Ecological geneticsEcological geneticsЭкологическая генетика1811-09322411-9202Eco-Vector11187910.17816/ecogen111879Genetic basis of ecosystems evolutionГенетические основы эволюции экосистемResearch ArticleThe productivity potential of some corn hybrids of the VIR collection for starch extraction during deep grain processingПотенциал продуктивности некоторых гибридов кукурузы коллекции ВИР для выделения крахмала при глубокой переработке зернаhttps://orcid.org/0000-0002-2042-0681GolgshteinVladivir G.ГольдштейнВладимир Георгиевич
Russian Federation

Cand. Sci. (Engineering), head of the Department of deep processing of starch-containing raw materials

канд. техн. наук, заведующий отделом глубокой переработки крахмалосодержащего сырья

6919486@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0973-0408NosovskayaLiliya P.НосовскаяЛилия Петровна
Russian Federation

research associate

научн. сотр.

6919486@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3858-9071AdikaevaLarisa V.АдикаеваЛариса Владимировна
Russian Federation

research associate

научн. сотр.

6919486@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7529-6171BazgievMagomed A.БазгиевМагомед Алаудинович
Russian Federation

Cand. Sci. (Agricultural), leading research associate

канд. с.-хоз. наук, вед. научн. сотр.

ishos06@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8203-2481BadurgovaKulsum Sh.БадурговаКульсум Шоидовна
Russian Federation

Cand. Sci. (Agricultural), leading research associate

канд. с.-хоз. наук, вед. научн. сотр.

kulsum1977@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3438-5987BuzurtanovAslanbek I.БузуртановАсланбек Исаевич
Russian Federation

research associate

научн. сотр.

buzurtanov.aslanbek@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2762-2777KhorevaValentina I.ХореваВалентина Ивановна
Russian Federation

Cand. Sci. (Biol.), leading research associate

канд. биол. наук, вед. научн. сотр.

horeva43@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7919-1302BoykoVladislav N.БойкоВладислав Николаевич
Russian Federation

Cand. Sci. (Agricultural), senior research associate

канд. с.-хоз. наук, ст. научн. сотр.

boyko_vlad@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2842-1512GrushinAlexander A.ГрушинАлександр Андреевич
Russian Federation

Cand. Sci. (Biol.), senior research associate

канд. биол. наук, ст. научн. сотр.

gnuvosvniir@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6570-4418IsrafilovaSelminaz F.ИсрафиловаСельминаз Фарудиновна
Russian Federation

specialist of the group of private genetics and genetic resources of vegetable crops

специалист группы частной генетики и генетических ресурсов овощных культур

sellyaisrailova@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-5005-3926FilIrina V.ФильИрина Владимировна
Russian Federation
irinafil1974@icloud.comhttps://orcid.org/0000-0001-5713-2328KhatefovEduard B.ХатефовЭдуард Балилович
Russian Federation

Dr. Sci. (Biol.), leading research associate

д-р биол. наук, вед. научн. сотр.

haed1967@rambler.ruAll-Russian Research Institute of Starch and Starch-containing Raw Materials Processing — Branch of Russian Potato Research CentreВсероссийский научно-исследовательский институт крахмала и переработки крахмалсодержащего сырья — филиал Федерального исследовательского центра картофеля им. А.Г. ЛорхаIngush Research Institute of AgricultureИнгушский научно-исследовательский институт сельского хозяйстваN.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic ResourcesФедеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова100320231205202321119311310202210032023Copyright ©; 2023, Eco-VectorCopyright ©; 2023, ООО "Эко-Вектор"2023Eco-VectorООО "Эко-Вектор"https://journals.eco-vector.com/ecolgenet/article/view/111879

BACKGROUND: The study of the VIR corn collection in order to search for economically valuable sources and donors is topical.

MATERIALS AND METHODS: Studies of the biochemical components of grain during its deep processing were carried out on 27 hybrids from Germany, presented in the VIR collection. Valuable results have been obtained using the method of IR spectrometry and deep processing of grain in laboratory conditions, which make it possible to identify samples of interest for the production of native starch and its by-products.

RESULTS: The starch yield of more than 65% solids (% DM) grain dry matter is established for the following hybrids: KHV 7262, KHV 6431, KHV 6331, KHV 5440, Karpatis, DS 21209C, DS 21215B, DS 21212A, DS 21205B, DS 22188D. The maximum starch yield, more than 70% grain DM, is set for DS 21205B hybrids. The maximum yield of the embryo was set for the hybrid KHV 4126 up to 10% DM of the grain, the yield of starch during the processing of the grain of this hybrid was 61.2% DM. The highest yield of gluten, 18% or more, was established during the processing of hybrids DS 23190B and DS 21203B. The pulp yield of more than 15% CB was obtained by processing grain DS 22182C. Based on the results obtained, the following hybrids are proposed as the starting material for corn breeding for deep grain processing: KHV 7262, KHV 5440, DS 21209C, DS 21215B, DS 21212A, DS 21205B, DS 22188D.

CONCLUSIONS: Of greatest interest as a starting material is hybrid DS 21205B, during the processing of which starch was extracted in an amount of more than 70% grain DM.

В настоящее время заслуживает внимания изучение коллекции кукурузы ВИР для поиска хозяйственно ценных источников и доноров. Исследования биохимических компонентов зерна при его глубокой переработке проведены на 27 гибридах из Германии, представленных в коллекции ВИР. Методом инфракрасной спектроскопии и глубокой переработки зерна в лабораторных условиях получены ценные результаты, позволяющие установить образцы, представляющие интерес для производства нативного крахмала и его побочных продуктов. Выход крахмала более 65 % сухих веществ (% СВ) зерна установлен для гибридов КХВ 7262, КХВ 6431, КХВ 6331, КХВ 5440, KARPATIS, DS 21209C, DS 21215B, DS 21212A, DS 21205B, DS 22188D. Максимальный выход крахмала, более 70 % СВ зерна, установлен для гибридов DS 21205B. Максимальный выход зародыша установлен для гибрида КХВ 4126 — до 10 % СВ зерна; выход крахмала при переработке зерна этого гибрида составил 61,2 % СВ. Наибольший выход глютена, 18 % и более, установлен при переработке гибридов DS 23190B и DS 21203B. Выход мезги более 15 % СВ получен при переработке зерна DS 22182C. На основании полученных результатов, в качестве исходного материала для селекции кукурузы для глубокой переработки зерна, предлагаются гибриды: КХВ 7262, КХВ 5440, DS 21209C, DS 21215B, DS 21212A, DS 21205B, DS 22188D. Наибольший интерес в качестве исходного материала представляет гибрид DS 21205B, при переработке которого извлечен крахмал в количестве более 70 % СВ зерна.

legume-rhizobial symbiosisNod factorssignal pathwaycalciuminositol phosphatesphospholipase Cпобочная продукцияглютенбелокбардаэтанолзародышкукурузное маслозамочная водамезгаРабота выполнена в рамках тематического плана ВИР— Структурирование и раскрытие потенциала наследственной изменчивости мировой коллекции зерновых и крупяных культур ВИР для развития оптимизированного генбанка и рационального использования в селекции и растениеводствеThe work was carried out within the framework of the VIR thematic plan— Structuring and unlocking the potential of hereditary variability of the world collection of grains and cereals of VIR for the development of an optimized gene bank and rational use in breeding and crop productionFGEM-2022-0009Watson SA. Description, development, structure, and composition of the corn kernel. Ed. by P.J. White, L.A. Johnson. Corn: Chemistry and Technology. 2nd ed. American Association of Cereal Chemists Inc., St. Paul. 2003. P. 69–106.Watson S.A. Description, development, structure, and composition of the corn kernel. Ed by P.J. White, L.A. Johnson. Corn: Chemistry and Technology. 2nd ed. American Association of Cereal Chemists Inc., St. Paul 2003. P. 69–106.Sinha AK, Kumar V, Makkar HSP, et al. Non-starch polysaccharides and their role in fish nutrition — a review. Food Chemistry. 2011;127:1409–1426.Sinha A.K., Kumar V., Makkar H.S.P., et al. Non-starch polysaccharides and their role in fish nutrition — a review // Food Chemistry. 2011. Vol. 127. P. 1409–1426.Zhang R, Ma S, Li L, et al. Comprehensive utilization of corn starch processing by-products: A review. Grain & Oil Science and Technology. 2021;4(3):89–107. DOI: 10.1016/j.gaost.2021.08.003Zhang R., Ma S., Li L., et al. Comprehensive utilization of corn starch processing by-products: A review // Grain & Oil Science and Technology. 2021. Vol. 4, No. 3. P. 89–107. DOI: 10.1016/j.gaost.2021.08.003Kompleksnaya programma razvitiya biotekhnologii v Rossiiskoi Federatsii na period do 2020 goda. Moscow, 2012. P. 8–28. (In Russ.) [cited 2023 March 17]. Available from: https://legalacts.ru/doc/vp-p8-2322-kompleksnaja-programma-razvitija-biotekhnologii-v-rossiiskoi/Комплексная программа развития биотехнологий в Российской Федерации на период до 2020 года. Москва: 2012. С. 8–28. Режим доступа: https://legalacts.ru/doc/vp-p8-2322-kompleksnaja-programma-razvitija-biotekhnologii-v-rossiiskoi/ Дата обращения: 17.03.2023.Yu JK, Moon YS. Corn Starch: Quality and Quantity Improvement for Industrial Uses. Plants. 2022;11:92. DOI: 10.3390/plants11010092Yu J.K., Moon Y.S. Corn Starch: Quality and Quantity Improvement for Industrial Uses // Plants. 2022. Vol. 11. P. 92. DOI: 10.3390/plants11010092Pollak LM, Scott MP. Breeding for grain quality traits. Maydica. 2005;50:247–257.Pollak L.M., Scott M.P. Breeding for grain quality traits // Maydica. 2005. Vol. 50. P. 247–257.Burrell MM. Starch: The need for improved quality or quantity — An overview. Journal of Experimental Botany. 2003;54:451–456. DOI: 10.2134/agronj1958.00021962005000010003xBurrell M.M. Starch: The need for improved quality or quantity — An overview // Journal of Experimental Botany. 2003. Vol. 54. P. 451–456. DOI: 10.2134/agronj1958.00021962005000010003xKaur B, Ariffin F, Bhat R, Karim AA. Progress in starch modification in the last decade. Food Hydrocolloids. 2012;26:398–404. DOI: 10.1016/j.foodhyd.2011.02.016Kaur B., Ariffin F., Bhat R., Karim A.A. Progress in starch modification in the last decade // Food Hydrocolloids. 2012. Vol. 26. P. 398–404 DOI: 10.1016/j.foodhyd.2011.02.016Pajic Z, Radosavljevic M, Filipovic M, et al. Breeding of specialty maize for industrial purposes. Genetika. 2010;42:57–66. DOI: 10.2298/GENSR1001057PPajic Z., Radosavljevic M., Filipovic M., et al. Breeding of specialty maize for industrial purposes // Genetika. 2010. Vol. 42. P. 57–66. DOI: 10.2298/GENSR1001057PJeon JS, Ryoo N, Hahn TR, et al. Starch biosynthesis in cereal endosperm. Plant Physiol Biochem. 2010;48:383–392. DOI: 10.1016/j.plaphy.2010.03.006Jeon, J.S., Ryoo N., Hahn T.R., et al. Starch biosynthesis in cereal endosperm // Plant Physiol Biochem. 2010. Vol. 48. P. 383–392. DOI: 10.1016/j.plaphy.2010.03.006James MG, Denyer K, Myer AM. Starch synthesis in the cereal endosperm. Current Opinion in Plant Biology. 2003;6:215–222. DOI: 10.1016/s1369-5266(03)00042-6James M.G., Denyer K., Myer A.M. Starch synthesis in the cereal endosperm // Current Opinion in Plant Biology. 2003. Vol. 6. P. 215–222. DOI: 10.1016/s1369-5266(03)00042-6Tetlow IJ. Starch biosynthesis in developing seeds. Seed Science Research. 2011;21:5–32. DOI: 10.1017/S0960258510000292Tetlow I.J. Starch biosynthesis in developing seeds // Seed Science Research. 2011. Vol. 21. P. 5–32. DOI: 10.1017/S0960258510000292Nelson O, Pan D. Starch synthesis in maize endosperms. Annu Rev Plant Physiol Plant Molecular Biology.1995;46:475–496. DOI: 10.1146/annurev.pp.46.060195.002355Nelson O., Pan D. Starch synthesis in maize endosperms // Annu Rev Plant Physiol Plant Molecular Biology.1995. Vol. 46. P. 475–496. DOI: 10.1146/annurev.pp.46.060195.002355Tayade R, Kulkarni KP, Jo H, et al. Insight into the prospects for the improvement of seed starch in legume — A Review. Frontiers in Plant Science. 2019;10:1213. DOI: 10.3389/fpls.2019.01213Tayade R., Kulkarni K.P., Jo H., et al. Insight into the prospects for the improvement of seed starch in legume — A Review // Frontiers in Plant Science. 2019. Vol. 10. P. 1213. DOI: 10.3389/fpls.2019.01213Srichuwong S, Jane JL. Physicochemical properties of starch affected by molecular composition and structures: A review. Food Science and Biotechnology. 2007;16:663–674.Srichuwong S., Jane J.L. Physicochemical properties of starch affected by molecular composition and structures: A review // Food Science and Biotechnology. 2007. Vol. 16. P. 663–674.Hung PV, Maeda T, Morita N. Study on physicochemical characteristics of waxy and high-amylose wheat starches in comparison with normal wheat starch. Starch–Stärke. 2007;59:125–131. DOI: 10.1002/star.200600577Hung P.V., Maeda T., Morita N. Study on physicochemical characteristics of waxy and high-amylose wheat starches in comparison with normal wheat starch // Starch–Stärke. 2007. Vol. 59. P. 125–131. DOI: 10.1002/star.200600577Zuber MS, Grogan CO, Deatherage WL, et al. Breeding High Amylose. Corn. 1958;50(1):9–12.Zuber M.S., Grogan C.O., Deatherage W.L., et al. Breeding High Amylose // Corn. 1958. Vol. 50, No. 1. P. 9–12.Abu-Ghannam N, Balboa E. Biotechnological, food, and health care applications. Chapter 9. Ed. by C.M. Galanakis. Sustainable Recovery and Reutilization of Cereal Processing by-Products. Woodhead Publishing Inc., Cambridge. 2018. P. 253–278.Abu-Ghannam N., Balboa E. Biotechnological, food, and health care applications. Chapter 9. Ed. by C.M. Galanakis. Technology and Nutrition, Sustainable Recovery and Reutilization of Cereal Processing by-Products. Woodhead Publishing Inc., Cambridge. 2018. P. 253–278.Gol’dshtein V, Lukin N, Radin O. Pobochnye produkty krakhmalopatochnogo proizvodstva — kormovye komponenty. Kombikorma. 2018;7(8);54–56. DOI: 10.25741/2413-287X-2018-07-3-012Гольдштейн В., Лукин Н., Радин О. Побочные продукты крахмалопаточного производства — кормовые компоненты // Комбикорма. 2018. Т. 7, № 8. С. 54–56. DOI 10.25741/2413-287X-2018-07-3-012Somavat P, Liu W, Singh V. Wet milling characteristics of corn mutants using modified processes and improving starch yields from high amylose corn. Food and Bioproducts Processing. 2021;126: 104–112. DOI: 10.1016/j.fbp.2020.12.015Somavat P., Liu W., Singh V. Wet milling characteristics of corn mutants using modified processes and improving starch yields from high amylose corn // Food and Bioproducts Processing. 2021. Vol. 126. P. 104–112. DOI: 10.1016/j.fbp.2020.12.015Gonikova MR, Horeva VI, Gol’dshtejn VG. Study of economically valuable traits and technological properties in maize from the Zea mays L. Collection of VIR. Proceedings on Applied Botany, Genetics and Breeding. 2020;181(4):56–64. DOI: 10.30901/2227-8834-2020-4-56-64Гоникова М.Р., Хорева В.И., Гольдштейн В.Г., и др. Изучение хозяйственно ценных признаков и технологических свойств коллекции Zea Mays L. ВИР // Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2020. Т. 181, № 4. С. 56–64. DOI: 10.30901/2227-8834-2020-4-56-64GOST 32902–2014. Starch and starch products. Terms and definitions. Available from: https://docs.cntd.ru/document/1200115857ГОСТ 32902–2014. Крахмал и крахмалопродукты. Термины и определения. МКС 67.180.20. Дата введения 2015–06–01. Режим доступа: https://docs.cntd.ru/document/1200115857 Дата обращения: 17.03.2023.Shmaraev GE, Matveeva GV. Izuchenie i podderzhanie obraztsov kollektsii kukuruzy. Metodicheskie rekomendatsii. Leningrad. VIR; 1985. 49 p.Шмараев Г.Е., Матвеева Г.В. Изучение и поддержание образцов коллекции кукурузы. Методические рекомендации. Ленинград: ВИР, 1985. 49 с.Sotchenko VS. Celektsiya. Semenovodstvo. Tekhnologiya vozdelyvaniya kukuruzy. Materials of the Scientific and practical conference dedicated to the 25th anniversary of the Wildebeest Research Institute of Corn. 2012 Nov 11–12; Pyatigorsk. RASHN GNU VNII kukuruzy; 2012. 320 p.Сотченко В.С., ред. Cелекция. Семеноводство. Технология возделывания кукурузы. Материалы научно-практической конференции, посвященной 25-летию ГНУ ВНИИ кукурузы. Ноябрь 11–12, Пятигорск. РАСХН ГНУ ВНИИ кукурузы; 2012. 320 с.Kukekov VG, editor. Shirokii unifitsirovannyi klassifikator SEHV i mezhdunarodnyi klassifikator SEHV vidov Zea mays L. Leningrad: B.i.; 1977. 70 p.Широкий унифицированный классификатор СЭВ и международный классификатор СЭВ видов Zea mays L. / под ред. В.Г. Кукекова. Ленинград: [Б.и.], 1977. 70 с.