YWNO . Nauka. Technologia. Jako , 2005, 2 (43) Supl., 222 - 228
KAZIMIERA ZGÓRSKA, ZBIGNIEW CZERKO, MAGDALENA GRUDZI SKA WPŁYW EKSPOZYCJI WIETLNEJ NA ZIELENIENIE, AKUMULACJ CHLOROFILU I GLIKOALKALOIDÓW
W BULWACH ZIEMNIAKA
S t r e s z c z e n i e
W latach 2003 i 2004 przeprowadzono badania dotycz ce wpływu ekspozycji wietlnej na gł boko zazielenienia, akumulacj chlorofilu i glikoalkaloidów w bulwach 14 odmian ziemniaka jadalnego.
Stwierdzono, e wielko akumulacji glikoalkaloidów w cz ci podskórnej, jak i w cz ci wewn trznej bulw była determinowana genetycznie. Obieranie bulw powodowało zmniejszenie zawarto ci glikoalkaloidów od 50,5 do 69%, w zale no ci od odmiany. Jednak zawarto tych zwi zków w bulwach obranych była wy sza w porównaniu z bulwami nieobranymi przechowywanymi w ciemno ci (próba kontrolna). Wykazano istotn zale no mi dzy zawarto ci glikoalkaloidów w cz ci zazieleniałej bulwy i w obranych bulwach, a zawarto ci chlorofilu i gł boko ci zazielenienia.
Słowa kluczowe: gł boko zazielenienia, chlorofil, glikoalkaloidy, ziemniak
Wst p
Zielenienie bulw jest wynikiem akumulacji chlorofilu pod wpływem wiatła, pocz tkowo w skórce, a nast pnie w mi szu bulw. Zjawisko to jest spowodowane przekształceniem amyloplastów w chloroplasty i wytworzeniem aparatu fotosyntezy [1].
Zazieleniałe bulwy kojarz si konsumentom z podwy szon zawarto ci toksycznych dla zdrowia człowieka i zwierz t glikoalkaloidów, których akumulacja, podobnie jak chlorofilu, indukowana jest przez wiatło [4].
Istniej ró ne opinie na temat zwi zków mi dzy zawarto ci chlorofilu (zielenienia bulw) a zawarto ci glikoalkaloidów w bulwach ziemniaka.
Opublikowano prace, w których stwierdzono zale no mi dzy zielenieniem bulw a akumulacj glikoalkaloidów w bulwach ziemniaka [3, 7]. Inni autorzy [10, 13] nie
Prof. dr hab. K. Zgórska, dr Z. Czerko, Zakład Przechowalnictwa i Przetwórstwa, Instytut Hodowli i Aklimatyzacji Ro lin, Jadwisin, 05-140 Serock, mgr M. Grudzi ska, Katedra Biochemii i Biotechnologii, Politechnika Koszali ska, ul. Racławicka 15-17, 75-620 Koszalin
wykazali zwi zków mi dzy syntez chlorofilu i glikalkaloidów. Prawdopodobnym powodem tak rozbie nych wyników s ró nice genetyczne odmian [5, 7].
Frydecka-Mazurczyk i Zgórska [9], w badaniach nad wpływem na wietlania bulw wiatłem fluorescencyjnym, wykazały intensywn akumulacj glikoalkaloidów w bulwach wielu odmian ziemniaka, których zawarto przekraczała poziom 200 mg/kg wie ej masy, uznany przez Friedmana, Mac Donalda oraz Kerlana, Ellisseche jako toksyczny [8, 13].
Celem niniejszej pracy było okre lenie zale no ci mi dzy zielenieniem bulw ziemniaka a akumulacj chlorofilu i glikoalkaloidów.
Materiał i metody bada
Materiał badawczy stanowiły bulwy 14 odmian ziemniaków jadalnych o ró nym terminie dojrzało ci konsumpcyjnej:
− bardzo wczesne i wczesne: Aster, Bard, Denar, Innovator, Lord, Rosalind,
− rednio wczesne: Ditta, Satina, Tokaj, Wigry, Zebra, agiel,
− rednio pó ne: Salto, Wawrzyn.
Ziemniaki pochodziły z do wiadcze prowadzonych w 2003 i 2004 roku w Instytucie Hodowli i Aklimatyzacji Ro lin w Jadwisinie koło Warszawy. Po zbiorach pobierano redni prób bulw (ok. 10 kg z ka dej odmiany) z frakcji ziemniaków jadalnych, tzn. > 35 mm rednicy poprzecznej.
Bulwy badanych odmian przechowywano przez 3 miesi ce w temp. 4oC przy wilgotno ci wzgl dnej powietrza ok. 90% (zalecane warunki przechowywania ziemniaków jadalnych). Po przechowywaniu pobierano 20 bulw z ka dej odmiany ziemniaków, reprezentuj cych redni prób , i poddawano tygodniowej ekspozycji pod lamp fluorescencyjn , symuluj c o wietlenie w supermarketach, o nat eniu 15 W (g sto strumienia fotonów 13 mol.m2.s-1), a 20 bulw pozostawiano w ciemno ci (próba kontrolna). Po tym okresie bulwy dzielono wzdłu osi wierzchołek – stolon.
Oceniano gł boko zazielenienia, cinaj c warstwy zielone no ykiem szczelinowym (szczelina 1,7 mm).
Gł boko zielenienia okre lano w skali 0–5, gdzie:
0 – brak zielenienia,
1 – zazielenienie pod skórk , 2 – zazielenienie do 1,7 mm, 3 – zazielenienie do 3,4 mm, 4 – zazielenienie do 5,1 mm, 5 – zazielenienie powy ej 5,1 mm.
Obierki (do gł boko ci zazielenienia), cz bulwy niezazieleniałej oraz bulwy niepoddane działaniu wiatła utrwalano za pomoc liofilizatora firmy Labconco.
W liofilizatach oznaczano chlorofil całkowity (a+b) metod podan przez Lichtenthalera i Wellburna [14] oraz sum glikoalkaloidów (TGA) metod spektrofotometryczn Bergersa [2].
Istotno ró nic odmianowych okre lano testem F Snedecora przy zało eniu modelu stałego. Czynnikiem pierwszym były odmiany, a powtórzeniami lata bada . Zale no mi dzy badanymi parametrami okre lano na podstawie analizy regresji i korelacji oraz analizy wariancji.
Wyniki i dyskusja
Przedstawione w pracy wyniki s warto ciami rednimi z dwóch lat bada , poniewa nie udowodniono istotnego wpływu lat uprawy na badane cechy.
T a b e l a 1 Zazielenienie wewn trzne, zawarto chlorofilu i glikoalkaloidów w bulwach ziemniaka poddanych ekspozycji wietlnej (warto ci rednie z 2 lat bada ).
Internal greening, chlorophyll and glycoalkaloid contents in potato tubers exposed to light (mean values of results obtained during the 2 year experiment).
Zawarto [mg/100 g .m.]
Content [mg/100 g f.w.]
Glikoalkaloidy / Glycoalkaloids Odmiana
Cultivar
Zazielenienie wewn trzne
Internal
greening Chlorofil
Chlorophyll cz zazieleniała greening part
obrane bulwy peeled tubers
próba kontrolna*
control sample*
Aster Bard Denar Innowator
Lord Rosalind
Ditta Satina
Tokaj Wigry Zebra agiel Salto Wawrzyn
3 4 5 2 4 3 2 2 2 2 3 2 2 3
31,42 47,47 72,52 19,45 50,43 39,91 28,95 29,94 22,27 28,02 38,96 27,50 29,73 36,47
28,5 34,5 37,1 20,4 36,1 30,4 27,1 27,8 26,5 27,4 30,6 28,6 29,5 30,5
12,5 13,5 14,2 10,1 13,5 13,0 12,5 10,8 9,5 9,6 10,1
9,8 9,2 10,1
10,5 4,4 7,5 8,6 4,8 5,8 7,2 4,8 5,4 3,8 5,5 4,6 5,8 6,6
NIR przy P0,05 1,0 2,8 2,1 1,9 1,2
* - bulwy całe przechowywane w ciemno ci / whole tubers stored in darkness
W ród przebadanych odmian stwierdzono du e zró nicowanie pod wzgl dem gł boko ci zazielenienia, akumulacji chlorofilu i glikoalkaloidów (tab. 1). Odmiany Denar, Bard i Lord cechowały si intensywnym zielenieniem wewn trznym (stopnie 4.
i 5. skali); Aster, Rosalind, Zebra i Wawrzyn uzyskały stopie 3. Bulwy pozostałych odmian zieleniały do gł boko ci 1,7 mm (stopie 2). Podobne zró nicowanie odmian wykazała Jakuczun [12]. Bulwy odmian o silnym zielenieniu wewn trznym cechowały si równie intensywniejsz syntez chlorofilu.
Zawarto glikoalkaloidów w warstwie zazieleniałej bulwy przekraczała dopuszczalny poziom tych zwi zków w odmianach jadalnych (powy ej 20 mg/100 g .m.), przy czym wyst piły ró nice odmianowe od 20,4 mg/100 g .m. (odmiana Innovator) do 37,1 mg/kg .m. (odmiana Denar), co potwierdziło wpływ genotypu na poziom tych zwi zków [5, 10].
Podobnie zró nicowana była zawarto glikoalkaloidów w bulwach pozbawionych cz ci zazieleniałej (obranych). W bulwach ziemniaków odmian: Salto, Satina, Wawrzyn, Zebra, Wigry i Tokaj proces obierania powodował zmniejszenie zawarto ci glikoalkaloidów o 61 do 69%, a w pozostałych odmianach od 50,5 do 56,2%. Otrzymane warto ci były zbli one do podawanych przez Cie lik [3].
Zawarto glikoalkaloidów w bulwach poddanych działaniu wiatła, a nast pnie pozbawionych cz ci zazieleniałej była wy sza w porównaniu z prób kontroln tzn.
z ich zawarto ci w bulwach całych, przechowywanych bez dost pu wiatła.
Przeprowadzona analiza korelacji wykazała istotne zale no ci mi dzy:
gł boko ci zielenienia a poziomem chlorofilu (r = 0,95) – rys. 1., zawarto ci chlorofilu a zawarto ci glikoalkaloidów w cz ci zazieleniałej (r = 0,90) – rys. 2;
zawarto ci chlorofilu a zawarto ci glikoalkaloidów w bulwach obranych (r = 0,784) – rys. 3.
y = 13,342x - 1,2368 r2 = 0,9005
0 10 20 30 40 50 60 70 80
1 2 3 4 5
Zazielenienie - skala 1-5 Greening - scale 1-5
Rys. 1. Zale no mi dzy zawarto ci chlorofilu a gł boko ci zazielenienia bulw.
Fig. 1. The correlation between the chlorophyll content and the greening depth of tubers.
Zawarto chlorofilu [mg/100 g . masy] Chlorophylls content [mg/100 g fresh weight]
y = 0,2806x + 19,559 r2 = 0,8161
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Zawarto glikoalkaloidów [mg/100 g w. masy] Glycoalkaloids content [mg/100 g fresh weight]
zawarto toksyczna toxic content
Zawarto chlorofilu [mg/100 g . masy]
Chlorophylls content [mg/100 g fresh weight]
Rys. 2. Zale no mi dzy zawarto ci chlorofilu a zawarto ci glikoalkaloidów w cz ci zazieleniałej bulw ziemniaka.
Fig. 2. The correlation between the contents of chlorophyll and glycoalkaloid in the greening parts of potato tubers.
y = 0,1078x + 7,3344 r2 = 0,6044
0 2 4 6 8 10 12 14 16
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Zawarto glikoalkaloidów [mg/100 g w. masy] Glycoalkaloids content [mg/100 g fresh weight]
Zawarto chlorofilu [mg/100 g . masy]
Chlorophylls content [mg/100 g fresh weight]
Rys. 3. Zale no mi dzy zawarto ci chlorofilu a zawarto ci glikoalkaloidów w bulwach pozbawionych cz ci zazieleniałej.
Fig. 3. The correlation between the contents of chlorophyll and glycoalkaloids in the peeled tubers.
Nie stwierdzono istotnych zale no ci mi dzy zawarto ci glikoalkaloidów w bulwach przechowywanych w ciemno ci (próba kontrolna) a akumulacj chlorofilu i glikoalkaloidów w bulwach poddanych działaniu wiatła.
Zawarto glikoalkaloidów [mg/100 g . masy] Glycoalkaloids content [mg/100 g fresh weight]Zawarto glikoalkaloidów [mg/100 g . masy] Glycoalkaloids content [mg/100 g fresh weight]
Analiza regresji badanych cech wskazała na genetyczny zwi zek mi dzy zawarto ci glikoalkaloidów i chlorofilu. Podobne zale no ci uzyskali inni autorzy [7, 11], badaj c wzrost zawarto ci glikoalkaloidów i chlorofilu pod wpływem wiatła.
Na podstawie wyników bada dowiedziono, e usuwanie zazieleniałej cz ci bulw (przez dogł bne obieranie) spowodowało zmniejszenie zawarto ci glikoalkaloidów do poziomu bezpiecznego (poni ej 20 mg/kg .m.), jednak w ród przebadanych 14 odmian tylko w bulwach 4 odmian (Tokaj, Wigry, Salto i agiel) uzyskano ustalony optymalny poziom glikoalkaloidów w ziemniak jadalnych - poni ej 10 mg/100 g .m., gdy wy szy poziom mo e wpływa na pogorszenie smaku.
Ograniczenie akumulacji glikoalkaloidów w bulwach ziemniaka mo na uzyska przez ochron bulw przed oddziaływaniem wiatła w czasie ich wegetacji, przechowywania i dystrybucji.
Wnioski
1. Akumulacja glikoalkaloidów w bulwach ziemniaka zale y od gł boko ci zazielenienia i zawarto ci chlorofilu.
2. Zawarto glikoalkaloidów zwi ksza si w bulwach poddanych działaniu wiatła:
− w warstwie zazieleniałej powy ej warto ci uznanej za niebezpieczn dla zdrowia,
− w obranych bulwach 10 odmian powy ej warto ci 10 mg/100 g wie ej masy, co mo e powodowa pogorszenie smaku ziemniaka jadalnego.
Literatura
[1] Anstis P.J.P., Northcote D. H.: Development of chloroplast from amyloplast in potato tuber discs.
New Phytol., 1973, 72, 449-463.
[2] Bergers W.: A rapid quantitative assai for solanidine glycoalkaloids in potatoes and industrial potato protein 1980. Potato Res. 23, 105-110.
[3] Cie lik E.: Wpływ procesów kulinarnych na zawarto glikoalkaloidów w bulwach ziemniaka.
Zesz. Nauk. AR Kraków 1998, 10, 15-22.
[4] Dale M.F.B., Griffiths D.W., Bain H.: Glykoalkaloids in potatoes – shedding light on an important problem. Aspect Appl Biol. 1992, 33, 221-227.
[5] Dale M.F.B., Griffiths D.W., Bain H.: Todd. Glycoalkaloid increase in Solanum tuberosum exposure to light. Annals of Appl. Biol. 1993, 123, 411-418.
[6] De Maine M.J., Bain H., Joyce J.L.: Changes in the total tuber glycoalkaloid content of potato cultivars on exposure to light. J. Scie. Food Agric., 1988, 111, 57-58.
[7] Edwards E.J., Cobb A.H.: The effect of priori storage on the potential of potato tubers (Solanum tuberosum L.) to accumulate glycoalkaloids and chlorophylls during light exposure, including artificial (neural network modelling). J. Scie. Food Agric., 1999, 79, 1289-1297.
[8] Friedman M., Mc Donald G.M.: Potato Glycoalkaloids: Chemistry, analysis, safety, and plant physiology. Crit. Rev. Plant Sci. 1997, 16 (1), 55-132.
[9] Frydecka-Mazurczyk A., Zgórska K.: Wpływ genotypu na akumulacj glikoalkaloidów w bulwach ziemniaka wywołan działaniem uszkodze mechanicznych i wiatła. Roczn. PZH 2001, 52, 2, 139- 144.
[10] Griffiths D.W., Dale M.F.B., Bain H.: The effect of cultivar, maturity and storage on photo – induced changes in the total glycoalkaloid and chlorophyll contents of potatoes (Solanum tuberosum). Plant Sci., 1994, 98, 103-109.
[11] Hendry G.A.F., Price A.H.: Stress indicators: chlorophylls and carotenoids. In: Methods of comparative Study, ed. Hendry G.A.F., Grimm J. P. Chapman and Hall London U.K. 1993, pp.148- 152.
[12] Jakuczun H.: Genetyczne uwarunkowania zawarto ci glukozy w bulwach i zielenienia bulw w ekspozycji wietlnej w diploidalnej mi dzygatunkowych miesza ców ziemniaka. Praca doktorska, Radzików 2002.
[13] Kerlan M.C., Ellisseche D.: Tuber quality. Objectives in Breeding and Breeding Research. Plant Breeding and Seed Sci., 2000, 2, 21-36.
[14] Lichtenthaler H.K., Wellburn A.R.: Determination of total carotenoids and chlorophylls a and b of leaf extracts in different solvents. Biochem. Soc. Trans., 1983, 11, 591-593.
THE EFFECT OF LIGHT EXPOSURE ON GREENING AND ACCUMULATION OF CHLOROPHYLL & GLYCOALKALOIDS IN POTATO TUBERS
S u m m a r y
In 2003 and 2004, an experiment was carried out for the purpose of investigating the effect of light exposure on the depth of greening and accumulation of chlorophyll & glycolalkaloids in tubers of 14 edible potato varieties.
It was noted that the rate of glycoalkaloids accumulation in both the subepidermal and internal parts of potato tubers was genetically predetermined. When potato tubers were peeled, the content of glycoalkaloids decreased from 50.5 do 69% depending on the potato cultivar. However, their content in peeled tubers was higher than in non-peeled tubers stored in darkness (control sample of potatoes). It was evidenced that there was a significant correlation between the content of glycoalkaloids in the greening part of a potato tuber and in the peeled tubers, and the content of chlorophyll and the depth of greening.
Key words: greening depth, chlorophyll, glycoalkaloids, potato
