Sergey Banadysev, doctor în științe agricole,
SRL „Doka - Tehnologii genetice”
În acest sezon, există semnale de la consumatori despre gustul amar al cartofilor fără înverzirea vizibilă a tuberculilor. Motivul amărăciunii în gust este conținutul de glicoalcaloizi peste 14 mg/100 g.
Glicoalcaloizii (GCA) sunt toxici naturali, cu gust amar și rezistenti la căldură în multe specii de plante, inclusiv cartofii. Au proprietăți fungicide și pesticide și sunt una dintre apărările naturale ale plantelor.
Acum s-a dovedit că glicoalcaloizii din cartofi în concentrații terapeutice au multe proprietăți benefice pentru sănătatea umană: antitumorale, antimalarice, antiinflamatorii etc. Se dezvoltă tehnologii pentru extracția comercială a acestor substanțe în timpul prelucrării industriale a cartofilor, dar aceasta este un subiect separat pentru publicații, iar scopul este rezumat mai jos. subliniază opțiunile disponibile pentru a preveni acumularea excesivă de glicoalcaloizi în cartofii de consum.
Principalele HCA conținute în tuberculii de cartofi sunt α-solanina și α-chaconina (Fig. 1), care reprezintă aproximativ 95% din conținutul total de glicoalcaloizi la această specie de plante.
Solanina și chaconina sunt alcaloizi steroidieni care conțin azot care poartă aceeași agliconă, solanidina, dar diferă în lanțul lateral al trizaharidei. Trizaharida din α-solanină este galactoză, glucoză și ramnoză, în timp ce în α-chaconină este glucoză și două reziduuri.
ramnoză. Un tubercul obișnuit de cartof conține în medie 10-150 mg/kg de glicoalcaloizi, în timp ce unul verde conține 250-280 mg/kg, iar o coajă verde conține 1500-2200 mg/kg. Conținutul de glicoalcaloizi din tuberculii de cartofi comerciali este relativ scăzut și
distribuția în interiorul tuberculului nu este uniformă. Nivelurile cele mai ridicate sunt limitate la coaja, în timp ce nivelurile cele mai scăzute se găsesc în zona de bază. HCA se găsește întotdeauna în tuberculi, iar la doze de până la 100 mg/kg se combină pentru a contribui la bunul gust al cartofilor.
Cartofii prăjiți și chipsurile de cartofi conțin de obicei niveluri de HCA de 0,04-0,8 și, respectiv, 2,3-18 mg/100 g de produs. Produsele peeling sunt relativ bogate în glicoalcaloizi (56,7-145 și, respectiv, 9,5-72 mg/100 g produs). Producția de produse din cartofi include spălarea, curățarea, tăierea, albirea, uscarea și prăjirea. Cea mai mare cantitate de glicoalcaloizi este îndepărtată în timpul curățării, albirii și prăjirii, iar cartofii prăjiți gata de consumat conțin doar 3-8% glicoalcaloizi comparativ cu materiile prime, principala distrugere a HCA având loc în timpul prăjirii. S-a dovedit că peelingul elimină de obicei majoritatea glicoalcaloizilor din tuberculii comestibili. Cartofii gătiți cu coajă pot deveni mai amari decât cei care nu au fost curățați din cauza migrării glicoalcaloizilor în carne în timpul procesului de gătire. Fierberea reduce nivelul de HCA doar cu 20%, coacerea și gătitul cu microunde nu reduc conținutul de glicoalcaloizi, deoarece temperatura critică pentru descompunerea HCA este de aproximativ 170°C.
Cazurile de intoxicație cu HCA la cartofi în întreaga istorie a observațiilor sunt rare. Cu toate acestea, trebuie menționate posibile simptome precum greață, vărsături, diaree, crampe stomacale și abdominale, cefalee, febră, puls rapid și slab, respirație rapidă și halucinații. Doza toxică de HCA pentru oameni este de 1-5 mg/kg greutate corporală, iar doza letală este de 3-6 mg/kg greutate corporală atunci când este administrată oral. Prin urmare, majoritatea țărilor dezvoltate cultivatoare de cartofi au stabilit limite pentru glicoalcaloizi de 20 mg/100 g greutate proaspătă și 100 mg/100 g greutate uscată ca limite sigure în tuberculii comestibili.
Se știe că tuberculii de cartofi cu HCA 14 mg/100 g sunt deja ușor amari, în timp ce
arsura în gât și gură este cauzată de concentrații mai mari de 22 mg/100 g. Prin urmare, cel mai bun ghid pentru consumatori este: „Dacă cartoful are gust amar, nu-l mânca”.
În etapa de cultivare, depozitare și vânzare a cartofilor, este important să se prevină acumularea de concentrații potențial periculoase de HCA în tuberculi.
Acumularea de HCA are loc inevitabil în tuberculi, dar este activată în mod repetat sub influența luminii solare. Iluminarea duce, de asemenea, la formarea clorofilei și la înverzirea rezultată a pielii tuberculilor. Acestea sunt procese independente cu consecințe diferite. Clorofila este absolut inofensivă și fără gust. În același timp, ecologizarea semnalează o expunere prelungită la lumină și, în consecință, acumularea de glicoalcaloizi care a avut loc. Cartofii care au devenit verzi, de obicei, nu sunt vânduți sau scoși de pe rafturi de îndată ce schimbarea culorii devine vizibilă. Conținutul ridicat de glicoalcaloizi provoacă plângeri din partea consumatorilor și reduce valoarea comercială a produselor vândute. Un caz dificil remarcat în sezonul curent, și anume, gustul amar al cartofilor fără semne vizibile de înverzire, merită o explicație separată și o analiză a posibilelor cauze.
Întrucât ecologizarea cartofilor este principala cauză a deteriorării calității cartofilor în procesul de comercializare și o problemă comercială semnificativă, toate caracteristicile acestui fenomen au fost studiate destul de amănunțit. În același timp, au fost obținute și o mulțime de informații de specialitate cu privire la acumularea de HCA în tuberculi. Ca și tulpinile subterane, tuberculii de cartofi sunt organe ale plantelor nefotosintetice, cărora le lipsește mecanismul de fotosinteză. Cu toate acestea, după expunerea la lumină, amiloplastele care conțin amidon sunt transformate în cloroplaste în straturile celulare periferice ale tuberculului, ceea ce determină acumularea clorofilei pigmentului fotosintetic verde. Înverzirea tuberculilor poate fi influențată de factori genetici, culturali, fiziologici și de mediu, inclusiv adâncimea de plantare, vârsta fiziologică a tuberculilor, temperatura, nivelul de oxigen atmosferic și condițiile de iluminare. Principalii factori care influențează nivelul de înverzire și acumulare de glicoalcaloizi sunt intensitatea și compoziția spectrală a luminii, temperatura, caracteristicile genetice ale soiurilor.
Sinteza clorofilei și a HCA în tubercul are loc sub influența lungimilor de undă ale luminii vizibile de la 400 la 700 nm (Fig. 2). Potrivit cercetătorilor, sinteza clorofilei arată un maxim la 475 și 675 nm (regiuni albastre și, respectiv, roșii), în timp ce sinteza maximă a α-solaninei și α-chaconinei are loc la 430 nm și 650 nm. Sinteza clorofilei este minimă la 525-575 nm, în timp ce HCA se acumulează minim la 510-560 nm (zona verde). Aceste diferențe confirmă presupunerea unor căi diferite pentru biosinteza clorofilei și a HCA. Concentrația de clorofilă în tuberculii de cartofi expuși la lumină albastră (0,10 W/m2) a fost de trei ori mai mare după 16 zile de depozitare, comparativ cu cartofii expuși la lumină albastră.
expus la lumină roșie (0,38 W/m2). Lămpile fluorescente (7,5 W/m2) emit de 1,9 ori mai multă lumină albastră (400-500 nm) decât lămpile cu LED (7,7 W/m2), în timp ce lămpile cu LED emit de 2,5 ori mai multă lumină roșie (620-680 nm) decât tuburile fluorescente. Prin urmare, înlocuirea lămpilor fluorescente cu lămpi LED în magazinele alimentare poate reduce aportul celor mai dăunătoare lungimi de undă albastre.
Tuberculii de cartofi depozitați la întuneric nu conțin clorofilă. După intrarea în lumină, literalmente în câteva ore, genele specifice sunt activate pentru a produce un lanț de clorofilă și produse de sinteză a HCA. Tehnologiile de analiză moleculară fac posibilă identificarea structurii genelor și s-a dovedit că mecanismele de control genetic al acestor procese au specificitate varietală. A fost studiată influența lămpilor LED monocromatice cu compoziție spectrală diferită și îngustă. Reglarea luminii a amenajării peisagistice a tuberculilor de cartofi a fost realizată sub iluminare constantă furnizată de diode emițătoare de lumină (LED-uri). Lungimile de undă ale luminii B (albastru, 470 nm), R (roșu, 660 nm) și FR (roșu îndepărtat, 730 nm) și WL (alb, 400-680 nm) au fost utilizate timp de 10 zile. Lungimile de undă albastre și roșii au fost eficiente în inducerea și acumularea clorofilei, carotenoidelor și a celor doi glicoalcaloizi principali din cartofi, α-solanina și α-chaconina, în timp ce niciunul nu s-a acumulat în întuneric sau sub lumină roșie îndepărtată. Gene-cheie pentru biosinteza clorofilei (HEMA1, care codifică enzima limitatoare de viteză pentru glutamil-tRNA reductază, GSA, CHLH și GUN4) și șase gene (HMG1, SQS, CAS1, SSR2, SGT1 și SGT2) necesare pentru sinteza glicoalcaloizii au fost induși și în lumină albă, albastră și roșie, dar nu în întuneric sau cu lumină roșie îndepărtată (Fig.3,4,5). Aceste date indică rolul atât al fotoreceptorilor criptocromici, cât și al fotoreceptorilor fitocromici în acumularea de clorofile și glicoalcaloizi. Contribuția fitocromului a fost susținută în continuare de observația că lumina roșie îndepărtată poate inhiba acumularea indusă de lumina albă de clorofile și glicoalcaloizi și expresia genelor asociate.
Diferite soiuri de cartofi produc clorofilă și culoare verde în rate diferite, ceea ce a fost confirmat de multe studii. De exemplu, Norvegia a identificat diferențe în modificările aparente de culoare între soiuri și a dezvoltat scale subiective separate de evaluare pentru diferite soiuri, bazate pe măsurători precise ale clorofilei și culorii. În Fig. 84.
Soiul cu piele roșie Asterix (Fig. 6a) a prezentat o creștere semnificativă a unghiului de nuanță, trecând de la roșu la maroniu, în timp ce soiul galben Folva (Fig. 6b) s-a schimbat de la galben-verde la verde-galben. Celandie galbenă (Fig. 6c) a prezentat cea mai mică schimbare dintre toți parametrii de culoare la expunerea la lumină, în timp ce soiul galben Mandel (Fig. 6d) și-a schimbat culoarea semnificativ, de la galben la cenușiu. În formă digitală, graficul schimbării culorii diferitelor soiuri de cartofi la lumină arată astfel (Fig. 7).
În acest studiu, toate soiurile, cu excepția Mandel, au arătat o creștere semnificativă a glicoalcaloizilor totali după mai mult de 36 de ore de expunere la lumină. Dar dinamica modificărilor și nivelul conținutului de HCA diferă semnificativ în diferite soiuri: Asterix - de la 179 la 223 mg/kg, Nansen - de la 93 la 160 mg/kg, Rutt - de la 136 la 180 mg/kg, Celandin - de la 149 la 182 mg/kg, Folva - de la 199 la 290 mg/kg, Hassel - de la 137 la 225 mg/kg, Mandel - fără modificare (192-193) mg/kg.
În Noua Zeelandă, întregul soi național de cartofi a fost evaluat prin intensitatea ecologizării. Rezultatele au arătat că cantitatea de clorofilă din tuberculi după 120 de ore de iluminare în diferite soiuri diferă printr-un ordin de mărime - de la 0,5 la 5,0 mg (Fig. 8).
Concluzii practice importante decurg din aceste informații ale experților. Sub influența luminii, în cartof se produce clorofilă, care dă pulpei o culoare verde, iar coaja o nuanță verzuie sau maronie. Diferite soiuri de cartofi dezvoltă diferite forme de decolorare și în rate diferite. Compoziția spectrală a luminii modifică oarecum dinamica acumulării clorofilei, dar opțiunea de a utiliza spectrul roșu îndepărtat, precum și întunericul (care nu duc la acumularea de clorofilă), nu este relevantă pentru magazinele care vând cartofi. Există soiuri care acumulează de 10 ori mai puțină clorofilă în aceleași condiții de iluminare. Dinamica acumulării de glicoalcaloizi diferă de dinamica ecologizării. Principala diferență este că cantitatea inițială de HCA din tuberculi înainte de intrarea în comerț și începutul iluminatului intensiv nu este egală cu zero, spre deosebire de clorofilă, și poate fi destul de semnificativă. Intensitatea scăzută a înverzirii multor soiuri predetermina o prezență mai îndelungată a cartofilor pe rafturile magazinelor, ceea ce duce la o acumulare mai mare de HCA.
Deoarece plângerile cu privire la gustul amar nu apar în fiecare an, este necesar să se afle și alte motive pentru creșterea nivelului de glicoalcaloizi în tuberculi, care nu se datorează luminii sau caracteristicilor varietale în etapa de implementare. În practică, relația funcțională dintre ecologizare și acumularea de glicoalcaloizi înseamnă necesitatea analizei cauzelor ecologizării. Factori de producție care afectează ecologizarea și acumularea de HCA:
- Conditii de crestere Fiind tulpini subterane, tuberculii se pot inverzi in mod natural in camp cu acoperire insuficienta a solului, prin fisuri in sol, sau ca urmare a eroziunii solului de vant si/sau de irigare. Având în vedere acest lucru, cartofii ar trebui să fie plantați suficient de adânc, menținând în același timp suficientă umiditate a solului pentru a asigura o răsărire rapidă și uniformă. O creștere proporțională a intensității înverzirii tuberculilor are loc cu o creștere a normei de azot în sol de la 0 la 300 kg/ha. În același timp, cercetătorii observă că dubla normă de azot în timpul cultivării crește conținutul de glicoalcaloizi cu 10% la unele soiuri.Orice factor de mediu care afectează creșterea și dezvoltarea plantelor din familia nuanțelor este de natură să afecteze conținutul de glicoalcaloizi. Clima, altitudinea, tipul de sol, umiditatea solului, disponibilitatea îngrășămintelor, poluarea aerului, timpul de recoltare, tratamentele cu pesticide și expunerea la lumina soarelui contează.
- Maturitatea tuberculului la recoltare Efectul maturității la recoltare asupra frecvenței înverzirii este controversat. Cartofii tineri cu coaja netedă și subțire pot deveni verzi mai repede decât tuberculii mai maturi. Soiurile cu maturare timpurie pot prezenta o acumulare mai mare de glicoalcaloizi decât tuberculii cu maturare târzie, dar există dovezi contrare în studii specifice.
- Leziunile tuberculilor nu afectează în niciun fel acumularea de clorofilă, ci provoacă acumularea de HCA (nivelul de HCA crește la fel de mult ca urmare a expunerii la lumină (Fig. 9).
- Conditii de depozitare. Tuberculii depozitați la temperaturi scăzute sunt mai puțin susceptibili la înverzire și la acumularea de HCA. Țesuturile de piele de cartofi la 1 și 5°C sub lumină fluorescentă nu au prezentat nicio schimbare de culoare după 10 zile de depozitare, în timp ce țesuturile depozitate la 10 și 15°C au devenit verzi din a patra și, respectiv, a doua zi. O temperatură de depozitare de 20°C sub iluminare s-a dovedit a fi optimă pentru producția de clorofilă, comparabilă cu majoritatea magazinelor de vânzare cu amănuntul. Glicoalcaloizii se acumulează de două ori mai repede la 24°C decât la 7°C într-o cameră întunecată, iar lumina accelerează acest proces și mai mult.
- Materiale de ambalare. Alegerea ambalajului pentru magazinele de vânzare cu amănuntul este un factor critic în controlul ecologizării și acumulării de HCA. Materialele de ambalare transparente sau translucide încurajează ecologizarea și sinteza HCA, în timp ce ambalajul închis la culoare (sau verde) încetinește degradarea.
Pe baza regularităților demonstrate experimental, putem concluziona cu încredere că nivelul mai ridicat de glicoalcaloizi în tuberculii de cartofi din sezonul curent în comparație cu nivelul obișnuit se datorează condițiilor nefavorabile pentru formarea culturilor. O perioadă lungă de căldură și secetă în iulie - începutul lunii septembrie a întârziat maturarea tuberculilor și absorbția azotului, solul din crestele câmpurilor fără irigare crăpat. Începutul recoltării a avut loc pe fondul solului excesiv de uscat și a unui număr mare de bulgări tari, ceea ce a dus la creșterea rănirii tuberculilor. Ulterior, ritmul de recoltare a încetinit din cauza precipitațiilor excesive. Câmpurile după uscare, de ex. fără a umbri suprafața solului, au așteptat mult timp recoltarea. Aceste condiții nefavorabile au contribuit atât la înverzirea tuberculilor, cât și la formarea în ei a cantități mai mari decât de obicei de HCA.
Cele mai eficiente modalități de a preveni acumularea nedorită de glicoalcaloizi se reduc la o limitare severă a expunerii tuberculilor la lumină în timpul cultivării, depozitării și vânzării, mai ales pe fundalul temperaturilor ridicate. Practicile agricole cum ar fi adâncimea corectă de plantare, formarea crestelor voluminoase, dozele optime de îngrășământ sunt utilizate în mod regulat în tehnologiile moderne de producție a cartofilor. Tuberculii imaturi conțin niveluri mai mari de solanină decât tuberculii maturi. Prin urmare, este foarte important să nu recoltați devreme, să uscați tulpinile în mod fiabil și să lăsați suficient timp (două până la trei săptămâni) pentru ca tuberculii să se maturizeze. Garantat pentru a preveni fisurarea crestelor este posibilă numai cu ajutorul unei irigații periodice în timp util și suficiente. Este posibil să se reducă consecințele fisurii în perioada pre-recoltare, după introducerea desicanților, prin rularea crestelor. Pentru a face acest lucru, sunt produse în serie mașini speciale pentru rularea crestelor, de exemplu, GRIMME RR 600, există opțiuni de combinare cu defoliatoare (Fig. 10). Cu toate acestea, în Federația Rusă, acestea sunt încă utilizate extrem de rar. În același timp, această metodă agricolă este simplă, ieftină, productivă și eficientă. Nivelul HCA este puternic influențat de efectele combinate ale calității, duratei și intensității luminii. Clorofila este verde deoarece reflectă lumina verde în timp ce absoarbe roșu-galben și albastru. Formarea clorofilei este cea mai intensă sub iluminare albastră și portocalie-roșie (Fig. 11). Sub iluminare verde, înverzirea cartofilor practic nu are loc, iar sub lumină albastră sau ultravioletă, apare într-un grad slab. Luminile fluorescente provoacă mai multă verdeață decât luminile incandescente. Secțiunile, compartimentele de depozitare pentru cartofi ar trebui să fie slab iluminate și reci. Trebuie evitată expunerea tuberculilor depozitați la lumina soarelui. Folosiți becuri cu incandescență cu putere redusă și nu le lăsați aprinse mai mult decât este necesar. Solul de pe suprafața tuberculilor oferă o oarecare protecție împotriva expunerii la lumină și a amenajării peisajului. Cartofii spălați se înverzesc mai repede. Odată ce un cartof devine verde, este ireversibil și trebuie sortat înainte de vânzare.
Tehnologia modernă cu diode emițătoare de lumină (LED) deschide noi posibilități de prevenire a formării de solanină în toate etapele post-recoltare ale producției de cartofi. Lămpi speciale produse în serie pentru industria cartofului, care funcționează în spectrul de 520-540 nm (Fig. 12). Lumina, percepută ca verde de ochiul uman, previne eficient formarea clorofilei și solaninei și este astfel un factor decisiv în păstrarea valorii cartofilor în timpul depozitării și prelucrării ulterioare. Astfel de lămpi sunt deosebit de eficiente în zonele de pregătire înainte de vânzare și depozitare înainte de vânzare a cartofilor ambalate. Și încă o regulă generală: mențineți temperatura de depozitare rațional scăzută și mențineți cartofii uscați, deoarece umiditatea crește intensitatea luminii pe piele.
Tipul și culoarea materialului de ambalare afectează intensitatea acumulării de HCA. Lăsând deoparte marketing și publicitate, cel mai bine este să vă ambalați cartofii în hârtie închisă la culoare sau pungi de plastic închise la culoare pentru a evita expunerea la lumină. Există chiar și o recomandare ca materialele de ambalare pentru soiurile de cartofi sensibile să aibă o transmisie totală a luminii mai mică de 0,02 W/m2. Astfel de niveluri scăzute de penetrare a luminii sunt posibile numai atunci când sunt ambalate în plastic negru cu două straturi cu aluminiu. Pungile de vizualizare din celofan verzi inhibă ecologizarea și nu promovează formarea de solanină. Este clar că astfel de recomandări se încadrează în categoria bunelor intenții atunci când vine vorba de vânzarea cu amănuntul a cartofilor. Culorile de ambalaj din comert sunt selectate doar in contextul promovarii vanzarilor.
Condițiile de iluminare din magazinele cu amănuntul sunt, de asemenea, greu de standardizat. Nu există aproape nicio companie comercială care proiectează iluminatul pe baza faptului că cea mai mică acumulare de HCA și ecologizare se observă în spectrul 525-575 nm. Chiar și o metodă de protecție atât de necesară și simplă precum acoperirea cartofilor cu materiale izolatoare la lumină în timpul orelor de odihnă este rar practicată de magazine.
Rezumatul de mai sus enumeră toate metodele eficiente de prevenire pentru a controla acumularea de glicoalcaloizi în tuberculii de cartofi. Au existat numeroase încercări de a găsi mijloace mai radicale de neutralizare: tratament cu uleiuri, ceară, surfactanți, substanțe chimice, regulatori de creștere și chiar radiații ionizante, care în multe cazuri au demonstrat eficiență ridicată. Cu toate acestea, aceste metode nu sunt utilizate în practică din cauza complexității, costurilor ridicate și problemelor de mediu.
Perspectivele strălucitoare sunt declarate de către adepții noilor tehnologii pentru editarea genomului și „dezactivarea” genelor pentru sinteza clorofilei și HCA. Aceste lucrări sunt desfășurate în mod activ și temeinic în multe țări, unde această tehnologie nu este clasificată ca varietate OMG (este clasificată în Federația Rusă), există multe publicații pe acest subiect, dar până acum nu este nevoie să vorbim despre realizările practice. Ca și în cazul multor metode de reproducere revoluționare propuse anterior, euforia inițială de la posibilitatea de editare a genomului este înlocuită treptat de o conștientizare a complexității extreme a proceselor metabolice. Este suficient să privim diagrama care listează procesele deja identificate legate de sinteza GCA și genele cartofului implicate în aceste procese (Fig. 13). În ciuda clarității aparente a acestei diagrame, grupurile de cercetători entuziaști care au abordat această chestiune nu au reușit încă să gestioneze un proces atât de complex de interacțiune între numeroase gene și produsele sintetizate de acestea. Blocarea genelor unice, aparent pur specifice, duce nu numai la modificările așteptate ale nivelurilor specifice de glicoalcaloizi, ci și la schimbări semnificative în formarea altor produse biochimice, pentru care sarcina de editare nu a fost stabilită.
Totuși, chiar și fără a aștepta succesele viitoare în editarea genomului, toate soiurile comerciale de cartofi cultivate în prezent au în condiții normale un conținut scăzut, absolut sigur de glicoalcaloizi, datorită scăderii consistente a acestui indicator pe parcursul multor decenii de muncă clasică de ameliorare. În ceea ce privește soiurile cu o rată relativ lentă de acumulare a clorofilei și înverzirea cojii, acesta nu este un dezavantaj și nu un motiv pentru a le refuza. Dar atunci când se vinde cartofi, este necesar să se informeze oficial organizațiile comerciale că soiul are o particularitate pentru a preveni expunerea excesiv de lungă a tuberculilor la lumină și pretențiile rezultate ale cumpărătorilor pentru un gust neașteptat de amar în absența unei ecologizări evidente.