Quality of Norwegian barley (Hordeum vulgare) for food -Effects of variety and growth environment on food quality characteristics with emphasis on total β-glucan content

Abstract

Barley (Hordeum vulgare) as a food crop has been a subject to increased focus over the last decades. This interest may be explained by new knowledge towards the health benefits of barley, especially linked to the amount of the dietary fibre (1 3),(1 4)-β-D-glucan in the grain, hereafter referred to as β-glucan.

This thesis has studied the content of total β-glucan in nine varieties of barley (Edel, Tiril, Heder, Helium, Marigold, Skaun, Olve, Karmosé and Magdalena) grown in different environments. The selected varieties included both varieties that are commonly used in arable farming in Norway today and varieties that obtained special qualities in the regards of starch composition and total β-glucan content. All the varieties were grown at six different locations in Norway (Jæren, Sarpsborg, Romerike, Namdalen, Apelsvoll and Vågå) and one location in Wohlde, Germany. All the data in is from 2009.

The main focus was to investigate how the content of total β-glucan changed over different growth environments. All samples were analyzed for total content of β-glucan with Near Infrared Spectroscopy (NIR), in addition some samples were analyzed by the Megazyme streamlined method to evaluate the NIR analyses. These results were later used to improve the NIR calibration. In addition, the samples were analyzed for content of protein and starch, yield, thousand grain weight and test weight.

Total β-glucan and the other parameters were compared with climate data gathered for all locations to study possible correlations between climate data and total content of β-glucan. Comparisons between total β-glucan and the other parameters were also performed to explore if there was any relationships between total content of β-glucan and the other quality and agronomic parameters. The results showed clearly differences between locations for all parameters, including β-glucan, but it was hard to explain this variation from the collected climate data. No correlations between total β-glucan and climate data were found, except for a positive correlation between the minimum temperature in the grain filling phase and total content of β-glucan. However, the summer of 2009 was wetter and colder than average from the last 5 years, and was an untypical summer for most of the locations.

Variety was found to be the most important parameter to influence the total β-glucan content (counted for 57.9% of the variation) in this study. The location counted for almost 40% of the variation.

The special starch varieties, Karmosé and Magdalena together with Olve, had the highest β-glucan content. Olve matured earlier than the other two, and yielded better than both Magdalena and Karmosé. Based on the results of this study Olve was recommended as the best variety for food. Heder and Marigold showed lowest content of β-glucan, subsequently these two varieties were recommended for animal feed, especially for poultry. Jæren was outstanding as the location with the highest average content of β-glucan for almost all varieties, but with a low yield. The field trials will be performed at least one more season and hopefully giving data with more variation in growth conditions. This is expected to be necessary to relate the variation in total β-glucan content to specific environmental conditions.

The results showed that the variation in β-glucan content within the Norwegian varieties was large, and thus a better selection between barley to food and feed should be considered by the industry. Sammendrag Bygg (Hordeum vulgare) til mat har kommet mer og mer i fokus de siste tiåra, særlig siden det har kommet ny kunnskap rundt helseeffektene av bygg. Disse helseeffektene er forbundet med innholdet av kostfiberet (1 3),(1 4)-β-D-glukan, senere omtalt som β-glukan. Denne oppgava har tatt for seg β-glukan innholdet i ni sorter bygg (Edel, Tiril, Heder, Helium, Marigold, Skaun, Olve, Karmosé og Magdalena) dyrka under ulike forhold. Halvparten av sortene er utbredt i praktisk dyrkning i Norge i dag. De resterende sortene er spesialsorter med spesiell stivelsesoppbygning og høyere β-glukannivå. Alle sortene ble dyrka på seks ulike lokaliteter i Norge (Jæren, Sarpsborg, Romerike, Apelsvoll, Vågå og Namdalen) og en i Wohlde, Tyskland. Dataene i denne oppgava er basert på vekstsesongen 2009. Hovedfokuset i oppgaven var å se på hvordan innholdet av β-glukan endra seg med forskjellig dyrkningsklima. Alle sortene ble analysert for innhold av β-glukan ved hjelp av Near Infrared Spectroscopy (NIR) og i tillegg ble noen analysert ved Megazyme Streamlined metoden. Dette ble gjort for å kontrollere resultatene fra NIR analysene. Resultatene ble senere brukt til å forbedre NIR kalibreringa. Sortene ble også analysert for protein- og stivelsesinnhold, samt avling, tusenkornvekt og hektolitervekt. Total mengde β-glukan og de andre parameterne ble sammenlignet med værdata samlet inn for feltene, for å studere mulige korrelasjoner mellom klimadata og totalt innhold av β-glukan. Det ble også gjort sammenligninger mellom totalt β-glukan og de kvalitetsmessige og agronomiske parameterne for å se etter sammenhenger mellom disse og totalt innhold av β-glukan. Det var betydelig variasjon mellom stedene for alle parameterne, inkludert β-glukan, men det var vanskelig å forklare dette ut fra de valgte klimaparameterne. Det ble ikke funnet noen sammenhenger med været, annet enn en positiv sammenheng mellom minimumstemperaturen i kornfyllingsfasen og innholdet av totalt β-glukan. Sommeren 2009 var våt og kald i store deler av Norge, og var i så måte ikke en typisk sommer de fleste stedene. I dette forsøket var sort den komponenten som hadde størst innvirkning på totalt β- glukan innhold (ca 58% av variasjonen) mens sted sto for ca 40% av variasjonen. Om det fokuseres på høyt innhold av totalt β-glukan pekte spesialstivelsessortene Magdalena og Karmosé seg ut sammen med Olve. Olve var tidligst moden av de tre og ga høyere avling enn både Magdalena og Karmosé og er, med bakgrunn i denne oppgava, den sorten som bør anbefales som matbygg dersom høyt β-glukan innhold ønskes. Heder og Marigold var de to sortene med lavest innhold av β-glukan og kan dermed anbefales til dyrefôr, spesielt til fjørfe. Stedsmessig pekte Jæren seg ut som den lokaliteten med det høyeste innholdet av totalt β-glukan for nesten samtlige sorter. Forsøket skal utføres i minst en sesong til og dette vil gi et større datamateriale fra flere dyrkningsmiljø. Dette er trolig nødvendig for å kunne relatere variasjon i totalt β- glukaninnhold til spesielle miljøbetingelser. Resultatene viser at variasjonen i totalt β-glukaninnhold mellom de norske sortene er stor og at sortering hos industrien av bygg til mat og fôr bør utføres i enda større grad enn i dag.