Sergey Banadysev, 농업 과학 박사,
LLC "Doka - Gene Technologies"
이번 시즌에는 덩이 줄기가 눈에 띄지 않고 감자의 쓴맛에 대한 소비자의 신호가 있습니다. 맛이 쓴맛이 나는 이유는 14mg/100g 이상의 글리코알칼로이드 함량 때문입니다.
글리코알칼로이드(GCA)는 감자를 포함한 많은 식물 종에서 자연적으로 발생하는 쓴맛, 내열성 독성 물질입니다. 그들은 살균 및 살충 특성을 가지고 있으며 식물의 자연 방어 중 하나입니다.
치료 농도의 감자 글리코알칼로이드가 인간 건강에 항종양, 항말라리아, 항염증 등 많은 유익한 특성을 가지고 있다는 것이 이제 입증되었습니다. 감자의 산업적 가공 중에 이러한 물질을 상업적으로 추출하는 기술이 개발되고 있지만 이것은 출판물에 대한 별도의 주제이며 목표는 아래에 요약되어 있습니다. 정보 - 도자기 감자에 글리코알칼로이드가 과도하게 축적되는 것을 방지하기 위해 사용할 수 있는 옵션을 설명합니다.
감자 괴경에 함유된 주요 HCA는 α-solanine과 α-chaconine(그림 1)이며, 이 식물 종의 총 글리코알칼로이드 함량의 약 95%를 차지합니다.
솔라닌과 샤코닌은 동일한 아글리콘인 솔라니딘을 운반하지만 삼당류의 측쇄가 다른 질소 함유 스테로이드 알칼로이드입니다. α-솔라닌의 삼당류는 갈락토스, 글루코스 및 람노스인 반면, α-차코닌에서는 글루코스와 XNUMX개의 잔기입니다.
람노스. 일반 감자 덩이줄기는 평균 10-150mg/kg의 글리코알칼로이드를 함유하고 있으며 녹색은 250-280mg/kg, 녹색 껍질은 1500-2200mg/kg을 함유하고 있습니다. 상업용 감자 괴경의 글리코알칼로이드 함량은 상대적으로 낮으며,
괴경 내 분포가 균일하지 않습니다. 가장 높은 수준은 껍질로 제한되고 가장 낮은 수준은 코어 영역에서 발견됩니다. HCA는 항상 덩이줄기에서 발견되며 최대 100mg/kg의 용량에서 결합하여 감자의 좋은 맛에 기여합니다.
프렌치 프라이와 감자 칩은 일반적으로 제품 0,04g당 각각 0,8-2,3 및 18-100mg의 HCA 수준을 포함합니다. 껍질 제품은 상대적으로 글리코알칼로이드가 풍부합니다(제품 56,7g당 각각 145-9,5 및 72-100mg). 감자 제품 생산에는 세척, 껍질 벗기기, 절단, 데치기, 건조 및 튀김이 포함됩니다. 가장 많은 양의 글리코알칼로이드는 세척, 데치기, 튀기기 과정에서 제거되며, 바로 먹을 수 있는 감자튀김은 원재료에 비해 3-8%의 글리코알칼로이드만 함유하고 있으며 HCA의 주요 파괴는 튀김 과정에서 발생합니다. 일반적으로 껍질을 벗기면 식용 괴경에서 대부분의 글리코알칼로이드가 제거된다는 것이 입증되었습니다. 껍질을 벗기고 조리한 감자는 조리 과정에서 글리코알칼로이드가 과육으로 이동하기 때문에 껍질을 벗기지 않은 감자보다 더 쓴맛이 날 수 있습니다. HCA 분해 임계 온도가 약 20°C이기 때문에 끓이는 것은 HCA의 수준을 170%만 감소시키며 베이킹 및 전자레인지 조리는 글리코알칼로이드의 함량을 감소시키지 않습니다.
관찰의 전체 역사에서 감자의 HCA 중독 사례는 드뭅니다. 다만, 오심, 구토, 설사, 위경련, 복통, 두통, 발열, 빠르고 약한 맥박, 빠른 호흡, 환각 등의 가능한 증상을 언급해야 한다. 인간에 대한 HCA의 독성 용량은 체중의 1-5mg/kg이고 치사량은 경구 투여 시 체중의 3-6mg/kg입니다. 따라서 대부분의 선진국 감자 재배 국가에서는 식용 덩이줄기의 글리코알칼로이드를 생중량 20mg/100g 및 건조 중량 100mg/100g으로 제한하고 있습니다.
HCA 14mg/100g을 함유한 감자 덩이줄기는 이미 약간 쓴맛이 나는 반면,
22mg/100g 이상의 농도로 인해 목과 입이 화끈거림이 발생하므로 소비자를 위한 최상의 지침은 "감자가 쓴 맛이 나면 먹지 마십시오."입니다.
감자 재배, 저장 및 판매 단계에서 괴경에 HCA가 잠재적으로 위험한 농도로 축적되는 것을 방지하는 것이 중요합니다.
HCA의 축적은 필연적으로 괴경에 발생하지만 햇빛의 영향으로 반복적으로 활성화됩니다. 조명은 또한 엽록소의 형성과 결과적으로 괴경 피부의 녹화를 유도합니다. 이들은 결과가 다른 독립적인 프로세스입니다. 엽록소는 절대적으로 무해하고 맛이 없습니다. 동시에 녹화는 빛에 장기간 노출되어 결과적으로 발생한 글리코알칼로이드의 축적을 나타냅니다. 녹색으로 변한 감자는 일반적으로 색상 변화가 눈에 띄게 되 자마자 판매되지 않거나 선반에서 제거됩니다. 글리코알칼로이드의 높은 함량은 소비자의 불만을 야기하고 판매되는 제품의 상업적 가치를 감소시킵니다. 현재 시즌에 주목되는 어려운 사례, 즉 눈에 띄는 녹화의 징후가 없는 감자의 쓴 맛은 가능한 원인에 대한 별도의 설명과 분석이 필요합니다.
감자 녹화는 마케팅 과정에서 감자 품질 저하의 주요 원인이자 상당한 상업적 문제이기 때문에 이 현상의 모든 특징이 상당히 철저히 연구되었습니다. 동시에 덩이줄기에서 HCA 축적에 대한 많은 전문가 정보도 얻었습니다. 지하 줄기와 마찬가지로 감자 괴경은 광합성 메커니즘이 결여된 비광합성 식물 기관입니다. 그러나 빛에 노출된 후 전분을 함유한 아밀로플라스트는 덩이줄기의 주변 세포층에서 엽록체로 전환되어 녹색 광합성 색소인 엽록소가 축적됩니다. 덩이줄기 녹화는 식재 깊이, 덩이줄기의 생리학적 연령, 온도, 대기 산소 수준 및 조명 조건을 포함하는 유전적, 문화적, 생리학적 및 환경적 요인에 의해 영향을 받을 수 있습니다. 녹화 수준과 글리코 알칼로이드 축적에 영향을 미치는 주요 요인은 빛의 강도와 스펙트럼 구성, 온도, 품종의 유전 적 특성입니다.
덩이줄기에서 엽록소와 HCA의 합성은 400~700nm의 가시광선 파장의 영향으로 발생합니다(그림 2). 연구진에 따르면 엽록소 합성은 475nm와 675nm(각각 파란색과 빨간색 영역)에서 최대를 나타내는 반면, α-solanine과 α-chaconine의 최대 합성은 430nm와 650nm에서 일어난다. 엽록소 합성은 525-575nm에서 최소이며 HCA는 510-560nm(녹색 영역)에서 최소로 축적됩니다. 이러한 차이는 엽록소와 HCA의 생합성에 대한 서로 다른 경로의 가정을 확인시켜줍니다. 청색광(0,10 W/m2)에 노출된 감자 괴경의 엽록소 농도는 청색광에 노출된 감자에 비해 저장 16일 후에 XNUMX배 더 높았습니다.
적색광(0,38 W/m2)에 노출됩니다. 형광등(7,5W/m2)은 LED 램프(1,9W/m400)보다 500배 더 많은 청색광(7,7-2nm)을 방출하는 반면, LED 램프는 형광등보다 2,5배 더 많은 적색광(620-680nm)을 방출합니다. 따라서 식료품점에서 형광등을 LED 램프로 교체하면 가장 유해한 청색 파장의 섭취를 줄일 수 있습니다.
어둠 속에 저장된 감자 괴경에는 엽록소가 포함되어 있지 않습니다. 빛에 들어간 후 문자 그대로 몇 시간 내에 특정 유전자가 활성화되어 엽록소 사슬과 HCA 합성 생성물을 생성합니다. 분자 분석 기술을 통해 유전자의 구조를 식별할 수 있게 되었으며 이러한 과정의 유전적 제어 메커니즘이 품종 특이성을 가지고 있음이 밝혀졌습니다. 스펙트럼 구성이 다르고 좁은 단색 LED 램프의 영향이 연구되었습니다. 감자 괴경 조경의 광 조절은 발광 다이오드(LED)가 제공하는 일정한 조명 하에서 수행되었습니다. 광 파장 B(청색, 470nm), R(적색, 660nm) 및 FR(원적색, 730nm) 및 WL(백색, 400-680nm)을 10일 동안 사용하였다. 파란색과 빨간색 파장은 엽록소, 카로티노이드, 두 가지 주요 감자 글리코알칼로이드인 α-솔라닌과 α-차코닌의 유도 및 축적에 효과적이었지만, 어둠이나 원적외선 아래에서는 어느 것도 축적되지 않았습니다. 엽록소 생합성에 필요한 핵심 유전자(glutamyl-tRNA reductase, GSA, CHLH, GUN1의 속도 제한 효소를 암호화하는 HEMA4)와 엽록소 합성에 필요한 1개 유전자(HMG1, SQS, CAS2, SSR1, SGT2, SGT3,4,5) 글리코알칼로이드는 또한 흰색, 파란색 및 빨간색 빛에서 유도되었지만 어두운 곳이나 원적외선에서는 유도되지 않았습니다(그림 XNUMX). 이 데이터는 엽록소와 글리코알칼로이드의 축적에서 크립토크로믹 및 피토크로믹 광수용체의 역할을 나타냅니다. 피토크롬의 기여는 원적외선이 백색광에 의해 유발된 엽록소 및 글리코알칼로이드의 축적과 관련 유전자 발현을 억제할 수 있다는 관찰에 의해 더욱 뒷받침되었습니다.
다양한 종류의 감자는 다양한 속도로 엽록소와 녹색을 생성하며 이는 많은 연구에서 확인되었습니다. 예를 들어, 노르웨이는 품종 간의 명백한 색상 변화의 차이를 식별하고 엽록소와 색상의 정확한 측정을 기반으로 다양한 품종에 대한 별도의 주관적 등급 척도를 개발했습니다. LED 조명 아래에서 84시간 동안 저장된 6가지 종류의 감자의 시각적 색상 변화가 그림 XNUMX에 나와 있습니다. XNUMX.
피부가 붉은 변종 Asterix(그림 6a)는 색조 각도가 빨간색에서 갈색으로 크게 증가한 반면, 노란색 변종 Folva(그림 6b)는 황록색에서 녹황색으로 변했습니다. 노란색 Celandie(그림 6c)는 빛에 노출되었을 때 모든 색상 매개변수의 변화가 가장 적은 반면 노란색 품종 Mandel(그림 6d)은 노란색에서 회색으로 색상이 크게 변경되었습니다. 디지털 형식에서 빛에 비추어 다양한 감자 품종의 색상 변화 그래프는 다음과 같습니다(그림 7).
이 시험에서 Mandel을 제외한 모든 품종은 36시간 이상의 빛 노출 후 총 글리코알칼로이드가 크게 증가한 것으로 나타났습니다. 그러나 변화의 역학 및 HCA 함량 수준은 품종에 따라 크게 다릅니다. 179 - 223 mg/kg, Folva - 93 - 160 mg/kg, Hassel - 136 - 180 mg/kg, Mandel - 변화 없음(149-182) mg/kg.
뉴질랜드에서는 전체 국가 감자 품종을 녹화 강도로 평가했습니다. 그 결과 다양한 품종에서 120시간 동안 조명을 받은 후 덩이줄기의 엽록소 양이 0,5에서 5,0mg까지 차이가 나는 것으로 나타났습니다(그림 8).
이 전문가 정보에서 중요한 실제 결론이 나옵니다. 빛의 영향으로 감자에서 엽록소가 생성되어 과육이 녹색을 띠고 껍질이 녹색 또는 갈색을 띕니다. 다양한 종류의 감자는 다양한 변색 형태와 속도를 나타냅니다. 빛의 스펙트럼 구성은 엽록소 축적의 역학을 다소 변경하지만 원적외선 스펙트럼과 어둠(엽록소 축적으로 이어지지 않음)을 사용하는 옵션은 감자를 판매하는 상점과 관련이 없습니다. 동일한 조명 조건에서 10배 적은 엽록소를 축적하는 품종이 있습니다. 글리코알칼로이드 축적의 역학은 녹화의 역학과 다릅니다. 가장 큰 차이점은 엽록소와 달리 무역에 들어가기 전 괴경의 초기 HCA 양과 집중 조명 시작이 XNUMX이 아니며 상당히 중요 할 수 있다는 것입니다. 많은 품종의 낮은 녹화 강도는 상점 선반에 감자가 더 오래 존재하도록 미리 결정하여 더 높은 HCA 축적으로 이어집니다.
쓴맛에 대한 주장이 매년 발생하는 것은 아니므로 시행 단계에서 채광이나 품종 특성에 의한 것이 아닌 덩이줄기의 글리코알칼로이드 수준이 증가한 다른 원인에 대한 조사가 필요하다. 실제로 녹화와 글리코알칼로이드의 축적 사이의 기능적 관계는 녹화의 원인을 분석할 필요가 있음을 의미합니다. 녹화 및 HCA 축적에 영향을 미치는 생산 요소:
- 성장 조건 지하 줄기이기 때문에 괴경은 토양의 균열을 통해 또는 바람 및/또는 관개 토양 침식의 결과로 토양 피복이 불충분한 들판에서 자연적으로 녹색으로 변할 수 있습니다. 이를 염두에 두고 감자는 빠르고 균일하게 싹이 나도록 충분한 토양 수분을 유지하면서 충분히 깊게 심어야 합니다. 덩이줄기 녹화 강도의 비례적 증가는 토양의 질소 기준이 0에서 300kg/ha로 증가함에 따라 발생합니다. 동시에 연구자들은 재배 중 질소의 이중 표준이 일부 품종에서 글리코알칼로이드의 함량을 10% 증가시킨다는 점에 주목합니다. 밤나무과의 식물의 성장과 발달에 영향을 미치는 모든 환경 요인은 글리코알칼로이드. 기후, 고도, 토양 유형, 토양 수분, 비료 가용성, 대기 오염, 수확 시기, 살충제 처리 및 햇빛에 대한 노출 등 모든 것이 중요합니다.
- 수확 시 덩이줄기 성숙 수확 시 성숙도가 녹화 빈도에 미치는 영향은 논란의 여지가 있습니다. 부드럽고 얇은 껍질을 가진 어린 감자는 더 성숙한 괴경보다 더 빨리 녹색으로 변할 수 있습니다. 조기 성숙 품종은 후기 성숙 괴경보다 더 많은 글리코알칼로이드 축적을 보일 수 있지만 특정 연구에서는 반대되는 증거가 있습니다.
- 괴경 손상은 엽록소 축적에 영향을 미치지 않지만 HCA 축적을 유발합니다(HCA 수치는 빛에 노출된 만큼 증가합니다(그림 9).
- 보관 조건. 저온에서 저장된 괴경은 녹화 및 HCA 축적에 덜 민감합니다. 형광등 아래 1, 5°C에서 감자 껍질 조직은 보관 10일 후 색상 변화가 없었고, 10, 15°C에서 보관한 조직은 각각 20일과 24일째부터 녹색으로 변했습니다. 조명 아래 7°C의 보관 온도는 대부분의 소매점과 비교할 때 엽록소 생산에 최적인 것으로 입증되었습니다. 글리코알칼로이드는 암실에서 XNUMX°C보다 XNUMX°C에서 두 배 빠르게 축적되며 빛은 이 과정을 더욱 가속화합니다.
- 포장 재료. 소매점의 포장 선택은 HCA의 녹화 및 축적을 제어하는 데 중요한 요소입니다. 투명하거나 반투명한 포장재는 녹화 및 HCA 합성을 자극하는 반면 어두운(또는 녹색) 포장재는 품질 저하를 늦춥니다.
실험적으로 입증된 규칙성을 바탕으로 우리는 현재 시즌 감자 괴경의 글리코알칼로이드 수준이 평소 수준보다 높은 것은 작물 형성에 불리한 조건 때문이라고 자신 있게 결론을 내릴 수 있습니다. XNUMX월부터 XNUMX월 초까지의 장기간의 더위와 가뭄으로 인해 덩이줄기의 성숙과 질소 흡수가 지연되어 관개 시설이 없는 들판의 능선에 있는 토양이 갈라졌습니다. 수확의 시작은 지나치게 건조한 토양과 많은 수의 단단한 덩어리를 배경으로 발생하여 괴경의 부상이 증가했습니다. 그 후 과도한 강우로 인해 수확 속도가 느려졌습니다. 건조 후 필드, 즉 땅 표면에 그늘을 드리우지 않고 수확을 위해 오랜 시간을 기다렸습니다. 이러한 불리한 조건은 덩이줄기의 녹화와 그 안에 평소보다 많은 양의 HCA가 형성되는 데 기여했습니다.
글리코알칼로이드의 원치 않는 축적을 방지하는 가장 효과적인 방법은 특히 고온을 배경으로 재배, 저장 및 판매 중에 괴경이 빛에 노출되는 것을 심각하게 제한하는 것입니다. 정확한 심기 깊이, 부피가 큰 능선의 형성, 최적의 비료 비율과 같은 농업 관행은 현대 감자 생산 기술에서 정기적으로 사용됩니다. 미성숙 괴경은 성숙한 괴경보다 높은 수준의 솔라닌을 함유하고 있습니다. 따라서 조기에 수확하지 않고 줄기를 안정적으로 말리고 괴경이 성숙할 수 있도록 충분한 시간(600~10주)을 두는 것이 매우 중요합니다. 시의 적절하고 충분한 주기적인 관개를 통해서만 능선의 균열을 방지할 수 있습니다. 능선을 굴려서 건조제 도입 후 수확 전 기간에 균열의 결과를 줄일 수 있습니다. 이를 위해 예를 들어 GRIMME RR 11과 같이 압연 능선을 위한 특수 기계가 대량 생산되며, 낙엽 제거제와 결합할 수 있는 옵션이 있습니다(그림 XNUMX). 그러나 러시아 연방에서는 여전히 극히 드물게 사용됩니다. 동시에 이 농업 방법은 간단하고 저렴하며 생산적이고 효과적입니다. HCA 수준은 빛의 질, 지속 시간 및 강도의 결합 효과에 의해 크게 영향을 받습니다. 엽록소는 녹색 빛을 반사하고 적황색과 청색을 흡수하기 때문에 녹색입니다. 엽록소의 형성은 파란색과 주황색-빨간색 조명에서 가장 강렬합니다(그림 XNUMX). 녹색 조명 아래에서는 감자 녹화가 거의 발생하지 않으며 파란색 또는 자외선 아래에서는 미약하게 발생합니다. 형광등은 백열등보다 더 많은 녹지를 유발합니다. 섹션, 감자 저장실은 어둡고 시원해야합니다. 보관 중인 덩이줄기는 햇빛에 노출되는 것을 피해야 합니다. 와트가 낮은 백열 전구를 사용하고 필요 이상으로 오래 켜두지 마십시오. 덩이줄기 표면의 흙은 빛 노출과 조경으로부터 어느 정도 보호해 줍니다. 씻은 감자는 더 빨리 녹색으로 변합니다. 감자가 녹색으로 변하면 되돌릴 수 없으며 판매 전에 분류해야 합니다.
최신 LED(Light Emitting Diode) 기술은 감자 생산의 모든 수확 후 단계에서 솔라닌 형성을 방지할 수 있는 새로운 가능성을 열어줍니다. 520-540 nm의 스펙트럼에서 작동하는 감자 산업을 위한 연속 생산 특수 램프(그림 12). 인간의 눈에 녹색으로 인식되는 빛은 엽록소와 솔라닌의 형성을 효과적으로 방지하므로 저장 및 추가 가공 중에 감자의 가치를 보존하는 데 결정적인 요소입니다. 이러한 램프는 포장된 감자의 사전 판매 준비 및 사전 판매 보관 영역에서 특히 효과적입니다. 또 하나의 일반 규칙: 보관 온도를 합리적으로 낮게 유지하고 감자를 건조하게 유지하십시오. 수분이 피부에 비치는 빛의 강도를 증가시키기 때문입니다.
포장재의 종류와 색상은 HCA 축적 강도에 영향을 미칩니다. 마케팅과 광고는 제쳐두고 빛에 노출되지 않도록 감자를 어두운 종이나 어두운 비닐 봉지에 포장하는 것이 가장 좋습니다. 민감한 감자 품종의 포장재는 총 광선 투과율이 0,02W/m2 미만이어야 한다는 권장 사항도 있습니다. 이러한 낮은 수준의 빛 투과율은 알루미늄이 포함된 XNUMX중 검정색 플라스틱으로 포장된 경우에만 가능합니다. 녹색 셀로판 보기 가방은 녹화를 억제하고 솔라닌 형성을 촉진하지 않습니다. 이러한 권장 사항은 감자 소매 판매와 관련하여 좋은 의도 범주에 속한다는 것이 분명합니다. 무역에서 포장 색상은 판촉의 맥락에서만 선택됩니다.
소매점의 조명 조건도 표준화하기 어렵습니다. 525~575nm 스펙트럼에서 최소한의 HCA 축적과 녹화가 관찰된다는 사실을 기반으로 조명을 설계하는 상업 회사는 거의 없습니다. 근무 외 시간에 감자를 차광 재료로 덮는 것과 같은 필요하고 간단한 보호 방법조차도 상점에서 거의 실행되지 않습니다.
위의 요약은 감자 덩이줄기에서 글리코알칼로이드의 축적을 제어하기 위한 모든 효과적인 예방 방법을 나열합니다. 오일, 왁스, 계면 활성제, 화학 물질, 성장 조절제 및 전리 방사선으로 처리하는 등보다 근본적인 중화 수단을 찾으려는 많은 시도가 있었으며 많은 경우에서 높은 효율을 보였습니다. 그러나 이러한 방법은 복잡성, 높은 비용 및 환경 문제로 인해 실제로 사용되지 않습니다.
게놈을 편집하고 엽록소와 HCA 합성을 위해 유전자를 "끄는" 새로운 기술의 지지자들은 밝은 전망을 선언합니다. 이 작업은이 기술이 GMO 품종으로 분류되지 않고 (러시아 연방에서 분류됨)이 주제에 대한 많은 출판물이 있지만 지금까지 이야기 할 필요가없는 많은 국가에서 적극적이고 철저하게 수행되고 있습니다 실질적인 성과에 대해. 이전에 제안된 많은 혁신적인 육종 방법과 마찬가지로 게놈을 편집할 수 있다는 가능성에 대한 초기의 행복감은 점차 대사 과정의 극도의 복잡성에 대한 인식으로 대체됩니다. GCA 합성과 관련된 이미 확인된 과정과 이러한 과정에 관련된 감자 유전자를 나열하는 다이어그램을 보는 것으로 충분합니다(그림 13). 이 다이어그램의 분명한 명료성에도 불구하고, 이 문제를 다루는 열정적인 연구자 그룹은 아직 수많은 유전자와 유전자에 의해 합성된 산물 사이의 복잡한 상호 작용 과정을 관리하는 데 성공하지 못했습니다. 겉보기에 순전히 특이적인 단일 유전자를 차단하면 특정 수준의 글리코알칼로이드에서 예상되는 변화뿐만 아니라 편집 작업이 설정되지 않은 다른 생화학 제품의 형성에 상당한 변화가 발생합니다.
그러나 게놈 편집에서 미래의 성공을 기다리지 않고도 현재 재배되는 모든 상업용 감자 품종은 수십 년의 고전적인 육종 작업 동안 이 지표가 지속적으로 감소하기 때문에 정상적인 조건에서 글리코알칼로이드 함량이 낮고 절대적으로 안전합니다. 상대적으로 느린 엽록소 축적 속도와 껍질의 녹화 속도가 느린 품종의 경우 이는 단점이 아니며 거부 할 이유가 아닙니다. 그러나 감자를 판매 할 때 괴경이 빛에 과도하게 오래 노출되는 것을 방지하고 명백한 녹화가 없을 때 예기치 않게 쓴 맛에 대한 구매자의 주장을 방지하기 위해 품종에 특이성이 있음을 무역 조직에 공식적으로 알려야합니다.