Sergey Banadysev, doktor poljoprivrednih znanosti,
DOO "Doka - Gene Technologies"
Ove sezone postoje signali potrošača o gorkom okusu krumpira bez vidljivog zelenila gomolja. Razlog gorčine okusa je sadržaj glikoalkaloida preko 14 mg/100 g.
Glikoalkaloidi (GCA) su prirodni otrovi gorkog okusa, otporni na toplinu u mnogim biljnim vrstama, uključujući krumpir. Imaju fungicidna i pesticidna svojstva te su jedna od prirodnih obrana biljaka.
Sada je dokazano da glikoalkaloidi krumpira u terapijskim koncentracijama imaju mnoga korisna svojstva za ljudsko zdravlje: antitumorska, antimalarijska, protuupalna itd. Tehnologije za komercijalnu ekstrakciju ovih tvari tijekom industrijske prerade krumpira se razvijaju, ali ovo je posebna tema za publikacije, a cilj je sažet u nastavku. informacije - ocrtati dostupne opcije za sprječavanje prekomjernog nakupljanja glikoalkaloida u konzumnom krumpiru.
Glavni HCA sadržani u gomoljima krumpira su α-solanin i α-chaconin (slika 1), koji čine oko 95% ukupnog sadržaja glikoalkaloida u ovoj biljnoj vrsti.
Solanin i chaconin su steroidni alkaloidi koji sadrže dušik i nose isti aglikon, solanidin, ali se razlikuju po bočnom lancu tri-saharida. Trisaharid u α-solaninu je galaktoza, glukoza i ramnoza, dok je u α-čakoninu to glukoza i dva ostatka.
ramnoza. Gomolj običnog krumpira sadrži prosječno 10-150 mg/kg glikoalkaloida, zeleni 250-280 mg/kg, a zelena kora 1500-2200 mg/kg. Sadržaj glikoalkaloida u komercijalnim gomoljima krumpira je relativno nizak, i
raspodjela unutar gomolja nije ravnomjerna. Najviše razine ograničene su na koru, dok se najniže razine nalaze u središnjem dijelu. HCA se uvijek nalazi u gomoljima, au dozama do 100mg/kg zajedno pridonose dobrom okusu krumpira.
Prženi krumpirići i čips obično sadrže razine HCA od 0,04-0,8 odnosno 2,3-18 mg/100 g proizvoda. Proizvodi za piling su relativno bogati glikoalkaloidima (56,7-145 odnosno 9,5-72 mg/100 g proizvoda). Proizvodnja proizvoda od krumpira uključuje pranje, guljenje, rezanje, blanširanje, sušenje i prženje. Najveća količina glikoalkaloida uklanja se tijekom čišćenja, blanširanja i prženja, a pomfrit spreman za konzumaciju sadrži samo 3-8% glikoalkaloida u odnosu na sirovine, pri čemu se glavno uništavanje HCA događa tijekom prženja. Dokazano je da se guljenjem obično ukloni većina glikoalkaloida u jestivim gomoljima. Krumpir kuhan s ljuskom može postati gorči od onih koji nisu oguljeni zbog migracije glikoalkaloida u meso tijekom procesa kuhanja. Kuhanje smanjuje razinu HCA samo za 20%, pečenje i kuhanje u mikrovalnoj pećnici ne smanjuje sadržaj glikoalkaloida, budući da je kritična temperatura za razgradnju HCA oko 170°C.
Slučajevi trovanja HCA u krumpiru u cijeloj povijesti promatranja su rijetki. Ipak, treba spomenuti moguće simptome kao što su mučnina, povraćanje, proljev, grčevi u želucu i trbuhu, glavobolja, groznica, ubrzan i slab puls, ubrzano disanje, halucinacije. Toksična doza HCA za ljude je 1-5 mg/kg tjelesne težine, a letalna doza je 3-6 mg/kg tjelesne težine kada se daje oralno. Stoga je većina razvijenih zemalja za uzgoj krumpira postavila ograničenja za glikoalkaloide od 20 mg/100 g svježe težine i 100 mg/100 g suhe težine kao sigurne granice u jestivim gomoljima.
Poznato je da su gomolji krumpira s HCA 14 mg/100 g već blago gorki, dok
peckanje u grlu i ustima izazivaju koncentracije veće od 22 mg/100 g. Stoga je najbolja smjernica za potrošače: "Ako je krumpir gorak, nemojte ga jesti."
U fazi uzgoja, skladištenja i prodaje krumpira važno je spriječiti nakupljanje potencijalno opasnih koncentracija HCA u gomoljima.
Akumulacija HCA neizbježno se događa u gomoljima, ali se opetovano aktivira pod utjecajem sunčeve svjetlosti. Osvjetljenje također dovodi do stvaranja klorofila i rezultirajućeg ozelenjavanja kože gomolja. To su neovisni procesi s različitim posljedicama. Klorofil je apsolutno bezopasan i bezukusan. Istovremeno, pozelenjavanje signalizira produljenu izloženost svjetlu i, posljedično, nastalo nakupljanje glikoalkaloida. Krumpir koji je pozelenio obično se ne prodaje ili ne vadi s polica čim se primijeti promjena boje. Visok sadržaj glikoalkaloida izaziva pritužbe potrošača i smanjuje komercijalnu vrijednost prodanih proizvoda. Težak slučaj zabilježen u tekućoj sezoni, a to je gorak okus krumpira bez znakova vidljivog zelenila, zaslužuje posebno objašnjenje i analizu mogućih uzroka.
Budući da je ozelenjavanje krumpira glavni uzrok pogoršanja kvalitete krumpira u procesu stavljanja na tržište i značajan komercijalni problem, sve su značajke ove pojave pomno proučene. Istodobno su dobivene i brojne stručne informacije o nakupljanju HCA u gomoljima. Poput podzemnih stabljika, gomolji krumpira su nefotosintetski biljni organi kojima nedostaje mehanizam fotosinteze. Međutim, nakon izlaganja svjetlu, amiloplasti koji sadrže škrob pretvaraju se u kloroplaste u perifernim slojevima stanica gomolja, što uzrokuje nakupljanje zelenog fotosintetskog pigmenta klorofila. Na ozelenjavanje gomolja mogu utjecati genetski, kulturni, fiziološki i okolišni čimbenici, uključujući dubinu sadnje, fiziološku starost gomolja, temperaturu, razinu atmosferskog kisika i uvjete osvjetljenja. Glavni čimbenici koji utječu na razinu ozelenjavanja i nakupljanja glikoalkaloida su intenzitet i spektralni sastav svjetlosti, temperatura, genetske karakteristike sorti.
Sinteza klorofila i HCA u gomolju odvija se pod utjecajem valnih duljina vidljive svjetlosti od 400 do 700 nm (slika 2). Prema istraživačima, sinteza klorofila pokazuje maksimum na 475 i 675 nm (plava i crvena područja, redom), dok se maksimalna sinteza α-solanina i α-chaconina događa na 430 nm i 650 nm. Sinteza klorofila je minimalna na 525-575 nm, dok se HCA nakuplja minimalno na 510-560 nm (zeleno područje). Ove razlike potvrđuju pretpostavku o različitim putovima biosinteze klorofila i HCA. Koncentracija klorofila u gomoljima krumpira izloženim plavom svjetlu (0,10 W/m2) bila je tri puta veća nakon 16 dana skladištenja u usporedbi s krumpirom izloženim plavom svjetlu.
izložen crvenom svjetlu (0,38 W/m2). Fluorescentne svjetiljke (7,5 W/m2) emitiraju 1,9 puta više plave svjetlosti (400-500 nm) od LED lampi (7,7 W/m2), dok LED lampe emitiraju 2,5 puta više crvene svjetlosti (620-680 nm) od fluorescentnih cijevi. Stoga se zamjenom fluorescentnih svjetiljki LED svjetiljkama u trgovinama može smanjiti unos najštetnijih plavih valnih duljina.
Gomolji krumpira pohranjeni na tamnom mjestu ne sadrže klorofil. Nakon ulaska u svjetlost, doslovno unutar nekoliko sati, aktiviraju se specifični geni koji proizvode lanac produkata sinteze klorofila i HCA. Tehnologije molekularne analize omogućuju prepoznavanje strukture gena, a pokazalo se da mehanizmi genetske kontrole tih procesa imaju sortnu specifičnost. Proučavan je utjecaj monokromatskih LED žarulja različitog i uskog spektralnog sastava. Svjetlosna regulacija ozelenjavanja gomolja krumpira provedena je pod stalnim osvjetljenjem svjetlosnim diodama (LED). Svjetlosne valne duljine B (plava, 470 nm), R (crvena, 660 nm) i FR (daleko crvena, 730 nm) i WL (bijela, 400-680 nm) korištene su 10 dana. Plave i crvene valne duljine bile su učinkovite u induciranju i nakupljanju klorofila, karotenoida i dva glavna glikoalkaloida krumpira, α-solanina i α-chaconina, dok se nijedan od njih nije nakupljao u mraku ili pod daleko crvenim svjetlom. Ključni geni za biosintezu klorofila (HEMA1, koji kodira enzim koji ograničava brzinu glutamil-tRNA reduktaze, GSA, CHLH i GUN4) i šest gena (HMG1, SQS, CAS1, SSR2, SGT1 i SGT2) potrebnih za sintezu glikoalkaloidi su također inducirani u bijeloj, plavoj i crvenoj svjetlosti, ali ne u mraku ili dalekoj crvenoj svjetlosti (Sl.3,4,5). Ovi podaci ukazuju na ulogu i kriptokromnih i fitokromnih fotoreceptora u nakupljanju klorofila i glikoalkaloida. Doprinos fitokroma dodatno je poduprlo opažanje da daleko crveno svjetlo može inhibirati bijelom svjetlošću induciranu akumulaciju klorofila i glikoalkaloida i povezanu ekspresiju gena.
Različite sorte krumpira različitom brzinom proizvode klorofil i zelenu boju, što su potvrdila mnoga istraživanja. Na primjer, Norveška je identificirala razlike u prividnim promjenama boje između kultivara i razvila zasebne subjektivne ljestvice ocjenjivanja za različite kultivare na temelju točnih mjerenja klorofila i boje. Vizualne promjene boje četiriju sorti krumpira pohranjenih 84 sata pod LED osvjetljenjem prikazane su na sl. 6.
Crvenokoža sorta Asterix (sl. 6a) pokazala je značajno povećanje kuta nijanse, prelazeći iz crvene u smećkastu, dok je žuta sorta Folva (sl. 6b) promijenila boju iz žuto-zelene u zeleno-žutu. Žuta sorta Celandie (Slika 6c) pokazala je najmanju promjenu od svih parametara boje pri izlaganju svjetlu, dok je žuta sorta Mandel (Slika 6d) značajno promijenila boju, od žute do sivkaste. U digitalnom obliku, grafikon promjene boje različitih sorti krumpira na svjetlu izgleda ovako (slika 7).
U ovom pokusu, sve su sorte osim Mandela pokazale značajno povećanje ukupnih glikoalkaloida nakon više od 36 sati izlaganja svjetlosti. Ali dinamika promjena i razina sadržaja HCA značajno se razlikuju u različitim sortama: 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 - bez promjene (192-193) mg/kg.
U Novom Zelandu cijela nacionalna sorta krumpira ocjenjivana je intenzitetom ozelenjavanja. Rezultati su pokazali da se količina klorofila u gomoljima nakon 120 sati osvjetljavanja kod različitih sorti razlikuje za red veličine - od 0,5 do 5,0 mg (slika 8).
Iz ovih stručnih informacija proizlaze važni praktični zaključci. Pod utjecajem svjetlosti u krumpiru se stvara klorofil koji mesu daje zelenu boju, a kožici zelenkastu ili smećkastu nijansu. Različite sorte krumpira razvijaju različite oblike promjene boje i različitim brzinama. Spektralni sastav svjetlosti donekle mijenja dinamiku nakupljanja klorofila, ali opcija korištenja dalekog crvenog spektra, kao i tame (koje ne dovode do nakupljanja klorofila), nije relevantna za trgovine krumpirom. Postoje sorte koje akumuliraju 10 puta manje klorofila pod istim uvjetima osvjetljenja. Dinamika nakupljanja glikoalkaloida razlikuje se od dinamike ozelenjavanja. Osnovna razlika je u tome što početna količina HCA u gomoljima prije ulaska u promet i početka intenzivnog osvjetljavanja nije jednaka nuli, za razliku od klorofila, i može biti prilično značajna. Nizak intenzitet ozelenjavanja mnogih sorti predodređuje dužu prisutnost krumpira na policama trgovina, što dovodi do veće akumulacije HCA.
Budući da se reklamacije za gorak okus ne javljaju svake godine, potrebno je istražiti druge razloge povećanja razine glikoalkaloida u gomoljima, a ne zbog osvjetljenja ili sortnih karakteristika u fazi implementacije. U praksi funkcionalni odnos ozelenjavanja i nakupljanja glikoalkaloida znači potrebu analize uzroka ozelenjavanja. Čimbenici proizvodnje koji utječu na ozelenjavanje i nakupljanje HCA:
- Uvjeti rasta Budući da su podzemne stabljike, gomolji mogu prirodno pozelenjeti u polju s nedovoljnom pokrivenošću tla, kroz pukotine u tlu ili kao rezultat erozije tla vjetrom i/ili navodnjavanjem. Imajući ovo na umu, krumpir treba saditi dovoljno duboko uz održavanje dovoljne vlažnosti tla kako bi se osiguralo brzo i ravnomjerno nicanje. Proporcionalno povećanje intenziteta ozelenjavanja gomolja događa se s povećanjem norme dušika u tlu od 0 do 300 kg/ha. Istodobno, istraživači primjećuju da dvostruka norma dušika tijekom uzgoja povećava sadržaj glikoalkaloida za 10% u nekim sortama.Svaki čimbenik okoliša koji utječe na rast i razvoj biljaka iz obitelji noćurka vjerojatno će utjecati na sadržaj glikoalkaloidi. Klima, nadmorska visina, vrsta tla, vlažnost tla, dostupnost gnojiva, onečišćenje zraka, vrijeme žetve, tretiranje pesticidima i izloženost sunčevoj svjetlosti, sve je to važno.
- Zrelost gomolja pri berbi Učinak zrelosti pri berbi na učestalost ozelenjavanja je kontroverzan. Mladi krumpir s glatkom i tankom ljuskom može pozelenjeti brže od zrelijih gomolja. Sorte koje rano sazrijevaju mogu pokazivati veću akumulaciju glikoalkaloida od gomolja koji kasno sazrijevaju, ali postoje dokazi koji govore suprotno u određenim studijama.
- Oštećenje gomolja ni na koji način ne utječe na nakupljanje klorofila, ali izaziva nakupljanje HCA (razina HCA raste jednako kao i kao posljedica izlaganja svjetlu (slika 9).
- Uvjeti skladištenja. Gomolji pohranjeni na niskim temperaturama manje su osjetljivi na pozelenjavanje i nakupljanje HCA. Tkiva pokožice krumpira na 1 i 5°C pod fluorescentnim svjetlom nisu pokazala promjenu boje nakon 10 dana skladištenja, dok su tkiva pohranjena na 10 i 15°C pozelenjela od četvrtog, odnosno drugog dana. Temperatura skladištenja od 20°C pod rasvjetom pokazala se optimalnom za proizvodnju klorofila, usporedivo s većinom maloprodajnih trgovina. Glikoalkaloidi se duplo brže akumuliraju na 24°C nego na 7°C u mračnoj prostoriji, a svjetlo još više ubrzava taj proces.
- Materijali za pakiranje. Odabir pakiranja za maloprodajne trgovine ključni je čimbenik u kontroli ozelenjavanja i nakupljanja HCA. Prozirni ili prozirni materijali za pakiranje potiču ozelenjavanje i sintezu HCA, dok tamno (ili zeleno) pakiranje usporava razgradnju.
Na temelju eksperimentalno dokazanih zakonitosti, možemo pouzdano zaključiti da je viša razina glikoalkaloida u gomoljima krumpira tekuće sezone u odnosu na uobičajenu razinu posljedica nepovoljnih uvjeta za formiranje usjeva. Dugo razdoblje vrućine i suše u srpnju - početkom rujna odgodilo je sazrijevanje gomolja i apsorpciju dušika, tlo u grebenima na poljima bez navodnjavanja je napuknuto. Početak žetve dogodio se u pozadini pretjerano suhog tla i velikog broja tvrdih grudica, što je dovelo do povećanog oštećenja gomolja. Naknadno je ritam berbe usporen zbog obilnih oborina. Polja nakon isušivanja, tj. bez zasjenjenja površine tla dugo su čekali na žetvu. Ovi nepovoljni uvjeti pridonijeli su i ozelenjavanju gomolja i stvaranju više od uobičajenih količina HCA u njima.
Najučinkovitiji načini sprječavanja neželjenog nakupljanja glikoalkaloida svode se na oštro ograničenje izlaganja gomolja svjetlu tijekom uzgoja, skladištenja i prodaje, posebno u uvjetima visokih temperatura. U modernim tehnologijama proizvodnje krumpira redovito se koriste poljoprivredni postupci kao što su pravilna dubina sadnje, formiranje voluminoznih grebena, optimalne količine gnojiva. Nezreli gomolji sadrže više razine solanina od zrelih gomolja. Stoga je vrlo važno ne brati rano, pouzdano osušiti stabljike i ostaviti dovoljno vremena (dva do tri tjedna) da gomolji sazriju. Zajamčeno spriječiti pucanje grebena moguće je samo uz pomoć pravodobnog i dostatnog povremenog navodnjavanja. Posljedice pucanja moguće je smanjiti u predžetvenom razdoblju, nakon unošenja desikanata, valjanjem grebena. Da biste to učinili, masovno se proizvode posebni strojevi za valjanje grebena, na primjer, GRIMME RR 600, postoje opcije za kombiniranje s defolijatorima (slika 10). Međutim, u Ruskoj Federaciji još uvijek se koriste izuzetno rijetko. U isto vrijeme, ova poljoprivredna metoda je jednostavna, jeftina, produktivna i učinkovita. Na razinu HCA snažno utječu kombinirani učinci kvalitete svjetla, trajanja i intenziteta. Klorofil je zelen jer reflektira zelenu svjetlost dok apsorbira crveno-žutu i plavu. Stvaranje klorofila najintenzivnije je pri plavom i narančasto-crvenom osvjetljenju (slika 11). Pod zelenom rasvjetom, krumpir se zeleni praktički ne događa, a pod plavim ili ultraljubičastim svjetlom javlja se u slaboj mjeri. Fluorescentna svjetla stvaraju više zelenila od žarulja sa žarnom niti. Odjeljci, odjeljci za skladištenje krumpira trebaju biti slabo osvijetljeni i hladni. Treba izbjegavati izlaganje gomolja u skladištu sunčevoj svjetlosti. Koristite žarulje sa žarnom niti male snage i ne ostavljajte ih upaljene duže nego što je potrebno. Tlo na površini gomolja pruža određenu zaštitu od izlaganja svjetlosti i uređenja okoliša. Oprani krumpir brže pozeleni. Jednom kada krumpir pozeleni, to je nepovratno i mora se sortirati prije prodaje.
Moderna LED (Light Emitting Diode) tehnologija otvara nove mogućnosti za sprječavanje stvaranja solanina u svim fazama proizvodnje krumpira nakon berbe. Serijsko proizvedene specijalne lampe za industriju krumpira, koje rade u spektru 520-540 nm (slika 12). Svjetlost, koju ljudsko oko percipira kao zelenu, učinkovito sprječava stvaranje klorofila i solanina te je stoga odlučujući faktor u očuvanju vrijednosti krumpira tijekom skladištenja i daljnje prerade. Takve svjetiljke posebno su učinkovite u područjima pripreme i skladištenja pakiranog krumpira prije prodaje. I još jedno opće pravilo: održavajte temperaturu skladištenja racionalno niskom i držite krumpir suhim, jer vlaga povećava intenzitet svjetla na kori.
Vrsta i boja materijala pakiranja utječe na intenzitet nakupljanja HCA. Na stranu marketing i oglašavanje, najbolje je pakirati krumpir u tamne papirnate ili tamne plastične vrećice kako biste izbjegli izlaganje svjetlu. Postoji čak i preporuka da materijali za pakiranje osjetljivih sorti krumpira trebaju imati ukupnu propusnost svjetlosti manju od 0,02 W/m2. Tako niske razine prodiranja svjetlosti moguće su samo kada su pakirane u dvoslojnu crnu plastiku s aluminijem. Zelene celofanske vrećice za promatranje sprječavaju ozelenjavanje i ne potiču stvaranje solanina. Jasno je da takve preporuke spadaju u kategoriju dobrih namjera kada je u pitanju maloprodaja krumpira. Boje pakiranja u trgovini biraju se samo u kontekstu unapređenja prodaje.
Uvjete osvjetljenja u maloprodajnim trgovinama također je teško standardizirati. Gotovo da nema komercijalnih tvrtki koje dizajniraju rasvjetu na temelju činjenice da se najmanje nakupljanje HCA i ozelenjavanje opaža u spektru 525-575 nm. Trgovine rijetko prakticiraju čak i tako potrebnu i jednostavnu metodu zaštite kao što je prekrivanje krumpira materijalima za svjetlosnu izolaciju izvan radnog vremena.
Gornji sažetak navodi sve učinkovite preventivne metode za kontrolu nakupljanja glikoalkaloida u gomoljima krumpira. Bilo je mnogo pokušaja da se pronađu radikalniji načini neutralizacije: tretmani uljima, voskovima, surfaktantima, kemikalijama, regulatorima rasta pa čak i ionizirajućim zračenjem, koji su u mnogim slučajevima pokazali visoku učinkovitost. Međutim, te se metode ne koriste u praksi zbog složenosti, visoke cijene i ekoloških problema.
Svijetle izglede proglašavaju pristaše novih tehnologija za uređivanje genoma i "isključivanje" gena za sintezu klorofila i HCA. Ovi radovi se aktivno i temeljito provode u mnogim zemljama, gdje ova tehnologija nije klasificirana kao GMO sorta (klasificirana je u Ruskoj Federaciji), postoji mnogo publikacija o ovoj temi, ali za sada nema potrebe govoriti o praktičnim postignućima. Kao i kod mnogih prethodno predloženih revolucionarnih metoda uzgoja, početnu euforiju zbog mogućnosti uređivanja genoma postupno zamjenjuje svijest o iznimnoj složenosti metaboličkih procesa. Dovoljno je pogledati dijagram s popisom već identificiranih procesa vezanih uz sintezu GCA i gena krumpira uključenih u te procese (slika 13). Unatoč prividnoj jasnoći ovog dijagrama, skupine entuzijastičnih istraživača koje su se uhvatile u koštac s ovim pitanjem još nisu uspjele upravljati tako složenim procesom interakcije između brojnih gena i produkata koje oni sintetiziraju. Blokiranje naizgled čisto specifičnih, pojedinačnih gena dovodi ne samo do očekivanih promjena u specifičnim razinama glikoalkaloida, već i do značajnih promjena u formiranju drugih biokemijskih proizvoda, za koje zadatak uređivanja nije postavljen.
Međutim, čak i bez čekanja na buduće uspjehe u uređivanju genoma, sve komercijalne sorte krumpira koje se trenutno uzgajaju u normalnim uvjetima imaju nizak, apsolutno siguran sadržaj glikoalkaloida, zbog dosljednog smanjenja ovog pokazatelja tijekom mnogih desetljeća klasičnog oplemenjivačkog rada. Što se tiče sorti s relativno sporom brzinom nakupljanja klorofila i zelenila kore, to nije nedostatak i nije razlog da ih odbijete. Ali pri prodaji krumpira potrebno je službeno obavijestiti trgovačke organizacije da sorta ima osobitost kako bi se spriječilo pretjerano dugo izlaganje gomolja svjetlu i rezultirajuće tvrdnje kupaca za neočekivano gorak okus u nedostatku očitog zelenila.