Качественные показатели клубней – одно из основных направлений селекции картофеля на Среднем Урале

Е.П. Шанина, Е.М. Клюкина

ГНУ Уральский НИИСХ, г. Екатеринбург

 

Одним из определяющих факторов конкурентоспособности и целевого использования сорта картофеля остается его качество, которое обусловлено наличием и соотношением в клубнях химических компонентов. Качество – главный критерий производства любого вида продукции, в том числе и картофеля. Можно вырастить высокий урожай, а эффективность окажется нулевой, если клубни будут иметь низкие потребительские показатели. По этой причине в селекции картофеля на Среднем Урале большое внимание всегда уделялось и уделяется вопросам улучшения биохимического состава клубней: повышению содержания в клубнях сухого вещества, крахмала, сырого протеина, витамина С, снижению редуцирующих сахаров и нитратов.

Вновь выводимые сорта должны отличаться не только высокими качественными показателями, но и количественными, вне зависимости от условий выращивания. Эти вопросы не могут быть решены без оценки селекционного материала по биохимическим показателям.

В аналитической лаборатории института ежегодно исследуется от 50 до 250 образцов картофеля различных групп спелости. В клубнях определяется содержание сухого вещества, крахмала, сырого протеина, суммарного белка, витамина С, редуцирующих сахаров, нитратов, тяжелых металлов, аминокислот.

Известно, что биохимический состав клубней картофеля, наряду с высокой генотипической обусловленностью, в значительной степени зависит от почвенно-климатических условий, поэтому селекция предусматривает создание генотипов не только с высокими качественными показателями, но и их стабильностью.

Наиболее экологически устойчивым показателем считается  содержание в клубнях крахмала, коэффициент вариации которого в среднем за годы испытания в зависимости от сорта составил 1,5-17,9% (таблица 1).

Таблица 1 – Коэффициенты вариации биохимических показателей клубней картофеля по сортам, % (2006-2010 гг.)

Сорт

Крахмал

Протеин

Сахара

Витамин С

Нитраты

Лидер

13,7

17,2

68,7

24,2

64,0

Барон

17,3

18,1

41,7

20,7

47,1

Взрыв

6,6

10,8

62,8

27,3

86,8

Югра

15,5

22,2

35,6

19,6

69,1

Каменский

8,6

12,1

11,7

31,7

61,4

Ирбитский

15,8

20,9

18,7

22,8

68,5

Отрада

17,9

21,5

30,9

18,7

50,4

Табор

13,7

12,0

34,5

18,0

48,0

Маяк

13,4

16,7

23,8

18,8

60,5

0-8-38

15,9

13,4

25,7

22,6

58,5

01-6-22

17,2

18,1

15,0

24,7

87,2

03-9-1

11,0

18,8

40,9

26,9

73,7

04-41-20

3,0

8,0

26,2

10,4

27,1

05-22-35

5,6

8,7

5,6

25,3

32,1

05-15-7

16,8

6,9

5,7

27,1

32,7

05-15-40

1,5

2,0

3,2

9,7

39,5

 

Средняя степень варьирования характерна для протеина (V – 2,0-22,2%) и витамина С (V – 9,7-31,7%). В зависимости от условий выращивания значительно изменяется накопление нитратов (V – 27,1-87,2%) и сахаров (2,4-68,7%).

В результате исследований установлено, что к наиболее стабильным биохимическим показателям на Среднем Урале относятся содержание в клубнях сухого вещества, крахмала, протеина, вкусовые качества; самые нестабильные – содержание сахаров и нитратов.

Дождливая погода в августе 2009 года (осадков 169% к норме) способствовала низкому накоплению нитратов в клубнях картофеля (20-140 мг/кг) и витамина С (12,1-16,5 мг%). В засушливом 2010 году, когда осадков за 10°-ный период выпало 226 мм, или 80% от нормы (в августе 85%) резко повысилось содержание нитратов (222-303 мг/кг) и увеличилось содержание белка в клубнях, например, у гибрида 05-6-3 до 4,12%. Такая разница биохимического состава по годам объясняется не только экологической неустойчивостью сортов, но и подтверждает отрицательное влияние резких колебаний температурного режима и влажности по годам и периодам роста растений.

Большое влияние на качество картофеля оказывают условия хранения, при которых важно сохранить питательные вещества в максимальном количестве. После шести месяцев хранения проведена оценка сортов и перспективных номеров по биохимическим показателям. Выявлено, что содержание протеина изменилось незначительно (рисунок 1).

 

 

Рисунок 1 – Содержание протеина в клубнях картофеля после шести месяцев хранения (2009-2010 гг.)

Содержание сахаров оказывает существенное влияние на вкусовые, кулинарные и технологические свойства картофеля. Накопление сахаров в картофеле, при оптимальной для ранних сортов температуре хранения 2-3ºС, обусловлено скоростью реакции углеводного обмена – распадом крахмала до сахаров. В нашем случае оценка клубней проводилась без рекондиционирования; у двух сортов Барон и Каменский наблюдается незначительное накопление сахаров (рисунок 2). Существенное ухудшение цвета и других технологических свойств картофеля наступает уже при содержании сахаров 1,0-1,5%; при 2,0% ощущается сладкий привкус.

 

 

Рисунок 2 – Содержание сахара в клубнях картофеля после шести месяцев хранения (2009-2010 гг.)

Картофель считается важным источником необходимого для нас витамина С, содержание которого варьирует в опытах от 9,1 до 31,7 мг% в зависимости от сорта и условий произрастания. В период зимнего хранения происходит незначительное снижение витамина С в клубнях – на 2,9-5,0 мг% (рисунок 3).

Накопление в клубнях картофеля нитратов зависит от генотипа и метеорологических условий года. В наших опытах после шести месяцев хранения значительно уменьшилось содержание нитратов у сортов –Каменский, Ирбитский и гибрида 0-8-38, практически на одном уровне остался данный показатель у сорта Табор (рисунок 4).

 

 

Рисунок 3 – Содержание витамина С в клубнях картофеля после шести месяцев хранения (2009-2010 гг.)

 

Рисунок 4 – Содержание нитратов в клубнях картофеля после шести месяцев хранения (2009-2010 гг.)

Изучая качественные показатели, особое внимание уделяли  накоплению тяжелых металлов в клубнях. К токсичным отнесены следующие тяжелые металлы: кобальт, никель, медь, цинк, кадмий, ртуть, свинец, молибден, марганец. Однако многие микроэлементы, такие как медь, цинк, кобальт, молибден, марганец – очень важны для жизни растений, они имеют большое значение в процессах метаболизма.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) тяжелых металлов в клубнях картофеля, согласно гигиеническим требованиям к качеству: Zn (цинк) – 10,0 мг/кг, Cu (медь) – 5,0, Cd (кадмий) – 0,03, Pb (свинец) – 0,5 мг/кг. У всех изучаемых сортов накопление цинка, меди, свинца намного ниже ПДК (у сорта Югра свинец вообще не обнаружен), содержание кадмия – в пределах нормы (таблица 2).

Таблица 2 – Содержание тяжелых металлов в клубнях картофеля, мг/кг (2006-2008 гг.)

Сорт

Цинк

Медь

Кадмий

Свинец

 

 

Ранняя группа

 

 

Барон (st.)

3,00

0,91

0,03

0,13

Алмаз

3,26

0,89

0,02

0,24

Лидер

3,18

0,97

0,02

0,11

 

 

 Среднеранняя

группа

 

Невский (st.)

3,27

0,85

0,03

0,12

Югра

3,00

0,81

0,03

0

Взрыв

2,49

0,96

0,03

0,14

Каменский

3,35

0,90

0,03

0,13

Табор

2,78

1,16

0,03

0,12

 

 

 Среднеспелая

группа

 

Гранат (st.)

2,84

0,98

0,03

0,25

Банкир

2,34

0,91

0,03

0,26

 

Протеин. Белок картофеля по биологической ценности высокопитательный и превосходит многие другие сельскохозяйственные культуры. Обычно считают, что в курином яйце содержится наиболее полноценный белок. Если биологическую питательную ценность белка куриного яйца принять за 100%, то переваримость белка пшеницы составляет в среднем 64%, а белка картофеля – 85%. 

Все сорта нашей селекции отличаются средней и высокой белковостью. Максимальное содержание суммарного белка отмечено в 2010 г. у гибридов 05-6-3 (4,12%), 05-10-44 (4,00%), у сортов Отрада (3,81%), Лидер (3,50%).

В разные по погодным условиям годы сорта и гибриды имели различные показатели содержания белка в клубнях картофеля: в 1999 г. – средний показатель по всем изученным образцам составил – 2,40%; 2000 г. – 2,45%; 2001 – 2,92%; 2002 г. – 2,67%; 2003 г. – 2,64%; 2004 г. – 2,74%; 2005 г. – 2,97%; 2006 г. – 2,51%; 2007 г. – 2,87%; 2008 г. – 2,72%; 2009 г. – 2,53%; 2010 г. – 3,28%.

Питательная ценность белка зависит от его сбалансированности по аминокислотному составу. В состав белка входят следующие аминокислоты: лизин, гистидин, аргинин, аспарагиновая кислота, треонин, серин, глутаминовая кислота, пролин, глицин, аланин, валин, изолейцин, лейцин, тирозин, фенилаланин. В среднем около 1/3 общего аминокислотного состава клубней картофеля составляют незаменимые аминокислоты, из которых больше всего валина, аргинина, лизина и фенилаланина. Основное содержание заменимых аминокислот составляет аспарагиновая и глутаминовые кислоты. Значение незаменимых аминокислот не ограничивается их участием в синтезе тканевых белков. Каждая из них, помимо этого, выполняет в организме важные и сложные функции.

Валин необходим для метаболизма в мышцах, восстановления поврежденных тканей и для поддержания нормального обмена азота в организме.

Лизин относится к наиболее важным незаменимым аминокислотам, он является ростовым фактором. Недостаток его в пище приводит к нарушению процессов кроветворения, снижению количества эритроцитов и содержания в них гемоглобина, нарушается азотистое равновесие. Необходим для номального формирования костей и роста детей, способствует усвоению кальция и поддержанию нормального обмена азота у взрослых.

Фенилаланин – исходный материал для синтеза гормонов щитовидной железы и меланина, участвует в процессе синтеза глюкозы. Влияет на настроение, улучшает память и способность к обучению.

Лейцин активизирует эндокринную систему. Несколько понижает уровень сахара в крови и стимулирует выделение гормона роста.

Изолейцин необходим для синтеза гемоглобина, стабилизирует и регулирует уровень сахара в крови и процессы энергообеспечения. Отсутствие его в пище приводит к нарушению азотистого баланса, который означает количественную разницу между введением с пищей азота и выведением его в виде конечных продуктов азотистого обмена.

Треонин необходим для физического развития организма. Важная роль в усвоении пищевого белка.

Триптофан является ростовой аминокислотой, связан также с обменом никотиновой кислоты (витамин РР), необходим для ее синтеза в организме. Регулирует функции центральной нервной системы, системы кровообращения и иммунной системы.

Метионин учавствует в синтезе гемоглобина, регуляции функции щитовидной железы, способствует росту. Незаменимые аминокислоты для детей – аргинин и гистидин, они необходимы для нормального роста и развития.

Каждый белок в организме уникален и существует для специальных целей. Они синтезируются в организме из аминокислот, которые образуются в результате расщепления белков, находящихся в пищевых продуктах. Таким образом, именно аминокислоты, а не сами белки – наиболее ценные элементы питания.

Данные биохимического анализа 22 перспективных сортов и гибридов показали, что содержание некоторых (аргинин, тирозин, фенилаланин) аминокислот в клубнях картофеля значительно зависят от генотипа.

По содержанию аминокислот выделяются аспарагиновая кислота и глутаминовая кислота, меньше всего содержится в клубнях картофеля гистидина (0,136-0,268%) и глицина (0,132-0,221%). Незаменимые аминокислоты триптофан и метионин присутствовали в испытуемых образцах в незначительном количестве и, если в 2009 году были отмечены следы триптофана (0,024-0,057%), то в 2010 г. ни триптофана, ни метионина выделено не было.

 

На примере трех разных сортов показаны различия по аминокислотному составу. Сорт Лидер с белой мякотью и белой кожурой содержит аспарагиновой кислоты 1,77%, глутаминовой кислоты 1,44%, незначительное количество гистидина 0,176% и глицина 0,177%. У гибрида 04-41-20 с синей кожурой и светло-желтой мякотью, аспарагиновой кислоты больше – 2,09%, чем у сорта Лидер, глутаминовой кислоты на том же уровне – 1,43%; значительно больше содержание гистидина, глицина, лейцина, фенилаланина. Гибрид 08-49-3 отличается не только синей кожурой, но и синей мякотью. В данном случае наблюдается снижение количества незаменимых аминокислот: лизина (0,3%), треонина (0,189%), лейцина (0,284%) и остаточные признаки валина; содержание фенилаланина повышенное – 0,862%..

По сумме всех аминокислот выделяется гибрид 04-41-20 – 8,31%, который отличается синей окраской кожуры, у этого же гибрида самая высокая сумма незаменимых аминокислот – 2,53%, содержание протеина – 2,89%, выше среднего показателя по сортообразцам. Низкое содержание незаменимых аминокислот наблюдается у гибридов с синей мякотью 08-49-3 (1,84%), 09-49-5 (1,82%) (таблица 3).

Таблица 3 – Сумма аминокислот и процентное соотношение к протеину (2009-2010 гг.)

Сорт

Содержание протеина, %

Сумма всех аминокислот, %

Сумма незаменимых аминокислот, %

% аминокислот к протеину

Лидер

2,97

7,28

2,09

40,8

Барон

2,84

6,34

1,89

44,8

Взрыв

2,50

5,90

1,63

42,4

Югра

2,81

6,95

2,19

40,4

Каменский

2,72

6,54

2,05

41,6

Ирбитский

2,78

6,86

1,98

40,5

Отрада

3,28

6,52

1,99

50,3

Табор

2,47

7,03

2,36

35,1

Маяк

2,72

6,11

1,94

44,5

0-8-38

2,90

6,50

2,01

44,6

01-6-22

2,63

7,54

2,26

34,9

03-9-1

2,81

5,39

1,76

52,1

04-41-20

2,89

8,31

2,53

34,8

05-22-35

2,87

6,50

2,04

44,1

05-15-7

2,66

6,00

2,10

44,3

05-15-40

3,06

7,15

2,47

42,8

08-49-3

2,62

6,64

1,84

39,4

08-49-5

2,19

5,83

1,82

37,6

 

При расчете корреляционных связей между отдельными аминокислотами и содержанием крахмала, протеина, витамина С и сахаров в клубнях картофеля наблюдается закономерность в том, что на количество отдельных аминокислот значительное влияние оказывает содержание протеина (таблица 4).

Таблица 4 – Коэффициенты корреляции между аминокислотами и отдельными качественными показателями клубней картофеля (2009-2010 гг.)

Аминокислота

Протеин

Крахмал

Витамин С

Сахара

Лизин*

0,245

0,164

-0,542

-0,089

Гистидин

0,322

0,275

-0,294

-0,018

Аргинин

0,227

-0,336

-0,269

0,141

Аспарагиновая кислота

0,430

0,236

-0,549

0,017

Треонин*

0,336

0,237

-0,478

-0,058

Серин

0,436

0,294

-0,396

-0,002

Глутаминовая кислота

-0,219

-0,424

0,509

-0,005

Пролин

-0,363

-0,134

-0,862

0,03

Глицин

0,363

0,262

-0,389

-0,067

Аланин

-0,092

-0,342

0,553

0,265

Валин*

0,518

0,437

-0,882

-0,047

Изолейцин*

0,328

0,053

-0,292

-0,011

Лейцин*

0,370

0,273

-0,336

-0,154

Тирозин

-0,363

-0,133

0,365

0,294

Фенилаланин*

-0,338

-0,534

0,685

-0,141

* – незаменимые аминокислоты

Выявлены среднеположительные связи со следующими аминокислотами: лизин (r=0,245), гистидин (r=0,322), аспарагиновая кислота (r=0,430), треонин (r=0,336), серин (r=0,436), глицин (r=0,363), изолейцин (r=0,328), лейцин (r=0,370); у валина теснота связи – r=0,518.

Высоко положительная корреляция отмечена между содержанием витамина С и глутаминовой кислотой (r=0,509), аланином (r=0,553), фенилаланином (r=0,685). Средневыраженная корреляция между содержанием сахаров с аланином (r=0,265) и тирозином (r=0,294).

Повышенное содержание отдельных аминокислот в сочетании с редуцирующими сахарами в значительной степени определяет пригодность сортов картофеля к промышленной переработке. Поэтому определение содержания аминокислот в клубнях имеет большое научное и практическое значение.

Файл: Файл не загружен