Накопление азотистых веществ. Большая часть азотистых

ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФОРМИРОВАНИЯ
УРОЖАЯ И КАЧЕСТВА КЛУБНЕЙ КАРТОФЕЛЯ
ГРЕБЕННИКОВА ВАЛЕНИТИНА ВАСИЛЬЕВНА
КАНД. БИОЛ. НАУК, ДОЦЕНТ КАФЕДРЫ БОТАНИКИ И ЭКОЛОГИИ
КЕМЕРОВСКОГО ГСХИ
Вопросы.
Введение
Требования рынка.
Накопление крахмала и других углеводов.
Накопление азотистых веществ.
Динамика других соединений.
Влияние внешних условий.
Оптимизация питания.
Введение
Российские журналисты конца XVIII века так рекламировали среди
населения этот универсальный продукт: «Декоративный цветок, лекарство от
всех болезней, яд, истребляющий насекомых, средство для выведения пятен,
универсальное удобрение, наконец, пищевое сырье, из которого можно
приготовить хлеб, крахмал, пудру, масло, вино, кофе, дрожжи, шоколад и т.д.
и т.д.» - не правда ли, заманчиво обладать таким универсальным продуктом?
Сегодня в это трудно поверить, но, оказывается, были такие времена,
когда о картофеле не знали не только в России, но и в просвещенной
Западной Европе.
Клубни картофеля, обнаруженные испанскими экспедициями в
индейском поселении Сорокота (современное Перу), за внешнее сходство с
соответствующими грибами назвали трюфелями. С тех пор прошло почти
500 лет. Победное шествие картофеля началось из Испании в 1565 году,
далее Италия в которой картофель называли «перуанским земляным
орехом». В Германии это слово стало «тартофель», а в последствии - широко
известное картофель.
В 1700 году картофель, благодаря усилиям Петра I, попал в Россию.
Интересно, что в России поначалу картофельные поля охраняли солдаты. Это
вызывало интерес самых широких слоев населения. Но в первую очередь –
крестьян. И вскоре «запретный плод» появился в огороде каждого
уважающего себя земледельца. Так, Россия стала «второй родиной
картофеля». Вкусовые свойства и питательная ценность картофеля
обеспечили ему расселение не только на территории всей России, но и далеко
за ее пределами. Он стал неотъемлемой частью кухни многих народов и
национальностей. Его по-достоинству называют «вторым хлебом».
Картофель — одна из важнейших пищевых культур, занимает ведущее
место в мировом производстве вслед за пшеницей, рисом и кукурузой. Всего
100 г отварного картофеля обеспечивают 50 % суточной потребности
человека в витамине С и 6—12 % — в тиамине, витамине В6, фолиевой и
пантотеновой кислотах, а также железе, фосфоре, йоде.
По оценкам ФАО и других международных организаций, мировое
производство картофеля достигло 300 млн. т на площади 19 млн. га, из них
60 % используют в пищу, 25 —на корм животным, 10 —на семена, около 5%
составляют потери при хранении.
Россия в списке занимает второе место – после Китая. Это - более 3
млн. га с урожаем до 37 млн. тонн в год. Средний уровень урожайности
картофеля по России составляет около 200 ц/га.
Целью фермера, товаропроизводителя занимающегося производством
картофеля, является получение высокого и качественного урожая картофеля,
который будет соответствовать требованиям определенного сегмента рынка.
Требования рынка
Ранний картофель
Более поздний и основной картофель для хранения
Семенной картофель
Картофель для переработки
Ранний картофель
Предназначен для немедленной реализации на рынок.
Такой картофель имеет короткий период вегетации, поэтому клубни не
полностью созревают. Их размер меньше и кожура плохо развита. Внешний
вид крайне важен, поэтому особое внимание уделяется контролю и защите от
заболеваний, а также аккуратному обращению
Более поздний и основной картофель для хранения
Рынок требует картофель с низкими уровнями Парши Обыкновенной –
менее 25% от площади поверхности кожуры.
Содержание сухого вещества также важно, т.к. клубни, с содержанием
сухого вещества ниже 18 - 20% более чувствительны к болезням, а также
могут развариваться в процессе варки.
Семенной картофель
Существует 3 класса основных семян суперсуперэлита, суперэлита,
элита, которые могут использоваться при дальнейшем производстве
семенного картофеля.
Семенной картофель должен иметь одинаковую небольшую форму
клубней – обычно 30-55 мм диаметром.
Картофель для переработки
Картофель для переработки должен иметь ровную форму и
стандартный размер, качество. К качественным показателям относятся:
содержание сухого вещества, крахмала, редуцирующих сахаров и т.д.
Классификация.
В зависимости от размера клубней картофель подразделяется на
крупный, средний и мелкий.
Различают клубни картофеля по форме, окраске кожуры и мякоти,
количеству, расположению и глубине глазков, структуре ткани, времени
созревания, времени потемнения после очистки, времени варки до
готовности, времени потемнения после варки, массе отходов после очистки,
назначению.
По форме клубни бывают округлые, овальные, удлиненные; по окраске
кожуры - белые, желтые, красные, коричневые, фиолетовые. Глазков может
быть мало и много. Они могут быть расположены по всей поверхности
клубия или сосредоточены в верхушке, могут находиться глубоко или на
поверхности, могут быть едва заметны. Структура ткани бывает плотная,
мелкозернистая или рыхлая.
По срокам созревания различают сорта ранние, средние, поздние.
По назначению различают сорта столовые, технические, кормовые,
универсальные.
Столовые сорта используют в пищу. Клубни столовых сортов должны
быстро развариваться, не темнеть в течение 30 мин. после очистки и после
варки, иметь приятные вкус и аромат, а также неглубоко залегающие глазки
и давать мало отходов.
В клубнях технических сортов должно быть больше крахмала, мало
редуцирующих веществ, они не должны темнеть при нарезке, должны
хорошо развариваться. Используют их для консервирования, изготовления
чипсов, крахмала и др. Для кормовых сортов характерны крупные клубни,
высокое содержание сухих веществ. Универсальные сорта должны обладать
свойствами, позволяющими использовать клубни для любых целей.
Все эти свойства, а также вкус, запах и сохраняемость клубней зависят
от химического состава. В позеленевших клубнях накапливаются гликозиды
соланин и чаконин, которые могут вызвать отравление.
Химический состав.
Сахара в картофеле представлены глюкозой, фруктозой и сахарозой.
Основной белок - туберин (глобулин) - содержит незаменимые
аминокислоты. Для картофеля характерно наличие большого разнообразия
аминокислот как в связанном, так и в свободном виде.
В кожуре, позеленевших клубнях и ростках содержатся
гликоалкалоиды соланин, чаконин и скополетин. Они подавляют развитие
микроорганизмов, вредных для картофеля, но могут быть причиной
отравления при повышенном содержании. Минеральные вещества в
картофеле представлены солями калия и фосфора, есть также макроэлементы
- натрий, кальций, магний, железо, сера, хлор, и микроэлементы - цинк, бром,
кремний, медь, бор, марганец, йод, кобальт и др.
Из органических кислот имеются в небольших количествах яблочная,
лимонная, щавелевая, хлорогеновая, кофейная и хинная. Витамина С в
картофеле содержится 10-18 мг%, имеются в меньших количествах В1, В2, В6,
РР, пантотеновая кислота, каротин. В картофеле содержатся каротиноиды.
Накопление крахмала и других углеводов. В сырых клубнях
картофеля содержание крахмала чаще всего составляет 12 — 18 %, и он
представлен двумя полисахаридами — амилозой и амилопектином. В
среднем на долю амилозы в клубнях картофеля приходится 20 — 25 %
общего количества крахмала
Полисахариды крахмала синтезируются в клубнях из углеводов,
поступающих по флоэме из надземных органов, и откладываются в клетках
запасающей паренхимы в виде крахмальных зерен, большая часть которых
сконцентрирована в камбиальном слое и внешней части сердцевины.
Значительно меньше их содержится во внутренних слоях сердцевины.
Величина крахмальных зерен оказывает влияние на кулинарные
свойства картофеля. Установлено, что если крахмальные зерна имеют
диаметр менее 20 мкм, то они при варке картофеля сильнее набухают,
вызывая разрыв клеточных стенок, в результате клубни приобретают
полужидкую консистенцию.
В начале клубнеобразования, когда происходит интенсивное
формирование структурных элементов клеток, скорость синтеза крахмала
невелика и его содержание в молодых клубнях не превышает 8 — 10 %.
Однако в период интенсивного клубнеобразования синтез крахмала заметно
усиливается и его концентрация в клубнях возрастает до 15 — 20 %. На
завершающих этапах созревания, когда происходит отмирание листьев,
количество крахмала в клубнях картофеля может понижаться вследствие
прекращения притока углеводов из надземных органов и их расхода на
дыхание.
В зависимости от интенсивности синтеза крахмала изменяется
содержание сахаров — в молодых клубнях их концентрация в несколько раз
выше, чем в зрелых.
Количество сахаров заметно повышается при хранении клубней,
особенно при пониженной температуре, когда процессы образования
крахмала ингибируются сильнее, чем его распад, в результате значительная
часть крахмала превращается в сахара и клубни приобретают сладкий вкус.
Повышение концентрации сахаров в клубнях картофеля ухудшает их
технологические свойства, так как при тепловой обработке клубней сахара
неферментативным путем взаимодействуют с аминокислотами, вследствие
чего образуются темноокрашенные продукты — меланоидины, ухудшающие
качество получаемых пищевых продуктов. В целях предотвращения
повышения концентрации сахаров рекомендуют хранить клубни картофеля
при температуре не ниже 3—4 °С. При более высокой температуре
усиливаются дыхание клубней и жизнедеятельность микроорганизмов, что
приводит к быстрой порче картофеля.
Для закладки на хранение, а также переработки в различные пищевые
продукты следует использовать только зрелые клубни, имеющие более
низкую концентрацию сахаров.
Накопление азотистых веществ. Большая часть азотистых веществ
клубней картофеля представлена белками, тогда как на долю небелковых
форм азота обычно приходится 30—40 %. Азотистых веществ больше
накапливается в кожуре и сердцевине клубня и значительно меньше — в
камбиальном слое и периферийной части сердцевины.
Белки клубней на 50 — 65 % состоят из запасных форм — глобулинов,
тогда как альбумины составляют 20 — 30 % и глютелины — 15 — 20 %
общего количества белков. Они довольно хорошо сбалансированы по составу
незаменимых аминокислот, поэтому имеют высокую биологическую
питательную ценность (80 — 85 % по сравнению с белками молока или
яйца).
Небелковые азотистые вещества клубней картофеля примерно на 90 %
представлены свободными аминокислотами и их амидами. Однако
сбалансированность этой фракции по содержанию незаменимых
аминокислот хуже, чем белков. Поэтому в целях улучшения качества
клубней при выращивании картофеля желательно добиваться увеличения
доли белков и снижения концентрации свободных аминокислот, тем более
что, как указано ранее, свободные аминокислоты участвуют в реакциях
меланоидинообразования, снижающих качество пищевых продуктов,
получаемых при переработке картофеля.
Свободные аминокислоты также могут быть причиной потемнения
тканей клоня в результате окисления кислородом воздуха тирозина.
Образующиеся продукты — меланины — представляют собой вещества
черного цвета.
Интенсивность синтеза белков в процессе клубнеобразования
постепенно повышается и существенно возрастает на завершающих этапах
их созревания. Синтезируются белки из аминокислот, поступающих в клетки
клубней из корней и листьев растений.
Концентрация в клубнях белков оказывает заметное влияние на
кулинарные свойства картофеля, при этом важное значение имеет
соотношение белков и крахмала. При чрезмерном повышении белковости
клубней они после варки имеют очень вязкую консистенцию, тогда как при
слишком высокой концентрации крахмала клубни при варке
растрескиваются. Выяснено, что хорошие кулинарные качества имеет
картофель, у которого отношение крахмал : белки в пределах 12 — 16.
На практике для оценки количества белков и общего содержания
азотистых веществ в клубнях картофеля используют показатель «сырой
протеин». Среднее содержание сырого протеина в картофеле обычно
составляет 1,5 - 2,0 % сырой массы клубней.
Динамика других соединений. Кроме белков и углеводов
питательную и кормовую ценность клубней картофеля определяют
органические кислоты, липиды, витамины, гликоалкалоиды.
Содержание органических кислот в картофеле достигает 1,0— 1,5 %
сырой массы клубней, преобладающими являются лимонная и яблочная. В
процессе созревания клубней концентрация в них, кислот постепенно
понижается.
Количество липидов в клубнях в среднем составляет 0,1 %, больше их в
перидерме и меньше в сердцевине. В составе липидов ненасыщенных и
насыщенных кислот примерно поровну, однако при хранении клубней доля
ненасыщенных жирных кислот возрастает, что улучшает биологическую
питательную ценность липидов. В процессе созревания количество липидов в
клубнях почти не изменяется.
Картофель — важный источник аскорбиновой кислоты, содержание
которой в зрелых клубнях составляет 15—25 мг%, а в молодых может
достигать 40 мг%. В процессе созревания клубней содержание в них
аскорбиновой кислоты снижается, увеличивается доля ее дегидроформы.
Особенно заметно понижается концентрация этого витамина при хранении
(за зимний период в 2 - 3 раза).
Содержание в картофеле других витаминов изменяется меньше и в
среднем составляет, мг%: В1 и В2 0,1 — 0,2, B6 0,5 — 1,0, РР 0,5—1,5,
пантотеновой кислоты 0,2 — 0,3.
Пищевая пригодность клубней картофеля зависит от содержания в них
гликоаткалоидов, молекулы которых построены из остатков моносахаридов
(глюкозы, галактозы, рамнозы) и стероидного алкалоида соланидина. В
зависимости от состава сахаров различают две группы гликоалкалоидов:
соланины и чаконины, обладающие токсическим действием на организм
человека и животных.
Большая часть гликоалкалоидов локализована в кожуре, и значительно
меньше их содержится в запасающей ткани. При созревании клубней
количество гликоалкалоидов в них понижается в 2 — 3 раза и в зрелых
клубнях не превышает 4 — 5 мг%. Картофель, содержащий свыше 20 мг%
соланинов и чаконинов, непригоден для употребления в пищу и на корм
скоту. Концентрация гликоалкалоидов резко возрастает при позеленении
клубней.
Влияние внешних условий. В зависимости от условий выращивания
содержание крахмала и азотистых веществ в клубнях картофеля может
изменяться в 1,5 — 2,0 раза. Как уже отмечалось, при относительно низкой
влажности и высокой температуре в растениях усиливается синтез азотистых
веществ и снижается накопление углеводов, что характерно и для картофеля.
Однако в таких условиях также возрастает доля крахмала в общем
углеводном комплексе клубней.
При повышении влажности и снижении среднесуточных температур
интенсивность синтеза крахмала в картофеле понижается, а концентрация
сахаров возрастает, уменьшается также содержание сырого протеина и доля
белковых веществ. Вместе с тем недостаток влаги в период
клубнеобразования, хотя и повышает накопление в клубнях крахмала,
значительно понижает урожайность картофеля, поэтому общий выход
крахмала с 1 га уменьшается. В условиях переувлажнения, как правило,
снижаются как урожайность картофеля, так и накопление в клубнях
крахмала.
Примерно такие же изменения химического состава картофеля
наблюдаются под воздействием природно-климатических факторов. В
северных и северо-западных регионах, отличающихся повышенной
влажностью и более низкими температурами, в клубнях картофеля меньше
накапливается крахмала и белков, но возрастает концентрация сахаров и
свободных аминокислот. При продвижении на юг накопление в клубнях
крахмала и белков увеличивается вследствие того, что возрастает
интенсивность солнечной радиации, вызывая снижение влажности и
повышение среднесуточных температур.
Под воздействием внешних факторов происходят существенные
изменения в углеводном и белковом комплексе картофеля. При снижении
влажности и повышении температуры в составе крахмала возрастает доля
амилопектина, а в составе белков — глобулинов.
Оптимизация питания. Картофель предъявляет повышенные
требования к режиму питания. Для получения высоких урожаев этой
культуры с оптимальным химическим составом клубней необходимо
учитывать ряд особенностей, связанных с действием элементов питания на
развитие растений и процесс клубнеобразования.
Азот стимулирует интенсивный синтез азотистых веществ и
образование вегетативной массы, однако удлиняет сроки вегетации растений
и задерживает образование клубней. При усилении азотного питания в
клубнях повышается содержание азотистых веществ и снижается накопление
крахмала.
Фосфор ускоряет развитие растений и процесс клубнеобразования,
улучшает кулинарные качества картофеля и повышает накопление в клубнях
крахмала и аскорбиновой кислоты.
Калий активирует процессы углеводного обмена и превращение
сахаров в крахмал, в результате чего в клубнях накопление крахмала
повышается. В то же время при внесении хлористых калийных удобрений
может происходить значительное ухудшение качества клубней, связанное с
действием хлора, являющегося активатором гидролитических ферментов,
которые катализируют распад крахмала.
Следовательно, при выращивании картофеля в первой половине
вегетации в целях усиления ростовых процессов необходимо обеспечивать
высокий уровень как азотного, так и фосфорно-калийного питания, а в
период клубнеобразования уровень азотного питания должен быть
существенно снижен.
При культивировании кормового картофеля одной из важных задач
является повышение содержания в клубнях белковых веществ, в связи с чем
необходимо усиление режима азотного питания. Наряду с этим в целях
повышения содержания белков в клубнях картофеля проводят молекулярнобиохимические исследования, направленные на изучение генетической
системы растений картофеля и выявление возможности регуляторных
сдвигов, приводящих к усилению синтеза запасных белков.