セルゲイ・バナディセフ、農学博士、
LLC「Doka - Gene Technologies」
この季節、消費者からは塊茎の緑色が目に見えないジャガイモの苦味についての信号があります。 味の苦みの原因は、グリコアルカロイドの含有量が14gあたり100mgを超えるためです。
グリコアルカロイド (GCA) は、ジャガイモを含む多くの植物種に含まれる、天然に存在する苦味のある耐熱性の有毒物質です。 それらは殺真菌性および殺虫性を有しており、植物の自然防御の XNUMX つです。
現在、治療濃度のジャガイモのグリコアルカロイドには、抗腫瘍、抗マラリア、抗炎症など、人間の健康に有益な特性が数多くあることが証明されています。ジャガイモの工業的加工中にこれらの物質を商業的に抽出する技術が開発されていますが、これはまだ明らかではありません。出版物については別のトピックがあり、目標は以下に要約されています。 ウェアジャガイモ中のグリコアルカロイドの過剰な蓄積を防ぐために利用できるオプションを概説します。
ジャガイモ塊茎に含まれる主な HCA は α-ソラニンと α-チャコニンであり (図 1)、これらはこの植物種のグリコアルカロイドの総含有量の約 95% を占めます。
ソラニンとチャコニンは窒素含有ステロイド性アルカロイドで、同じアグリコンであるソラニジンを持っていますが、三糖の側鎖が異なります。 α-ソラニンの三糖はガラクトース、グルコース、ラムノースですが、α-チャコニンの三糖はグルコースとXNUMXつの残基です。
ラムノース。 通常のジャガイモ塊茎には平均 10 ~ 150 mg/kg のグリコアルカロイドが含まれていますが、緑色の塊茎には 250 ~ 280 mg/kg、緑色の皮には 1500 ~ 2200 mg/kg のグリコアルカロイドが含まれています。 市販のジャガイモ塊茎に含まれるグリコアルカロイドの含有量は比較的低く、
塊茎内の分布は均一ではありません。 最も高いレベルは皮に限定されますが、最も低いレベルはコア領域にあります。 HCA は常に塊茎に含まれており、最大 100mg/kg の用量で結合してジャガイモの風味に貢献します。
フライドポテトとポテトチップスには通常、製品 0,04 g あたり、それぞれ 0,8 ~ 2,3 および 18 ~ 100 mg の HCA レベルが含まれています。 皮製品にはグリコアルカロイドが比較的豊富に含まれています (それぞれ製品 56,7 g あたり 145 ~ 9,5 mg および 72 ~ 100 mg)。 ジャガイモ製品の製造には、洗浄、皮むき、切断、湯通し、乾燥、揚げが含まれます。 最も多量のグリコアルカロイドは洗浄、湯通し、揚げの際に除去されますが、すぐに食べられるフライドポテトには原材料と比較してグリコアルカロイドが 3 ~ 8% しか含まれておらず、HCA の主な破壊は揚げの際に起こります。 通常、皮をむくことにより、食用塊茎に含まれるグリコアルカロイドの大部分が除去されることが証明されています。 皮を付けたまま調理したジャガイモは、調理中にグリコアルカロイドが果肉に移行するため、皮をむいていないジャガイモよりも苦くなる場合があります。 煮沸してもHCAのレベルは20%しか減少しませんが、HCAの分解の臨界温度は約170℃であるため、ベーキングや電子レンジ調理ではグリコアルカロイドの含有量は減少しません。
観察史上、ジャガイモで HCA 中毒が発生した例はまれです。 ただし、吐き気、嘔吐、下痢、胃および腹部のけいれん、頭痛、発熱、脈拍の速さや弱さ、呼吸の速さ、幻覚などの症状が出る可能性があることには言及する必要があります。 ヒトに対する HCA の毒性量は 1 ~ 5 mg/kg 体重であり、経口投与した場合の致死量は 3 ~ 6 mg/kg 体重です。 したがって、ほとんどの先進ジャガイモ栽培国では、食用塊茎のグリコアルカロイドの安全限度値として、生重量 20 g あたり 100 mg、乾燥重量 100 g あたり 100 mg の制限値を設定しています。
HCA 14 mg/100 g を含むジャガイモ塊茎はすでにわずかに苦いことが知られていますが、
喉や口の灼熱感は 22 mg/100 g を超える濃度で引き起こされるため、消費者にとっての最良のガイドラインは「ジャガイモが苦い場合は食べないでください」です。
ジャガイモの栽培、保管、販売の段階では、潜在的に危険な濃度の HCA が塊茎に蓄積するのを防ぐことが重要です。
HCA の蓄積は塊茎内で必然的に発生しますが、太陽光の影響下で繰り返し活性化されます。 照明はまた、クロロフィルの形成を引き起こし、その結果塊茎の皮膚が緑色になります。 これらは独立したプロセスであり、結果は異なります。 クロロフィルは全く無害で無味です。 同時に、緑化は長時間光にさらされ、その結果、グリコアルカロイドの蓄積が発生したことを示します。 緑色に変わったジャガイモは通常、色の変化が目立つとすぐに販売されないか、棚から撤去されます。 グリコアルカロイドの含有量が高いと消費者からの苦情が発生し、販売される製品の商品価値が低下します。 今の季節に指摘されている難しいケース、つまり、目に見える緑化の兆候がないジャガイモの苦味については、考えられる原因について個別に説明し分析する価値があります。
ジャガイモの緑化は、販売過程におけるジャガイモの品質低下の主な原因であり、重大な商業的問題であるため、この現象のすべての特徴は非常に徹底的に研究されてきました。 同時に、塊茎における HCA の蓄積に関する多くの専門的情報も得られました。 ジャガイモ塊茎は、地下茎と同様に、光合成機構を持たない非光合成植物器官です。 しかし、光にさらされると、デンプンを含むアミロプラストが塊茎の周辺細胞層で葉緑体に変換され、緑色の光合成色素クロロフィルの蓄積が引き起こされます。 塊茎の緑化は、植え付けの深さ、塊茎の生理学的年齢、温度、大気中の酸素レベル、照明条件などの遺伝的、文化的、生理学的および環境的要因の影響を受ける可能性があります。 緑化とグリコアルカロイドの蓄積のレベルに影響を与える主な要因は、光の強度とスペクトル組成、温度、品種の遺伝的特性です。
塊茎におけるクロロフィルとHCAの合成は、400~700nmの可視光波長の影響下で起こります(図2)。 研究者らによると、クロロフィル合成は475nmと675nm(それぞれ青と赤の領域)で最大を示し、α-ソラニンとα-チャコニンの最大合成は430nmと650nmで起こるという。 クロロフィル合成は 525 ~ 575 nm で最小限に抑えられますが、HCA の蓄積は 510 ~ 560 nm で最小限に抑えられます (緑色の領域)。 これらの違いは、クロロフィルと HCA の生合成経路が異なるという仮定を裏付けています。 青色光(0,10 W/m2)に曝露されたジャガイモ塊茎のクロロフィル濃度は、青色光に曝露されたジャガイモと比較して、16 日間の保存後に XNUMX 倍高かった。
赤色光 (0,38 W/m2) にさらした。 蛍光灯 (7,5 W/m2) は LED ランプ (1,9 W/m400) の 500 倍の青色光 (7,7 ~ 2 nm) を放射し、LED ランプは蛍光管の 2,5 倍の赤色光 (620 ~ 680 nm) を放射します。 したがって、食料品店で蛍光灯を LED ランプに置き換えることで、最も有害な青色波長の摂取を減らすことができます。
暗所に保管したジャガイモ塊茎にはクロロフィルが含まれません。 光に入ると文字通り数時間以内に特定の遺伝子が活性化され、一連のクロロフィルとHCA合成産物が生成されます。 分子解析技術により遺伝子の構造を同定することが可能となり、その遺伝子制御の仕組みには品種特異性があることが判明しました。 異なる狭いスペクトル構成を持つ単色 LED ランプの影響が研究されています。 ジャガイモ塊茎の造園の光制御は、発光ダイオード (LED) によって提供される一定の照明の下で実行されました。 光の波長 B (青、470 nm)、R (赤、660 nm)、FR (遠赤、730 nm)、および WL (白、400 ~ 680 nm) を 10 日間使用しました。 青と赤の波長は、クロロフィル、カロテノイド、および 1 つの主要なジャガイモ グリコアルカロイド、α-ソラニンとα-チャコニンの誘導と蓄積に効果的でしたが、暗闇や遠赤色光の下ではいずれも蓄積しませんでした。 クロロフィル生合成の重要な遺伝子 (グルタミル tRNA レダクターゼの律速酵素をコードする HEMA4、GSA、CHLH、および GUN1) およびクロロフィル生合成に必要な 1 つの遺伝子 (HMG2、SQS、CAS1、SSR2、SGT3,4,5、および SGTXNUMX)グリコアルカロイドは白色、青色、赤色光でも誘導されましたが、暗闇や遠赤色光では誘導されませんでした(図XNUMX、XNUMX、XNUMX)。 これらのデータは、クロロフィルとグリコアルカロイドの蓄積におけるクリプトクロミック光受容体とフィトクロミック光受容体の両方の役割を示しています。 フィトクロムの寄与は、遠赤色光が白色光によるクロロフィルおよびグリコアルカロイドの蓄積および関連する遺伝子発現を阻害できるという観察によってさらに裏付けられました。
ジャガイモの品種が異なれば、クロロフィルの生成速度や緑色の生成速度も異なり、これは多くの研究で確認されています。 たとえば、ノルウェーは品種間の見かけの色の変化の違いを特定し、クロロフィルと色の正確な測定に基づいて品種ごとに個別の主観的評価スケールを開発しました。 LED照明下で84時間保存した6品種のジャガイモの視覚的な色の変化を図に示します。 XNUMX.
赤い皮の品種アステリックス(図6a)は、赤から茶色がかった色相角の大幅な増加を示しましたが、黄色の品種フォルバ(図6b)は黄緑色から黄緑に変化しました。 黄色の Celandie (図 6c) は、光にさらされた際にすべての色パラメータの変化が最も小さかったのに対し、黄色の変種 Mandel (図 6d) は黄色から灰色がかった色に大きく変化しました。 デジタル形式で、光の下でのさまざまな種類のジャガイモの色の変化のグラフは次のようになります (図 7)。
この試験では、マンデルを除くすべての品種で、36 時間を超える光曝露後に総グリコアルカロイドの大幅な増加が示されました。 しかし、変化のダイナミクスとHCA含有量のレベルは品種によって大きく異なります。アステリックス - 179から223 mg/kg、ナンセン - 93から160 mg/kg、ラット - 136から180 mg/kg、セランディン - から149から182 mg /kg、Folva - 199から290 mg/kg、Hassel - 137から225 mg/kg、Mandel - 変化なし(192-193)mg/kg。
ニュージーランドでは、ジャガイモの国内品種全体が緑化の強さによって評価されました。 その結果、品種ごとに120時間照射後の塊茎のクロロフィル量は0,5~5,0mgと一桁異なることが示されました(図8)。
この専門家の情報から重要な実際的な結論が得られます。 光の影響下で、ジャガイモでクロロフィルが生成され、果肉が緑色になり、皮が緑がかった色または茶色がかった色になります。 ジャガイモの品種が異なれば、変色の形態も速度も異なります。 光のスペクトル組成はクロロフィル蓄積のダイナミクスを多少変化させますが、遠赤色スペクトルや暗闇(クロロフィル蓄積につながらない)を使用するというオプションは、ジャガイモを販売する店には関係ありません。 同じ照明条件下で蓄積するクロロフィルの量が 10 倍少ない品種もあります。 グリコアルカロイドの蓄積の動態は、緑化の動態とは異なります。 主な違いは、取引に参入する前の塊茎の HCA の初期量と、集中照明の開始前が、クロロフィルとは異なり、ゼロに等しくなく、非常に重要になる可能性があることです。 多くの品種の緑化の度合いが低いため、店頭にジャガイモが長く並ぶことがあらかじめ決定され、それが HCA のより多くの蓄積につながります。
苦味に関する苦情は毎年発生するわけではないため、実施段階では、照明や品種の特性によるものではない、塊茎中のグリコアルカロイドレベルの増加の他の理由を見つける必要があります。 実際には、緑化とグリコアルカロイドの蓄積との機能的関係は、緑化の原因を分析する必要性を意味します。 緑化とHCAの蓄積に影響を与える生産要因:
- 成長条件:塊茎は地下茎であるため、土壌被覆が不十分な畑では、土壌の亀裂を通じて、あるいは風や灌漑による土壌浸食の結果として、自然に緑色に変色することがあります。 これを念頭に置いて、迅速かつ均一な発芽を確実にするために、十分な土壌水分を維持しながらジャガイモを十分に深く植える必要があります。 土壌中の窒素基準が0から300 kg / haに増加すると、塊茎の緑化の強度が比例して増加します。 同時に、研究者らは、栽培中の窒素の10倍の基準により、いくつかの品種ではグリコアルカロイドの含有量がXNUMX%増加することに注目しています。ナス科の植物の成長と発育に影響を与える環境要因は、グリコアルカロイドの含有量に影響を与える可能性があります。グリコアルカロイド。 気候、標高、土壌の種類、土壌水分、肥料の入手可能性、大気汚染、収穫時期、農薬処理、日光への曝露がすべて重要です。
- 収穫時の塊茎の成熟度 緑化頻度に対する収穫時の成熟度の影響については議論の余地があります。 皮が滑らかで薄い若いジャガイモは、成熟した塊茎よりも早く緑色に変わります。 早生品種は晩生塊茎よりも多くのグリコアルカロイドの蓄積を示す可能性がありますが、特定の研究では反対の証拠があります。
- 塊茎の損傷はクロロフィルの蓄積にはまったく影響を与えませんが、HCAの蓄積を引き起こします(HCAのレベルは、光への曝露の結果と同じくらい増加します(図9))。
- 保管条件。 低温で保管された塊茎は、緑化や HCA 蓄積の影響を受けにくくなります。 蛍光灯下で1℃と5℃で保存したジャガイモの皮組織は10日間保存後も色の変化は見られませんでしたが、10℃と15℃で保存した組織はそれぞれ20日目と24日目から緑色に変化しました。 照明下で 7°C の保管温度がクロロフィル生産に最適であることが証明されており、これはほとんどの小売店と同等です。 グリコアルカロイドは、暗室では XNUMX°C よりも XNUMX°C で XNUMX 倍の速さで蓄積され、光はこのプロセスをさらに加速します。
- 包装材料。 小売店のパッケージングの選択は、グリーン化と HCA の蓄積を制御する上で重要な要素です。 透明または半透明の包装材料は緑化と HCA 合成を促進し、暗い (または緑色) 包装は劣化を遅らせます。
実験的に証明された規則性に基づいて、今シーズンのジャガイモ塊茎中のグリコアルカロイドのレベルが通常のレベルと比較して高いのは、作物の形成にとって不利な条件によるものであると自信を持って結論付けることができます。 XNUMX月からXNUMX月上旬にかけての長期間の暑さと干ばつにより、塊茎の成熟と窒素の吸収が遅れ、灌漑なしの畑の畝の土壌にひび割れが生じた。 収穫の開始は、過度に乾燥した土壌と多数の硬い塊を背景に行われ、塊茎への損傷の増加につながりました。 その後、過度の雨が降ったため、収穫のペースが鈍化しました。 乾燥後の畑、つまり土の表面を汚さずに、収穫まで長い間待ちました。 これらの不利な条件は、塊茎の緑色化と、その中での通常よりも多くの量の HCA の形成の両方に寄与しました。
グリコアルカロイドの望ましくない蓄積を防ぐ最も効果的な方法は、特に高温を背景に、栽培、保管、販売中に塊茎が光にさらされることを厳しく制限することになります。 正しい植え付け深さ、ボリュームのある畝の形成、最適な肥料割合などの農業慣行は、現代のジャガイモ生産技術で定期的に使用されています。 未熟な塊茎には、成熟した塊茎よりも高いレベルのソラニンが含まれています。 したがって、早期に収穫せず、茎を確実に乾燥させ、塊茎が成熟するまで十分な時間 (600 ~ 10 週間) を置くことが非常に重要です。 尾根のひび割れを確実に防ぐには、タイムリーで十分な定期的な灌漑の助けが必要です。 畝を丸めることにより、乾燥剤の導入後の収穫前の期間におけるひび割れの影響を軽減することができます。 これを行うために、リッジをローリングするための特別な機械、たとえば GRIMME RR 11 が量産されます。デフォリエーターと組み合わせるオプションもあります (図 XNUMX)。 しかし、ロシア連邦では依然として非常にまれに使用されています。 同時に、この農法はシンプルで、安価で、生産的で効果的です。 HCA のレベルは、光の質、持続時間、強度の組み合わせによる影響を強く受けます。 クロロフィルが緑色なのは、赤、黄、青を吸収しながら緑色の光を反射するためです。 クロロフィルの形成は、青およびオレンジがかった赤の照明下で最も強く行われます (図 XNUMX)。 緑色の照明の下では、ジャガイモの緑化は実質的に起こらず、青色または紫外線の下では弱い程度に緑化が起こります。 蛍光灯は白熱灯よりも緑が多くなります。 ジャガイモのセクションや保管コンパートメントは、薄暗くて涼しい場所に置く必要があります。 保管中の塊茎が日光にさらされることは避けてください。 ワット数の低い白熱電球を使用し、必要以上に長く点灯したままにしないでください。 塊茎の表面の土壌は、光への曝露や景観からある程度の保護を提供します。 洗ったジャガイモはより早く緑色に変わります。 ジャガイモが緑色に変色すると元に戻すことはできないため、販売する前に選別する必要があります。
最新の発光ダイオード (LED) 技術は、ジャガイモ生産の収穫後のすべての段階でソラニンの生成を防止する新たな可能性を切り開きます。 520~540 nmのスペクトルで動作するジャガイモ産業向けの特別なランプを連続生産しました(図12)。 人間の目には緑色として認識される光は、クロロフィルとソラニンの形成を効果的に防止するため、保管中やさらなる加工中にジャガイモの価値を保つための決定的な要素となります。 このようなランプは、包装されたジャガイモの販売前準備および販売前保管の分野で特に効果的です。 そしてもう XNUMX つの一般的なルールは、湿気により皮膚に当たる光の強さが増すため、保管温度を合理的に低く保ち、ジャガイモを乾燥した状態に保つことです。
包装材の種類と色は、HCA の蓄積の強さに影響します。 マーケティングや広告はさておき、ジャガイモは光にさらされないよう、濃い色の紙や黒いビニール袋に詰めるのが最善です。 敏感なジャガイモ品種の包装材料の全光線透過率は 0,02 W/m2 未満であるべきであるという推奨さえあります。 このような低レベルの光透過は、アルミニウムを含む XNUMX 層の黒いプラスチックでパッケージ化された場合にのみ可能です。 緑色のセロハン観察バッグは緑化を抑制し、ソラニンの形成を促進しません。 ジャガイモの小売販売に関しては、そのような推奨が善意の範疇に入るのは明らかです。 取引されるパッケージの色は、販売促進の観点からのみ選択されます。
小売店の照明条件も標準化することが困難です。 525 ~ 575 nm のスペクトルで HCA の蓄積と緑化が最も少ないという事実に基づいて照明を設計する営利企業はほとんどありません。 勤務時間外にジャガイモを遮光材で覆うといった必要かつ簡単な保護方法さえ、店ではほとんど実施されていない。
上記の要約は、ジャガイモ塊茎におけるグリコアルカロイドの蓄積を制御するためのすべての効果的な予防法をリストしています。 より根本的な中和手段を見つけるために多くの試みがなされてきました。油、ワックス、界面活性剤、化学薬品、成長調節剤、さらには電離放射線による処理も含まれており、多くの場合高い効果が示されています。 しかし、これらの方法は、複雑さ、高コスト、環境問題のため、実際には使用されていません。
ゲノムを編集し、クロロフィルとHCAの合成遺伝子を「オフ」にする新技術の支持者らは、明るい見通しを宣言している。 これらの研究は多くの国で積極的かつ徹底的に実施されており、この技術はGMO品種として分類されておらず(ロシア連邦では分類されている)、このテーマに関する多くの出版物がありますが、これまでのところ話す必要はありません実践的な成果について。 これまでに提案された多くの革新的な育種法と同様に、ゲノム編集の可能性による最初の幸福感は、徐々に代謝プロセスの極度の複雑さの認識に取って代わられます。 GCAの合成に関連するすでに同定されたプロセスとこれらのプロセスに関与するジャガイモ遺伝子をリストした図を見るだけで十分です(図13)。 この図は明瞭であるにもかかわらず、この問題を取り上げた熱心な研究者グループは、多数の遺伝子とそれらによって合成される産物の間のこのような複雑な相互作用プロセスを管理することにまだ成功していない。 一見純粋に特異的な単一遺伝子をブロックすると、特定のレベルのグリコアルカロイドに予想される変化が生じるだけでなく、編集作業が設定されていなかった他の生化学産物の形成にも重大な変化がもたらされます。
しかし、将来のゲノム編集の成功を待たなくても、現在栽培されている市販のジャガイモ品種はすべて、通常の条件下ではグリコアルカロイドの含有量が低く、絶対に安全なグリコアルカロイドを含んでいます。これは、何十年にもわたる古典的な育種研究でこの指標が一貫して減少しているためです。 クロロフィルの蓄積と皮の緑化の速度が比較的遅い品種に関しては、これは欠点ではなく、拒否する理由でもありません。 しかし、ジャガイモを販売する場合、塊茎が過度に長時間光にさらされ、その結果、明らかな緑化がない場合に予想外に苦い味がするという購入者のクレームを防ぐために、この品種には特殊性があることを業界団体に正式に通知する必要があります。