Kornmøtet, Sarpsborg 8. februar 2011

Kartlegging av årets kvalitet i vår- og høsthvete

Anette Moldestad, Bernt Hoel og

Anne Kjersti Uhlen

Formål:

• System for karakterisering av protein-egenskaper ved begynnelsen av ny innhøstingssesong

• Kortnavn: VAREDEKLARASJON

• Med gode prognoser vil møllene raskere kunne sette sammen blandinger som gir de ønskete egenskaper på melet => bedre utnyttelse av norsk mathvete

• Prosjektet er finansiert gjennom omsetningsmidler, administrert av Norske Felleskjøp

• Samarbeidspartnere:– Bioforsk Sørøst, Apelsvoll

– Nofima Mat

– IPM-UMB

– Norgesmøllene

– Lantmannen Cerealia

Prøvematerialet

• Prøvematerialet hentet fra sortsforsøk (soppbehandla, 2 rep)

Lokaliteter:Østfold, Follo, Vestfold, Romerike, Mjøsområdet, Buskerud

Sorter: Høsthvete: Bjørke (kl 4), Olivin (kl 4), Magnifik (kl 4) og

Mjølner (kl 5, svak)

Vårhvete: Bastian (kl 1), Avle (kl 2), Bjarne (kl 2), Zebra (kl 3), Berserk (kl 2)

Arbeidsgang, oppstart i 2005:

1) Forsøksring høster felt

2) Kornprøver til Planteforsk Apelsvoll

3) Planteforsk Apelsvoll:

vann %, hl-vekt, protein % (helkorn)

falltall og SDS (sammalt mel)

4) 200 g sammalt mel sendes til IPM/Matforsk

5) IPM/Matforsk: Mixogram, Kieffer og SE-FPLC

6) Resten av ruteavling renses ved IPM

7) Møllene maler siktemel på prøvemølle

8) Møllene utfører deigreologiske analyser: Farinogram og extensogram og baketest

9) Alt tallmaterialet sendes fortløpende til IPM/Matforsk for sammenstilling, statistisk behandling og for utarbeiding av prognose

Strategi: Kvalitetsprognoser i flere trinn?

• Noen analyser er raske å utføre, andre er mer tidkrevende

• Tidlig prognose, basert på hurtige analyser

• Senere prognose, med tillegg av reologiske analyser

Men:• Industrien har behov for tidlig prognose

• Maling av siktemel, og reologiske analyser er tidkrevende

• Hurtige analyser (SDS sedimentasjonstest) ga ikke gode nok prognoser

HøsthveteVariasjon mellom år

2005 – 2007Markedssortene

Proteininnhold

8

9

10

11

12

13

14

15

2005 2006 2007

År

P%

SDS

50

55

60

65

70

75

80

2005 2006 2007

År

SD

S

Motstand mot strekking Rmax (N)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

2005 2006 2007

År

Rm

ax (

N)

Motstand mot strekking - Ekstensograf

0

50

100

150

200

250

300

350

400

2005 2006 2007

Vårhvete - Variasjon mellom år 2005 – 2007Markedssortene

Proteininnhold

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

2005 2006 2007

År

P%

SDS

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

2005 2006 2007

År

SD

S

Motstand mot strekking Rmax (N)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

2005 2006 2007

År

Rm

ax

(N

)

Graminor 13. desember 2010 9

Maximum resistance to extension = RmaxExtensibility = Ext (stretching distance to rupture)

Kieffer extensograph – “hurtig” reologisk analyse basert på sammalt mel og liten prøvestørrelse

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0 10 20 30 40 50

Distance (mm)

Fo

rce

(N

)

R max

ExtExt2

Area

Ei

Dough

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 20 40 60 80 100 120

Distance (mm)

Fo

rce (

N)

R max

Ext2 Ext

Ei

Area

Gluten

(Tronsmo et al 2003)

(Bloksma 1971)

Extensigraph Kieffer-rig

H/B - Rmax (Kieffer)

R2 = 0.6719

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85

H/B - P% korn

R2 = 0.0003

11

12

13

14

15

16

0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85

H/B - SDS

R2 = 0.2557

60

65

70

75

80

85

90

95

100

0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85

H/B – P% (r =0.017)H/B – SDS (r =0.51)H/B – Rmax (r =0.82)

Baketest – protein, SDS, RmaxVårhvete

R2 = 0.8012

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

200 250 300 350 400 450

Motstand mot strekking Sammalt siktet mel målt på Kieffer-rig og siktemel målt på Extensograf

BU

N

Vårhvete

Arbeidsgang pr 2010

1) Forsøksring høster felt2) Kornprøver til Planteforsk Apelsvoll3) Planteforsk Apelsvoll:

vann %, hl-vekt, protein % (helkorn)falltall og SDS (sammalt mel)

4) 200 g sammalt mel sendes til Nofima Mat 5) Nofima Mat: Kieffer Extensibility test6) Utarbeider prognose7) Møllene analyserer egne prøver basert på klasser

– resultatene sammenlignes

Kvalitetsprognose 2010

Vårhvete

Info om materialet prognosen for vårhvete 2010 er bygd på

• Fire felt er analysert for proteininnhold, SDS sedimentasjon og med Kieffer ekstensograf av gluten. For hvert felt er de tre vårhvetesortene Bjarne, Zebra og Berserk analysert, hver sort med to gjentak per felt. Feltene har vært anlagt i Vestfold, Sarpsborg, Romerike og Apelsvoll i Oppland. Falltallet har vært høyt på alle felt, og godt over 200.

• Resultatene fra 2010 er også stilt sammen med resultatene fra 2005-2009.

Prognose 01.10 2010 Vårhvete

• Proteininnholdet er i gjennomsnitt relativt høyt og på et tilfredstillende nivå, men varierer mellom felt. Berserk har høyere proteininnhold enn Zebra.

• Resistens mot strekking (Rmax), målt med Kieffer Ekstensograf av gluten, viser at glutenkvaliteten er svak i forhold til i årene 2005 og 2006. I disse årene var glutenkvaliteten svært god. I gjennomsnitt ligger årets resultater på samme nivå som i årene 2007-2009. Men Rmax varierer betydelig mindre mellom felt enn det vi har sett i tidligere år. Berserk har sterkere glutenkvalitet enn Bjarne og Zebra.

• Glutens ekstensibilitet er på samme nivå som i 2009, og er høyere enn i årene 2005 og 2006, men lavere enn årene 2007 og 2008. Det er liten variasjon mellom felt i ekstensibilitet i 2010. Berserk har lavere ekstensibilitet enn Zebra.

• Resultatene tyder på at vårhvete i 2010 har en svakere kvalitet enn det vi skulle ønske, men en mer stabil kvalitet enn vi har erfart i tidligere år. Sorten Berserk er sterkere enn de andre sortene, og kan bli en god kvalitetssort i Norge.

5.0

7.0

9.0

11.0

13.0

15.0

17.0

19.0

Vestfold Sarpsborg Romerike Apelsvoll

Vårhvete 2010, proteininnhold

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

10.0

11.0

12.0

13.0

14.0

15.0

Bjarne Zebra Berserk

Vårhvete 2010, proteininnhold

Proteininnhold, gjennomsnitt for sorter og felt

Berserk har høyere proteininnhold enn Zebra

Feltet i Sarpsborg har svært høyt proteininnhold, og feltet på Apelsvoll har lavere proteininnhold.

Feilfelt angir LSD 95% (minste signifikante differanse)

Resistens mot strekking basert på Kieffer ekstensograf av gluten

0.000

0.100

0.200

0.300

0.400

0.500

0.600

0.700

Bjarne Zebra Berserk

Vårhvete 2010, Rmax

0.000

0.100

0.200

0.300

0.400

0.500

0.600

0.700

Vestfold Sarpsborg Romerike Apelsvoll

Vårhvete 2010, Rmax

Berserk har høyere Rmax og sterkere glutenkvalitet enn Zebra og Bjarne

Feltet fra Vestfold har sterkere gluten enn de andre

Feilfelt angir LSD 95% (minste signifikante differanse)

5.000

7.000

9.000

11.000

13.000

15.000

17.000

2005 2006 2007 2008 2009 2010

Vårhvete, middel proteininnhold 2005-2010

0.000

0.100

0.200

0.300

0.400

0.500

0.600

0.700

0.800

0.900

2005 2006 2007 2008 2009 2010

Vårhvete, middel Rmax 2005-2010

0.000

50.000

100.000

150.000

200.000

250.000

2005 2006 2007 2008 2009 2010

Vårhvete, middel Ext 2005-2010

0.000

0.100

0.200

0.300

0.400

0.500

0.600

0.700

0.800

0.900

2005 2006 2007 2008 2009 2010

Motstand mot strekking (Rmax)

Bastian

Avle

Bjarne

Zebra

Berserk

Glutenkvalitet hos de ulike sortene i årene 2005-2010, målt med Kieffer ekstensograf av gluten

Kvalitetsprognose høsthvete22.09 2010

Basert på 6 felt

Info om materialet prognosen for høsthvete 2010 er bygd på

• Seks felt er analysert for proteininnhold, SDS sedimentasjon og med Kieffer ekstensograf av gluten. For hvert felt er de fire høsthvetesortene Mjølner, Bjørke, Magnifik og Olivin analysert, hver sort med to gjentak per felt. Feltene har vært anlagt i Vestfold, Råde og Sarpsborg i Østfold, Telemark, Buskerud og Apelsvoll i Oppland. Alle prøver har falltall over 200.

• Resultatene fra 2010 er også stilt sammen med resultatene fra 2005-2009 for de samme sortene.

Prognose 22.09 2010 Høsthvete

• Proteininnholdet er litt lavere enn i årene 2005-2009, og særlig lavere enn i 2009. Magnifik og Mjølner har lavere proteininnhold enn Bjørke og Olivin.

• Resistens mot strekking (Rmax), målt med Kieffer Ekstensograf av gluten, viser at glutenkvaliteten er sterkere enn i årene 2007 og 2009, men svakere enn i 2005 og 2006. I 2005 og 2006 var glutenkvaliteten svært god. I gjennomsnitt ligger årets resultater likt med resultatene fra 2008. Mjølner har, som forventet, svakere kvalitet enn Bjørke og Olivin. Magnifik har i gjennomsnitt litt lavere Rmax enn Bjørke og Olivin, men dette variere litt fra felt til felt. Det er liten variasjon mellom lokaliteter bortsett fra for feltet på Apelsvoll som har lavere Rmax.

• Sortene er ikke forskjellige i glutens ekstensibilitet i 2010. Feltet fra Buskerud og Apelsvoll har lavere ektensibilitet enn de andre.

• Resultatene tyder på at høsthvete i 2010 har en mer stabil kvalitet enn vi har erfart i tidligere år, men at den er noe svakere enn det som er ønskelig (bortsett fra Mjølner, som skal være svak hvete).

5.0

7.0

9.0

11.0

13.0

15.0

Mjølner Bjørke Magnifik Olivin

Proteininnhold (%), middel av seks felt

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

10.0

11.0

12.0

13.0

14.0

15.0

Sørøst Vestfold Buskerud Telemark Apelsvoll Rød

Proteininnhold (%), middel over fire sorter per felt

Høsthvete 2010

Bjørke og Olivin har høyere protein enn Mjølner og Magnifik.

Feltene fra Apelsvoll, Buskerud og Telemark har lavere protein.

Feilfelt angir minste signifikante differanse (LSD 95%)

0.0000

0.1000

0.2000

0.3000

0.4000

0.5000

0.6000

0.7000

Mjølner Bjørke Magnifik Olivin

Rm

ax (

N)

Kieffer Rmax, middel av seks felt

0.0000

0.1000

0.2000

0.3000

0.4000

0.5000

0.6000

0.7000

Sørøst Vestfold Buskerud Telemark Apelsvoll Rød

Rm

ax (

N)

Kieffer Rmax , middel over fire sorter per felt

Høsthvete 2010

Mjølner er svakere enn Bjørke, Olivin og Magnifik. Magnifik er svakere enn Bjørke og Olivin.

Svært liten variasjon mellom felt i Rmax, bortsett fra feltet på Apelsvoll.

Feilfelt angir minste signifikante differanse (LSD 95%)

Litt lavere proteininnhold i 2010 enn i 2005-2007, og klart lavere enn i 2009.Sterkere gluten enn i 2007, men svakere enn i toppårene 2005-2006.

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

2005 2006 2007 2008 2009 2010

Protein-innhold, høsthvete 2005-2010

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

2005 2006 2007 2008 2009 2010

Kieffer Rmax, høsthvete 2005-2010

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

2005 2006 2007 2008 2009 2010

Kieffer Ext, høsthvete 2005-2010

Utfordringer og videre arbeid:

• Prøvematerialet: Nok prøver? Representative prøver?

• Tidsfaktoren – tidlig nok prognose?• Måling av glutenkvalitet – og tolkning

• Prosjektet Future Wheat – nye verktøy?– Grunnleggende studier– oppbygning av glutenproteiner i korn gjennom

kornfyllingsperioden og betydning for utvikling av glutennettvekter i en deig

– Effekt av temperatur?– Prediktere glutenkvalitet før gulmodning?– Prediksjon av glutenkvalitet basert på værdata?

Jeg tror jeg skal stoppe her – det neste er et nytt foredrag

Effect of temperature during grain filling on wheat gluten resistance

A. Moldestad, E.M. Færgestad, A. O. Skjelvåg, B. Hoel, A.K. Uhlen

29

Wheat material from field trials

• Norwegian spring wheat

– 4 varieties

• Grown in different locations in Norway

• 4 year (2005-2008)

120 samples

• Weather data collected from nearest weather station for each location

– Focus on temperature

• Analysis:

– Resistance to extension (Rmax) with Kieffer-extensibility test

– SDS sedimentation test

• All samples tested had Falling Number higher than 200

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 20 40 60 80 100 120

Distance (mm)

Fo

rce (

N)

R max

Ext2 Ext

Ei

Area

Gluten

(Tronsmo et al 2003)

Photo: Kent Svensson

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

2005 2006 2007 2008

Variation in Rmax between yearsFo

rce

(N)

Year

31

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

2005-1

2005-2

2005-3

2005-4

2005-6

2006-1

2006-5

2006-6

2006-7

2007-1

2007-2

2007-3

2007-4

2007-6

2008-1

2008-4

2008-5

Rm

ax (

N)

Variation in Kieffer resistance (Rmax) between years and between location within years

Investigation the relation of temeratureduring grain filling and quality

• Modelling heading date and yellow ripeness– Based on previous data from field trials

• Date of heading and yellow ripeness• Temperature data • Calculations of day-degrees

• Aligning temperature courses for each location and varietyaccording to the phenological development from heading– Dividing the grain development period into 21 sub-phases– Calculating average temperature of the sub-phases

• Investigation the relation between the temperature of thedifferent sub-phases and quality (Rmax) by multivariate PLS

02.03.2011

Graminor 13. desember 2010

Temperature aligned according to date,

Four field trails in 2006

0

5

10

15

20

25

22

26

30 4 8

12

16

20

24

28 1 5 9

13

17

Date

Tem

peratu

re (

C)

Field trail no 6

Field trail no 7

Field trail no 8

Field trail no 9

June July August

Date

Daily mean temperature for four field trials in 2006 according to chronological time

2005 2006

20072008

Variation in temperature during grain filling

• Temperature differences among the fields each year were small during the two months time from June 22 to August 21

• A large variation in course of temperature during the grain filling phase was created by: 1. The annual variation,

2. Earlier or later sowing of field trials,

3. The different rates of phenological development of the varieties as the smallest contribution.

02.03.2011

2005 2006 20072008

2005 2006 2007 2008

1 5 10 15 20

1 5 10 15 20

6

3

- 3

- 6

0

0

2

4

-2

-4

0.0

0.1

0.2

0.3

0.0

0.2

0.4

- 0.2

- 0.4

Samples

Sco

res P

C1

Sco

res P

C2

Lo

ad

ings

PC

1L

oad

ings

PC

2

Growth period

Growth periodSamples

A B

C D Sub-phase

Sub-phase

PLSR using average temperature of the sub-phases as regression variables and Rmax as the response variable. Scores of the samples for PLS factor 1 (A) and PLS factor 2 (C) and corresponding loadings (B and D).

R2 = 0,17

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

12 14 16 18 20 22 24

Rm

ax (N

)

Mean temperature (°C) phase 10-17

Rmax vs Temperature periode 3

Relatioships between mean temperature and Rmax for the four periods

Conclusions:

• Large temperature variation during grain filling between the different seasons

• Large variation in temperature courses between locations within season. This was mainly caused by variation in sowing time:– giving different phenological development according to the

chronological time– thus giving different courses of temperature during grain filling.

• Large variation in gluten resistance of wheat varieties grown in different seasons and at different sites– a large proportion of this variation was related to the

temperature during grain filling

02.03.2011

Conclusions:

• Higher mean temperature from heading to approximately midway in the grain filling period was positively related to gluten quality.

• Weaker gluten resistance was observed when the diurnal temperature in this period dropped below 17 ˚C.

• The strongest correlations to temperature were found for the period 9-21 days after heading, whereas no significant relation was found in the later periods of grain development.

02.03.2011

0.000

0.100

0.200

0.300

0.400

0.500

0.600

0.700

0.800

0.900

2005 2006 2007 2008 2009 2010

Vårhvete, middel Rmax 2005-2010