Е.П. Шанина, Е.М. Клюкина
ГНУ Уральский НИИСХ, г. Екатеринбург
Одним из определяющих факторов конкурентоспособности и целевого использования сорта картофеля остается его качество, которое обусловлено наличием и соотношением в клубнях химических компонентов. Качество – главный критерий производства любого вида продукции, в том числе и картофеля. Можно вырастить высокий урожай, а эффективность окажется нулевой, если клубни будут иметь низкие потребительские показатели. По этой причине в селекции картофеля на Среднем Урале большое внимание всегда уделялось и уделяется вопросам улучшения биохимического состава клубней: повышению содержания в клубнях сухого вещества, крахмала, сырого протеина, витамина С, снижению редуцирующих сахаров и нитратов.
Вновь выводимые сорта должны отличаться не только высокими качественными показателями, но и количественными, вне зависимости от условий выращивания. Эти вопросы не могут быть решены без оценки селекционного материала по биохимическим показателям.
В аналитической лаборатории института ежегодно исследуется от 50 до 250 образцов картофеля различных групп спелости. В клубнях определяется содержание сухого вещества, крахмала, сырого протеина, суммарного белка, витамина С, редуцирующих сахаров, нитратов, тяжелых металлов, аминокислот.
Известно, что биохимический состав клубней картофеля, наряду с высокой генотипической обусловленностью, в значительной степени зависит от почвенно-климатических условий, поэтому селекция предусматривает создание генотипов не только с высокими качественными показателями, но и их стабильностью.
Наиболее экологически устойчивым показателем считается содержание в клубнях крахмала, коэффициент вариации которого в среднем за годы испытания в зависимости от сорта составил 1,5-17,9% (таблица 1).
Таблица 1 – Коэффициенты вариации биохимических показателей клубней картофеля по сортам, % (2006-2010 гг.)
Сорт |
Крахмал |
Протеин |
Сахара |
Витамин С |
Нитраты |
Лидер |
13,7 |
17,2 |
68,7 |
24,2 |
64,0 |
Барон |
17,3 |
18,1 |
41,7 |
20,7 |
47,1 |
Взрыв |
6,6 |
10,8 |
62,8 |
27,3 |
86,8 |
Югра |
15,5 |
22,2 |
35,6 |
19,6 |
69,1 |
Каменский |
8,6 |
12,1 |
11,7 |
31,7 |
61,4 |
Ирбитский |
15,8 |
20,9 |
18,7 |
22,8 |
68,5 |
Отрада |
17,9 |
21,5 |
30,9 |
18,7 |
50,4 |
Табор |
13,7 |
12,0 |
34,5 |
18,0 |
48,0 |
Маяк |
13,4 |
16,7 |
23,8 |
18,8 |
60,5 |
0-8-38 |
15,9 |
13,4 |
25,7 |
22,6 |
58,5 |
01-6-22 |
17,2 |
18,1 |
15,0 |
24,7 |
87,2 |
03-9-1 |
11,0 |
18,8 |
40,9 |
26,9 |
73,7 |
04-41-20 |
3,0 |
8,0 |
26,2 |
10,4 |
27,1 |
05-22-35 |
5,6 |
8,7 |
5,6 |
25,3 |
32,1 |
05-15-7 |
16,8 |
6,9 |
5,7 |
27,1 |
32,7 |
05-15-40 |
1,5 |
2,0 |
3,2 |
9,7 |
39,5 |
Средняя степень варьирования характерна для протеина (V – 2,0-22,2%) и витамина С (V – 9,7-31,7%). В зависимости от условий выращивания значительно изменяется накопление нитратов (V – 27,1-87,2%) и сахаров (2,4-68,7%).
В результате исследований установлено, что к наиболее стабильным биохимическим показателям на Среднем Урале относятся содержание в клубнях сухого вещества, крахмала, протеина, вкусовые качества; самые нестабильные – содержание сахаров и нитратов.
Дождливая погода в августе 2009 года (осадков 169% к норме) способствовала низкому накоплению нитратов в клубнях картофеля (20-140 мг/кг) и витамина С (12,1-16,5 мг%). В засушливом 2010 году, когда осадков за 10°-ный период выпало 226 мм, или 80% от нормы (в августе 85%) резко повысилось содержание нитратов (222-303 мг/кг) и увеличилось содержание белка в клубнях, например, у гибрида 05-6-3 до 4,12%. Такая разница биохимического состава по годам объясняется не только экологической неустойчивостью сортов, но и подтверждает отрицательное влияние резких колебаний температурного режима и влажности по годам и периодам роста растений.
Большое влияние на качество картофеля оказывают условия хранения, при которых важно сохранить питательные вещества в максимальном количестве. После шести месяцев хранения проведена оценка сортов и перспективных номеров по биохимическим показателям. Выявлено, что содержание протеина изменилось незначительно (рисунок 1).
Рисунок 1 – Содержание протеина в клубнях картофеля после шести месяцев хранения (2009-2010 гг.)
Содержание сахаров оказывает существенное влияние на вкусовые, кулинарные и технологические свойства картофеля. Накопление сахаров в картофеле, при оптимальной для ранних сортов температуре хранения 2-3ºС, обусловлено скоростью реакции углеводного обмена – распадом крахмала до сахаров. В нашем случае оценка клубней проводилась без рекондиционирования; у двух сортов Барон и Каменский наблюдается незначительное накопление сахаров (рисунок 2). Существенное ухудшение цвета и других технологических свойств картофеля наступает уже при содержании сахаров 1,0-1,5%; при 2,0% ощущается сладкий привкус.
Рисунок 2 – Содержание сахара в клубнях картофеля после шести месяцев хранения (2009-2010 гг.)
Картофель считается важным источником необходимого для нас витамина С, содержание которого варьирует в опытах от 9,1 до 31,7 мг% в зависимости от сорта и условий произрастания. В период зимнего хранения происходит незначительное снижение витамина С в клубнях – на 2,9-5,0 мг% (рисунок 3).
Накопление в клубнях картофеля нитратов зависит от генотипа и метеорологических условий года. В наших опытах после шести месяцев хранения значительно уменьшилось содержание нитратов у сортов –Каменский, Ирбитский и гибрида 0-8-38, практически на одном уровне остался данный показатель у сорта Табор (рисунок 4).
Рисунок 3 – Содержание витамина С в клубнях картофеля после шести месяцев хранения (2009-2010 гг.)
Рисунок 4 – Содержание нитратов в клубнях картофеля после шести месяцев хранения (2009-2010 гг.)
Изучая качественные показатели, особое внимание уделяли накоплению тяжелых металлов в клубнях. К токсичным отнесены следующие тяжелые металлы: кобальт, никель, медь, цинк, кадмий, ртуть, свинец, молибден, марганец. Однако многие микроэлементы, такие как медь, цинк, кобальт, молибден, марганец – очень важны для жизни растений, они имеют большое значение в процессах метаболизма.
Предельно допустимая концентрация (ПДК) тяжелых металлов в клубнях картофеля, согласно гигиеническим требованиям к качеству: Zn (цинк) – 10,0 мг/кг, Cu (медь) – 5,0, Cd (кадмий) – 0,03, Pb (свинец) – 0,5 мг/кг. У всех изучаемых сортов накопление цинка, меди, свинца намного ниже ПДК (у сорта Югра свинец вообще не обнаружен), содержание кадмия – в пределах нормы (таблица 2).
Таблица 2 – Содержание тяжелых металлов в клубнях картофеля, мг/кг (2006-2008 гг.)
Сорт |
Цинк |
Медь |
Кадмий |
Свинец |
|
|
Ранняя группа |
|
|
Барон (st.) |
3,00 |
0,91 |
0,03 |
0,13 |
Алмаз |
3,26 |
0,89 |
0,02 |
0,24 |
Лидер |
3,18 |
0,97 |
0,02 |
0,11 |
|
|
Среднеранняя |
группа |
|
Невский (st.) |
3,27 |
0,85 |
0,03 |
0,12 |
Югра |
3,00 |
0,81 |
0,03 |
0 |
Взрыв |
2,49 |
0,96 |
0,03 |
0,14 |
Каменский |
3,35 |
0,90 |
0,03 |
0,13 |
Табор |
2,78 |
1,16 |
0,03 |
0,12 |
|
|
Среднеспелая |
группа |
|
Гранат (st.) |
2,84 |
0,98 |
0,03 |
0,25 |
Банкир |
2,34 |
0,91 |
0,03 |
0,26 |
Протеин. Белок картофеля по биологической ценности высокопитательный и превосходит многие другие сельскохозяйственные культуры. Обычно считают, что в курином яйце содержится наиболее полноценный белок. Если биологическую питательную ценность белка куриного яйца принять за 100%, то переваримость белка пшеницы составляет в среднем 64%, а белка картофеля – 85%.
Все сорта нашей селекции отличаются средней и высокой белковостью. Максимальное содержание суммарного белка отмечено в 2010 г. у гибридов 05-6-3 (4,12%), 05-10-44 (4,00%), у сортов Отрада (3,81%), Лидер (3,50%).
В разные по погодным условиям годы сорта и гибриды имели различные показатели содержания белка в клубнях картофеля: в 1999 г. – средний показатель по всем изученным образцам составил – 2,40%; 2000 г. – 2,45%; 2001 – 2,92%; 2002 г. – 2,67%; 2003 г. – 2,64%; 2004 г. – 2,74%; 2005 г. – 2,97%; 2006 г. – 2,51%; 2007 г. – 2,87%; 2008 г. – 2,72%; 2009 г. – 2,53%; 2010 г. – 3,28%.
Питательная ценность белка зависит от его сбалансированности по аминокислотному составу. В состав белка входят следующие аминокислоты: лизин, гистидин, аргинин, аспарагиновая кислота, треонин, серин, глутаминовая кислота, пролин, глицин, аланин, валин, изолейцин, лейцин, тирозин, фенилаланин. В среднем около 1/3 общего аминокислотного состава клубней картофеля составляют незаменимые аминокислоты, из которых больше всего валина, аргинина, лизина и фенилаланина. Основное содержание заменимых аминокислот составляет аспарагиновая и глутаминовые кислоты. Значение незаменимых аминокислот не ограничивается их участием в синтезе тканевых белков. Каждая из них, помимо этого, выполняет в организме важные и сложные функции.
Валин необходим для метаболизма в мышцах, восстановления поврежденных тканей и для поддержания нормального обмена азота в организме.
Лизин относится к наиболее важным незаменимым аминокислотам, он является ростовым фактором. Недостаток его в пище приводит к нарушению процессов кроветворения, снижению количества эритроцитов и содержания в них гемоглобина, нарушается азотистое равновесие. Необходим для номального формирования костей и роста детей, способствует усвоению кальция и поддержанию нормального обмена азота у взрослых.
Фенилаланин – исходный материал для синтеза гормонов щитовидной железы и меланина, участвует в процессе синтеза глюкозы. Влияет на настроение, улучшает память и способность к обучению.
Лейцин активизирует эндокринную систему. Несколько понижает уровень сахара в крови и стимулирует выделение гормона роста.
Изолейцин необходим для синтеза гемоглобина, стабилизирует и регулирует уровень сахара в крови и процессы энергообеспечения. Отсутствие его в пище приводит к нарушению азотистого баланса, который означает количественную разницу между введением с пищей азота и выведением его в виде конечных продуктов азотистого обмена.
Треонин необходим для физического развития организма. Важная роль в усвоении пищевого белка.
Триптофан является ростовой аминокислотой, связан также с обменом никотиновой кислоты (витамин РР), необходим для ее синтеза в организме. Регулирует функции центральной нервной системы, системы кровообращения и иммунной системы.
Метионин учавствует в синтезе гемоглобина, регуляции функции щитовидной железы, способствует росту. Незаменимые аминокислоты для детей – аргинин и гистидин, они необходимы для нормального роста и развития.
Каждый белок в организме уникален и существует для специальных целей. Они синтезируются в организме из аминокислот, которые образуются в результате расщепления белков, находящихся в пищевых продуктах. Таким образом, именно аминокислоты, а не сами белки – наиболее ценные элементы питания.
Данные биохимического анализа 22 перспективных сортов и гибридов показали, что содержание некоторых (аргинин, тирозин, фенилаланин) аминокислот в клубнях картофеля значительно зависят от генотипа.
По содержанию аминокислот выделяются аспарагиновая кислота и глутаминовая кислота, меньше всего содержится в клубнях картофеля гистидина (0,136-0,268%) и глицина (0,132-0,221%). Незаменимые аминокислоты триптофан и метионин присутствовали в испытуемых образцах в незначительном количестве и, если в 2009 году были отмечены следы триптофана (0,024-0,057%), то в 2010 г. ни триптофана, ни метионина выделено не было.
На примере трех разных сортов показаны различия по аминокислотному составу. Сорт Лидер с белой мякотью и белой кожурой содержит аспарагиновой кислоты 1,77%, глутаминовой кислоты 1,44%, незначительное количество гистидина 0,176% и глицина 0,177%. У гибрида 04-41-20 с синей кожурой и светло-желтой мякотью, аспарагиновой кислоты больше – 2,09%, чем у сорта Лидер, глутаминовой кислоты на том же уровне – 1,43%; значительно больше содержание гистидина, глицина, лейцина, фенилаланина. Гибрид 08-49-3 отличается не только синей кожурой, но и синей мякотью. В данном случае наблюдается снижение количества незаменимых аминокислот: лизина (0,3%), треонина (0,189%), лейцина (0,284%) и остаточные признаки валина; содержание фенилаланина повышенное – 0,862%..
По сумме всех аминокислот выделяется гибрид 04-41-20 – 8,31%, который отличается синей окраской кожуры, у этого же гибрида самая высокая сумма незаменимых аминокислот – 2,53%, содержание протеина – 2,89%, выше среднего показателя по сортообразцам. Низкое содержание незаменимых аминокислот наблюдается у гибридов с синей мякотью 08-49-3 (1,84%), 09-49-5 (1,82%) (таблица 3).
Таблица 3 – Сумма аминокислот и процентное соотношение к протеину (2009-2010 гг.)
Сорт |
Содержание протеина, % |
Сумма всех аминокислот, % |
Сумма незаменимых аминокислот, % |
% аминокислот к протеину |
Лидер |
2,97 |
7,28 |
2,09 |
40,8 |
Барон |
2,84 |
6,34 |
1,89 |
44,8 |
Взрыв |
2,50 |
5,90 |
1,63 |
42,4 |
Югра |
2,81 |
6,95 |
2,19 |
40,4 |
Каменский |
2,72 |
6,54 |
2,05 |
41,6 |
Ирбитский |
2,78 |
6,86 |
1,98 |
40,5 |
Отрада |
3,28 |
6,52 |
1,99 |
50,3 |
Табор |
2,47 |
7,03 |
2,36 |
35,1 |
Маяк |
2,72 |
6,11 |
1,94 |
44,5 |
0-8-38 |
2,90 |
6,50 |
2,01 |
44,6 |
01-6-22 |
2,63 |
7,54 |
2,26 |
34,9 |
03-9-1 |
2,81 |
5,39 |
1,76 |
52,1 |
04-41-20 |
2,89 |
8,31 |
2,53 |
34,8 |
05-22-35 |
2,87 |
6,50 |
2,04 |
44,1 |
05-15-7 |
2,66 |
6,00 |
2,10 |
44,3 |
05-15-40 |
3,06 |
7,15 |
2,47 |
42,8 |
08-49-3 |
2,62 |
6,64 |
1,84 |
39,4 |
08-49-5 |
2,19 |
5,83 |
1,82 |
37,6 |
При расчете корреляционных связей между отдельными аминокислотами и содержанием крахмала, протеина, витамина С и сахаров в клубнях картофеля наблюдается закономерность в том, что на количество отдельных аминокислот значительное влияние оказывает содержание протеина (таблица 4).
Таблица 4 – Коэффициенты корреляции между аминокислотами и отдельными качественными показателями клубней картофеля (2009-2010 гг.)
Аминокислота |
Протеин |
Крахмал |
Витамин С |
Сахара |
Лизин* |
0,245 |
0,164 |
-0,542 |
-0,089 |
Гистидин |
0,322 |
0,275 |
-0,294 |
-0,018 |
Аргинин |
0,227 |
-0,336 |
-0,269 |
0,141 |
Аспарагиновая кислота |
0,430 |
0,236 |
-0,549 |
0,017 |
Треонин* |
0,336 |
0,237 |
-0,478 |
-0,058 |
Серин |
0,436 |
0,294 |
-0,396 |
-0,002 |
Глутаминовая кислота |
-0,219 |
-0,424 |
0,509 |
-0,005 |
Пролин |
-0,363 |
-0,134 |
-0,862 |
0,03 |
Глицин |
0,363 |
0,262 |
-0,389 |
-0,067 |
Аланин |
-0,092 |
-0,342 |
0,553 |
0,265 |
Валин* |
0,518 |
0,437 |
-0,882 |
-0,047 |
Изолейцин* |
0,328 |
0,053 |
-0,292 |
-0,011 |
Лейцин* |
0,370 |
0,273 |
-0,336 |
-0,154 |
Тирозин |
-0,363 |
-0,133 |
0,365 |
0,294 |
Фенилаланин* |
-0,338 |
-0,534 |
0,685 |
-0,141 |
* – незаменимые аминокислоты
Выявлены среднеположительные связи со следующими аминокислотами: лизин (r=0,245), гистидин (r=0,322), аспарагиновая кислота (r=0,430), треонин (r=0,336), серин (r=0,436), глицин (r=0,363), изолейцин (r=0,328), лейцин (r=0,370); у валина теснота связи – r=0,518.
Высоко положительная корреляция отмечена между содержанием витамина С и глутаминовой кислотой (r=0,509), аланином (r=0,553), фенилаланином (r=0,685). Средневыраженная корреляция между содержанием сахаров с аланином (r=0,265) и тирозином (r=0,294).
Повышенное содержание отдельных аминокислот в сочетании с редуцирующими сахарами в значительной степени определяет пригодность сортов картофеля к промышленной переработке. Поэтому определение содержания аминокислот в клубнях имеет большое научное и практическое значение.
Файл: | Файл не загружен |