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| << Zurück zur Startseite | | Nummer | 100197 | | Akronym | GEMBEOL | | Titel (deutsch) | Eignung von Getreide- und Maissorten sowie optimierte Anbaustrategien zur Erzeugung von Rohstoffen für Bioethanol und verwertbare Nebenprodukte | | Titel (englisch) | Suitable varieties of cereals and maize and strategies for an efficient production of raw material for bio-ethanol and useful byproducts | | Projektstart | 22.08.2007 | | Projektende | 27.07.2010 | | AuftragnehmerIn | Österreichische Agentur für Gesundheit und Ernährungssicherheit | | WissenschaftlicheR ProjektleiterIn | - DI Michael Oberforster | | Finanzierungsstellen | Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft
Amt der Niederösterreichischen Landesregierung | | Zielstellung | – Die Bündelung und Vernetzung der Aktivitäten mehrerer Projektteile (Winterweizen, Wintertriticale, Wintergerste, Winterroggen, Mais) soll rasch zu fundierten Ergebnissen führen.
– Realisierung eines möglichst hohen Anteiles qualitativ hochwertiger Rohstoffe aus heimischer Erzeugung und der damit verbundenen Vorteile zur Erreichung des Kyotozieles.
– Untersuchungen von Ertrag, spezifischer Rohstoffqualität und Toxinbelastung von Winterweizen, Triticale und Mais.
– Integration der entsprechenden Merkmale nach Projektabschluss in das Sortenzulassungsverfahren.
– Frühzeitiger Einstieg (WP2) in die Eignungsevaluierung in den relevanten Produktionsgebieten / Synergieeffekt durch weitgehende Integration in das offizielle Netz an Wertprüfungs- und Landessortenversuchen.
– Optimierung der Produktionsverfahren von Ethanolgetreide (insbes. N-Düngung, Fungizideinsatz).
– Einbindung der laufenden Ergebnisse des Fusariumprojektes (BMLFUW-Projekt 100012/3)und deren Vertiefung zur Produktion mykotoxinarmen Getreides und Maises für die Stärke/Bioethanolproduktion und deren Koppelprodukte als qualitativ hochwertige, gesunde und sichere Futtermittel.
– Auswirkung variierter Produktionsverfahren bei Weizen und Triticale auf indirekte Parameter (Stärkegehalt, Stärkeertrag) der Ethanolergiebigkeit.
– Erarbeitung von Kriterien zur Bewertung von Nebenprodukten aus der Ethanolerzeugung im Kontext mit verfügbaren Genotypen und möglicher zukünftiger Entwicklungen bei Getreide und Mais.
– Ökonomische Bewertung von Getreide- und Maissorten zur Ethanolherstellung.
– Erarbeitung von Analyse-Schnellverfahren zur Bestimmung der Rohstoffqualität in Hinblick auf eine qualitätsgerechte Bezahlung von Ethanolgetreidepartien.
– Möglichkeit der Verwendung der Kalibration für Selektionen in der Züchtung.
– Umfassende Literaturrecherche, insbesondere im europäischen Ausland | | Wissenschaftszweig | LAND- U. FORSTWIRTSCHAFT, VETERINÄRMEDIZIN / Sonstige und interdisziplinäre Land- und Forstwirtschaft / Nachhaltige Entwicklung, Nachhaltiges Wirtschaften |
| Endbericht (Abschlussbericht) | | Kurzfassung (deutsch) | Die Richtlinie 2009/28/EG vom 23. April 2009 bestimmt ein von allen Mitgliedstaaten zu erreichendes verbindliches Mindestziel von 10 % für den Anteil von Biokraftstoffen am Benzin- und Dieselkraftstoffverbrauch bis 2020. In Österreich besteht im Rahmen der Kraftstoffverordnung seit 1. Oktober 2008 die Verpflichtung 5,75 % des Gesamtenergieinhalts aller in Verkehr gebrachten Kraftstoffe durch biogene Treibstoffe zu substituieren. Um dieses Ziel zu erreichen, können reiner Biodiesel, SuperEthanol E85 sowie dem Diesel und Benzin beigemischte biogene Treibstoffe eingesetzt werden.
Das Werk Pischelsdorf bei Tulln hat im Juni 2008 seinen Regelbetrieb aufgenommen. Jährlich werden bis zu 500.000 t Getreide (hauptsächlich Weizen, untergeordnet Triticale) und Mais (Nassmais, Trockenmais) zu etwa 200.000 m3 Ethanol und 170.000 t Trockenschlempe verarbeitet. Zum überwiegenden Teil stammt der Rohstoff aus österreichischer Erzeugung.
Die gärungstechnische Qualität ist definiert als Ethanolausbeute je Gewichtseinheit Rohstoff, hiefür ist ein hoher Stärkegehalt im Korn wesentlich. Für die Wirtschaftlichkeit der Erzeugung ist überdies eine günstige Vermarktung des Koppelprodukts Schlempe (Handelsbezeichnung ActiProt) wesentlich. Weil sich Mykotoxine (Deoxynivalenol, Zearalenon usw.) in der Schlempe auf das 2,5- bis 3-fache anreichern, sind niedrige Toxingehalte im Rohstoff Vorbedingung.
Dieser Endbericht des Projektes 100197 (GEMBEOL) enthält Ergebnisse der Anbausaison 2004/05 bis 2008/09 (z.B. Proteingehalt, Stärkegehalt, Stärkeertrag) bzw. 2005/06 bis 2008/09 (z.B. Ethanolausbeute, Ethanolertrag, Gärgeschwindigkeit, Verzögerungszeit). Es wurde der Gesamtstärkegehalt als wichtigster indirekter Parameter der Ethanolergiebigkeit bestimmt. Die Analyse der vergärbaren Stärke oder „vergärbaren Substanz“ (ANDE et al. 1998, LEITERER et al. 2008) erscheint nicht zwingend notwendig.
Stärkegehalt (Gesamte Spannweite): Die Untersuchungen bei Winterweizen zeigen eine Spannweite des Stärkegehaltes von 62,8 bis 74,6 % (Spanne 11,8 %) in der Trockensubstanz. Bei Triticale streuen die Werte zwischen 62,3 und 75,3 % (Spanne 13,0 %). Die Roggenergebnisse differieren im Bereich von 60,0 bis 65,1 %, jedoch bei geringerer Probenanzahl. Bei Wintergerste liegen sie wegen des Spelzengehaltes auf niedrigem Niveau (56,1 bis 64,1 %). Das Erntegut von Mais war mit 68,5 bis 77,0 % (Spanne 8,5 %) am stärkereichsten.
Stärkegehalt (Genotypisch): Die genotypische Variation des Stärkegehaltes beträgt bei Weizen 3,1 und bei Triticale 5,1 %. Bei Mais unterscheiden sich die Sorten um höchstens 2,9 % (2. Reifegruppe) bzw. 4,4 % (3. Reifegruppe). Von den im Pannonikum geprüften Weizen zeigten Papageno, Fidelius und Balaton höhere Stärkeausbeuten. Im Feuchtgebiet dominierten Papageno, Jenga, Vitus, Winnetou, Plutos, Pedro, Toras, Augustus, Henrik sowie die Zuchtstämme StWW-1, StWW-7 und StWW-8. Bei Triticale lagen die Zuchtlinien StWT-1 und StWT-5 bzw. die Sorten Cosinus, Trimmer, Tulus, Mungis, Triamant, Agrano und Polego voran. Wegen des geringeren Spelzenanteils liefern zweizeilige Wintergersten wie Eufora, Gudrun, Hannelore und Reni mehr Stärke als mehrzeilige Gersten. Bei Roggen liegen Sorten mit mittlerem Tausendkorngewicht und niedrigem Proteingehalt wie Evolo und Visello voran. Die sieben geprüften Genotypen differieren jedoch nur um 1,5 %. Später reifende Maissorten (3. Reifegruppe) wie ES Fortress, Benicia, DKC3511, DK 391, DK315, DKC4005 und Crispi (Rz.300 bis 340) sind in der Stärkebildung effizienter als mittelfrühe Sorten wie DKC3420 und PR38B12 (Rz.280 bis 290). In der 2. Reifegruppe schnitten DKC3476, Moncada, Fantastic, DKC3759, PR39T45, Delitop und ES Beatle (Rz.260 bis 280) am relativ besten ab.
Ethanolausbeute (Gesamte Spannweite): Die Ausbeute an Ethanol ist das zentrale Qualitätskriterium. Bei Weizen variierten sie in einem weiten Bereich von 38,4 bis 45,9 l/dt Korntrockenmasse. Triticale schnitt mit 39,4 bis 46,2 l/dt ähnlich ab. Roggen fiel mit 37,0 bis 42,9 l Ethanol/dt deutlich ab. Geringere Stärkegehalte und die höheren Anteile an Pentosanen sind dafür verantwortlich. Wintergerste lieferte 35,2 bis 41,1 l/dt Trockenmasse. Mais brachte bei niedrigen Proteinwerten (6,9 bis 11,5 %) die höchsten Ethanolausbeuten (42,3 bis 48,1 l/dt Trockenmasse). Allerdings limitieren die niedrigen Proteingehalte einen noch stärkeren Einsatz von Mais. Denn für das erzeugte Futtermittel ActiProt wird ein Proteingehalt von mindestens 30 % in der Frischmasse garantiert.
Ethanolausbeute (Genotypisch): Die genotypische Variation der Ethanolausbeute beträgt im untersuchten Weizensortiment 2,1 l/dt und bei Triticale 2,4 l/dt Korntrockenmasse. Überdurchschnittliche Ethanolausbeuten wiesen die Weizensorten Papageno, Balaton und Fidelius (Trockengebiet) bzw. Toras, Papageno, Winnetou, Jenga, Plutos, Manhattan, Megas, Belmondo, Chevalier und StWW-01 (Feuchtlagen) auf. Bei Triticale nehmen die Zuchtlinien StWT-1 und StWT-5 und die Sorten Tulus, Cosinus, Presto, Tremplin, Triamant, Mungis und Polego die vorderen Ränge ein. Zweizeilige Wintergersten wie Reni, Hannelore, Gudrun und Eufora liefern aufgrund etwas höherer Stärkewerte auch um 1 bis 2 l/dt mehr Ethanol als die Mehrzeiligen. Bei Mais kann die Ausbeute durch die Wahl geeigneter Sorten durchschnittlich um 1,6 l/dt (2. Reifegruppe) bzw. 2,8 l/dt (3. Reifegruppe) angehoben werden. Konform dem Stärkegehalt ist die Ethanolausbeute bei später reifenden Maissorten tendenziell besser. In der 3. Reifegruppe waren ES Fortress, DK 391, DKC3511, Benicia, DK315, Talentc und DKC4005 erfolgreich. Im mittelfrühen Sortiment dominierten DKC3476, Moncada, PR39T45 und Delitop. Hohe Gärgeschwindigkeiten und kurze Verzögerungszeiten erlauben eine bessere Ausnutzung der Anlage, was sich auf die Wirtschaftlichkeit positiv auswirkt. Mit durchschnittlich 0,74 bis 0,79 g CO2/h unterscheiden sich Weizen, Triticale und Mais darin nur wenig.
Stärkeertrag, Ethanolertrag: Die Kornerträge bzw. ein genetisch hohes Ertragspotenzial sind für die Wirtschaftlichkeit der Erzeugung von Ethanolgetreide bedeutsam (aus der Sicht des Landwirts). Innerhalb der Pflanzenart beeinflusst der Kornertrag den Stärke- und Ethanolertrag mehr als die für die Verarbeitungsindustrie wesentlichen Kriterien (Stärkegehalt, Ethanolausbeute). Die Stärkeerträge von Weizen, Triticale und Mais waren zu mehr als 79 % von den Kornerträgen bestimmt. Ein geringer Kornertrag ist durch einen hohen Stärkegehalt bzw. eine überdurchschnittliche Ethanolausbeute in der Regel nicht kompensierbar. Die Ethanolerträge variierten in Abhängigkeit von der Pflanzenart, Sorte, Bodengüte, Produktionsintensität und der Witterung in weiten Bereichen von 1571 bis 4766 l/ha (Winterweizen), 2188 bis 4285 l/ha (Wintertriticale), 1796 bis 3395 l/ha (Wintergerste), 1853 bis 2965 l/ha (Winterroggen) und 3357 bis 6431 l/ha (Mais).
Beziehungen zwischen indirekten und direkten Parametern (Intervarietal, relevant für die Züchtung): Die Auswertung mehrerer Versuchsserien der Jahre 2005/06 bis 2008/09 zeigt intervarietale (zwischensortliche) Korrelationskoeffizienten zwischen Protein- und Stärkegehalt von -0,44 bis -0,82** (Winterweizen), -0,24 bis -0,74** (Wintertriticale) und -0,59** bis -0,72** (Mais). Der Einfluss hoher Stärkeanteile auf entsprechende Ethanolausbeuten ist zumindest bei Weizen (r = 0,64* bis 0,90**) und Mais (r = 0,78** bis 0,91**) noch ausgeprägter. Die wertvollste Information liefern die auf mehrjährigen Ergebnissen basierenden adjustierten oder arithmetischen Mittelwerte und daraus berechnete Beziehungen. Die Korrelationskoeffizienten zwischen Stärkegehalt und Ethanolausbeute betragen: Winterweizen Trockengebiet r = 0,96**, Winterweizen Feuchtlagen r = 0,97**, Wintergerste r = 0,87**, Winterroggen r = -0,28 n.s., Wintertriticale r = 0,91**, Mais 2.
Reifegruppe r = 0,84**, Mais 3. Reifegruppe r = 0,80*. Demnach ist die Züchtung auf hohen Stärkeanteil (bzw. niedrigen Proteingehalt) für überdurchschnittliche Ethanolausbeuten am effizientesten. Eine Selektionsstrategie, die großen Wert auf hohe Tausendkorn- und Hektolitergewichte legt, erscheint nicht zweckmäßig. Bei Roggen variierte die Ethanolausbeute hingegen weitgehend unabhängig vom Protein- und Stärkeanteil (r = -0,25 n.s. bzw. -0,28 n.s.). Dies könnte auf den Einfluss roggenspezifischer Pentosane und die geringere genotypische Varianz des untersuchten Materials zurückzuführen sein.
Beziehungen zwischen indirekten und direkten Parametern (Intravarietel, relevant für landwirtschaftliche Erzeugung):
Winterweizen, pannonisches Trockengebiet (11 bis 18 Versuche, 9 Sorten): Von den indirekten Qualitätskriterien wirkt sich der Proteingehalt die Variation des Stärkeanteils am deutlichsten aus. Dennoch ist die Beziehung bei manchen Sorten statistisch nicht signifikant (r = -0,36 n.s. bis -0,82**). Eine innersortliche Steigerung des Tausendkorngewichtes hatte tendenziell höhere Stärkewerte zur Folge (r = 0,07 n.s. bis 0,68*). Dabei dürfte der Umstand eine Rolle spielen, dass heiße und trockene Witterung im Allgemeinen ein kleinkörniges und proteinreiches Erntegut nach sich zieht (partielle Wirkungen). Das Hektolitergewicht zeigt intravarietal keinen relevanten Zusammenhang mit dem Stärkegehalt.
Winterweizen, Feuchtlagen (20 Versuche, 8 Sorten): Innersortlich (intravarietal) hängt der Stärkegehalt großteils von Schwankungen des Proteingehaltes ab (r = -0,67** bis -0,92**). Die Korngröße hat auf die Stärkeausbeute zumeist keinen nennenswerten Einfluss (r = -0,15 n.s. bis 0,48*). Im Gegensatz zu Triticale ist ein hohes Hektolitergewicht dem Stärkegehalt tendenziell abträglich (r = -0,20 n.s. bis -0,57**). Eine mögliche Erklärung dafür ist, dass glasige und proteinreiche Partien häufig höhere Hektolitergewichte zeigen als mehlige. Frühzeitiges Lager sollte dennoch vermieden werden.
Wintertriticale (11 bis 19 Versuche, 5 Sorten): Der Stärkeanteil wird überwiegend von der Variation des Proteingehaltes (r = -0,70** bis -0,88**) bestimmt. Höhere Tausendkorn- und Hektolitergewichte wirken sich mehrheitlich günstig aus. In Regionen mit kühleren Julitemperaturen und geringerer Belastung durch Abreifepilze, beispielsweise im Mühl- und Waldviertel, werden erwartungsgemäß höhere Werte erzielt als im Trockengebiet oder Alpenvorland.
Versuchsserie mit Stickstoff- und Fungizidvarianten bei Weizen: Das Strobilurinfungizid (Präparat Champion + Diamant, Wirkstoffe Boscalid + Epoxiconazol + Pyraclostrobin + Fenpropimorph) sicherte durchschnittlich +6,2 dt/ha in der niedrigen und +8,6 dt/ha Kornertrag in der höheren N-Stufe. Die Steigerung von 100 auf 140 kg N/ha brachte +3,4 dt/ha (ohne Fungizideinsatz) bzw. +5,8 dt/ha (mit Fungizideinsatz) Ertrag. Die Variante mit zusätzlich 30 kg N/ha während des Schossens (insgesamt 170 kg N/ha) war mit +2,3 dt/ha weniger erfolgreich (Mittel aus 7 Versuchen). Die höhere N-Stufe (140 kg N/ha) ließ den Proteingehalt um +0,6 % ansteigen. Eine um 0,8 % verminderte Stärkeausbeute war die Folge. Dennoch wird eine N-Gesamtmenge von 90 oder 100 kg/ha in der Mehrzahl der Fälle das ökonomisch sinnvolle Optimum unterschreiten.
Direkter Vergleich von Wintertriticale und Weizen: Im dreijährigen Mittel übertrafen die Triticalesorten Polego und Triamant die Weizensorten Manhattan, Mulan und Winnetou im Kornertrag um +4 bis +6 % und im Stärkeertrag um +3,5 dt/ha (ohne Fungizid) bzw. +2,7 dt/ha (mit Fungizid). Die Differenzen sind im Alpenvorland deutlicher ausgeprägt als im pannonischen Trockengebiet und auf tiefgründigen Braunerdeböden des Waldviertels. Allerdings können die Interaktionen von Jahr und Getreideart gravierend ausfallen. Für Ethanolweizen der Ernte 2010 wird ein Preis offeriert, der zwischen Mahl- und Futterweizen liegt. Der Erzeugerpreis von Ethanoltriticale orientiert sich am Preis für Mahlweizen abzüglich 10 €/t. Ein wirtschaftlicher Anbau von Ethanoltriticale ist vor allem auf Böden mittlerer und geringerer Güte, die für Weizen nicht oder eingeschränkt geeignet sind, möglich.
Wirkung von Auswuchs auf die Ethanolausbeute bei Weizen: Das Keimen der Körner auf der Ähre ist das Ergebnis des komplexen Zusammenwirkens von Witterungsfaktoren, Sorteneigenschaften und Maßnahmen des Landwirts. Feuchte Witterung während der Reife ist die Hauptursache für eine höhere Aktivität der α-Amylase und Auswuchs. Die Analysen belegen, dass selbst ein Anteil von mehr als 10 % ausgewachsener Körner die Ethanolausbeute nicht reduzierte.
Anwendung der NIT (Nah-Infrarot-Transmission)-Technik: Eine NIT-Kalibration für die Schnellanalyse des Stärkegehaltes wäre der Qualitätsproduktion dienlich. Wie in den beiden Vorjahren kam der „Infratec 1241 Ganzkorn-Analysator“ der Fa. Foss Analytical zum Einsatz. Grundlage der Kalibrationen waren die nach der Methode Ewers analysierten Stärkegehalte. Insgesamt wurden 163 Proben von Winterweizen und 42 von Wintergerste einbezogen. Die Daten belegen eine für züchterische Zwecke akzeptable Übereinstimmung zwischen Referenz- und NIT-Stärkegehalt.
Fusariumpilze und Mykotoxinbelastung: Fusarium spp. und die von ihnen gebildeten Toxine (z.B. Deoxynivalenol, Zearalenon) können bei einigen Getreidearten sowie Mais große Schäden bewirken. Weil sich die Mykotoxine während des Produktionsprozesses in der Schlempe anreichern, müssen die Rohstoffe diesbezüglich die Standards von Lebens- und Futtermitteln erfüllen. Im Weizensortiment bestehen deutliche Unterschiede in der Anfälligkeit gegen Ährenfusarium. Über die Reaktion von in Österreich registrierten Triticalesorten gegenüber Ährenfusarium ist wenig bekannt. Bei natürlicher Infektion sind die Symptome meist unauffällig. Deshalb wird überlegt, zur Sortenbewertung die Gehalte an Toxinen oder Pilz-DNA heranzuziehen. Auf Basis von mindestens zweijährigen Beobachtungen werden ab 2011 aktuelle Maissorten hinsichtlich ihrer Anfälligkeit für Kolbenfäule eingestuft.
Die Ergebnisse bei Weizen, Triticale, Roggen, Wintergerste und Mais zeigen statistisch signifikante Einflüsse von Arten, Sorten, Standorten, Stickstoffdüngung und Fungizideinsatz für die Eignung zur Ethanolerzeugung auf. Für den Landwirt stehen bei der Erzeugung von Ethanolgetreide ein hoher Kornertrag, ein gesundes Korn, ein niedriger Protein- und ein hoher Stärkegehalt im Vordergrund seiner Bemühungen. Bei Winterweizen, Wintertriticale, Wintergerste und Mais war zumeist ein deutlicher Zusammenhang von Stärkegehalt und Ethanolausbeute gegeben (Abbildung 42, Abbildungen 44 bis 49). Für Weizensorten im Verfahren auf Sortenzulassung ist beabsichtigt, das Merkmal Stärkegehalt in das reguläre Untersuchungsprogramm zu integrieren. Die Beziehung von Proteingehalt und Ethanolausbeute war demgegenüber schwächer ausgeprägt (Abbildung 43). Hinsichtlich der Ethanolausbeute ist Triticale dem Weizen weitgehend ebenbürtig.
| | Kurzfassung (englisch) | The directive 2009/28/EC from April 23, 2009, necessitates that all EU Member States reach a mandatory minimum goal of 10% for the share of biofuels in transport petrol and diesel fuel consumption by 2020. Starting October 1, 2008, 5.75 percent of the total energy content of all fuel used for transportation in Austria must be substituted with biofuel. In order to achieve this target, pure biodiesel, SuperEthanol E85 and diesel and petrol mixed with lower percentages of biofuels can all be used. The factory Pischelsdorf near Tulln started operations in June 2008. Up to 500,000 tons of cereals (mostly wheat, secondarily triticale) and maize (wet maize, dry maize) are processed yearly into about 200,000 m3 of ethanol and 170,000 t DDGS. The raw material comes primarily from the Austrian market.
The zymotechnical quality is defined as gain of ethanol per unit of weight of raw material; therefore a higher starch content in the kernel is essential. Furthermore, a favourable marketing of the by-product DDGS (Distillers Dried Grains with Solubles, ActiProt) is essential for economic efficiency. As mycotoxins (e.g. deoxynivalenol, zearalenone) accumulate in DDGS 2.5- to 3-fold, low toxin contents in the raw material are prerequisite.
This final report of the project 100197 (GEMBEOL) contains results from the years 2004/05 to 2008/09 (e.g. protein content, starch content, starch yield) and 2005/06 to 2007/08 (e.g. ethanol gain, ethanol yield, fermentation speed, delay time). Starch content was determined to be the main indirect parameter of ethanol gain. The analysis of fermentable starch or “fermentable substance“ (ANDE et al., 1998; LEITERER et al., 2008) is not urgently necessary.
Starch content (total range): The experiments on winter wheat show a range of the starch content from 62.8 to 74.6 % (= 11.3 %) in the dry matter. In the case of triticale, the values scatter between 62.3 and 75.3 % (= 13.0 %). For rye the results differ from 60.0 to 65.1 %, with a lower number of samples. Winter barley, because of its husk content, displayed a lower level (56.1 to 64.1 %). The kernels of maize showed the highest starch content, with 68.5 to 77.0 % (= 8.5 %).
Starch content (genotypic variance): The genotypic variation of starch percentage represents 3.1 % for wheat and 5.1 % for triticale. For maize the varieties differ by 2.9 % for the 2nd maturity group and 4.4 % for the 3rd maturity group. Concerning wheat, which was tested in the pannonic zone, the varieties Papageno, Fidelius and Balaton had higher starch content. In the humid areas Papageno, Jenga, Vitus, Winnetou, Plutos, Pedro, Toras, Augustus, Henrik and the breeding lines StWW-1, StWW-7 and StWW-8 dominated. In the case of triticale, StWT-1 and StWT-5 as well as the varieties Cosinus, Trimmer, Tulus, Mungis, Triamant, Agrano and Polego showed maximum starch contents. On account of the lower husk fraction, two-row winter barleys like Eufora, Gudrun, Hannelore and Reni yield more starch than six-row barleys. For rye, varieties with a medium thousand kernel weight and low protein content, like Evolo and Visello, yield more starch. The seven proved genotypes differ by only about 1.5 %. Varieties of maize with a late maturity, like ES Fortress, Benicia, DKC3511, DK 391, DK315, DKC4005 and Crispi (3rd group, FAO 300 to 340), are more efficient in accumulation of starch than varieties with earlier maturity, like DKC3420 and PR38B12 (FAO 280 to 290). In the 2nd maturity group, DKC3476, Moncada, Fantastic, DKC3759, PR39T45, Delitop and ES Beatle (FAO 260 to 280) did comparatively the best.
Bioethanol gain (total range): The ethanol gain is the determining characteristic for quality. It varies widely for wheat by a range of 384 to 459 l t-1 dry matter. Triticale performs similarly with 394 to 462 l t-1. Rye falls behind with 370 to 429 l ethanol t-1. Low starch contents and higher pentosane concentration are responsible for this. Winter barley obtains 352 to 411 l t-1 dry matter. Maize produces high ethanol gains (423 to 481 l t-1) with lower protein contents (6.9 to 11.5 %). Certainly the low protein content limits a higher utilisation of maize, because for the produced animal feed ActiProt, a protein content at least of 30 % in fresh weight is guaranteed.
Bioethanol gain (genotypic variance): The genotypic variation of ethanol gain in the analyzed wheat varieties averages 21 l t-1 and 24 l t-1 dry matter for triticale. Above-average ethanol gain was shown by the wheat varieties Papageno, Balaton and Fidelius (pannonic zone) and Toras, Papageno, Winnetou, Jenga, Plutos, Manhattan, Megas, Belmondo, Chevalier and StWW-01 (humid regions). For triticale the breeding lines StWT-1, StWT-5 and the varieties Tulus, Cosinus, Presto, Tremplin, Triamant, Mungis and Polego are higher ranking in terms of ethanol gain. Due to their slightly higher starch content, two-row winter barley such as Reni, Hannelore, Gudrun and Eufora also deliver about 10 to 20 l t-1 more ethanol than six-row barley. For maize the ethanol gain can be increased by an average of 16 l t-1 (2nd maturity group) and 28 l t-1 (3rd maturity group) by selecting the appropriate varieties. Corresponding to the starch content the ethanol gain for later maturity maize varieties tends to be better. In the 3rd maturity group ES Fortress, DK 391, DKC3511, Benicia, DK315, Talentc and DKC4005 were successful. In the mid-early maturity group DKC3476, Moncada, PR39T45 and Delitop dominated. A high fermentation speed and short delay time allow for better system utilisation, which increases the cost-effectiveness. But on average wheat, triticale and maize differ in this regard only marginally between 0.74 to 0.79 gram CO2 h-1.
Starch yield, Ethanol yield: The grain yield and/or a genotypic high yield potential are significant for the profitability of the cereal production for purpose bioethanol (from the point of view of the farmer). Within the plant species the grain yield has a higher influence on the starch yield and ethanol yield than do the criteria which are important for the processing industry (starch content, ethanol gain). The starch yields of wheat, triticale and maize were determined by the kernel yields in more than 79 % of the cases. A low kernel yield cannot normally be compensated by a high starch content and/or an above-average ethanol gain. The ethanol yields vary depending on plant species, variety, soil quality, production intensity and weather from between 1571 and 4766 l ha-1 (winter wheat), 2188 and 4285 l ha-1 (winter triticale), 1796 and 3395 l ha-1 (winter barley), 1853 and 2965 l ha-1 (winter rye) and 3357 and 6431 l ha-1 (maize).
Relationships between indirect and direct parameters (intervarietal, relevant for breeding): The evaluation of several series of experiments from the years 2005/06 to 2008/09 shows an intervarietal correlation coefficient between protein and starch content of -0.44 to -0.82** (winter wheat), -0.24 to -0.74** (winter triticale) and -0.59** to -0.72** (maize). The influence of high starch content on corresponding ethanol gain is more pronounced, at least for wheat (r = 0.64* to 0.90**) and maize (r = 0.78** to 0.91**). Adjusted and arithmetic means based on results of several years as well as calculated relationships deliver the most valuable information. The correlation coefficients between starch content and ethanol gain are: winter wheat pannonic zone r = 0.96**, winter wheat humid regions r = 0.97**, winter barley r = 0.87**, winter rye r = -0.28 n.s., winter triticale r = 0.91**, maize 2nd maturity group r = 0.84** and maize 3rd maturity group r = 0.80*. According to this the breeding with high starch content (and/or low protein content) is most efficient for above-average ethanol gains. A selection strategy that sets a high value on high thousand-seed weight and hectolitre weight does not appear to be purposeful. However, for rye the ethanol gain varied widely independently from protein or starch content (r = -0.25 n.s. resp. -0,28 n.s.). This, however, could be attributed to the influence of rye-specific pentosans and the low genotypic variance of the analyzed sources.
Relationships between indirect and direct parameters (intravarietal, relevant for agricultural production):
Winter wheat, pannonic zone (11 to 18 trials, 9 varieties): Out of all the indirect quality parameters, the protein content impacts the variation of the starch content most significantly. Nevertheless the relationship of some varieties is statistically (r = -0.36 n.s. to -0.82**) insignificant. An intravarietal increase of the thousand kernel weight caused tendentially higher starch content (r = 0.07 n.s. to 0.68*). In this case it might be an issue that hot, dry weather generally brings about a small-kernel and protein-rich harvest (partial effect). The hectolitre weight does not display a relevant relationship to the starch content.
Winter wheat, humid regions (20 trials, 8 varieties): Within each variety the starch content predominantly depends on fluctuations of the protein content (r = -0.67** to -0.92**). The grain size shows no significant influence on starch gain (r = -0.15 n.s. to 0.48*). Contrary to triticale a high hectolitre weight tends to be harmful to the starch content (r = -0.20 n.s. to -0.57**). A possible explanation for this fact is that glassy kernels and protein-rich particle areas also often show higher hectolitre weight than floury kernels do. Thus premature storage should be avoided.
Winter triticale (11 to 19 trials, 5 varieties): The starch content is predominantly determined by the variation of protein content (r = -0.70** to -0.88**). A higher thousand-seed and hectolitre weight most often have a positive effect. In regions with cooler July temperatures and fewer attacks by late season fungi, such as in the Mühl- and Waldviertel, higher values are expected to be achieved than in a pannonic zone or in the foothills of the Alps.
Trial series with variants of nitrogen und fungicides on wheat: The strobilurin fungicide (Preparation Champion + Diamant, active substance Boscalid + Epoxiconazol + Pyraclostrobin + Fenpropimorph) provided on average +0.62 t ha-1 yield in the variant with a lower nitrogen supply-unit and +0.86 t ha-1 in the variant with a higher nitrogen supply-unit. The increase from 100 to 140 kg nitrogen per hectare produced a yield of +0.34 t ha-1 (without fungicide application) and +0.58 t ha-1 (with fungicide application). The varieties with an additional 30 kg N ha-1 during shooting (a total of 170 kg N ha-1) yielded only +0.23 t ha-1 and were not as successful (mean from 7 trials). The higher nitrogen supply-unit (140 kg N ha-1) increased the protein content by about 0.6 %. The consequence was a starch content lowered by about 0.8 %. Nevertheless a total quantity of 90 or 100 kg ha-1 nitrogen will fall short of optimal profitability in most cases.
Comparison of wintertriticale and wheat: On average over the three-year period, the triticale varieties Polego and Triamant exceeded the wheat varieties Manhattan, Mulan und Winnetou in the kernel yield
(+4 to +6 %) and in the starch yield (+0.35 t ha-1 (without fungicide) respectively +0.27 t ha-1 (with fungicide).The differences are more obvious in the foothills of the Alps than in the pannonic region and on deep brown earth soils of the Waldviertel. However, the interactions of year and cereal species may be serious. For the ethanol wheat harvest 2010 the price will lie between that of milling and feeding wheat. The producer price of ethanol triticale orients itself to the milling wheat price minus 10 € t-1. An economic cultivation of ethanol triticale is mainly possible on soils of middle and lower quality, which are not suitable for wheat or only suitable to a certain degree.
Effect of pre-harvest sprouting on the ethanol gain of wheat: Sprouting of kernels on the ear is the result of complicated interactions between climatic conditions, varietal properties and agricultural treatment. Wet weather during maturity is the chief cause of a higher activity of α-amylase and pre-harvest sprouting. The analyses show that even a fraction of more than 10 % sprouted kernels did not reduce the ethanol gain.
Application of NIT (near infrared transmission) technique: An NIT calibration curve for the rapid analysis of starch content would be useful for high-quality production. As in the last two years, the “Infratec 1241 grain analyzer” from the company “Foss Analytical” was used. The basis for the calibrations was the starch content, which was analyzed using the Ewers method. In total 163 probes of winter wheat and 42 of winter barley were included. The data show an accordance between reference and NIT starch content that is acceptable for breeding purposes.
Fusarium fungi and contamination with mycotoxins: Fusarium and its toxins (eg. Deoxynivalenol and zearalenone) can cause severe damages to some cereal species and maize. Because they accumulate during the production process in DDGS, the raw materials have to fulfil the same requirements as food and animal feed. In wheat varieties there are pronounced differences in susceptibility to Fusarium head blight. Knowledge about the reaction of triticale cultivars to Fusarium is limited. When observing natural infection the symptoms are mostly unnoticeable. Thus we are considering using the data on toxins or the fungal-DNA to classify the varieties. On the basis of minimum two-year observations beginning with 2011 current cultivars of maize will be evaluated with regard to their susceptibility to ear rot.
The results for wheat, triticale, rye, winter barley and maize show a statistically significant influence of species, variety, location, nitrogen fertilizing and fungicide-application on suitability for ethanol production. For the farmer, a high yield, a healthy kernel, low protein and high starch content are central factors for the production of ethanol cereals. For winter wheat, triticale, winter barley and maize a mostly significant relationship between starch content and ethanol gain could be seen (Figure 42, Figure 44 to 49). For wheat varieties in the process of variety registration we are intending to integrate the characteristic starch content into the normal experimental procedure. The relationship between protein content and ethanol gain, on the other hand, was lower (Figure 43). With respect to ethanol gain, triticale is largely equal to wheat. | | Berichtsdokumente/Anlagen |  Endbericht Kurzfassung (1370,57 kB) |
| Publikationen durch ProjektleiterIn | Genetische und umweltbedingte Variation des Stärkegehaltes von Weizen und Triticale in Hinblick auf die Bioethanolerzeugung (448,26 kB)
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 Schriftenreihe 21/2010
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