Sergey Banadysev, doktor i landbrugsvidenskab,
LLC "Doka - Gene Technologies"
I denne sæson er der signaler fra forbrugerne om kartoflers bitre smag uden synlig begrønning af knoldene. Årsagen til bitterheden i smagen er indholdet af glykoalkaloider over 14 mg/100 g.
Glycoalkaloider (GCA'er) er naturligt forekommende, bittert smagende, varmebestandige giftstoffer i mange plantearter, herunder kartofler. De har svampedræbende og pesticide egenskaber og er et af planternes naturlige forsvar.
Det er nu blevet bevist, at kartoffelglycoalkaloider i terapeutiske koncentrationer har mange gavnlige egenskaber for menneskers sundhed: antitumor, antimalaria, anti-inflammatorisk osv. Teknologier til kommerciel udvinding af disse stoffer under industriel forarbejdning af kartofler er under udvikling, men dette er et særskilt emne for publikationer, og målet er opsummeret nedenfor. information - skitsere de tilgængelige muligheder for at forhindre overdreven ophobning af glykoalkaloider i spisekartofler.
De vigtigste HCA'er indeholdt i kartoffelknolde er α-solanin og α-chaconin (Fig. 1), som tegner sig for omkring 95% af det samlede indhold af glykoalkaloider i denne planteart.
Solanin og chaconin er nitrogenholdige steroidalkaloider, der bærer den samme aglycon, solanidin, men adskiller sig i sidekæden af tri-saccharidet. Trisaccharidet i α-solanin er galactose, glucose og rhamnose, mens det i α-chaconin er glucose og to rester.
rhamnose. En almindelig kartoffelknold indeholder i gennemsnit 10-150 mg/kg glykoalkaloider, mens en grøn indeholder 250-280 mg/kg, og en grøn skræl indeholder 1500-2200 mg/kg. Indholdet af glykoalkaloider i kommercielle kartoffelknolde er relativt lavt, og
fordelingen i knolden er ikke ensartet. De højeste niveauer er begrænset til skrællen, mens de laveste niveauer findes i kerneområdet. HCA findes altid i knolde, og ved doser op til 100mg/kg bidrager de sammen til kartoflers gode smag.
Pommes frites og kartoffelchips indeholder typisk HCA-niveauer på henholdsvis 0,04-0,8 og 2,3-18 mg/100 g produkt. Skrælprodukter er relativt rige på glykoalkaloider (henholdsvis 56,7-145 og 9,5-72 mg/100 g produkt). Produktionen af kartoffelprodukter omfatter vask, skrælning, skæring, blanchering, tørring og stegning. Den største mængde glykoalkaloider fjernes under rengøring, blanchering og stegning, og spiseklare pommes frites indeholder kun 3-8 % glykoalkaloider sammenlignet med råvarer, hvor den største ødelæggelse af HCA sker under stegning. Det er bevist, at peeling normalt fjerner de fleste glykoalkaloider i spiselige knolde. Kartofler kogt med skindet på kan blive mere bitre end dem, der ikke er blevet skrællet på grund af migration af glykoalkaloider ind i kødet under tilberedningsprocessen. Kogning reducerer kun niveauet af HCA med 20%, bagning og mikrobølgetilberedning reducerer ikke indholdet af glykoalkaloider, da den kritiske temperatur for nedbrydning af HCA er omkring 170°C.
Tilfælde af HCA-forgiftning i kartofler i hele observationshistorien er sjældne. Dog bør mulige symptomer som kvalme, opkastning, diarré, mave- og mavekramper, hovedpine, feber, hurtig og svag puls, hurtig vejrtrækning og hallucinationer nævnes. Den toksiske dosis af HCA for mennesker er 1-5 mg/kg kropsvægt, og den dødelige dosis er 3-6 mg/kg legemsvægt, når den administreres oralt. Derfor har de fleste udviklede kartoffeldyrkningslande sat grænser for glycoalkaloider på 20 mg/100 g frisk vægt og 100 mg/100 g tørvægt som sikre grænser i spiselige knolde.
Det er kendt, at kartoffelknolde med HCA 14 mg/100 g allerede er let bitre, mens
svie i hals og mund er forårsaget af koncentrationer større end 22 mg/100 g. Derfor er den bedste retningslinje for forbrugerne: "Hvis kartoflen smager bittert, så lad være med at spise den."
På stadiet med dyrkning, opbevaring og salg af kartofler er det vigtigt at forhindre ophobning af potentielt farlige koncentrationer af HCA i knolde.
Ophobningen af HCA forekommer uundgåeligt i knoldene, men aktiveres gentagne gange under påvirkning af sollys. Belysning fører også til dannelsen af klorofyl og den resulterende grønnere hud på knoldene. Det er selvstændige processer med forskellige konsekvenser. Klorofyl er absolut harmløst og smagløst. Samtidig signalerer grønning en langvarig eksponering for lys og følgelig den ophobning af glykoalkaloider, der er sket. Kartofler, der er blevet grønne, bliver normalt ikke solgt eller taget af hylderne, så snart farveændringen bliver mærkbar. Det høje indhold af glykoalkaloider forårsager klager fra forbrugerne og reducerer den kommercielle værdi af de solgte produkter. En vanskelig sag noteret i den nuværende sæson, nemlig den bitre smag af kartofler uden tegn på synlig grønning, fortjener en separat forklaring og analyse af mulige årsager.
Da kartoffelgrønning er hovedårsagen til forringelse af kartoflers kvalitet i markedsføringsprocessen og et betydeligt kommercielt problem, er alle funktionerne ved dette fænomen blevet undersøgt ganske grundigt. Samtidig blev der også indhentet megen ekspertinformation om akkumulering af HCA i knolde. Ligesom underjordiske stængler er kartoffelknolde ikke-fotosyntetiske planteorganer, der mangler fotosyntesemekanismen. Men efter eksponering for lys omdannes stivelsesholdige amyloplaster til kloroplaster i knoldens perifere cellelag, hvilket forårsager ophobning af det grønne fotosyntetiske pigment klorofyl. Knoldgrønning kan påvirkes af genetiske, kulturelle, fysiologiske og miljømæssige faktorer, herunder plantedybde, knoldes fysiologiske alder, temperatur, atmosfæriske iltniveauer og lysforhold. De vigtigste faktorer, der påvirker niveauet af grønnere og akkumulering af glycoalkaloider, er intensiteten og spektralsammensætningen af lys, temperatur, genetiske egenskaber af sorter.
Syntesen af klorofyl og HCA i knolden sker under påvirkning af synligt lys bølgelængder fra 400 til 700 nm (fig. 2). Ifølge forskerne viser klorofylsyntesen et maksimum ved 475 og 675 nm (henholdsvis blå og røde regioner), mens den maksimale syntese af α-solanin og α-chaconin sker ved 430 nm og 650 nm. Klorofylsyntese er minimal ved 525-575 nm, mens HCA akkumuleres minimalt ved 510-560 nm (grønt område). Disse forskelle bekræfter antagelsen om forskellige veje til biosyntese af klorofyl og HCA. Klorofylkoncentrationen i kartoffelknolde udsat for blåt lys (0,10 W/m2) var tre gange højere efter 16 dages opbevaring sammenlignet med kartofler udsat for blåt lys.
udsat for rødt lys (0,38 W/m2). Fluorescerende lamper (7,5 W/m2) udsender 1,9 gange mere blåt lys (400-500 nm) end LED-lamper (7,7 W/m2), mens LED-lamper udsender 2,5 gange mere rødt lys (620-680 nm) end lysstofrør. Derfor kan udskiftning af lysstofrør med LED-lamper i dagligvarebutikker reducere indtaget af de mest skadelige blå bølgelængder.
Kartoffelknolde, der opbevares i mørke, indeholder ikke klorofyl. Efter at være kommet ind i lyset, bogstaveligt talt inden for et par timer, aktiveres specifikke gener til at producere en kæde af klorofyl- og HCA-synteseprodukter. Molekylær analyseteknologier gør det muligt at identificere genernes struktur, og det viste sig, at mekanismerne for genetisk kontrol af disse processer har sortsspecificitet. Påvirkningen af monokromatiske LED-lamper med forskellig og smal spektral sammensætning er blevet undersøgt. Lysregulering af kartoffelknolde landskabspleje blev udført under konstant belysning leveret af lysemitterende dioder (LED'er). Lysbølgelængder B (blå, 470 nm), R (rød, 660 nm) og FR (langt rød, 730 nm) og WL (hvid, 400-680 nm) blev brugt i 10 dage. Blå og røde bølgelængder var effektive til at inducere og akkumulere klorofyl, carotenoider og de to vigtigste kartoffelglycoalkaloider, α-solanin og α-chaconin, mens ingen af dem akkumulerede i mørke eller under langt rødt lys. Nøglegener for klorofylbiosyntese (HEMA1, som koder for det hastighedsbegrænsende enzym for glutamyl-tRNA-reduktase, GSA, CHLH og GUN4) og seks gener (HMG1, SQS, CAS1, SSR2, SGT1 og SGT2), der kræves til syntesen af glycoalkaloider blev også induceret i hvidt, blåt og rødt lys, men ikke i mørke eller med langt rødt lys (Fig.3,4,5). Disse data indikerer rollen af både kryptokrome og fytokrome fotoreceptorer i akkumuleringen af klorofyl og glykoalkaloider. Bidraget fra phytochrom blev yderligere understøttet af observationen, at langt rødt lys kan hæmme hvidt lys-induceret akkumulering af klorofyl og glycoalkaloider og associeret genekspression.
Forskellige sorter af kartofler producerer klorofyl og grøn farve i forskellige hastigheder, hvilket er blevet bekræftet af mange undersøgelser. For eksempel har Norge identificeret forskelle i tilsyneladende farveændringer mellem kultivarer og udviklet separate subjektive vurderingsskalaer for forskellige sorter baseret på nøjagtige målinger af klorofyl og farve. Visuelle farveændringer af fire sorter kartofler opbevaret i 84 timer under LED-belysning er vist i fig. 6.
Den rødhudede sort Asterix (Fig. 6a) viste en signifikant stigning i farvetonevinklen, der gik fra rød til brunlig, mens den gule sort Folva (Fig. 6b) skiftede fra gulgrøn til grøn-gul. Den gule Celandie (Fig. 6c) viste den mindste ændring af alle farveparametre ved udsættelse for lys, mens den gule sort Mandel (Fig. 6d) ændrede farve signifikant, fra gul til grålig. I digital form ser grafen over farveændringen af forskellige sorter af kartofler i lyset således ud (fig. 7).
I dette forsøg viste alle varianter undtagen Mandel en signifikant stigning i det samlede antal glykoalkaloider efter mere end 36 timers lyseksponering. Men dynamikken i ændringer og niveauet af HCA-indhold adskiller sig væsentligt i forskellige 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 ændring (192-193) mg/kg.
I New Zealand blev hele den nationale sort af kartofler vurderet ud fra intensiteten af grønnere. Resultaterne viste, at mængden af klorofyl i knolde efter 120 timers belysning i forskellige sorter adskiller sig med en størrelsesorden - fra 0,5 til 5,0 mg (fig. 8).
Vigtige praktiske konklusioner følger af denne ekspertinformation. Under påvirkning af lys dannes der klorofyl i kartoflen, som giver kødet en grøn farve, og skindet en grønlig eller brunlig farvetone. Forskellige sorter af kartofler udvikler forskellige former for misfarvning og med forskellige hastigheder. Lysets spektrale sammensætning ændrer noget på dynamikken i klorofylophobningen, men muligheden for at bruge det fjerne røde spektrum samt mørke (som ikke fører til klorofylophobning) er ikke relevant for butikker, der sælger kartofler. Der er sorter, der akkumulerer 10 gange mindre klorofyl under de samme lysforhold. Dynamikken i akkumulering af glycoalkaloider adskiller sig fra dynamikken i greening. Den væsentligste forskel er, at den indledende mængde af HCA i knolde, før de kommer ind i handelen og begyndelsen af intensiv belysning, ikke er lig med nul, i modsætning til klorofyl, og kan være ret betydelig. Den lave grønne intensitet af mange sorter forudbestemmer en længere tilstedeværelse af kartofler på butikshylderne, hvilket fører til en højere akkumulering af HCA.
Da klager over bitter smag ikke forekommer hvert år, er det nødvendigt at finde ud af andre årsager til stigningen i niveauet af glykoalkaloider i knolde, der ikke skyldes belysning eller sortsegenskaber på implementeringsstadiet. I praksis betyder det funktionelle forhold mellem grønnere og ophobning af glycoalkaloider behovet for at analysere årsagerne til grønnere. Produktionsfaktorer, der påvirker grønning og HCA-akkumulering:
- Vækstbetingelser: Som underjordiske stængler kan knolde naturligt blive grønne i marken med utilstrækkelig jorddækning, gennem revner i jorden eller som følge af vind- og/eller vandingsjorderosion. Med dette i tankerne bør kartofler plantes dybt nok, samtidig med at der opretholdes tilstrækkelig jordfugtighed for at sikre hurtig og ensartet fremkomst. En proportional stigning i intensiteten af knoldgrønning sker med en stigning i nitrogennormen i jorden fra 0 til 300 kg/ha. Samtidig bemærker forskerne, at den dobbelte norm af kvælstof under dyrkning øger indholdet af glykoalkaloider med 10 % i nogle sorter Enhver miljøfaktor, der påvirker vækst og udvikling af planter af natskyggefamilien, vil sandsynligvis påvirke indholdet af natskyggefamilien. glykoalkaloider. Klima, højde, jordtype, jordfugtighed, tilgængelighed af gødning, luftforurening, høsttid, pesticidbehandlinger og udsættelse for sollys har alle betydning.
- Knoldmodenhed ved høst Effekten af modenhed ved høst på forgrønningsfrekvensen er kontroversiel. Unge kartofler med glat og tyndt skind kan blive grønne hurtigere end mere modne knolde. Tidligt modne sorter kan vise større ophobning af glykoalkaloider end sent modne knolde, men der er beviser for det modsatte i specifikke undersøgelser.
- Skader på knolde påvirker ikke akkumuleringen af klorofyl på nogen måde, men fremkalder akkumulering af HCA (niveauet af HCA stiger lige så meget, som det gør som følge af eksponering for lys (fig. 9).
- Opbevaringsforhold. Knolde, der opbevares ved lave temperaturer, er mindre modtagelige for grønnere og HCA-akkumulering. Kartoffelskindsvæv ved 1 og 5°C under fluorescerende lys viste ingen farveændring efter 10 dages opbevaring, mens væv opbevaret ved 10 og 15°C blev grønt fra henholdsvis den fjerde og anden dag. En opbevaringstemperatur på 20°C under belysning har vist sig at være optimal til klorofylproduktion, sammenlignelig med de fleste detailbutikker. Glycoalkaloider akkumuleres dobbelt så hurtigt ved 24°C end ved 7°C i et mørkt rum, og lys fremskynder denne proces endnu mere.
- Emballagematerialer. Valget af emballage til detailbutikker er en kritisk faktor for at kontrollere grønnere og akkumulering af HCA. Transparente eller gennemskinnelige emballagematerialer stimulerer grønning og HCA-syntese, mens mørk (eller grøn) emballage bremser nedbrydningen.
Baseret på de eksperimentelt beviste regelmæssigheder kan vi med sikkerhed konkludere, at det højere niveau af glycoalkaloider i kartoffelknolde i den nuværende sæson sammenlignet med det sædvanlige niveau skyldes ugunstige betingelser for afgrødedannelse. En lang periode med varme og tørke i juli - begyndelsen af september forsinkede modningen af knolde og optagelsen af kvælstof, jorden i højdedragene i markerne uden kunstvanding revnede. Begyndelsen af høsten fandt sted på baggrund af alt for tør jord og et stort antal hårde klumper, hvilket førte til øget skade på knolde. Efterfølgende faldt høsttempoet på grund af overdreven nedbør. Marker efter udtørring, dvs. uden at skygge for jordens overflade, ventede de længe på at høste. Disse ugunstige forhold bidrog både til at gøre knoldene grønnere og til dannelsen af mere end sædvanlige mængder af HCA i dem.
De mest effektive måder at forhindre uønsket ophobning af glykoalkaloider på kommer ned til en alvorlig begrænsning af udsættelsen af knolde for lys under dyrkning, opbevaring og salg, især på baggrund af høje temperaturer. Landbrugspraksis såsom den korrekte plantedybde, dannelsen af voluminøse kamme, optimale gødningsmængder bruges regelmæssigt i moderne kartoffelproduktionsteknologier. Umodne knolde indeholder højere niveauer af solanin end modne knolde. Derfor er det meget vigtigt ikke at høste tidligt, at tørre stænglerne pålideligt og give tilstrækkelig tid (to til tre uger) til, at knoldene kan modnes. Garanteret at forhindre revner i kammene er kun mulig ved hjælp af rettidig og tilstrækkelig periodisk vanding. Det er muligt at reducere konsekvenserne af revnedannelse i forhøstperioden, efter indføring af tørremidler, ved at rulle kammene. For at gøre dette masseproduceres specielle maskiner til rullende kamme, for eksempel GRIMME RR 600, der er muligheder for at kombinere med defoliators (fig. 10). Men i Den Russiske Føderation bruges de stadig ekstremt sjældent. Samtidig er denne landbrugsmetode enkel, billig, produktiv og effektiv. Niveauet af HCA er stærkt påvirket af de kombinerede effekter af lyskvalitet, varighed og intensitet. Klorofyl er grønt, fordi det reflekterer grønt lys, mens det absorberer rød-gul og blå. Dannelsen af klorofyl er mest intens under blå og orangerød belysning (fig. 11). Under grøn belysning forekommer kartoffelgrønning praktisk talt ikke, og under blåt eller ultraviolet lys forekommer det i en svag grad. Fluorescerende lys forårsager mere grønt end glødelamper. Sektioner, opbevaringsrum til kartofler skal være svagt oplyste og kølige. Udsættelse af knolde i opbevaring for sollys bør undgås. Brug glødepærer med lav watt, og lad dem ikke være tændt længere end nødvendigt. Jorden på overfladen af knoldene giver en vis beskyttelse mod lyspåvirkning og landskabspleje. Vaskede kartofler bliver hurtigere grønne. Når først en kartoffel bliver grøn, er den irreversibel og skal sorteres inden salg.
Moderne lysdiode (LED) teknologi åbner nye muligheder for at forhindre dannelsen af solanin i alle stadier efter høst af kartoffelproduktionen. Serieproducerede speciallamper til kartoffelindustrien, der opererer i spektret 520-540 nm (fig. 12). Lys, der opfattes som grønt af det menneskelige øje, forhindrer effektivt dannelsen af klorofyl og solanin og er dermed en afgørende faktor for at bevare kartoflernes værdi under opbevaring og videre forarbejdning. Sådanne lamper er især effektive inden for områder med præ-salg forberedelse og præ-salg opbevaring af emballerede kartofler. Og en mere generel regel: Hold opbevaringstemperaturen rationelt lav og hold kartoflerne tørre, da fugt øger lysintensiteten på skindet.
Indpakningsmaterialets type og farve påvirker intensiteten af HCA-akkumulering. Bortset fra markedsføring og reklame er det bedst at pakke dine kartofler i mørkt papir eller mørke plastikposer for at undgå udsættelse for lys. Der er endda en anbefaling om, at emballagematerialer til følsomme kartoffelsorter bør have en samlet lystransmission på mindre end 0,02 W/m2. Sådanne lave niveauer af lysindtrængning er kun mulige, når de er pakket i to-lags sort plast med aluminium. Grøn cellofan visningsposer hæmmer grønning og fremmer ikke solanindannelse. Det er klart, at sådanne anbefalinger falder ind under kategorien gode hensigter, når det kommer til detailsalg af kartofler. Emballagefarver i handelen vælges kun i forbindelse med salgsfremmende foranstaltninger.
Lysforhold i detailbutikker er også vanskelige at standardisere. Der er næppe nogen kommercielle virksomheder, der designer belysning ud fra det faktum, at den mindste HCA-akkumulering og grønnere bliver observeret i 525-575 nm spektret. Selv en så nødvendig og enkel beskyttelsesmetode som at dække kartofler med lysisolerende materialer i frikvarteret praktiseres sjældent af butikker.
Ovenstående oversigt viser alle effektive forebyggende metoder til at kontrollere ophobningen af glykoalkaloider i kartoffelknolde. Der har været mange forsøg på at finde mere radikale midler til neutralisering: behandling med olier, voks, overfladeaktive stoffer, kemikalier, vækstregulatorer og endda ioniserende stråling, som i mange tilfælde har vist høj effektivitet. Disse metoder anvendes dog ikke i praksis på grund af kompleksitet, høje omkostninger og miljøproblemer.
Lyse udsigter erklæres af tilhængere af nye teknologier til at redigere genomet og "slukke" generne for syntese af klorofyl og HCA. Disse værker udføres aktivt og grundigt i mange lande, hvor denne teknologi ikke er klassificeret som en GMO-sort (den er klassificeret i Den Russiske Føderation), der er mange publikationer om dette emne, men indtil videre er der ingen grund til at tale om praktiske resultater. Som med mange tidligere foreslåede revolutionære avlsmetoder, erstattes den indledende eufori fra muligheden for at redigere genomet gradvist af en bevidsthed om den ekstreme kompleksitet af metaboliske processer. Det er tilstrækkeligt at se på diagrammet, der viser de allerede identificerede processer relateret til syntesen af GCA og kartoffelgenerne involveret i disse processer (fig. 13). På trods af den tilsyneladende klarhed af dette diagram, er det endnu ikke lykkedes for grupperne af entusiastiske forskere, der har taget denne sag op, at styre en så kompleks proces af interaktion mellem talrige gener og de produkter, der syntetiseres af dem. Blokering af tilsyneladende rent specifikke, enkelte gener fører ikke kun til de forventede ændringer i specifikke niveauer af glycoalkaloider, men også betydelige ændringer i dannelsen af andre biokemiske produkter, som redigeringsopgaven ikke var sat til.
Men selv uden at vente på fremtidige succeser inden for genomredigering, har alle kommercielle kartoffelsorter, der dyrkes i øjeblikket, under normale forhold et lavt, absolut sikkert indhold af glycoalkaloider på grund af det konsekvente fald i denne indikator under mange årtiers klassisk forædlingsarbejde. Hvad angår sorter med en relativt langsom akkumuleringshastighed af klorofyl og grønnere skræl, er dette ikke en ulempe og ikke en grund til at nægte dem. Men når man sælger kartofler, er det nødvendigt officielt at informere brancheorganisationer om, at sorten har en særegenhed for at forhindre overdrevent lang eksponering af knolde for lyset og de resulterende krav fra købere om en uventet bitter smag i fravær af åbenlys grønning.