Картофът е не само източник на диетични въглехидрати за хората, но и източник на нишесте за множество промишлени приложения. Учените от A&M AgriLife Texas проучват как да променят съотношението на две молекули нишесте в картофите - амилоза и амилопектин - за да увеличат кулинарните и промишлени цели на културата.
Например, восъчните картофи с високо съдържание на амилопектин се използват в производството на биопластмаси, хранителни добавки, лепила и алкохол.
Две статии, публикувани наскоро в International Journal of Molecular Sciences and Plant Cell, Tissue and Organ Culture, изследват как технологията CRISPR може да подобри използването на картофи.
И двата документа включват работата, извършена от Стефани Тоинга, д-р, която е била аспирант в лабораторията на д-р Кирти Ратхор, биотехнолог на растенията AgriLife в Тексаския институт по геномика и биотехнология на растенията A&M и катедрата по почви. Съавтор на двете статии беше Изабел Уейлс, доктор на науките, селекционер на картофи в AgriLife Research в Тексаския отдел по градинарство за A&M.
„Информацията и знанията, които получихме от тези две проучвания, ще ни помогнат да въведем други желани черти в тази много важна култура“, каза Ратхор.
Факти за картофи
Картофът се отглежда в над 160 страни на 40,8 милиона акра и е основна храна за над милиард души.
Един средно голям картоф съдържа около 160 калории, предимно извлечени от нишесте, казва Ратхор, поради което грудките са важен източник на енергия за много хора по света. Картофите съдържат и други основни хранителни вещества, включително витамини и минерали.
Нишестето е от ключово значение както за диетични, така и за промишлени цели.
Количеството нишесте в картофените клубени е основният фактор при определяне на употребата на картофи.
Картофите с високо съдържание на нишесте често се използват за приготвяне на преработени храни като пържени картофи, чипс и сушени картофи, каза Уелс.
Картофите с ниско и средно нишесте често се използват пресни или като трапезни картофи, казва тя. За прясна консумация на грудки допълнителни важни фактори са външният вид на грудката, включително текстурата на кожата, цвета на кожата, цвета на месото и формата на грудката. Напоследък се появиха специални сортове картофи с различни форми, като бебе; с червена, лилава или жълта кожа и месо стават популярни поради лекотата на приготвяне и повишената хранителна стойност.
В допълнение, етанолът може да се произвежда от картофено нишесте за гориво или алкохолни напитки; биоразградим пластмасов заместител; или лепила, свързващи вещества, текстуриращи агенти и пълнители за фармацевтичната, текстилната, дървообработващата и хартиената промишленост и други сектори на икономиката.
За промишлени приложения е важно да се вземе предвид количеството и вида нишесте в картофите.
Toinga вярва, че нишестета с високо съдържание на амилопектин са желателни за хранителни и други промишлени цели поради техните уникални функционални свойства. Например, такива нишестета са предпочитаната форма за използване като стабилизатор и сгъстител в храни и като емулгатор в салатни дресинги. Поради своята стабилност при замразяване-размразяване, амилопектиновото нишесте се използва в замразени храни. В допълнение, картофите, богати на амилопектиново нишесте, произвеждат по-високи нива на етанол в сравнение с картофите с други нишестета.
Предимства на отглеждането на картофи с подбрано нишесте
Тоинга казва, че разработването на модифицирани с нишесте сортове картофи може да отвори нови възможности. Картофите, които са с високо съдържание на амилопектин и ниско съдържание на амилоза, като генно-редактираното Yukon Gold, което тя описа в International Journal of Molecular Sciences, имат промишлени употреби извън традиционните си употреби.
За разлика от тях, картофите с високи нива на амилоза и нисък амилопектин биха били желателни за консумация от човека, каза Уелс. Амилозата действа като фибри и не отделя глюкоза толкова лесно, колкото амилопектин, което води до по-нисък гликемичен индекс и прави картофите по-вкусни за хора с диабет.
CRISPR/Cas9 създава нови възможности
Технологията CRISPR/Cas9 разшири набора с инструменти, достъпен за животновъдите, и предоставя по-директни и по-бързи средства за включване на желаните черти в популярни търговски сортове култури, отбелязва Weils. Традиционното отглеждане е дълъг процес, който може да отнеме 10-15 години.
Освен това, поради сложния характер на генома на картофите, създаването на нови сортове с правилния набор от желани черти е предизвикателство за конвенционалното отглеждане, казва тя. Молекулните технологии повишиха ефективността на селекцията, а редактирането на гени с помощта на технологията CRISPR/Cas9 добавя още един слой сложност.
Подобрен сорт Юкон Голд
Сред различните сортове картофи, оценени в първото проучване, Yukon Gold регенерира най-добре, така че беше използван във второто проучване. Резултатът е картоф с високо съдържание на амилопектин и ниско съдържание на амилоза в нишестето.
„Едно от унищожените растения, T2-7, показа нормални характеристики на растеж и добив, но беше напълно лишено от амилоза“, каза Тоинга.
Клубено нишесте, T2-7, има промишлени приложения в хартиената и текстилната промишленост като лепило/свързващо вещество, биопластмаса и производство на етанол. Клубеното нишесте от тази експериментална проба, поради устойчивостта си на замръзване и размразяване без необходимост от химически модификации, също трябва да бъде полезно при производството на замразени храни. Картофите с амилопектин като единствена форма на нишесте също трябва да произвеждат повече етанол за промишлена употреба или за производство на алкохолни напитки.
Като следваща стъпка в тези проучвания, присъединителният Т2-7 се самоопрашва и кръстосва с донорен щам на Yukon Gold и други картофени клонинги за елиминиране на трансгенни елементи.