zinku………………………………………….

11

4

5

6

7

8

3.2.1

Fyzikální a chemické vlastnosti…………………………

11

3.2.2

Biochemická aktivita…………………………………….

12

3.2.3

Využitelnost……………………………………………..

13

VÝSKYT A ZDROJE ZINKU……………………………..................

14

4.1

Ovzduší………………………………………………………..

14

4.2

Půda…………………………………………………………..

15

4.3

Voda…………………………………………………………..

15

4.4

Rostliny………………………………………………………..

16

4.5

Potraviny………………………………………………………

18

4.6

Lidský organismus…………………………………………….

18

VÝZNAM ZINKU A JEHO FUNKCE V ŽIVÝCH ORGANISMECH..

20

5.1

V lidském organismu…………………………………………..

20

5.2

Zinkové prsty…………………………………………………..

21

5.3

V rostlinách…………………………………………………….

21

5.4

DDD……………………………………………………………

22

SYMPTOMY NEDOSTATKU A PŘEBYTKU ZINKU……………..

24

6.1

U lidského organismu………………………………………….

24

6.2

U rostlin………………………………………………………..

24

ÚLOHA ZINKU V PIVOVARSKÉM A SLADAŘSKÉM PRŮMYSLU..

26

7.1

Úloha zinku v procesu výroby piva – výroba mladiny………...

26

7.2

Úloha zinku v procesu výroby piva – fermentace……………..

27

7.3

Hromadění a distribuce zinku pivovarskými kvasinkami……..

29

7.4

Suplementace zinku do procesu fermentace u pšeničných piv…

32

OBOHACENÍ POTRAVNÍHO ŘETĚZCE O ZINEK………………..

34

Praktická část

9

MATERIÁL A METODIKA……………………………………………

42

10

VÝSLEDKY A DISKUZE……………………………………………...

53

11

ZÁVĚR…………………………………………………………………..

73

12

SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY……………………………………

75

Přílohy

13

SEZNAM OBRÁZKŮ…………………………………………………...

83

14

SEZNAM TABULEK……………………………………………………

87

15

SEZNAM ZKRATEK……………………………………………………

90

1 ÚVOD Zinek jako esenciální mikroživina hraje významnou roli v biochemických procesech u všech živých organismů (Cerkal et al., 2001). Deficit zinku je v současnosti považován za významný rizikový faktor pro lidské zdraví, což se později ukázalo i při sestavování žebříčku rizikových faktorů dle WHO (Kaňková, 2005). Nedostatek zinku ve výživě je úzce spojen s jeho deficitem v půdách a následně tak i v rostlinách. Mobilita zinku a jeho dostupnost pro rostliny výrazně klesá s nárůstem hodnot pH a obsahu vápníku a fosforu v půdě. V České republice je díky této skutečnosti odhadován deficit zinku v produkčních oblastech až na 15 % půd. Pro úspěšný růst a vývoj ječmene (Hordeum vulgare L.) a pro získání požadovaného výnosu odpovídající sladařské kvality je nezbytné dosáhnout optimální koncentrace zinku v rostlinách. Byla však zjištěna značná genetická variabilita v účinnosti a efektivitě využití zinku rostlinami. Deficit zinku u rostlin ječmene je příčinou inhibice fotosyntetické aktivity, je nabourána syntéza růstových hormonů a tím dochází k poklesu produkce fytomasy. Významnou úlohu hraje také v regulaci syntézy škrobu, rozvoji kořenového systému rostlin a mechanismech odolnosti rostlin proti nízkým teplotám. Zinek je také klíčovým elementem s vlivem na aktivitu kvasinek při fermentaci mladiny. Zinkem deficitní média pomalu nebo nekompletně prokvašují, což přináší značné problémy v pivovarském průmyslu (Cerkal et al., 2001). Zinek hraje významnou roli ve výživě polních plodin. I když se jedná o mikroživinu,

její

význam

je

nesporný.

Podporuje

společně

s ostatními

mikroelementy fotosyntézu a zvyšuje její intenzitu. Zinek ovlivňuje aktivitu mnoha enzymů glycidového metabolismu. Příznivě ovlivňuje transport asimilátů z listů do zásobních orgánů. Je důležitý při syntéze bílkovin i fotosyntetických pigmentů (Cerkal et al., 2007). Významným zdrojem zinku pro člověka může být pivo. Podle posledních průzkumů spotřeba piva v České republice sice poslední čtyři roky klesá, v roce 2009 dosáhla 150,7 litrů na obyvatele (Mediafax, 2011). Budeme-li vycházet z informace, že litr plzeňského piva pokryje 100 % doporučené denní dávky zinku, 45 % hořčíku, 40 % fosforu, 20 % draslíku, 12 % chloridů, 7 % vápníku a 5 % sodíku, jasně nám vyplývá, že naše potřeby zinku jsou pokryty už jen díky konzumaci piva (Kellner, 2011).

8

2 CÍL PRÁCE Cílem této práce bylo zvýšit obsah nativního zinku v zrnu vybraných odrůd ječmene ze sklizní let 2009 až 2010 a následně sledovat jeho vliv na proces sladování a kvašení sladiny.

9

3 HISTORIE A CHARAKTERISTIKA ZINKU 3.1 Historie zinku Nezbytnost zinku pro bakteriální růst byla poznána téměř před 140 lety v roce 1869. Později v roce 1926 se ukázalo, že je potřebný i pro rostliny a v roce 1934 také pro krysy. V dalších letech byla nezbytnost zinku dokázána pro další druhy. Skutečnost, že je zinek široce využíván rostlinami a zvířaty, a tím poměrně široce zastoupen v potravinách, vedl k názoru, že nedostatek zinku u člověka je nepravděpodobný (Brody, 1998). Tento postoj trval až do 60. let 20. století, než Ananda S. Prasad et al. v Iránu popsali syndrom nanismu a zpoždění sexuálního vývoje u dospívajících chlapců a mladých mužů. Dvacetiletí pacienti vypadali na 10 chlapce a byla u nich diagnostikována mimo jiné hepatosplenomegálie a anémie (Prasad et al., 2004). Další desetiletí bylo velmi sporné a někteří badatelé zpochybňovali existenci nedostatku zinku u lidí. Dvě zásadní události na počátku 70. let 20. st. ukončily tyto dohady. První byla publikace Barnese a Moynahana, která uvedla, že fatální genetickou chorobu acrodermatitis enteropathica způsobuje nedostatek zinku z důvodu neschopnosti absorpce zinku u postižených pacientů a suplementace zinkem je nezbytná k léčení choroby. Druhá událost nastala v roce 1974, kdy byly stanoveny doporučené denní dávky zinku pro člověka (vytvořeny byly mezinárodní organizací Food and Nutrition Board of the National Sciences). Dopad této historické události byl ohromný. Byly okamžitě zapotřebí informace o obsahu zinku v produktech, což ovlivnilo zejména zemědělský a farmaceutický průmysl (Lansdown et al., 2007). Přestože byl nedostatek zinku u lidí zpočátku považován za vzácný, klinický obraz podobný tomu, který byl popsán na Středním východě, je až do dnešní doby společný v mnoha rozvíjejících se zemích, ve kterých je strava založena na rostlinných potravinách. Ve skutečnosti je odhadováno, že nedostatek zinku postihuje v rozvíjejících se zemích více než 2 miliardy jedinců. Dokonce je nedostatek zinku považován Světovou zdravotnickou organizací (WHO) za jeden z nejvýznamnějších faktorů, který přispívá k nárůstu nemocí a úmrtnosti v rozvíjejících zemích, a to zejména u dětí (King et al., 2000).

10

3.2 Charakteristika zinku 3.2.1 Fyzikální a chemické vlastnosti Zinek (lat. Zincum, Zn) je modro-bílý kovový prvek s atomovým číslem 30 a s relativní atomovou hmotností 65,38. Najdeme ho ve 4. periodě II.B skupiny periodické tabulky. Jeho elektronová konfigurace je [Ar]4s2 3d10 a řadí se k přechodným prvkům. Fyzikálně-chemické vlastnosti zinku mu předurčují mimořádné využití a důležitost v biologických systémech. Přechodné prvky jsou charakteristické vytvářením koordinačních sloučenin a mnoho přechodných kovů se využívá jako katalyzátorů chemických reakcí. Krom toho se většina řadí mezi biogenní prvky, včetně zmíněného zinku (Caballero et al., 2005). Zinek se na rozdíl od ostatních esenciálních mikroelementů vyskytuje v biologických systémech pouze v jednom oxidačním stupni, a to jako dvojmocný kation Zn2+. Nepřítomnost oxido-redukční povahy zinku dovoluje jeho transport v biologických systémech, aniž by mu hrozilo oxidační poškození, které může nastat u jiných stopových prvků, příkladem je železo a měď (Brown et al., 2001). Zinečnatý kation má schopnost tvořit komplexy s různými organickými sloučeninami (zejména s proteiny, peptidy, aminokyselinami a nukleotidy). Upřednostňovanými ligandy jsou aminokyseliny cystein a histidin (Hotz et al., 2004). Často také může být ligandem molekula vody. Je schopný vytvářet silné, ale přitom snadno zaměnitelné a flexibilní komplexy s koordinačním číslem 4, důsledkem toho umožňuje pozměnit trojrozměrné struktury nukleových kyselin, specifických proteinů a buněčných membrán. Zejména působí jako katalyzátor v mnoha enzymových systémech a intracelulárních signálech (Kvasničková, 1998). V přírodě je zinek směsí pěti jeho stabilních izotopů: 70

57

64

Zn,

63

66

65

a Zn a je známo dalších 19 radioaktivních izotopů ( Zn - Zn, Zn, V biologickém výzkumu jsou využívány dva radionuklidy

65

Zn a

67

Zn, 68

Zn,

68

Zn

80

Zn - Zn).

69

Zn.

65

Zn je

nejstabilnější s poločasem rozpadu 243,8 dní, ale většina má velmi krátký poločas rozpadu (Schmidová, 2008).

11

3.3.2 Biochemická aktivita zinku Biochemická aktivita zinku je spojená s udržováním standartní hladiny vitamínu A v plasmě. Zdá se, že je potřeba pro uvolňování vitamínu A z jater. Jeho úloha v játrech je úzce spojena i s odbouráváním alkoholu. Ukázalo se, že lidé, kteří trpí onemocněním jater - cirhózou - mají významně snížený obsah zinku v játrech. Zinek působí pozitivně na hojení ran a zvyšuje účinnost některých hormonů. Obohacení stravy laktátem zinku vede v některých případech i k překvapivým výsledkům při léčbě některých kožních, zejména pak ekzémových onemocnění. Tady je potřeba zdůraznit, že je nutné spolupůsobení dalšího mikroelementu, a tím je trojmocný chróm (Galenus, 2011). Naproti tomu jsou zinku připisovány někdy až přehnané účinky. Přestože je jeho biochemická aktivita v organismu velice obdivuhodná, někdy se od jeho příjmu očekává přece jenom přehnané věci, než které odpovídají realitě. Především se stalo moderní záležitostí dávat do souvislosti zvýšený příjem zinku s mimořádnými účinky na růst a kvalitu vlasů. Jeho význam je v tomto případě sice potvrzen, ovšem bez spoluúčasti dalších elementů, jako je kupříkladu vápník, hořčík, mangan, kyselina pantothenová a dalších vitamínů se prakticky jeho účinek neprojeví (Lenntech, 2011). Stejně tak se zinku připisují velice příznivé účinky na ovlivnění mužské potence. Ovšem i v této rovině je nutná spoluúčast dalšího prvku, a tím je nikl a zejména pak dostatečný příjem vitamínu E. Pro objektivnost informace je potřeba zdůraznit, že uvedený pozitivní efekt byl zaznamenán u pokusných zvířat (Nexars, 2011). Obzvláště ženy se zajímají o popisovaný účinek zinku na regeneraci pokožky. Zmíněný vliv je skutečně prokázán a biochemická podstata celkem dobře vysvětlena. Efekt zinku však nespočívá v přímém ovlivňování metabolismu buněk pokožky, ale zapojuje se do velice složitého procesu, jehož výsledkem je značně zlepšená elasticita pokožky. Zinek je ovšem v tomto případě opět pouze jedním z dalších elementů, které tento vliv vyvolávají (McLaren, 1999).

12

3.2.3 Využitelnost zinku Je-li například v určitém výrobku obsaženo 10 mg zinku ve formě laktátu, tedy mléčnanu, je

lidským organismem prakticky těchto 10 mg využito. V případě

glukonátu jsou však již využito asi 9 mg, v případě orotátu jen asi 8,2 mg a v případě ZnO čili oxidu zinečnatého (zinc oxide) jen asi 6,2 až 6,4 mg, při konzumaci nalačno asi 6,6 mg. To celé znamená, že v případě ZnO by musel lidský organismus přijmout asi 8 až 12x, v přítomnosti fytátů až 25x více vázaného zinku, aby využil stejné množství jako z formy laktátové. Ovšem je potřeba zdůraznit, že se využitelnost zinku částečně mění v závislosti na složení ostatní stravy. Všeobecně můžeme tedy říct, že nejvíce fyziologickou a nejvíce přijatelnou formou zůstává podobně jako tomu je u jiných prvků forma laktátová (Galenus, 2011).

13

4 VÝSKYT A ZDROJE ZINKU 4.1 Ovzduší Zinek je emitován do atmosféry v podobě prachu a kouře z hornictví, čištěním zinku, výrobou oceli, mosazi, při hoření uhlí a odpadů nebo z jiných průmyslových odvětví, ve kterých je nutná práce s kovy. Právě tyto pracovní činnosti mohou významně zvyšovat výskyt zinku v atmosféře (Brody, 1998). Ve vzduchu je zinek přítomen obvykle v podobě jemných prachových částic. Tento prach se nakonec usazuje v půdě a ve vodě. Nejúčinnější technologie kontroly emisí zinku při čistících metodách měly za následek snížení emisí o 73 % ve vzduchu během období 1985– 1995 (Schmidová, 2008). Hodnoty zinku v ovzduší jsou obecně relativně nízké a vcelku konstantní. Průměrné koncentrace zinku ve vzduchu se pohybují v hodnotách méně než 1 µg.m3, přičemž v oblastech blízko měst dosahují až 0,1 do 1,7 µg.m3. V blízkosti průmyslových zdrojů mohou být naměřené ještě vyšší hodnoty zinku, a to až 5 µg.m3 (Caruso et al., 2007).

4.2 Půda Zinek je v půdě obsažen v různých formách. Jeho celkový obsah je dosti rozdílný a závisí hlavně na obsahu zinku v mateční hornině a charakteru půdotvorného procesu (Táborská a Sláma, 2005). Například půdy s vysokým obsahem jílu nebo organickými látkami mají vyšší adsorpční kapacitu pro zinek než písčité půdy s malým množstvím organických látek. V jílovité půdě může být obsaženo až 95 mg.kg-1 zinku, zatímco v písčité půdě okolo 10–30 mg.kg-1 zinku (Hotz and Brown, 2004). Použitím

umělých

hnojiv

a

užíváním

pesticidů

obsahujících

zinek

v zemědělství se může zvýšit koncentrace zinku v půdě. Hodnoty zinku v půdě mohou být také zvýšeny díky odpadům z továren a uhelného popílku elektráren (Prasad et al., 2004). V nezatížených půdách činí průměrný obsah celkového zinku 40–90 mg.kg-1, s minimem 1 mg.kg-1 a maximem 2000 mg.kg-1. V oblastech s antropogenně zatíženými půdami mohou dosáhnout hodnoty až 5000 m./kg-1 (Welch, 1993).

14

Průměrný obsah zinku v půdách na území České republiky se pohybuje mezi 100–777 mg.kg-1. Na území Prahy v roce 2004 byl zjištěn rozsah zinku v půdách od 41–921 mg.kg-1 s aritmetickým průměrem 201,36 mg.kg-1. Byly prokázány statisticky významné rozdíly mezi okrajovými částmi a centrem Prahy. Zinek je nejvíce soustředěn ve středu Prahy, což naznačuje, že jeho hlavním zdrojem je atmosférický spad a automobilová doprava (Schmidová, 2008).

4.3 Voda Povrchové vody mohou být znečištěné chemickými průmyslovými odpady, vodami pocházejících z kovových výrob a odpadními vodami pocházejících z domácností (Táborská a Sláma, 2005). Převážná většina sloučenin zinku se ovšem dostává do vod jako následek eroze. Vzhledem k nízké rozpustnosti sloučenin zinku ve vodě je tento kov obsažen spíše v sedimentech řek a jezer, popřípadě v jemných suspendovaných částicích. Jeho koncentrace ve vodách je z tohoto důvodu nízká. Zinek je značně toxický pro ryby a jiné vodní organismy (LD50= 29,9 mg.l-1). Zvláště citlivé jsou ryby čeledi lososovitých (Schmidová, 2008). Nejvyšší mezní hodnota (NMH) zinku pro pitné vody dle přílohy č.1 k vyhlášce 376/2000 Sb. a pro balené kojenecké a pramenité vody podle přílohy č.2 k vyhlášce 275/2004 Sb. není stanovena (Schmidová, 2008). Pitná voda a další nápoje mohou obsahovat vysoké hodnoty zinku, jsou-li skladovány v nádobách či plechovkách nebo jsou-li přiváděny z trubek pokovovaných zinkem kvůli odolávání rzi. Pitná voda může být kontaminovaná zinkem také v důsledku znečištění z průmyslu nebo ze skládek toxického odpadu (Kvasničková, 1998).

4.4 Rostliny Rostlina ho přijímá jako Zn2+, případně v hydratovaných formách a v chelátové vazbě. Příjem zinku inhibuje přítomnost některých kovů v prostředí. Kompetetivní vliv má Fe2+ a Mn2+, depresivně působí Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+. Zinek je přijímán intenzivněji v kyselém prostředí (Richter a Brabcová, 1083). Forma, ve které je zinek translokován z kořenů do nadzemních částí rostliny, není známa. Zinek však byl stanoven v xylémovém exudátu dekapotovaných rostlin

15

rajčat a v sóji. Hromadí se zvláště v kořenových tkáních při jeho vysokých hladinách v prostředí. Pohyb zinku v rostlině je velmi malý. Ve starých listech je zinek imobilní. Imobilnost zinku je vysvětlována jeho reakcí s fosforem za vzniku sraženiny Zn3/PO2/2.4H 2O . Na pohyblivost zinku v rostlině nejsou jednotné názory. Jeho distribuce má oproti Ca jiný charakter. Předpokládá se, že to může být dáno jeho schopností tvořit v rostlině nativní cheláty. Existují však důkazy, které uvádějí možnost Zn reagovat s nízkomolekulárními proteiny, případně vytvářet Zn-fytáty. Rozdílné názory na pohyblivost Zn v rostlině budou zřejmě odvislé od schopností rostliny tvořit s řadou sloučenin mobilní nebo nerozpustné komplexy. Také distribuce 65Zn v listech několika druhů rostlin se podobá distribuci Ca s tím, že Zn je více zadržován ve svazcích cévních. Hladina Zn u deficitních rostlin se obyčejně pohybuje pod 15ppm v sušině, optimální obsah činí 20–100 ppm (Agrokrom, 2011).

16

Obsah zinku v rostlinách je závislý na druhu rostliny, orgánu a vývojové fázi. Tab. 4.1. uvádí vliv hladin zinku v živném roztoku na jeho příjem rostlinami jarního ječmene.

Tab. 4.1. Koncentrace zinku v rostlinách ječmene jarního v sušině (Richter a Brabcová, 1983). Obsah Zn v plném živném roztoku (Hoagland) 0,05 mg/l 0,15 mg/l 1,00 mg/l 10,00 mg/l

ppm ZN nadzemní část

kořen fáze Feekese 4. 25,4 35,2 95,2 437,5

8. 31,8 79,9 86,2 1053,6

11. 31,5 34,9 66,1 568,1

4. 14,2 15 72,8 371,7

8. 7,5 12,6 53,6 273,7

11. 9,1 5,2 24,5 258,1

Tab. 4.1 prokazuje, že v kořenech je často vyšší obsah zinku než v nadzemních částech, zvláště pokud jsou rostliny pěstovány v prostředí dobře zásobené tímto prvkem. Při vyšším až vysokém obsahu Zn v prostředí může být tento prvek translokován z kořenů do nadzemních částí a zvyšovat jeho obsah nad přípustnou hodnotu, jak ukazují údaje v tab. 4.2.

Tab. 4.2. Vliv obsahu zinku v půdě na jeho koncentraci v zeleninách (Hlušek, 1991). Obsah Zn v zemině ppm (2M HNO3) 17,4 150 222 900

Obsah Zn v ppm čerstvé hmoty salát kedlubny brambory mrkev celer 6,74 1,73 5,05 4,57 4,52 12,82 2,74 7,86 6,89 13,65 10,29 n. 5,30 12,18 10,66 23,74 53,80 18,66 17,53 17,74

17

4.5 Potraviny Zinek je obsažen v mnoha potravinách, proto pestrá strava většinou zajišťuje jeho dostatečný přísun do organismu (Eufic, 2011). Obsah zinku v potravinách je závislý na obsahu bílkovin v dané potravině. U potravin živočišného původu mají masa obsahující hodně tuku malý obsah zinku, tmavá masa mají vyšší obsah zinku, než masa bílá a rybí. Obilniny a výrobky z obilí jsou bohaté na zinek a představují celosvětově hlavní zdroj zinku ve výživě (Kaňková, 2005). Protože zinek, další stopové prvky a vitaminy jsou uloženy těsně pod slupkou obilného zrna znamená to, že bílá mouka je o všechny tyto složky ochuzena a větší obsah těchto nezbytných složek výživy je v celozrnném pečivu. Obecnou nevýhodou však je vysoký obsah vlákniny a fytátů v celozrnných potravinách, které významně vstřebání všech těchto důležitých složek z celozrnných výrobků snižují (Eufic, 2011). Významným zdrojem zinku je pivo. Zinek přítomný v pivu je důležitý pro lidský organismus jednak z hlediska tvorby inzulinu, jednak zvyšuje odolnost proti kožním chorobám. Vypitím 1 litru piva je pokryta nezanedbatelná část denní spotřeby zinku, železa, fluoru a mědi, téměř 50 % hořčíku, 40 % fosforu a 20 % draslíku (Kellner, 2011). Přívod zinku je zčásti hrazen mimo potravinové zdroje a dostává se do potravin při jejich přípravě, při použití galvanizovaného nádobí a z vodního potrubí (Nexars, 2011).

4.6 Lidský organismus Zinek je po železe druhý nejhojněji zastoupený stopový prvek v lidském organismu (Dastych, 2011). Celkový obsah zinku v těle dospělého člověka se pohybuje v rozmezí 1,5–3,0 g zinku a platí, že vyšší průměrný obsah mají muži než ženy. Nachází se ve všech orgánech, tkáních a tělních tekutinách a více než 95 % se vyskytuje intracelulárně (Ledvina et al., 2005). V kosterních svalech se vyskytuje přibližně 60 % celkového obsahu zinku v těle a v kostech okolo 30 %. Dále je zinek zastoupen ve větším množství v kůži, ve vlasech, v játrech, v gastrointestinálním traktu či slinivce. Ve všech dalších orgánových soustavách je jeho obsah rovný nebo menší než 1 %. Nejvyšší koncentrace zinku v těle jsou nalézány v cévnatce oka, zubech, vlasech a také v mužských pohlavních orgánech, zejména v prostatě (Dastych, 2011).

18

V krvi je obsaženo kolem 6–7 mg.l-1 zinku , přičemž asi 75–80 % z tohoto množství připadá na erytrocyty, 12–22 % na krevní plasmu (u zdravých jedinců je normální koncentrace zinku v krevní plasmě asi 1 mg.l-1) a zbytek na leukocyty a krevní destičky (Táborská a Sláma, 2005). V krevní plasmě je zinek vázán především na plazmatickou bílkovinu albumin a má prudkou rychlost obratu (reprezentuje jen okolo 0,1 % celkového obsahu zinku v těle). V červených krvinkách je zinek obsažen zejména v enzymu karboanhydráza (Schmidová, 2008). Při nedostatku zinku v organismu zůstává hladina zinku v některých tkáních konstantní, jako například v kosterních svalech, v kůži a vlasech. Zatímco hladina zinku v plasmě, játrech a varlatech klesá (Samman, 2007).

19

5 VÝZNAM ZINKU A JEHO FUNKCE V ŽIVÝCH ORGANISMECH 5.1 Zinek v lidském organismu Díky dříve zmiňovaným výhodným fyzikálně-chemickým vlastnostem zinku je tento prvek ideální k podílení se na katalytických, strukturních a regulačních funkcích v organismu (Schmidová, 2008). Zinek nepodléhá oxido-redukčním reakcím, je relativně netoxický a především dokáže tvořit s různými ligandy pevné a přitom flexibilní komplexy (Kaňková, 2005). Zinek má zásadní roli ve struktuře a funkci mnoha proteinů, zahrnující zejména metaloenzymy, transkripční faktory a receptory hormonů. Je nezbytný pro genovou expresi na mnoha úrovních. Podílí se na struktuře chromatinu, zdvojení DNA, transkripci RNA až po aktivitu transkripčních faktorů a DNA i RNA polymeráz (Táborská a Sláma, 2005). Navíc hraje důležitou roli při opravě DNA stejně tak jako při apoptóze, což je programovaná buněčná smrt. Zinek je však také důležitý pro činnost hormonů, např. thymulinu, insulinu, glukagonu, růstového hormonu a v neposlední řadě pohlavních hormonů. Mezi procesy, které jsou zinkem přímo regulovány patří například genová exprese metalothioneinu, apoptóza a synaptický přenos (Ledvina et al., 2005). Stručně řečeno, zinek je ze všech stopových prvků nejvíce zapojen do celého lidského metabolismu. Jeho nepostradatelná role v metabolismu je zdůrazněna výskytem ve všech tkáních, orgánech a tekutinách v celém těle (Black, 2008). Co se týče fyziologických funkcí, tak je zinek důležitý obzvláště v období intenzivního růstu (jak v prenatálním, tak v postnatálním období) pro rychle diferencující se tkáně. Zinek má zásadní vliv na imunitní systém, na reproduktivní funkce a neurobehaviorální vývoj (Dastych, 2011). Dále ovlivňuje některé senzorické vlastnosti jako je chuť a zrak. Kromě toho má antioxidační vlastnosti, kterými chrání buněčné membrány před oxidačním poškozením. Mluví se dokonce až o antikancerogenním působení (Schmidová, 2008).

20

5.2 Zinkové prsty „Zinkové prsty“ jsou proteinové domény, jež se vyskytují v mnoha různých transkripčních faktorech, a které zajišťují specifickou vazbu faktoru na určitou sekvenci DNA. Název vznikl díky jejich tvaru, který zaujímá speciální sled asi 30 aminokyselin s pevnou vazbou k atomu zinku (Táborská a Sláma, 2005). Sekvence aminokyselin obsahuje mimo jiné 2 histidinové a 2 cysteinové zbytky, které koordinují 1 atom zinku – proto se „zinc fingers“ obvykle označují Cys2 - His2 (Ledvina et al., 2005). Ovšem existují i zinkové prsty s odlišným zastoupením cysteinu a/nebo histidinu (např. pouze 4 cysteiny). Atom zinku je zapotřebí pro vazbu proteinu k DNA. Snad nejznámějším členem této skupiny je všeobecně se vyskytující faktor Sp1, jehož DNA vazebná doména sestává ze 3 zinkových prstů (Wikipedie, 2011). Proteiny, které obsahují zinkové prsty jsou významné např. při transkripci, translaci, organizaci cytoskeletonu, rozvoji epitelu, buněčné adhezi, remodelaci chromatinu a uspořádání proteinů do terciárních struktur (Caballero, et al., 2005).

5.3 Zinek v rostlinách Ve fyziologických a biologických funkcích má zinek významnou úlohu především v enzynových systémech. Řada enzymů včetně enoláz je tímto kovem aktivována. Nově byla prokázána aktivace anhydráz zinkem. Tento enzym byl lokalizován v chloroplastech, kde se také jeho značné množství hromadí. V posledních letech byly objeveny další mataloenzymy obsahující Zn. Z nich jsou to dehydrogenázy, proteinázy a peptidázy. Zn se podílí na dusíkatém metabolismu rostlin. Především se zúčastňuje na asimilaci NO3- v první fázi nitrátové redukce, aktivně ovlivňuje metabolismus aminokyselin a syntézu proteinů. Při deficienci se snižuje hladina RNA a obsah ribozómů v buňkách. Tato redukce RNA vede k inhibici proteinů, zatímco glukóza , neproteinový N a DNA relativně vzrůstají (Richter a Brabcová, 1983). Zinek je potřebný pro syntézu tryptofanu, je prekursorem indolyloctové kyseliny. Při deficienci zinku bylo pozorováno, že rostliny rajčat i kukuřice mají krátké stonky, nízký obsah tryptofanu a aminokyselin. Přidáním zinku nebo tryptofanu do živného prostředí dochází ke zvýšení hladiny tryptofanu v rostlinách.

21

Z toho je možné učinit závěr o kauzálním vztahu mezi zinkem, tryptofanem a indolyloctovou kyselinou. Sklizněmi se odčerpá kolem 0,5 kg Zn na ha ročně. Při nízkém obsahu zinku v půdě lze zvýšit jeho obsah hnojení do půdy (dávka 4 kg.ha-1 zinku na 3-8 let) nebo foliární výživou. Z chemických látek lze použít ZnSO4 nebo Zn-cheláty. (Zinkovit 12,3 % Zn, v konc. 0,2–0,4 % při dávce 0,3–1 kg.ha-1 zinku) (Agrokrom, 2011). Níže jsou uvedeny různé jiné role zinku v rostlinách: 1. produkuje auxin, což je zásadní růstový hormon 2. reguluje tvorbu škrobu a správný vývoj kořene 3. utváření chlorofylu a sacharidů 4. umožňuje rostlinám, aby vydržely nižší teploty vzduchu 5.

pomáhá při syntéze cytochromu, pigmentu, udržuje plazmové membránové

integrity a syntetizuje pokožky listů (SprayGro, 2011).

5.4 Doporučené denní dávky Kvůli

velkému

množství

rozdílných

fyziologických,

nutričních

a environmentálních faktorů ovlivňujících různé populace je určení doporučených dávek velmi obtížné (Kaňková, 2005). Za hlavní faktor ovlivňující potřebu zinku je odlišná absorpce z různých druhů potravin (Black, 2008). Potřeba zinku se odhaduje faktoriální metodou. Mimo údajů o příjmu zinku ve stravě a jeho exkreci stolicí bere faktoriální přístup také do úvahy zvýšenou potřebu zinku pro růst tkání, metabolismus, ztráty zinku (potem, vlasy, kůží, spermatem a mlékem) a dále faktory, které ovlivňují využitelnost zinku. Získá se tak vzorec pro výpočet minimálního množství zinku, které je zapotřebí denně absorbovat. Přes řadu problémů lze dojít k dosti přesným výpočtům (Kvasničková, 1998). WHO ustanovilo 2 odhady pro doporučení zinku. Pro jedince, kteří jsou plně adaptovaní na nízký příjem zinku bylo stanoveno tzv. „bazální doporučení“. Tato hodnota však nepočítá s dalším možným snížením příjmu zinku, a tak byl stanoven druhý odhad, který poskytuje větší ochranu před vyčerpáním zinku. Pro jedince, kteří nejsou adaptovaní na nízký příjem bylo ustanoveno „normativní doporučení zinku“ (Brown et al., 2001).

22

Doporučené množství zinku se liší pro různé věkové kategorie důsledkem změn tělesného složení a stavu organismu. Kojenci, děti, dospívající i těhotné a kojící matky vyžadují více zinku na kilogram těla hmotnosti než dospělí ve zralém věku. U osob nad 65 let má průměrný příjem zinku tendence být nižší než denní doporučená dávka (Kaňková, 2005). Navíc riziko deficitu zinku hrozí i díky fyziologickým změnám, ke kterým ve stáří dochází, jako např. snížená absorpce zinku, nemoci, které ovlivňují stav zinku v organismu a také více užívaných léků, které mohou zvýšit exkreci zinku. I mírný nedostatek zinku může znamenat narušení imunitní funkce a zhoršit významně celkový zdravotní stav. Proto by i starší osoby měli dbát na adekvátní příjem zinku (Dastych, 2011).

Doporučená denní dávka podle Přílohy č. 1 k vyhlášce č. 293/1997 Sb. Ministerstva zdravotnictví je stanovená na 15 mg Zn (Schmidová, 2008).

23

6 SYMPTOMY NEDOSTATKU A PŘEBYTKU ZINKU 6.1 U člověka Zinek je prvek, který zvláště v poslední době vyvolává zájem vědeckých kruhů. Je totiž součástí celé řady enzymů, které se podílejí na velmi důležitých biochemických reakcích, které probíhají v lidském organismu (Kaňková, 2005). Jak už víme, zinek tvoří komplex s inzulínem a proto je zajímavé i zjištění, že slinivka postižených onemocněním diabetes obsahuje asi polovinu běžného množství zinku (Schmidová, 2008). V bílých krvinkách lidí s diagnostikovanou leukémií je obsah zinku dokonce až 10x nižší, než u zdravého jedince. Obdobně tak je prokázáné snížené množství zinku u lidí postižených nanismem (Black, 2008). O přítomnosti výskytu stavů, které se pohybují na hranici nedostatku zinku už bylo referováno u skupiny zdánlivě zdravých dětí, které měly jak očividné příznaky jako například sníženou ostrost chuti, špatnou chuť k jídlu a pomalejší růst (Dastych, 2011). Významného zlepšení se dosáhlo obohacením stravy těchto dětí právě zinkem. Obdobné výsledky byly zaznamenány při studiu dětí, které projevovaly snížený zájem o studium. Po obohacení jejich každodenní stravy zinkem byly monitorovány výrazně zlepšené studijní výsledky (Galenus, 2011).

Předávkování zinkem díky běžné denní stravy není možné, v případech podávání výživových doplňků, které byly obohaceny zinkem ve vysokých dávkách, byl narušen metabolismus a využití mědi (Black, 2008). Trvá-li tento stav dlouhodobě, mohou se projevit i příznaky anémie (Táborská a Sláma, 2005).

6.2 U rostlin Nedostatek zinku se projevuje především u mladých částí rostlin vytvářením růžic s úzkými a drobnými listy a zkrácením internodií. Charakteristická je drobnolistost (little leaf). Nápadné je prodloužení palisádových buněk s malým počtem chloroplastů a velkým množstvím Ca-oxalátových drůz. Listy v těchto místech jsou bledě zelené, žluté nebo dokonce bílé. U ovocných stromů se projevuje deficience zinku vytvářením růžic listů s úzkými a drobnými listy, které jsou asymetrické (rozetovitost) a často zbarvené do modrozelena, chlorotické a předčasně opadávají (Richter a Brabcová, 1983).

24

U chmele deficit zinku způsobuje jeho kadeřavost, při které je snížen růst rostlin, omezena tvorba postranních plodonosných větévek,listy jsou zdeformované a výnos se snižuje.Příčinou kadeřavosti jsou rickettsie a dostatek zinku může nebezpečí výskytu této choroby značně omezit (Agrokrom, 2011).

Rostliny podle reakce na zinek rozdělujeme na: dobře reagující - kukuřice, len, fazol, sója, chmel réva vinná, broskvoň, meruňka, švestka středně reagující - cukrová řepa, brambory, vojtěška, jetel, čirok, cibule, rajčata, třešně, hrušně, jabloň slabě reagující - trávy, oves, pšenice, ječmen, žito, hrách, hořčice, chřest (Eufic, 2011). Vedle nedostatku zinku se zvláště v oblastech Zn skládek a imisí objevuje na rostlinách i jeho toxicita. Některé rostlinné druhy jsou tolerantní a dobře rostou i na půdách s abnormálně vysokou koncentrací zinku. Řada autorů uvádí v sušině tolerantních rostlin obsah Zn mezi 600–7800 ppm (Agrostis), pokud byly pěstovány na kontaminovaných půdách tímto prvkem. Mechanismus tolerance na vysoké dávky zinku je způsoben jeho poutáním do buněčných stěn. Pokusy se 65Zn potvrdily, že zinek je vázán na pektátovou frakci u tolerantních ekotypů. Nejde zde tedy jen o mechanickou vazbu, ale i o vazbu metabolickou. Toxicita zinku se projevuje v redukci růstu kořenů a listů. Vysoký obsah zinku v živném prostředí depresivně působí na příjem P a Fe. Trvale zvýšený obsah zinku v rostlinných produktech má za následek těžké poruchy u zvířat, které vedou ke snížení užitkovosti a způsobují v imisně postižených regionech zvýšený úhyn lovné zvěře (Agrokrom, 2011).

Příznaky nedostatku zinku jsou: 1. prašné hnědé skvrny na horních listech zakrslé rostliny 2. nerovnoměrný růst rostlin a skvrny na špatně usazené rostlině v této oblasti 3. snížení odnožování, neúrodnost klasu nebo klásku a mezižilková chloróza na l okapech 4. dvouděložnost ukazuje drastický pokles velikosti listů, ztráta lesku a odumírání výhonků 5. předčasný opad listů, především u jablek (SprayGro, 2011). 25

7

ÚLOHA

ZINKU

V PIVOVARSKÉM

A

SLADAŘSKÉM

PRŮMYSLU 7.1 Role zinku v procesu výroby piva – Výroba mladiny Kvašení mladiny je nejdůležitější a časově nejnáročnější krok při výrobě piva. Občas se vyskytující problémy kvašení vedou nejen k prodloužení času fermentace, ale i k zhoršení kvality piva (Bednář et al., 1966). Potíže při fermentaci jsou způsobeny nedostatečným složením mladiny, nevhodnými technologickými parametry a nevyhovujícími kvasícími výkony kvasinek. Pokud je složení mladiny přiměřené,

obsahuje

správné

množství

zkvasitelných

sacharidů

a

volný

aminonitrogen, obsah dusičnanů není vysoký a nejsou tam žádné problémy s teplotou a tlakem vedení, pak může být problém vysvětlen nedostatečným množstvím stopových prvků (Vecseri-Hegyes et al., 2005). Mladina poskytuje stopové prvky pro kvasinky. Obecně lze říci, že ze stopových prvků, které jsou nezbytné pro metabolismus kvasinek, je právě zinek ten, který není k dispozici v mladině v požadovaném množství. Někdy je stejně tak nízká i koncentrace manganu (Hopulele, 1972). Výzkum zabývající se problémy, které se vyskytují při kvašení, často dochází k závěru, že zvýšení koncentrace zinku může pomoci. Zdrojem zinku pro mladinu je slad. Ve studiích Jacobsen and Lie (1977, 1982) bylo naměřeno 35 až 65 mg.kg-1 zinku ve sladu. Bylo zjištěno, že tři faktory ovlivňují míru zásobování sladiny stopovými prvky: obsah zinku ve sladu, rozpustnost sladu a rmutovací technologie. Donhauser a spolupracovníci (1983) studovali distribuci zinku v rámci sladového zrna a vliv rozpustnosti sladu a rmutovácí technologie na koncentraci zinku v mladině. Žádný ze zkoumaných faktorů neměl významný vliv na obsah zinku v mladině. Narziss (1980) dospěl k závěru, že 3 % původního obsahu zinku zůstávají v mladině, což bylo potvrzeno Schmidtem (1988), který uvedl, že ztráta je způsobena chelatizací, která poutá zinek do komplexní formy ihned po jeho uvolnění ze sladu. Nejčastějšími chelátovými látkami v rmutu jsou histidin, cystin, polyfenoly a fytáty, které pocházejí ze sladu. Dále bylo prokázáno, že kvasinky jsou schopny přijímat zinek v iontové formě. Byly přijaty početné návrhy za nastavení optimální koncentrace zinku. Německý "Zákon čistoty", který reguluje jaké suroviny mohou být použity pro výrobu piva v Německu, zakazuje přidávání zinku do mladiny. McLaren a spolupracovníci

26

(1999) tento problém vyřešili přidáním kvasinek do mladiny, do kterých byl přidán zinek už dříve. V tomto případě takto upravené kvasinky sloužily jako živiny spíše než jako kvasící mikroorganismy. Lepší výsledky byly dosaženy kvasnicemi, které byly obohacené zinkem nežli ty, které byly obohacené zinkovou solí. Taidi a spolupracovníci (2001) studovali způsob a optimální čas přidání zinku. Dospělo se k závěru, že nejlepším řešením je přidat zinek do kvasinek bezprostředně před aplikací. Kreder (2000) používá jako zdroj zinku zinek přidaný během přestávky fermentace, zatímco Kado a spolupracovníci (1999) používají za stejným účelem mláto. Praxe maďarského pivovarnictví se liší od tradičních technologií používaných v pivovarnictví

hlavně

co

se

týče

použitých

materiálů

a

technologie.

Charakteristické rysy jsou dílčí náhrada sladu s doplňky a produkce mladiny s vysokou měrnou hmotností. Jako doplněk je používán místo sladu přídavek 20 až 30 % kukuřice nebo ječmene. V případě produkce piva s vysokou měrnou hmotností je měrná hmotnost mladiny o 10 až 20 % vyšší než je požadovaná hodnota a obsah extraktu je nastaven na požadovanou úroveň před plněním vodou, která je bohatá na oxid uhličitý. Jedná se o obecnou praxi, kdy se přidáním chloridu zinečnatého do mladiny při chmelovaru brání nedostatku zinku. Na základě výsledků různých studií lze konstatovat, že v praxi maďarského pivovarnictví je horší využití zinku v pivech s doplňující surovinou než u čistě sladových piv. Ve všech sladech bez doplňku bylo naměřeno množství zinku 3,4 %, což koreluje s výsledky Narzisse získaných v roce 1980, zatímco v případě mladiny obsahující doplněk pouze 0,4 % zinku. Pokud jde o čas suplementace zinku, dospělo se k závěru, že přídavek zinku na konci chmelovaru není praktický, protože většina z tohoto množství bude odstraněna během teplotní přestávky. Lepší výsledek lze dosáhnout pokud jsou kvasinky doplněné o zinek (Vecseri-Hegyes et al., 2005).

7.2 Role zinku v procesu výroby piva - Fermentace Zinek je nezbytná součást fermentace při výrobě piva. Hraje totiž roli v mnoha biologických funkcích buňky. Například stabilizuje struktury DNA, RNA a ribozómů a ovlivňuje biosyntézu bílkovin a metabolismus sacharidů (Mandl et al.,

27

1979). Zinek přispívá ke struktuře a stabilizaci enzymů, stimuluje metabolických procesů (Donhauser et al., 1982). Ionty zinku pomáhají při rychlém příjmu maltózy a maltotriosy, což pomáhá při fermentaci. Zinku jsou přičítány také některé ochranné funkce, například chrání enzymy před útokem proteináz. Ionty zinku aktivují enzym cysteindesulfydázu, který má za následek snížení obsahu vody v pivě. Zinek podporuje aglutinaci kvasinek. Růst kvasinek je v rozmezí hodnot 0,2–200 mg.l-1, zatímco jeho opačné působení, tedy bránění růstu kvasinek je v rozmezí hodnot 300 a 500 mg. l1 (Hopulele, 1972). Mochaba a spolupracovníci (1996) potvrdili, že v případě zinku, který je přidán do mladiny v přebytku, brání kvašení a růstu. Velmi významné při výrobě piva je to, že zinek je mikroelement základního metabolismu kvasinek. Enzym alkoholdehydrogenáza, který je určující z hlediska kvašení piva, se skládá ze dvou celků, oba obsahují dva zinečnaté ionty. Jeden z nich je umístěn na aktivní straně a je zodpovědný za katalytickou aktivitu, zatímco druhý se podílí na tvorbě struktury dimeru. Oby tyto ionty mohou být poměrně snadno odstraněné a v důsledku toho ztrácí enzym část své činnosti. Tyto dva ionty zinku se nachází pravděpodobně v aktivním místě a jsou odpovědní za vazbu mezi enzymem a substrátem. Molekula se rozpadá, pokud jsou ostatní dva ionty zinku odstraněny (Mändl et al., 1979). Donhauser (1981) uvedl množství zinku 0,12 mg.l-1 jako nejnižší hodnotu, která zaručuje nerušené kvašení, zatímco Mändl a spolupracovníci (1979) a Jacobsen a Lie (1982) posunuli tuto hodnotu na rozmezí 0,08 až 0,3 mg.l-1. Jacobsen a Lie (1982) naměřili obsah zinku v droždí 12–56 mg.kg-1 s průměrem 30 mg.kg-1 v období sušiny. Velké rozdíly ve zkušenostech se zinkem naznačují složitý jev jako v mnoha případech v pivovarnictví. Například se nedostatek zinku vyrovnal do určité míry díky poměrně vysokému obsahu volného aminodusíku. Na druhé straně je toto tvrzení pravdivé přímo naopak: problémy fermentace vyplývající z nízkého obsahu volného aminodusíku mohou být opraveny dodáním zinku (Steiner und Länzlinger, 1975). Komplexita jevu je indikována ve výsledcích publikace Donhauser a spolupracovníci (1083), ve kterém bylo navrženo, že zvýšení dodávek zinku do kvasinek a mladiny má vliv na změnu obsahu dusíkatých sloučenin, na změnu pH a při fermentaci na metabolický produkt konečného výrobku kromě hodnoty fermentace. Hopulele (1072) zkoumal snížení dodávek zinku do kvasinek v po sobě jdoucích studiích fermentace. Poukázal na to, že kvasinky zabírají všechen 28

zinek z mladiny již v první den fermantace. Tento jev je vyzkoušen i při vyšší koncentraci zinku v mladině. Uvádí se množství zinku 0,15 mg.l-1 v mladině jako optimální z hlediska růstu kvasinek a fermentace. Obsah zinku v kvasinkách byl studován Donhauserem a spolupracovníky (1982) během tradičních fermentačních procesů a pod tlakem. Přestože dříve byly stanoveny hodnoty minimálního obsahu zinku v kvasinkách na 3,5 mg.100g-1 hmoty (Mändl et al., 1979), další autoři neměli zkušenosti s problémy fermentace i při množství zinku 1,9 mg.l-1 v kvasinkách. Bylo prokázáno, že kvasinky si zabírají celé množství zinku v první den procesu fermentace a pravděpodobně jej ukládají do pevných buněčných komponent. Maďarská piva jsou vyráběna s doplňkem, tedy koncentrace zinku v mladině je menší než doporučená hodnota 0,2 mg.l-1 (Donhauser, 1981). Cílem mnoha prací bylo studovat mimořádné možnosti zinku v průběhu fermentace mladiny. Vliv zinku na fermentaci byl do jisté míry a změny v obsahu aminokyselin a vedlejších produktů kvašení monitorován během kvašení. Při fermentačních experimentech byl učiněn závěr, že přídavek zinku způsobí rychlejší fermentaci, nejlepšího výsledku bylo dosaženo při hodnotě koncentrace 0,4 mg.l-1, která je vyšší než byla publikována (Mändl et al., 1979; Donhauser 1981; Jacobsen and Lie, 1982). Vyšší koncentrace významně neovlivnily buď hodnoty fermentace nebo maximální koncentraci etanolu. Také nejrychlejší využití aminonitrogenu a valinu bylo zaznamenáno u hodnoty koncentrace 0,4 mg.l-1, a to ve spojení s nejnižší koncentrací diacetylu. Syntéza aromatické složky byla nejvíce podpůrná

a růst kvasinek

experimentů

lze

byl nejvyšší v této koncentraci. Na základě těchto

konstatovat,

že

koncentrace

zinku 0,4 mg.l-1

je nejvýhodnější ze všech aspektů (Vecseri-Hegyes et al., 2006).

7.3 Hromadění a distribuce zinku pivovarskými kvasinkami U několika dvojmocných kationtů kovů je znám vliv na kvasící výkon. V průmyslových fermentačních médiích, jako jsou sladiny, je zinek přítomen na sub-ppm úrovni, ale i při takto velmi nízkých koncentracích je zinek naprosto zásadní pro růst kvasinek, jejich metabolismus a kvašení. Zejména je zinek nezbytný jako kofaktor a strukturální složka v téměř 300 enzymů (Briggs et al., 2004), včetně alkoholdehydrogenázy (ADH), posledního enzymu fermentačního postupu. Proteiny

29

zinkových prstů jsou známé pro regulaci genové exprese a chrání DNA před oxidačními reakcemi vyvolanými volnými radikály (Genc et al.,2004). O zinku je také známo, že ovlivňuje propustnost membrány tím, že tvoří pouta mezi sousedními molekulami

lipidů

(Velíšek,

1999).

Nedávno

bylo

zjištěno,

že

funkce

endoplazmatického retikula a Golgiho aparátu bývají postiženy nedostatkem zinku (Preedy, 2009). Buněčné požadavky na obsah zinku byly odhadnuty na 0,12g.kg-1 sušiny, v závislosti na kmeni kvasinek a podmínkách pro růst (Kosař a Procházka, 2000). Nízké hladiny zinku účastnící se buněčného metabolismu kvasinek vedou k zhoršení syntézy bílkovin a ovlivňují složení fosfolipidových membrán (Wuehler et al., 2005). Příjem kovových iontů kvasinkami zahrnuje v počáteční fázi pasivní adsorpci na povrchu buňky a následuje aktivní akumulace přes plazmatické membrány zprostředkovaná ATPázou (King et al., 2000). Kinetika příjmu zinku kvasinkami byla nalezena díky následnému modelu Michaelis-Mentenové a různým disociačním konstantám (Solomons, 2001). Pro kmen S. cerevisiae byly popsány dva systémy příjmu zinku přes plazmatickou membránu : první systém s vysokou afinitou Kd = 10nM, který je aktivní v buňkách s omezeným množstvím zinku a jeden systém s nízkou afinitou Kd = 100nM, aktivní v buňkách nasycených zinkem (Scientific Societies, 2011). Jakmile je zinek translokovaný přes buněčnou membránu, buňky kvasinek hromadí zinečnaté ionty ve vakuolách spolu s jinými kovovými kationty jako Ca2+, Mn2+, Fe2+, Co2+, SR2+, Ni2+ a monovalentními kationty K+, Li+ a Cs+ (Simpson, 2010). Hromadění zinku ve vakuolách je řízeno alespoň třemi transportéry (Basařová et al., 2010). V některých průmyslových procesech kvašení, včetně vaření, může být ohrožena biodostupnost zinku, protože kovové ionty se mohou dostat do komplexu se složkami médií. V pivovarském procesu je méně než 5 % zinku získáno během přípravy mladiny (Briggs et al., 2004). Nejvíce zinku se váže na cysteinové skupiny peptidů a aminokyselin a ztrácí se při srážení proteinů během vaření sladiny (Hacisalihoglu et al., 2011). O ostatních sloučeninách je známo, že se také účastní procesu iontové chelatace: fenoly (pro Fe), α-amylázy (pro Ca) a fytové kyseliny (na Ca, Zn a Fe). Mochaba et al., 1996 a Bromberg et al., 1997 zjistili, že buňky pivovarských kvasinek rychle nahromadily zinek ze sladiny, v prvních hodinách po očkování a před nástupem kvašení. Množství 0,75 ppm zinku neovlivnilo buněčný růst, ale ovlivnil zkrácení času (De Nicola and Walker, 2009). Občas se specifická 30

fermentační hodnota změnila až po několika po sobě jdoucích pivovarských fermentacích (Simpson, 2010). Obecně řečeno, když zinek klesne pod úroveň kolem 0,1 ppm, mohou při kvašení nastat problémy a to může vést k pomalému a neúplnému kvašení, které je označované jako "pomalé" (De Nicola and Walker, 2009). Interakce zinku s kvasinkami, jeho transport a využití během vaření a jiných průmyslových procesů jsou jevy, které ještě nejsou zcela pochopeny. Stanovení biodostupnosti zinku ve sladině a objev nových technologií, vedoucích ke zlepšení této dostupnosti, jsou předmětem zájmu fermentačního průmyslu. Například některé studie byly zaměřeny na stanovení koncentrace zinku pro nejlepší fermentační výkon (King et al., 2000). Základní studie týkající se interakcí zinku s kmenem S. cerevisiae byly provedeny pro stanovení transportních proteinů zapojených do procesu příjmu zinku a jeho homeostázy. Cílem studií bylo prozkoumat příjem, lokalizaci a buněčnou distribuci zinku v pivech typu ležák kmenem pivovarských kvasinek Saccharomyces carlsbergensis v růstových médiích ze sladu (Briggs et al., 2004). Zjištění uvedená ve studiích mají praktický význam pro průmyslové procesy, kdy jsou kvasničné biomasy znovu používány na několik kvašení, jak je to například pivovarnictví a bioetanolovém průmyslu (De Nicola and Walker, 2009). Zjištění různých výzkumů poskytly nový pohled na příjem zinku, jeho skladování a buněčné distribuci v pivech typu ležák kvasinkami kmene S. carlsbergensis. Hromadění zinku bylo rychlé a kompletní už v počáteční fázi kvašení a bylo závislé jak na metabolismu, tak i na teplotě (Chodounský, 2005). V procesu příjmu zinku během fermentace nehrály buněčné stěny kvasinek dominantní úlohu, zinek byl primárně lokalizovaný ve vakuolách kvasinek (Palmgren et al., 2008). Vzhledem k rozdělení zinku do dceřiných buněk během následujícího buněčného dělení, mohou být buňky kvasinek na konci kvašení považovány jako zinku prosté, jak potvrzují studie provedené v pivovarských fermentorech. Výsledky mají dopad na pivovarnictví a bioetanolový průmyslu, za předpokladu, že jsou kvasničné biomasy znovu používány v nízko fermentačních médiích (De Nicola and Walker, 2009).

31

7.4 Suplementace zinku do procesu fermentace u pšeničných piv Zinkové soli se často přidávají do kroků fermentace při výrobě komerčních ležáků, světlého a černého piva a to buď jako potravinářský roztok zinkové soli, nebo jako součást formulované „potravy pro kvasinky“. Tato technika má za sebou dlouhou historii bezpečného používání, provádí se ke zvýšení stupně fermentace, zlepšení podílu atenuace, zlepšení síly kvasinek a jejich životaschopnosti a zlepšuje chuť piva prostřednictvím stimulace produkce acetátesteru a vyvarování se příchutě po síře. Za určitých podmínek může vedle zinku pomoci i kontrola diacetylu (Kreder, 2000). Pšeničná piva se obecně dělí na tři druhy - německé, belgické a americké. První dva druhy používají určitý typ kvasinkových kmenů, které mají schopnost produkovat fenolické sloučeniny, které zapříčiňují příchuť jako 4-vinyl guajakol a 4-ethyl fenol (Palmgren et al., 2008). Tyto příchutě jsou nezbytnou součástí profilu těchto piv. Používání různých kmenů kvasinek je dosti odlišné, pivovary jsou tak někdy velice opatrné v jejich užívání. Pšeničná piva s vysokým obsahem kvasinek mají pověst jako vysoce trvanlivé, což je ve skutečnosti jen zdánlivé, protože podléhají nákaze i když se mladina pouze „nachladí“. Kvůli těmto důvodům se pivovary někdy zdráhají doplnit mladinu pšeničného piva zinkovou solí (Schmid, 1988). Ale je tato opatrnost oprávněná?

Může být mladina pšeničného piva užitečně doplněna o soli zinku? Co je třeba zvážit? 1. Suroviny - pšenice je bohatá na mangan, který zasahuje do přijímání zinku kvasinkami – tudíž více pšenice nebo pšeničného sladu, které se používá v melivu znamená, že kvasinky budou potřebovat více zinku. Toto je v podstatě rozdíl mezi celkovým a „biologicky dostupným“ zinkem. Vysoké hodnoty pšenice mohou snížit dostupnost zinku, a tím mohou zpomalit chod fermentace. Například můžeme používat kolem 50 % pšenice v melivu. Za těchto podmínek může suplementace zinku do mladiny obnovit kvašení na normální rychlost a míru atenuace (Steiner und Länzliger, 1975). 2. Požadovaný chuťový profil - zinek stimuluje produkci isoamylalkoholu kvasinkami, které podle pořadí dále produkují isoamylacetát (Stomph et al., 2009). Tato „banánová“ příchuť je velmi důležitá pro charakter německého pšeničného

32

piva, zato v belgickém pšeničném pivě je hodnota isoamylacetátu obecně mnohem nižší. Čím více zinku se do obsahu přidá, tím více bude příchutě po banánech. Bez ohledu na to, jaké množství isoamylacetátu vyrobí jakákoliv kvasinka pšeničného piva, s tím že různé kmeny produkují různá množství, suplementace zinku do mladiny pokaždé zvýší jejich produkci (Simpson, 2010). 3.

Potenciální rizika - příliš mnoho zinku může způsobit, že některé kmeny

kvasinek podlehnou autolýze, tudíž by se mělo dbát na to, aby nedošlo k přidání příliš velkého množství. Množství přídavku zinku je tady závislé na schopnosti rozpoznat toto riziko. Stejně tak, když je v úmyslu vyvolat znovu fermentaci při láhvové úpravě produktu vyvolanou přidáním mladiny (Speise) . Zinková sůl by se neměla přidávat do mladiny pro láhvovou úpravu, přidává se pouze do mladiny pro hlavní kvašení (Briggs et al., 2004).

Doporučená soli a sazby •

Použijte heptahydrát síranu zinečnatého (ZnSO4.7H 2O) .

•

Ujistěte se, že materiál, který používáte, je vhodný pro potravinářské účely

a není u něj tudíž možné, aby byl znečištěný cizorodými látkami. •

Vytvořte roztok a sterilizujte ho varem - přidejte roztok do vychlazené mladiny

(pokud jej přidáte do horké mladiny mohou nastat ztráty). •

ZnSO4.7H 2O obsahuje 25 % zinkových iontů, takže musíte přidat čtyřikrát

více soli než zinku, který potřebujete. •

Pro mírně vyšší množství isoamylacetátu a mírně rychlejší a více kompletní

fermentaci se přidá 0,4 mg ZnSO4.7H2O na litr mladiny . •

Pro středně vysoké množství isoamylacetátu se přidá 1,0 mg ZnSO4.7H2O na litr mladiny.

•

Pro vysoké množství isoamylacetátu se přidá 1,6 mg ZnSO4.7H2O na litr

mladiny (Sipmson, 2010).

33

8 OBOHACENÍ

POTRAVNÍHO

ŘETĚZCE

ZINKEM:

AGRONOMICKÁ NEBO BIOLOGICKÁ CESTA? Nedostatek zinku je dobře zdokumentovaný problém u potravinových plodin, který zapříčiní snížení výnosu z úrody a nutriční kvality. Obecně je pro oblasti po celém světě s půdou s nedostatkem zinku také charakteristické rozšíření nedostatku zinku u lidí. Nedávné odhady ukazují, že téměř polovina světové populace trpí na nedostatek zinku (Cerkal et al., 2009). Obilniny hrají důležitou roli v uspokojování denního příjmu kalorií v rozvojovém světě, ale jsou bez pochyby velmi nízké na koncentraci zinku v zrnu, převážně tedy když se pěstují v půdách s nedostatkem zinku (Cakmak, 2008). Závislost na obilné stravě může u lidí zapříčinit zdravotní problémy spojené s nedostatkem zinku jako nedostatky ve fyzickém vývoji, imunitním systému a fungování mozku. Mezi strategiemi považovanými za hlavní vyřešení nedostatku zinku, se strategie pěstování rostlin (např. genetické bio posílení) jeví jako nejudržitelnější a nejefektivnější přístup užitečný ke zlepšení koncentrace zinku v zrnu. Přístup pěstování je však dlouhodobý proces vyžadující velké úsilí a zdroje (Fao, 2011). Úspěšný program pěstování pro bio posílení obilnin zinkem je velice závislý na množství dostupného zinku v půdě. Ve většině oblastí pěstujících obilniny však mají půdy různé chemické i fyzické problémy, které značně sníží dostupnost zinku ke kořenům rostliny (Cakmak, 2008). Z toho důvodu nemusí být genetická kapacity nově vyvinutých (bio posílených) kultivarů pro absorpci dostatečného množství zinku z půdy a jeho nahromadění v zrnu plně využita. Proto je zásadní mít krátkodobý přístup ke zlepšení koncentrace zinku v obilném zrnu (Kado et al., 1999). Použití hnojiv se zinkem či NPK hnojiv obohacených zinkem (např. agronomické bio posílení) nabízí rychlé řešení problému a představuje užitečný doplňující přístup k současným pěstitelským programům. Neustále se zvyšuje důkaz toho, že listové či půdní a listové aplikace hnojiv se zinkem za půdních podmínek jsou vysoce efektivní a velmi praktické k maximalizaci absorpce a nahromadění zinku v celém pšeničném zrnu a zvyšuje jeho koncentraci až na 60 mg.kg-1 zinku (Cakmak, 2008). Zinkem obohacená zrna jsou také velmi důležitá pro produktivitu úrody vedoucí k lepší síle sazenic, hustším stonkům a vyšší tlakové toleranci u půd s potenciálním nedostatkem zinku. Strategie agronomického bio posílení se jeví jako zásadní pro udržování dostatečného množství dostupného zinku v půdě a udržení dostatečného přenosu zinku do semen

34

během reprodukčního růstového stádia (Kado et al., 1999). Nakonec je agronomické bio posílení vyžadováno pro optimalizaci a zajištění úspěchu genetického bio posílení obilných zrn zinkem. V případě větší bio dostupnosti zinku v zrnu získaného z použití v listech než v půdě by bylo agronomické bio posílení velmi atraktivní a užitečná celosvětová strategie v řešení zdravotních problémů spojených s nedostatkem zinku (Cakmak, 2008). Zvýšení koncentrace Zn a Fe u obilnin určených ke stravě vedoucí k lepší produkci obilnin a ke zlepšení lidského zdraví je důležitou světovou výzvou. Mezi mikronutrienty se nedostatek zinku objevuje u obilnin ale také u lidí (Welch, 1993). Nedostatek zinku je v současnosti na seznamu hlavních celosvětových rizikových faktorů pro lidské zdraví a příčinou smrti. Podle zprávy Světové zdravotnické organizace o rizikových faktorech odpovědných za rozvoj onemocnění se nedostatek Zn řadí mezi 11. z 20 nejdůležitějších faktorů v rozvojových zemích (tab. č.5). V obecné studii Hotz&Brown (2004) zaznamenali, že nedostatek zinku má v průměru vliv na jednu třetinu světové populace v rozmezí od 4 do 73 % v různých zemích. Nedostatek zinku je odpovědný za mnoho vážných zdravotních komplikací spolu jako například poškození fyzického růstu, imunitního systému a schopnosti se učit kombinované se zvýšeným rizikem infekcí, poškození DNA a rozvoji rakoviny (Hotz and Brown 2004; Prasad 2004). Oblasti s půdou s nedostatkem zinku jsou takové, kde je rozšířen nedostatek zinku u lidí, je to například v Indii, Pákistánu, Číně, Íránu a Turecku (Cakmak, 2008). Nedostatek zinku v půdě a rostlinách je globálním mikronutričním problémem zaznamenaným v mnoha zemích (Brody, 1998). Nízká rozpustnost zinku v půdě spíše než celkový obsah zinku je hlavní důvod pro rozšíření výskytu problému s nedostatkem zinku v obilninách. Obrázek 1 ukazuje rozdělení světových oblastí, ve kterých byl zaznamenán problém s nedostatkem zinku v obilninách. Je možné, že je spousta dalších oblastí či zemí, kde nebyly problémy s nedostatkem zinku zaznamenány nebo diagnostikovány. Téměř 50 % z oblastí pro pěstování obilnin na světě má půdy s nízkou dostupností zinku v rostlinách (Welch, 1993; Cakmak 2008). Obilniny představují hlavní zdroj minerálů a proteinu v rozvojovém světě. Například ve většině středo a západo Asijských zemí, poskytuje pšenice v průměru téměř 50 % denního kalorického příjmu a ve venkovských oblastech se toto množství zvýší až na více než 70 % (Cakmak, 2008). Pšenice zvláštní roli v pokrytí denních kalorických požadavků lidí v Tájikistánu. Podle zprávy 35

publikované Hotzem a Brownem (2004) je Tájikistán mezi všemi světovými zeměmi evidován jako země s největším procentem populace žijícím s rizikem nedostatku Zn. Pšenice má celkově nízkou koncentraci zinku v zrnu, obzvláště když roste v půdách s nedostatkem Zn. V byla Turecku koncentrace Zn v zrnu při pěstování pšenice v půdě s dostatečným množstvím Zn obecně v rozmezí 20–30 mg.kg-1, zatímco v půdách s nedostatkem zinku je toto rozmezí mezi 5 a 12 mg.kg-1 (Jacobsen and Lie, 1982). Na základě série záznamů a výzkumných studií je průměrná koncentrace zinku v celém zrnu pšenice v různých zemích mezi 20 a 35 mg.kg-1 (Cakmak, 2008). Zaznamenaná koncentrace zinku je příliš nízká, aby odpovídala denním lidským požadavkům, zejména pro ty, kdo konzumují vysoké množství obilné stravy. Aby bylo dosaženo měřitelného biologického vlivu na lidské zdraví, musí být koncentrace zinku v celém pšeničném zrnu zvýšena alespoň přibližně o 10 mg.kg-1, za předpokladu, že je příjem 400 g na den pro dospělou ženu v zemích, kde se používá celozrnná mouka pro přípravu jídel jako chapatti v Indii (Kreder, 2000). Obecně je doporučená denní dávka zinku kolem 15 mg za den (Dastych, 2011). Nicméně tyto negativní vlivy kyseliny fytové jsou do určité míry v rovnováze s jejími přínosnými vlivy na lidské zdraví (např. potlačení různých druhů rakoviny) (Solomons, 2001). Velkou důležitost má také kyselina fytová v semenech pro dobré klíčení semen a vitalitu sazenic (Cerkal et al., 2009). Většina zinku v semenu se nachází v embryu a aleuronové vrstvě, zatímco endosperm je velmi nízký na koncentraci zinku (Preedy, 2009). Embryo a aleuronové části jsou bohaté na proteiny a fytát, ukazující že protein a fytát v semenech by mohl být přítěžím pro zinek. Podle studie o nedostatku zinku v semenu pšenice byla koncentrace zinku kolem 150 mg.kg-1 v embryu a aleuronové zóně a jen 15 mg.kg-1 v endospermu (Cakmak, 2008). Části semene pšenice bohaté na zinek jsou odstraněny během mletí, což vede k značnému snížení koncentrace zinku v mouce. Následkem toho může vést velká konzumace vysokého množství mleté pšenice a jiných obilných produktů ke sníženému příjmu zinku. Obohacení obilných zrn zinkem je proto velkým zájmem výzkumu a přispěje k minimalizaci zdravotních problémů u lidí spojených s nedostatkem zinku (Taidi et al., 2001). Mezi řešení v současnosti použitých jako hlavní řešení nedostatku zinku u lidí je často použito posílení stravy a stravovacích doplňků v některých zemích. Nicméně tyto přístupy se zdají být drahé a ne tak dobře dostupné pro ty, kteří žijí 36

v rozvojových zemích (Caballero et al., 2005). Například ke snížení nedostatku mikronutientů u národů s 50 milióny poškozených lidí je při použití programu potravinového posílení potřeba každoročně 25 miliónů amerických dolarů (Prasad et al., 2004). Alternativně se zdají být zemědělské strategie výhodnými přístupy užitečnými ve zlepšení mikronutriční koncentrace v zrnu, čímž je přispěno k lidskému zdraví. Je několik příkladů, které ukazují, že použití hnojiv se zinkem do obilnin zlepší nejen produktivitu ale také koncentraci zinku v zrnu. V závislosti na půdních podmínkách a použité formě mohou hnojiva se zinkem zvýšit koncentraci zinku až čtyřnásobně (Cakmak, 2008).

Agronomické přínosy vyplývající z hnojení s přídavkem zinku

Rostoucí koncentrace zinku v semenech přidáním zinku do půdy či listů také přináší několik agronomických přínosů pro produkci plodin (Preedy, 2009). Přidání zinku v průběhu

růstu rostlin do půdy s potencionálním nedostatkem zinku je

efektivní ve snižování příjmu a nahromadění fosforu (a tak fytátu) v rostlinách. Tento agronomický vedlejší vliv hnojení s přídavkem zinku může vést k lepší bio dostupnosti zinku v lidském trávícím systému. Navíc sazenice vyrostlé ze semene, které obsahuje vysoké množství zinku mají lepší schopnost ustát nepříznivé přírodní podmínky. Tyto přínosy jsou detailně rozebrány níže (Cakmak, 2008).

Zinek snižuje příjem fosforu do kořenů a nahromadění fytátu v zrnu

Celkové množství zinku v zrnu není vždy dobrý ukazatelem jeho využití (bio dostupnost) v lidském trávícím systému. Proto kromě vysokého množství zinku v zrnu (či stravě), je bio dostupnost zinku také důležitým nutričním aspektem. Mezi faktory snižujícími bio dostupnost zinku je kyselina fytová (nebo fytát) nejčastěji studována (Hotz and Brown, 2004). Od 65 do 85 % celkového fosforu v zrnu je přítomna jako fytát, což je hlavní složenina, která váže zinek a díky ní je velmi málo bio dostupná v lidském zažívacím traktu. Koeficient molekuly fytátu a zinku je kritérium široce použité pro odhad bio dostupnosti zinku ve stravě (Cakmak, 2008). Obecně zlepšuje udržování tohoto koeficienty níže než 15–20 za pomocí zvyšování 37

koncentrace zinku či snižování koncentrace fytátu bio dostupnost zinku v lidském těle. Jak je očekáváno zvýšení příjmu fosforu do kořenů a nahromadění ve výhoncích je doprovázeno odpovídajícím vzrůstem fosforu v zrnu díky vysoké lýkové mobilitě tohoto prvku (Black, 2008). Při přenosu do zrna je většina anorganického fosforu přeměněna na kyselinu fytovou (fytát). Již bylo hodně zdokumentováno, že odpovídající strava s obsahem zinku je důležitá v kontrole příjmu fosforu do kořenů. Velké množství zpráv ukazuje, že nízké přidání zinku při růstu podpouje příjem fosforu do kořenů a přenos fosforu z kořenů do výhonků v různých plodinách (Hřivna et al., 2008). Obecně je nedostatek zinku spojován s nadměrným nahromaděním fosforu ve výhoncích, které dokonce mohou probudit toxické symptomy fosforu v listech (Cakmak, 2008). Tento zlepšující vliv nedostatku zinku na příjem fosforu je velice specifický a nebyl zjištěn u nedostatku železa, mědi či manganu (De Nicola and Walker, 2009). Nedostatek zinku také zlepšil výskyt genů přenášejících fosfor v kořenových buňkách a také zlepšil nahromadění fosforu v rostlinách (Gregor, 2004). V půdních pokusech v půdách s nedostatkem zinku ve střední Anatolii bylo prokázáno, že aplikace hnojiv se zinkem do půdy a listů snížila koncentraci fosforu ve výhoncích a zrnu a díky tomu koncentraci fytátu v zrnu. Jak se očekávalo, snižující vliv zinku na fosfor a fytát v zrnu byl spojen s velkým úbytkem v molekulárním koeficientu fytát-zinek (Cakmak, 2008). Snížení fosforu nebo fytátu v zrnu pomocí hnojení se zinkem se nevztahoval ke zvýšení ve výnosu zrna (a tím oslabení koncentrace zinku), protože byly podobné výsledky nalezeny také u žita (Mändl et al., 1979), který je vysoce tolerantní k nedostatku zinku a jeho výnos není ovlivněn nedostatkem zinku (Cakmak, 2008). Tyto výsledky ukazují důležitý potencionální užitek hnojiv se zinkem ve zvýšení bio dostupnosti zinku v zrnu snížením molekulárního poměru fytát/zinek v zrnu (Taidi et al., 2001).

Přínos vysokého množství zinku v semenech na růst rostliny

Rostoucí množství zinku v zrnu může kromě zlepšení lidského zdraví také vést k několika agronomickým přínosům. Když se znovu zasadí semena s nízkou koncentrací zinku, schopnost nové plodiny vydržet přírodní tlaky v raných růstových 38

stádiích je značně snížena (Welch, 1993). Je možné, že semena s nízkou koncentrací zinku nebudou života schopné i přes svůj běžný vzhled. To naznačuje existenci potencionálního buněčného poškození či zničení v semenech, které se spojuje s nízkým množstvím zinku. Proto je důležité udržet dostatečné množství zinku v půdě během klíčení a raném růstu sazenic (Cakmak, 2008). Udržení přijatelného množství snadno dostupného zinku v půdě či vysoká koncentrace zinku v semenech zajistí správný růst kořenů a přispěje k ochraně proti půdním patogenům. Rostoucí přenos zinku z listů do semen může být dosažen aplikování zinku do listů, obzvláště ve složitých přírodních podmínkách (např. sucho) a na půdách s potencionálním nedostatkem zinku (Welch, 1993). Rostliny rostoucí ze semen s nízkým množstvím zinku mají na půdách s nedostatkem zinku slabou sílu v sazenicích a stabilitu v půdě (Palmgren et al., 2008). Za podmínek s dostatečným množstvím srážek, rostliny pšenice vzrostlé ze semen, které obsahují 1,5 µg Zn na semeno mají lépe zavedené sazenice a dvojnásobný výnos zrna než v případě rostlin pšenice, které vyrostly ze semen obsahujících jen 0,4 µg Zn na semeno (Simpson, 2010). Podobně jako u výsledků z polí, Genc a Graham (2004) prokázaly v experimentech v květináčích, že rostoucí obsah Zn v semenu od 0,25 µg na semeno do 0,70 µg na semeno značně zlepšil růst kořenů a výhonků pšenice za nedostatku zinku a došli k závěru, že vysoké množství zinku v semenech se chová podobně jako počáteční hnojící vliv (Cakmak, 2008). Naklíčit semena nejprve v roztoku obsahujícím zinek je praktický způsob, jak zvýšit obsah zinku v semenech před zasetím a přispět k lepšímu růstu sazenic (Hacisalihoglu and Kochian, 2011). Například v semenech kukuřice nejprve naklíčených v 1 % ZnSO4 roztoku na 16 h se značně zvýší koncentrace zinku v semenech a tyto sazenice získané z takových semen mají vyšší biomasu a značně vyšší výnos zrna (Cakmak, 2008)). Na základě průměrných hodnot výnosu zrna ze sedmi pokusů v půdách byl výnos zrna u kukuřice od nenaklíčených semen 4 tuny.ha-1, zatímco u rostlin získaných ze semen, které byly naklíčeny v 1% Zn, byl výnos zrna 3,8 tun.ha-1. Hodnota výnosů dosáhla 236 v případě 1% Zn naklíčení oproti výnosu 15 u půdy, kde byl přidán zinek (Stomph et al., 2009). Dále se ukázalo, že použití přídavku zinku do semen rýže výrazně zvýšila úrodu zrna a došel k závěru, že tento typ použití přídavku zinku je velmi ekonomickou alternativou k mnohem dražšímu rozšířenému hnojení s přídáním zinku. Klíčení semen

39

s přídavkem zinku bylo také velmi efektivní ve zlepšení klíčení semen a růstu sazenic u ječmene (Cakmamk, 2008). Tyto výsledky ukazují, že semena s vysokým množstvím zinku mají hrají důležitou fyziologickou roli během klíčení semen a ranému růstu sazenic. V nedávné době bylo zjištěno, že během klíčení semen, koncentrace zinku nově rozvinutých kořínků a koleoptérních tkání je zinek s nejvyšší pravděpodobností použit na proteinovou syntézu, funkci membrány, zvětšení buněk a toleranci na nepříznivé přírodní vlivy (Caballero et al., 2005). Vysoká koncentrace zinku v semenu může být důležitá pro ochranu nově naklíčených semen a růstu sazenic proti útoku různých půdních patogenů. Důležitým aspektem infekce rostlinných tkání patogeny je dostupnost výpotků v listech a kořenech uvolněných z buněk. Exudáty jako sacharidy a aminokyseliny jsou kritickými složkami pro přitahování patogenů a jejich rychlé invaze na kořenové či listové tkáně (Cakmak, 2008). Množství uvolněných exudátů je ovlivněna strukturální integritou buněčných membrán. Během růstu kořenových tkání, jakákoliv odlišnost ve strukturální integritě membrán vyplývající z nedostatku zinku může zvýšit množství výpotků uvolněných z buněk, s tím že tyto výpotky představují vhodnou stravu pro patogeny (McLaren et al. 1999). Zinek hraje zásadní roli v ochraně a udržení strukturální stability buněčných membrán (Welch, 1993). U nedostatku zinku začaly být buněčné membrány propustné a propustily vysoké množství organických složenin, které způsobují přitažlivost patogenů (Cakmak, 2008). Bylo prokázáno, že zinek potlačuje patogeny ničící kořeny, nákazu kořenovými hlísticemi a dalšími infekcemi pravděpodobně snížením výpotků organických složenin z kořenů v rizosféře (Black, 2008). Rostoucí množství zinku v semenech může být také důležité pro sazenice. V některých oblastech střední Anatolie s nedostatkem zinku jsou hodnoty sázení mnohem vyšší (např. 200–300 kg na hektar) než jsou běžně doporučené hodnoty (např. 100 kg na hektar) v zemědělsko-ekologicky porovnatelných oblastech (Cakmak, 2008). Vysoké hodnoty sázení jsou vyžadovány kvůli slabému zavedení sazenice a vysokému množství úhynu během zimy. Je odhadována, že se vzrůstem v koncentraci zinku v semenech může být hodnota sázení značně snížena a alespoň 500 000 tun semen každý rok může být ve střední Anatolii zachráněno, což vede k ročnímu ekonomickému přínosu více než 100 milionů USD (Black et al., 2008).

40

Přístup životního prostředí

Při použití hnojiv s obsahem zinku nebo NPK hnojiv obsahujících zinek by měl být kladen zvláštní důraz na aspekty životního prostředí týkající se možnosti intoxikace zinku do půdy. Jak víme problém s intoxikací zinku nebyl zaznamenán v praktickém zemědělství i přes běžné použití hnojiv obohacených zinkem po mnoho let (např. superfosfát doplněný o měď, zinek a molybden v Austrálii). Po použití hnojiv se zinkem do půd s nedostatkem zinku je zinek velice rychle půdou upevněn. Podíváme-li se na půdy střední Anatolie s nedostatkem zinku, bylo zjištěno, že zinek přidaný do půdy (až do 3,9 mg.kg-1 půdního ekvivalentu až do 1 tuny Zn na hektar) byl téměř zcela absorbován (Cakmak, 2008). Zdá se, že použití vyšších hodnot hnojiv s obsahem zinku za mnoho let může být vyžadováno, než se objeví problém s intoxikací zinku. Nicméně v oblastech, kde budou hnojiva se zinkem použita pravidelně, by měla být koncentrace zinku v půdě a rostlinách periodicky monitorována, aby se vyhlo možnému rozvoji intoxikačního problému se zinkem. Zinkové hnojiva jsou efektivní po dobu 3–4 let ve zlepšení nedostatku zinku a měly by být znovu aplikovány každý rok do půdy (Stomph et al., 2009). Agronomické bio posílení má velkou důležitost v obohacení semen zinkem. Díky určité nejistotě jestli bude pěstitelská strategie výhodná v obohacení semen zinkem, měly by být zváženy krátkodobé zemědělské nástroje jako například použití hnojiv s obsahem zinku. V cílových zemích s vysokým nedostatkem zinku by měla být zavedena celonárodně strategie hnojení jako rychlé řešení problému s nedostatkem zinku u lidských populací (Cerkal et al., 2009). Z dlouhodobého hlediska je agronomické bio posílení doplňkovým přístupem k pěstitelské strategii a je pravděpodobné, že bude vyžadováno pro zajištění úspěchu pěstitelského úsilí. V budoucnosti by měly být započaty nové výzkumné programy, které by se měly zaměřit na rozvoj nejúčinnějších metod použití zinku pro podporu příjmu zinku a maximální nahromadění zinku v zrnu. Studium bio dostupnosti zinku v zrnu odvozeného od aplikací v listech bude důležitým výzkumným tématem. V případě větší bio dostupnosti zinku v zrnu odvozeného od aplikací v listech než z půdy a agronomické bio posílení bude velmi atraktivní a užitečnou strategií po celém světě v řešení zdravotních problémů spjatých s nedostatkem zinku efektivním způsobem (Cakmak, 2008).

41

PRAKTICKÁ ČÁST 9

MATERIÁL A METODY V letech 2009 až 2010 bylo šest odrůd ječmene jarního (Hordeum vulgare L.,

tab. 1) foliárně ošetřováno hnojivem Zinran (v dávce 1 kg.ha-1, celkem 50 % zinku ve formě síranu a oxidu zinečnatého – 19,8 a 52,3 %; 4,7 % S) ve dvou růstových fázích DC 31 (Z1) a DC 55 (Z2). Blokový pokus se třemi opakováními byl realizován na lokalitě Žabčice (179 m n. m., N49°01´ E16°36´). Obsah zinku byl sledován v půdě před setím (tab. 2), po sklizni ve slámě a v netříděném zrnu (metodou AAS po mineralizaci v HNO3+H2O2 v mikrovlnném systému Milestone Ethos 1 pomocí přístroje ContrAA 700, Analytic Jena). Byl stanoven výnos zrna (t. ha-1, 14% vlhkost), resp. přepad zrna na sítě 2,5 mm, hmotnost tisíce zrn (HTZ v g) [podle metodiky EBC 3.4; 8], obsah N látek (dle Dumase), škrobu (dle Erwese) a extraktu (EBC 4.1.5;) v zrnu (%). Mikrosladování probíhalo podle metody používané ve VÚPS, a.s. (tab. 3). Výsledky byly zhodnoceny analýzou variance a následně Tukey HSD testem (α = 0,05) v programu STATISTICA 9. Pro výpočet vztahů mezi znaky byl použit Pearsonův korelační koeficient (r).

Stanovení obsahu zinku metodou FAAS

Možnosti rozkladu biologického materiálu Před měřením je zpravidla nutné převést vzorek do roztoku. Výjimku tvoří ty postupy, kde je mineralizační krok prováděn jako součást instrumentální analýzy (např. AMA) nebo v případě nedestruktivní analýzy (např. RTG fluorescence). Mineralizace vzorku je možná na mokré cestě (oxidační rozklad v silně kyselém prostředí) nebo na suché cestě (spálení a následné rozpuštění popela ve směsi vhodných kyselin). Mineralizace na mokré cestě může být dále rozdělena na mineralizaci v otevřeném nebo v uzavřeném systému. Mineralizace v uzavřeném systému může být vysokotlaká nebo nízkotlaká, ohřev může být tepelný nebo mikrovlnný. Mineralizace je velmi častou příčinou kontaminace vzorku. V průběhu celé přípravy vzorku je třeba volit taková zařízení a chemikálie, která budou do vzorku vnášet co nejméně nežádoucích látek. Nejčastěji se jedná o kontaminaci mineralizátů borem při styku s chemickým borosilikátovým sklem a niklem při používání niklových kleští v průběhu manipulace se spalovacími kelímky. 42

Princip: Vzorek se převede do roztoku pomocí kyseliny chlorovodíkové buď přímo, nebo po zpopelnění vzorku. Zinek se po naředění stanoví metodou plamenové atomové absorpcí spektrofotometrie s vhodnou korekcí nespecifické absorpce.

Postup: Pokud vzorek obsahuje organickou hmotu, postupuje se podle varianty A. Vzorky minerálního původu se zpracovávají podle varianty B.

A) Mineralizace na suché cestě Do spalovacího kelímku se podle předpokládaného obsahu prvků odváží asi 5g zkušebního vzorku s přesností nejméně 0,001g a obsah kelímku se pozvolně zpopelní na elektricky vyhřívané desce nebo na kahanu. Potom se kelímek se zuhelnatěným vzorkem vloží do muflové pece a spaluje se tři hodiny při teplotě 550 ± 20 °C. Po uplynutí této doby se kelímek vyjme, nechá se zchladit exsikátoru a spálený vzorek se vizuálně posoudí na přítomnost uhlíkatých částic. Jsou-li ještě přítomny, spaluje se za výše uvedených podmínek ještě jednu hodinu.

Alternativním postupem je spalování navážky vzorku ve spalovacím kelímku v muflové peci. Kelímek se umístí do studené muflové pece, teplota se postupně snižuje a po dosažení teploty 550 ± 20 °C se spaluje pět hodin. Poté se nechá kelímek vychladnout a zkontroluje se přítomnost uhlíkatých částic. Jsou-li ještě přítomny, spaluje se za výše uvedených podmínek ještě jednu hodinu. Pokud jsou i pak uhlíkaté částice přítomny, nechá se miska vychladnout, vzorek se zvlhčí několika kapkami roztoku dusičnanu amonného, kelímek se vysuší v sušárně při teplotě 103 °C do sucha, vloží se opět do muflové pece a při teplotě 550 ± 20 °C se spaluje jednu hodinu.

Po ochlazení se popel mírně zvlhčí vodou a pomocí kyseliny chlorovodíkové se kvantitativně

převede

do

250ml

kádinky.

Celkové

množství

kyseliny

chlorovodíkové by nemělo překročit množství 75ml. Kádinka se přikryje krycím sklíčkem, obsah se uvede do varu a vaří se asi 15 minut. Obsah kádinky se ještě za 43

tepla filtruje přes středně hustý filtrační papír do 250ml odměrné baňky. Filtr se několikrát promyje horkou vodou. Filtrát v odměrné baňce se vytemperuje, doplní vodou po značku a promíchá.

Pro každou měřenou sérii se připraví slepý pokus tak, že se provedou stejné operace bez zkušebního vzorku.

B) Mineralizace na mokré cestě Do 250ml kádinky se naváží 1g až 5g zkušebního vzorku s přesností nejméně 0,001g. Postupně se za občasného promíchání přidá 100ml kyseliny chlorovodíkové a přikryje se hodinovým sklíčkem. Po ukončení bouřlivé reakce se kádinka nechá přikrytá krycím sklíčkem, obsah se uvede do mírného varu a vaří se 15 minut. Obsah kádinky se ještě za horka filtruje přes středně hustý filtrační papír do 250ml odměrné baňky. Filtr se několikrát promyje horkou vodou. Filtrát se v odměrné baňce vytemperuje, doplní vodou po značku a promíchá. Podle očekávaného obsahu jednotlivých prvků se tento výluh měří buď přímo, nebo po potřebném naředění kyselinou chlorovodíkovou.

Pro každou měřenou sérii se připraví slepý pokus tak, že se provedou stejné operace bez zkušebního vzorku.

Mineralizace vzorku rozkladem na mokré cestě pomocí mikrovln Tato metoda rozkladu vzorku byla použita i v mé diplomové práci.

Pracovní postup: Vzorek ječmene byl rozložen pomocí mikrovlnného systému Milestone Ethos 1 navážením 0,5g pošrotovaného vzorku do teflonové kyvety, a přidáním 2ml H2O2 30% (Lachner, Česká Republika) a 5ml 65% HNO3 (Merk, Česká republika). Rozklad probíhal pomocí mikrovln dle přednastaveného programu určeného pro biologické vzorky po dobu 45 minut. Po zchladnutí (30 minut) byly vzorky kvantitativně spláchnuty do 25ml odměrných baněk a následně analyzovány pomocí přístroje AAS Contr AA700 anylytic Jena.

44

1.) Příprava kalibračních roztoků a kalibrační křivky pro zinek.

Ze základního standardního roztoku zinku o koncentraci 1000 mg/l a 0,36% kyseliny chlorovodíkové se postupným měřením připraví sada kalibračních standardů, která se používá pro měření při absorpčním maximu vlnové délce zinku 213,9 nm. Koncentrace zinku v kalibračních standardech jsou 0; 0,5; 1; 2; 5 a 10 mg/l.

2.) Měření

Měří se v plameni acetylen-vzduch se štěrbinovým hořákem o délce 10cm umístěným v optické ose přístroje. Případně další nastavení závisí na použité vlnové délce a koncentraci. Měření probíhá s použitím korekce nespecifické absorpce, která u tohoto přístroje funguje na principu měření spektra vybraných vlnových délek deuteriové výbojky. V tabulce 1 jsou uvedeny doporučené vlnové délky pro další případně měřené elementy. Nastavení přístroje, zejména proud pro žhavení dutokatodových výbojek, optická šířka štěrbiny, průtoky plynů apod. se provede podle doporučení výrobce. Integrace signálu probíhá obvykle 3 sekundy po prodlevě pro ustálení signálu. Měří se metodou kalibrační křivky. V průběhu měření se vždy po změření 10 až 20 vzorů kontroluje stabilita měření zařazováním kalibračních standardů a je-li třeba, přístroj se rekalibruje.

Tabulka 1. Doporučené vlnové délky pro měření pro další měřené elementy.

Prvek Vlnová délka (nm)

Cu

Mn

Fe

Zn

324,8

279,5 403,1

248,3 372,0

213,9

3.) Výpočet a vyjádření výsledků

45

Výsledná koncentrace zinku ve vzorku se vypočte podle vztahu:

X = (C – Co) x V x f / m

kde

X

je obsah zinku ve vzorku (mg/kg)

C

je koncentrace zinku v mineralizátoru vzorku (mg/l)

Co

je koncentrace zinku ve slepém stanovení (mg/l)

V

je celkový objem mineralizátu (ml)

f

je faktor ředění vzorku před měřením

m

je hmotnost navážky vzorku (g).

Stanovení výnosu zrna Jde respektive o přepad zrna na sítech o velikosti 2,5 mm. Třídění sladovnického ječmene podle velikosti je důležitou zkouškou při nákupu a má rovněž velký význam technologický. Mechanickým dělením se vyčlení ze zkušebního vzorku jednotlivé podíly zrn podle velikosti a z nich se ručním tříděním stanoví jednotliví ukazatelé jakosti. K třídění se používá mechanické prosévadlo typu Steinecker se sadou sít s podélnými otvory o průměru 2,5 mm a 2,2 mm, počet rovinných kmitů je 300–320 za minutu, rozkmit 18–25 mm od jedné krajní polohy k druhé. Na výrobu exportního sladu se používá jen zrno I. třídy.

Provedení: Z laboratorního vzorku se odváží rozborový vzorek o hmotnosti 100 g, který se prosévá na mechanickém prosévadle po dobu 5 minut. Po vybrání zlomků, neodstranitelné příměsi, poškozených zrn, zelených zrn a nečistot se podíly nad síty 2,5 mm a 2,2 mm odděleně zváží. Hmotnostní podíl na sítě 2,5 mm tvoří podíl zrna I. třídy, hmotnostní podíl na sítě 2,2 mm je podíl zrna II. třídy. Samostatný podíl tvoří propad sítem 2,2 mm. Jednotlivé podíly se uvádějí s přesností 0,1%.

46

Pokud je vlhkost vzorku ječmene vyšší než 15%, nejvýše však 20%, sníží se podíl zrna I. třídy a zvýší se propad pod sítem 2,2 mm o 0,25% za každé 1% vlhkosti nad 15%.

Stanovení absolutní hmotnosti (hmtnosti tisíce zrn) HTZ je pro hodnocení sladovnické jakosti ječmene významnější než objemová hmotnost, neboť je v přímé korelaci s extraktem. Ječmeny těžší poskytují slady extraktivnější. U běžných sladovnických ječmenů se absolutní hmotnost pohybuje nejčastěji mezi 38–46 g.

Provedení: Stanovení se zpravidla provádí z čistého zrna, někde se vychází ze zrna nad sítem 2,5 mm. Podle analytiky EBC se postupuje tak, že z laboratorního vzorku se odváží 42–45 g ječmene, vyčlení se zlomky a cizí příměsi a zrna se spočítají pomocí přístroje nebo „ručně“ pomocí pinsety. Pak se provede výpočet absolutní hmotnosti.

Stanovení obsahu N- látek dle Dumase Tuto metodu vymyslel J. B. Dumas (1831). Vzorek se spaluje v atmosféře bohaté na kyslík při vysokých teplotách a poté se provádí rozbor vzniklých plynů. Provádí se na přístroji zvaném Dumatherm.

Provedení: Stanovení celkového dusíku (organický a anorganický) vychází z Dumasovy metody. Pro analýzu se používá vysušený vzorek podle metody EN 12880:2000. Aby se minimalizovaly ztráty amoniakálního dusíku během sušení je doporučováno rychlé sušení mikrovlnným ohřevem. Pro analýzu se navíc vzorek upraví. Analýza se provádí na vzorku prosátém pod 2 mm. Celkový dusík se stanovuje po zahřátí

47

materiálu na teplotu > 900 ºC v přítomnosti kyslíku. Anorganický i organický dusík je oxidován, rozkladnými produkty jsou oxidy dusíku a molekulární N2. Po konverzi oxidu dusíku na molekulární N2 je obsah dusíku v plynu stanoven metodou termické konduktivity.

Stanovení obsahu extraktu Toto stanovení v ječmeni je poměrně zdlouhavé, a proto se dnes již při podrobnějším

hodnocení

sladovnické

jakosti

v laboratořích

vybavených

mikrosladovnou nahrazuje stanovením extraktu ve sladu. Extraktem rozumíme souhrn látek zrna (ječmene, sladu) přímo rozpustných ve vodě a látek převedených do roztoku enzymatickou hydrolýzou za podmínek metody. Ze zjištěné měrné hmotnosti roztoku usuzujeme na výši extraktu v zrně. Hlavní podíl extraktu je tvořen štěpnými podíly škrobu, a proto vztah mezi obsahem škrobu v ječmeni a obsahem extraktu je velmi úzký. Pokud není k dispozici mikrosladovací zařízení, užívá se k stanovení extraktu v ječmeni u nás Grafova metoda. Protože enzymatická aktivita ječmene je velmi slabá, je metoda založena na použití enzymatického sladovnického výluhu. Podle Grafovy metody se ječný šrot povaří ve vodě, čímž dojde k mazovatění škrobu. Zmazovatělý škrob se zcukří sladovým výluhem a rmutuje. Z filtrátu po rmutování se pak zjistí množství extraktu pyknometricky. Hlavní podíl extraktu tvoří cukry a štěpné produkty škrobu, v menší míře další organické látky, jako dusíkaté látky, pektiny, kyseliny aj. Extrakt ječmene přibližně ukazuje na extraktivnost sladu, ale nedosahuje jeho hodnoty. Pro výpočet pravděpodobného extraktu sladu byly odvozeny vzorce. Analytika EBC uvádí pro výpočet pravděpodobného extraktu sladu Bishopův vztah. Bishop vypracoval snadný a rychlý způsob určení extraktu na základě úzkého vztahu mezi extraktem sladu, obsahem bílkovin a absolutní hmotností ječmene (HTZ). Pro naše ječmeny byl vzorec upraven Novotným a Karabcem. I když je navržený vzorec ovlivněn několika faktory (hlavně odrůdou), nebývá diference mezi výpočtem a analytickým stanovením větší než 1%.

48

Výpočet extraktu se provádí podle následujícího vzorce:

E = 83,6 – (0,85 x B) + (0,15 x G)

kde E

je procento extraktu sladu v sušině

B

je procento bílkovin v sušině

G

je hmotnost tisíce zrn v g sušiny.

Stanovení obsahu škrobu dle Ewerse Přesné určování extraktu v ječmeni se nahrazuje také stanovením obsahu škrobu. Je poměrně jednoduché, ale méně přesné, z toho důvodu, že i když je škrob převládající složkou, z níž extrakt sladu vzniká, přece není závislost lineární, vzhledem k proměnlivému množství ostatních extraktivních látek. Obsah škrobu je přibližně o 14,7% nižší než obsah extraktu. Obsah škrobu rovněž nepřímo úměrně koresponduje s obsahem dusíkatých látek, a proto jeho určení ma značný technologický význam. Při stanovení škrobu v ječmeni převládají polarimatrické metody, z nichž jako klasickou je možno označit Ewersovu metodu, jež spočívá v převedení nerozpustného škrobu zrna ječmene slabou kyselinou chlorovodíkovou ve škrob rozpustný, který je opticky aktivní a jehož množství se určí polarimetricky. Polarimetry jsou optické přístroje, umožňující měřit optickou aktivitu některých látek, z níž je pak možno stanovit jejich koncentraci. Podmínkou optické aktivity (otáčivosti polarizovaného světla) je asymterický uhlík, jehož všechny valence jsou obsaženy různými substituenty. Velikost optické aktivity je závislá na povaze zkoušené látky, na tloušťce vrstvy, jíž polarizované světlo prochází, vlnové délce světla, teplotě a koncentraci měřené látky. K měření se používá polarimetrů kruhových, kde se změří úhel otočení v kruhových

stupních,

většinou

však

49

v provozních

laboratořích

převládají

polarimetry klínové neboli sacharimetry, cukrovarnické polarimetry. Naměřené hodnoty se pak odečítají ve stupních Ventzkeho (°V) nebo ve stupních sacharimetrických, °S – mezinárodní stupnice, kterými jsou vybaveny dnes automatické polarimetry, např. „Polamat S“, výrobek firmy Zeiss, Jena.

Provedení: 5 g jemného ječmenného šrotu se kvantitativně vpraví do 100 ml odměrné baňky a přidá 25 ml kyseliny Ewersovy (pro obilné šroty 1,124% vodný roztok HCl). Po důkladném promíchání se dalším přídavkem 25 ml téže kyseliny spláchnou částečky vzorku ulpělé na stěnách. Poté se baňka vloží do vroucí lázně a zahřívá se přesně 15 minut, přičemž se první tři minuty baňkou stále míchá a dále pak jen občas. Po vyjmutí z vodní lázně se do baňky přidá asi 30 ml destilované vody a obsah baňky se ochladí přibližně na 20 °C. K vyčeření se přidá 3–5 ml roztoku Carrez I. a stejné množství roztoku Carrez II. Po promíchání se obsah baňky doplní destilovanou vodou po značku (100 ml) a po opětovném promíchání se obsah baňky filtruje přes suchý filtr do suché kádinky. První podíl filtrátu (5–10 ml) se vylije nebo vrátí zpět na filtr. Čirý filtrát se pak polarizuje v polarimetru kruhovém nebo cukrovarnickém.

50

Tab. 9.1 Stručná charakteristika odrůd Odrůda Bojos Jersrey

USJ 5 5

Aksamit Prestige Sebastian Radegast

3,8 5,6 7 4,6

Původ Madonna/Nordus Apex x Alexis NSL 94–1384 B x (Perun x Tu 33) x Atribut Cork x Chariot Lux x Viscosa Nordus x Heris

České pivo Ano Ne

Registrace 2005 2000

Ano Ne Ne Ano

2007 2002 2005 2005

Tab. 9.2 Agrochemické vlastnosti půdy (profil 0–30 cm) Rok / Year

pH/CaCl2

2009 2010

6,75 6,93

P

Nmin

K

Ca

Mg

Zn

432,4 530,4

? 2,04

-1

(mg.kg ) 15,49 17,42

107,2 111,2

236,2 226,7

4694 4694

Tab. 9.3 Technologie laboratorního sladování

Průběh Máčení

Sladování 1. den 2. den 3. den

Klíčení Hvozdění

Čistění sladu

máčení + klíčení celkem 6 dní 1x22 h

Doba trvání ; podmínky 4 h pod vodou ; 20 h bez vody 6 h pod vodou ; 18 h bez vody třetí namočení nebo dokropení pro dosažení 45% vlhkosti ; teplota vody a vzduchu byla vždy 14°C při 14°C, nepřetržité větrání, vzorky nebyly dokrápěny, jedenkrát denně obraceny a kypřeny předsušení - 12 h při 55°C vyhřátí - 6 h z 55°C na 80°C dotahování - 4 h při 80°C odklíčení

51

Obr. 9.1 Průměrné měsíční teploty [°C] a úhrny srážek [mm] na lokalitě ŽabčiceObora v letech 2009–2010 a hodnoty dlouhodobého normálu (1960–1990) za období březen–červenec s vyznačením suchých období

52

10 VÝSLEDKY A DISKUZE Deficit zinku je u polních plodin poměrně rozšířený. Na rostlinách ječmene se projevuje zejména u mladých částí vytvářením úzkých, drobných, často chlorotických listů a zkracováním internodií. Zapojení zinku do metabolismu aminokyselin a bílkovin bezprostředně souvisí s produkcí fytomasy a syntézou růstových hormonů. Jako aktivátor syntézy tryptofanu nepřímo ovlivňuje tvorbu auxinů. Obecně

je známý

mechanismus

působení

auxinů

na

růstově

stimulační

procesy u rostlin. Různé půdní podmínky, technologie pěstování i používané odrůdy ječmene se obecně odrážejí v rozdílných koncentracích mikroelementů v zrnu (Basařová a Čepicka, 1986). To může významným způsobem ovlivnit jeho nutriční i technologickou kvalitu a následně způsobit problémy při jeho zpracování (Welch, 1993). Pro pivovarský průmysl je zpravidla limitující obsah zinku ve sladu, který koresponduje s jeho příjmem, utilizací a redistribucí v rámci rostliny a transportem do zrna (Palmgren, 2008; Stomph, 2009). Průměrný výnos zrna se po ošetření zinečnatým hnojivem zvýšil v průměru o 1–3 % (obr. 10.1 ). Mezi výnosově nejvýkonnější odrůdy patřila odrůda Radegast v roce 2009 a odrůda Bojos v roce 2010 (tab. 10.1). Hodnoty nejsledovanějších ukazatelů jakosti zrna – dusíkatých látek a škrobu foliární aplikací zinku ovlivněny nebyly (obr. 10.2). V případě obou parametrů se vždy uplatnil dominantní vliv ročníku a potvrdil se také jejich vzájemný negativní vztah. Vliv ročníku se neodrazil v hodnotách extraktu, jehož podstatnou část tvoří právě produkty enzymatického rozkladu škrobu (obr. 10.3). S vyšším obsahem extraktu narůstala variabilita hodnot a rozšiřovaly se intervaly jejich rozpětí. Významným faktorem proměnlivosti hodnot extraktu ve sladu byly odrůdy. Průměrně nejvíce extraktu poskytovala odrůda Sebastian (82,9 %), nejméně odrůda Aksamit (81,8 %). Průměrné hodnoty extraktu (82,6 %) odrůd doporučených k výrobě Českého piva se pohybovaly pod průměrem souboru odrůd (82,3 %), zatímco skupina ostatních odrůd poskytovala extrakty vyšší (82,6 %) (Commission regulation, 2008). Význam zinku nespočívá pouze v jeho účasti na metabolických procesech rostlin ječmene. Úroveň jeho koncentrace v zrnu může hrát významnou roli v kvasných procesech při pivovarském využití sladu. Zinek má význam pro reprodukci buněk a je kofaktorem alkoholové dehydrogenasy. Zároveň je prvkem,

53

který je ve sladině často limitní (White, 1999). Jeho nedostatek způsobuje vpivovarském průmyslu pomalé a nekompletní prokvašení substrátů (VecseriHegyes et al., 2005). U variant hnojených zinkem byly prokázány rychlejší procesy fermentace v prvních 24 hodinách (obr. 10.4). Tuto skutečnost lze vysvětlit zvýšenou akumulací zinku uvnitř buňky po inokulaci sladiny kvasinkami (Mochaba et al., 1996). V důsledku toho probíhají procesy uvnitř buňky se zvýšenou rychlostí. Lze sem zahrnout také efekt větší průchodnosti látek cytoplazmatickou membránou. Zde je pro rychlost fermentace limitující transport sacharidů (Garcia et al., 2005) a syntéza bílkovin, kam patří syntéza enzymu alkoholdehydrogenasy (Obata et al., 1996). Opačný efekt je pozorován u sladin s nízkým obsahem zinku, které se v praxi nazývají jako „loudavé“, a v extrémním případě může nastat i předčasná flokulace kvasnic (Jacobsen et al., 1982). V dalších dnech kvašení se rychlost stabilizovala a po 72 hodinách kvašení byla výsledná hloubka prokvašení ve srovnání s kontrolními variantami stejná. Vliv zinku na rychlost kvašení je podmíněn řadou faktorů, z nichž četné nebyly ještě uspokojivě prozkoumány (De Nicola and Walker, 2009). Hodnocení dat regresní analýzou potvrdilo některé obecně známé vztahy mezi sledovanými znaky, jiné vztahy se naopak ukázaly odlišné (obr. 10.5). U všech odrůd byla

prokázána

silná pozitivní

korelace

obsahu

zinku

s obsahem

N látek v zrnu (od r = 0,751*** do 0,907***). Dále pak negativní vztah tohoto mikroelementu s obsahem škrobu (r = -0,527** až -0,843***). Podobně jako u škrobu platily negativní silné vztahy mezi obsahem zinku a extraktem (r = -0,648** až

-0,861***). Středně silné negativní závislosti byly zjištěny mezi

obsahem zinku a friabilitou (r = -0,658** až -0,819***), resp. USJ (r = -0,625 až -0,866***), pozitivní slabá závislost naopak s obsahem ß-glukanů v zrnu (r = 0,277– 0,549**). Zjištěné vztahy mezi obsahem zinku v zrnu a vybranými jakostními parametry vykazují u tohoto souboru odrůd zcela opačné trendy, než zjistili Cerkal et al. 2010.

54

Tab. 10.1 Průměrný výnos zrna jednotlivých odrůd po aplikaci zinečnatého hnojiva v letech 2009 a 2010 Rok

2009

2010 -1

Výnos [t.ha ] Odrůda

Průměr

Varianta K

Z1

Z2

Průměr

Varianta K

Z1

Z2

Aksamit

4,02 ab

3,85

4,06

4,15

6,12 ab

6,16

5,91

6,29

Bojos

4,35 a

4,75

4,27

4,03

6,20 a

6,07

6,41

6,12

Jersey

3,49 b

3,32

3,43

3,73

5,89 ab

5,78

5,94

5,96

Prestige

4,36 a

4,02

4,66

4,39

5,87 ab

5,90

5,70

6,02

Radegast

4,41 a

4,46

4,40

4,37

5,43 b

5,36

5,46

5,47

Sebastian

4,19 ab

3,99

4,01

4,55

6,04 a

5,87

6,02

6,23

Průměr

4,14

4,07a

4,14a

4,20a

5,93

5,85

5,91

6,02

100 101,7 103,2 100 101,0 102,9 % Pozn.: Z1, Z2 – foliární aplikace zinku ve fázi DC 31 a DC 55, K – kontrolní varianta bez aplikace zinku. Mezi průměry, které jsou označeny stejnými písmeny, nejsou statisticky průkazné rozdíly (P = 0,05).

Pozn.: Z1, Z2 – foliární aplikace zinku ve fázi DC 31 a DC 55, K – kontrolní varianta bez aplikace zinku. Mezi sloupci, které jsou označeny stejnými písmeny, nejsou statisticky průkazné rozdíly (P = 0,05).

Obr. 10.1 Průměrný výnos zrna po ošetření porostů zinečnatým hnojivem Zinran v letech 2009–2010

55

Pozn.: Z1, Z2 – foliární aplikace zinku ve fázi DC 31 a DC 55, K – kontrolní varianta bez aplikace zinku. Úsečky představují směrodatné odchylky, průsečík je průměrná hodnota sledovaných znaků.

Obr. 10.2 Obsah škrobu a dusíkatých látek ve tříděném zrnu ječmene po ošetření porostu zinečnatým hnojivem Zinran v jednotlivých letech na lokalitě Žabčice

Pozn.: Z1, Z2 – foliární aplikace zinku ve fázi DC 31 a DC 55, K – kontrolní varianta bez aplikace zinku. Boxy jsou 0,25–0,75 kvartily obsahující medián (bílá čára) a průměr (kosočtverec). Úsečky vymezují maximální a minimální hodnoty. Mezi průměry, které jsou označeny stejnými písmeny, nejsou statisticky průkazné diference (P = 0,05).

Obr. 10.3 Průměrné hodnoty extraktu v moučce [%] dosažené u sledovaných odrůd a po foliární aplikaci zinečnatého hnojiva Zinran na lokalitě Žabčice v letech 2009–2010

56

Obr. 10.4 Dosažené stupně prokvašení sladiny (po 24, 48 a 72 h) v závislosti na odrůdě a variantě aplikace zinečnatého hnojiva Zinran v průměru let 2009–2010

Pozn.: Průkazné korelace jsou podbarveny. Obr. 10.5 Korelace mezi obsahem zinku ve tříděném zrnu a vybranými parametry jakosti sladu u odrůd ječmene jarního z lokality Žabčice (2009–2010)

57

Obr. 10. 6 Graf lineární regrese závislosti kontrolního vzorku zrna proti obsahu zinku v zinkem hnojené variantě.

Na Obr. 10. 6 je závislost obsahu zinku v kontrole odrůdy ječmene Aksamit v porovnání s obsahem zinku v téže odrůdě po hnojení zinkem. Z hodnoty p=0,2058 plyne neprůkazná závislost, která je mírně klesající. Tzn. že se zvyšující se výživovou dávkou zinku roste i obsah zinku v zrnu dané odrůdy ječmene.

58

Obr. 10. 7 Graf lineární regrese závislosti obsahu škrobu v odrůdě ječmene Aksamit proti obsahu zinku v zinkem hnojené variantě.

Na Obr. 10. 7 je závislost obsahu zinku v zrnu ječmene v porovnání s obsahem škrobu. Závislost je podle parametru p=0,0267 prokazatelně klesající na hladině 95%, tzn. se stoupajícím obsahem zinku klesá obsah škrobu. Tato závislost koreluje s analýzou na dalším Obr. 3, kde je obsah bílkovin průkazně (p=0,0026) rostoucí s obsahem zinku. Srovnání těchto dvou parametrů logicky ukazuje rovnováhu bílkovin a škrobu v zrnu ječmene, kdy jeden parametr v závislosti na druhém klesá nebo naopak roste. Na Obr. 10. 8 je závislost obsahu zinku v porovnání s obsahem extraktu, který koreluje s Obr. 10. 7, kde s rostoucím obsahem zinku klesá obsah škrobu. V Obr. 10. 10 je závislost obsahu zinku v zrnu ječmene na stupni prokvašení, která je vysoce neprůkazná. Vysoká neprůkaznost této analýzy souvisí s celkovým prokvašením extraktu sladiny, který prokvasí v každém případě. Vliv zinku na stupeň prokvašení je především v jeho vlivu na rychlost prokvašení, která nebyla v mé práci analyzována. Ve vztahu k literárním zdrojům (Cerkal a kol, 2010) ovšem vyplývá

59

skutečnost, že obsah zinku má vliv na rychlost prokvašení, která je vysoká v prvních 24 hodinách fermentace, v dalších 2x24h prokvasí veškerý obsah extraktu, tzn. že ve finále je vždy stupeň prokvašení stejný. Mou analýzou tedy vliv zinku na tento parametr nezjistíme. Z Obr. 10. 11 je patrná jasná vysoce průkazná (p=0,0001) závislost obsahu škrobu na prokvašení, kde s rostoucím obsahem škrobu jasně roste i stupeň prokvašení. Tato závislost je opět notoricky známá a potvrzují ji četné literární zdroje (De Nicola a kol. 2009). Z Obr. 10. 12 plyne opět jako v případě analýzy na obr. 5 neprůkazná závislost obsahu škrobu na celkovém stupni prokvašení, kdy prokvasí celé množství extraktu vzniklého ze škrobu, bez vlivu dalších parametrů.

Obr. 10. 8 Graf lineární regrese závislosti obsahu bílkovin v odrůdě ječmene Aksamit proti obsahu zinku v zinkem hnojené variantě.

60

Obr. 10. 9 Graf lineární regrese závislosti obsahu extraktu v odrůdě ječmene Aksamit proti obsahu zinku v zinkem hnojené variantě.

Obr. 10. 10 Graf lineární regrese závislosti prokvašení v odrůdě ječmene Aksamit proti obsahu zinku v zinkem hnojené variantě.

61

Obr. 10. 11 Graf lineární regrese závislosti obsahu škrobu v odrůdě ječmene Aksamit proti obsahu extraktu v zinkem hnojené variantě.

Obr. 10. 12 Graf lineární regrese závislosti obsahu škrobu v odrůdě ječmene Aksamit proti prokvašení v zinkem hnojené variantě.

62

Obr. 10. 13 Graf lineární regrese závislosti kontrolního vzorku zrna proti obsahu zinku v zinkem hnojené variantě.

Obr. 10. 14 Graf lineární regrese závislosti obsahu škrobu v odrůdě ječmene Bojos proti obsahu zinku v zinkem hnojené variantě.

63

Na Obr. 10. 13 je závislost obsahu zinku v kontrole odrůdy ječmene Bojos v porovnání s obsahem zinku v téže odrůdě po hnojení zinkem. Z hodnoty p=0,0085 plyne vysoce průkazná závislost. Na Obr. 10. 14 je závislost obsahu zinku v zrnu odrůdy ječmene Bojos v porovnání s obsahem škrobu. Z hodnoty p=0,0006 vyplývá vysoce průkazná závislost. Na obr. 10. 15 je obsah bílkovin průkazně (p=0,0001) rostoucí s obsahem zinku u odrůdy ječmene Bojos. Na Obr. 10. 16 je závislost obsahu zinku v porovnání s obsahem extraktu v zrnu odrůdy ječmene Bojos, který koreluje s obr. 2, kde s rostoucím obsahem zinku klesá obsah škrobu. Na Obr. 10. 17 je závislost obsahu zinku v zrnu odrůdy ječmene Bojos na stupni prokvašení, která je vysoce neprůkazná. Z Obr. 10. 18 je patrná jasná vysoce průkazná (p=0,0001) závislost obsahu škrobu na prokvašení, kde s rostoucím obsahem škrobu jasně roste i stupeň prokvašení. Z Obr. 10. 19 plyne opět jako v případě analýzy na obr. 12 neprůkazná závislost obsahu škrobu na celkovém stupni prokvašení, kdy prokvasí celé množství extraktu vzniklého ze škrobu, bez vlivu dalších parametrů.

64

Obr. 10. 15 Graf lineární regrese závislosti obsahu bílkovin v odrůdě ječmene Bojos proti obsahu zinku v zinkem hnojené variantě.

Obr. 10. 16 Graf lineární regrese závislosti obsahu extraktu v odrůdě ječmene Bojos proti obsahu zinku v zinkem hnojené variantě.

65

Obr. 10. 17 Graf lineární regrese závislosti prokvašení v odrůdě ječmene Bojos proti obsahu zinku v zinkem hnojené variantě.

Obr. 10. 18 Graf lineární regrese závislosti obsahu škrobu v odrůdě ječmene Bojos proti obsahu extraktu v zinkem hnojené variantě.

66

Obr. 10. 19 Graf lineární regrese závislosti obsahu škrobu v odrůdě ječmene Bojos proti prokvašení v zinkem hnojené variantě.

Obr. 10. 20 Graf lineární regrese závislosti kontrolního vzorku zrna proti obsahu zinku v zinkem hnojené variantě.

67

Na Obr. 10. 20 je závislost obsahu zinku v kontrole odrůdy ječmene Jersey v porovnání s obsahem zinku v téže odrůdě po hnojení zinkem. Z hodnoty p=0,0712 plyne neprůkazná závislost, která je mírně klesající. Tzn. že se zvyšující se výživovou dávkou zinku roste i obsah zinku v zrnu dané odrůdy ječmene. Na Obr. 10. 21 je závislost obsahu zinku v zrnu odrůdy ječmene Jersey v porovnání s obsahem škrobu. Závislost je podle parametru p=0,2298 prokazatelně klesající, tzn. se stoupajícím obsahem zinku klesá obsah škrobu. Tato závislost koreluje s analýzou na dalším obr. 10. 22, kde je obsah bílkovin průkazně (p=0,0099) rostoucí s obsahem zinku. Srovnání těchto dvou parametrů logicky ukazuje rovnováhu bílkovin a škrobu v zrnu ječmene, kdy jeden parametr v závislosti na druhém klesá nebo naopak roste. Na Obr. 10. 23 je závislost obsahu zinku v porovnání s obsahem extraktu, který koreluje s obr. 10. 21, kde s rostoucím obsahem zinku klesá obsah škrobu. V Obr. 10. 24 je závislost obsahu zinku v zrnu ječmene na stupni prokvašení, která je vysoce neprůkazná. Vysoká neprůkaznost této analýzy souvisí s celkovým prokvašením extraktu sladiny, který prokvasí v každém případě. Vliv zinku na stupeň prokvašení je především v jeho vlivu na rychlost prokvašení, která nebyla v mé práci analyzována. Z Obr. 10. 25 je patrná jasná vysoce neprůkazná (p=0,2015) závislost obsahu škrobu na prokvašení. Z Obr. 10. 26 plyne opět jako v případě analýzy na obr. 10. 24 neprůkazná závislost obsahu škrobu na celkovém stupni prokvašení, kdy prokvasí celé množství extraktu vzniklého ze škrobu, bez vlivu dalších parametrů.

68

Obr. 10. 21 Graf lineární regrese závislosti obsahu škrobu v odrůdě ječmene Jersey proti obsahu zinku v zinkem hnojené variantě.

Obr. 10. 22 Graf lineární regrese závislosti obsahu bílkovin v odrůdě ječmene Jersey proti obsahu zinku v zinkem hnojené variantě.

69

Obr. 10. 23 Graf lineární regrese závislosti obsahu extraktu v odrůdě ječmene Jersey proti obsahu zinku v zinkem hnojené variantě.

Obr. 10. 24 Graf lineární regrese závislosti prokvašení v odrůdě ječmene Jersey proti obsahu zinku v zinkem hnojené variantě.

70

Obr. 10. 25 Graf lineární regrese závislosti obsahu škrobu v odrůdě ječmene Jersey proti obsahu extraktu v zinkem hnojené variantě.

Obr. 10. 26 Graf lineární regrese závislosti prokvašení v odrůdě ječmene Jersey proti obsahu škrobu v zinkem hnojené variantě.

71

Tab. 10. 2 Tabulka hodnot T testu pro srovnání obsahu zinku v hnojené a nehnojené variantě.

Vysoce průkazně odlišná závislot mezi obsahem zinku u nehnojených kontrolních variant ve srovnání se zinkem hnojenými variantami.

Tab. 10. 3 Tabulka hodnot T testu pro srovnání hodnoty prokvášení v hnojené a nehnojené variantě.

Neprůkazná závislost mezi stupněm prokvašení u nehnojených kontrolních variant ve srovnání se stupněm prokvašení u zinkem hnojených variant.

Tab. 10. 4 Tabulka hodnot T testu pro srovnání hodnoty friability v hnojené a nehnojené variantě.

Neprůkazná závislost mezi friabilitou u nehnojených kontrolních variant ve srovnání s friabilitou u zinkem hnojených variant.

72

ZÁVĚR V rámci dvouletých maloparcelních pokusů (2009–2010) byl prokázán pozitivní účinek listové aplikace zinečnatého hnojiva ve fázi DC 31 a 55 na výnos zrna i jeho kvalitu. Uvedeným opatřením se podařilo zvýšit nativní hladinu zinku v zrnu, a tím eliminovat známé problémy s jeho nedostatkem při technologickém zpracování. Výsledky prokazují vysokou efektivitu mimokořenové aplikace zinečnatých hnojiv v průběhu vegetace. Průměrný výnos zrna se zvýšil v průměru o 1–3%. Stejně nezanedbatelný je i vliv daného ročníku, kdy má průkazný vliv i množství srážek a obecně klimatické podmínky během roku. Mezi výnosově nejvýkonnější odrůdy patřila v roce 2009 odrůda ječmene Radegast, která je velmi vhodná pro výrobu piva českého typu, naopak v roce 2010 to byla odrůda Bojos, taktéž doporučovaná sládky pro české pivo. V rámci extraktu je také patrný vliv odrůdy, mezi nejextraktivnější odrůdy patří Sebastian a nižší obsahy extraktu poskytovala odrůda Aksamit. Zinek obecně má nezastupitelné postavení ve výživě ječmene jarního, jak v základních agronomických parametrech jako je zvýšení výnosu a obsah škrobu, tak i jednotlivých sladovnických parametrů, kam mezi nejdůležitější patří obsah extraktu, stupeň prokvašení, friabilita nebo finální ukazatel sladovnické jakosti, jež se vypočítává z předešlých sladovnický ukazatelů. Hnojení ječmene zinkem má pozitivní vliv na průběh prokvášení, které je důležitým faktorem při výrobě piva v první fázi kvašení. Vysoká rychlost kvašení v prvních 24 hodinách má pozitivní vliv na omezení možné kontaminace rychlým pomnožení kvasniční hmoty, která tak eliminuje vlivy dalších případných kmenů divokých kvasinek popřípadě baktérií, jež negativně ovlivňují senzorickou kvalitu finálního piva. Z výsledků mé práce vyplývá, že celkový stupeň prokvašení na obsahu zinku nezávisí, protože stupeň prokvašení daného množství extraktu, uvolněného rozkladem škrobu při rmutování je vždy stejný. Průkazný vliv je tedy především na již uvedenou rychlost prokvašení. Vliv na další parametry, jako je obsah bílkovin a obsah škrobu, kdy jeden z parametrů vždy mírně roste nebo klesá, je především na vyrovnanost obsahu těchto složek v zrnu. Vyšší obsah bílkovin zřejmě koreluje i s vyšší rychlostí prokvášení v prvních 24 hodinách, což souvisí v dostatkem volných aminokyselin jež slouží

73

kvasinkám jako důležitý substrát pro jejich množení. Tím lze vysvětlit i již zmiňovanou zvýšenou rychlost prokvášení roztoku extraktu v prvních fázích. Z práce plynou i další skutečnosti, jež jsou citovány i v patřičných literárních zdrojích (Cerkal et al., 2010), mezi které patří i vysoce průkazná závislost růstu obsahu extraktu se zvyšujícím se obsahem škrobu. Vliv obsahu zinku nemá na každou odrůdu stejný efekt, např. odrůda Aksamit má závislost obsahu zinku na zvýšený obsah bílkovin vysoce průkaznou, u odrůdy Bojos se tento vliv tak markantně neprojeví. Závěrem zle tedy říci, že i když se nakonec například doba prokvášení u variant hnojených zinečnatým hnojivem v závěru ukázala být shodná s variantami kontrolními, tedy bez aplikace zinečnatého hnojiva, vliv zinku na rostlinu ječmene i zrno prokázán byl. Rostlina ječmene se například stala odolnější proti suchu a vliv na zrno byl popsán již výše.

74

SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY BASAŘOVÁ G., ČEPIČKA J., 1986: Sladařství a pivovarství. Praha: Nakladatelství technické literatury. 256s.

BASAŘOVÁ G. et al., 2010. Pivovarství – teorie a praxe výroby piva. Praha: vyd. VŠCHT. 904s. ISBN 978-80-7080-734-7.

BEDNÁŘ J., KAHLER M., KAREL, V., LHOTSKÝ A., ŠAUER Z., ŠTEKER K., 1966: Pivovarsko-skadařská analytika. Praha: Státní nakladatelství technické literatury. 311s. 04-823-66.

BLACK R.E., 2008: Therapeutic and preventive effects of zinc on serious childhood infectious diseases in developing countries. s. 476-479. In American Journal of Clinical Nutrition 68.

BRIGGS D.E. et al., 2004: Brewing Science and practice. England: Woodhead Publishing Limited and CRC Press LLC. 881s. ISBN 0-8493-2547-1.

BRODY T., 1998: Zinc and Copper. In BRODY, T. Nutritional Biochemistry. s. 803-819. Second edition. San Diego: Academic Press.

BROWN K.H., WUEHLER S.E., PEERSON J.M., 2001: The importance of zinc in human nutrition and estimation of the global prevalence of zinc deficiency. s. 113125. Food and Nutrition Bulletin, vol. 22, no. 2.

CABALLERO B., ALLEN L., PRENTICE A., 2005: Zinc. In FREAKE, H. C. s. 47454. Encyclopedia of Human Nutrition. Second edition. Oxford: Elsevier Academic Press.

CAKMAK I., 2008: Enrichment of cereal grains with zinc: Agronomic or genetic biofortification. s. 1-17. In Plant and Soil. 302.

75

CARUSO T.J. et al., 2007: Treatment of naturally acquired common colds with zinc: a structured review. s. 569-574. In Clinical Infectious Diseases 45.

CERKAL R., HŘIVNA L., RYANT P., PROKEŠ J., BŘEZINOVÁ BELCREDI N., VEJRAŽKA K., MICHNOVÁ M., GREGOR, T., 2001: Zinek – vliv na růst rostlin a kořenů ječmene, technologickou kvalitu zrna a kvašení sladiny. s. 152-159. In Kvasný průmysl. č. 3. roč. 56.

CERKAL R., RYANT P., HŘIVNA L., PROKEŠ J., 2007: The Influence of Zinc Nutrition of Barley on Yield, Technological Quality, and Malt Extract. s. 252-255. In Výživa rostlin a její perspektivy. 1. vyd. Brno: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně. ISBN 978-80-7375-068-8.

CERKAL R., RYANT P., HŘIVNA L., PROKEŠ J., BŘEZINOVÁ BELCREDI N., 2009: Transport of Zinc from Plant of Different Barley Varieties to Sweet Wort Suitable for the Czech Beer Production. s. 177-180. In Book I of Proceedings of the EURO FOOD CHEM XV. 1. vyd. Copenhagen: Faculty of Life Sciences, University of Copenhagen, Denmark. ISBN 978-87-993033-4-2.

Commission regulation (EC)No 1014/2008 entering certain names in the Register of protected designations of origin and protected geographical indications (České pivo (PGI),Cebreiro (PDO)).

DASTYCH M., 2011: Zinek esenciální stopový prvek. FN Brno. [cit. 2011-03-26]. Dostupné na www: http://www.rochediagnostics.cz/download/la/0104/zinek.pdf

DE NICOLA R., WALKER G. M., 2009: Accumulation and cellular distribution of zinc by brewing yeast. In Enzyme and Microbial Technology. 44. s 210–216.

De NICOLA R., WALKER G. M., 2009: Interaction Between yeasts and Zinc. s. 237-257. Yeast Biotechnology: Diversity and Applications. [cit. 2011-04-16]. Dostupné na www: http://www.springerlink.com/content/?k=zinc+wort+fermentatio n.

76

DONHAUSER S., 1981: Gärstörungen. s. 816-824. Brauwelt. 121.

DONHAUSER S., WAGNER D., LINSEMANN O., 1982: Hefezink bei konventionell und Druckgärverfahren. s. 1464-1468. Brauwelt. 122.

DONHAUSER S., SCHAUBERGER W., GEIGER E., 1983: Verhalten von Zink während der Würzebereitung. s. 16-22. Brauwelt. 123.

DONHAUSER S., SCHAUBERGER W., GEIGER E., 1983: Verhalten von Zink während der Würzebereitung. s. 516-522. Brauwelt. 123.

EBC. Analytica-EBC., 1998: Malt: 4.5.1 Exctract of malt: Congress Mash. GetränkeFachverlag. Hans Carl, Nürnberg, Germany.

FAO Zinc., 2011. In FAO Vitamin and mineral requirements in human nutrition. Second edition. s. 230 – 243. [cit. 2011-03-17]. Dostupné na WWW: www.fao.org.

GARCIA J.J., MARTINEZ-BALLARIN E., MILLAN-PLANO S., ALLURE J.L., ALBENDEA C., FUENTES L., ESCANERO J.F., 2005: Effects of trace elements on membrane fluidity. J.Trace Elem Med Bio. 19, 19 –22.

GENC Y., McDONALD G.K., GRAHAM R.D., 2004: Differential expression of zinc efficiency during the growing season of barley. s. 273-282. In Plant and Soil. 263.

GREGOR T., 2004: Využití biologických systémů k sopci vybraných elementů. Disertační práce. VÚT v Brně. Brno. 105s.

HACISALIHOGLU G., KOCHIAN L.V., 2011: Role of zinc in plant physiology. [cit. 1011-02-10]. Dostupné na www:http://www.zinccrops.org/ZnCrops2007/PDF/2007_zinccrops200 7_rengel_keynote.pdf

77

HLUŠEK J., 1991: Rizika pěstování vybraných zelenin na půdách kontaminovaných Zn, Pb, Cd. Brno. 132s.

HOTZ CH., BROWN K. H. 2004: Assessment of the Risk of Zinc Deficiency in Populations and Options for Its Control. s. 194-204 Food and Nutrition Bulletin, vol. 25, no.1 (suppl. 2).

HŘIVNA L., RYANT P., CERKAL R. PROKEŠ J., 2008: Vliv výživy ječmene zinkem na výnos, technologickou jakost zrna a extrakt sladu. s. 11-16. In Agrochémia. č. 1.

HUPULELE P., 1972: Zum Verhalten verschiedener Mineralstoffe in der Brauereitechnologie. Disertation TU München, Weihenstephan.

CHODOUNSKÝ F., 2005: Pivovarství. Praha: Výzkumný ústav pivovarský a sladařský. 206s. ISBN 80-86576-15-9.

Influence of Zinc on Destiller´s Yeast: Cellular Accumulation of Zinc and Impact of Spirit Congeners., 2011. [cit. 2011-03-26]. Dostupné na www:http://www.scientificsocieties.org/jib/papers/2009/G-200910231022.pdf

JACOBSEN T., LIE S., 1982: Chelator in beer. s. 387-389. J. Inst. Brewing. 88.

JACOBSEN T., HAGE T., LIE S., 1982: A fermentation assay for wort element availability. J.Inst.Brew. 387 –389.

KADO H. et al., 1999: Effects of spent grains or their extract on yeast performance. s. 187-190. Techn. Quart. Master Brewers Assoc. Americas. 36.

KAŇKOVÁ K., 2005: Poruchy metabolizmu a výživy. Brno: LFMU v Brně. 59s. ISBN 80-210-3670-2.

78

KREDER G.C., 2000: Yeast assimilation of trub-bound zinc. s. 129-132. J.ASBC. 57.

KELLNER V., 2011: Jsou v pivu zdravé jen vitamíny? [cit. 2011-02-20]. Dostupné na www:http://www.ctpp.cz/cze/article/310-jsou-v-pivu-zdrav-jenvitaminy.html

KING J. C., SHAMES D. M., WOODHOUSE, L. R., 2000: Zinc homeostasis in Humans. s. 1360-1366. The Journal of Nutrition, vol. 130, no. 5.

KOSAŘ K., PROCHÁZKA, S., 2000: Technologie výroby sladu a piva. Vydal Výzkumný ústav pivovarský a sladařský a. s. Praha. 398s. ISBN 978-0-12-3738912.

KVASNIČKOVÁ A., 1998: Minerální látky a stopové prvky: esenciální minerální prvky ve výživě. s. 53-56. Praha: ÚZPI.

LANSDOWN A.B. et al., 2007: Zinc in wound healing: theoretical, experimental and clinical aspects. s. 2-16. In Wound Repair and Regeneration 15.

LEDVINA M., STOKLASOVÁ, A., CERMAN, J., 2005: Biochemie pro studující medicícny. II.díl. Praha: Karolinum. 280s. ISBN 80-346-0850-2.

MÄNDL B. et al., 1979: Der Einfluß von Zink auf das Verhalten untergäringer Brauereihefe. s. 84-96. Der Weihenstephaner. 47.

McLAREN J.L. et al., 1999: Zinkproblem gelöst? s. 2158-2160. Brauwelt. 139. 45.

MOCHABA F., OCONNORCOX, E.S.C., AXCELL B.C., 1996: Metal ion con centration and release by a brewing yeast:characterization and implications. J.Am Soc Brew Chem. 54 , 155 –163.

79

NARZISS L., 1980: Über den Einfluss des Maischverfahrens auf die Lösung von Stickstoffsubstanzen und Zink in Maische und Würze. s. 230-237. Brauwissenschaft. 11.

OBATA H., HAYASHI A., TODA T., UMEBAYASHI M., 1996: Effects of zinc deficiency on the growth,proteins and other constituents of yeast,Saccharomyces cerevisiae,cells. Soil Sci Plant Nutr. 42 , 147 –154.

PALMGREN M. G. et al., 2008: Zinc biofortification of cereals: problems and solutions. s. 464 –473. Trends Plant Sci.13.

PRASAD A. S. et al., 2004: Antioxidant effect of zinc in humans. s. 1182-1190. Free Radical Biology & Medicine, vol. 37, no. 8.

PREEDY V. R., 2009: Beer in health and disease prevention. San Diego: Elsevier, 1067 s. ISBN 978-0-12-373891-2.

RICHTER R., BRABCOVÁ J., 1983: Effect of zinc upon some aspects of nitrogen metabolism in plants of spring barley. s. 261-268. In Sb. Mineral Nutrition of Plants. Sofia.

SAMMAN S., 2007: Zinc. s. 138-142. In MANN, J. Essentials of human nutrition. Third Edition. Oxford: University Press. UK.

SCHMID G., 1988: Ein essentliches Spurenelement für die Gärung. s. 530-532. Brauindustrie. 88.

SCHMIDOVÁ S., 2008: Zinek ve výživě člověka – biochemie, fyziologie, deficience. Bakalářská práce. LFMU v Brně. Brno. 76 s.

SIMPSON, B., 2010: Zinc supplementation of wheat beer fermentations. [cit. 201103-26]. Dostupné na www:http://blog.cara-online.com/2010/09/the-merits-of-zincsalt-supplementation-of-wheat-beer-fermentations/

80

SOLOMONS N. W., 2001: Dietary sources of zinc and factors affecting its bioavailability. s. 138-154. Food and Nutrition Bulletin, vol. 22, no. 2, p.

STEINER K., LÄNZLIGER, U., 1975: Zink und Hefegärung. s. 84-89. Schweizer Rdsch. 86.

STOMPH T. J., JIANG W., STRUIK P. C.: 2009. Zinc biofortification of cereals: rice differs from wheat and barley. S. 123-124. Trends Plant Sci.14.

Spotřeba piva v ČR. [cit. 2011-O3-22] Dostupné na www:http://www.mediafax.cz/ekonomika/3173461-Spotreba-piva-vCR-sice-klesa-druhe-Irsko-vsak-ztraci-20-litru-na-obyvatele

TÁBORSKÁ E., SLÁMA J., 2005: Lékařská chemie I. Brno: Masarykova univerzita, s. 155. ISBN 80-210-3790-3

TAIDI B. et al., 2001: Pre-treatment of pitching yeast with zinc. Techn. Quart. Master Brewers Asoc. Americas. 37. s. 431-434.

VADKERTIOVÁ R., SLÁVIKOVÁ E., 2006: Metal tolerance of yeast isolated from water, soil and plant enviroments. In J. Basic Microbiol. 46. s. 145-152.

VECSERI-HEGYES B., FODOR, P., HOSCHKE, A., 2005: The Role of zinc in Beer Production, I. Wort Production. In Acta Alimentaria. Vol. 34 (4). s. 373-380.

VECSERI-HEGYES B., FODOR, P., HOSCHKE, A., 2006: The Role of zinc in Beer Production, II. Fermentation. In Acta Alimentaria. Vol. 35 (1). s. 17-24.

VELÍŠEK J., 1999: Chemie potravin 2. Tábor: Ossis. 1.vyd. 328s. ISBN 80-902391-4-5.

Význam zinku ve výživě. Eufic. [cit. 2011-03-02]. Dostupné na www: http://www.eufic.org/article/cs/nutrition/vitamins-mineralsphytonutrients/artid/vyznam-zinku-ve-vyzive/ 81

Výživa a hnojení rostlin - zinek. Agrokrom. [cit. 2011-03-15]. Dostupné na www:http://www.agrokrom.cz/texty/HNOJENI/skripta_Richter/VR_zinek.pdf

WELCH R. M., 1993: Zinc concentrations and forms in plants for humans and animals. s. 183–195. In:Robson,A.D. (Ed): Zinc in Soils and Plants.Kluwer Academic Publisher. Dordrecht,The Netherlands.

WHITE CH., 2009: Yeast Nutrients Make Fermentations Better. [on line ]. Dostupné z http://www.whitelabs.com/beer/Yeast_Nutrition_Article.pdf.

WIKIPEDIE, 2011: Zinc finger [cit. 2011-03-29]. Dostupné na www:http://en.wikipedia.org/wiki/ Zinc_finger.

WUEHLER S.E. et al., 2005: Use of national food balance data to estimate the adequacy of zinc in national food supplies: methodology and regional estimates. In Public Health Nutrition 8. s. 812 – 819.

Zinek. Institut Galenus., 2011 [cit. 2011-03-26]. Dostupné na www:http://www.galenus.cz/mineraly-zinek.php

Zinek. Nexars., 2011[2011-02-16]. Dostupné na www:http://www.nexars.com/cs/zinek.php

Zinc., 2011. [cit. 2011-02-11]. Dostupné na www:http://www.lenntech.com/periodic/elements/zn.htm

Zinc nutrition and plant growth. SprayGro., 2011 [cit. 2011-03-11]. Dostupné na www:http://www.spraygro.com.au/documents/Zincnutrition.pdf

82

SEZNAM OBRÁZKŮ

Obr. 1 Grafické znázornění ohrožení nedostatkem zinku ve světě (Schmidová, 2008).

Obr. 2 Zinkový prst (Wikipedie, 2011).

83

Obr. 3 Hlavní půdní fyzikální a chemické vlastnosti ovlivňující dostupnost zinku pro kořeny (Cakmak, 2008).

Obr. 4 Agronomické a lidské nutriční výhody vyplývající z používání zinkem obohacených semen (Cakmak, 2008).

84

Obr. 5 Kovové tolerance kvasinkových populací v souvislosti se všemi populacemi kvasinek v individuálních prostředích (Vadkertiová a Sláviková, 2006).

Obr. 6 Interakcemezi kvasinkami a zinkem (De Nicola, 2009).

85

Obr. 7 Volné ionty zinku a vakuoly lokalizované v buňkách kvasinek (De Nicola, 2009).

86

SEZNAM TABULEK

Tab. 1 Množství zinku ve vybraných potravinách (Eufic, 2011). Vybrané potraviny jako zdroj zinku Potravina Zinek (mg/100 g) Ústřice čerstvé 45 - 75 Mlži, škeble 21 Pšeničné klíčky a otruby 13 - 16 Para ořechy 7 Maso červené 4.5 - 8.5 Parmezán 4 Hrách sušený 3.5 Lískové ořechy 3.5 Vaječný žloutek 3.5 Arašídy 3 Sardinky 3.5 Maso kuřat 2.85 Vlašské ořechy 2.25 Pšeničný chléb 1.65 Cizrna 1.4 Garnáty 1.15 Vejce celé 1.1 Mléko 0.75

Tab. 2 Obsah zinku v pitné vodě (Dastych, 2004). Zdroj Městská část Brno - Lesná Městská část Brno Bohunice Fakultní nemocnice Brno Čaj Iontový nápoj G-30 ve vodě v destilované vodě

87

mg/l 0,03 0,90 2,20 2,20 1,90 0,05

Tab. 3 Tolerovatelný horní limit příjmu zinku (Schmidová, 2008). Tolerovatelný horní limit příjmu zinku Věk

Horní tolerovatelný limit (UL) mg/den

Kojenci 0-6 měsíců Kojenci 7 - 12 měsíců Děti 1 - 3 roky Děti 4 - 8 let Děti 9 - 13 let Adolescenti 14 -18 let Dospělí nad 19 let

4 5 7 12 23 34 40

Tab. 4 Obsah zinku v surovinách (Brigs, 2004). Raw material

Malt

Content (mg/100 g dry matter)

2.54

Maize 1.02

Barley 2.63

Tab. 5 Deset příčin vedoucích k onemocnění z nedostatku zinku dle WHO (Cakmak, 2008).

88

Tab. 6. Minimální a maximální tolerance kovů kvasinkami (Vadkertiová a Sláviková, 2006).

Tab. 7 Shrnutí hlavních transportérů zapojených do zinkové homeostázy (De Nicola, 2009).

89

SEZNAM POUŽITÝCH SYMBOLŮ A ZKRATEK:

ADH

Antidiuretický hormon (Antidiuretic Hormone)

Ca

Calcium (Vápník)

DDD

Denní doporučené dávky

DNA

Deoxyribonukleová kyselina (Deoxyribonucleic acid)

Fe

Ferrum (Železo)

LD50

Letální dávka (označení pro množství substance, které je po podání určité látky smrtelnou dávkou pro daného živočicha v 50 % případů)

NMH

Nejvyšší mezní hodnota

NPK

Označení hnojiva na základě relativního obsahu chemických látek - dusík (N), fosfor (P) a draslík (K)

P

Phosphorus (Fosfor)

RNA

Ribonukleová kyselina (Ribonucleic acid)

WHO

Světová zdravotnická organizace (World Health Organi

Zn

Zincum (Zinek)

ZnO

Oxid zinečnatý (Zinc Oxide)

zation)

Poznámka: V seznamu nejsou uvedeny symboly a zkratky používané jen ojediněle s vysvětlením v textu.

90