Sergey Banadysev, Doctor en Ciencias Agrícolas,
LLC "Doka - Tecnologías genéticas"
Esta temporada, hay señales de los consumidores sobre el sabor amargo de las papas sin un reverdecimiento visible de los tubérculos. El motivo del sabor amargo es el contenido de glicoalcaloides superior a 14 mg/100 g.
Los glicoalcaloides (GCA) son tóxicos naturales, de sabor amargo y resistentes al calor en muchas especies de plantas, incluidas las papas. Tienen propiedades fungicidas y pesticidas y son una de las defensas naturales de las plantas.
Ahora se ha demostrado que los glicoalcaloides de la patata en concentraciones terapéuticas tienen muchas propiedades beneficiosas para la salud humana: antitumorales, antipalúdicas, antiinflamatorias, etc. Se están desarrollando tecnologías para la extracción comercial de estas sustancias durante el procesamiento industrial de la patata, pero esto es un tema separado para publicaciones, y el objetivo se resume a continuación. Resuma las opciones disponibles para prevenir la acumulación excesiva de glicoalcaloides en las papas de consumo.
Los principales HCA contenidos en los tubérculos de papa son la α-solanina y la α-chaconina (Fig. 1), que representan alrededor del 95% del contenido total de glicoalcaloides en esta especie vegetal.
La solanina y la chaconina son alcaloides esteroidales que contienen nitrógeno que llevan la misma aglicona, la solanidina, pero difieren en la cadena lateral del trisacárido. El trisacárido en la α-solanina es galactosa, glucosa y ramnosa, mientras que en la α-chaconina es glucosa y dos residuos.
ramnosa. Un tubérculo de papa ordinario contiene en promedio 10-150 mg/kg de glicoalcaloides, mientras que uno verde contiene 250-280 mg/kg y una cáscara verde contiene 1500-2200 mg/kg. El contenido de glicoalcaloides en los tubérculos comerciales de papa es relativamente bajo y
la distribución dentro del tubérculo no es uniforme. Los niveles más altos se limitan a la cáscara, mientras que los niveles más bajos se encuentran en el área central. El HCA siempre se encuentra en los tubérculos y en dosis de hasta 100 mg/kg se combinan para contribuir al buen sabor de las papas.
Las patatas fritas y las patatas fritas suelen contener niveles de HCA de 0,04-0,8 y 2,3-18 mg/100 g de producto, respectivamente. Los productos de cáscara son relativamente ricos en glicoalcaloides (56,7-145 y 9,5-72 mg/100 g de producto, respectivamente). La producción de productos de patata incluye el lavado, pelado, cortado, escaldado, secado y fritura. La mayor cantidad de glicoalcaloides se elimina durante la limpieza, el escaldado y la fritura, y las patatas fritas listas para comer contienen solo un 3-8 % de glicoalcaloides en comparación con las materias primas, y la principal destrucción de HCA se produce durante la fritura. Se ha comprobado que el pelado suele eliminar la mayor parte de los glicoalcaloides de los tubérculos comestibles. Las patatas cocinadas con piel pueden volverse más amargas que las que no han sido peladas debido a la migración de glicoalcaloides a la pulpa durante el proceso de cocción. La ebullición reduce el nivel de HCA solo en un 20%, el horneado y la cocción en microondas no reducen el contenido de glicoalcaloides, ya que la temperatura crítica para la descomposición de HCA es de aproximadamente 170°C.
Los casos de intoxicación por HCA en papas en toda la historia de las observaciones son raros. Sin embargo, se deben mencionar posibles síntomas como náuseas, vómitos, diarrea, calambres estomacales y abdominales, dolor de cabeza, fiebre, pulso rápido y débil, respiración acelerada y alucinaciones. La dosis tóxica de HCA para humanos es de 1-5 mg/kg de peso corporal, y la dosis letal es de 3-6 mg/kg de peso corporal cuando se administra por vía oral. Por lo tanto, los países productores de papa más desarrollados han establecido límites para glicoalcaloides de 20 mg/100 g de peso fresco y 100 mg/100 g de peso seco como límites seguros en tubérculos comestibles.
Se sabe que los tubérculos de patata con HCA 14 mg/100 g ya son ligeramente amargos, mientras que
el ardor en la garganta y la boca es causado por concentraciones superiores a 22 mg/100 g, por lo que la mejor pauta para los consumidores es: “Si la patata sabe amarga, no la comas”.
En la etapa de cultivo, almacenamiento y venta de patatas, es importante evitar la acumulación de concentraciones potencialmente peligrosas de HCA en los tubérculos.
La acumulación de HCA ocurre inevitablemente en los tubérculos, pero se activa repetidamente bajo la influencia de la luz solar. La iluminación también conduce a la formación de clorofila y al consiguiente enverdecimiento de la piel de los tubérculos. Estos son procesos independientes con diferentes consecuencias. La clorofila es absolutamente inofensiva e insípida. Al mismo tiempo, el enverdecimiento indica una exposición prolongada a la luz y, en consecuencia, la acumulación de glicoalcaloides que se ha producido. Las papas que se han vuelto verdes generalmente no se venden ni se retiran de los estantes tan pronto como se nota el cambio de color. El alto contenido de glicoalcaloides provoca quejas de los consumidores y reduce el valor comercial de los productos vendidos. Un caso difícil observado en la temporada actual, a saber, el sabor amargo de las papas sin signos visibles de reverdecimiento, merece una explicación y un análisis de las posibles causas por separado.
Dado que el enverdecimiento de la patata es la causa principal del deterioro de la calidad de la patata en el proceso de comercialización y un problema comercial significativo, todas las características de este fenómeno se han estudiado bastante a fondo. Al mismo tiempo, también se obtuvo mucha información de expertos sobre la acumulación de HCA en los tubérculos. Al igual que los tallos subterráneos, los tubérculos de patata son órganos vegetales no fotosintéticos que carecen del mecanismo de la fotosíntesis. Sin embargo, después de la exposición a la luz, los amiloplastos que contienen almidón se convierten en cloroplastos en las capas celulares periféricas del tubérculo, lo que provoca la acumulación del pigmento verde fotosintético clorofila. El enverdecimiento de los tubérculos puede verse influenciado por factores genéticos, culturales, fisiológicos y ambientales, incluida la profundidad de siembra, la edad fisiológica de los tubérculos, la temperatura, los niveles de oxígeno atmosférico y las condiciones de iluminación. Los principales factores que influyen en el nivel de enverdecimiento y acumulación de glicoalcaloides son la intensidad y composición espectral de la luz, la temperatura, las características genéticas de las variedades.
La síntesis de clorofila y HCA en el tubérculo ocurre bajo la influencia de longitudes de onda de luz visible de 400 a 700 nm (Fig. 2). Según los investigadores, la síntesis de clorofila muestra un máximo a 475 y 675 nm (regiones azul y roja, respectivamente), mientras que la síntesis máxima de α-solanina y α-chaconina ocurre a 430 nm y 650 nm. La síntesis de clorofila es mínima a 525-575 nm, mientras que el HCA se acumula mínimamente a 510-560 nm (área verde). Estas diferencias confirman la suposición de diferentes vías para la biosíntesis de clorofila y HCA. La concentración de clorofila en tubérculos de papa expuestos a luz azul (0,10 W/m2) fue tres veces mayor después de 16 días de almacenamiento en comparación con papas expuestas a luz azul.
expuesto a la luz roja (0,38 W/m2). Las lámparas fluorescentes (7,5 W/m2) emiten 1,9 veces más luz azul (400-500 nm) que las lámparas LED (7,7 W/m2), mientras que las lámparas LED emiten 2,5 veces más luz roja (620-680 nm) que los tubos fluorescentes. Por lo tanto, reemplazar las lámparas fluorescentes con lámparas LED en las tiendas de comestibles puede reducir la ingesta de las longitudes de onda azules más dañinas.
Los tubérculos de patata almacenados en la oscuridad no contienen clorofila. Después de entrar en la luz, literalmente en unas pocas horas, se activan genes específicos para producir una cadena de productos de síntesis de clorofila y HCA. Las tecnologías de análisis molecular permiten identificar la estructura de los genes, y resultó que los mecanismos de control genético de estos procesos tienen especificidad varietal. Se ha estudiado la influencia de lámparas LED monocromáticas con diferente y estrecha composición espectral. La regulación de la luz del paisajismo de tubérculos de papa se llevó a cabo bajo iluminación constante proporcionada por diodos emisores de luz (LED). Se usaron longitudes de onda de luz B (azul, 470 nm), R (rojo, 660 nm) y FR (rojo lejano, 730 nm) y WL (blanco, 400-680 nm) durante 10 días. Las longitudes de onda azul y roja fueron efectivas para inducir y acumular clorofila, carotenoides y los dos glicoalcaloides principales de la papa, α-solanina y α-chaconina, mientras que ninguno de ellos se acumuló en la oscuridad o bajo luz roja lejana. Genes clave para la biosíntesis de clorofila (HEMA1, que codifica la enzima limitante de la velocidad de la glutamil-tRNA reductasa, GSA, CHLH y GUN4) y seis genes (HMG1, SQS, CAS1, SSR2, SGT1 y SGT2) necesarios para la síntesis de también se indujeron glicoalcaloides en luz blanca, azul y roja, pero no en la oscuridad o con luz roja lejana (Fig. 3,4,5, XNUMX, XNUMX). Estos datos indican el papel de los fotorreceptores tanto criptocrómicos como fitocrómicos en la acumulación de clorofila y glicoalcaloides. La contribución del fitocromo se vio respaldada por la observación de que la luz roja lejana puede inhibir la acumulación de clorofila y glicoalcaloides inducida por la luz blanca y la expresión génica asociada.
Diferentes variedades de papas producen clorofila y color verde a diferentes tasas, lo que ha sido confirmado por muchos estudios. Por ejemplo, Noruega ha identificado diferencias en los cambios de color aparentes entre cultivares y ha desarrollado escalas de calificación subjetivas separadas para diferentes cultivares basadas en mediciones precisas de clorofila y color. Los cambios de color visuales de cuatro variedades de papas almacenadas durante 84 horas bajo iluminación LED se muestran en la Fig. 6.
La variedad Asterix de piel roja (fig. 6a) mostró un aumento significativo en el ángulo de tonalidad, pasando de rojo a marrón, mientras que la variedad amarilla Folva (fig. 6b) cambió de color de amarillo verdoso a verde-amarillo. La Celandia amarilla (Fig. 6c) mostró el menor cambio de todos los parámetros de color al exponerse a la luz, mientras que la variedad amarilla Mandel (Fig. 6d) cambió de color significativamente, de amarillo a grisáceo. En forma digital, el gráfico del cambio de color de diferentes variedades de papas a la luz se ve así (Fig. 7).
En este ensayo, todas las variedades excepto Mandel mostraron un aumento significativo en los glicoalcaloides totales después de más de 36 horas de exposición a la luz. Pero la dinámica de los cambios y el nivel de contenido de HCA difieren significativamente en diferentes variedades: Asterix - de 179 a 223 mg/kg, Nansen - de 93 a 160 mg/kg, Rutt - de 136 a 180 mg/kg, Celandin - de 149 a 182 mg/kg, Folva - de 199 a 290 mg/kg, Hassel - de 137 a 225 mg/kg, Mandel - sin cambios (192-193) mg/kg.
En Nueva Zelanda, toda la variedad nacional de papas fue evaluada por la intensidad del reverdecimiento. Los resultados mostraron que la cantidad de clorofila en los tubérculos después de 120 horas de iluminación en diferentes variedades difiere en un orden de magnitud, de 0,5 a 5,0 mg (Fig. 8).
De esta información de expertos se derivan importantes conclusiones prácticas. Bajo la influencia de la luz, se produce clorofila en la papa, lo que le da a la pulpa un color verde y a la piel un tinte verdoso o parduzco. Diferentes variedades de papas desarrollan diferentes formas de decoloración ya diferentes velocidades. La composición espectral de la luz cambia un poco la dinámica de la acumulación de clorofila, pero la opción de usar el espectro rojo lejano, así como la oscuridad (que no conduce a la acumulación de clorofila), no es relevante para las tiendas que venden papas. Hay variedades que acumulan 10 veces menos clorofila bajo las mismas condiciones de iluminación. La dinámica de acumulación de glicoalcaloides difiere de la dinámica del enverdecimiento. La principal diferencia es que la cantidad inicial de HCA en los tubérculos antes de ingresar al comercio y el comienzo de la iluminación intensiva no es igual a cero, a diferencia de la clorofila, y puede ser bastante significativa. La baja intensidad de reverdecimiento de muchas variedades predetermina una presencia más prolongada de papas en los estantes de las tiendas, lo que conduce a una mayor acumulación de HCA.
Dado que las quejas sobre el sabor amargo no ocurren todos los años, es necesario encontrar otras razones para el aumento en el nivel de glicoalcaloides en los tubérculos que no se deban a la iluminación o las características varietales en la etapa de implementación. En la práctica, la relación funcional entre el enverdecimiento y la acumulación de glicoalcaloides implica la necesidad de analizar las causas del enverdecimiento. Factores de producción que afectan la ecologización y la acumulación de HCA:
- Condiciones de crecimiento Al ser tallos subterráneos, los tubérculos pueden reverdecer naturalmente en el campo con una cobertura de suelo insuficiente, a través de grietas en el suelo o como resultado de la erosión del suelo por viento y/o irrigación. Con esto en mente, las papas se deben sembrar lo suficientemente profundas mientras se mantiene suficiente humedad en el suelo para asegurar una emergencia rápida y uniforme. Ocurre un aumento proporcional en la intensidad del enverdecimiento de los tubérculos con un aumento en la norma de nitrógeno en el suelo de 0 a 300 kg/ha. Al mismo tiempo, los investigadores señalan que la doble norma de nitrógeno durante el cultivo aumenta el contenido de glicoalcaloides en un 10% en algunas variedades Cualquier factor ambiental que afecte el crecimiento y desarrollo de las plantas de la familia de las solanáceas es probable que afecte el contenido de glicoalcaloides. El clima, la altitud, el tipo de suelo, la humedad del suelo, la disponibilidad de fertilizantes, la contaminación del aire, el tiempo de cosecha, los tratamientos con pesticidas y la exposición a la luz solar son factores importantes.
- Madurez del tubérculo en la cosecha El efecto de la madurez en la cosecha sobre la frecuencia de reverdecimiento es controvertido. Las papas jóvenes con piel suave y delgada pueden volverse verdes más rápido que los tubérculos más maduros. Las variedades de maduración temprana pueden mostrar una mayor acumulación de glicoalcaloides que los tubérculos de maduración tardía, pero hay evidencia de lo contrario en estudios específicos.
- El daño a los tubérculos no afecta la acumulación de clorofila de ninguna manera, pero provoca la acumulación de HCA (el nivel de HCA aumenta tanto como resultado de la exposición a la luz (Fig. 9).
- Condiciones de almacenaje. Los tubérculos almacenados a bajas temperaturas son menos susceptibles al reverdecimiento y la acumulación de HCA. Los tejidos de piel de papa a 1 y 5°C bajo luz fluorescente no mostraron cambio de color después de 10 días de almacenamiento, mientras que los tejidos almacenados a 10 y 15°C se tornaron verdes a partir del cuarto y segundo día, respectivamente. Una temperatura de almacenamiento de 20 °C bajo iluminación ha demostrado ser óptima para la producción de clorofila, comparable a la mayoría de las tiendas minoristas. Los glicoalcaloides se acumulan el doble de rápido a 24 °C que a 7 °C en una habitación oscura, y la luz acelera este proceso aún más.
- Materiales de embalaje. La elección del empaque para las tiendas minoristas es un factor crítico para controlar el enverdecimiento y la acumulación de HCA. Los materiales de empaque transparentes o translúcidos estimulan la ecologización y la síntesis de HCA, mientras que los empaques oscuros (o verdes) ralentizan la degradación.
Con base en las regularidades comprobadas experimentalmente, podemos concluir con seguridad que el mayor nivel de glicoalcaloides en los tubérculos de papa de la temporada actual en comparación con el nivel habitual se debe a condiciones desfavorables para la formación del cultivo. Un largo período de calor y sequía en julio - principios de septiembre retrasó la maduración de los tubérculos y la absorción de nitrógeno, el suelo en las crestas de los campos sin riego se agrietó. El comienzo de la cosecha tuvo lugar en el contexto de un suelo excesivamente seco y una gran cantidad de terrones duros, lo que provocó un mayor daño a los tubérculos. Posteriormente, el ritmo de recolección se desaceleró debido al exceso de lluvia. Campos después de la desecación, es decir sin sombrear la superficie del suelo, esperaron mucho tiempo para la cosecha. Estas condiciones desfavorables contribuyeron tanto al enverdecimiento de los tubérculos como a la formación de cantidades de HCA superiores a las habituales.
Las formas más efectivas de prevenir la acumulación no deseada de glicoalcaloides se reducen a una severa limitación de la exposición de los tubérculos a la luz durante el cultivo, el almacenamiento y la venta, especialmente en un contexto de altas temperaturas. Prácticas agrícolas como la correcta profundidad de plantación, la formación de camellones voluminosos y las dosis óptimas de fertilización se utilizan regularmente en las tecnologías modernas de producción de papa. Los tubérculos inmaduros contienen niveles más altos de solanina que los tubérculos maduros. Por lo tanto, es muy importante no cosechar temprano, secar bien los tallos y dejar suficiente tiempo (dos a tres semanas) para que los tubérculos maduren. Garantizado para evitar el agrietamiento de las crestas solo es posible con la ayuda de un riego periódico oportuno y suficiente. Es posible reducir las consecuencias del agrietamiento en el período previo a la cosecha, después de la introducción de desecantes, mediante el enrollado de las crestas. Para ello, se fabrican en serie máquinas especiales para laminación de camellones, por ejemplo, GRIMME RR 600, hay opciones para combinar con deshojadoras (Fig. 10). Sin embargo, en la Federación Rusa todavía se usan muy raramente. Al mismo tiempo, este método agrícola es simple, barato, productivo y efectivo. El nivel de HCA está fuertemente influenciado por los efectos combinados de la calidad, la duración y la intensidad de la luz. La clorofila es verde porque refleja la luz verde mientras absorbe el rojo-amarillo y el azul. La formación de clorofila es más intensa bajo iluminación azul y naranja-roja (Fig. 11). Bajo iluminación verde, el enverdecimiento de la patata prácticamente no ocurre, y bajo luz azul o ultravioleta, ocurre en un grado débil. Las luces fluorescentes producen más vegetación que las luces incandescentes. Las secciones, los compartimentos de almacenamiento para papas deben estar tenuemente iluminados y frescos. Debe evitarse la exposición de los tubérculos almacenados a la luz solar. Utilice bombillas incandescentes de bajo voltaje y no las deje encendidas más tiempo del necesario. El suelo en la superficie de los tubérculos brinda cierta protección contra la exposición a la luz y el paisajismo. Las papas lavadas se vuelven verdes más rápido. Una vez que una papa se vuelve verde, es irreversible y debe clasificarse antes de la venta.
La moderna tecnología de diodos emisores de luz (LED) abre nuevas posibilidades para prevenir la formación de solanina en todas las etapas posteriores a la cosecha de la producción de patatas. Lámparas especiales producidas en serie para la industria de la papa, que operan en el espectro de 520-540 nm (Fig. 12). La luz, percibida como verde por el ojo humano, previene eficazmente la formación de clorofila y solanina y, por lo tanto, es un factor decisivo para preservar el valor de las patatas durante el almacenamiento y el procesamiento posterior. Tales lámparas son especialmente efectivas en áreas de preparación previa a la venta y almacenamiento previo a la venta de papas envasadas. Y una regla general más: mantenga la temperatura de almacenamiento razonablemente baja y mantenga las papas secas, ya que la humedad aumenta la intensidad de la luz sobre la piel.
El tipo y color del material de empaque afecta la intensidad de la acumulación de HCA. Dejando a un lado el marketing y la publicidad, es mejor empacar las papas en papel oscuro o en bolsas de plástico oscuras para evitar la exposición a la luz. Incluso hay una recomendación de que los materiales de empaque para variedades de papas sensibles deben tener una transmisión de luz total de menos de 0,02 W/m2. Estos bajos niveles de penetración de la luz solo son posibles cuando se envasan en plástico negro de dos capas con aluminio. Las bolsas de visualización de celofán verde inhiben el reverdecimiento y no promueven la formación de solanina. Está claro que tales recomendaciones entran en la categoría de buenas intenciones cuando se trata de la venta minorista de papas. Los colores de empaque en el comercio se seleccionan solo en el contexto de la promoción de ventas.
Las condiciones de iluminación en las tiendas minoristas también son difíciles de estandarizar. Casi no hay empresas comerciales que diseñen la iluminación basándose en el hecho de que la menor acumulación de HCA y el enverdecimiento se observan en el espectro de 525-575 nm. Incluso un método de protección tan necesario y simple como cubrir las papas con materiales aislantes de la luz durante las horas de descanso rara vez se practica en las tiendas.
El resumen anterior enumera todos los métodos preventivos efectivos para controlar la acumulación de glicoalcaloides en los tubérculos de patata. Ha habido muchos intentos de encontrar medios de neutralización más radicales: tratamiento con aceites, ceras, tensioactivos, productos químicos, reguladores de crecimiento e incluso radiación ionizante, que en muchos casos han demostrado una gran eficacia. Sin embargo, estos métodos no se utilizan en la práctica debido a la complejidad, el alto costo y los problemas ambientales.
Los partidarios de las nuevas tecnologías para editar el genoma y "apagar" los genes para la síntesis de clorofila y HCA declaran perspectivas brillantes. Estos trabajos se están llevando a cabo de manera activa y exhaustiva en muchos países, donde esta tecnología no está clasificada como una variedad de OGM (está clasificada en la Federación Rusa), hay muchas publicaciones sobre este tema, pero hasta ahora no hay necesidad de hablar. sobre logros prácticos. Al igual que con muchos métodos de reproducción revolucionarios propuestos anteriormente, la euforia inicial por la posibilidad de editar el genoma se reemplaza gradualmente por la conciencia de la extrema complejidad de los procesos metabólicos. Basta mirar el diagrama que enumera los procesos ya identificados relacionados con la síntesis de GCA y los genes de papa involucrados en estos procesos (Fig. 13). A pesar de la aparente claridad de este diagrama, los grupos de investigadores entusiastas que se han ocupado de este tema aún no han logrado gestionar un proceso tan complejo de interacción entre numerosos genes y los productos sintetizados por ellos. El bloqueo de genes individuales aparentemente puramente específicos conduce no solo a los cambios esperados en los niveles específicos de glicoalcaloides, sino también a cambios significativos en la formación de otros productos bioquímicos, para los cuales no se estableció la tarea de edición.
Sin embargo, incluso sin esperar futuros éxitos en la edición del genoma, todas las variedades comerciales de patata que se cultivan actualmente tienen, en condiciones normales, un contenido bajo y absolutamente seguro de glicoalcaloides, debido a la disminución constante de este indicador durante muchas décadas de trabajo de mejoramiento clásico. En cuanto a las variedades con una tasa relativamente lenta de acumulación de clorofila y enverdecimiento de la piel, esto no es un inconveniente ni una razón para rechazarlas. Pero al vender papas, es necesario informar oficialmente a las organizaciones comerciales que la variedad tiene una peculiaridad para evitar una exposición excesivamente prolongada de los tubérculos a la luz y las reclamaciones resultantes de los compradores por un sabor inesperadamente amargo en ausencia de un enverdecimiento evidente.