Sergey Banadysev, doktor in landbouwetenskappe,
LLC "Doka - Gene Technologies"
Hierdie seisoen is daar seine van verbruikers oor die bitter smaak van aartappels sonder sigbare vergroening van die knolle. Die rede vir die bitterheid in smaak is die inhoud van glikoalkaloïede van meer as 14 mg/100 g.
Glikoolkaloïede (GCA's) is natuurlik voorkomende, bitter smaak, hittebestande gifstowwe in baie plantspesies, insluitend aartappels. Hulle het swamdodende en plaagdodende eienskappe en is een van die natuurlike verdediging van plante.
Dit is nou bewys dat aartappelglikoalkaloïede in terapeutiese konsentrasies baie voordelige eienskappe vir menslike gesondheid het: antitumor, antimalaria, anti-inflammatories, ens. Tegnologieë vir die kommersiële onttrekking van hierdie stowwe tydens die industriële verwerking van aartappels word ontwikkel, maar dit is 'n aparte onderwerp vir publikasies, en die doelwit word hieronder opgesom. inligting - skets die opsies wat beskikbaar is om oormatige ophoping van glikoalkaloïede in aartappels te voorkom.
Die belangrikste HCA's wat in aartappelknolle voorkom, is α-solanien en α-chakonien (Fig. 1), wat ongeveer 95% van die totale inhoud van glikoalkaloïede in hierdie plantspesie uitmaak.
Solanien en chakonien is stikstofbevattende steroïdale alkaloïede wat dieselfde aglikon, solanidien, dra, maar verskil in die syketting van die tri-sakkaried. Die trisakkaried in α-solanien is galaktose, glukose en ramnose, terwyl dit in α-chakonien glukose en twee residue is.
rhamnose. 'n Gewone aartappelknol bevat gemiddeld 10-150 mg/kg glikoalkaloïede, terwyl 'n groene 250-280 mg/kg bevat, en 'n groen skil 1500-2200 mg/kg bevat. Die inhoud van glikoalkaloïede in kommersiële aartappelknolle is relatief laag, en
verspreiding binne die knol is nie eenvormig nie. Die hoogste vlakke is beperk tot die skil, terwyl die laagste vlakke in die kerngebied gevind word. HCA word altyd in knolle aangetref, en teen dosisse tot 100mg/kg kombineer hulle om by te dra tot die goeie smaak van aartappels.
Frites en aartappelskyfies bevat gewoonlik HCA-vlakke van onderskeidelik 0,04-0,8 en 2,3-18 mg/100 g produk. Skilprodukte is relatief ryk aan glikoalkaloïede (onderskeidelik 56,7-145 en 9,5-72 mg/100 g produk). Die produksie van aartappelprodukte sluit in was, skil, sny, blansjeer, droog en braai. Die grootste hoeveelheid glikoalkaloïede word tydens skoonmaak, blansjeer en braai verwyder, en klaargemaakte patat bevat slegs 3-8% glikoalkaloïede in vergelyking met grondstowwe, met die grootste vernietiging van HCA wat tydens braai plaasvind. Dit is bewys dat peeling gewoonlik die meeste van die glikoalkaloïede in eetbare knolle verwyder. Aartappels wat met die skil gekook word, kan bitterder word as dié wat nie geskil is nie as gevolg van die migrasie van glikoalkaloïede in die vleis tydens die gaarmaakproses. Kook verminder die vlak van HCA slegs met 20%, bak en mikrogolf kook verminder nie die inhoud van glikoalkaloïede nie, aangesien die kritieke temperatuur vir die ontbinding van HCA ongeveer 170°C is.
Gevalle van HCA-vergiftiging in aartappels in die hele geskiedenis van waarnemings is skaars. Moontlike simptome soos naarheid, braking, diarree, maag- en buikkrampe, hoofpyn, koors, vinnige en swak polsslag, vinnige asemhaling en hallusinasies moet egter genoem word. Die toksiese dosis HCA vir mense is 1-5 mg/kg liggaamsgewig, en die dodelike dosis is 3-6 mg/kg liggaamsgewig wanneer dit oraal toegedien word. Daarom het die meeste ontwikkelde aartappelgroeiende lande perke vir glikoalkaloïede van 20 mg/100 g vars gewig en 100 mg/100 g droë gewig as veilige limiete in eetbare knolle gestel.
Dit is bekend dat aartappelknolle met HCA 14 mg/100 g reeds effens bitter is, terwyl
brand in die keel en mond word veroorsaak deur konsentrasies groter as 22 mg/100 g. Daarom is die beste riglyn vir verbruikers: "As die aartappel bitter smaak, moet dit nie eet nie."
In die stadium van kweek, berging en verkoop van aartappels is dit belangrik om die ophoping van potensieel gevaarlike konsentrasies HCA in knolle te voorkom.
Die ophoping van HCA vind onvermydelik in die knolle plaas, maar word herhaaldelik onder die invloed van sonlig geaktiveer. Beligting lei ook tot die vorming van chlorofil en die gevolglike vergroening van die vel van die knolle. Dit is onafhanklike prosesse met verskillende gevolge. Chlorofil is absoluut onskadelik en smaakloos. Terselfdertyd dui vergroening op 'n langdurige blootstelling aan lig en, gevolglik, die ophoping van glikoalkaloïede wat plaasgevind het. Aartappels wat groen geword het, word gewoonlik nie verkoop of van die rakke afgehaal sodra die kleurverandering merkbaar word nie. Die hoë inhoud van glikoalkaloïede veroorsaak klagtes van verbruikers en verminder die kommersiële waarde van die produkte wat verkoop word. 'N Moeilike geval wat in die huidige seisoen opgemerk is, naamlik die bitter smaak van aartappels sonder tekens van sigbare vergroening, verdien 'n aparte verduideliking en ontleding van moontlike oorsake.
Aangesien aartappelvergroening die hoofoorsaak is van verswakking in die kwaliteit van aartappels in die proses van bemarking en 'n beduidende kommersiële probleem is, is al die kenmerke van hierdie verskynsel redelik deeglik bestudeer. Terselfdertyd is ook baie deskundige inligting oor die ophoping van HCA in knolle verkry. Soos ondergrondse stamme, is aartappelknolle nie-fotosintetiese plantorgane wat nie die meganisme van fotosintese het nie. Na blootstelling aan lig word styselbevattende amyloplaste egter omgeskakel na chloroplaste in die perifere sellae van die knol, wat die ophoping van die groen fotosintetiese pigment chlorofil veroorsaak. Knolvergroening kan beïnvloed word deur genetiese, kulturele, fisiologiese en omgewingsfaktore, insluitend plantdiepte, fisiologiese ouderdom van knolle, temperatuur, atmosferiese suurstofvlakke en beligtingstoestande. Die belangrikste faktore wat die vlak van vergroening en ophoping van glikoalkaloïede beïnvloed, is die intensiteit en spektrale samestelling van lig, temperatuur, genetiese eienskappe van variëteite.
Die sintese van chlorofil en HCA in die knol vind plaas onder die invloed van sigbare liggolflengtes van 400 tot 700 nm (Fig. 2). Volgens die navorsers toon chlorofilsintese 'n maksimum by 475 en 675 nm (onderskeidelik blou en rooi streke), terwyl die maksimum sintese van α-solanien en α-chakonien by 430 nm en 650 nm plaasvind. Chlorofilsintese is minimaal by 525-575 nm, terwyl HCA minimaal ophoop by 510-560 nm (groen area). Hierdie verskille bevestig die aanname van verskillende weë vir die biosintese van chlorofil en HCA. Die chlorofilkonsentrasie in aartappelknolle wat aan blou lig blootgestel is (0,10 W/m2) was drie keer hoër na 16 dae se berging in vergelyking met aartappels wat aan blou lig blootgestel is.
blootgestel aan rooi lig (0,38 W/m2). Fluorescentielampe (7,5 W/m2) straal 1,9 keer meer blou lig (400-500 nm) uit as LED-lampe (7,7 W/m2), terwyl LED-lampe 2,5 keer meer rooiliglig (620-680 nm) uitstraal as fluoresserende buise. Daarom kan die vervanging van fluoresserende lampe met LED-lampe in kruidenierswinkels die inname van die mees skadelike blou golflengtes verminder.
Aartappelknolle wat in die donker gestoor word, bevat nie chlorofil nie. Nadat dit die lig binnegekom het, letterlik binne 'n paar uur, word spesifieke gene geaktiveer om 'n ketting van chlorofil- en HCA-sinteseprodukte te produseer. Molekulêre analise tegnologie maak dit moontlik om die struktuur van gene te identifiseer, en dit het geblyk dat die meganismes van genetiese beheer van hierdie prosesse variëteitsspesifisiteit het. Die invloed van monochromatiese LED-lampe met verskillende en nou spektrale samestelling is bestudeer. Ligregulering van die landskap van aartappelknolle is uitgevoer onder konstante beligting wat deur ligdiodes (LED's) verskaf word. Liggolflengtes B (blou, 470 nm), R (rooi, 660 nm) en FR (ver rooi, 730 nm) en WL (wit, 400-680 nm) is vir 10 dae gebruik. Blou en rooi golflengtes was effektief om chlorofil, karotenoïede en die twee hoof-aartappelglikoalkaloïede, α-solanien en α-chakonien te induseer en op te bou, terwyl nie een van hulle in donkerte of onder ver rooi lig opgehoop het nie. Sleutelgene vir chlorofilbiosintese (HEMA1, wat kodeer vir die tempo-beperkende ensiem vir glutamiel-tRNA reduktase, GSA, CHLH en GUN4) en ses gene (HMG1, SQS, CAS1, SSR2, SGT1 en SGT2) wat benodig word vir die sintese van Glikoalkaloïede is ook in wit, blou en rooi lig geïnduseer, maar nie in die donker of met ver rooi lig nie (Fig.3,4,5). Hierdie data dui op die rol van beide kriptochromiese en fitochromiese fotoreseptore in die ophoping van chlorofil en glikoalkaloïede. Die bydrae van fitochroom is verder ondersteun deur die waarneming dat ver rooi lig wit lig-geïnduseerde akkumulasie van chlorofil en glikoalkaloïede en geassosieerde geenuitdrukking kan inhibeer.
Verskillende variëteite aartappels produseer chlorofil en groen kleur teen verskillende tempo's, wat deur baie studies bevestig is. Noorweë het byvoorbeeld verskille in oënskynlike kleurveranderinge tussen kultivars geïdentifiseer en aparte subjektiewe graderingskale vir verskillende kultivars ontwikkel gebaseer op akkurate metings van chlorofil en kleur. Visuele kleurveranderinge van vier variëteite aartappels wat vir 84 uur onder LED-beligting gestoor is, word in Fig. 6.
Die rooivelkultivar Asterix (Fig. 6a) het 'n beduidende toename in tinthoek getoon, van rooi na bruinerig, terwyl die geel kultivar Folva (Fig. 6b) van geelgroen na groengeel verander het. Die geel Celandie (Fig. 6c) het die minste verandering van alle kleurparameters met blootstelling aan lig getoon, terwyl die geel variëteit Mandel (Fig. 6d) betekenisvol van kleur verander het, van geel na gryserig. In digitale vorm lyk die grafiek van die kleurverandering van verskillende variëteite aartappels in die lig so (Fig. 7).
In hierdie proef het alle variëteite behalwe Mandel 'n beduidende toename in totale glikoalkaloïede getoon na meer as 36 uur se ligblootstelling. Maar die dinamika van veranderinge en die vlak van HCA-inhoud verskil aansienlik in verskillende variëteite: Asterix - van 179 tot 223 mg/kg, Nansen - van 93 tot 160 mg/kg, Rutt - van 136 tot 180 mg/kg, Celandin - van 149 tot 182 mg/kg, Folva - van 199 tot 290 mg/kg, Hassel - van 137 tot 225 mg/kg, Mandel - geen verandering (192-193) mg/kg.
In Nieu-Seeland is die hele nasionale verskeidenheid aartappels geëvalueer deur die intensiteit van vergroening. Die resultate het getoon dat die hoeveelheid chlorofil in knolle na 120 uur se beligting in verskillende variëteite met 'n orde van grootte verskil - van 0,5 tot 5,0 mg (Fig. 8).
Belangrike praktiese gevolgtrekkings volg uit hierdie deskundige inligting. Onder die invloed van lig word chlorofil in die aartappel geproduseer, wat die vleis 'n groen kleur gee, en die skil 'n groenerige of bruinerige tint. Verskillende variëteite aartappels ontwikkel verskillende vorme van verkleuring en teen verskillende tempo's. Die spektrale samestelling van lig verander ietwat die dinamika van chlorofilophoping, maar die opsie om die verrooi spektrum te gebruik, asook donkerte (wat nie tot chlorofilophoping lei nie), is nie relevant vir winkels wat aartappels verkoop nie. Daar is variëteite wat 10 keer minder chlorofil ophoop onder dieselfde beligtingstoestande. Die dinamika van ophoping van glikoalkaloïede verskil van die dinamika van vergroening. Die belangrikste verskil is dat die aanvanklike hoeveelheid HCA in knolle voor die handel en die begin van intensiewe beligting nie gelyk is aan nul nie, anders as chlorofil, en kan nogal betekenisvol wees. Die lae intensiteit van vergroening van baie variëteite bepaal vooraf 'n langer teenwoordigheid van aartappels op winkelrakke, wat lei tot 'n hoër ophoping van HCA.
Aangesien klagtes oor bitter smaak nie elke jaar voorkom nie, is dit nodig om ander redes uit te vind vir die toename in die vlak van glikoalkaloïede in knolle wat nie te wyte is aan beligting of variëteitseienskappe tydens die implementeringsfase nie. In die praktyk beteken die funksionele verhouding tussen vergroening en die ophoping van glikoalkaloïede die behoefte om die oorsake van vergroening te ontleed. Produksiefaktore wat vergroening en HCA-akkumulasie beïnvloed:
- Groeitoestande Synde ondergrondse stamme, kan knolle natuurlik groen word in die veld met onvoldoende grondbedekking, deur krake in die grond, of as gevolg van wind- en/of besproeiingsgronderosie. Met dit in gedagte moet aartappels diep genoeg geplant word terwyl voldoende grondvog gehandhaaf word om vinnige en eenvormige opkoms te verseker. 'n Proporsionele toename in die intensiteit van knolvergroening vind plaas met 'n toename in die stikstofnorm in die grond van 0 tot 300 kg/ha. Terselfdertyd merk die navorsers op dat die dubbele norm van stikstof tydens verbouing die inhoud van glikoalkaloïede met 10% in sommige variëteite verhoog Enige omgewingsfaktor wat die groei en ontwikkeling van plante van die nastergalfamilie beïnvloed, sal waarskynlik die inhoud van glikoalkaloïede. Klimaat, hoogte bo seespieël, grondtipe, grondvog, beskikbaarheid van kunsmis, lugbesoedeling, oestyd, plaagdoderbehandelings en blootstelling aan sonlig maak alles saak.
- Knolrypheid by oes Die effek van rypheid by oes op vergroening frekwensie is omstrede. Jong aartappels met gladde en dun skille kan vinniger groen word as meer volwasse knolle. Vroeë rypvariëteite kan groter akkumulasie van glikoalkaloïede toon as laat ryp knolle, maar daar is bewyse van die teendeel in spesifieke studies.
- Besering aan knolle beïnvloed nie die ophoping van chlorofil op enige manier nie, maar veroorsaak die ophoping van HCA (die vlak van HCA neem soveel toe as wat dit doen as gevolg van blootstelling aan lig (Fig. 9).
- Bergingstoestande. Knolle wat by lae temperature gestoor word, is minder vatbaar vir vergroening en HCA-akkumulasie. Aartappelskilweefsels by 1 en 5°C onder fluoresserende lig het geen kleurverandering getoon na 10 dae van berging nie, terwyl weefsels wat by 10 en 15°C gestoor is, onderskeidelik vanaf die vierde en tweede dae groen geword het. ’n Bergingstemperatuur van 20°C onder beligting het bewys dat dit optimaal is vir chlorofilproduksie, vergelykbaar met die meeste kleinhandelwinkels. Glikoolkaloïede versamel twee keer so vinnig by 24°C as by 7°C in 'n donker kamer, en lig versnel hierdie proses selfs meer.
- Verpakkingsmateriaal. Die keuse van verpakking vir kleinhandelwinkels is 'n kritieke faktor in die beheer van vergroening en ophoping van HCA. Deursigtige of deurskynende verpakkingsmateriaal moedig vergroening en HCA-sintese aan, terwyl donker (of groen) verpakking degradasie vertraag.
Gebaseer op die eksperimenteel bewese reëlmatighede, kan ons met vertroue aflei dat die hoër vlak van glikoalkaloïede in aartappelknolle van die huidige seisoen in vergelyking met die gewone vlak te wyte is aan ongunstige toestande vir gewasvorming. 'n Lang tydperk van hitte en droogte in Julie - vroeg in September het die rypwording van knolle en die opname van stikstof vertraag, die grond in die rante in die lande sonder besproeiing het gekraak. Die begin van oes het plaasgevind teen die agtergrond van oormatige droë grond en 'n groot aantal harde knoppe, wat gelei het tot verhoogde besering van knolle. Daarna het die tempo van stroop vertraag weens oormatige reënval. Velde na uitdroging, d.w.s. sonder om die oppervlak van die grond te skadu, het hulle lank gewag om te oes. Hierdie ongunstige toestande het beide bygedra tot die vergroening van die knolle en die vorming van meer as gewoonlik hoeveelhede HCA daarin.
Die doeltreffendste maniere om ongewenste ophoping van glikoalkaloïede te voorkom kom neer op 'n ernstige beperking van die blootstelling van knolle aan lig tydens verbouing, berging en verkoop, veral teen die agtergrond van hoë temperature. Landboupraktyke soos die korrekte plantdiepte, die vorming van lywige rante, optimale kunsmishoeveelhede word gereeld in moderne aartappelproduksietegnologieë gebruik. Onvolwasse knolle bevat hoër vlakke van solanien as volwasse knolle. Daarom is dit baie belangrik om nie vroeg te oes nie, om die stamme betroubaar te droog en om genoeg tyd (twee tot drie weke) toe te laat vir die knolle om volwasse te word. Gewaarborg om krake van die rante te voorkom, is slegs moontlik met die hulp van tydige en voldoende periodieke besproeiing. Dit is moontlik om die gevolge van krake in die voor-oesperiode, na die bekendstelling van droogmiddels, te verminder deur die rante te rol. Om dit te doen, word spesiale masjiene vir rollende rante massavervaardig, byvoorbeeld GRIMME RR 600, daar is opsies om met ontblaaraars te kombineer (Fig. 10). In die Russiese Federasie word hulle egter steeds uiters selde gebruik. Terselfdertyd is hierdie landboumetode eenvoudig, goedkoop, produktief en doeltreffend. Die vlak van HCA word sterk beïnvloed deur die gekombineerde effekte van ligkwaliteit, duur en intensiteit. Chlorofil is groen omdat dit groen lig weerkaats terwyl dit rooi-geel en blou absorbeer. Die vorming van chlorofil is die intensste onder blou en oranje-rooi beligting (Fig. 11). Onder groen beligting vind aartappelvergroening feitlik nie plaas nie, en onder blou of ultraviolet lig vind dit in 'n swak mate plaas. Fluorescerende ligte veroorsaak meer groen as gloeilampe. Afdelings, stoorkompartemente vir aartappels moet swak verlig en koel wees. Blootstelling van knolle in stoor aan sonlig moet vermy word. Gebruik gloeilampe met 'n lae wattage en moenie dit langer laat as wat nodig is nie. Die grond op die oppervlak van die knolle bied 'n mate van beskerming teen ligblootstelling en landskap. Gewaste aartappels word vinniger groen. Sodra 'n aartappel groen word, is dit onomkeerbaar en moet dit voor verkoop gesorteer word.
Moderne Light Emitting Diode (LED) tegnologie maak nuwe moontlikhede oop om die vorming van solanien in alle na-oes stadiums van aartappelproduksie te voorkom. Serievervaardigde spesiale lampe vir die aartappelbedryf, wat in die spektrum van 520-540 nm werk (Fig. 12). Lig, wat deur die menslike oog as groen beskou word, verhoed effektief die vorming van chlorofil en solanien en is dus 'n deurslaggewende faktor om die waarde van aartappels tydens berging en verdere verwerking te bewaar. Sulke lampe is veral effektief in gebiede van voorverkoopvoorbereiding en voorverkoopberging van verpakte aartappels. En nog 'n algemene reël: hou die bergingstemperatuur rasioneel laag en hou die aartappels droog, aangesien vog die intensiteit van lig op die skil verhoog.
Die tipe en kleur van die verpakkingsmateriaal beïnvloed die intensiteit van HCA-akkumulasie. Bemarking en advertensies eenkant, is dit die beste om jou aartappels in donker papier of donker plastieksakke te pak om blootstelling aan lig te vermy. Daar is selfs 'n aanbeveling dat verpakkingsmateriaal vir sensitiewe aartappelvariëteite 'n totale ligtransmissie van minder as 0,02 W/m2 moet hê. Sulke lae vlakke van ligpenetrasie is slegs moontlik wanneer dit in tweelaag swart plastiek met aluminium verpak word. Groen sellofaan-kyksakke inhibeer vergroening en bevorder nie solanienvorming nie. Dit is duidelik dat sulke aanbevelings in die kategorie van goeie bedoelings val wanneer dit by die kleinhandelverkope van aartappels kom. Verpakkingskleure in die handel word slegs in die konteks van verkoopspromosie gekies.
Beligtingstoestande in kleinhandelwinkels is ook moeilik om te standaardiseer. Daar is skaars kommersiële maatskappye wat beligting ontwerp op grond van die feit dat die minste HCA-akkumulasie en vergroening in die 525-575 nm-spektrum waargeneem word. Selfs so 'n noodsaaklike en eenvoudige beskermingsmetode soos om aartappels met lig-isolerende materiaal te bedek tydens buite-ure word selde deur winkels beoefen.
Die opsomming hierbo lys alle effektiewe voorkomende metodes om die ophoping van glikoalkaloïede in aartappelknolle te beheer. Daar was baie pogings om meer radikale maniere van neutralisering te vind: behandeling met olies, wasse, oppervlakaktiewe middels, chemikalieë, groeireguleerders en selfs ioniserende bestraling, wat in baie gevalle hoë doeltreffendheid getoon het. Hierdie metodes word egter nie in die praktyk gebruik nie weens kompleksiteit, hoë koste en omgewingsprobleme.
Helder vooruitsigte word verklaar deur aanhangers van nuwe tegnologieë vir die redigering van die genoom en die "afskakeling" van die gene vir die sintese van chlorofil en HCA. Hierdie werke word aktief en deeglik uitgevoer in baie lande, waar hierdie tegnologie nie as 'n GMO-variëteit geklassifiseer word nie (dit word in die Russiese Federasie geklassifiseer), daar is baie publikasies oor hierdie onderwerp, maar tot dusver is dit nie nodig om te praat nie oor praktiese prestasies. Soos met baie voorheen voorgestelde revolusionêre teelmetodes, word die aanvanklike euforie van die moontlikheid om die genoom te wysig geleidelik vervang deur 'n bewustheid van die uiterste kompleksiteit van metaboliese prosesse. Dit is voldoende om na die diagram te kyk wat die reeds geïdentifiseerde prosesse wat verband hou met die sintese van GCA en die aartappelgene wat by hierdie prosesse betrokke is, lys (Fig. 13). Ten spyte van die oënskynlike duidelikheid van hierdie diagram, het die groepe entoesiastiese navorsers wat hierdie saak aangeneem het nog nie daarin geslaag om so 'n komplekse proses van interaksie tussen talle gene en die produkte wat deur hulle gesintetiseer is, te bestuur nie. Blokkering van oënskynlik suiwer spesifieke, enkele gene lei nie net tot die verwagte veranderinge in spesifieke vlakke van glikoalkaloïede nie, maar ook beduidende veranderinge in die vorming van ander biochemiese produkte, waarvoor die taak van redigering nie gestel is nie.
Selfs sonder om te wag vir toekomstige suksesse in genoomredigering, het alle kommersiële aartappelvariëteite wat tans verbou word onder normale toestande egter 'n lae, absoluut veilige inhoud van glikoalkaloïede, as gevolg van die konsekwente afname in hierdie indikator gedurende baie dekades van klassieke teelwerk. Wat die variëteite betref met 'n relatief stadige tempo van ophoping van chlorofil en vergroening van die skil, is dit nie 'n nadeel nie en nie 'n rede om dit te weier nie. Maar wanneer aartappels verkoop word, is dit nodig om handelsorganisasies amptelik in te lig dat die variëteit 'n eienaardigheid het om buitensporige lang blootstelling van knolle aan die lig te voorkom en die gevolglike eise van kopers vir 'n onverwagte bitter smaak in die afwesigheid van duidelike vergroening.