Μοριακή χαρτογράφηση γηγενών ποικιλιών φασολιών (P. coccineus L.) και φυσικοχημικές ιδιότητες συστατικών και προϊόντων τους
Authors: Μποσμαλή Ειρήνη 
Published: October 2024

Τα όσπρια (οικογένεια Fabaceae) θεωρούνται ευρέως ως σημαντικά τρόφιμα, αποτελώντας μέρος ποικίλων, θρεπτικών, υγιεινών και περιβαλλοντικά βιώσιμων διατροφών. Τα φασόλια ιδιαίτερα (γένος Phaseolus) αποτελούν μια από τις πιο σημαντικές βασικές καλλιέργειες στον κόσμο, λόγω του χαμηλού κόστους και της υψηλής διατροφικής τους αξίας. Εισήχθησαν στην Ευρώπη από την Κεντρική Αμερική και έκτοτε έχουν διασκορπιστεί σε διάφορες γεωγραφικές περιοχές του πλανήτη με συνέπεια τη δημιουργία πολυάριθμων τοπικών ποικιλιών. Για τον εντοπισμό και χαρακτηρισμό της υποκείμενης γονιδιωματικής παραλλακτικότητας πραγματοποιήθηκε αλληλούχιση του RNA (RNA-Seq) και εκ του μηδενός συναρμολόγηση (de novo assembly), με σκοπό να αξιολογηθεί η διαφορική έκφραση σε δύο στενά συνδεδεμένους πληθυσμούς P. coccineus L., «Γίγαντες» (Γ) και «Ελέφαντες» (Ε) της περιοχής Πρεσπών, με καταγραφή φαινοτυπικών διαφορών ως προς το μέγεθος, το σχήμα των σπερμάτων και άλλων χαρακτηριστικών. Οι τελευταίοι αποτελούν προϊόντα Προστατευόμενης Γεωγραφικής Ένδειξης (ΠΓΕ) και προέκυψαν μετά από τριετή καλλιέργεια ενός αρχικού μικτού πληθυσμού (Γίγαντες, Ελέφαντες και Πλακέ Πρεσπών) και διαδοχική επιλογή των σπερμάτων (3 διαδοχικά έτη καλλιέργειας) με βάση τα μορφολογικά χαρακτηριστικά. Πραγματοποιήθηκε γενετικός χαρακτηρισμός αυτών καθώς και 12 επιπλέον ποικιλιών P. coccineus L. (1-12) που αποκτήθηκαν από την Ελληνική Τράπεζα Συλλογής Σπερμάτων, με σκοπό την αποτύπωση της γενετικής παραλλακτικότητας του είδους P. coccineus L. Η γενετική παραλλακτικότητα μεταξύ όλων των ποικιλιών/πληθυσμών αξιολογήθηκε με δύο μοριακές μεθόδους: (α) Τριχοειδή ηλεκτροφόρηση και (β) Υψηλής ανάλυσης καμπύλες τήξης (High Resolution Melting analysis-HRM), χρησιμοποιώντας μοριακούς δείκτες απλής επαναλαμβανόμενης ακολουθίας (SSR) και δείκτες ετικέτες εκφραζόμενων αλληλουχιών απλής επαναλαμβανόμενης ακολουθίας (EST-SSR), σχεδιασμένους στη βάση της μεταγραφομηχανικής ανάλυσης. Οι πληθυσμοί "Γ" και "E" Πρεσπών εμφάνισαν γενετική διαφοροποίηση μεταξύ τους επιτρέποντας την ισχυρή αναγνώριση των ποικιλιών φασολιών και την κατασκευή γενετικών χαρτών υψηλής ανάλυσης, μιας και διαχωρίστηκαν γενετικά, τόσο μεταξύ τους όσο και από τις εγχώριες ποικιλίες P. coccineus L. (1-12) και με τις δύο μοριακές μεθόδους, γεγονός που υποδηλώνει τη μοναδική γενετική ταυτότητα των φασολιών Πρεσπών. Συνολικά, ο γενετικός χαρακτηρισμός των ελληνικών φασολιών με τη χρήση μοριακών δεικτών μπορεί να ωφελήσει στη γενετική ταυτοποίηση αυτών, αποτρέποντας έτσι κάθε μορφή δόλιας πρακτικής στην εμπορική τους διάθεση και υποστηρίζοντας στρατηγικές διαχείρισης της ιχνηλασιμότητας για αναγνώριση-αυθεντικότητα και προστασία των τοπικών πιστοποιημένων προϊόντων με σκοπό την ενίσχυση της εμπορίας αυτών. Στον άξονα αυτό, πραγματοποιήθηκε επιπλέον γενοτύπιση (DNA barcoding) ορισμένων φυτικών ειδών των γενών Phaseolus και Vicia, με σκοπό την επίλυση της ακόμη ασαφούς γενετικής συσχέτισης των δύο αυτών γενών της οικογένειας Fabaceae, αποδεικνύοντας την ευκρινή γενετική τους διαφοροποίηση. Το φασόλι αποτελεί, πολύτιμη καλλιέργεια για ανθρώπινη κατανάλωση, λόγω της υψηλής περιεκτικότητάς του σε πρωτεΐνες, άμυλο και φυτικές ίνες, συμβάλλοντας στη βελτίωση της υγείας και παρεμποδίζοντας διάφορες χρόνιες ασθένειες. Τις τελευταίες δεκαετίες, υπάρχει ένα αυξανόμενο ενδιαφέρον για τη χρήση αλεύρων από όσπρια στην παραγωγή σύνθετων τροφίμων, λόγω της αυξημένης ζήτησης των καταναλωτών για προϊόντα πλούσια σε πρωτεϊνικό περιεχόμενο, από φυτική προέλευση πρώτες ύλες, και πιθανώς γι’ αυτό οι ερευνητές έχουν στρέψει την προσοχή τους στα σύνθετα άλευρα. Συχνό παράδειγμα αποτελεί η μερική αντικατάσταση του αλεύρου σίτου με άλευρο οσπρίων στο ψωμί, καθώς είναι ένα από τα πιο αναλώσιμα τρόφιμα παγκοσμίως. Για το λόγο αυτό, στην παρούσα μελέτη, το άλευρο σίτου αντικαταστάθηκε από άλευρο ωμών ή καβουρδισμένων φασολιών Γίγαντες-Ελέφαντες Πρεσπών σε ποσοστά 20 και 30% για την παρασκευή ψωμιού. Η βραστερότητα των φασολιών (Γ και Ε), η μακροσκοπική δομή των βρασμένων σπερμάτων, η κρυσταλλική δομή του αμύλου, η ρεολογική συμπεριφορά των σύνθετων ενυδατωμένων δικτύων αμύλου-πρωτεϊνών στη ζύμη και τα ποιοτικά χαρακτηριστικά του ψωμιού, συμπεριλαμβανομένης της χημικής σύστασης, της in vitro πεπτικότητας του αμύλου, των διεργασιών ‘παλαίωσης’ των αρτοσκευασμάτων, και του προφίλ των πτητικών ουσιών, εξετάστηκαν με τη χρήση πολλαπλών ενόργανων αναλυτικών τεχνικών. Η ευκολία των σπερμάτων των Γ και Ε στο βρασμό επιβεβαιώθηκε με ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (ασαφή όρια μεταξύ των κυτταρικών τοιχωμάτων μετά το βρασμό), ενώ η κρυσταλλικότητα του αμύλου (ενδιάμεσος τύπος C-) βρέθηκε να είναι τυπική με εκείνη από άμυλα άλλων ειδών οσπρίων. Σε ζύμες αρτοποίησης, ο εμπλουτισμός αλεύρου σίτου με άλευρα φασολιών (μικτά άλευρα από σπέρματα Γ και Ε ως έχουν ή μετά από καβούρδισμα), οδήγησε σε αύξηση το ιξώδους της ζύμης, σύμφωνα με ρεολογικές δοκιμές μικρών παραμορφώσεων, υποδηλώνοντας υψηλότερη αντίσταση στη ροή και την παραμόρφωση. Παρ' όλα αυτά, ο ειδικός όγκος των εμπλουτισμένων ψωμιών με καβουρδισμένα φασόλια ήταν υψηλότερος, σε σύγκριση με εκείνα από άλευρο ωμών φασολιών, και συγκρίσιμος με το σιταρένιο ψωμί (μάρτυρας). Η ανάλυση του προφίλ της υφής των εμπλουτισμένων ψωμιών με αλεύρι ωμών φασολιών έδειξε μεγαλύτερο βαθμό σκλήρυνσης της ψίχας στο τέλος της αποθήκευσης, παρά τη μικρότερη έκταση επαναδιάταξης της αμυλοπηκτίνης, όπως προσδιορίστηκε θερμιδομετρικά (DSC). Η φασματοσκοπία FTIR για τα ψωμιά που περιείχαν αλεύρι φασολιών έδειξε μικρές διαφοροποιήσεις στις δευτεροταγείς πρωτεϊνικές δομές μεταξύ της φρέσκιας και της αποθηκευμένης ψίχας- γενικά, οι δομές τύπου β (β-φύλλο, συσσωματώματα και β-στροφή) επικράτησαν σε όλα τα εξεταζόμενα δείγματα εις βάρος άλλων δευτεροταγών στοιχείων διαμόρφωσης στα σύνθετα πρωτεϊνικά δίκτυα της ψίχας. Η in vitro πεπτικότητα του αμύλου των εμπλουτισμένων ψωμιών έδειξε μειωμένες αποκρίσεις απελευθέρωσης της γλυκόζης σε σύγκριση με το σιταρένιο ψωμί. Οι τυπικές γευστικές νότες «φασολιών» (beany flavor notes) στα εμπλουτισμένα ψωμιά με άλευρα φασολιών περιορίστηκαν με τη χρήση του καβουρδισμένου αλεύρου φασολιών, με αποτέλεσμα την ευνοϊκότερη συνολική αποδοχή του προϊόντος με 20% υποκατάσταση του σιταρένιου αλεύρου, δίνοντας παράλληλα ένα τροποποιημένο προφίλ πτητικών συστατικών και μια ευχάριστη οργανοληπτική απήχηση. Συμπερασματικά, η παρούσα μελέτη έχει συνεισφέρει στη διεύρυνση της επιστημονικής γνώσης για μια ολοκληρωμένη αξιολόγηση των πληθυσμών φασολιών «Γίγαντες» και «Ελέφαντες» Πρεσπών, τόσο από πλευράς μοριακού χαρακτηρισμού, αποτρέποντας κάθε μορφή νοθείας στη διάθεση αυτών των προϊόντων, όσο και από φυσικοχημικής και τεχνολογικής πλευράς, εστιάζοντας στην παραγωγή αρτοσκευασμάτων με βελτιωμένα ποιοτικά και διατροφικά χαρακτηριστικά.