Sergey Banadysev, dottore in scienze agrarie,
LLC "Doka - Gene Technologies"
In questa stagione, ci sono segnali da parte dei consumatori sul sapore amaro delle patate senza un visibile inverdimento dei tuberi. La ragione dell'amaro nel gusto è il contenuto di glicoalcaloidi superiore a 14 mg/100 g.
I glicoalcaloidi (GCA) sono sostanze tossiche presenti in natura, dal sapore amaro e resistenti al calore in molte specie vegetali, comprese le patate. Hanno proprietà fungicide e pesticide e sono una delle difese naturali delle piante.
È ormai dimostrato che i glicoalcaloidi della patata in concentrazioni terapeutiche hanno molte proprietà benefiche per la salute umana: antitumorali, antimalarici, antinfiammatorie, ecc. Si stanno sviluppando tecnologie per l'estrazione commerciale di queste sostanze durante la lavorazione industriale delle patate, ma questo è un argomento separato per le pubblicazioni e l'obiettivo è riassunto di seguito. delineare le opzioni disponibili per prevenire l'eccessivo accumulo di glicoalcaloidi nelle patate da consumo.
I principali HCA contenuti nei tuberi di patata sono l'α-solanina e l'α-caconina (Fig. 1), che rappresentano circa il 95% del contenuto totale di glicoalcaloidi in questa specie vegetale.
La solanina e la ciacconina sono alcaloidi steroidei contenenti azoto che portano lo stesso aglicone, la solanidina, ma differiscono nella catena laterale del trisaccaride. Il trisaccaride nell'α-solanina è il galattosio, il glucosio e il ramnosio, mentre nell'α-caconina è il glucosio e due residui.
ramnoso. Un normale tubero di patata contiene in media 10-150 mg/kg di glicoalcaloidi, uno verde ne contiene 250-280 mg/kg e una buccia verde ne contiene 1500-2200 mg/kg. Il contenuto di glicoalcaloidi nei tuberi di patata commerciali è relativamente basso e
la distribuzione all'interno del tubero non è uniforme. I livelli più alti sono limitati alla buccia, mentre i livelli più bassi si trovano nell'area centrale. L'HCA si trova sempre nei tuberi e, a dosi fino a 100 mg/kg, si combina per contribuire al buon gusto delle patate.
Le patatine fritte e le patatine contengono tipicamente livelli di HCA rispettivamente di 0,04-0,8 e 2,3-18 mg/100 g di prodotto. I prodotti della buccia sono relativamente ricchi di glicoalcaloidi (rispettivamente 56,7-145 e 9,5-72 mg/100 g di prodotto). La produzione di prodotti a base di patate comprende il lavaggio, la pelatura, il taglio, la scottatura, l'essiccazione e la frittura. La maggior quantità di glicoalcaloidi viene rimossa durante la pulizia, la scottatura e la frittura e le patatine fritte pronte da mangiare contengono solo il 3-8% di glicoalcaloidi rispetto alle materie prime, con la principale distruzione di HCA che si verifica durante la frittura. È stato dimostrato che il peeling di solito rimuove la maggior parte dei glicoalcaloidi nei tuberi commestibili. Le patate cotte con la buccia possono diventare più amare di quelle che non sono state sbucciate a causa della migrazione dei glicoalcaloidi nella polpa durante il processo di cottura. L'ebollizione riduce il livello di HCA solo del 20%, la cottura al forno e la cottura al microonde non riducono il contenuto di glicoalcaloidi, poiché la temperatura critica per la decomposizione dell'HCA è di circa 170°C.
I casi di avvelenamento da HCA nelle patate nell'intera storia delle osservazioni sono rari. Tuttavia, dovrebbero essere menzionati possibili sintomi come nausea, vomito, diarrea, crampi allo stomaco e addominali, mal di testa, febbre, polso rapido e debole, respiro rapido e allucinazioni. La dose tossica di HCA per l'uomo è di 1-5 mg/kg di peso corporeo e la dose letale è di 3-6 mg/kg di peso corporeo se somministrata per via orale. Pertanto, i paesi più sviluppati in cui si coltivano patate hanno fissato limiti per i glicoalcaloidi di 20 mg/100 g di peso fresco e 100 mg/100 g di peso secco come limiti di sicurezza nei tuberi commestibili.
È noto che i tuberi di patata con HCA 14 mg/100 g sono già leggermente amari, mentre
il bruciore alla gola e alla bocca è causato da concentrazioni superiori a 22 mg/100 g, pertanto la migliore linea guida per i consumatori è: "Se la patata ha un sapore amaro, non mangiarla".
Nella fase di coltivazione, stoccaggio e vendita delle patate, è importante prevenire l'accumulo di concentrazioni potenzialmente pericolose di HCA nei tuberi.
L'accumulo di HCA si verifica inevitabilmente nei tuberi, ma viene ripetutamente attivato sotto l'influenza della luce solare. L'illuminazione porta anche alla formazione di clorofilla e al conseguente inverdimento della buccia dei tuberi. Questi sono processi indipendenti con conseguenze diverse. La clorofilla è assolutamente innocua e insapore. Allo stesso tempo, l'inverdimento segnala una prolungata esposizione alla luce e, di conseguenza, l'avvenuto accumulo di glicoalcaloidi. Le patate che sono diventate verdi di solito non vengono vendute o ritirate dagli scaffali non appena il cambiamento di colore diventa evidente. L'alto contenuto di glicoalcaloidi provoca lamentele da parte dei consumatori e riduce il valore commerciale dei prodotti venduti. Un caso difficile rilevato nella stagione in corso, vale a dire il sapore amaro delle patate senza segni di inverdimento visibile, merita una spiegazione separata e un'analisi delle possibili cause.
Poiché l'inverdimento delle patate è la causa principale del deterioramento della qualità delle patate nel processo di commercializzazione e un problema commerciale significativo, tutte le caratteristiche di questo fenomeno sono state studiate in modo abbastanza approfondito. Allo stesso tempo, sono state ottenute anche molte informazioni specialistiche sull'accumulo di HCA nei tuberi. Come i fusti sotterranei, i tuberi di patata sono organi vegetali non fotosintetici privi del meccanismo della fotosintesi. Tuttavia, dopo l'esposizione alla luce, gli amiloplasti contenenti amido vengono convertiti in cloroplasti negli strati cellulari periferici del tubero, il che provoca l'accumulo della clorofilla del pigmento fotosintetico verde. L'inverdimento dei tuberi può essere influenzato da fattori genetici, culturali, fisiologici e ambientali, tra cui la profondità di impianto, l'età fisiologica dei tuberi, la temperatura, i livelli di ossigeno atmosferico e le condizioni di illuminazione. I principali fattori che influenzano il livello di inverdimento e l'accumulo di glicoalcaloidi sono l'intensità e la composizione spettrale della luce, la temperatura, le caratteristiche genetiche delle varietà.
La sintesi di clorofilla e HCA nel tubero avviene sotto l'influenza di lunghezze d'onda della luce visibile da 400 a 700 nm (Fig. 2). Secondo i ricercatori, la sintesi della clorofilla mostra un massimo a 475 e 675 nm (regioni blu e rosse, rispettivamente), mentre la massima sintesi di α-solanina e α-caconina si verifica a 430 nm e 650 nm. La sintesi della clorofilla è minima a 525-575 nm, mentre l'HCA si accumula minimamente a 510-560 nm (area verde). Queste differenze confermano l'ipotesi di percorsi diversi per la biosintesi di clorofilla e HCA. La concentrazione di clorofilla nei tuberi di patata esposti alla luce blu (0,10 W/m2) era tre volte superiore dopo 16 giorni di conservazione rispetto alle patate esposte alla luce blu.
esposto a luce rossa (0,38 W/m2). Le lampade fluorescenti (7,5 W/m2) emettono 1,9 volte più luce blu (400-500 nm) rispetto alle lampade LED (7,7 W/m2), mentre le lampade LED emettono 2,5 volte più luce rossa (620-680 nm) rispetto ai tubi fluorescenti. Pertanto, la sostituzione delle lampade fluorescenti con lampade a LED nei negozi di alimentari può ridurre l'assorbimento delle lunghezze d'onda blu più dannose.
I tuberi di patata conservati al buio non contengono clorofilla. Dopo essere entrati nella luce, letteralmente nel giro di poche ore, vengono attivati geni specifici per produrre una catena di prodotti di sintesi di clorofilla e HCA. Le tecnologie di analisi molecolare consentono di identificare la struttura dei geni e si è scoperto che i meccanismi di controllo genetico di questi processi hanno specificità varietale. È stata studiata l'influenza delle lampade a LED monocromatiche con composizione spettrale diversa e ristretta. La regolazione della luce dell'abbellimento dei tuberi di patata è stata effettuata con un'illuminazione costante fornita da diodi a emissione di luce (LED). Le lunghezze d'onda della luce B (blu, 470 nm), R (rosso, 660 nm) e FR (rosso lontano, 730 nm) e WL (bianco, 400-680 nm) sono state utilizzate per 10 giorni. Le lunghezze d'onda blu e rosse erano efficaci nell'indurre e accumulare clorofilla, carotenoidi e i due principali glicoalcaloidi della patata, α-solanina e α-caconina, mentre nessuno di essi si accumulava nell'oscurità o sotto una luce rossa lontana. Geni chiave per la biosintesi della clorofilla (HEMA1, che codifica per l'enzima limitante la velocità della glutamil-tRNA reduttasi, GSA, CHLH e GUN4) e sei geni (HMG1, SQS, CAS1, SSR2, SGT1 e SGT2) necessari per la sintesi di i glicoalcaloidi sono stati indotti anche in luce bianca, blu e rossa, ma non al buio o con luce rossa lontana (Fig.3,4,5). Questi dati indicano il ruolo dei fotorecettori sia criptocromici che fitocromici nell'accumulo di clorofilla e glicoalcaloidi. Il contributo del fitocromo è stato ulteriormente supportato dall'osservazione che la luce rossa lontana può inibire l'accumulo di clorofilla e glicoalcaloidi indotto dalla luce bianca e l'espressione genica associata.
Diverse varietà di patate producono clorofilla e colore verde a velocità diverse, il che è stato confermato da molti studi. Ad esempio, la Norvegia ha identificato differenze nei cambiamenti di colore apparenti tra cultivar e ha sviluppato scale di valutazione soggettive separate per diverse cultivar basate su misurazioni accurate di clorofilla e colore. I cambiamenti di colore visivi di quattro varietà di patate conservate per 84 ore sotto illuminazione a LED sono mostrati in Fig. 6.
La varietà a buccia rossa Asterix (fig. 6a) ha mostrato un aumento significativo dell'angolo di tinta, passando dal rosso al brunastro, mentre la varietà gialla Folva (fig. 6b) ha virato dal giallo-verde al verde-giallo. Il Celandie giallo (Fig. 6c) ha mostrato il minimo cambiamento di tutti i parametri di colore dopo l'esposizione alla luce, mentre la varietà gialla Mandel (Fig. 6d) ha cambiato colore in modo significativo, dal giallo al grigiastro. In forma digitale, il grafico del cambiamento di colore di diverse varietà di patate alla luce si presenta così (Fig. 7).
In questa prova, tutte le varietà tranne Mandel hanno mostrato un aumento significativo dei glicoalcaloidi totali dopo più di 36 ore di esposizione alla luce. Ma la dinamica dei cambiamenti e il livello del contenuto di HCA differiscono significativamente nelle diverse varietà: Asterix - da 179 a 223 mg/kg, Nansen - da 93 a 160 mg/kg, Rutt - da 136 a 180 mg/kg, Celandin - da da 149 a 182 mg/kg, Folva - da 199 a 290 mg/kg, Hassel - da 137 a 225 mg/kg, Mandel - nessuna variazione (192-193) mg/kg.
In Nuova Zelanda, l'intera varietà nazionale di patate è stata valutata in base all'intensità dell'inverdimento. I risultati hanno mostrato che la quantità di clorofilla nei tuberi dopo 120 ore di illuminazione in diverse varietà differisce di un ordine di grandezza - da 0,5 a 5,0 mg (Fig. 8).
Da queste informazioni esperte derivano importanti conclusioni pratiche. Sotto l'influenza della luce, la patata produce clorofilla, che conferisce alla polpa un colore verde e alla buccia una tinta verdastra o brunastra. Diverse varietà di patate sviluppano diverse forme di scolorimento ea velocità diverse. La composizione spettrale della luce modifica in qualche modo la dinamica dell'accumulo di clorofilla, ma l'opzione di utilizzare lo spettro del rosso lontano, così come l'oscurità (che non porta all'accumulo di clorofilla), è irrilevante per i negozi che vendono patate. Ci sono varietà che accumulano 10 volte meno clorofilla nelle stesse condizioni di luce. La dinamica dell'accumulo di glicoalcaloidi differisce dalla dinamica dell'inverdimento. La differenza principale è che la quantità iniziale di HCA nei tuberi prima di entrare nel commercio e l'inizio dell'illuminazione intensiva non è uguale a zero, a differenza della clorofilla, e può essere piuttosto significativa. La bassa intensità di inverdimento di molte varietà determina una presenza più lunga delle patate sugli scaffali dei negozi, che porta a un maggiore accumulo di HCA.
Poiché le dichiarazioni di gusto amaro non si verificano ogni anno, è necessario indagare su altri motivi per l'aumento del livello di glicoalcaloidi nei tuberi, non dovuti all'illuminazione o alle caratteristiche varietali nella fase di implementazione. In pratica, la relazione funzionale tra inverdimento e accumulo di glicoalcaloidi comporta la necessità di analizzare le cause dell'inverdimento. Fattori di produzione che influenzano l'inverdimento e l'accumulo di HCA:
- Condizioni di crescita Trattandosi di fusti sotterranei, i tuberi possono naturalmente diventare verdi in campo con copertura del suolo insufficiente, attraverso fessure nel suolo o come risultato dell'erosione del suolo da parte del vento e/o dell'irrigazione. Con questo in mente, le patate dovrebbero essere piantate abbastanza in profondità mantenendo un'umidità del suolo sufficiente per garantire un'emergenza rapida e uniforme. Un aumento proporzionale dell'intensità dell'inverdimento dei tuberi si verifica con un aumento della norma di azoto nel terreno da 0 a 300 kg/ha. Allo stesso tempo, i ricercatori osservano che la doppia norma di azoto durante la coltivazione aumenta il contenuto di glicoalcaloidi del 10% in alcune varietà.Qualsiasi fattore ambientale che influisce sulla crescita e sullo sviluppo delle piante della famiglia della belladonna rischia di influenzare il contenuto di glicoalcaloidi. Il clima, l'altitudine, il tipo di suolo, l'umidità del suolo, la disponibilità di fertilizzanti, l'inquinamento atmosferico, il tempo di raccolta, i trattamenti con pesticidi e l'esposizione alla luce solare sono tutti fattori importanti.
- Maturità del tubero alla raccolta L'effetto della maturità alla raccolta sulla frequenza di inverdimento è controverso. Le patate giovani con bucce lisce e sottili possono diventare verdi più velocemente dei tuberi più maturi. Le varietà a maturazione precoce possono mostrare un maggiore accumulo di glicoalcaloidi rispetto ai tuberi a maturazione tardiva, ma ci sono prove del contrario in studi specifici.
- Il danno ai tuberi non influisce in alcun modo sull'accumulo di clorofilla, ma provoca l'accumulo di HCA (il livello di HCA aumenta tanto quanto a seguito dell'esposizione alla luce (Fig. 9).
- Condizioni di archiviazione. I tuberi conservati a basse temperature sono meno suscettibili all'inverdimento e all'accumulo di HCA. I tessuti della buccia di patata a 1 e 5°C sotto luce fluorescente non hanno mostrato alcun cambiamento di colore dopo 10 giorni di conservazione, mentre i tessuti conservati a 10 e 15°C sono diventati verdi rispettivamente dal quarto e dal secondo giorno. Una temperatura di conservazione di 20°C sotto illuminazione si è dimostrata ottimale per la produzione di clorofilla, paragonabile alla maggior parte dei negozi al dettaglio. I glicoalcaloidi si accumulano due volte più velocemente a 24°C che a 7°C in una stanza buia, e la luce accelera questo processo ancora di più.
- Materiali da imballaggio. La scelta dell'imballaggio per i negozi al dettaglio è un fattore critico nel controllo dell'inverdimento e dell'accumulo di HCA. I materiali di imballaggio trasparenti o traslucidi stimolano l'inverdimento e la sintesi di HCA, mentre gli imballaggi scuri (o verdi) rallentano il degrado.
Sulla base delle regolarità provate sperimentalmente, possiamo concludere con sicurezza che il livello più elevato di glicoalcaloidi nei tuberi di patata della stagione in corso rispetto al livello normale è dovuto a condizioni sfavorevoli per la formazione delle colture. Un lungo periodo di caldo e siccità a luglio - inizio settembre ha ritardato la maturazione dei tuberi e l'assorbimento dell'azoto, il terreno nelle creste nei campi senza irrigazione si è incrinato. L'inizio della raccolta è avvenuto sullo sfondo di terreno eccessivamente secco e un gran numero di grumi duri, che hanno portato a un aumento delle lesioni ai tuberi. Successivamente, il ritmo della raccolta è rallentato a causa delle eccessive precipitazioni. Campi dopo l'essiccazione, ad es. senza ombreggiare la superficie del terreno, hanno atteso a lungo la raccolta. Queste condizioni sfavorevoli hanno contribuito sia all'inverdimento dei tuberi sia alla formazione di quantità di HCA in essi superiori al normale.
I modi più efficaci per prevenire l'accumulo indesiderato di glicoalcaloidi si riducono a una severa limitazione dell'esposizione dei tuberi alla luce durante la coltivazione, lo stoccaggio e la vendita, soprattutto in presenza di temperature elevate. Pratiche agricole come la corretta profondità di impianto, la formazione di creste voluminose, i tassi di fertilizzanti ottimali vengono utilizzati regolarmente nelle moderne tecnologie di produzione delle patate. I tuberi immaturi contengono livelli più elevati di solanina rispetto ai tuberi maturi. Pertanto, è molto importante non raccogliere in anticipo, asciugare gli steli in modo affidabile e concedere un tempo sufficiente (due o tre settimane) affinché i tuberi maturino. Garantito per prevenire la rottura delle creste è possibile solo con l'aiuto di un'irrigazione periodica tempestiva e sufficiente. È possibile ridurre le conseguenze della fessurazione nel periodo pre-raccolta, dopo l'introduzione di essiccanti, rullando le creste. Per fare ciò, vengono prodotte in serie macchine speciali per le creste di rotolamento, ad esempio GRIMME RR 600, ci sono opzioni per la combinazione con i defogliatori (Fig. 10). Tuttavia, nella Federazione Russa sono ancora usati molto raramente. Allo stesso tempo, questo metodo agricolo è semplice, economico, produttivo ed efficace. Il livello di HCA è fortemente influenzato dagli effetti combinati di qualità, durata e intensità della luce. La clorofilla è verde perché riflette la luce verde mentre assorbe rosso-giallo e blu. La formazione di clorofilla è più intensa sotto l'illuminazione blu e rosso-arancio (Fig. 11). Sotto l'illuminazione verde, l'inverdimento delle patate praticamente non si verifica e sotto la luce blu o ultravioletta si verifica in misura debole. Le luci fluorescenti causano più vegetazione rispetto alle luci a incandescenza. Le sezioni, i vani portaoggetti per le patate devono essere scarsamente illuminati e freschi. L'esposizione dei tuberi immagazzinati alla luce solare dovrebbe essere evitata. Utilizzare lampadine a incandescenza a basso wattaggio e non lasciarle accese più del necessario. Il terreno sulla superficie dei tuberi fornisce una certa protezione dall'esposizione alla luce e dal paesaggio. Le patate lavate diventano verdi più velocemente. Una volta che una patata diventa verde, è irreversibile e deve essere selezionata prima della vendita.
La moderna tecnologia dei diodi a emissione di luce (LED) apre nuove possibilità per prevenire la formazione di solanina in tutte le fasi post-raccolta della produzione di patate. Lampade speciali prodotte in serie per l'industria delle patate, che operano nello spettro di 520-540 nm (Fig. 12). La luce, percepita come verde dall'occhio umano, impedisce efficacemente la formazione di clorofilla e solanina ed è quindi un fattore decisivo per preservare il valore delle patate durante lo stoccaggio e l'ulteriore lavorazione. Tali lampade sono particolarmente efficaci nelle aree di preparazione pre-vendita e stoccaggio pre-vendita di patate confezionate. E un'altra regola generale: mantenere la temperatura di conservazione razionalmente bassa e mantenere le patate asciutte, poiché l'umidità aumenta l'intensità della luce sulla buccia.
Il tipo e il colore del materiale di imballaggio influiscono sull'intensità dell'accumulo di HCA. Marketing e pubblicità a parte, è meglio imballare le patate in carta scura o sacchetti di plastica scuri per evitare l'esposizione alla luce. C'è anche una raccomandazione secondo cui i materiali di imballaggio per le varietà di patate sensibili dovrebbero avere una trasmissione della luce totale inferiore a 0,02 W/m2. Livelli così bassi di penetrazione della luce sono possibili solo se confezionati in plastica nera a due strati con alluminio. I sacchetti di osservazione in cellophane verde inibiscono l'inverdimento e non promuovono la formazione di solanina. È chiaro che tali raccomandazioni rientrano nella categoria delle buone intenzioni quando si tratta della vendita al dettaglio di patate. I colori degli imballaggi in commercio vengono selezionati solo nell'ambito della promozione delle vendite.
Anche le condizioni di illuminazione nei negozi al dettaglio sono difficili da standardizzare. Non ci sono quasi aziende commerciali che progettano l'illuminazione basandosi sul fatto che il minimo accumulo e rinverdimento di HCA si osserva nello spettro 525-575 nm. Anche un metodo di protezione così necessario e semplice come coprire le patate con materiali isolanti dalla luce durante le ore di riposo è raramente praticato dai negozi.
Il sommario sopra elenca tutti i metodi preventivi efficaci per controllare l'accumulo di glicoalcaloidi nei tuberi di patata. Ci sono stati molti tentativi per trovare mezzi di neutralizzazione più radicali: trattamenti con oli, cere, tensioattivi, sostanze chimiche, regolatori di crescita e persino radiazioni ionizzanti, che in molti casi hanno mostrato un'elevata efficienza. Tuttavia, questi metodi non vengono utilizzati nella pratica a causa della complessità, dei costi elevati e dei problemi ambientali.
Prospettive brillanti sono dichiarate dagli aderenti alle nuove tecnologie per modificare il genoma e "spegnere" i geni per la sintesi di clorofilla e HCA. Questi lavori vengono eseguiti attivamente e a fondo in molti paesi, dove questa tecnologia non è classificata come varietà OGM (è classificata nella Federazione Russa), ci sono molte pubblicazioni su questo argomento, ma finora non c'è bisogno di parlare sui risultati pratici. Come per molti metodi di allevamento rivoluzionari proposti in precedenza, l'euforia iniziale per la possibilità di modificare il genoma viene gradualmente sostituita dalla consapevolezza dell'estrema complessità dei processi metabolici. È sufficiente guardare il diagramma che elenca i processi già identificati relativi alla sintesi di GCA e i geni della patata coinvolti in questi processi (Fig. 13). Nonostante l'apparente chiarezza di questo schema, i gruppi di entusiasti ricercatori che si sono occupati di questa materia non sono ancora riusciti a gestire un così complesso processo di interazione tra numerosi geni ei prodotti da essi sintetizzati. Il blocco di singoli geni apparentemente puramente specifici porta non solo ai cambiamenti previsti nei livelli specifici di glicoalcaloidi, ma anche a cambiamenti significativi nella formazione di altri prodotti biochimici, per i quali non è stato fissato il compito di modifica.
Tuttavia, anche senza attendere futuri successi nell'editing del genoma, tutte le varietà commerciali di patate attualmente coltivate hanno in condizioni normali un contenuto basso e assolutamente sicuro di glicoalcaloidi, a causa della consistente diminuzione di questo indicatore durante molti decenni di lavoro di allevamento classico. Per quanto riguarda le varietà con un tasso relativamente lento di accumulo di clorofilla e buccia inverdita, questo non è un inconveniente e non è un motivo per rifiutarle. Ma quando si vendono patate, è necessario informare ufficialmente le organizzazioni di categoria che la varietà ha una particolarità al fine di evitare un'esposizione eccessivamente lunga dei tuberi alla luce e le conseguenti pretese degli acquirenti per un gusto inaspettatamente amaro in assenza di un evidente inverdimento.