Sergey Banadysev, doktor kmetijskih znanosti,
LLC "Doka - Gene Technologies"
V tej sezoni obstajajo signali potrošnikov o grenkem okusu krompirja brez vidnega ozelenitve gomoljev. Razlog za grenkobo v okusu je vsebnost glikoalkaloidov nad 14 mg/100 g.
Glikoalkaloidi (GCA) so naravno prisotni toksikanti grenkega okusa, odporni na vročino v številnih rastlinskih vrstah, vključno s krompirjem. Imajo fungicidne in pesticidne lastnosti in so ena od naravnih obrambnih sredstev rastlin.
Zdaj je dokazano, da imajo krompirjevi glikoalkaloidi v terapevtskih koncentracijah številne blagodejne lastnosti za zdravje ljudi: protitumorne, protimalarične, protivnetne itd. Tehnologije za komercialno ekstrakcijo teh snovi med industrijsko predelavo krompirja se razvijajo, vendar je to ločena tema za publikacije, cilj pa je povzet spodaj. oris razpoložljivih možnosti za preprečevanje čezmernega kopičenja glikoalkaloidov v jedilnem krompirju.
Glavni HCA, ki ju vsebujejo gomolji krompirja, sta α-solanin in α-chaconin (slika 1), ki predstavljata približno 95 % celotne vsebnosti glikoalkaloidov v tej rastlinski vrsti.
Solanin in čakonin sta steroidna alkaloida, ki vsebujeta dušik in nosita isti aglikon, solanidin, vendar se razlikujeta v stranski verigi trisaharida. Trisaharid v α-solaninu je galaktoza, glukoza in ramnoza, v α-chaconinu pa glukoza in dva ostanka.
ramnoza. Gomolj navadnega krompirja vsebuje povprečno 10-150 mg/kg glikoalkaloidov, zelen 250-280 mg/kg, zelena lupina pa 1500-2200 mg/kg. Vsebnost glikoalkaloidov v komercialnih gomoljih krompirja je relativno nizka in
porazdelitev znotraj gomolja ni enakomerna. Najvišje ravni so omejene na lupino, medtem ko so najnižje ravni v jedru. HCA se vedno nahaja v gomoljih in v odmerkih do 100 mg/kg skupaj prispevata k dobremu okusu krompirja.
Pomfrit in krompirjev čips običajno vsebujeta ravni HCA 0,04–0,8 oziroma 2,3–18 mg/100 g izdelka. Izdelki za piling so relativno bogati z glikoalkaloidi (56,7-145 oziroma 9,5-72 mg/100 g izdelka). Proizvodnja krompirjevih izdelkov obsega pranje, lupljenje, rezanje, blanširanje, sušenje in cvrtje. Največja količina glikoalkaloidov se odstrani med čiščenjem, blanširanjem in cvrtjem, pomfrit, pripravljen za uživanje, pa vsebuje le 3-8 % glikoalkaloidov v primerjavi s surovinami, pri čemer do glavnega uničenja HCA pride med cvrtjem. Dokazano je, da z lupljenjem običajno odstranimo večino glikoalkaloidov v užitnih gomoljih. Krompir, kuhan z lupino, lahko postane bolj grenak kot tisti, ki ni bil olupljen zaradi migracije glikoalkaloidov v meso med procesom kuhanja. Kuhanje zniža nivo HCA le za 20%, pečenje in kuhanje v mikrovalovni pečici ne zmanjšata vsebnosti glikoalkaloidov, saj je kritična temperatura za razgradnjo HCA okoli 170°C.
Primeri zastrupitve s HCA v krompirju v celotni zgodovini opazovanj so redki. Vendar je treba omeniti morebitne simptome, kot so slabost, bruhanje, driska, želodčni in trebušni krči, glavobol, povišana telesna temperatura, hiter in šibek utrip, hitro dihanje in halucinacije. Toksičen odmerek HCA za človeka je 1-5 mg/kg telesne teže, smrtni odmerek pa 3-6 mg/kg telesne teže pri peroralnem dajanju. Zato je večina razvitih držav, ki gojijo krompir, določila mejne vrednosti za glikoalkaloide 20 mg/100 g sveže teže in 100 mg/100 g suhe teže kot varne mejne vrednosti v užitnih gomoljih.
Znano je, da so gomolji krompirja s HCA 14 mg/100 g že rahlo grenki, medtem ko
pekoč občutek v grlu in ustih povzročajo koncentracije, večje od 22 mg/100 g, zato je najboljše vodilo za potrošnike: »Če je krompir grenak, ga ne jejte.«
V fazi pridelave, skladiščenja in prodaje krompirja je pomembno preprečiti kopičenje potencialno nevarnih koncentracij HCA v gomoljih.
Akumulacija HCA se neizogibno pojavi v gomoljih, vendar se pod vplivom sončne svetlobe vedno znova aktivira. Osvetljevanje vodi tudi do tvorbe klorofila in posledično ozelenitve lupine gomoljev. To so neodvisni procesi z različnimi posledicami. Klorofil je popolnoma neškodljiv in brez okusa. Hkrati ozelenitev signalizira dolgotrajno izpostavljenost svetlobi in posledično nastalo kopičenje glikoalkaloidov. Krompirja, ki je obarval zeleno, navadno ne prodajamo oziroma ne umaknemo s polic takoj, ko postane opazna sprememba barve. Visoka vsebnost glikoalkaloidov povzroča pritožbe potrošnikov in zmanjšuje komercialno vrednost prodanih izdelkov. Težaven primer, opažen v tekoči sezoni, namreč grenak okus krompirja brez znakov vidnega ozelenevanja, si zasluži posebno razlago in analizo možnih vzrokov.
Ker je ozelenitev krompirja glavni vzrok za poslabšanje kakovosti krompirja v procesu trženja in velik komercialni problem, so vse značilnosti tega pojava precej temeljito raziskane. Hkrati je bilo pridobljenih tudi veliko strokovnih informacij o kopičenju HCA v gomoljih. Tako kot podzemna stebla so gomolji krompirja nefotosintetični rastlinski organi, ki nimajo mehanizma fotosinteze. Vendar pa se po izpostavitvi svetlobi amiloplasti, ki vsebujejo škrob, pretvorijo v kloroplaste v perifernih celičnih plasteh gomolja, kar povzroči kopičenje zelenega fotosintetskega pigmenta klorofila. Na ozelenitev gomoljev lahko vplivajo genetski, kulturni, fiziološki in okoljski dejavniki, vključno z globino sajenja, fiziološko starostjo gomoljev, temperaturo, ravnmi atmosferskega kisika in svetlobnimi pogoji. Glavni dejavniki, ki vplivajo na stopnjo ozelenitve in kopičenje glikoalkaloidov, so intenzivnost in spektralna sestava svetlobe, temperatura, genetske značilnosti sort.
Sinteza klorofila in HCA v gomolju poteka pod vplivom valovnih dolžin vidne svetlobe od 400 do 700 nm (slika 2). Po mnenju raziskovalcev je sinteza klorofila največja pri 475 in 675 nm (modra in rdeča območja), medtem ko se največja sinteza α-solanina in α-chaconina pojavi pri 430 nm in 650 nm. Sinteza klorofila je minimalna pri 525-575 nm, medtem ko se HCA kopiči minimalno pri 510-560 nm (zeleno območje). Te razlike potrjujejo predpostavko o različnih poteh biosinteze klorofila in HCA. Koncentracija klorofila v krompirjevih gomoljih, izpostavljenih modri svetlobi (0,10 W/m2), je bila po 16 dneh skladiščenja trikrat večja kot pri krompirju, izpostavljenem modri svetlobi.
izpostavljeni rdeči svetlobi (0,38 W/m2). Fluorescentne sijalke (7,5 W/m2) oddajajo 1,9-krat več modre svetlobe (400–500 nm) kot LED sijalke (7,7 W/m2), medtem ko LED sijalke oddajajo 2,5-krat več rdeče svetlobe (620–680 nm) kot fluorescenčne sijalke. Zato lahko zamenjava fluorescenčnih sijalk z LED sijalkami v trgovinah z živili zmanjša vnos najbolj škodljivih modrih valovnih dolžin.
Gomolji krompirja, shranjeni v temi, ne vsebujejo klorofila. Po vstopu v svetlobo se dobesedno v nekaj urah aktivirajo specifični geni za proizvodnjo verige produktov sinteze klorofila in HCA. Tehnologije molekularne analize omogočajo prepoznavanje strukture genov in izkazalo se je, da imajo mehanizmi genetske kontrole teh procesov sortno specifičnost. Proučevali so vpliv monokromatskih LED sijalk z različno in ozko spektralno sestavo. Svetlobna regulacija ozelenitve gomoljev krompirja je bila izvedena ob stalni osvetlitvi s svetlečimi diodami (LED). Svetlobne valovne dolžine B (modra, 470 nm), R (rdeča, 660 nm) in FR (daleč rdeča, 730 nm) in WL (bela, 400-680 nm) so bile uporabljene 10 dni. Modre in rdeče valovne dolžine so bile učinkovite pri indukciji in kopičenju klorofila, karotenoidov in dveh glavnih krompirjevih glikoalkaloidov, α-solanina in α-chaconina, medtem ko se nobeden od njih ni kopičil v temi ali pod daleč rdečo svetlobo. Ključni geni za biosintezo klorofila (HEMA1, ki kodira encim, ki omejuje hitrost glutamil-tRNA reduktaze, GSA, CHLH in GUN4) in šest genov (HMG1, SQS, CAS1, SSR2, SGT1 in SGT2), potrebnih za sintezo glikoalkaloidi so bili inducirani tudi v beli, modri in rdeči svetlobi, vendar ne v temi ali z daleč rdečo svetlobo (sl. 3,4,5, XNUMX, XNUMX). Ti podatki kažejo na vlogo tako kriptokromnih kot fitokromnih fotoreceptorjev pri kopičenju klorofila in glikoalkaloidov. Prispevek fitokroma je bil nadalje podprt z ugotovitvijo, da lahko daleč rdeča svetloba zavira z belo svetlobo povzročeno kopičenje klorofila in glikoalkaloidov ter s tem povezano izražanje genov.
Različne sorte krompirja proizvajajo klorofil in zeleno barvo z različno hitrostjo, kar so potrdile številne raziskave. Norveška je na primer ugotovila razlike v navideznih barvnih spremembah med kultivarji in razvila ločene subjektivne ocenjevalne lestvice za različne kultivarje na podlagi natančnih meritev klorofila in barve. Vizualne spremembe barve štirih sort krompirja, shranjenih 84 ur pod LED osvetlitvijo, so prikazane na sl. 6.
Rdečekoža sorta Asterix (slika 6a) je pokazala znatno povečanje barvnega kota, ki je prešel iz rdeče v rjavkasto, medtem ko je rumena sorta Folva (slika 6b) spremenila barvo iz rumeno-zelene v zeleno-rumeno. Rumena sorta Celandie (slika 6c) je pokazala najmanjšo spremembo barvnih parametrov ob izpostavitvi svetlobi, medtem ko je rumena sorta Mandel (slika 6d) bistveno spremenila barvo, od rumene do sivkaste. V digitalni obliki je graf spreminjanja barve različnih sort krompirja na svetlobi videti tako (slika 7).
V tem poskusu so vse sorte razen Mandel pokazale znatno povečanje skupnih glikoalkaloidov po več kot 36 urah izpostavljenosti svetlobi. Toda dinamika sprememb in raven vsebnosti HCA se pri različnih sortah bistveno razlikujeta: Asterix - od 179 do 223 mg / kg, Nansen - od 93 do 160 mg / kg, Rutt - od 136 do 180 mg / kg, Celandin - od 149 do 182 mg / kg, Folva - od 199 do 290 mg / kg, Hassel - od 137 do 225 mg / kg, Mandel - brez spremembe (192-193) mg / kg.
Na Novi Zelandiji so celotno nacionalno sorto krompirja ocenjevali po intenzivnosti ozelenitve. Rezultati so pokazali, da se količina klorofila v gomoljih po 120 urah osvetlitve pri različnih sortah razlikuje za red velikosti - od 0,5 do 5,0 mg (slika 8).
Iz teh strokovnih informacij sledijo pomembni praktični zaključki. Pod vplivom svetlobe se v krompirju proizvaja klorofil, ki daje mesu zeleno barvo, kožici pa zelenkast ali rjavkast odtenek. Različne sorte krompirja razvijejo različne oblike razbarvanja in z različno hitrostjo. Spektralna sestava svetlobe nekoliko spremeni dinamiko kopičenja klorofila, vendar je možnost uporabe daleč rdečega spektra in teme (ki ne vodijo do kopičenja klorofila) nepomembna za trgovine s krompirjem. Obstajajo sorte, ki pri enakih svetlobnih pogojih kopičijo 10-krat manj klorofila. Dinamika kopičenja glikoalkaloidov se razlikuje od dinamike ozelenitve. Glavna razlika je v tem, da začetna količina HCA v gomoljih pred vstopom v promet in začetkom intenzivnega osvetljevanja ni enaka nič, za razliko od klorofila, in je lahko precejšnja. Nizka intenzivnost ozelenitve številnih sort določa daljšo prisotnost krompirja na trgovskih policah, kar vodi do večjega kopičenja HCA.
Ker se pritožbe glede grenkega okusa ne pojavljajo vsako leto, je treba v fazi izvajanja ugotoviti druge razloge za povečanje ravni glikoalkaloidov v gomoljih, ki niso posledica osvetlitve ali sortnih lastnosti. Funkcionalna povezava med ozelenitvijo in kopičenjem glikoalkaloidov v praksi pomeni potrebo po analizi vzrokov ozelenitve. Proizvodni dejavniki, ki vplivajo na ozelenitev in kopičenje HCA:
- Pogoji rasti Ker so podzemna stebla, lahko gomolji naravno ozelenijo na polju z nezadostno pokritostjo tal, skozi razpoke v tleh ali kot posledica erozije tal zaradi vetra in/ali namakanja. Glede na to je treba krompir saditi dovolj globoko, hkrati pa ohranjati zadostno vlažnost tal, da zagotovimo hiter in enakomeren vznik. Sorazmerno povečanje intenzivnosti ozelenitve gomoljev se pojavi s povečanjem norme dušika v tleh od 0 do 300 kg/ha. Hkrati raziskovalci ugotavljajo, da dvojna norma dušika med gojenjem poveča vsebnost glikoalkaloidov v nekaterih sortah za 10%.Vsak okoljski dejavnik, ki vpliva na rast in razvoj rastlin iz družine nočnih senčnikov, bo verjetno vplival na vsebnost glikoalkaloidi. Pomembni so podnebje, nadmorska višina, vrsta tal, vlažnost tal, razpoložljivost gnojil, onesnaženost zraka, čas žetve, tretiranje s pesticidi in izpostavljenost sončni svetlobi.
- Zrelost gomolja ob žetvi Vpliv zrelosti ob žetvi na pogostost ozelenitve je sporen. Mladi krompir z gladko in tanko lupino lahko ozeleni hitreje kot zrelejši gomolji. Zgodnje dozorele sorte lahko kažejo večje kopičenje glikoalkaloidov kot pozno dozorevajoči gomolji, vendar obstajajo dokazi o nasprotnem v posebnih študijah.
- Poškodba gomoljev nikakor ne vpliva na kopičenje klorofila, izzove pa kopičenje HCA (raven HCA se poveča enako kot zaradi izpostavljenosti svetlobi (slika 9).
- Pogoji shranjevanja. Gomolji, shranjeni pri nizkih temperaturah, so manj dovzetni za ozelenitev in kopičenje HCA. Tkiva krompirjeve lupine pri 1 in 5 °C pod fluorescentno svetlobo po 10 dneh skladiščenja niso pokazala nobene spremembe barve, medtem ko so tkiva, shranjena pri 10 in 15 °C, postala zelena od četrtega oziroma drugega dne. Temperatura shranjevanja 20 °C pri razsvetljavi se je izkazala za optimalno za proizvodnjo klorofila, primerljivo z večino maloprodajnih trgovin. Glikoalkaloidi se pri 24°C kopičijo dvakrat hitreje kot pri 7°C v temnem prostoru, svetloba pa ta proces še pospeši.
- Embalažni materiali. Izbira embalaže za maloprodajne trgovine je ključni dejavnik pri nadzoru ozelenitve in kopičenja HCA. Transparentni ali prosojni embalažni materiali spodbujajo ozelenitev in sintezo HCA, medtem ko temna (ali zelena) embalaža upočasnjuje razgradnjo.
Na podlagi eksperimentalno dokazanih zakonitosti lahko z gotovostjo sklepamo, da je višja vsebnost glikoalkaloidov v gomoljih krompirja trenutne sezone v primerjavi z običajno ravnjo posledica neugodnih pogojev za nastanek pridelka. Dolgo obdobje vročine in suše v juliju - začetku septembra je odložilo zorenje gomoljev in absorpcijo dušika, tla v grebenih na poljih brez namakanja so razpokana. Začetek obiranja je potekal v ozadju prekomerno suhe zemlje in velikega števila trdih grudic, kar je povzročilo večjo poškodbo gomoljev. Kasneje se je spravilo umirilo zaradi prekomernih padavin. Polja po sušenju, tj. brez senčenja površine zemlje so dolgo čakali na žetev. Te neugodne razmere so prispevale tako k ozelenjenju gomoljev kot k nastanku večjih količin HCA kot običajno v njih.
Najučinkovitejši načini za preprečevanje neželenega kopičenja glikoalkaloidov so stroga omejitev izpostavljenosti gomoljev svetlobi med gojenjem, skladiščenjem in prodajo, zlasti v ozadju visokih temperatur. V sodobnih tehnologijah pridelave krompirja se redno uporabljajo kmetijske prakse, kot so pravilna globina sajenja, oblikovanje voluminoznih grebenov, optimalne količine gnojil. Nezreli gomolji vsebujejo višje ravni solanina kot zreli gomolji. Zato je zelo pomembno, da ne obirate zgodaj, stebla zanesljivo posušite in pustite dovolj časa (dva do tri tedne), da gomolji dozorijo. Zagotovo preprečiti pokanje grebenov je mogoče le s pravočasnim in zadostnim občasnim namakanjem. Posledice pokanja je mogoče zmanjšati v času pred žetvijo, po vnosu sušilnih sredstev, z valjanjem grebenov. Za to se masovno proizvajajo posebni stroji za valjanje grebenov, na primer GRIMME RR 600, obstajajo možnosti za kombiniranje z defoliatorji (slika 10). Vendar se v Ruski federaciji še vedno uporabljajo zelo redko. Hkrati je ta kmetijska metoda preprosta, poceni, produktivna in učinkovita. Na raven HCA močno vplivajo kombinirani učinki kakovosti svetlobe, trajanja in intenzivnosti. Klorofil je zelen, ker odbija zeleno svetlobo, medtem ko absorbira rdeče-rumeno in modro. Tvorba klorofila je najbolj intenzivna pri modri in oranžnordeči osvetlitvi (slika 11). Pri zeleni svetlobi se krompir ozeleni praktično ne, pri modri ali ultravijolični svetlobi pa do šibke stopnje. Fluorescentne luči povzročajo več zelenja kot žarnice z žarilno nitko. Oddelki, predelki za shranjevanje krompirja morajo biti slabo osvetljeni in hladni. Izogibati se je treba izpostavljanju gomoljev v skladišču sončni svetlobi. Uporabljajte žarnice z žarilno nitko z nizko močjo in jih ne puščajte prižganih dlje, kot je potrebno. Tla na površini gomoljev zagotavljajo določeno zaščito pred izpostavljenostjo svetlobi in urejanjem krajine. Opran krompir hitreje pozeleni. Ko krompir postane zelen, je nepovraten in ga je treba pred prodajo sortirati.
Sodobna tehnologija LED (Light Emitting Diode) odpira nove možnosti za preprečevanje nastajanja solanina v vseh fazah pridelave krompirja po žetvi. Serijsko izdelane posebne sijalke za industrijo krompirja, ki delujejo v spektru 520-540 nm (slika 12). Svetloba, ki jo človeško oko zazna kot zeleno, učinkovito preprečuje nastajanje klorofila in solanina in je tako odločilen dejavnik pri ohranjanju vrednosti krompirja med skladiščenjem in nadaljnjo predelavo. Takšne svetilke so še posebej učinkovite v prostorih predprodajne priprave in predprodajnega skladiščenja pakiranega krompirja. In še eno splošno pravilo: temperatura skladiščenja naj bo racionalno nizka, krompir pa naj bo suh, saj vlaga poveča intenzivnost svetlobe na lupini.
Vrsta in barva embalaže vplivata na intenzivnost kopičenja HCA. Poleg trženja in oglaševanja je najbolje, da krompir zapakirate v temne papirnate ali temne plastične vrečke, da preprečite izpostavljenost svetlobi. Obstaja celo priporočilo, da morajo imeti embalažni materiali za občutljive sorte krompirja skupno prepustnost svetlobe manj kot 0,02 W/m2. Tako nizke stopnje prodora svetlobe so možne samo, če so pakirane v dvoslojni črni plastiki z aluminijem. Zelene celofanske vrečke za gledanje zavirajo ozelenitev in ne spodbujajo tvorbe solanina. Jasno je, da takšna priporočila sodijo v kategorijo dobrih namenov, ko gre za prodajo krompirja na drobno. Barve embalaže v trgovini izbiramo le v okviru pospeševanja prodaje.
Tudi svetlobne pogoje v maloprodajnih trgovinah je težko standardizirati. Skoraj ni nobenih komercialnih podjetij, ki načrtujejo razsvetljavo na podlagi dejstva, da je najmanj akumulacije HCA in ozelenitve opaziti v spektru 525-575 nm. Tudi tako potreben in preprost način zaščite, kot je pokrivanje krompirja s svetlobno izolacijskimi materiali v času izven delovnega časa, se v trgovinah redko izvaja.
Zgornji povzetek navaja vse učinkovite preventivne metode za nadzor kopičenja glikoalkaloidov v gomoljih krompirja. Bilo je veliko poskusov iskanja radikalnejših načinov nevtralizacije: obdelava z olji, voski, površinsko aktivnimi snovmi, kemikalijami, regulatorji rasti in celo ionizirajočim sevanjem, ki so se v mnogih primerih izkazala za visoko učinkovitost. Vendar se te metode v praksi ne uporabljajo zaradi kompleksnosti, visokih stroškov in okoljskih težav.
Svetle možnosti napovedujejo privrženci novih tehnologij za urejanje genoma in "izklop" genov za sintezo klorofila in HCA. Ta dela se aktivno in temeljito izvajajo v mnogih državah, kjer ta tehnologija ni razvrščena kot sorta GSO (v Ruski federaciji je razvrščena), na to temo je veliko publikacij, vendar zaenkrat ni treba govoriti. o praktičnih dosežkih. Kot pri mnogih doslej predlaganih revolucionarnih metodah žlahtnjenja, začetno evforijo zaradi možnosti urejanja genoma postopoma nadomesti zavedanje o izjemni kompleksnosti presnovnih procesov. Dovolj je pogledati diagram, v katerem so navedeni že identificirani procesi, povezani s sintezo GCA in krompirjevimi geni, ki sodelujejo pri teh procesih (slika 13). Kljub navidezni jasnosti tega diagrama skupinam navdušenih raziskovalcev, ki so se lotili te zadeve, še ni uspelo obvladati tako zapletenega procesa interakcije med številnimi geni in produkti, ki jih sintetizirajo. Blokiranje navidezno čisto specifičnih, posameznih genov vodi ne le do pričakovanih sprememb v določenih ravneh glikoalkaloidov, ampak tudi do pomembnih sprememb v tvorbi drugih biokemičnih produktov, za katere naloga urejanja ni bila postavljena.
Toda tudi brez čakanja na prihodnje uspehe pri urejanju genoma imajo vse komercialne sorte krompirja, ki se trenutno gojijo, v normalnih pogojih nizko, popolnoma varno vsebnost glikoalkaloidov, zaradi doslednega zmanjševanja tega indikatorja v mnogih desetletjih klasičnega žlahtnjenja. Kar zadeva sorte z relativno počasno stopnjo kopičenja klorofila in ozelenitve lupine, to ni pomanjkljivost in ni razlog, da bi jih zavrnili. Toda pri prodaji krompirja je treba uradno obvestiti trgovske organizacije, da ima sorta posebnost, da se prepreči predolga izpostavljenost gomoljev svetlobi in posledične trditve kupcev za nepričakovano grenak okus v odsotnosti očitnega ozelenitve.