Sergey Banadysev, doktor i landbruksvitenskap,
LLC "Doka - Gene Technologies"
Denne sesongen er det signaler fra forbrukere om den bitre smaken av poteter uten synlig grønning av knollene. Årsaken til bitterheten i smaken er innholdet av glykoalkaloider over 14 mg/100 g.
Glykoalkaloider (GCA) er naturlig forekommende, bittert smakende, varmebestandige giftstoffer i mange plantearter, inkludert poteter. De har soppdrepende og pesticide egenskaper og er et av de naturlige forsvarene til planter.
Det er nå bevist at potetglykoalkaloider i terapeutiske konsentrasjoner har mange gunstige egenskaper for menneskers helse: antitumor, antimalaria, antiinflammatorisk osv. Teknologier for kommersiell utvinning av disse stoffene under industriell bearbeiding av poteter er under utvikling, men dette er et eget emne for publikasjoner, og målet er oppsummert nedenfor. informasjon - skissere tilgjengelige alternativer for å forhindre overdreven akkumulering av glykoalkaloider i matpoteter.
De viktigste HCAene som finnes i potetknoller er α-solanin og α-chakonin (fig. 1), som utgjør ca. 95 % av det totale innholdet av glykoalkaloider i denne plantearten.
Solanin og chakonin er nitrogenholdige steroidalkaloider som bærer den samme aglykonen, solanidin, men som er forskjellige i sidekjeden til trisakkaridet. Trisakkaridet i α-solanin er galaktose, glukose og rhamnose, mens det i α-chakonin er glukose og to rester.
rhamnose. En vanlig potetknoll inneholder i gjennomsnitt 10-150 mg/kg glykoalkaloider, mens en grønn inneholder 250-280 mg/kg, og en grønn skall inneholder 1500-2200 mg/kg. Innholdet av glykoalkaloider i kommersielle potetknoller er relativt lavt, og
fordeling i knollen er ikke jevn. De høyeste nivåene er begrenset til peelingen, mens de laveste nivåene finnes i kjerneområdet. HCA finnes alltid i knoller, og ved doser opp til 100mg/kg kombineres de for å bidra til den gode smaken til poteter.
Pommes frites og potetgull inneholder vanligvis HCA-nivåer på henholdsvis 0,04-0,8 og 2,3-18 mg/100 g produkt. Peel-produkter er relativt rike på glykoalkaloider (henholdsvis 56,7-145 og 9,5-72 mg/100 g produkt). Produksjonen av potetprodukter omfatter vask, skrell, kutting, blanchering, tørking og steking. Den største mengden glykoalkaloider fjernes under rengjøring, blanchering og steking, og spiseklare pommes frites inneholder kun 3-8 % glykoalkaloider sammenlignet med råvarer, med den viktigste ødeleggelsen av HCA under steking. Det er bevist at peeling vanligvis fjerner det meste av glykoalkaloidene i spiselige knoller. Poteter tilberedt med skallet på kan bli mer bitre enn de som ikke har blitt skrellet på grunn av migrering av glykoalkaloider inn i kjøttet under kokeprosessen. Koking reduserer nivået av HCA bare med 20 %, baking og mikrobølgeovn reduserer ikke innholdet av glykoalkaloider, siden den kritiske temperaturen for dekomponering av HCA er ca. 170°C.
Tilfeller av HCA-forgiftning i poteter i hele observasjonshistorien er sjeldne. Imidlertid bør mulige symptomer som kvalme, oppkast, diaré, mage- og magekramper, hodepine, feber, rask og svak puls, rask pust og hallusinasjoner nevnes. Den toksiske dosen av HCA for mennesker er 1-5 mg/kg kroppsvekt, og den dødelige dosen er 3-6 mg/kg kroppsvekt ved oral administrering. Derfor har de fleste utviklede potetdyrkingsland satt grenser for glykoalkaloider på 20 mg/100 g ferskvekt og 100 mg/100 g tørrvekt som sikre grenser i spiselige knoller.
Det er kjent at potetknoller med HCA 14 mg/100 g allerede er litt bitre, mens
svie i halsen og munnen er forårsaket av konsentrasjoner større enn 22 mg/100 g. Derfor er den beste retningslinjen for forbrukere: "Hvis poteten smaker bittert, ikke spis den."
På stadiet med dyrking, lagring og salg av poteter er det viktig å forhindre akkumulering av potensielt farlige konsentrasjoner av HCA i knoller.
Opphopningen av HCA skjer uunngåelig i knollene, men aktiveres gjentatte ganger under påvirkning av sollys. Belysning fører også til dannelse av klorofyll og resulterende grønnere hud på knollene. Dette er selvstendige prosesser med ulike konsekvenser. Klorofyll er helt ufarlig og smakløst. Samtidig signaliserer greening en langvarig eksponering for lys og følgelig opphopning av glykoalkaloider som har skjedd. Poteter som har blitt grønne blir vanligvis ikke solgt eller tatt ut av hyllene så snart fargeendringen blir merkbar. Det høye innholdet av glykoalkaloider forårsaker klager fra forbrukere og reduserer den kommersielle verdien av produktene som selges. En vanskelig sak notert i inneværende sesong, nemlig den bitre smaken av poteter uten tegn på synlig grønnhet, fortjener en separat forklaring og analyse av mulige årsaker.
Siden potetgrønning er hovedårsaken til forringelse av potetkvaliteten i markedsføringsprosessen og et betydelig kommersielt problem, har alle funksjonene til dette fenomenet blitt studert ganske grundig. Samtidig ble det også innhentet mye ekspertinformasjon om akkumulering av HCA i knoller. Som underjordiske stengler er potetknoller ikke-fotosyntetiske planteorganer som mangler mekanismen for fotosyntese. Etter eksponering for lys omdannes imidlertid stivelsesholdige amyloplaster til kloroplaster i de perifere cellelagene i knollen, noe som forårsaker akkumulering av det grønne fotosyntetiske pigmentet klorofyll. Knollgrønning kan påvirkes av genetiske, kulturelle, fysiologiske og miljømessige faktorer, inkludert plantedybde, fysiologisk alder på knollene, temperatur, atmosfærisk oksygennivå og lysforhold. Hovedfaktorene som påvirker nivået av grønnere og akkumulering av glykoalkaloider er intensiteten og spektralsammensetningen av lys, temperatur, genetiske egenskaper til varianter.
Syntesen av klorofyll og HCA i knollen skjer under påvirkning av synlig lys bølgelengder fra 400 til 700 nm (fig. 2). Ifølge forskerne viser klorofyllsyntesen et maksimum ved 475 og 675 nm (henholdsvis blå og rød region), mens den maksimale syntesen av α-solanin og α-chakonin skjer ved 430 nm og 650 nm. Klorofyllsyntesen er minimal ved 525-575 nm, mens HCA akkumuleres minimalt ved 510-560 nm (grønt område). Disse forskjellene bekrefter antagelsen om forskjellige veier for biosyntese av klorofyll og HCA. Klorofyllkonsentrasjonen i potetknoller utsatt for blått lys (0,10 W/m2) var tre ganger høyere etter 16 dagers lagring sammenlignet med poteter utsatt for blått lys.
utsatt for rødt lys (0,38 W/m2). Fluorescerende lamper (7,5 W/m2) sender ut 1,9 ganger mer blått lys (400-500 nm) enn LED-lamper (7,7 W/m2), mens LED-lamper sender ut 2,5 ganger mer rødt lys (620-680 nm) enn lysstoffrør. Derfor kan det å bytte ut lysrør med LED-lamper i dagligvarebutikker redusere inntaket av de mest skadelige blå bølgelengdene.
Potetknoller lagret i mørke inneholder ikke klorofyll. Etter å ha kommet inn i lyset, bokstavelig talt i løpet av noen få timer, aktiveres spesifikke gener for å produsere en kjede av klorofyll- og HCA-synteseprodukter. Molekylær analyseteknologier gjør det mulig å identifisere strukturen til gener, og det viste seg at mekanismene for genetisk kontroll av disse prosessene har sortspesifisitet. Påvirkningen av monokromatiske LED-lamper med forskjellig og smal spektral sammensetning er studert. Lysregulering av landskapsforming av potetknoller ble utført under konstant belysning levert av lysdioder (LED). Lysbølgelengder B (blått, 470 nm), R (rødt, 660 nm) og FR (langt rødt, 730 nm) og WL (hvitt, 400-680 nm) ble brukt i 10 dager. Blå og røde bølgelengder var effektive til å indusere og akkumulere klorofyll, karotenoider og de to viktigste potetglykoalkaloidene, α-solanin og α-chaconine, mens ingen av dem akkumulerte i mørke eller under langt rødt lys. Nøkkelgener for klorofyllbiosyntese (HEMA1, som koder for det hastighetsbegrensende enzymet for glutamyl-tRNA-reduktase, GSA, CHLH og GUN4) og seks gener (HMG1, SQS, CAS1, SSR2, SGT1 og SGT2) som kreves for syntese av glykoalkaloider ble også indusert i hvitt, blått og rødt lys, men ikke i mørket eller med langt rødt lys (Fig.3,4,5). Disse dataene indikerer rollen til både kryptokrome og fytokrome fotoreseptorer i akkumulering av klorofyll og glykoalkaloider. Bidraget fra fytokrom ble ytterligere støttet av observasjonen at langt rødt lys kan hemme hvitt lys-indusert akkumulering av klorofyll og glykoalkaloider og assosiert genuttrykk.
Ulike varianter av poteter produserer klorofyll og grønn farge i forskjellige hastigheter, noe som er bekreftet av mange studier. For eksempel har Norge identifisert forskjeller i tilsynelatende fargeendringer mellom kultivarer og utviklet separate subjektive vurderingsskalaer for ulike kultivarer basert på nøyaktige målinger av klorofyll og farge. Visuelle fargeendringer av fire varianter av poteter lagret i 84 timer under LED-belysning er vist i fig. 6.
Den rødhudede sorten Asterix (Fig. 6a) viste en betydelig økning i fargevinkel, og gikk fra rød til brunlig, mens den gule sorten Folva (Fig. 6b) endret seg fra gulgrønn til grønngul. Den gule Celandie (fig. 6c) viste minst endring av alle fargeparametre ved eksponering for lys, mens den gule varianten Mandel (fig. 6d) endret farge betydelig, fra gul til gråaktig. I digital form ser grafen over fargeendringen til ulike potetsorter i lyset slik ut (fig. 7).
I dette forsøket viste alle varianter unntatt Mandel en signifikant økning i totale glykoalkaloider etter mer enn 36 timers lyseksponering. Men dynamikken til endringer og nivået av HCA-innhold varierer betydelig i forskjellige varianter: Asterix - fra 179 til 223 mg/kg, Nansen - fra 93 til 160 mg/kg, Rutt - fra 136 til 180 mg/kg, Celandin - fra 149 til 182 mg /kg, Folva - fra 199 til 290 mg/kg, Hassel - fra 137 til 225 mg/kg, Mandel - ingen endring (192-193) mg/kg.
I New Zealand ble hele den nasjonale variasjonen av poteter evaluert ut fra intensiteten av greening. Resultatene viste at mengden klorofyll i knoller etter 120 timers belysning i forskjellige varianter varierer med en størrelsesorden - fra 0,5 til 5,0 mg (fig. 8).
Viktige praktiske konklusjoner følger av denne ekspertinformasjonen. Under påvirkning av lys produseres klorofyll i poteten, som gir kjøttet en grønn farge, og skinnet en grønnaktig eller brunaktig fargetone. Ulike varianter av poteter utvikler ulike former for misfarging og med ulik hastighet. Den spektrale sammensetningen av lys endrer noe på dynamikken i klorofyllakkumulering, men muligheten for å bruke det fjerne røde spekteret, samt mørke (som ikke fører til klorofyllakkumulering), er ikke aktuelt for butikker som selger poteter. Det er varianter som akkumulerer 10 ganger mindre klorofyll under de samme lysforholdene. Dynamikken for akkumulering av glykoalkaloider skiller seg fra dynamikken til greening. Hovedforskjellen er at den opprinnelige mengden HCA i knoller før de kommer inn i handelen og begynnelsen av intensiv belysning ikke er lik null, i motsetning til klorofyll, og kan være ganske betydelig. Den lave intensiteten av grønning av mange varianter forutbestemmer en lengre tilstedeværelse av poteter i butikkhyllene, noe som fører til en høyere akkumulering av HCA.
Siden påstander om bitter smak ikke forekommer hvert år, må andre årsaker til økningen i nivået av glykoalkaloider i knoller, ikke på grunn av belysning eller sortsegenskaper på implementeringsstadiet, undersøkes. I praksis betyr det funksjonelle forholdet mellom greening og akkumulering av glykoalkaloider behovet for å analysere årsakene til greening. Produksjonsfaktorer som påvirker greening og HCA-akkumulering:
- Vekstforhold: Som underjordiske stengler kan knollene naturlig bli grønne i åkeren med utilstrekkelig jorddekning, gjennom sprekker i jorda, eller som følge av vind og/eller vanningsjorderosjon. Med dette i tankene bør poteter plantes dypt nok samtidig som det opprettholdes tilstrekkelig jordfuktighet for å sikre rask og jevn fremvekst. En proporsjonal økning i intensiteten av knollgrønning skjer med en økning i nitrogennormen i jorda fra 0 til 300 kg/ha. Samtidig bemerker forskerne at den doble normen av nitrogen under dyrking øker innholdet av glykoalkaloider med 10 % i enkelte varianter.Enhver miljøfaktor som påvirker vekst og utvikling av planter av nattskyggefamilien vil sannsynligvis påvirke innholdet av glykoalkaloider. Klima, høyde, jordtype, jordfuktighet, gjødseltilgjengelighet, luftforurensning, innhøstingstid, plantevernmiddelbehandlinger og eksponering for sollys spiller en rolle.
- Knollmodning ved høsting Effekten av modenhet ved høsting på grønningsfrekvens er kontroversiell. Unge poteter med glatt og tynt skall kan bli grønnere raskere enn mer modne knoller. Tidlig modne varianter kan vise større akkumulering av glykoalkaloider enn sent modne knoller, men det er bevis på det motsatte i spesifikke studier.
- Skade på knoller påvirker ikke akkumulering av klorofyll på noen måte, men provoserer akkumulering av HCA (nivået av HCA øker like mye som det gjør som følge av eksponering for lys (fig. 9).
- Lagringsforhold. Knoller som er lagret ved lave temperaturer er mindre utsatt for grønning og HCA-akkumulering. Potetskallvev ved 1 og 5 °C under fluorescerende lys viste ingen fargeendring etter 10 dagers lagring, mens vev lagret ved 10 og 15 °C ble grønt fra henholdsvis den fjerde og andre dagen. En lagringstemperatur på 20°C under belysning har vist seg å være optimal for klorofyllproduksjon, sammenlignet med de fleste butikker. Glykoalkaloider akkumuleres dobbelt så raskt ved 24°C enn ved 7°C i et mørkt rom, og lys akselererer denne prosessen enda mer.
- Emballasjematerialer. Valget av emballasje for butikker er en kritisk faktor for å kontrollere grønnere og akkumulering av HCA. Transparente eller gjennomskinnelige emballasjematerialer oppmuntrer til grønnere og HCA-syntese, mens mørk (eller grønn) emballasje bremser nedbrytningen.
Basert på de eksperimentelt påviste regelmessighetene, kan vi med sikkerhet konkludere med at det høyere nivået av glykoalkaloider i potetknoller i inneværende sesong sammenlignet med det vanlige nivået skyldes ugunstige forhold for avlingsdannelse. En lang periode med varme og tørke i juli - begynnelsen av september forsinket modningen av knoller og opptak av nitrogen, jorda i åsryggene i åkrene uten vanning sprakk. Begynnelsen av høsting fant sted på bakgrunn av overdrevent tørr jord og et stort antall harde klumper, noe som førte til økt skade på knoller. Deretter ble fangsttakten redusert på grunn av mye nedbør. Felter etter uttørking, dvs. uten å skygge for jordoverflaten, ventet de lenge på innhøsting. Disse ugunstige forholdene bidro både til at knollene ble grønnere og at det ble dannet mer enn vanlig mengder HCA i dem.
De mest effektive måtene å forhindre uønsket akkumulering av glykoalkaloider på kommer ned til en alvorlig begrensning av eksponeringen av knoller for lys under dyrking, lagring og salg, spesielt på bakgrunn av høye temperaturer. Landbrukspraksis som riktig plantedybde, dannelse av voluminøse rygger, optimale gjødselmengder brukes regelmessig i moderne potetproduksjonsteknologier. Umodne knoller inneholder høyere nivåer av solanin enn modne knoller. Derfor er det veldig viktig å ikke høste tidlig, tørke stilkene pålitelig og gi tilstrekkelig tid (to til tre uker) for knollene å modnes. Garantert å forhindre sprekkdannelse av ryggene er bare mulig ved hjelp av rettidig og tilstrekkelig periodisk vanning. Det er mulig å redusere konsekvensene av oppsprekking i førhøstingsperioden, etter innføring av tørkemidler, ved å rulle ryggene. For å gjøre dette masseproduseres spesialmaskiner for rullende rygger, for eksempel GRIMME RR 600, det er muligheter for å kombinere med defoliators (fig. 10). Imidlertid brukes de fortsatt ekstremt sjelden i den russiske føderasjonen. Samtidig er denne jordbruksmetoden enkel, billig, produktiv og effektiv. Nivået av HCA er sterkt påvirket av de kombinerte effektene av lyskvalitet, varighet og intensitet. Klorofyll er grønt fordi det reflekterer grønt lys samtidig som det absorberer rød-gult og blått. Dannelsen av klorofyll er mest intens under blå og oransjerød belysning (fig. 11). Under grønn belysning forekommer potetgrønning praktisk talt ikke, og under blått eller ultrafiolett lys skjer det i svak grad. Fluorescerende lys forårsaker mer grønt enn glødelamper. Seksjoner, oppbevaringsrom for poteter skal være svakt opplyst og kjølig. Eksponering av knoller i lagring for sollys bør unngås. Bruk lavwatts glødepærer og ikke la dem stå på lenger enn nødvendig. Jorda på overflaten av knollene gir en viss beskyttelse mot lyseksponering og landskapsforming. Vasket potet blir raskere grønne. Når en potet blir grønn, er den irreversibel og må sorteres før salg.
Moderne LED-teknologi (Light Emitting Diode) åpner for nye muligheter for å forhindre dannelse av solanin i alle stadier etter innhøsting av potetproduksjonen. Serieproduserte spesiallamper for potetindustrien, som opererer i spekteret 520-540 nm (fig. 12). Lys, oppfattet som grønt av det menneskelige øye, hindrer effektivt dannelsen av klorofyll og solanin og er dermed en avgjørende faktor for å bevare potetverdien under lagring og videreforedling. Slike lamper er spesielt effektive i områder med klargjøring før salg og lagring av pakkede poteter før salg. Og en generell regel til: Hold lagringstemperaturen rasjonelt lav og hold potetene tørre, da fuktighet øker lysintensiteten på huden.
Type og farge på emballasjematerialet påvirker intensiteten av HCA-akkumulering. Bortsett fra markedsføring og reklame, er det best å pakke potetene dine i mørkt papir eller mørke plastposer for å unngå eksponering for lys. Det er til og med en anbefaling om at emballasjematerialer for sensitive potetsorter bør ha en total lysgjennomgang på mindre enn 0,02 W/m2. Så lave nivåer av lysinntrengning er kun mulig når de er pakket i to-lags sort plast med aluminium. Grønne visningsposer av cellofan hemmer grønnere og fremmer ikke solanindannelse. Det er klart at slike anbefalinger faller inn i kategorien gode intensjoner når det gjelder detaljhandel med poteter. Emballasjefarger i handel velges kun i forbindelse med salgsfremmende tiltak.
Lysforholdene i detaljhandelen er også vanskelige å standardisere. Det er knapt noen kommersielle selskaper som designer belysning basert på det faktum at minst HCA-akkumulering og grønnere blir observert i 525-575 nm-spekteret. Selv en så nødvendig og enkel beskyttelsesmetode som å dekke poteter med lysisolerende materialer i friminutt, praktiseres sjelden av butikker.
Sammendraget ovenfor viser alle effektive forebyggende metoder for å kontrollere akkumulering av glykoalkaloider i potetknoller. Det har vært mange forsøk på å finne mer radikale metoder for nøytralisering: behandling med oljer, voks, overflateaktive stoffer, kjemikalier, vekstregulatorer og til og med ioniserende stråling, som i mange tilfeller har vist høy effektivitet. Disse metodene brukes imidlertid ikke i praksis på grunn av kompleksitet, høye kostnader og miljøproblemer.
Lyse utsikter er erklært av tilhengere av ny teknologi for redigering av genomet og "slå av" genene for syntese av klorofyll og HCA. Disse arbeidene utføres aktivt og grundig i mange land, der denne teknologien ikke er klassifisert som en GMO-variant (den er klassifisert i Russland), det er mange publikasjoner om dette emnet, men så langt er det ikke nødvendig å snakke om praktiske prestasjoner. Som med mange tidligere foreslåtte revolusjonerende avlsmetoder, blir den innledende euforien fra muligheten for å redigere genomet gradvis erstattet av en bevissthet om den ekstreme kompleksiteten til metabolske prosesser. Det er tilstrekkelig å se på diagrammet som viser de allerede identifiserte prosessene knyttet til syntesen av GCA og potetgenene som er involvert i disse prosessene (fig. 13). Til tross for den tilsynelatende klarheten i dette diagrammet, har gruppene av entusiastiske forskere som har tatt opp denne saken ennå ikke lykkes i å håndtere en så kompleks prosess med interaksjon mellom mange gener og produktene syntetisert av dem. Blokkering av tilsynelatende rent spesifikke, enkeltgener fører ikke bare til de forventede endringene i spesifikke nivåer av glykoalkaloider, men også betydelige endringer i dannelsen av andre biokjemiske produkter, som redigeringsoppgaven ikke var satt til.
Men selv uten å vente på fremtidige suksesser innen genomredigering, har alle kommersielle potetsorter som dyrkes i dag under normale forhold et lavt, absolutt trygt innhold av glykoalkaloider, på grunn av den konsekvente nedgangen i denne indikatoren under mange tiår med klassisk avlsarbeid. Når det gjelder varianter med en relativt langsom akkumuleringshastighet av klorofyll og grønning av skallet, er dette ikke en ulempe og ikke en grunn til å nekte dem. Men når du selger poteter, er det nødvendig å offisielt informere bransjeorganisasjoner om at sorten har en særegenhet for å forhindre for lang eksponering av knoller for lyset og de resulterende krav fra kjøpere om en uventet bitter smak i fravær av åpenbar grønning.