Sergej Banadysev, doktor poljoprivrednih nauka,
DOO "Doka - Gene Technologies"
Ove sezone javljaju se signali potrošača o gorkastom ukusu krompira bez vidljivog pozelenjavanja 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 krompir. Imaju fungicidna i pesticidna svojstva i jedan su od prirodnih zaštitnih sredstava biljaka.
Dokazano je da glikoalkaloidi krompira u terapijskim koncentracijama imaju mnoga korisna svojstva za ljudsko zdravlje: antitumorska, antimalarijska, antiinflamatorna itd. Razvijaju se tehnologije za komercijalnu ekstrakciju ovih supstanci tokom industrijske prerade krompira, ali to je posebna tema za publikacije, a cilj je sažet u nastavku. navesti dostupne opcije za sprječavanje prekomjernog nakupljanja glikoalkaloida u prehrambenom krumpiru.
Glavni HCA sadržani u krtolima krompira su α-solanin i α-chakonin (slika 1), koji čine oko 95% ukupnog sadržaja glikoalkaloida u ovoj biljnoj vrsti.
Solanin i čakonin su steroidni alkaloidi koji sadrže dušik koji nose isti aglikon, solanidin, ali se razlikuju u bočnom lancu trisaharida. Trisaharid u α-solaninu je galaktoza, glukoza i ramnoza, dok je u α-čakoninu glukoza i dva ostatka.
ramnoza. Običan gomolj krompira sadrži u prosjeku 10-150 mg/kg glikoalkaloida, dok zeleni sadrži 250-280 mg/kg, a zelena kora sadrži 1500-2200 mg/kg. Sadržaj glikoalkaloida u komercijalnim gomoljima krompira je relativno nizak, i
distribucija unutar gomolja nije ujednačena. Najviši nivoi su ograničeni na koru, dok se najniži nivoi nalaze u oblasti jezgra. HCA se uvijek nalazi u gomoljima, a u dozama do 100 mg/kg one se kombinuju kako bi doprinijele dobrom ukusu krompira.
Pomfrit i čips obično sadrže nivoe HCA od 0,04-0,8 odnosno 2,3-18 mg/100 g proizvoda. Peel proizvodi su relativno bogati glikoalkaloidima (56,7-145 i 9,5-72 mg/100 g proizvoda, respektivno). Proizvodnja proizvoda od krompira obuhvata pranje, guljenje, rezanje, blanširanje, sušenje i prženje. Najveća količina glikoalkaloida uklanja se tokom čišćenja, blanširanja i prženja, a gotovi pomfrit sadrži samo 3-8% glikoalkaloida u odnosu na sirovine, pri čemu se glavno uništavanje HCA događa tokom prženja. Dokazano je da se guljenjem obično uklanja većina glikoalkaloida iz jestivih gomolja. Krompir kuhan s korom može postati gorak od onih koji nisu oguljeni zbog migracije glikoalkaloida u meso tokom procesa kuhanja. Kuhanje smanjuje nivo HCA samo za 20%, pečenje i kuhanje u mikrovalnoj pećnici ne smanjuju sadržaj glikoalkaloida, jer je kritična temperatura za razgradnju HCA oko 170°C.
Slučajevi trovanja HCA u krompiru u čitavoj istoriji posmatranja su rijetki. Međutim, treba spomenuti moguće simptome kao što su mučnina, povraćanje, dijareja, grčevi u stomaku i abdomenu, glavobolja, groznica, ubrzan i slab puls, ubrzano disanje i halucinacije. Toksična doza HCA za ljude je 1-5 mg/kg tjelesne težine, a smrtonosna doza je 3-6 mg/kg tjelesne težine kada se daje oralno. Stoga je većina razvijenih zemalja uzgoja krumpira postavila granice za glikoalkaloide od 20 mg/100 g svježe težine i 100 mg/100 g suhe težine kao sigurne granice u jestivim krtolama.
Poznato je da su gomolji krompira sa HCA 14 mg/100 g već pomalo gorki, dok
peckanje u grlu i ustima izazivaju koncentracije veće od 22 mg/100 g. Stoga je najbolja smjernica za potrošače: "Ako je krompir gorak, nemojte ga jesti."
U fazi uzgoja, skladištenja i prodaje krompira važno je spriječiti nakupljanje potencijalno opasnih koncentracija HCA u krtolama.
Akumulacija HCA se neizbježno događa u gomoljima, ali se više puta aktivira pod utjecajem sunčeve svjetlosti. Osvjetljenje također dovodi do stvaranja hlorofila i rezultirajućeg pozelenjavanja pokožice gomolja. To su nezavisni procesi sa različitim posljedicama. Hlorofil je apsolutno bezopasan i bez ukusa. Istovremeno, ozelenjavanje signalizira produženo izlaganje svjetlu i, posljedično, nakupljanje glikoalkaloida do kojeg je došlo. Krompir koji je pozelenio obično se ne prodaje niti skida sa polica čim se promeni boja. Visok sadržaj glikoalkaloida izaziva pritužbe potrošača i smanjuje komercijalnu vrijednost proizvoda koji se prodaju. Težak slučaj zabilježen u tekućoj sezoni, a to je gorak okus krompira bez znakova vidljivog pozelenjavanja, zaslužuje posebno objašnjenje i analizu mogućih uzroka.
Budući da je ozelenjavanje krompira glavni uzrok pogoršanja kvaliteta krompira u procesu plasmana i značajan komercijalni problem, sve karakteristike ove pojave su prilično detaljno proučene. Istovremeno, dobijeno je i dosta stručnih informacija o akumulaciji HCA u krtolama. Poput podzemnih stabljika, gomolji krompira su nefotosintetski biljni organi kojima nedostaje mehanizam fotosinteze. Međutim, nakon izlaganja svjetlosti, amiloplasti koji sadrže škrob se pretvaraju u hloroplaste u perifernim slojevima ćelija gomolja, što uzrokuje nakupljanje zelenog fotosintetskog pigmenta hlorofila. Na ozelenjavanje gomolja mogu uticati genetski, kulturni, fiziološki i faktori životne sredine, uključujući dubinu sadnje, fiziološku starost gomolja, temperaturu, nivoe kiseonika u atmosferi i uslove osvetljenja. Glavni faktori koji utiču na stepen ozelenjavanja i akumulacije glikoalkaloida su intenzitet i spektralni sastav svetlosti, temperatura, genetske karakteristike sorti.
Sinteza hlorofila i HCA u krtolu odvija se pod uticajem vidljive svetlosti talasnih dužina od 400 do 700 nm (slika 2). Prema istraživačima, sinteza hlorofila pokazuje maksimum na 475 i 675 nm (plava i crvena područja, respektivno), dok se maksimalna sinteza α-solanina i α-čakonina javlja na 430 nm i 650 nm. Sinteza hlorofila je minimalna na 525-575 nm, dok se HCA minimalno akumulira na 510-560 nm (zeleno područje). Ove razlike potvrđuju pretpostavku o različitim putevima biosinteze hlorofila i HCA. Koncentracija hlorofila u gomoljima krompira izloženim plavoj svetlosti (0,10 W/m2) bila je tri puta veća nakon 16 dana skladištenja u odnosu na krompir izložen plavoj svetlosti.
izložen crvenom svjetlu (0,38 W/m2). Fluorescentne lampe (7,5 W/m2) emituju 1,9 puta više plave svjetlosti (400-500 nm) od LED sijalica (7,7 W/m2), dok LED sijalice emituju 2,5 puta više crvene svjetlosti (620-680 nm) od fluorescentnih cijevi. Stoga, zamjena fluorescentnih sijalica LED lampama u trgovinama može smanjiti unos najštetnijih plavih valnih dužina.
Gomolji krompira koji se čuvaju u mraku ne sadrže hlorofil. Nakon ulaska u svjetlo, bukvalno u roku od nekoliko sati, aktiviraju se specifični geni za proizvodnju lanca hlorofila i produkata sinteze HCA. Tehnologije molekularne analize omogućavaju identifikaciju strukture gena, a pokazalo se da mehanizmi genetske kontrole ovih procesa imaju sortnu specifičnost. Proučavan je uticaj monohromatskih LED lampi različitog i uskog spektralnog sastava. Regulacija svjetlosti ozelenjavanja krtola krompira je vršena uz konstantno osvjetljenje koje je obezbjeđivalo svjetlosne diode (LED). Talasna dužina svjetlosti B (plava, 470 nm), R (crvena, 660 nm) i FR (daleko crvena, 730 nm) i WL (bijela, 400-680 nm) korištena su 10 dana. Plave i crvene talasne dužine bile su efikasne u izazivanju i akumulaciji hlorofila, karotenoida i dva glavna krompirova glikoalkaloida, α-solanina i α-čakonina, dok se nijedan od njih nije akumulirao u mraku ili pod dalekom crvenom svetlošću. Ključni geni za biosintezu hlorofila (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 takođe inducirani u bijeloj, plavoj i crvenoj svjetlosti, ali ne u mraku ili dalekom crvenom svjetlu (sl.3,4,5). Ovi podaci ukazuju na ulogu i kriptohromnih i fitohromnih fotoreceptora u akumulaciji hlorofila i glikoalkaloida. Doprinos fitohroma je dodatno potkrijepljen zapažanjem da daleko crveno svjetlo može inhibirati akumulaciju hlorofila i glikoalkaloida izazvanu bijelom svjetlošću i pridruženu ekspresiju gena.
Različite sorte krompira proizvode hlorofil i zelenu boju različitom brzinom, što je potvrđeno mnogim istraživanjima. Na primjer, Norveška je identificirala razlike u očiglednim promjenama boje između sorti i razvila zasebne subjektivne skale ocjenjivanja za različite sorte zasnovane na preciznim mjerenjima hlorofila i boje. Vizuelne promene boje četiri sorte krompira čuvanih 84 sata pod LED osvetljenjem prikazane su na Sl. 6.
Crvenokoža sorta Asterix (Sl. 6a) pokazala je značajno povećanje ugla nijanse, prelazeći od crvene do smeđkaste, dok je žuta sorta Folva (Sl. 6b) prošla iz žuto-zelene u zeleno-žutu. Žuti Celandie (Sl. 6c) je pokazao najmanju promjenu od svih parametara boje pri izlaganju svjetlosti, dok je žuta sorta Mandel (Sl. 6d) značajno promijenila boju, od žute do sivkaste. U digitalnom obliku, grafikon promjene boje različitih sorti krompira na svjetlu izgleda ovako (slika 7).
U ovom ispitivanju, sve sorte osim Mandela pokazale su značajno povećanje ukupnih glikoalkaloida nakon više od 36 sati izlaganja svjetlu. Ali dinamika promjena i nivo 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.
Na Novom Zelandu je cjelokupna nacionalna sorta krompira ocjenjivana po intenzitetu ozelenjavanja. Rezultati su pokazali da se količina hlorofila u gomoljima nakon 120 sati osvjetljenja kod različitih sorti razlikuje za red veličine - od 0,5 do 5,0 mg (slika 8).
Iz ovih stručnih informacija slijede važni praktični zaključci. Pod uticajem svetlosti u krompiru se stvara hlorofil koji daje mesu zelenu boju, a kožicu zelenkastu ili smećkastu nijansu. Različite sorte krumpira razvijaju različite oblike promjene boje i različitom brzinom. Spektralni sastav svjetlosti donekle mijenja dinamiku akumulacije klorofila, ali opcija korištenja dalekog crvenog spektra, kao i tame (koje ne dovode do akumulacije hlorofila) nije relevantna za trgovine krumpirom. Postoje sorte koje akumuliraju 10 puta manje hlorofila pod istim uslovima osvetljenja. Dinamika akumulacije glikoalkaloida razlikuje se od dinamike ozelenjavanja. Osnovna razlika je u tome što početna količina HCA u krtolama prije ulaska u promet i početka intenzivnog osvjetljenja nije jednaka nuli, za razliku od hlorofila, i može biti prilično značajna. Nizak intenzitet ozelenjavanja mnogih sorti predodređuje duže prisustvo krompira na policama prodavnica, što dovodi do veće akumulacije HCA.
Kako se tvrdnje o gorkastom ukusu ne javljaju svake godine, potrebno je istražiti druge razloge za povećanje nivoa glikoalkaloida u krtolama, a ne zbog osvjetljenja ili sortnih karakteristika u fazi implementacije. U praksi, funkcionalni odnos između ozelenjavanja i akumulacije glikoalkaloida znači potrebu da se analiziraju uzroci ozelenjavanja. Proizvodni faktori koji utiču na ozelenjavanje i akumulaciju HCA:
- Uslovi rasta Budući da su podzemne stabljike, gomolji mogu prirodno pozeleniti u polju sa nedovoljnom pokrivenošću zemljišta, kroz pukotine u tlu, ili kao rezultat erozije tla vjetrom i/ili navodnjavanjem. Imajući to na umu, krompir treba saditi dovoljno duboko uz održavanje dovoljno vlage u zemljištu kako bi se osiguralo brzo i ujednačeno nicanje. Do proporcionalnog povećanja intenziteta ozelenjavanja krtola dolazi sa povećanjem norme azota u tlu od 0 do 300 kg/ha. Istovremeno, istraživači napominju da dvostruka norma dušika tokom uzgoja povećava sadržaj glikoalkaloida za 10% u nekim sortama. Svaki faktor okoline koji utiče na rast i razvoj biljaka porodice velebilja vjerovatno će uticati na sadržaj glikoalkaloidi. Klima, nadmorska visina, tip tla, vlažnost tla, dostupnost đubriva, zagađenje zraka, vrijeme žetve, tretmani pesticidima i izloženost sunčevoj svjetlosti su sve bitni.
- Zrelost gomolja u berbi Uticaj zrelosti u berbi na učestalost ozelenjavanja je kontroverzan. Mladi krompir sa glatkom i tankom korom može pozeleniti brže od zrelijih gomolja. Rano sazrele sorte mogu pokazati veću akumulaciju glikoalkaloida od kasnozrelih gomolja, ali postoje dokazi o suprotnom u specifičnim studijama.
- Povreda gomolja ni na koji način ne utiče na akumulaciju hlorofila, ali provocira nakupljanje HCA (nivo HCA se povećava koliko i kao rezultat izlaganja svetlosti (Sl. 9).
- Uslovi skladištenja. Gomolji koji se čuvaju na niskim temperaturama manje su podložni ozelenjavanju i nakupljanju HCA. Kožice krompira na 1 i 5°C pod fluorescentnim svjetlom nisu pokazale promjenu boje nakon 10 dana skladištenja, dok su tkiva čuvana na 10 i 15°C pozelenela od četvrtog i drugog dana. Temperatura skladištenja od 20°C pod osvjetljenjem pokazala se optimalnom za proizvodnju hlorofila, uporedivu s većinom maloprodajnih objekata. Glikoalkaloidi se akumuliraju dvostruko brže na 24°C nego na 7°C u mračnoj prostoriji, a svjetlost još više ubrzava ovaj proces.
- Materijali za pakovanje. Izbor ambalaže za maloprodajne objekte je kritičan faktor u kontroli ozelenjavanja i akumulacije HCA. Prozirni ili prozirni materijali za pakovanje potiču ozelenjavanje i sintezu HCA, dok tamna (ili zelena) ambalaža usporava degradaciju.
Na osnovu eksperimentalno dokazanih pravilnosti možemo sa sigurnošću zaključiti da je viši nivo glikoalkaloida u gomolji krompira tekuće sezone u odnosu na uobičajeni rezultat zbog nepovoljnih uslova za formiranje useva. Dugi period vrućine i suše u julu - početkom septembra odložio je sazrevanje krtola i apsorpciju azota, popucalo je tlo u grebenima na poljima bez navodnjavanja. Početak berbe odvijao se u pozadini pretjerano suvog tla i velikog broja tvrdih grudvica, što je dovelo do pojačanog ozljeđivanja gomolja. Nakon toga, ritam berbe je usporen zbog prevelikih padavina. Polja nakon isušivanja, tj. bez zasjenjivanja površine tla, dugo su čekali na berbu. Ovi nepovoljni uslovi doprineli su kako ozelenjavanju gomolja, tako i stvaranju više od uobičajenih količina HCA u njima.
Najefikasniji načini za sprečavanje neželjene akumulacije glikoalkaloida svode se na ozbiljno ograničenje izlaganja krtola svjetlu tokom uzgoja, skladištenja i prodaje, posebno u uslovima visokih temperatura. Poljoprivredne prakse kao što su pravilna dubina sadnje, formiranje voluminoznih grebena, optimalne količine đubriva se redovno koriste u savremenim tehnologijama proizvodnje krompira. Nezreli gomolji sadrže veći nivo solanina od zrelih gomolja. Zbog toga je veoma važno da se berba ne bude rano, da se stabljike pouzdano osuše i da se ostavi dovoljno vremena (dve do tri nedelje) da gomolji sazriju. Zajamčeno sprječavanje pucanja grebena moguće je samo uz pomoć pravovremenog i dovoljnog periodičnog navodnjavanja. Posljedice pucanja u predžetvenom periodu, nakon unošenja sredstava za sušenje, moguće je smanjiti valjanjem grebena. Da biste to učinili, masovno se proizvode posebne mašine za valjanje grebena, na primjer, GRIMME RR 600, postoje opcije za kombiniranje s defoliatorima (slika 10). Međutim, u Ruskoj Federaciji se još uvijek koriste izuzetno rijetko. Istovremeno, ova poljoprivredna metoda je jednostavna, jeftina, produktivna i učinkovita. Na nivo HCA snažno utiču kombinovani efekti kvaliteta svetlosti, trajanja i intenziteta. Klorofil je zelen jer reflektira zeleno svjetlo dok apsorbira crveno-žutu i plavu. Formiranje hlorofila je najintenzivnije pod plavim i narandžasto-crvenim osvetljenjem (slika 11). Pod zelenim osvjetljenjem, ozelenjavanje krompira se praktički ne događa, a pod plavim ili ultraljubičastim svjetlom javlja se u slaboj mjeri. Fluorescentna svjetla uzrokuju više zelenila nego svjetla sa žarnom niti. Sekcije, pretinci za skladištenje krompira trebaju biti slabo osvijetljeni i hladni. Treba izbjegavati izlaganje krtola u skladištu sunčevoj svjetlosti. Koristite sijalice male snage i ne ostavljajte ih uključene duže nego što je potrebno. Tlo na površini gomolja pruža određenu zaštitu od izlaganja svjetlosti i uređenja. Opran krompir brže pozeleni. Kada krompir postane zelen, on je nepovratan i mora se sortirati prije prodaje.
Moderna tehnologija LED dioda otvara nove mogućnosti za sprečavanje stvaranja solanina u svim fazama proizvodnje krompira nakon žetve. Serijski proizvedene specijalne lampe za industriju krompira, koje rade u spektru od 520-540 nm (Sl. 12). Svetlost, koju ljudsko oko percipira kao zelenu, efikasno sprečava stvaranje hlorofila i solanina i samim tim je odlučujući faktor u očuvanju vrednosti krompira tokom skladištenja i dalje prerade. Takve lampe su posebno efikasne u oblastima pretprodajne pripreme i pretprodajnog skladištenja upakovanog krompira. I još jedno opšte pravilo: održavajte racionalno nisku temperaturu skladištenja i držite krompir suvim, jer vlaga povećava intenzitet svetlosti na kožici.
Vrsta i boja ambalažnog materijala utiču na intenzitet akumulacije HCA. Osim marketinga i oglašavanja, najbolje je da svoje krompire spakujete u tamni papir ili tamne plastične kese kako biste izbegli izlaganje svetlu. Postoji čak i preporuka da ambalažni materijali za osetljive sorte krompira imaju ukupnu propusnost svetlosti manju od 0,02 W/m2. Ovako nizak nivo prodiranja svjetlosti je moguć samo kada se pakuje u dvoslojnu crnu plastiku sa aluminijumom. Zelene celofanske vrećice za gledanje inhibiraju ozelenjavanje i ne potiču stvaranje solanina. Jasno je da takve preporuke spadaju u kategoriju dobrih namjera kada je u pitanju maloprodaja krompira. Boje pakovanja u trgovini biraju se samo u kontekstu promocije prodaje.
Uvjete osvjetljenja u maloprodajnim objektima je također teško standardizirati. Gotovo da nema komercijalnih kompanija koje dizajniraju rasvjetu na osnovu činjenice da se najmanje akumulacije HCA i ozelenjavanja uočava u spektru od 525-575 nm. Čak i tako neophodnu i jednostavnu metodu zaštite, kao što je pokrivanje krompira svjetlosnim izolacijskim materijalima tokom van radnog vremena, trgovine rijetko praktikuju.
Gore navedeni sažetak navodi sve efikasne preventivne metode za kontrolu nakupljanja glikoalkaloida u krtolima krompira. Bilo je mnogo pokušaja da se pronađu radikalniji načini neutralizacije: tretman sa uljima, voskovima, surfaktantima, hemikalijama, regulatorima rasta, pa čak i jonizujućim zračenjem, koji su u mnogim slučajevima pokazali visoku efikasnost. Međutim, ove metode se ne koriste u praksi zbog složenosti, visoke cijene i ekoloških problema.
Pristalice novih tehnologija za uređivanje genoma i "isključivanje" gena za sintezu klorofila i HCA proglašavaju svijetle izglede. Ovi radovi se aktivno i temeljito izvode u mnogim zemljama, gdje ova tehnologija nije klasifikovana kao GMO sorta (klasifikovana je u Ruskoj Federaciji), postoji mnogo publikacija na ovu temu, ali za sada nema potrebe govoriti o praktičnim dostignućima. Kao i kod mnogih ranije predloženih revolucionarnih metoda uzgoja, početnu euforiju od mogućnosti uređivanja genoma postupno zamjenjuje svijest o ekstremnoj složenosti metaboličkih procesa. Dovoljno je pogledati dijagram koji navodi već identifikovane procese koji se odnose na sintezu GCA i gena krompira uključenih u ove procese (Sl. 13). Uprkos očiglednoj jasnoći ovog dijagrama, grupe entuzijastičnih istraživača koji su se bavili ovim pitanjem još uvek nisu uspeli da upravljaju tako složenim procesom interakcije između brojnih gena i proizvoda koje sintetiziraju. Blokiranje naizgled čisto specifičnih, pojedinačnih gena dovodi ne samo do očekivanih promjena specifičnih nivoa glikoalkaloida, već i do značajnih promjena u formiranju drugih biohemijskih proizvoda, za koje nije postavljen zadatak uređivanja.
Međutim, čak i bez čekanja budućih uspjeha u uređivanju genoma, sve komercijalne sorte krompira koje se trenutno uzgajaju imaju u normalnim uslovima nizak, apsolutno siguran sadržaj glikoalkaloida, zbog konstantnog pada ovog pokazatelja tokom višedecenijskog klasičnog oplemenjivačkog rada. Što se tiče sorti s relativno sporom stopom akumulacije klorofila i ozelenjavanjem kore, to nije nedostatak i nije razlog da ih odbijete. Ali prilikom prodaje krumpira potrebno je službeno obavijestiti trgovačke organizacije da sorta ima posebnost kako bi se spriječilo pretjerano dugo izlaganje gomolja svjetlu i rezultirajuće tvrdnje kupaca za neočekivano gorak okus u nedostatku očitog ozelenjavanja.