ZALEśNIE OD METODY UPRAWY
1Marek
Gajewski,
Jarosław L.Przybył
, OlgaKosakowska
, PawełSzymczak,
MartaBajer
Katedra Roślin Warzywnych i Leczniczych,
Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie
Wstęp
1 Niniejsza praca była wykonana przy finansowym wsparciu Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa WyŜszego, grant 2 PO6R 025 29.
Brokuł włoski (Brassica oleracea var. botrytis italica PLENCK) jest uznawany przez dietetyków za cenne warzywo z uwagi na wysoką wartość biologiczną, wyni-kającą z obecności róŜnych aktywnych związków chemicznych, m.in. związków sterolowych. W roślinie, wolne sterole są podstawowymi strukturalnymi i funkcjo-nalnymi komponentami cytomembran, wzmacniającymi je i regulującymi przepu-szczalność warstw fosfolipidowych [PIIRONEN i in. 2000a; FUJIOKA,YOKOTA 2003;TOIVO i in. 2003]. Najpospoliciej występującymi sterolami roślinnymi (fitosterolami) są β-sitosterol, kampesterol i stigmasterol. Nasycone związki sterolowe, czyli stanole, występują w roślinach w znacznie mniejszej ilości niŜ nienasycone sterole. Fitosterole są waŜnymi substancjami wykorzystywanymi przez przemysł spoŜywczy. RozwaŜa się wzbogacanie Ŝywności w sterole roślinne w profilaktyce przeciwmiaŜdŜycowej.
Niektóre ze związków sterolowych (np. sitosterol) obniŜają poziom „złego”
cholesterolu we krwi, działają przeciwzapalne, zapobiegaja schorzeniom gruczołu krokowego [MOGHADASIAN 2000; SCHALLER 2004]. W USA średnie dzienne spoŜycie fitosteroli wynosi 180 mg, natomiast w Japonii sięga aŜ 400 mg [MOGHADASIAN 2000]. Jak się ocenia, sitosterol i kampesterol stanowią do 95% ogółu fitosteroli w diecie człowieka. Do identyfikacji poszczególnych związków sterolowych stosuje się najczęściej metodę HPLC [ABIDI 2001]. W roślinach wyŜszych średnia zawartość steroli w tkankach waha się od 1 do 3 mg⋅g-1 s.m. Jednak niektóre gatunki roślin zawierają znacznie większe ilości steroli. Średnia zawartość steroli ogółem w roślinach warzywnych wynosi 16 mg⋅100 mg-1 i waha się od 5 do 37 mg⋅100 g-1 św.m. lub od 25 do 410 mg⋅100 g-1 s.m. [NORMEN i in. 1999;PIIRONEN i in. 2000b]. NajwyŜszą zawartość związków sterolowych stwierdzono u kalafiora [PIIRONEN i in. 2003]. Związkiem sterolowym dominującym u większości roślin warzywnych jest sitosterol [NORMEN i in.
1999]. Podczas przechowywania warzyw obserwowano zmniejszanie się zawartości wolnych steroli w owocach cukinii [WANG i in. 1992] bądź wzrost ich zawartości w główkach cykorii sałatowej [KREBSKY i in. 1999]. Wzrost stosunku zawartości stigmasterolu do sitosterolu zanotowano podczas starzenia się tkanek roślinnych oraz u
M. Gajewski i inni 124
roslin poddanych działaniu stresów mechanicznych [KREBSKY i in. 1999; WANG i in. 1992;
MOREAU i in. 2002]. Przechowywanie owoców pomidora i papryki w temperaturze 2°C powodowało trzykrotny wzrost zawartości wolnych steroli, w porównaniu do przechowywania w temperaturze 10-12°C [WHITAKER 1995].
Celem niniejszej pracy było zbadanie zawartości wolnych związków sterolowych i ich składu jakościowego w częściach uŜytkowych brokułów, w zaleŜności od metody uprawy roślin („na płask” lub na redlinach) i odmiany, przy uprawie na zbiór letni i jesienny.
Materiał i metody
Doświadczenie przeprowadzono w latach 2005 i 2006. W obu sezonach badań średnie temperatury za okres czerwiec-wrzesień były wyŜsze niŜ średnie z wielolecia 1931-1990 (tab. 1). W następnym roku średnia temperatura sierpnia była wyŜsza niŜ w pierwszym roku badań. Poza tym, miesiąc ten był w 2005 r. ubogi w opady. Do doświadczenia wybrano dwie popularne w Polsce odmiany uprawne brokułu włoskiego:
Marathon F1 (odmiana mieszańcowa, średnio wczesna, okres wegetacji około 70 dni) oraz Cezar (odmiana ustalona, wczesna, hodowli polskiej). Brokuły uprawiano dwiema metodami - tradycyjną metodą „na płask” lub na redlinach o szerokości 40 cm i wysokości 30 cm. Brokuły uprawiano na madzie średniej, na zbiór letni i jesienny.
Uprawa letnia: siew - 3dekada kwietnia, sadzenie - 3 dekada maja, zbiór - do 3 dekady sierpnia; uprawa jesienna: siew - 3 dekada maja, sadzenie - 3 dekada czerwca, zbiór - do 3 dekady września. Czynnikami doświadczenia w obu terminach uprawy była odmiana i sposób uprawy. Doświadczenie załoŜono w czterech powtórzeniach po 100 roślin.
NawoŜenie mineralne przeprowadzano zgodnie z zaleceniami nawozowymi dla brokułów, w oparciu o wyniki analiz glebowych. Podczas okresu wegetacji wyko-nywano zabiegi ochrony przeciw chorobom i szkodnikom zgodnie z Programem Ochrony, natomiast odchwaszczanie przeprowadzano ręcznie. W okresie wegetacji mierzono kilkakrotnie temperaturę gleby w uprawie na redlinach i na płask. Pomiar przeprowadzano termometrem na głębokości 20 cm.
Tabela 1; Table 1 Temperatura i opady w obu latach doświadczenia oraz średnie z wielolecia 1931-1990
Temperature and rainfalls in both years of the experiment, and means for 1931-1990 Miesiąc; Month Średnia temperatura; Mean temperature
(°C) Opady; Rainfalls
(mm) 2005 2006 średnia; means
1931-1990
2005 2006 średnia; means 1931-1990
Czerwiec; June 16,8 16,3 16,9 56,0 68,7 67,8
Lipiec; July 21,0 22,3 18,1 74,7 42,7 66,5
Sierpień; August 18,6 19,2 17,6 8,6 28,7 65,7
Wrzesień; September 16,6 15,2 13,5 32,6 46,9 43,1
Podczas zbioru róŜe brokułów ścinano wraz z 10 cm fragmentem łodygi.
Zawartość wolnych steroli oznaczano bezpośrednio po zbiorze. Próbki pobrane z 20 roślin z kaŜdego powtórzenia suszono w temperaturze 40°C, a następnie mielono w młynku laboratoryjnym.
Analizę ilościową i jakościową związków sterolowych przeprowadzano metodą HPLC [TOIVO i in. 2003, z modyfikacjami], w reprezentatywnych próbkach materiału z powtórzeń. 10 g powietrznie suchego materiału roślinnego pobranego z 20 roślin
SKŁAD ZWIĄZKÓW STEROLOWYCH W ODMIANACH BROKUŁU ... 125 ekstrahowano 100 ml heksanu w urządzeniu Büchi B-811, stosując 25 cykli ekstrakcji.
Po odparowaniu rozpuszczalnika, pozostałości rozcieńczano w mieszaninie chloroformu i metanolu (w stosunku 4 : 1). Ekstrakt filtrowano (filtr Supelco IsoDisc PTFE 25 mm × 0,45 µm) i poddawano analizie na chromatografie Shimadzu, wyposaŜonym w detektor SPD-M10A VP DAD i kolumnę Luna C8(2) RP 18, 5 µm, 250 mm × 4,6 mm (Phenomenex). Warunki rozdziału: faza mobilna A - metanol (LabScan), faza mobilna B - ACN (LabScan), przepływ 1 ml⋅min-1, temperatura 31°C, czas 20 min, fala detekcji 210 nm. Identyfikację pików potwierdzano, porównując czas retencji i dane spektralne z wzorcami firmy ChromaDex. Suchą masę brokułów oznaczano metodą suszenia w tem-peraturze 105°C do uzyskania stałej masy. Zawartość wolnych związków sterolowych podano w przeliczeniu na suchą masę brokułów, co pozwoliło wyeliminować wpływ zawartości wody w tkankach na wyniki.
Uzyskane wartości liczbowe opracowano statystycznie metodą analizy wariancji ANOVA (program Statgraphics Plus 4.1). Grupy homogeniczne identyfikowano testem HSD Tukey’a, przy poziomie prawdopodobieństwa P < 0,05.
Wyniki i dyskusja
Wyniki doświadczenia wskazują na wpływ odmiany i sposobu uprawy na zawartość sumy wolnych steroli w częściach uŜytkowych brokułu (tab. 2). WyŜszą zawartością steroli zarówno w uprawie letniej, jak i jesiennej, charakteryzowała się odmiana Marathon niŜ odmiana Cezar. Uprawa na redlinach powodowała niewielki, ale udowodniony statystycznie wzrost akumulacji steroli w tkankach. PoniewaŜ wyniki zawartości steroli podano w przeliczeniu na suchą masę brokułów, róŜnice te nie wynikały z róŜnego stopnia uwodnienia tkanek. Uprawa na redlinach modyfikuje wa-runki termiczne w otoczeniu systemu korzeniowego, co mogło wpłynąć na akumulację steroli. Interpretacja tego zjawiska wymaga jednak dalszych badań. Wyniki przeprowadzanych w niniejszym doświadczeniu pomiarów temperatury gleby w losowo wybranych terminach wskazują, Ŝe wartości temperatury w obrębie systemu korzeniowego roślin w uprawie na redlinach i na płask zaleŜały w głównej mierze od czasu i miejsca pomiaru, jak równieŜ nasłonecznienia, jednak z tendencją do wyŜszej o 1-2°C temperatury gleby w uprawie na redlinach. Sezon wegetacyjny 2006 r. cha-rakteryzował się w czerwcu, sierpniu i wrześniu wyŜszymi opadami niŜ sezon 2005 r.
NiŜsza zawartość steroli ogółem w brokułach w 2006 r. mogła mieć związek z większą ilością opadów w tym sezonie.
Uzyskane wyniki odnośnie zawartości steroli w brokułach nie odbiegają zbytnio od wartości podawanych w literaturze dla gatunków warzyw z rodziny kapustowatych [GAJEWSKI 2004;PIIRONEN i in. 2003;NORMEN i in. 1999]. Wyniki niniejszej pracy wskazują równieŜ na róŜną akumulacje steroli w uprawie na zbiór letni i jesienny, jednak nie wykazano tu jednoznacznych zaleŜności. Stwierdzono tendencję do większej akumulacji steroli w uprawie na zbiór letni. Obie odmiany brokułu wykazywały zróŜnicowanie pod tym względem. Wpływ okresu uprawy na gromadzenie się związków sterolowych stwierdzono równieŜ u kalafiora odmian białych i zielonych [GAJEWSKI 2004].
Tabela 2; Table 2 Zawartość wolnych steroli w brokułach z letniego i jesiennego terminu uprawy,
w mg 100 g-1 s.m., zaleŜnie od metody uprawy i odmiany Total free sterol content in broccoli in mg 100 g-1 DM in the summer or autumn term of harvest, as affected by method of growing and cultivar
M. Gajewski i inni
Rok, metoda uprawy; Year, method of growing (B) Średnia z obu lat Means of both years
średnie w wierszach, róŜniące się według testu HSD Tukey’a przy P < 0,05 oznaczono odmiennymi literami;
different letters in the same raw indicate that means differ according to HSD Tukey’s test at P < 0.05 NIRp < 0,05 (A); LSDp < 0.05 (A)
dla terminu letniego 2005 - 4,3; for summer term 2005 - 4.3;
dla terminu letniego 2006 - 4,4; for summer term 2006 - 4.4 dla terminu jesiennego 2005 - 5,7; for autumn term 2005 - 5.7 dla terminu jesiennego 2006 - 6,4. for autumn term 2006 - 6.4
Skład związków sterolowych w brokułach róŜnił się w zaleŜności od odmiany i metody uprawy. Dominującym związkiem sterolowych w obu odmianach, w uprawie na płask i na redlinach, zarówno w uprawie letniej, jak i jesiennej, był β-sitosterol (tab.
3 i 4). Potwierdza to wyniki uzyskane przez innych autorów odnośnie innych gatunków roślin warzywnych [NORMEN i in. 1999]. W uprawie na redlinach stwierdzono większą zawartość β-sitosterolu w brokułach niŜ w uprawie na płask, zarówno w uprawie letniej, jak i jesiennej. Stwierdzono równieŜ stosunkowo duŜą zawartość brassicasterolu w obu odmianach brokułu, przy czym wpływ metody uprawy był w przypadku tego związku niewielki. Brak w literaturze danych na temat wpływu odmiany, środowiska oraz agrotechniki na gromadzenie się steroli w roślinach uprawnych nie pozwala na szerszą dyskusję wyników. W niniejszej pracy udowodniono jednak, Ŝe brokuł moŜe być wartościowym źródłem związków sterolowych w diecie człowieka, poniewaŜ zawiera znaczące ilości tych związków. Z uwagi na duŜą rolę związków sterolowych w profilaktyce chorób cywilizacyjnych, oraz wzrastające spoŜycie brokułów w Polsce i na świecie, badania w tym zakresie powinny być kontynuowane. RównieŜ w pracach hodowlanych powinno się zwracać uwagę na właściwości danej odmiany odnośnie gro-madzenia związków sterolowych i preferować formy mające cechę grogro-madzenia większych ilości związków sterolowych w tkankach części uŜytkowej.
Tabela 3; Table 3 Zawartość wolnych steroli w brokułach z letniego terminu uprawy,
w mg⋅100 g-1 s.m., zaleŜnie od metody uprawy i odmiany (średnie z obu lat badań) Total free sterol content in broccoli in mg⋅100 g-1 DM, in the summer term of harvest,
as affected by method of growing and cultivar (means of the two years) Sterole
Sterol
Metoda uprawy Method of growing
Odmiana; Cultivar Średnie dla sposobu uprawy Means for growing method Marathon Cezar
SKŁAD ZWIĄZKÓW STEROLOWYCH W ODMIANACH BROKUŁU ... 127
Cholesterol na płask; on plain soil 0,12 0,16 0,14 a
na redlinach; on ridges 0,09 0,10 0,10 a
Brassicasterol na płask; on plain soil 31,12 20,95 26,04 a na redlinach; on ridges 35,49 23,30 29,40 b
Campesterol na płask; on plain soil 3,31 3,62 3,47 a
na redlinach; on ridges 2,46 2,06 2,26 a
Stigmasterol na płask; on plain soil 4,16 7,21 5,69 a
na redlinach; on ridges 4,03 7,14 5,59 a
ß-sitosterol na płask; on plain soil 42,8 33,19 38,00 a na redlinach; on ridges 49,12 43,66 46,39 b
średnie dla sposobu uprawy róŜniące się istotnie według testu HSD Tukey’a przy P < 0,05 oznaczono odmiennymi literami; different letters for the methods of growing indicate that means differ according to HSD Tukey’s test at P < 0.05
Tabela 4; Table 4 Zawartość wolnych steroli w brokułach z jesiennego terminu uprawy,
w mg⋅100 g-1 s.m., w zaleŜności od metody uprawy i odmiany (średnie z obu lat badań) Total free sterol content in broccoli in mg⋅100 g-1 DM, in the autumn term of harvest,
as affected by method of growing and cultivar (means of the two years) Sterole
Sterol
Metoda uprawy Method of growing
Odmiana; Cultivar Średnie dla sposobu uprawy Means for growing method Marathon Cezar
Cholesterol na płask; on plain soil 1,32 0,31 0,82 a
na redlinach; on ridges 1,29 0,10 0,70 a
Brassicasterol na płask; on plain soil 21,32 21,35 21,34 a na redlinach; on ridges 29,27 23,17 26,22 b
Campesterol na płask; on plain soil 3,61 2,65 3,13 a
na redlinach; on ridges 2,19 2,18 2,19 a
Stigmasterol na płask; on plain soil 6,56 4,52 5,54 a
na redlinach; on ridges 7,15 2,21 4,68 a
ß-sitosterol na płask; on plain soil 37,40 20,29 28,85 a na redlinach; on ridges 44,59 34,00 39,30 b objaśnienia: patrz tab. 2, note: see Table 2
Wnioski
1. Brokuły uprawiane na redlinach gromadziły więcej wolnych steroli w częściach uŜytkowych niŜ brokuły uprawiane metodą „na płask”.
2. Odmiana Marathon F1 wykazywała tendencję do gromadzenia większej ilości wolnych steroli niŜ odmiana Cezar, zarówno w uprawie letniej, jak i jesiennej.
3. Dominującym związkiem sterolowym u obu badanych odmian był β-sitosterol, a jego zawartość w suchej masie brokułów zaleŜała od metody uprawy - „na płask”
i na redlinach.
M. Gajewski i inni 128
Literatura
ABIDI S.L. 2001. Chromatographic analysis of plant sterols in foods and vegetable oils.
J. Chrom. A 935: 173-201.
FUJIOKA S.,YOKOTA T. 2003. Biosynthesis and metabolism of brassinosteroids. Ann. Rev.
Plant Biol. 54: 137-164.
GAJEWSKI M. 2004. The influence of growing period, cultivar and storage conditions on free sterols content in cauliflower. Annales UMCS 14, sec. EEE: 71-77.
KREBSKY E.,GEUNS J.M.,DEPROFT M. 1999. Polyamines and sterols in Cichorium heads.
Phytochem. 50: 549-553.
MOGHADASIAN M.H. 2000. Pharmacological properties of plant sterols in vivo and in vitro observations. Life Sci. 67: 605-615.
MOREAU R.A.,WHITAKER B.D.,HICKS K.B. 2002. Phytosterols, phytostanols, and their conjugates in foods: structural diversity, quantitative analysis, and health-promoting uses. Progress in Lipid Research 41: 457-500.
NORMEN L.,JOHNSSON M.,ANDERSSON H.,VAN GAMEREN S.,DUTTA P. 1999. Plant sterols in vegetables and fruits commonly consumed in Sweden. Eur. J. Nutr. 38: 84-89.
PIIRONEN V.,LINDSAY D.G.,MIETTINEN T.A,TOIVO J., LAMPI A.M. 2000a. Plant sterols:
biosynthesis, biological function and their importance to human nutrition. J. Sci. Food Agric. 80: 939-966.
PIIRONEN V., TOIVO J., LAMPI A.M. 2000b. Natural sources of dietary plant sterols.
J. Food Comp. Anal. 13: 619-624.
PIIRONEN V.,TOIVO J.,PUUPPONEN-PIMIA R.,LAMPI A.M. 2003. Plant sterols in vegetables, fruits and berries. J. Sci. Food Agric. 83: 330-337.
SCHALLER H. 2004. New aspects of sterol biosynthesis in growth and development of higher plants. Plant Physiol. Biochem. 42: 465-476.
TOIVO J.,PHILLIPS K.,LAMPI A.M.,PIIRONEN V. 2003. Determination of sterols in foods:
recovery of free, esterified, and glycosidic sterols. J. Food Comp. Anal. 14: 631-643.
WANG C., KRAMER G., WHITAKER B., LUSBY W. 1992. Temperature preconditioning increases tolerance to chilling injury and alters lipid composition in zucchini squash. J.
Plant Physiol. 140: 229-235.
WHITAKER B.D. 1995. Lipid changes in mature-green bell pepper fruit during chilling at 2°C and after transfer to 20°C subsequent to chilling. Physiol. Plant. 93: 683-688.
Słowa kluczowe: brokuł, sterole, wartość biologiczna, metody uprawy, HPLC Streszczenie
Sterole roślinne wykazują róŜnorodną aktywność biologiczną, a w roślinie są podstawowymi składnikami strukturalnymi i funkcjonalnymi cytomembran. Celem pracy było określenie sumy i składu wolnych steroli w dwóch zróŜnicowanych pod względem cech uŜytkowych odmianach brokułu, w zaleŜności od metody i terminu uprawy. Badania przeprowadzono w latach 2005 i 2006. Brokuły uprawiano z rozsady
SKŁAD ZWIĄZKÓW STEROLOWYCH W ODMIANACH BROKUŁU ... 129 na zbiór letni lub jesienny, metoda „na płask” lub na redlinach wykonanych wiosną.
Wolne sterole w brokułach określano bezpośrednio po zbiorze metodą HPLC. Materiał roślinny poddano po wysuszeniu ekstrakcji w heksanie. Ekstrakty analizowano z wykorzystaniem chromatografu Shimadzu, z detektorem SPD-M10A VP. Wpływ metody uprawy okazał się istotny w zarówno przypadku sumy steroli, jak ich składu jakościowego. Ogólna zawartość wolnych steroli w częściach jadalnych brokułów wahała się w granicach 40-109 mg 100 g-1 s.m. Zawartość wolnych steroli w brokułach róŜniła się w obu terminach uprawy. Dominującymi formami związków sterolowych były β-sitosterol i brassicasterol, ale skład i zawartość steroli zaleŜały istotnie od odmiany brokułu.
STEROL COMPOSITION IN BROCCOLI CULTIVARS, DEPENDING TO THE GROWING METHOD Marek Gajewski, Jarosław L. Przybył, Olga Kosakowska,
Paweł Szymczak, Marta Bajer
Department of Vegetable and Medicinal Plants, University of Life Sciences, Warszawa
Key words: broccoli, sterols, biological value, growing methods, HPLC Summary
Plant sterols have broad biological activity, and in a plant they are essential structural and functional components of cell membranes. The aim of this work was to determine free sterol content and composition in two different cultivars of broccoli, in relation to the method and term of cultivation. The study was performed in 2005-2006.
Broccoli were grown as a summer or autumn crop, on the plain soil or on the ridges made in spring. Free sterols were determined immediately after harvest with HPLC method. Plant material was extracted in hexane after drying. Extracts obtained were analyzed by a Shimadzu chromatograph, with the detector SPD-M10A VP. The method of growing showed a significant influence in the case of content of sterols, as well as sterol composition. The total amount of free sterols reached 40-109 mg⋅100 g-1 DM. The free sterol content in broccoli was affected by the term of growing. The dominant sterol compounds in broccoli were β-sitosterol and brassicasterol, but the sterol composition varied between cultivars.
Dr hab. Marek Gajewski
Katedra Roślin Warzywnych i Leczniczych Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego ul. Nowoursynowska 166
02-787 WARSZAWA
e-mail: marek_gajewski@sggw.pl
ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 527: 131-138