Влияние условий выращивания на химический состав клубней картофеля

Добавил пользователь Евгений Кузнецов
Обновлено: 20.09.2024

Кроме белков и углеводов, питательную и кормовую ценность клубней картофеля определяют также органические кислоты, липиды, витамины, гли-коалкалоиды, минеральные вещества.

Содержание органических кислот в картофеле достигает 1–1,5 % сырой массы клубней, преобладающими являются лимонная и яблочная кислоты. В процессе созревания клубней концентрация в них органических кислот постепенно понижается.

Массовая доля липидов в клубнях картофеля в среднем составляет 0,05–0,1 % от их сырой массы, больше липидов накапливается в перидерме и меньше в сердцевине клубней. В составе липидов ненасыщенные и насыщен-ные кислоты находятся примерно поровну. В процессе созревания клубней количество в них липидов почти не изменяется. От уровня содержания липи-дов зависят вкус и аромат клубней картофеля и органолептические свойства картофелепродуктов.

Картофель – важный источник аскорбиновой кислоты, содержание ко-торой в зрелых клубнях составляет 10–25 мг%, а в молодых может достигать 40 мг%. В процессе созревания клубней содержание в них аскорбиновой кислоты снижается и увеличивается доля её дегидроформы. Содержание в картофеле других витаминов изменяется меньше и в среднем составляет, мг%: В₁ и В₂ – 0,05–0,1, В₆ – 0,2–0,9, РР – 0.5–1.5, пантотеновой кислоты – 0,2–0,4, К₁ – 0,05–0,1, фолиевой кислоты – 0,05–0,1.

Пищевая пригодность клубней картофеля зависит от содержания в них гликоалкалоидов, молекулы которых построены из остатков моносахаридов (глюкозы, галактозы, рамнозы) и стероидного алкалоида соланидина. В зави-симости от состава углеводной части различают две группы гликоалкало-идов – соланины и чаконины (см. с. 458). Это токсичные вещества, которые могут вызывать отравление людей и сельскохозяйственных животных. На организм человека более сильное токсическое действие оказывает a-чаконин.

Зольность клубней картофеля изменяется в пределах 0,9–1,8 %. Боль-ше зольных веществ откладывается в кожуре, поэтому после её удаления в очищенных клубнях концентрация минеральных веществ понижается. Более половины от общей массы зольных веществ приходится на калий (0,5–0,6 %). Другие минеральные вещества содержатся в следующих количествах (мг%): кальций и магний – 10–20, фосфор – 50–60, сера и натрий – 20–30, железо – 0,9–1,2, бор – 0,1–0,2, марганец – 0,15–0,20, медь – 0,1–0,15, цинк – 0,3–0,4, хром – 0,01, йод и кобальт – 0,005–0,01. Все эти минеральные компоненты находятся в легкоусвояемой органической форме. Концентрация минераль-ных веществ значительно повышается при внесении под картофель хлорсо-держащих калийных удобрений, при этом клубни приобретают солевой привкус, что ухудшает их кулинарные свойства.

5.4.3. Влияние природно-климатических факторов на

химический состав клубней картофеля

В зависимости от условий выращивания содержание крахмала и азо-тистых веществ в клубнях картофеля может изменяться в 1.5–2 раза. Как уже отмечалось ранее, при относительно низкой влагообеспеченности и высоких среднесуточных температурах в растениях усиливается синтез азотистых ве-ществ и уменьшается накопление углеводов, что характерно и для культуры картофеля. Однако в таких условиях возрастает доля крахмала в общем угле-водном комплексе клубней.

При возрастании влажности почвы и понижении среднесуточных тем-ператур интенсивность синтеза крахмала в клубнях картофеля снижается, но возрастает концентрация сахаров, уменьшается содержание сырого протеи-на и доля белковых веществ в общем комплексе азотистых соединений, в результате чего в клубнях уменьшается накопление сухого вещества и ухуд-шается их качество. Вместе с тем недостаток влаги в период клубнеобра-зования, хотя и увеличивает накопление в клубнях крахмала, значительно по-нижает урожайность картофеля, поэтому общий выход крахмала с 1 га уменьшается. В условиях переувлажнения, как правило, снижаются как уро-жайность картофеля, так и накопление в клубнях крахмала.

Примерно такие же изменения химического состава клубней картофеля наблюдаются под воздействием природно-климатических факторов. В север-ных и северо-западных регионах нашей страны, отличающихся повышенной влажностью и более низкими среднесуточными температурами, в клубнях картофеля меньше накапливается крахмала и белков, но возрастает концен-трация сахаров и свободных аминокислот. При продвижении на юг накоп-ление в клубнях крахмала и белков увеличивается вследствие того, что возрастает интенсивность солнечной радиации, вызывая повышение среднесу-точных температур и снижение влажности почвы.

Под воздействием внешних факторов происходят существенные изменения в углеводном и белковом комплексе клубней картофеля. При повы-шении температуры и снижении влажности почвы в составе крахмала возрас-тает доля амилопектина, а в составе белков – глобулинов. В условиях более влажной погоды в клубнях картофеля увеличивается концентрация амилозы и водорастворимой фракции белков. В условиях повышенных среднесуточ-ных температур и недостаточной влагообеспеченности растений возрастает зольность клубней картофеля.

В условиях интенсивных технологий рост урожайности картофеля сопровождается увеличением выноса всех элементов питания, в том числе и микроэлементов. Это повышает потребность культуры в биологически значимых для неё микроудобрениях на почвах с недостаточным и умеренным их содержанием в доступной форме.

В данной статье приводятся обобщенные результаты исследований отечественных и зарубежных ученых по содержанию микроэлементов в картофеле, симптомах их дефицита, влиянию условий возделывания на поступление в растения.

В картофелеводстве часто ищут причины неблагоприятных симптомов в период вегетации картофеля: преждевременно пожелтевшие и побуревшие молодые листья, мелкие клубни, плохое образование клубней и низкое содержание в них крахмала. В данном случае речь может идти о дефиците микроэлементов.

Такие микроэлементы, как бор, молибден, цинк, медь, марганец, необходимы картофелю для нормального роста. Важно знать влияние на картофель каждого микроэлемента, его поступление и усвоение растением, в каких обменных реакциях участвует совместно с другими питательными веществами и в каких условиях может проявляться его дефицит. Каждый микроэлемент выполняет строго определенные функции в обмене веществ растений картофеля и не может быть заменен другим.

По сравнению с макроэлементами (азотом, фосфором, калием, серой и магнием) микроэлементы даже в незначительных количествах способны влиять на обменные процессы. К примеру, 1 атом молибдена действует на миллион атомов азота. Это означает, что даже миллион атомов азота в форме нитратов, которые потребляет картофель, не обеспечит должного эффекта без одного атома молибдена.

Каждому виду растений в общей сложности необходимо около 15 питательных веществ (макро- и микроэлементов) в необходимом соотношении и количестве. Агрономам в работе с картофелем необходимо обращать внимание на соотношение разных элементов питания.

Картофель хорошо растет на почвах с широким диапазоном кислотности: при рН 5,0-6,0 — на супесчаных и рН 5,5-6,2 — на суглинистых. На урожайность культуры сильно влияет ее место в севообороте и сбалансированное питание. Отрицательное действие извести на картофель может проявиться лишь на легких, слабоокультуренных и малогумусных почвах. На почвах с высоким рН и низким содержанием подвижных форм микроэлементов рекомендуется применять микроудобрения в некорневую подкормку и на 10-20% повышенные дозы калийных удобрений в расчете на планируемую урожайность. Это повысит устойчивость растений к заболеваниям и повысит качество клубней.

Дозы микроэлементов в некорневые подкормки и их кратность для картофеля планируют в зависимости от обеспечения почвы подвижными формами микроэлементов, уровня возможной урожайности и степени кислотности почвы. В условиях Беларуси некорневые подкормки картофеля рекомендуются от всходов при высоте растений 15-20 см до начала цветения следующими дозами микроудобрений: бор — 50-75 г д. в./га, медь, цинк и марганец — 50, молибден — 20-40 г д. в./га.

Кальциевый хлороз

Все симптомы хлороза проявляются в основном при возделывании картофеля на минеральных почвах с высоким содержанием обменного кальция (более 1600 мг/кг). Хлороз может быть вызван и избытком хлора в почве, если превышены дозы калия хлористого или калийной соли.

Холодная погода весной в начале вегетации картофеля приводит к сильному дефициту железа, который проявляется светлой окраской листьев (табл. 1). Высокая влажность и плохая структура почвы усугубляют ситуацию. Эффективность азотных удобрений в этих условиях снижается, поскольку железо отвечает за превращение нитратов в нитриты. Кроме того, применение гербицидов часто может повреждать растения, так как железо входит в состав ферментов, которые участвуют в разложении гербицидов.

При высоком уровне рН почвы возникает дефицит микроэлементов. В этом случае речь идет о временном проявлении, когда повреждения можно снизить обработкой растений.

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.)

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).

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.)

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.

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