YWNO. Nauka. Technologia. Jako, 005, (4) Supl., - 8 KAZIMIERA ZGÓRSKA, ZBIGNIEW CZERKO, MAGDALENA GRUDZISKA WPŁYW EKSPOZYCJI WIETLNEJ NA ZIELENIENIE, AKUMULACJ CHLOROFILU I GLIKOALKALOIDÓW W BULWACH ZIEMNIAKA S t r e s z c z e n i e W latach 00 i 004 przeprowadzono badania dotyczce wpływu ekspozycji wietlnej na głboko zazielenienia, akumulacj chlorofilu i glikoalkaloidów w bulwach 14 odmian ziemniaka jadalnego. Stwierdzono, e wielko akumulacji glikoalkaloidów w czci podskórnej, jak i w czci wewntrznej bulw była determinowana genetycznie. Obieranie bulw powodowało zmniejszenie zawartoci glikoalkaloidów od 50,5 do 69%, w zalenoci od odmiany. Jednak zawarto tych zwizków w bulwach obranych była wysza w porównaniu z bulwami nieobranymi przechowywanymi w ciemnoci (próba kontrolna). Wykazano istotn zaleno midzy zawartoci glikoalkaloidów w czci zazieleniałej bulwy i w obranych bulwach, a zawartoci chlorofilu i głbokoci zazielenienia. Słowa kluczowe: głboko zazielenienia, chlorofil, glikoalkaloidy, ziemniak Wstp Zielenienie bulw jest wynikiem akumulacji chlorofilu pod wpływem wiatła, pocztkowo w skórce, a nastpnie w miszu bulw. Zjawisko to jest spowodowane przekształceniem amyloplastów w chloroplasty i wytworzeniem aparatu fotosyntezy [1]. Zazieleniałe bulwy kojarz si konsumentom z podwyszon zawartoci toksycznych dla zdrowia człowieka i zwierzt glikoalkaloidów, których akumulacja, podobnie jak chlorofilu, indukowana jest przez wiatło [4]. Istniej róne opinie na temat zwizków midzy zawartoci chlorofilu (zielenienia bulw) a zawartoci glikoalkaloidów w bulwach ziemniaka. Opublikowano prace, w których stwierdzono zaleno midzy zielenieniem bulw a akumulacj glikoalkaloidów w bulwach ziemniaka [, 7]. Inni autorzy [10, 1] nie Prof. dr hab. K. Zgórska, dr Z. Czerko, Zakład Przechowalnictwa i Przetwórstwa, Instytut Hodowli i Aklimatyzacji Rolin, Jadwisin, 05-140 Serock, mgr M. Grudziska, Katedra Biochemii i Biotechnologii, Politechnika Koszaliska, ul. Racławicka 15-17, 75-60 Koszalin
WPŁYW EKSPOZYCJI WIETLNEJ NA ZIELENIENIE, AKUMULACJ CHLOROFILU wykazali zwizków midzy syntez chlorofilu i glikalkaloidów. Prawdopodobnym powodem tak rozbienych wyników s rónice genetyczne odmian [5, 7]. Frydecka-Mazurczyk i Zgórska [9], w badaniach nad wpływem nawietlania bulw wiatłem fluorescencyjnym, wykazały intensywn akumulacj glikoalkaloidów w bulwach wielu odmian ziemniaka, których zawarto przekraczała poziom 00 mg/kg wieej masy, uznany przez Friedmana, Mac Donalda oraz Kerlana, Ellisseche jako toksyczny [8, 1]. Celem niniejszej pracy było okrelenie zalenoci midzy zielenieniem bulw ziemniaka a akumulacj chlorofilu i glikoalkaloidów. Materiał i metody bada Materiał badawczy stanowiły bulwy 14 odmian ziemniaków jadalnych o rónym terminie dojrzałoci konsumpcyjnej: bardzo wczesne i wczesne: Aster, Bard, Denar, Innovator, Lord, Rosalind, rednio wczesne: Ditta, Satina, Tokaj, Wigry, Zebra, agiel, rednio póne: Salto, Wawrzyn. Ziemniaki pochodziły z dowiadcze prowadzonych w 00 i 004 roku w Instytucie Hodowli i Aklimatyzacji Rolin w Jadwisinie koło Warszawy. Po zbiorach pobierano redni prób bulw (ok. 10 kg z kadej odmiany) z frakcji ziemniaków jadalnych, tzn. > 5 mm rednicy poprzecznej. Bulwy badanych odmian przechowywano przez miesice w temp. 4 o C przy wilgotnoci wzgldnej powietrza ok. 90% (zalecane warunki przechowywania ziemniaków jadalnych). Po przechowywaniu pobierano 0 bulw z kadej odmiany ziemniaków, reprezentujcych redni prób, i poddawano tygodniowej ekspozycji pod lamp fluorescencyjn, symulujc owietlenie w supermarketach, o nateniu 15 W (gsto strumienia fotonów 1 mol. m. s -1 ), a 0 bulw pozostawiano w ciemnoci (próba kontrolna). Po tym okresie bulwy dzielono wzdłu osi wierzchołek stolon. Oceniano głboko zazielenienia, cinajc warstwy zielone noykiem szczelinowym (szczelina 1,7 mm). Głboko zielenienia okrelano w skali 0 5, gdzie: 0 brak zielenienia, 1 zazielenienie pod skórk, zazielenienie do 1,7 mm, zazielenienie do,4 mm, 4 zazielenienie do 5,1 mm, 5 zazielenienie powyej 5,1 mm. Obierki (do głbokoci zazielenienia), cz bulwy niezazieleniałej oraz bulwy niepoddane działaniu wiatła utrwalano za pomoc liofilizatora firmy Labconco.
4 Kazimiera Zgórska, Zbigniew Czerko, Magdalena Grudziska W liofilizatach oznaczano chlorofil całkowity (a+b) metod podan przez Lichtenthalera i Wellburna [14] oraz sum glikoalkaloidów (TGA) metod spektrofotometryczn Bergersa []. Istotno rónic odmianowych okrelano testem F Snedecora przy załoeniu modelu stałego. Czynnikiem pierwszym były odmiany, a powtórzeniami lata bada. Zaleno midzy badanymi parametrami okrelano na podstawie analizy regresji i korelacji oraz analizy wariancji. Wyniki i dyskusja Przedstawione w pracy wyniki s wartociami rednimi z dwóch lat bada, poniewa nie udowodniono istotnego wpływu lat uprawy na badane cechy. T a b e l a 1 Zazielenienie wewntrzne, zawarto chlorofilu i glikoalkaloidów w bulwach ziemniaka poddanych ekspozycji wietlnej (wartoci rednie z lat bada ). Internal greening, chlorophyll and glycoalkaloid contents in potato tubers exposed to light (mean values of results obtained during the year experiment). Odmiana Cultivar Aster Bard Denar Innowator Lord Rosalind Ditta Satina Tokaj Wigry Zebra agiel Salto Wawrzyn Zazielenienie wewntrzne Internal greening 4 5 4 Chlorofil Chlorophyll 1,4 47,47 7,5 19,45 50,4 9,91 8,95 9,94,7 8,0 8,96 7,50 9,7 6,47 Zawarto [mg/100 g.m.] Content [mg/100 g f.w.] Glikoalkaloidy / Glycoalkaloids cz zazieleniała greening part 8,5 4,5 7,1 0,4 6,1 0,4 7,1 7,8 6,5 7,4 0,6 8,6 9,5 0,5 obrane bulwy peeled tubers 1,5 1,5 14, 10,1 1,5 1,0 1,5 10,8 9,5 9,6 10,1 9,8 9, 10,1 próba kontrolna* control sample* 10,5 4,4 7,5 8,6 4,8 5,8 7, 4,8 5,4,8 5,5 4,6 5,8 6,6 NIR przy P 0,05 1,0,8,1 1,9 1, * - bulwy całe przechowywane w ciemnoci / whole tubers stored in darkness Wród przebadanych odmian stwierdzono due zrónicowanie pod wzgldem głbokoci zazielenienia, akumulacji chlorofilu i glikoalkaloidów (tab. 1). Odmiany Denar, Bard i Lord cechowały si intensywnym zielenieniem wewntrznym (stopnie 4.
WPŁYW EKSPOZYCJI WIETLNEJ NA ZIELENIENIE, AKUMULACJ CHLOROFILU 5 i 5. skali); Aster, Rosalind, Zebra i Wawrzyn uzyskały stopie. Bulwy pozostałych odmian zieleniały do głbokoci 1,7 mm (stopie ). Podobne zrónicowanie odmian wykazała Jakuczun [1]. Bulwy odmian o silnym zielenieniu wewntrznym cechowały si równie intensywniejsz syntez chlorofilu. Zawarto glikoalkaloidów w warstwie zazieleniałej bulwy przekraczała dopuszczalny poziom tych zwizków w odmianach jadalnych (powyej 0 mg/100 g.m.), przy czym wystpiły rónice odmianowe od 0,4 mg/100 g.m. (odmiana Innovator) do 7,1 mg/kg.m. (odmiana Denar), co potwierdziło wpływ genotypu na poziom tych zwizków [5, 10]. Podobnie zrónicowana była zawarto glikoalkaloidów w bulwach pozbawionych czci zazieleniałej (obranych). W bulwach ziemniaków odmian: Salto, Satina, Wawrzyn, Zebra, Wigry i Tokaj proces obierania powodował zmniejszenie zawartoci glikoalkaloidów o 61 do 69%, a w pozostałych odmianach od 50,5 do 56,%. Otrzymane wartoci były zblione do podawanych przez Cielik []. Zawarto glikoalkaloidów w bulwach poddanych działaniu wiatła, a nastpnie pozbawionych czci zazieleniałej była wysza w porównaniu z prób kontroln tzn. z ich zawartoci w bulwach całych, przechowywanych bez dostpu wiatła. Przeprowadzona analiza korelacji wykazała istotne zalenoci midzy: głbokoci zielenienia a poziomem chlorofilu (r = 0,95) rys. 1., zawartoci chlorofilu a zawartoci glikoalkaloidów w czci zazieleniałej (r = 0,90) rys. ; zawartoci chlorofilu a zawartoci glikoalkaloidów w bulwach obranych (r = 0,784) rys.. Zawarto chlorofilu [mg/100 g. masy] Chlorophylls content [mg/100 g fresh weight] Rys. 1. Fig. 1. 80 70 60 50 40 0 0 10 0 y = 1,4x - 1,68 r = 0,9005 1 4 5 Zazielenienie - skala 1-5 Greening - scale 1-5 Zaleno midzy zawartoci chlorofilu a głbokoci zazielenienia bulw. The correlation between the chlorophyll content and the greening depth of tubers.
6 Kazimiera Zgórska, Zbigniew Czerko, Magdalena Grudziska Zawarto Zawarto glikoalkaloidów [mg/100 [mg/100 g. g w. masy] masy] Glycoalkaloids Glycoalkaloids content content [mg/100 [mg/100 g fresh g fresh weight] weight] Rys.. Fig.. Zawarto glikoalkaloidów [mg/100 g g w.. masy] Glycoalkaloids content [mg/100 g fresh weight] Rys.. Fig.. 45 40 5 0 5 0 15 10 5 0 y = 0,806x + 19,559 r = 0,8161 zawarto toksyczna toxic content 0 10 0 0 40 50 60 70 80 Zawarto chlorofilu [mg/100 g. masy] Chlorophylls content [mg/100 g fresh weight] Zaleno midzy zawartoci chlorofilu a zawartoci glikoalkaloidów w czci zazieleniałej bulw ziemniaka. The correlation between the contents of chlorophyll and glycoalkaloid in the greening parts of potato tubers. 16 14 1 10 8 6 4 0 y = 0,1078x + 7,44 r = 0,6044 0 10 0 0 40 50 60 70 80 Zawarto chlorofilu [mg/100 g. masy] Chlorophylls content [mg/100 g fresh weight] Zaleno midzy zawartoci chlorofilu a zawartoci glikoalkaloidów w bulwach pozbawionych czci zazieleniałej. The correlation between the contents of chlorophyll and glycoalkaloids in the peeled tubers. Nie stwierdzono istotnych zalenoci midzy zawartoci glikoalkaloidów w bulwach przechowywanych w ciemnoci (próba kontrolna) a akumulacj chlorofilu i glikoalkaloidów w bulwach poddanych działaniu wiatła.
WPŁYW EKSPOZYCJI WIETLNEJ NA ZIELENIENIE, AKUMULACJ CHLOROFILU 7 Analiza regresji badanych cech wskazała na genetyczny zwizek midzy zawartoci glikoalkaloidów i chlorofilu. Podobne zalenoci uzyskali inni autorzy [7, 11], badajc wzrost zawartoci glikoalkaloidów i chlorofilu pod wpływem wiatła. Na podstawie wyników bada dowiedziono, e usuwanie zazieleniałej czci bulw (przez dogłbne obieranie) spowodowało zmniejszenie zawartoci glikoalkaloidów do poziomu bezpiecznego (poniej 0 mg/kg.m.), jednak wród przebadanych 14 odmian tylko w bulwach 4 odmian (Tokaj, Wigry, Salto i agiel) uzyskano ustalony optymalny poziom glikoalkaloidów w ziemniak jadalnych - poniej 10 mg/100 g.m., gdy wyszy poziom moe wpływa na pogorszenie smaku. Ograniczenie akumulacji glikoalkaloidów w bulwach ziemniaka mona uzyska przez ochron bulw przed oddziaływaniem wiatła w czasie ich wegetacji, przechowywania i dystrybucji. Wnioski 1. Akumulacja glikoalkaloidów w bulwach ziemniaka zaley od głbokoci zazielenienia i zawartoci chlorofilu.. Zawarto glikoalkaloidów zwiksza si w bulwach poddanych działaniu wiatła: w warstwie zazieleniałej powyej wartoci uznanej za niebezpieczn dla zdrowia, w obranych bulwach 10 odmian powyej wartoci 10 mg/100 g wieej masy, co moe powodowa pogorszenie smaku ziemniaka jadalnego. Literatura [1] Anstis P.J.P., Northcote D. H.: Development of chloroplast from amyloplast in potato tuber discs. New Phytol., 197, 7, 449-46. [] Bergers W.: A rapid quantitative assai for solanidine glycoalkaloids in potatoes and industrial potato protein 1980. Potato Res., 105-110. [] Cielik E.: Wpływ procesów kulinarnych na zawarto glikoalkaloidów w bulwach ziemniaka. Zesz. Nauk. AR Kraków 1998, 10, 15-. [4] Dale M.F.B., Griffiths D.W., Bain H.: Glykoalkaloids in potatoes shedding light on an important problem. Aspect Appl Biol. 199,, 1-7. [5] Dale M.F.B., Griffiths D.W., Bain H.: Todd. Glycoalkaloid increase in Solanum tuberosum exposure to light. Annals of Appl. Biol. 199, 1, 411-418. [6] De Maine M.J., Bain H., Joyce J.L.: Changes in the total tuber glycoalkaloid content of potato cultivars on exposure to light. J. Scie. Food Agric., 1988, 111, 57-58. [7] Edwards E.J., Cobb A.H.: The effect of priori storage on the potential of potato tubers (Solanum tuberosum L.) to accumulate glycoalkaloids and chlorophylls during light exposure, including artificial (neural network modelling). J. Scie. Food Agric., 1999, 79, 189-197. [8] Friedman M., Mc Donald G.M.: Potato Glycoalkaloids: Chemistry, analysis, safety, and plant physiology. Crit. Rev. Plant Sci. 1997, 16 (1), 55-1.
8 Kazimiera Zgórska, Zbigniew Czerko, Magdalena Grudziska [9] Frydecka-Mazurczyk A., Zgórska K.: Wpływ genotypu na akumulacj glikoalkaloidów w bulwach ziemniaka wywołan działaniem uszkodze mechanicznych i wiatła. Roczn. PZH 001, 5,, 19-144. [10] Griffiths D.W., Dale M.F.B., Bain H.: The effect of cultivar, maturity and storage on photo induced changes in the total glycoalkaloid and chlorophyll contents of potatoes (Solanum tuberosum). Plant Sci., 1994, 98, 10-109. [11] Hendry G.A.F., Price A.H.: Stress indicators: chlorophylls and carotenoids. In: Methods of comparative Study, ed. Hendry G.A.F., Grimm J. P. Chapman and Hall London U.K. 199, pp.148-15. [1] Jakuczun H.: Genetyczne uwarunkowania zawartoci glukozy w bulwach i zielenienia bulw w ekspozycji wietlnej w diploidalnej midzygatunkowych miesza ców ziemniaka. Praca doktorska, Radzików 00. [1] Kerlan M.C., Ellisseche D.: Tuber quality. Objectives in Breeding and Breeding Research. Plant Breeding and Seed Sci., 000,, 1-6. [14] Lichtenthaler H.K., Wellburn A.R.: Determination of total carotenoids and chlorophylls a and b of leaf extracts in different solvents. Biochem. Soc. Trans., 198, 11, 591-59. THE EFFECT OF LIGHT EXPOSURE ON GREENING AND ACCUMULATION OF CHLOROPHYLL & GLYCOALKALOIDS IN POTATO TUBERS S u m m a r y In 00 and 004, an experiment was carried out for the purpose of investigating the effect of light exposure on the depth of greening and accumulation of chlorophyll & glycolalkaloids in tubers of 14 edible potato varieties. It was noted that the rate of glycoalkaloids accumulation in both the subepidermal and internal parts of potato tubers was genetically predetermined. When potato tubers were peeled, the content of glycoalkaloids decreased from 50.5 do 69% depending on the potato cultivar. However, their content in peeled tubers was higher than in non-peeled tubers stored in darkness (control sample of potatoes). It was evidenced that there was a significant correlation between the content of glycoalkaloids in the greening part of a potato tuber and in the peeled tubers, and the content of chlorophyll and the depth of greening. Key words: greening depth, chlorophyll, glycoalkaloids, potato