A búza- és kenyérminőség fő meghatározójának évtizedekig a sikérfehérjéket tartották, míg a keményítőt a búzaszem semleges töltetének tekintették. Ez a szemlélet megdőlt, amikor megjelentek a japán tésztafélékről szóló tanulmányok, melyek szerint a metélt tészta (noodle) minőségének elsődleges meghatározója a keményítő.
A keményítő olyan növényi szénhidrát, mely főként gumókban (burgonya) és magokban található meg nagyobb mennyiségben, például a hüvelyes növények (bab, borsó) vagy a gabonafélék (búza, rozs, zab, kukorica, rizs) magjaiban. Fő szerepe az, hogy a növények számára tartalék tápanyagforrást biztosítson, ugyanakkor ez a szénből, oxigénből és hidrogénből álló poliszacharid megfelelő szénhidrátforrást jelent az állatok és az ember számára is a növény elfogyasztásával.
A szervezetbe bevitt energia mintegy 50–70 százaléka származik szénhidrátokból, melyek csak egyszerű cukrok formájában szívódnak fel, ezért az emésztés során az olyan, több molekulából felépülő szénhidrátokat, mint amilyen a keményítő is, le kell bontani előbb. Minél bonyolultabb és összetettebb a szénhidrát molekulája, annál lassabban bomlik le, minek következtében egyenletesebben nő a vércukorszint és ez segít megelőzni bizonyos betegségek kialakulását.
A szénhidrátok fogyasztása tehát alapvető fontosságú, túlzott mértékben azonban káros hatásai lehetnek, hiszen az elhízáson keresztül számos olyan betegség kialakulásához is vezethet, mint például a 2. típusú cukorbetegség vagy a szívinfarktus.
Az egészséges táplálkozásra törekvés megvalósításának egyik módja, hogy növeljük az ételek rostanyagtartalmát. E cél eléréséhez a gabonanemesítőknek – és a vetőmagtermelőknek – megfelelő növényi alapanyagokat kell létrehozniuk.
Emésztésnek ellenálló
A búza az egyik legnagyobb mennyiségben használt és ezért az egyik legfontosabb keményítőt tartalmazó gabonaféle, melyből olyan alapvető élelmiszerek készülnek, mint a kenyér. Ennek ellenére a keményítő szerepe a lisztben hosszú ideig ismeretlen volt, a búza minőségét meghatározó összetevő, a sikérfehérje mellett. A japán tésztafélék (Japonese noodle) elsődleges sikeressége azonban épp a keményítő tulajdonságainak függvénye – derült ki az ázsiai búzafajták elemzése kapcsán. Az úgynevezett „waxy” vagy „részlegesen waxy” tulajdonságú, alacsony amilóztartalmú búzafajták, melyekből ez a tésztaféle készül, a nemesítési programok fontos részét képezik, elsősorban az ázsiai országokban. Az alacsony amilóztartalmú genotípusokat emellett fagyasztott sütőipari termékek készítésére is használják, mivel az alacsony amilóztartalomnak pozitív hatása van az élelmiszerek eltarthatóságára: gátolja a romlási folyamatot.
Az egészséges táplálkozás elérését szorgalmazó törekvések keretében ugyanakkor a magas amilóztartalmú búzafajták nemesítése lett a cél, vagyis a „rezisztens emésztésnek” ellenálló keményítő mennyiségi arányának növelése a búzaszemben. A tápláléknak ezek a nem emészthető szénhidrátjai energiát jószerivel nem szolgáltatnak. Ám mint élelmi rostok, fontos élettani szerepet töltenek be azáltal, hogy elősegítik a bélmozgást, kedvezően befolyásolják számos anyag felszívódását és növelik a telítettségi érzést. A nagy amilóztartalmú keményítőt széleskörűen használják sűrítő és gélképző anyagként is.
Keresztezési programok
A búzaszem szárazanyag-tartalmának 65–70 százalékát alkotja keményítő, ez az első megközelítésben egy megtévesztően egyszerű anyag és egyben a búzaliszt fő alkotóeleme is. A búzakeményítő egyszerű szénhidrát-molekulákból: a szőlőcukor néven is ismert glükózegységekből épül fel, az ezekből létrehozott komplex molekulákat – rendszerint a kötések gyakoriságától és a molekulamérettől függően – két nagy csoportba sorolhatjuk. Az amilopektin nagy molekulasúlyú, elágazó láncú óriásmolekula, míg a már említett amilóz alacsonyabb molekulasúlyú, spirális alakú, el nem ágazó molekulákból áll. Búzában e két polimer közül az amilóz a keményítő 20–30 százalékát alkotja, az amilopektin ennek megfelelően a többi, azaz 70–80 százalékban van jelen. Az amilóz és amilopektin létrehozásában számos enzim vesz részt, melyek működésének befolyásolásával elérhető, hogy a keményítőben megváltozzon az amilóz és az amilopektin aránya – és ezáltal a búza felhasználhatósága.
A keményítő tulajdonságainak vizsgálatát először egy régi magyar búzafajta, a Bánkúti 1201 genetikailag kevert, nem homogén vonalain kezdtük meg. Korábban megállapítottuk, hogy ez a populáció különböző fehérje-összetételű testvérvonalakat tartalmaz. A különböző fehérje-összetételű vonalak kalászait külön-külön elvetettük, majd egyenként megvizsgáltuk a keményítőtartalmukat, és megállapítottuk, hogy a testvérvonalak keményítő tulajdonságai is igen változatosak.
Bioaktív komponensekkel – például vitaminokkal, rostanyagokkal (és így a keményítővel) – kapcsolatos kutatásaink 2005-ben folytatódtak, amikor csatlakoztunk egy EU-FP6 projekthez. Ennek egyik célkitűzése volt a bioaktív komponensek mennyiségi variabilitásának vizsgálata európai búzafajták felhasználásával, valamint olyan génforrások azonosítása, melyek hatékonyan felhasználhatók a nemesítési programokban.
A keresztezésekhez a diverzitás-vizsgálatok eredményei alapján számos nagy rostanyag- és vitamintartalmú búzafajtát sikerült kiválasztani. A projekt keretében alternatív módszerként mutagenezissel is létrehoztak és azonosítottak olyan mutáns genotípusokat, melyekben nem működtek bizonyos keményítők szintéziséért felelős gének. Ezeket további funkcionális és genetikai vizsgálatokra, valamint nemesítési célokra használtuk fel. Így például jó agronómiai adottságú és nagy amilóztartalmú genotípusok nemesítése céljából úgynevezett Sgp-allélekre (amilopektin szintézisében részt vevő génekre) nézve mutáns genotípust hoztak létre Olaszországban. Ennek magját felszaporítottuk és kereszteztük öt búzafajtával (Solstice, Lona, Koreli, Ukrainka, Yumai-34). Az utódnemzedékben a mutáns allélt hordozó genotípusok azonosítását DNS-szinten, molekuláris markerszelekcióval végeztük el. A markerezési munkát részben egy korábbi OTKA-pályázat is támogatta, melynek keretében a Bánkúti 1201 fajtával, valamint a világ különböző génbankjaiból rendelt waxy tulajdonságú vagy éppen nagy amilóztartalmú genotípusokkal végzett keresztezések utódait is vizsgáltuk a keményítő tulajdonságaira nézve.
Keresztezési programjaink fő célja, hogy olyan búza-genotípusokat hozzunk létre, melyek felhasználása és fogyasztása várhatóan pozitív hatással lesz az emberi egészségre mindamellett, hogy jó agronómiai tulajdonságúak Magyarországon. Ezentúl keressük a lehetőségeket speciális feldolgozóipari igények kielégítésére is (például speciális, megnövelt rostanyagtartalmú vagy keleti tésztafélék). Mindemellett pedig törekszünk annak megállapítására, hogy az egyes bioaktív komponensek mennyisége, így a rezisztens keményítőé is, milyen összefüggésben áll a búza adaptációs és terméskomponenseivel, valamint beltartalmi és feldolgozóipari tulajdonságaival.
Sokféle ipari alapanyag
A búzakeményítő végső tulajdonságaihoz számos tényező járul hozzá. Alapvetően meghatározza e tulajdonságokat a búza genotípusa, de a környezeti hatások és a feldolgozási folyamatok is befolyásolják – így az őrlés, főzés és egyéb hőkezelés, valamint a tárolás ideje és hőmérséklete. Hatásukra ugyanis változhat a szemcseméret, a keményítősérülés mértéke, a liszt vízfelvétele, a tészta dagasztási tulajdonságai, a keményítő gélesedése és duzzadása, a viszkozitása vagy a rezisztens keményítő mennyisége.
A száraz búzaszemben a keményítőszemcse-típusok tulajdonságai és mennyiségi arányai, a keményítőtartalom, a keményítőszemcsék méreteloszlása és alakja, az amilopektin szerkezete, az amilóz és az amilopektin aránya, valamint a szemkeménység, a lipidek jelenléte, sőt a keményítőmátrixot közrefogó más komponensek jellemző tulajdonságai is mind-mind meghatározzák a keményítő funkcionális tulajdonságait, melyek megszabják magának a keményítőnek a gyakorlati felhasználási lehetőségeit, hasznosíthatóságát. A gabonafélék keményítőjének módosítását adott ipari célból, leginkább termofizikai és kémiai módszerekkel végzik. Ezek a módosulások a keményítő szerkezetében és funkciójában jelennek meg.
Az élelmiszeriparban leginkább ételek sűrítésére vagy tésztafélék készítésére használják a waxy tulajdonságú búzát, illetve nagy amilóztartalmú és változó amilopektin-szerkezetű keményítővel növelik az emésztésnek ellenálló, rezisztens keményítő mennyiségét az élelmiszerek glikémiás indexének (GI) csökkentése céljából.
Állati takarmányozás esetében éppen a nagyobb energia bevitele és így a jól emészthető nyersanyag termesztése a cél. A gyógyszergyártás folyamán olyan speciális változások következnek be a keményítő szerkezetében, melynek felhasználásával például különböző gyógyszerkomponensekre lassú áteresztőképességű kapszulák készíthetők. Egyéb iparágakban bioetanolt, biológiailag lebontható műanyagokat, filmeket és ragasztóanyagokat (csiríz), alkoholt és szőlőcukrot hoznak létre belőle. Emellett a keményítőt felhasználják textíliák keményítésére, valamint papír- és kozmetikai célokra is.
A rendelkezésünkre álló, speciális keményítőtulajdonságú genotípusokkal indított keresztezési programok – a hazai feldolgozóipar igényeinek felmérése után – olyan meghatározott tulajdonságú búzafajták létrehozását teszik lehetővé, melyek a felmerült igényeknek megfelelnek. A létrehozott genotípusok további génforrásként is szolgálnak a keményítőszintézis enzimeinek vagy a keményítő szerkezetének részletesebb feltárásához.
RAKSZEGI MARIANNA,
NÉMETHNÉ KISGYÖRGY BOGLÁRKA,
LÁNG LÁSZLÓ, BEDŐ ZOLTÁN
A keményítővel kapcsolatos kutatásainkat az OTKA F68099 számú, A keményítő tulajdonságainak és jelentőségének vizsgálata a búzanemesítésben című (2007–2010) pályázat támogatta. Korábban a Bólyai János Kutatási Ösztöndíj (2005–2008), míg jelenleg a TÁMOP 4.2.4.A/2-11-1-2012-0001 Nemzeti Kiválóság Program című kiemelt projekt keretében zajlik a kutatás (2013–2014), az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával.
2014/26
