Sergey Banadysev, doktor i jordbruksvetenskap,
LLC "Doka - Gene Technologies"
Den här säsongen kommer det signaler från konsumenter om den bittra smaken av potatis utan synlig gröning av knölarna. Anledningen till bitterheten i smaken är halten av glykoalkaloider över 14 mg/100 g.
Glykoalkaloider (GCA) är naturligt förekommande, bittert smakande, värmebeständiga giftämnen i många växtarter, inklusive potatis. De har svampdödande och pesticida egenskaper och är ett av växternas naturliga försvar.
Det har nu bevisats att potatisglykoalkaloider i terapeutiska koncentrationer har många fördelaktiga egenskaper för människors hälsa: antitumör, antimalaria, antiinflammatorisk, etc. Tekniker för kommersiell utvinning av dessa ämnen under industriell bearbetning av potatis utvecklas, men detta är ett separat ämne för publikationer, och målet sammanfattas nedan. information - beskriv de tillgängliga alternativen för att förhindra överdriven ackumulering av glykoalkaloider i matpotatis.
De huvudsakliga HCA som finns i potatisknölar är α-solanin och α-chakonin (Fig. 1), som står för cirka 95 % av det totala innehållet av glykoalkaloider i denna växtart.
Solanin och chakonin är kväveinnehållande steroidalkaloider som bär samma aglykon, solanidin, men som skiljer sig åt i trisackaridens sidokedja. Trisackariden i α-solanin är galaktos, glukos och ramnos, medan det i α-kakonin är glukos och två rester.
rhamnose. En vanlig potatisknöl innehåller i genomsnitt 10-150 mg/kg glykoalkaloider, medan en grön innehåller 250-280 mg/kg och en grönskal innehåller 1500-2200 mg/kg. Halten av glykoalkaloider i kommersiella potatisknölar är relativt låg, och
fördelningen inom knölen är inte enhetlig. De högsta nivåerna är begränsade till skalet, medan de lägsta nivåerna finns i kärnområdet. HCA finns alltid i knölar och i doser upp till 100mg/kg kombineras de för att bidra till potatisens goda smak.
Pommes frites och potatischips innehåller vanligtvis HCA-nivåer på 0,04-0,8 respektive 2,3-18 mg/100 g produkt. Peel-produkter är relativt rika på glykoalkaloider (56,7-145 respektive 9,5-72 mg/100 g produkt). Tillverkningen av potatisprodukter omfattar tvättning, skalning, skärning, blanchering, torkning och stekning. Den största mängden glykoalkaloider tas bort under rengöring, blanchering och stekning, och ätfärdiga pommes frites innehåller endast 3-8 % glykoalkaloider jämfört med råvaror, varvid den huvudsakliga förstörelsen av HCA sker under fritering. Det har bevisats att peeling vanligtvis tar bort det mesta av glykoalkaloiderna i ätbara knölar. Potatis tillagad med skalet på kan bli bitterare än de som inte har skalats på grund av att glykoalkaloider migrerar in i köttet under tillagningsprocessen. Kokning minskar halten av HCA endast med 20 %, bakning och tillagning i mikrovågsugn minskar inte innehållet av glykoalkaloider, eftersom den kritiska temperaturen för nedbrytningen av HCA är cirka 170°C.
Fall av HCA-förgiftning i potatis i hela observationshistorien är sällsynta. Däremot bör möjliga symtom som illamående, kräkningar, diarré, mag- och magkramper, huvudvärk, feber, snabb och svag puls, snabb andning och hallucinationer nämnas. Den toxiska dosen av HCA för människor är 1-5 mg/kg kroppsvikt, och den dödliga dosen är 3-6 mg/kg kroppsvikt vid oral administrering. Därför har de flesta utvecklade potatisodlingsländer satt gränser för glykoalkaloider på 20 mg/100 g färskvikt och 100 mg/100 g torrvikt som säkra gränser i ätliga knölar.
Det är känt att potatisknölar med HCA 14 mg/100 g redan är något bittra, medan
sveda i halsen och munnen orsakas av koncentrationer större än 22 mg/100 g. Därför är den bästa riktlinjen för konsumenter: "Om potatisen smakar bittert, ät den inte."
Vid odling, lagring och försäljning av potatis är det viktigt att förhindra ansamling av potentiellt farliga koncentrationer av HCA i knölar.
Ansamlingen av HCA sker oundvikligen i knölarna, men aktiveras upprepade gånger under påverkan av solljus. Belysning leder också till bildandet av klorofyll och den resulterande grönare huden på knölarna. Det är självständiga processer med olika konsekvenser. Klorofyll är absolut ofarligt och smaklöst. Samtidigt signalerar grönare en långvarig exponering för ljus och följaktligen den ackumulering av glykoalkaloider som har inträffat. Potatis som blivit grön brukar inte säljas eller tas bort från hyllorna så fort färgförändringen blir märkbar. Det höga innehållet av glykoalkaloider orsakar klagomål från konsumenter och minskar det kommersiella värdet på de produkter som säljs. Ett svårt fall noterat under den aktuella säsongen, nämligen den bittra smaken av potatis utan tecken på synlig grönning, förtjänar en separat förklaring och analys av möjliga orsaker.
Eftersom potatisgrönning är den främsta orsaken till försämring av kvaliteten på potatis i marknadsföringsprocessen och ett betydande kommersiellt problem, har alla egenskaper hos detta fenomen studerats ganska noggrant. Samtidigt erhölls också mycket expertinformation om ackumulering av HCA i knölar. Liksom underjordiska stjälkar är potatisknölar icke-fotosyntetiska växtorgan som saknar mekanismen för fotosyntes. Efter exponering för ljus omvandlas dock stärkelsehaltiga amyloplaster till kloroplaster i knölens perifera cellskikt, vilket orsakar ackumulering av det gröna fotosyntetiska pigmentet klorofyll. Knölgrönningen kan påverkas av genetiska, kulturella, fysiologiska och miljömässiga faktorer, inklusive planteringsdjup, knölarnas fysiologiska ålder, temperatur, atmosfäriska syrenivåer och ljusförhållanden. De viktigaste faktorerna som påverkar nivån av grönare och ackumulering av glykoalkaloider är intensiteten och spektral sammansättning av ljus, temperatur, genetiska egenskaper hos sorter.
Syntesen av klorofyll och HCA i knölen sker under påverkan av synligt ljusvåglängder från 400 till 700 nm (Fig. 2). Enligt forskarna visar klorofyllsyntesen ett maximum vid 475 och 675 nm (blå respektive röd region), medan den maximala syntesen av α-solanin och α-kakonin sker vid 430 nm och 650 nm. Klorofyllsyntesen är minimal vid 525-575 nm, medan HCA ackumuleras minimalt vid 510-560 nm (grönt område). Dessa skillnader bekräftar antagandet om olika vägar för biosyntesen av klorofyll och HCA. Klorofyllkoncentrationen i potatisknölar utsatta för blått ljus (0,10 W/m2) var tre gånger högre efter 16 dagars lagring jämfört med potatis exponerade för blått ljus.
exponeras för rött ljus (0,38 W/m2). Lysrör (7,5 W/m2) avger 1,9 gånger mer blått ljus (400-500 nm) än LED-lampor (7,7 W/m2), medan LED-lampor avger 2,5 gånger mer rött ljus (620-680 nm) än lysrör. Att byta ut lysrör mot LED-lampor i livsmedelsbutiker kan därför minska intaget av de mest skadliga blå våglängderna.
Potatisknölar som förvaras mörkt innehåller inte klorofyll. Efter att ha kommit in i ljuset, bokstavligen inom några timmar, aktiveras specifika gener för att producera en kedja av klorofyll- och HCA-syntesprodukter. Molekylär analysteknik gör det möjligt att identifiera geners struktur, och det visade sig att mekanismerna för genetisk kontroll av dessa processer har sortspecificitet. Inverkan av monokromatiska LED-lampor med olika och smal spektral sammansättning har studerats. Ljusreglering av potatisknölar landskapsarkitektur utfördes under konstant belysning tillhandahållen av lysdioder (LED). Ljusvåglängderna B (blått, 470 nm), R (rött, 660 nm) och FR (långt rött, 730 nm) och WL (vitt, 400-680 nm) användes under 10 dagar. Blå och röda våglängder var effektiva för att inducera och ackumulera klorofyll, karotenoider och de två huvudsakliga potatisglykoalkaloiderna, α-solanin och α-chaconine, medan ingen av dem ackumulerades i mörker eller under långt rött ljus. Nyckelgener för klorofyllbiosyntes (HEMA1, som kodar för det hastighetsbegränsande enzymet för glutamyl-tRNA-reduktas, GSA, CHLH och GUN4) och sex gener (HMG1, SQS, CAS1, SSR2, SGT1 och SGT2) som krävs för syntesen av glykoalkaloider inducerades också i vitt, blått och rött ljus, men inte i mörker eller med långt rött ljus (Fig.3,4,5). Dessa data indikerar rollen av både kryptokroma och fytokroma fotoreceptorer i ackumuleringen av klorofyll och glykoalkaloider. Bidraget från fytokrom stöddes ytterligare av observationen att långt rött ljus kan hämma vitt ljus-inducerad ackumulering av klorofyll och glykoalkaloider och associerat genuttryck.
Olika sorter av potatis producerar klorofyll och grön färg i olika takt, vilket har bekräftats av många studier. Till exempel har Norge identifierat skillnader i uppenbara färgförändringar mellan sorter och utvecklat separata subjektiva betygsskalor för olika sorter baserat på noggranna mätningar av klorofyll och färg. Visuella färgförändringar av fyra potatissorter lagrade i 84 timmar under LED-belysning visas i Fig. 6.
Den rödhudade sorten Asterix (Fig. 6a) visade en signifikant ökning i nyansvinkel, från röd till brunaktig, medan den gula sorten Folva (Fig. 6b) ändrades från gulgrön till gröngul. Den gula Celandie (fig. 6c) visade minst förändring av alla färgparametrar vid exponering för ljus, medan den gula sorten Mandel (fig. 6d) ändrade färg signifikant, från gul till gråaktig. I digital form ser grafen över färgförändringen av olika potatissorter i ljuset ut så här (fig. 7).
I detta försök visade alla sorter utom Mandel en signifikant ökning av totala glykoalkaloider efter mer än 36 timmars ljusexponering. Men dynamiken i förändringar och nivån av HCA-innehåll skiljer sig avsevärt i olika varianter: Asterix - från 179 till 223 mg/kg, Nansen - från 93 till 160 mg/kg, Rutt - från 136 till 180 mg/kg, Celandin - från 149 till 182 mg/kg, Folva - från 199 till 290 mg/kg, Hassel - från 137 till 225 mg/kg, Mandel - ingen förändring (192-193) mg/kg.
I Nya Zeeland utvärderades hela den nationella sorten av potatis efter intensiteten av grönare. Resultaten visade att mängden klorofyll i knölar efter 120 timmars belysning i olika sorter skiljer sig med en storleksordning - från 0,5 till 5,0 mg (fig. 8).
Viktiga praktiska slutsatser följer av denna expertinformation. Under påverkan av ljus produceras klorofyll i potatisen, vilket ger köttet en grön färg och skalet en grönaktig eller brunaktig nyans. Olika sorter av potatis utvecklar olika former av missfärgning och i olika takt. Ljusets spektrala sammansättning förändrar något dynamiken i klorofyllackumuleringen, men möjligheten att använda det långt röda spektrumet, samt mörker (som inte leder till klorofyllackumulering), är irrelevant för butiker som säljer potatis. Det finns sorter som ackumulerar 10 gånger mindre klorofyll under samma ljusförhållanden. Dynamiken för ackumulering av glykoalkaloider skiljer sig från dynamiken i grönning. Den största skillnaden är att den initiala mängden HCA i knölar innan de börjar handeln och början av intensiv belysning inte är lika med noll, till skillnad från klorofyll, och kan vara ganska betydande. Den låga intensiteten av grönning av många sorter förutbestämmer en längre närvaro av potatis på butikshyllorna, vilket leder till en högre ackumulering av HCA.
Eftersom klagomål om bitter smak inte förekommer varje år, är det nödvändigt att ta reda på andra orsaker till ökningen av nivån av glykoalkaloider i knölar som inte beror på belysning eller sortegenskaper vid implementeringsstadiet. I praktiken innebär det funktionella förhållandet mellan grönare och ackumulering av glykoalkaloider behovet av att analysera orsakerna till grönare. Produktionsfaktorer som påverkar grönare och HCA-ackumulering:
- Tillväxtförhållanden Eftersom de är underjordiska stjälkar kan knölarna naturligt bli gröna på fältet med otillräcklig jordtäckning, genom sprickor i jorden eller till följd av vind och/eller bevattningsjorderosion. Med detta i åtanke bör potatis planteras tillräckligt djupt samtidigt som tillräckligt med markfuktighet bibehålls för att säkerställa snabb och enhetlig uppkomst. En proportionell ökning av intensiteten av knölgrönning sker med en ökning av kvävenormen i jorden från 0 till 300 kg/ha. Samtidigt konstaterar forskarna att den dubbla normen av kväve under odling ökar innehållet av glykoalkaloider med 10 % i vissa sorter.Alla miljöfaktorer som påverkar tillväxten och utvecklingen av växter av nattskuggsfamiljen kommer sannolikt att påverka innehållet av glykoalkaloider. Klimat, höjd över havet, jordtyp, markfuktighet, gödningsmedeltillgång, luftföroreningar, skördetid, bekämpningsmedelsbehandlingar och exponering för solljus alla har betydelse.
- Knölsmognad vid skörd Effekten av mognad vid skörd på förgröningsfrekvensen är kontroversiell. Ung potatis med slät och tunt skal kan bli grön snabbare än mer mogna knölar. Tidiga sorter kan visa större ackumulering av glykoalkaloider än sent mogna knölar, men det finns bevis för motsatsen i specifika studier.
- Skada på knölar påverkar inte ackumuleringen av klorofyll på något sätt, men provocerar ackumuleringen av HCA (halten av HCA ökar lika mycket som den gör till följd av exponering för ljus (fig. 9).
- Förvaringsförhållanden. Knölar som lagras vid låga temperaturer är mindre känsliga för grönning och HCA-ackumulering. Potatisskinnsvävnader vid 1 och 5°C under fluorescerande ljus visade ingen färgförändring efter 10 dagars lagring, medan vävnader lagrade vid 10 och 15°C blev gröna från den fjärde respektive andra dagen. En lagringstemperatur på 20°C under belysning har visat sig vara optimal för klorofyllproduktion, jämförbar med de flesta butiker. Glykoalkaloider ackumuleras dubbelt så snabbt vid 24°C än vid 7°C i ett mörkt rum, och ljus påskyndar denna process ännu mer.
- Förpackningsmaterial. Valet av förpackningar för detaljhandeln är en kritisk faktor för att kontrollera grönare och ackumulering av HCA. Transparenta eller genomskinliga förpackningsmaterial uppmuntrar grönare och HCA-syntes, medan mörka (eller gröna) förpackningar bromsar nedbrytningen.
Baserat på de experimentellt bevisade regelbundenheterna kan vi med säkerhet dra slutsatsen att den högre nivån av glykoalkaloider i potatisknölar under innevarande säsong jämfört med den vanliga nivån beror på ogynnsamma förhållanden för växtbildning. En lång period av värme och torka i juli - början av september försenade mognaden av knölar och absorptionen av kväve, marken i åsarna på fälten utan bevattning sprack. Början av skörden skedde mot bakgrund av alltför torr jord och ett stort antal hårda klumpar, vilket ledde till ökad skada på knölar. Därefter avtog skördetakten på grund av överdriven nederbörd. Fält efter uttorkning, d.v.s. utan att skugga jordens yta väntade de länge på skörden. Dessa ogynnsamma förhållanden bidrog både till att knölarna blev grönare och att det bildades mer än vanligt HCA i dem.
De mest effektiva sätten att förhindra oönskad ansamling av glykoalkaloider beror på en allvarlig begränsning av exponeringen av knölar för ljus under odling, lagring och försäljning, särskilt mot bakgrund av höga temperaturer. Jordbruksmetoder som korrekt planteringsdjup, bildandet av voluminösa åsar, optimala gödselsatser används regelbundet i modern potatisproduktionsteknik. Omogna knölar innehåller högre nivåer av solanin än mogna knölar. Därför är det mycket viktigt att inte skörda tidigt, att torka stjälkarna på ett tillförlitligt sätt och att ge tillräckligt med tid (två till tre veckor) för knölarna att mogna. Garanterat för att förhindra sprickbildning av åsarna är endast möjligt med hjälp av snabb och tillräcklig periodisk bevattning. Det är möjligt att minska konsekvenserna av sprickbildning i perioden före skörd, efter införandet av torkmedel, genom att rulla åsarna. För att göra detta massproduceras specialmaskiner för rullande åsar, till exempel GRIMME RR 600, det finns alternativ för att kombinera med avlövningsanordningar (Fig. 10). Men i Ryska federationen används de fortfarande extremt sällan. Samtidigt är denna jordbruksmetod enkel, billig, produktiv och effektiv. Nivån av HCA påverkas starkt av de kombinerade effekterna av ljuskvalitet, varaktighet och intensitet. Klorofyll är grönt eftersom det reflekterar grönt ljus samtidigt som det absorberar rött-gult och blått. Bildningen av klorofyll är mest intensiv under blå och orangeröd belysning (Fig. 11). Under grön belysning sker potatisgrönning praktiskt taget inte, och under blått eller ultraviolett ljus sker det i svag grad. Lysrör orsakar mer grönska än glödlampor. Sektioner, förvaringsfack för potatis bör vara svagt upplysta och svala. Exponering av knölar i lager för solljus bör undvikas. Använd glödlampor med låg effekt och låt dem inte vara på längre än nödvändigt. Jorden på ytan av knölarna ger ett visst skydd mot ljusexponering och landskapsarkitektur. Tvättad potatis blir grön snabbare. När en potatis blir grön är den oåterkallelig och måste sorteras före försäljning.
Modern Light Emitting Diode (LED)-teknik öppnar nya möjligheter för att förhindra bildning av solanin i alla efterskördstadier av potatisproduktionen. Serietillverkade speciallampor för potatisindustrin, som arbetar i spektrumet 520-540 nm (Fig. 12). Ljus, som uppfattas som grönt av det mänskliga ögat, förhindrar effektivt bildningen av klorofyll och solanin och är därmed en avgörande faktor för att bevara potatisens värde under lagring och vidareförädling. Sådana lampor är särskilt effektiva i områden med förberedelse och förvaring av förpackad potatis. Och ytterligare en generell regel: håll lagringstemperaturen rationellt låg och håll potatisen torr, eftersom fukt ökar ljusintensiteten på huden.
Typen och färgen på förpackningsmaterialet påverkar intensiteten av HCA-ackumulering. Bortsett från marknadsföring och reklam är det bäst att packa din potatis i mörkt papper eller mörka plastpåsar för att undvika exponering för ljus. Det finns till och med en rekommendation att förpackningsmaterial för känsliga potatissorter bör ha en total ljusgenomsläpplighet på mindre än 0,02 W/m2. Så låga nivåer av ljusgenomträngning är endast möjliga när de förpackas i tvåskikts svart plast med aluminium. Gröna cellofanpåsar hämmar grönare och främjar inte solaninbildning. Det är tydligt att sådana rekommendationer faller inom kategorin goda avsikter när det gäller detaljhandeln med potatis. Förpackningsfärger i handeln väljs endast i samband med säljfrämjande åtgärder.
Ljusförhållandena i detaljhandeln är också svåra att standardisera. Det finns knappast några kommersiella företag som designar belysning utifrån att minst HCA-ackumulering och grönare observeras i 525-575 nm-spektrumet. Till och med en så nödvändig och enkel skyddsmetod som att täcka potatis med ljusisolerande material under öppettider utövas sällan av butiker.
Sammanfattningen ovan listar alla effektiva förebyggande metoder för att kontrollera ackumuleringen av glykoalkaloider i potatisknölar. Det har gjorts många försök att hitta mer radikala sätt att neutralisera: behandling med oljor, vaxer, ytaktiva ämnen, kemikalier, tillväxtregulatorer och till och med joniserande strålning, som i många fall har visat hög effektivitet. Dessa metoder används dock inte i praktiken på grund av komplexitet, höga kostnader och miljöproblem.
Ljusa utsikter förklaras av anhängare av ny teknik för att redigera genomet och "stänga av" generna för syntesen av klorofyll och HCA. Dessa arbeten utförs aktivt och grundligt i många länder, där denna teknik inte klassificeras som en GMO-sort (den är klassificerad i Ryska federationen), det finns många publikationer om detta ämne, men än så länge finns det inget behov av att prata om praktiska prestationer. Som med många tidigare föreslagna revolutionerande avelsmetoder, ersätts den initiala euforin från möjligheten att redigera genomet gradvis av en medvetenhet om den extrema komplexiteten hos metaboliska processer. Det räcker med att titta på diagrammet som listar de redan identifierade processerna relaterade till syntesen av GCA och potatisgener som är involverade i dessa processer (Fig. 13). Trots den uppenbara klarheten i detta diagram har grupperna av entusiastiska forskare som har tagit upp denna fråga ännu inte lyckats hantera en så komplex process av interaktion mellan många gener och de produkter som syntetiseras av dem. Blockering av till synes rent specifika enstaka gener leder inte bara till de förväntade förändringarna i specifika nivåer av glykoalkaloider, utan också betydande förändringar i bildandet av andra biokemiska produkter, för vilka redigeringsuppgiften inte var inställd.
Men även utan att vänta på framtida framgångar inom genomredigering har alla kommersiella potatissorter som odlas för närvarande under normala förhållanden ett lågt, absolut säkert innehåll av glykoalkaloider, på grund av den konsekventa minskningen av denna indikator under många decennier av klassiskt förädlingsarbete. När det gäller sorter med en relativt långsam ackumulering av klorofyll och gröning av skalet, är detta inte en nackdel och inte en anledning att vägra dem. Men när man säljer potatis är det nödvändigt att officiellt informera branschorganisationer om att sorten har en egenhet för att förhindra alltför lång exponering av knölar för ljuset och de resulterande kraven från köpare för en oväntat bitter smak i avsaknad av uppenbar grönning.