Sergey Banadysev, Doutor em Ciências Agrícolas,
LLC "Doka - Gene Technologies"
Nesta temporada, há sinais de consumidores sobre o sabor amargo das batatas sem esverdeamento visível dos tubérculos. A razão para o sabor amargo é o conteúdo de glicoalcalóides acima de 14 mg/100 g.
Glicoalcalóides (GCAs) são substâncias tóxicas de ocorrência natural, de sabor amargo e resistentes ao calor em muitas espécies de plantas, incluindo batatas. Eles têm propriedades fungicidas e pesticidas e são uma das defesas naturais das plantas.
Já está provado que os glicoalcalóides da batata em concentrações terapêuticas possuem muitas propriedades benéficas para a saúde humana: antitumoral, antimalárica, antiinflamatória, etc. um tópico separado para publicações, e o objetivo é resumido abaixo. informações - delinear as opções disponíveis para evitar o acúmulo excessivo de glicoalcalóides em batatas de consumo.
Os principais HCAs contidos nos tubérculos de batata são a α-solanina e a α-chaconina (Fig. 1), que representam cerca de 95% do conteúdo total de glicoalcalóides nesta espécie vegetal.
A solanina e a chaconina são alcaloides esteróides contendo nitrogênio que carregam a mesma aglicona, a solanidina, mas diferem na cadeia lateral do trissacarídeo. O trissacarídeo na α-solanina é galactose, glicose e ramnose, enquanto na α-chaconina é glicose e dois resíduos.
ramnose. Um tubérculo de batata comum contém em média 10-150 mg/kg de glicoalcalóides, enquanto um verde contém 250-280 mg/kg e uma casca verde contém 1500-2200 mg/kg. O conteúdo de glicoalcalóides em tubérculos de batata comercial é relativamente baixo, e
distribuição dentro do tubérculo não é uniforme. Os níveis mais altos estão limitados à casca, enquanto os níveis mais baixos são encontrados na área central. O HCA é sempre encontrado em tubérculos e, em doses de até 100mg/kg, eles se combinam para contribuir para o bom sabor das batatas.
Batatas fritas e batatas fritas normalmente contêm níveis de HCA de 0,04-0,8 e 2,3-18 mg/100 g de produto, respectivamente. Os produtos de casca são relativamente ricos em glicoalcalóides (56,7-145 e 9,5-72 mg/100 g de produto, respectivamente). A produção de produtos de batata inclui lavagem, descascamento, corte, branqueamento, secagem e fritura. A maior quantidade de glicoalcalóides é removida durante a limpeza, branqueamento e fritura, e as batatas fritas prontas para consumo contêm apenas 3-8% de glicoalcalóides em comparação com as matérias-primas, sendo que a principal destruição do HCA ocorre durante a fritura. Está provado que o descascamento geralmente remove a maioria dos glicoalcalóides em tubérculos comestíveis. As batatas cozidas com casca podem tornar-se mais amargas do que as que não foram descascadas devido à migração de glicoalcalóides para a carne durante o processo de cozimento. A fervura reduz o teor de HCA apenas em 20%, o cozimento em forno e micro-ondas não reduz o teor de glicoalcalóides, pois a temperatura crítica para a decomposição do HCA é de cerca de 170°C.
Casos de envenenamento por HCA em batatas em toda a história das observações são raros. No entanto, possíveis sintomas como náuseas, vômitos, diarreia, cólicas estomacais e abdominais, dor de cabeça, febre, pulso rápido e fraco, respiração rápida e alucinações devem ser mencionados. A dose tóxica de HCA para humanos é de 1-5 mg/kg de peso corporal, e a dose letal é de 3-6 mg/kg de peso corporal quando administrado por via oral. Portanto, os países produtores de batata mais desenvolvidos estabeleceram limites para glicoalcalóides de 20 mg/100 g de peso fresco e 100 mg/100 g de peso seco como limites seguros em tubérculos comestíveis.
Sabe-se que tubérculos de batata com HCA 14 mg/100 g já são levemente amargos, enquanto
a queimação na garganta e na boca é causada por concentrações superiores a 22 mg/100 g. Portanto, a melhor orientação para o consumidor é: "Se a batata estiver com gosto amargo, não coma".
Na fase de cultivo, armazenamento e comercialização da batata, é importante prevenir a acumulação de concentrações potencialmente perigosas de HCA nos tubérculos.
O acúmulo de HCA ocorre inevitavelmente nos tubérculos, mas é repetidamente ativado sob a influência da luz solar. A iluminação também leva à formação de clorofila e ao esverdeamento resultante da casca dos tubérculos. Estes são processos independentes com diferentes consequências. A clorofila é absolutamente inofensiva e insípida. Ao mesmo tempo, o esverdeamento sinaliza uma exposição prolongada à luz e, conseqüentemente, o acúmulo de glicoalcalóides que ocorreu. Batatas que ficaram verdes geralmente não são vendidas ou retiradas das prateleiras assim que a mudança de cor se torna perceptível. O alto teor de glicoalcalóides causa reclamações dos consumidores e reduz o valor comercial dos produtos vendidos. Um caso difícil observado na atual temporada, ou seja, o sabor amargo das batatas sem sinais de esverdeamento visível, merece uma explicação à parte e análise das possíveis causas.
Uma vez que o esverdeamento da batata é a principal causa de deterioração da qualidade da batata no processo de comercialização e um problema comercial significativo, todas as características desse fenômeno foram estudadas com bastante profundidade. Ao mesmo tempo, muitas informações especializadas também foram obtidas sobre o acúmulo de HCA em tubérculos. Como os caules subterrâneos, os tubérculos de batata são órgãos vegetais não fotossintéticos que não possuem o mecanismo da fotossíntese. No entanto, após a exposição à luz, os amiloplastos contendo amido são convertidos em cloroplastos nas camadas celulares periféricas do tubérculo, o que causa o acúmulo do pigmento fotossintético verde clorofila. O esverdeamento dos tubérculos pode ser influenciado por fatores genéticos, culturais, fisiológicos e ambientais, incluindo profundidade de plantio, idade fisiológica dos tubérculos, temperatura, níveis de oxigênio atmosférico e condições de iluminação. Os principais fatores que influenciam o nível de esverdeamento e acúmulo de glicoalcalóides são a intensidade e composição espectral da luz, temperatura, características genéticas das variedades.
A síntese de clorofila e HCA no tubérculo ocorre sob a influência de comprimentos de onda de luz visível de 400 a 700 nm (Fig. 2). Segundo os pesquisadores, a síntese de clorofila apresenta um máximo em 475 e 675 nm (regiões azul e vermelha, respectivamente), enquanto a síntese máxima de α-solanina e α-chaconina ocorre em 430 nm e 650 nm. A síntese de clorofila é mínima em 525-575 nm, enquanto o HCA acumula minimamente em 510-560 nm (área verde). Essas diferenças confirmam a hipótese de caminhos diferentes para a biossíntese de clorofila e HCA. A concentração de clorofila em tubérculos de batata expostos à luz azul (0,10 W/m2) foi três vezes maior após 16 dias de armazenamento em comparação com batatas expostas à luz azul.
exposto à luz vermelha (0,38 W/m2). As lâmpadas fluorescentes (7,5 W/m2) emitem 1,9 vezes mais luz azul (400-500 nm) do que as lâmpadas LED (7,7 W/m2), enquanto as lâmpadas LED emitem 2,5 vezes mais luz vermelha (620-680 nm) do que as lâmpadas fluorescentes. Portanto, a substituição de lâmpadas fluorescentes por lâmpadas LED em supermercados pode reduzir a ingestão dos comprimentos de onda azuis mais prejudiciais.
Os tubérculos de batata armazenados no escuro não contêm clorofila. Depois de entrar na luz, literalmente dentro de algumas horas, genes específicos são ativados para produzir uma cadeia de produtos de síntese de clorofila e HCA. As tecnologias de análise molecular permitem identificar a estrutura dos genes, e descobriu-se que os mecanismos de controle genético desses processos têm especificidade varietal. A influência de lâmpadas LED monocromáticas com composição espectral diferente e estreita foi estudada. A regulação luminosa do paisagismo de tubérculos de batata foi realizada sob iluminação constante fornecida por diodos emissores de luz (LEDs). Os comprimentos de onda de luz B (azul, 470 nm), R (vermelho, 660 nm) e FR (vermelho distante, 730 nm) e WL (branco, 400-680 nm) foram usados por 10 dias. Os comprimentos de onda azul e vermelho foram eficazes para a indução e acúmulo de clorofila, carotenóides e os dois principais glicoalcalóides da batata, α-solanina e α-chaconina, enquanto nenhum deles se acumulou no escuro ou sob luz vermelha intensa. Genes-chave para a biossíntese da clorofila (HEMA1, que codifica a enzima limitante da taxa de glutamil-tRNA redutase, GSA, CHLH e GUN4) e seis genes (HMG1, SQS, CAS1, SSR2, SGT1 e SGT2) necessários para a síntese de glicoalcalóides também foram induzidos em luz branca, azul e vermelha, mas não no escuro ou com luz vermelha distante (Fig.3,4,5). Esses dados indicam o papel dos fotorreceptores criptocrômicos e fitocrômicos no acúmulo de clorofila e glicoalcalóides. A contribuição do fitocromo foi ainda apoiada pela observação de que a luz vermelha distante pode inibir o acúmulo de clorofila e glicoalcalóides induzido pela luz branca e a expressão gênica associada.
Diferentes variedades de batatas produzem clorofila e cor verde em taxas diferentes, o que foi confirmado por muitos estudos. Por exemplo, a Noruega identificou diferenças nas mudanças aparentes de cor entre cultivares e desenvolveu escalas de classificação subjetiva separadas para diferentes cultivares com base em medições precisas de clorofila e cor. Mudanças visuais de cor de quatro variedades de batatas armazenadas por 84 horas sob iluminação LED são mostradas na Fig. 6.
A cultivar Asterix de casca vermelha (Fig. 6a) apresentou um aumento significativo no ângulo matiz, passando de vermelho para marrom, enquanto a cultivar amarela Folva (Fig. 6b) mudou de verde-amarelo para amarelo-esverdeado. A Celandie amarela (Fig. 6c) apresentou a menor alteração de todos os parâmetros de cor após a exposição à luz, enquanto a variedade amarela Mandel (Fig. 6d) mudou de cor significativamente, de amarelo para acinzentado. Em formato digital, o gráfico da mudança de cor de diferentes variedades de batatas à luz fica assim (Fig. 7).
Neste ensaio, todas as variedades, exceto Mandel, mostraram um aumento significativo nos glicoalcalóides totais após mais de 36 horas de exposição à luz. Mas a dinâmica das mudanças e o nível de conteúdo de HCA diferem significativamente em diferentes variedades: Asterix - de 179 a 223 mg/kg, Nansen - de 93 a 160 mg/kg, Rutt - de 136 a 180 mg/kg, Celandin - de 149 a 182 mg/kg, Folva - de 199 a 290 mg/kg, Hassel - de 137 a 225 mg/kg, Mandel - sem alteração (192-193) mg/kg.
Na Nova Zelândia, toda a variedade nacional de batatas foi avaliada pela intensidade do greening. Os resultados mostraram que a quantidade de clorofila nos tubérculos após 120 horas de iluminação em diferentes variedades difere em uma ordem de grandeza - de 0,5 a 5,0 mg (Fig. 8).
Conclusões práticas importantes decorrem dessas informações especializadas. Sob a influência da luz, a clorofila é produzida na batata, o que confere à polpa uma cor verde e à casca uma tonalidade esverdeada ou acastanhada. Diferentes variedades de batatas desenvolvem diferentes formas de descoloração e em diferentes taxas. A composição espectral da luz altera um pouco a dinâmica do acúmulo de clorofila, mas a opção de usar o espectro do vermelho distante, assim como a escuridão (que não leva ao acúmulo de clorofila), não é relevante para as lojas que vendem batatas. Existem variedades que acumulam 10 vezes menos clorofila nas mesmas condições de iluminação. A dinâmica de acúmulo de glicoalcalóides difere da dinâmica de greening. A principal diferença é que a quantidade inicial de HCA nos tubérculos antes da entrada no comércio e no início da iluminação intensiva não é igual a zero, ao contrário da clorofila, e pode ser bastante significativa. A baixa intensidade de esverdeamento de muitas variedades predetermina uma presença mais longa de batatas nas prateleiras das lojas, o que leva a um maior acúmulo de HCA.
Como as queixas de sabor amargo não ocorrem todos os anos, é necessário descobrir outras razões para o aumento do teor de glicoalcalóides nos tubérculos que não sejam devidas à iluminação ou às características varietais na fase de implementação. Na prática, a relação funcional entre o greening e o acúmulo de glicoalcalóides significa a necessidade de analisar as causas do greening. Fatores de produção que afetam o esverdeamento e o acúmulo de HCA:
- Condições de crescimento: Por serem caules subterrâneos, os tubérculos podem naturalmente tornar-se verdes no campo com cobertura insuficiente do solo, através de fissuras no solo, ou como resultado da erosão do solo pelo vento e/ou irrigação. Com isso em mente, as batatas devem ser plantadas em profundidade suficiente, mantendo a umidade do solo suficiente para garantir uma emergência rápida e uniforme. Um aumento proporcional na intensidade do esverdeamento dos tubérculos ocorre com o aumento da norma de nitrogênio no solo de 0 para 300 kg/ha. Ao mesmo tempo, os pesquisadores observam que a dupla norma de nitrogênio durante o cultivo aumenta o conteúdo de glicoalcalóides em 10% em algumas variedades. Qualquer fator ambiental que afete o crescimento e o desenvolvimento de plantas da família das beladonas provavelmente afetará o conteúdo de glicoalcalóides. Clima, altitude, tipo de solo, umidade do solo, disponibilidade de fertilizantes, poluição do ar, tempo de colheita, tratamentos com pesticidas e exposição à luz solar são fatores importantes.
- Maturidade do tubérculo na colheita O efeito da maturidade na colheita na freqüência de esverdeamento é controverso. Batatas jovens com casca lisa e fina podem ficar verdes mais rapidamente do que tubérculos mais maduros. As variedades de maturação precoce podem apresentar maior acúmulo de glicoalcalóides do que os tubérculos de maturação tardia, mas há evidências em contrário em estudos específicos.
- A lesão dos tubérculos não afeta de forma alguma o acúmulo de clorofila, mas provoca o acúmulo de HCA (o nível de HCA aumenta tanto quanto com a exposição à luz (Fig. 9).
- Condições de armazenamento. Tubérculos armazenados em baixas temperaturas são menos suscetíveis ao esverdeamento e ao acúmulo de HCA. Tecidos de casca de batata a 1 e 5°C sob luz fluorescente não apresentaram mudança de cor após 10 dias de armazenamento, enquanto tecidos armazenados a 10 e 15°C tornaram-se verdes a partir do quarto e segundo dias, respectivamente. Uma temperatura de armazenamento de 20°C sob iluminação provou ser ideal para a produção de clorofila, comparável à maioria das lojas de varejo. Os glicoalcaloides se acumulam duas vezes mais rápido a 24°C do que a 7°C em uma sala escura, e a luz acelera ainda mais esse processo.
- Materiais de embalagem. A escolha da embalagem para lojas de varejo é um fator crítico no controle do esverdeamento e acúmulo de HCA. Materiais de embalagem transparentes ou translúcidos estimulam o esverdeamento e a síntese de HCA, enquanto embalagens escuras (ou verdes) retardam a degradação.
Com base nas regularidades comprovadas experimentalmente, podemos concluir com segurança que o maior teor de glicoalcalóides nos tubérculos de batata da safra atual em comparação com o nível usual se deve a condições desfavoráveis para a formação da cultura. Um longo período de calor e seca em julho - início de setembro atrasou a maturação dos tubérculos e a absorção de nitrogênio, o solo nas cristas dos campos sem irrigação rachou. O início da colheita ocorreu em um contexto de solo excessivamente seco e grande número de torrões duros, o que levou ao aumento da lesão dos tubérculos. Posteriormente, o ritmo da colheita diminuiu devido ao excesso de chuvas. Campos após a dessecação, ou seja, sem sombrear a superfície do solo, esperaram muito tempo pela colheita. Essas condições desfavoráveis contribuíram tanto para o esverdeamento dos tubérculos quanto para a formação de quantidades de HCA acima do normal.
As formas mais eficazes de prevenir a acumulação indesejada de glicoalcalóides resumem-se a uma limitação severa da exposição dos tubérculos à luz durante o cultivo, armazenamento e comercialização, especialmente no contexto de altas temperaturas. Práticas agrícolas como a profundidade de plantio correta, a formação de sulcos volumosos e as taxas ideais de fertilizantes são usadas regularmente nas modernas tecnologias de produção de batata. Os tubérculos imaturos contêm níveis mais elevados de solanina do que os tubérculos maduros. Portanto, é muito importante não colher cedo, secar os caules de forma confiável e permitir tempo suficiente (duas a três semanas) para que os tubérculos amadureçam. Garantido para evitar rachaduras dos cumes só é possível com a ajuda de irrigação periódica oportuna e suficiente. É possível reduzir as conseqüências das rachaduras na pré-colheita, após a introdução de dessecantes, por meio do rolamento dos camalhões. Para isso, são produzidas em série máquinas especiais para cumeeiras rolantes, por exemplo, GRIMME RR 600, existem opções para combinação com desfolhadores (Fig. 10). No entanto, na Federação Russa, eles ainda são usados muito raramente. Ao mesmo tempo, este método agrícola é simples, barato, produtivo e eficaz. O nível de HCA é fortemente influenciado pelos efeitos combinados da qualidade, duração e intensidade da luz. A clorofila é verde porque reflete a luz verde enquanto absorve vermelho-amarelo e azul. A formação de clorofila é mais intensa sob iluminação azul e vermelho-alaranjado (Fig. 11). Sob iluminação verde, o esverdeamento da batata praticamente não ocorre e, sob luz azul ou ultravioleta, ocorre em grau fraco. As luzes fluorescentes causam mais vegetação do que as lâmpadas incandescentes. Seções, compartimentos de armazenamento para batatas devem ser pouco iluminados e frescos. A exposição dos tubérculos armazenados à luz solar deve ser evitada. Use lâmpadas incandescentes de baixa voltagem e não as deixe acesas por mais tempo do que o necessário. O solo na superfície dos tubérculos fornece alguma proteção contra exposição à luz e paisagismo. Batatas lavadas ficam verdes mais rápido. Uma vez que a batata fica verde, ela é irreversível e deve ser separada antes da venda.
A moderna tecnologia de diodo emissor de luz (LED) abre novas possibilidades para prevenir a formação de solanina em todos os estágios pós-colheita da produção de batata. Lâmpadas especiais produzidas em série para a indústria da batata, operando no espectro de 520-540 nm (Fig. 12). A luz, percebida como verde pelo olho humano, impede eficazmente a formação de clorofila e solanina e é, portanto, um fator decisivo para preservar o valor das batatas durante o armazenamento e posterior processamento. Essas lâmpadas são especialmente eficazes em áreas de preparação e armazenamento pré-venda de batatas embaladas. E mais uma regra geral: mantenha a temperatura de armazenamento racionalmente baixa e mantenha as batatas secas, pois a umidade aumenta a intensidade da luz na pele.
O tipo e a cor do material de embalagem afetam a intensidade do acúmulo de HCA. Marketing e publicidade à parte, é melhor embalar suas batatas em papel escuro ou em sacos plásticos escuros para evitar a exposição à luz. Existe até uma recomendação de que os materiais de embalagem para variedades de batata sensíveis devem ter uma transmissão total de luz inferior a 0,02 W/m2. Esses baixos níveis de penetração de luz só são possíveis quando embalados em plástico preto de duas camadas com alumínio. Sacos de visualização de celofane verde inibem o esverdeamento e não promovem a formação de solanina. É claro que tais recomendações se enquadram na categoria de boas intenções quando se trata da venda de batatas no varejo. As cores de embalagem no comércio são selecionadas apenas no contexto da promoção de vendas.
As condições de iluminação em lojas de varejo também são difíceis de padronizar. Dificilmente existem empresas comerciais que projetam iluminação com base no fato de que o menor acúmulo de HCA e esverdeamento é observado no espectro de 525-575 nm. Mesmo um método de proteção tão necessário e simples como cobrir batatas com materiais isolantes de luz durante o expediente raramente é praticado pelas lojas.
O resumo acima lista todos os métodos preventivos eficazes para controlar o acúmulo de glicoalcalóides em tubérculos de batata. Muitas foram as tentativas de encontrar meios mais radicais de neutralização: tratamentos com óleos, ceras, tensoativos, produtos químicos, reguladores de crescimento e até radiações ionizantes, que em muitos casos têm mostrado alta eficiência. No entanto, esses métodos não são utilizados na prática devido à complexidade, alto custo e problemas ambientais.
Perspectivas brilhantes são declaradas pelos adeptos de novas tecnologias para editar o genoma e "desligar" os genes para a síntese de clorofila e HCA. Esses trabalhos estão sendo realizados de forma ativa e minuciosa em muitos países, onde essa tecnologia não é classificada como variedade OGM (é classificada na Federação Russa), existem muitas publicações sobre o assunto, mas até agora não há necessidade de falar sobre realizações práticas. Tal como acontece com muitos métodos de reprodução revolucionários propostos anteriormente, a euforia inicial da possibilidade de editar o genoma é gradualmente substituída por uma consciência da extrema complexidade dos processos metabólicos. Basta olhar para o diagrama que lista os processos já identificados relacionados com a síntese de GCA e os genes da batata envolvidos nestes processos (Fig. 13). Apesar da aparente clareza desse diagrama, os grupos de pesquisadores entusiastas que se debruçaram sobre o assunto ainda não conseguiram administrar um processo tão complexo de interação entre inúmeros genes e os produtos por eles sintetizados. O bloqueio de genes únicos aparentemente puramente específicos leva não apenas às mudanças esperadas em níveis específicos de glicoalcalóides, mas também a mudanças significativas na formação de outros produtos bioquímicos, para os quais a tarefa de edição não foi definida.
No entanto, mesmo sem esperar por sucessos futuros na edição do genoma, todas as variedades comerciais de batata atualmente cultivadas têm, em condições normais, um conteúdo baixo e absolutamente seguro de glicoalcalóides, devido à diminuição consistente desse indicador durante muitas décadas de trabalho de melhoramento clássico. Quanto às variedades com taxa relativamente lenta de acúmulo de clorofila e esverdeamento da casca, isso não é uma desvantagem e não é motivo para recusá-las. Mas ao vender batatas, é necessário informar oficialmente as organizações comerciais de que a variedade possui uma peculiaridade para evitar a exposição excessivamente longa dos tubérculos à luz e as reivindicações resultantes dos compradores por um sabor inesperadamente amargo na ausência de esverdeamento óbvio.