Сергей Банадисев, доктор на селскостопанските науки,
ООО "Дока - Генни технологии"
През този сезон има сигнали от потребители за горчив вкус на картофи без видимо позеленяване на клубените. Причината за горчивината във вкуса е съдържанието на гликоалкалоиди над 14 mg/100 g.
Гликоалкалоидите (GCAs) са естествено срещащи се, горчиви на вкус, топлоустойчиви токсични вещества в много растителни видове, включително картофи. Те имат фунгицидни и пестицидни свойства и са една от естествените защити на растенията.
Сега е доказано, че картофените гликоалкалоиди в терапевтични концентрации имат много полезни свойства за човешкото здраве: противотуморни, антималарийни, противовъзпалителни и др. Разработват се технологии за търговско извличане на тези вещества по време на промишлената обработка на картофи, но това е отделна тема за публикации, а целта е обобщена по-долу. информация - очертайте наличните опции за предотвратяване на прекомерното натрупване на гликоалкалоиди в картофите за консумация.
Основните HCA, съдържащи се в картофените клубени, са α-соланин и α-чаконин (фиг. 1), които съставляват около 95% от общото съдържание на гликоалкалоиди в този растителен вид.
Соланин и чаконин са азотсъдържащи стероидни алкалоиди, които носят същия агликон, соланидин, но се различават по страничната верига на тризахарида. Тризахаридът в α-соланин е галактоза, глюкоза и рамноза, докато в α-чаконин е глюкоза и два остатъка.
рамноза. Един обикновен картофен клубен съдържа средно 10-150 mg/kg гликоалкалоиди, докато зеленият съдържа 250-280 mg/kg, а зелената кора съдържа 1500-2200 mg/kg. Съдържанието на гликоалкалоиди в търговските картофени клубени е сравнително ниско и
разпределението в клубена не е равномерно. Най-високите нива са ограничени до кората, докато най-ниските нива се намират в сърцевината. HCA винаги се намира в грудките и в дози до 100 mg/kg те се комбинират, за да допринесат за добрия вкус на картофите.
Пържените картофи и картофеният чипс обикновено съдържат нива на HCA съответно 0,04-0,8 и 2,3-18 mg/100 g продукт. Пилинг продуктите са сравнително богати на гликоалкалоиди (съответно 56,7-145 и 9,5-72 mg/100 g продукт). Производството на картофени продукти включва измиване, белене, нарязване, бланширане, сушене и пържене. Най-голямо количество гликоалкалоиди се отстранява по време на почистване, бланширане и пържене, а готовите за консумация пържени картофи съдържат само 3-8% гликоалкалоиди в сравнение със суровините, като основното разрушаване на HCA става при пържене. Доказано е, че обелването обикновено премахва повечето от гликоалкалоидите в ядливите грудки. Картофите, приготвени с кожата, могат да станат по-горчиви от тези, които не са били обелени поради миграцията на гликоалкалоиди в месото по време на процеса на готвене. Варенето намалява нивото на HCA само с 20%, печенето и готвенето в микровълнова фурна не намаляват съдържанието на гликоалкалоиди, тъй като критичната температура за разграждането на HCA е около 170°C.
Случаите на отравяне с HCA в картофите в цялата история на наблюденията са редки. Трябва обаче да се споменат възможни симптоми като гадене, повръщане, диария, стомашни и коремни спазми, главоболие, треска, ускорен и слаб пулс, учестено дишане и халюцинации. Токсичната доза на HCA за хора е 1-5 mg/kg телесно тегло, а леталната доза е 3-6 mg/kg телесно тегло при перорален прием. Поради това повечето развити страни, отглеждащи картофи, са определили граници за гликоалкалоиди от 20 mg/100 g прясно тегло и 100 mg/100 g сухо тегло като безопасни граници в годни за консумация грудки.
Известно е, че картофените клубени с HCA 14 mg/100 g са вече леко горчиви, докато
парене в гърлото и устата се причинява от концентрации, по-големи от 22 mg/100 g. Затова най-добрата насока за потребителите е: „Ако картофът има горчив вкус, не го яжте“.
На етапа на отглеждане, съхранение и продажба на картофи е важно да се предотврати натрупването на потенциално опасни концентрации на HCA в клубените.
Натрупването на HCA неизбежно се случва в клубените, но многократно се активира под въздействието на слънчевата светлина. Осветяването също води до образуването на хлорофил и произтичащото от това позеленяване на кората на клубените. Това са независими процеси с различни последствия. Хлорофилът е абсолютно безвреден и безвкусен. В същото време позеленяването сигнализира за продължително излагане на светлина и следователно за настъпило натрупване на гликоалкалоиди. Картофите, които са позеленели, обикновено не се продават или изваждат от рафтовете веднага щом промяната на цвета стане забележима. Високото съдържание на гликоалкалоиди предизвиква оплаквания от потребителите и намалява търговската стойност на продаваните продукти. Един труден случай, отбелязан през настоящия сезон, а именно горчивият вкус на картофи без признаци на видимо позеленяване, заслужава отделно обяснение и анализ на възможните причини.
Тъй като озеленяването на картофите е основната причина за влошаване на качеството на картофите в процеса на търговия и значителен търговски проблем, всички характеристики на това явление са проучени доста задълбочено. В същото време беше получена и много експертна информация за натрупването на HCA в клубените. Подобно на подземните стъбла, картофените клубени са нефотосинтезиращи растителни органи, които нямат механизма на фотосинтеза. Въпреки това, след излагане на светлина, амилопласти, съдържащи нишесте, се превръщат в хлоропласти в периферните клетъчни слоеве на грудката, което причинява натрупването на зеления фотосинтетичен пигмент хлорофил. Озеленяването на клубените може да бъде повлияно от генетични, културни, физиологични и фактори на околната среда, включително дълбочина на засаждане, физиологична възраст на клубените, температура, нива на атмосферен кислород и условия на осветление. Основните фактори, влияещи върху нивото на озеленяване и натрупване на гликоалкалоиди, са интензитетът и спектралният състав на светлината, температурата, генетичните характеристики на сортовете.
Синтезът на хлорофил и HCA в грудката става под въздействието на видимата светлина с дължина на вълната от 400 до 700 nm (фиг. 2). Според изследователите, синтезът на хлорофил показва максимум при 475 и 675 nm (съответно сини и червени области), докато максималният синтез на α-соланин и α-чаконин възниква при 430 nm и 650 nm. Синтезът на хлорофил е минимален при 525-575 nm, докато HCA се натрупва минимално при 510-560 nm (зелена зона). Тези разлики потвърждават предположението за различни пътища за биосинтеза на хлорофил и HCA. Концентрацията на хлорофил в картофените клубени, изложени на синя светлина (0,10 W/m2), е три пъти по-висока след 16 дни съхранение в сравнение с картофите, изложени на синя светлина.
изложени на червена светлина (0,38 W/m2). Флуоресцентните лампи (7,5 W/m2) излъчват 1,9 пъти повече синя светлина (400-500 nm) от LED лампите (7,7 W/m2), докато LED лампите излъчват 2,5 пъти повече червена светлина (620-680 nm) от флуоресцентните тръби. Следователно замяната на флуоресцентни лампи с LED лампи в магазините за хранителни стоки може да намали приема на най-вредните сини дължини на вълните.
Картофените клубени, съхранявани на тъмно, не съдържат хлорофил. След навлизане в светлината, буквално в рамките на няколко часа, специфични гени се активират, за да произведат верига от продукти на синтеза на хлорофил и HCA. Технологиите за молекулен анализ позволяват да се идентифицира структурата на гените и се оказа, че механизмите за генетичен контрол на тези процеси имат сортова специфичност. Изследвано е влиянието на монохроматични LED лампи с различен и тесен спектрален състав. Светлинното регулиране на озеленяването на картофените клубени се извършва при постоянно осветление, осигурено от светодиоди (LED). Дължини на вълната на светлината B (синьо, 470 nm), R (червено, 660 nm) и FR (далечно червено, 730 nm) и WL (бяло, 400-680 nm) бяха използвани в продължение на 10 дни. Сините и червените дължини на вълните са ефективни при индуцирането и натрупването на хлорофил, каротеноиди и двата основни картофени гликоалкалоида, α-соланин и α-чаконин, докато никой от тях не се натрупва в тъмнина или под далечна червена светлина. Ключови гени за биосинтеза на хлорофил (HEMA1, който кодира ограничаващия скоростта ензим за глутамил-тРНК редуктаза, GSA, CHLH и GUN4) и шест гена (HMG1, SQS, CAS1, SSR2, SGT1 и SGT2), необходими за синтеза на гликоалкалоидите също са индуцирани в бяла, синя и червена светлина, но не и на тъмно или с далечна червена светлина (фиг.3,4,5). Тези данни показват ролята както на криптохромните, така и на фитохромните фоторецептори в натрупването на хлорофил и гликоалкалоиди. Приносът на фитохрома беше допълнително подкрепен от наблюдението, че далечната червена светлина може да инхибира предизвиканото от бялата светлина натрупване на хлорофил и гликоалкалоиди и свързаната генна експресия.
Различните сортове картофи произвеждат хлорофил и зелен цвят с различна скорост, което е потвърдено от много изследвания. Например, Норвегия е идентифицирала разликите във видимите промени в цвета между сортовете и е разработила отделни субективни скали за оценка за различни сортове въз основа на точни измервания на хлорофил и цвят. Визуалните промени в цвета на четири сорта картофи, съхранявани в продължение на 84 часа при LED осветление, са показани на фиг. 6.
Сортът с червена кожа Asterix (фиг. 6a) показва значително увеличение на ъгъла на оттенъка, преминавайки от червено до кафеникаво, докато жълтият сорт Folva (фиг. 6b) се променя от жълто-зелено на зелено-жълто. Жълтият Celandie (фиг. 6c) показва най-малка промяна от всички цветови параметри при излагане на светлина, докато жълтият сорт Mandel (фиг. 6d) променя цвета си значително, от жълт до сивкав. В цифров вид графиката на промяната на цвета на различни сортове картофи на светлина изглежда така (фиг. 7).
В този опит всички сортове с изключение на Mandel показват значително увеличение на общите гликоалкалоиди след повече от 36 часа излагане на светлина. Но динамиката на промените и нивото на съдържание на HCA се различават значително в различните сортове: Asterix - от 179 до 223 mg / kg, Nansen - от 93 до 160 mg / kg, Rutt - от 136 до 180 mg / kg, Celandin - от 149 до 182 mg/kg, Folva - от 199 до 290 mg/kg, Hassel - от 137 до 225 mg/kg, Mandel - без промяна (192-193) mg/kg.
В Нова Зеландия цялото национално разнообразие от картофи беше оценено по интензивността на озеленяване. Резултатите показват, че количеството хлорофил в клубените след 120 часа осветяване при различните сортове се различава на порядък - от 0,5 до 5,0 mg (фиг. 8).
От тази експертна информация следват важни практически изводи. Под въздействието на светлината в картофите се произвежда хлорофил, който придава на месото зелен цвят, а кожата - зеленикав или кафеникав оттенък. Различните сортове картофи развиват различни форми на обезцветяване и с различна скорост. Спектралния състав на светлината донякъде променя динамиката на натрупване на хлорофил, но опцията за използване на далечния червен спектър, както и тъмнината (която не води до натрупване на хлорофил), не е от значение за магазините, продаващи картофи. Има сортове, които натрупват 10 пъти по-малко хлорофил при същите условия на осветление. Динамиката на натрупване на гликоалкалоиди се различава от динамиката на озеленяването. Основната разлика е, че първоначалното количество HCA в клубените преди влизането в търговията и началото на интензивното осветление не е равно на нула, за разлика от хлорофила, и може да бъде доста значително. Ниският интензитет на озеленяване на много сортове предопределя по-продължителното присъствие на картофите по рафтовете на магазините, което води до по-високо натрупване на HCA.
Тъй като оплакванията за горчив вкус не се появяват всяка година, е необходимо да се открият други причини за повишаване на нивото на гликоалкалоиди в клубените, които не се дължат на осветление или сортови характеристики на етапа на внедряване. На практика функционалната връзка между позеленяването и натрупването на гликоалкалоиди означава необходимостта от анализ на причините за позеленяването. Производствени фактори, влияещи върху екологизирането и натрупването на HCA:
- Условия на растеж Тъй като са подземни стъбла, грудките могат естествено да позеленеят на полето при недостатъчно почвено покритие, през пукнатини в почвата или в резултат на ерозия на почвата от вятър и/или напояване. Като се има предвид това, картофите трябва да се засаждат достатъчно дълбоко, като същевременно се поддържа достатъчно влажност на почвата, за да се осигури бързо и равномерно поникване. Пропорционално увеличаване на интензивността на озеленяване на клубените се получава при повишаване на нормата на азот в почвата от 0 до 300 kg/ha. В същото време изследователите отбелязват, че двойната норма на азот по време на отглеждане увеличава съдържанието на гликоалкалоиди с 10% в някои сортове.Всеки фактор на околната среда, който влияе върху растежа и развитието на растенията от семейство нощни, вероятно ще повлияе на съдържанието на гликоалкалоиди. Климатът, надморската височина, типът на почвата, влажността на почвата, наличието на торове, замърсяването на въздуха, времето за прибиране на реколтата, третирането с пестициди и излагането на слънчева светлина са от значение.
- Зрелост на грудките при прибиране на реколтата Ефектът от зрелостта при прибиране на реколтата върху честотата на озеленяване е спорен. Младите картофи с гладка и тънка кора могат да позеленеят по-бързо от по-зрелите грудки. Ранно зреещите сортове могат да покажат по-голямо натрупване на гликоалкалоиди, отколкото късно зреещите клубени, но има доказателства за обратното в конкретни изследвания.
- Нараняването на клубените не влияе по никакъв начин на натрупването на хлорофил, но провокира натрупването на HCA (нивото на HCA се увеличава толкова, колкото и в резултат на излагане на светлина (фиг. 9).
- Условия за съхранение. Клубените, съхранявани при ниски температури, са по-малко податливи на позеленяване и натрупване на HCA. Тъканите на картофената кора при 1 и 5°C под флуоресцентна светлина не показват промяна на цвета след 10 дни съхранение, докато тъканите, съхранявани при 10 и 15°C, стават зелени съответно от четвъртия и втория ден. Температура на съхранение от 20°C при осветление се оказа оптимална за производството на хлорофил, сравнима с повечето магазини за търговия на дребно. Гликоалкалоидите се натрупват два пъти по-бързо при 24°C, отколкото при 7°C в тъмна стая, а светлината ускорява този процес още повече.
- Опаковъчни материали. Изборът на опаковка за магазините за търговия на дребно е критичен фактор за контролиране на екологизирането и натрупването на HCA. Прозрачните или полупрозрачни опаковъчни материали стимулират озеленяването и синтеза на HCA, докато тъмните (или зелените) опаковки забавят разграждането.
Въз основа на експериментално доказаните закономерности можем уверено да заключим, че по-високото ниво на гликоалкалоиди в картофените клубени от текущия сезон в сравнение с обичайното ниво се дължи на неблагоприятни условия за формиране на реколтата. Дългият период на топлина и суша през юли - началото на септември забави узряването на клубените и усвояването на азота, почвата в хребетите в полетата без напояване се напука. Началото на прибирането на реколтата се проведе на фона на прекомерно суха почва и голям брой твърди буци, което доведе до повишено нараняване на клубените. Впоследствие темпото на прибиране на реколтата се забави поради обилните валежи. Полета след изсушаване, т.е. без да засенчват повърхността на почвата, те чакаха дълго време за прибиране на реколтата. Тези неблагоприятни условия допринесоха както за позеленяването на клубените, така и за образуването на повече от обичайното количество HCA в тях.
Най-ефективните начини за предотвратяване на нежелано натрупване на гликоалкалоиди се свеждат до строго ограничаване на излагането на клубените на светлина по време на отглеждане, съхранение и продажба, особено на фона на високи температури. В съвременните технологии за производство на картофи редовно се използват агроприеми като правилна дълбочина на засаждане, оформяне на обемни хребети, оптимални торови норми. Незрелите грудки съдържат по-високи нива на соланин, отколкото зрелите грудки. Ето защо е много важно да не се бере рано, стъблата да се изсушат надеждно и да се даде достатъчно време (две до три седмици) за узряване на клубените. Гарантирано предотвратяване на напукване на хребетите е възможно само с помощта на навременно и достатъчно периодично напояване. Възможно е да се намалят последствията от напукване в периода преди прибиране на реколтата, след въвеждането на десиканти, чрез валцуване на хребетите. За целта масово се произвеждат специални машини за валцоване на гребени, например GRIMME RR 600, има опции за комбиниране с дефолиатори (фиг. 10). Въпреки това, в Руската федерация те все още се използват изключително рядко. В същото време този селскостопански метод е прост, евтин, продуктивен и ефективен. Нивото на HCA е силно повлияно от комбинираните ефекти на качеството, продължителността и интензитета на светлината. Хлорофилът е зелен, защото отразява зелената светлина, докато абсорбира червено-жълтата и синята. Образуването на хлорофил е най-интензивно при синьо и оранжево-червено осветление (фиг. 11). При зелено осветление позеленяването на картофите практически не се случва, а при синя или ултравиолетова светлина се проявява в слаба степен. Флуоресцентните лампи причиняват повече зеленина от лампите с нажежаема жичка. Секциите, отделенията за съхранение на картофи трябва да са слабо осветени и хладни. Трябва да се избягва излагането на слънчева светлина на клубените при съхранение. Използвайте крушки с нажежаема жичка с ниска мощност и не ги оставяйте включени по-дълго от необходимото. Почвата на повърхността на клубените осигурява известна защита от излагане на светлина и озеленяване. Измитите картофи позеленяват по-бързо. След като картофите позеленеят, това е необратимо и трябва да се сортира преди продажба.
Съвременната технология за излъчване на светлина (LED) отваря нови възможности за предотвратяване на образуването на соланин във всички етапи след прибиране на реколтата от производството на картофи. Серийно произвеждани специални лампи за картофената индустрия, работещи в спектъра от 520-540 nm (фиг. 12). Светлината, възприемана като зелена от човешкото око, ефективно предотвратява образуването на хлорофил и соланин и по този начин е решаващ фактор за запазване на стойността на картофите по време на съхранение и по-нататъшна обработка. Такива лампи са особено ефективни в зоните на предпродажбена подготовка и предпродажбено съхранение на опаковани картофи. И още едно общо правило: поддържайте рационално ниска температура на съхранение и дръжте картофите сухи, тъй като влагата увеличава интензитета на светлината върху кожата.
Видът и цветът на опаковъчния материал влияе върху интензивността на натрупване на HCA. Като оставим настрана маркетинга и рекламата, най-добре е да опаковате картофите си в тъмни хартиени или тъмни найлонови торби, за да избегнете излагането им на светлина. Има дори препоръка опаковъчните материали за чувствителните сортове картофи да имат обща светлинна пропускливост под 0,02 W/m2. Такива ниски нива на проникване на светлина са възможни само когато са опаковани в двуслойна черна пластмаса с алуминий. Зелените целофанови торбички за гледане възпрепятстват позеленяването и не насърчават образуването на соланин. Ясно е, че подобни препоръки попадат в категорията на добрите намерения, когато става дума за продажба на дребно на картофи. Цветовете на опаковките в търговията се избират само в контекста на насърчаване на продажбите.
Условията на осветление в магазините за търговия на дребно също са трудни за стандартизиране. Едва ли има търговски компании, които проектират осветление въз основа на факта, че най-малко натрупване на HCA и позеленяване се наблюдава в спектъра 525-575 nm. Дори такъв необходим и прост метод за защита като покриване на картофи със светлоизолационни материали в извънработно време рядко се практикува от магазините.
Резюмето по-горе изброява всички ефективни превантивни методи за контрол на натрупването на гликоалкалоиди в картофените клубени. Има много опити да се намерят по-радикални средства за неутрализация: третиране с масла, восъци, повърхностноактивни вещества, химикали, регулатори на растежа и дори йонизиращо лъчение, които в много случаи са показали висока ефективност. Тези методи обаче не се използват на практика поради сложност, висока цена и екологични проблеми.
Светли перспективи декларират привържениците на новите технологии за редактиране на генома и "изключване" на гените за синтеза на хлорофил и HCA. Тези работи се извършват активно и задълбочено в много страни, където тази технология не е класифицирана като сорт ГМО (тя е класифицирана в Руската федерация), има много публикации по тази тема, но засега няма нужда да се говори за практическите постижения. Както при много предишни предложени революционни методи за размножаване, първоначалната еуфория от възможността за редактиране на генома постепенно се заменя от осъзнаването на изключителната сложност на метаболитните процеси. Достатъчно е да погледнете диаграмата, изброяваща вече идентифицираните процеси, свързани със синтеза на GCA и картофените гени, участващи в тези процеси (фиг. 13). Въпреки привидната яснота на тази диаграма, групите ентусиазирани изследователи, които са се заели с този въпрос, все още не са успели да управляват толкова сложен процес на взаимодействие между множество гени и продуктите, синтезирани от тях. Блокирането на привидно чисто специфични, единични гени води не само до очакваните промени в специфични нива на гликоалкалоиди, но и до значителни промени в образуването на други биохимични продукти, за които не е поставена задачата за редактиране.
Въпреки това, дори и без да се чакат бъдещи успехи в редактирането на генома, всички търговски сортове картофи, които се отглеждат в момента, имат при нормални условия ниско, абсолютно безопасно съдържание на гликоалкалоиди, поради последователното намаляване на този показател през много десетилетия на класическа селекционна работа. Що се отнася до сортовете с относително бавна скорост на натрупване на хлорофил и позеленяване на кората, това не е недостатък и не е причина да ги откажете. Но при продажбата на картофи е необходимо официално да се информират търговските организации, че сортът има особеност, за да се предотврати прекалено дългото излагане на клубените на светлина и произтичащите от това претенции на купувачите за неочаквано горчив вкус при липса на очевидно позеленяване.