Influence of Climatic Conditions on the Biochemical Composition and Nutritional Value of Soybean Grain Varieties

Introduction: Soybean (Glycine max (L.) Merr.) is one of the principal grain legume crops in global agriculture and a strategic raw material for the food and feed industries due to its high protein and oil contents. However, a methodologically important gap remains in clarifying how cultivar characteristics, in combination with growing conditions in zones of unstable moisture supply, affect yield formation, protein and oil accumulation, and the expression of antinutritional factors, particularly trypsin inhibitor activity.

Purpose: To assess yield, biochemical composition, and technological grain traits of soybean cultivars from different maturity groups grown in southern Russia, and to identify genotypes that ensure stable productivity and grain quality under adverse climatic conditions.

Materials and Methods: Field trials were conducted in 2017–2019 at the experimental station of Stavropol State Agrarian University. The cultivars Lira (standard), Bara, Parus, Kora, Vilana, and Zara were evaluated. Protein and oil contents were determined according to current GOST standards (GOST 10846-91; GOST ISO 11085-2016), and trypsin inhibitor activity (TIA) according to GOST 33427-2015. Measurements were performed by near-infrared (NIR) spectroscopy using an MA-TRIX-I spectrometer, with spectra recorded over 3500–12500 cm⁻¹ at a resolution of 16 cm⁻¹ using OPUS software. Technological traits included test weight and 1000-seed weight (GOST 12042-80).

Results: The highest yield under unstable moisture conditions was obtained for the mid-season cultivar Zara (2.22 t/ha), exceeding the standard (Lira) by 0.39 t/ha. The early-maturing cultivar Kora showed the greatest ecological plasticity (bi = 1.51) and the highest combined protein and oil content (62.2%). The lowest trypsin inhibitor activity was recorded for Parus (19.8 mg/g). Overall, grain quality parameters of the studied cultivars met the requirements for soybean raw material used in food and feed applications.

Conclusion: The findings confirm pronounced cultivar-specific differences in soybean productivity and grain quality and support evidence-based cultivar selection for zones of unstable moisture supply: Zara as a high-yielding genotype, Kora as a highly plastic genotype with superior protein–oil traits, and Parus as a promising cultivar with reduced TIA. The results may inform breeding and technological support of soybean production for the food and processing industries.

1. Белышкина, М.Е., Кобозева, Т.П., Заренкова, Н.В., Федорова, З.С., & Демьяненко, Е.В. (2024). Структура, продуктивность и кормовая ценность надземной биомассы сои северного экотипа в условиях Центрального Нечерноземья. Агронаука, 2(1), 5–15. https://doi.org/10.24412/2949-2211-2024-2-1-5-1

2. Зайцев, Н.И., Ревенко, В.Ю., & Устарханова, Э.Г. (2020). Влияние погодных факторов на продуктивность перспективных линий сои в зоне неустойчивого увлажнения. Масличные культуры, 2(182), 62–69. https://doi.org/10.25230/2412-608X-2020-2-182-62-69

3. Зеленцов, С.В., Паспеков, Д.И., Тевченков, А.А., & Мошненко, Е.В. (2023). Эколого-географическая оценка селекционных линий сои Краснодарской селекции в условиях Липецкой области. Зернобобовые и крупяные культуры, 3(47), 34–41. https://doi.org/10.24412/2309-348X-2023-3-34-41

4. Кодирова, Г.А., Загуменная, Г.В., & Низкий, Е.С. (2024). Межсортовые различия содержания олигосахаридов в зерне сои. Аграрный вестник Урала, 24(10), 1312–1321. https://doi.org/10.32417/1997-4868-2024-24-10-1312-1321

5. Козлова, Е.И., Новак, М.А., & Яндьо, В.В. (2023). Региональные аспекты развития рынка сои на современном этапе. Вестник Воронежского государственного аграрного университета, 16(76), 213–220. https://doi.org/10.53914/issn2071-2243_2023_1_213-220

6. Литвиненко, О.В., и др. (2019). Перспективы использования новых сортов сои селекции Всероссийского НИИ сои в производстве соево-шоколадного напитка. Вестник МГТУ, 22(3), 413–420. https://doi.org/10.21443/1560-9278-2019-22-3-413-420

7. Литвиненко, О.В., Кубанкова, Г.В., & др. (2023). Результаты сравнительного изучения сортов сои по показателям биохимического состава зерна. Агронаука, 1(4), 62–70. https://doi.org/10.24412/2949-2211-1-4-62-70

8. Макаров, Д.В., Моргунов, Н.Л., Рудик, Ф.Я., Фоменко, О.С., & Семилет, Н.А. (2023). Разработка установки для инактивации зерна сои ультразвуком. Агропромышленные технологии России, 3(29), 116–128. https://doi.org/10.24888/2541-7835-2023-29-116-128

9. Николаев, С.И., Даниленко, И.Ю., Карапетян, А.К., & Бубуѐк, А.В. (2024). Сравнительная оценка химического и аминокислотного состава полножирной сои и зерна люпина. Известия НВ АУК, 5(77), 196–201. https://doi.org/10.32786/2071-9485-2024-05-21

10. Поминов, А.В., Левкина, А.Ю., Бычкова, В. В., Гусева, С. А., Бабушкин, Д.Д., Носко, О.С., & Калинин, Ю. А. (2021). Биохимическая оценка показателей качества зерна сортообразцов сои мировой коллекции ВИР в условиях Нижневолжского региона. АгроЭкоИнфо: Электронный научно-производственный журнал, (6). https://doi.org/10.51419/20216634

11. Поморова, Ю.Ю., Пятовский, В.В., & Серова, Ю.М. (2023). Биохимический состав семян сортов сои, возделываемых в различных регионах России, и аспекты его биологической ценности (обзор). Масличные культуры, 4(196), 84–96. https://doi.org/10.25230/2412-608Х-2023-4-196-84-96

12. Речкина, Е.А., Кох, Ж.А., Ханипова, В.А., & Воробьева, А.В. (2024). Перспективы использования вторичного соевого сырья в пищевом производстве. Ползуновский вестник, (3), 36–40. https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2024.03.005

13. Рустемова, А.Ж., & Ребезов, М.Б. (2023). Применение зернобобовой смеси для хлебобулочных изделий. Аграрная наука, 373(8), 137–142. https://doi.org/10.32634/0869-8155-2023-373-8-137-1

14. Синеговская, В.Т. (2023). Вклад фундаментальных исследований в совершенствование селекционного процесса при создании сортов сои на Амуре. Достижения науки и техники АПК, 37(6), 5–11. https://doi.org/10.53859/02352451_2023_37_6_5

15. Скрипко, О.В. (2020). Изучение функционально-технологических свойств белково-витаминных и белково-углеводных добавок на основе сои. Вестник КрасГАУ, (3), 150–156. https://doi.org/10.36718/1819-4036-2020-3-150-156

16. Тимошкин, О.А., Тимошкина, О.Ю., Данилов, М.В., & Фадеева, М.Ф. (2025). Новый скороспелый сорт сои для условий лесостепи Среднего Поволжья. Технические культуры. Научный сельскохозяйственный журнал, 2(5), 56–62. https://doi.org/10.54016/SVITOK.2025.41.99.008

17. Устарханова, Э. Г., Мацола, Н. А., & Зайцев, Н. И. (2019). Новый среднеспелый сорт сои Зара. Масличные культуры, 3(179), 165–167. https://doi.org/10.23670/IRJ.2019.90.12.078

18. Шаймерденова, Д. А., Чаканова, Ж. М., Махамбетова, А. А., Искакова, Д. М., & Есмамбетов, А.А. (2019). Способы получения зерновых основ для продуктов питания. Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий, 81(2), 230–238. https://doi.org/10.20914/2310-1202-2019-2-230-238

19. Вишнякова, М.А., Сеферова, И.В., & Самсонова, М.Г. (2017). Требования к исходному материалу для селекции сои в контексте современных биотехнологий (обзор). Сельскохозяйственная биология, 52(5), 905–916. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2017.5.905rus

20. Корнева, Н.Ю., & Литвиненко, О.В. (2023). Оценка качественного состава зерна сои, пригодного для производства пищевых добавок. Агронаука, 1(1), 158–164. https://doi.org/10.36718/1819-4036-2022-1-3-12

21. Banti, M. (2021b). Raffinose family oligosaccharides: Occurrence in food materials, nutritional implication and methods of analysis (Review). World Journal of Food Science and Technology, 5(3), 37. https://doi.org/10.11648/j.wjfst.20210503.112

22. Belobrajdic, D. P., James-Martin, G., Jones, D., & Tran, C. D. (2023b). Soy and gastrointestinal health: A review. Nutrients, 15(8), 1959. https://doi.org/10.3390/nu15081959

23. Deng, Z., & Kim, S. W. (2024). Opportunities and challenges of soy proteins with different processing applications. Antioxidants, 13(5), 569. https://doi.org/10.3390/antiox13050569

24. Eberhart, S. A., & Russell, W. A. (1966). Stability parameters for comparing varieties. Crop Science, 6(1), 36–40. https://doi.org/10.2135/cropsci1966.0011183x000600010011x

25. Guo, B., Sun, L., Jiang, S., Ren, H., Sun, R., Wei, Z., Hong, H., Luan, X., Wang, J., Wang, X., Xu, D., Li, W., Guo, C., & Qiu, L. (2022). Soybean genetic resources contributing to sustainable protein production. Theoretical and Applied Genetics, 135(11), 4095–4121. https://doi.org/10.1007/s00122-022-04222-9

26. Jamison, D. R., Chen, P., Hettiarachchy, N. S., Miller, D. M., & Shakiba, E. (2024). Identification of quantitative trait loci (QTL) for sucrose and protein content in soybean seed. Plants, 13(5), 650. https://doi.org/10.3390/plants13050650

27. Kasprowicz-Potocka, M., Gulewicz, P., & Zaworska-Zakrzewska, A. (2022). The content of raffinose oligosaccharides in legumes and their importance for animals. Journal of Animal and Feed Sciences, 31(3), 265–275. https://doi.org/10.22358/jafs/149656/2022

28. Kohli, V., & Singha, S. (2024). Protein digestibility of soybean: How processing affects seed structure, protein and non-protein components. Discover Food, 4(1). https://doi.org/10.1007/s44187-024-00076-w

29. Kumar, J., Anand, Srivastava, M. K., Amrath, P. K., & Sarkar, J. (2025). Soybean production technologies. In Soybean production technology. Springer. https://doi.org/10.1007/978-981-97-8677-0_7

30. Long, S., Ma, J., Piao, X., Li, Y., Rasmussen, S. H., & Liu, L. (2021). Enzyme-treated soybean meal enhanced performance via improving immune response, intestinal morphology and barrier function of nursery pigs in antibiotic-free diets. Animals, 11(9), 2600. https://doi.org/10.3390/ani11092600

31. Priyankka, A. L., & Shankar, S. (2024). Comparative evaluation of the antioxidant property value of rosemary essential oil blend soy protein-based edible films with varying film thickness. Interactions, 245(1). https://doi.org/10.1007/s10751-024-02055-0

32. Qin, J., Wang, F., Zhao, Q., Shi, A., Zhao, T., Song, Q., Ravelombola, W., An, H., Yan, L., Yang, C., & Zhang, M. (2022). Identification of candidate genes and genomic selection for seed protein in soybean breeding pipeline. Frontiers in Plant Science, 13, 882732. https://doi.org/10.3389/fpls.2022.882732

33. Zheng, L., Regenstein, J. M., Zhou, L., & Wang, Z. (2022). Soy protein isolates: A review of their composition, aggregation, and gelation. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 21(2), 1940–1957. https://doi.org/10.1111/1541-4337.12925

34. Chu, X., Yuan, B., Li, C., Qian, X., Yao, Y., Qiao, J., Guo, D., & Wang, Z. (2025). Genome-wide analysis of the FAD gene family in Solanum tuberosum L. reveals its involvement in cold stress tolerance. Frontiers in Plant Science, 16. https://doi.org/10.3389/fpls.2025.1736660