Накопление и морфология крахмала картофеля белорусской селекции

людмила Козлова Владимир литвяк

Инна Мельситова

заведующая лабораторией биохимической оценки и агрохиманализов Научно-практического центра НАН Беларуси по картофелеводству и плодоовощеводству, кандидат сельскохозяйственных наук

ведущий научный сотрудник отдела технологии продуктов из картофеля, плодов и овощей Научно-практического центра НАН беларуси по продовольствию, кандидат химических наук

доцент кафедры аналитической химии бгу, кандидат химических наук

Накопление и морфология крахмала картофеля белорусской селекции

удК 664.2

одно из направлений селекции картофеля в Научно-практическом центре НаН беларуси по картофелеводству и плодоовощеводству — создание сортов, пригодных для переработки [1]. На основании обширного исследования морфологических, химических, технологических свойств клубней селекционных форм, применения оригинальных методик и схем селекции выделены сорта для переработки на крахмал. Содержание крахмала в картофеле является сортовым признаком, зависящим от ряда факторов: агроэкологических и климатических условий выращивания, агротехники, степени зрелости клубней и условий их хранения (табл. 1).

Наиболее интенсивно в динамике роста культуры накопление крахмала происходит в начале вегетации, во время образования и начального роста клубней. у ранних и среднеранних сортов данный период отмечается с 70-го по 90-й день от посадки, или во второй половине июля, у поздних — на 80—100-й день, или с конца июля до половины августа [2]. После этого накопление крахма-

ла идет более умеренно. Максимальное его содержание наблюдается несколько раньше, чем заканчивается период вегетации картофеля. Время наступления максимума определяется биологией сорта: у ранних сортов — на 90—100-й день после посадки, у поздних — на 110—120-й (рис. 1, 2).

При дальнейшем пребывании клубней на вегетирующем растении количество крахмала в них понижается, хотя урожай и в целом сбор крахмала с 1 га обычно продолжают увеличиваться.

Главными метеорологическими факторами, оказывающими влияние на накопление крахмала в клубнях, считают температуру воздуха и количество осадков. Крахмалистость находится в прямой зависимости от средней температуры воздуха и в обратной — от суммы осадков: сухая и жаркая погода по сравнению с умеренной обусловливает ее повышение, а прохладная — снижение. Количество крахмала взаимосвязано с географическим местоположением культуры: оно выше при выращивании

картофеля на юге и западе республики, достаточно высоко в средней ее части и наименьшее на севере [3].

Содержание крахмала в клубнях во многом определяется сбалансированным внесением органо-минеральных удобрений. Применение большего количества органических, азот- и хлор-содержащих минеральных удобрений увеличивает урожайность, но снижает крахмалистость, и наоборот, фосфор-, магний-, бор-, марганец- и цинксодержа-щие стимулируют крахмалонакопление. Совместное внесение органических и минеральных удобрений сопровождается уменьшением количества крахмала. Кроме того, его накопление в клубнях, выращенных на торфяниках, тяжелых глинистых, переувлажненных холодных и недостаточно пористых почвах, примерно на 3% ниже, чем на легкосуглинистых.

Существует взаимосвязь между содержанием крахмала в отдельных клубнях и их величиной: в мелких крахмалистость меньше, однако у очень крупных

она снова падает, особенно у имеющих дуплистость сердцевины.

Существенное влияние на крахмалона-копление оказывают мероприятия, направленные на оздоровление растений от болезней. Растения, пораженные вирусом, образуют клубни, содержащие на 3—4% крахмала меньше, чем здоровые. Если же в посадке картофеля зараженных растений 50%, то в общем урожае крахмала будет меньше на 2—3%. Своевременное предупреждение развития фитофтороза обеспечивает повышение крахмалистости клубней на 0,5—1%, а сбор крахмала — на 5—10 ц/га.

Установлено, что доля влияния фактора «сорт» на количество крахмала в клубнях составляет 37,1%, «год» — 1,1%, «место выращивания» — 17,6%, совместное влияние «года» и «места выращивания» — 21,2% (рис. 3) [4].

В картофельном клубне крахмал находится в виде зерен овальной, многогранной и округлой формы с правильными и неправильными контурами различной величины, которая колеблется в пределах 1—110 мкм, чаще же составляет 20—30 мкм в диаметре.

Величина зерен является важным свойством крахмала, от нее зависит его качество как продукта переработки. В пищевом крахмале высоко ценится его крупнозернистость — такой крахмал отличается хорошим блеском, легко подвергается гидролитическому распаду. Он быстрее и лучше отделяется от мезги в процессе переработки и чище отмывается. Мелкозернистый крахмал медленно оседает, что ведет к увеличению времени его пребывания в загрязненной воде и, как следствие, ухудшает качество. Кроме того, часть мелких зерен при отмывке крахмала уносится промывными водами. Существенное значение имеет не только общее содержание крахмала в клубнях, но и соотношение больших и малых зерен. Чем выше содержание

Рис. 1. Динамика накопления крахмала в клубнях ранних и среднеранних сортов картофеля в период вегетации

й? 22

1 25А/И- 15А/11к 5.IX- 25.1Х 5 б.УШ 26 .VIII 17.1Х

Рис. 2. Динамика накопления крахмала в клубнях среднепоздних и поздних сортов картофеля в период вегетации

12,6 1.7

Рис. 3. Влияние различных факторов на содержание крахмала в клубнях картофеля: А - доля влияния фактора «сорт», В - «место выращивания», С - «метеорологические условия вегетационного периода»

Таблица 1. Характеристика сортов картофеля белорусской селекции, рекомендуемых для технических целей

Сорт картофеля Группа спелости Содержание крахмала, %

Архидея среднеранний 16,5—21,1

Талисман среднеспелый 14,0—19,5

Ласунок среднепоздний 15,0—22,0

Ветразь среднепоздний 15,0—22,0

Маг среднепоздний 15,3—22,7

Темп поздний 16,0—22,0

Синтез поздний 18,0—26,0

Выток поздний 17,0—25,0

Сузорье поздний 17,0—21,2

Альпинист поздний 15,0—22,0

Атлант поздний 15,0—22,0

Здабытак поздний 19,0—26,0

Веснянка поздний 15,0—21,6

Таблица 2. Морфологическая характеристика нативного крахмала, выделенного из разных сортов картофеля

Параметры

Среднее Min — max распределение

гранул по размерам

Нативный крахмал, выделенный из разных сортов картофеля

атлант лазурит ласунок лилея Маг Скарб Сузорье явар

28,23 ± 1,92 23,89 ± 1,74 21,61 ± 1,47 26,03 ± 2,61 37,12 ± 3,03 25,54 ± 1,46 37,13 ± 2,98 26,02 ± 2,56

7,84—56,22 7,92—66,81 5,00—56,25 7,91—59,46 12,92—65,42 6,62—64,12 14,58—67,64 9,12—59,41

Моно- Моно- Моно- Моно- би- Моно- Моно- Моно-

модальное модальное модальное модальное модальное модальное модальное модальное

Таблица 3. Морфологическая характеристика крахмальных гранул

нативного картофельного крахмала, полученных из разных сортов картофеля

Сорт карто- распределение крахмальных гранул по размеру (%) и форма

фельного Малые Средние Большие очень большие

крахмала до 20 мкм 20—40 мкм 40—60 мкм более 60 мкм

атлант 25,6 правильная 60,8 правильная 13,6 неправильная

округлая овальная овальная

лазурит 47,4 неправильная 43,4 неправильная 8,0 неправильная 1,2 неправильная

округлая овальная овальная овальная

ласунок 52,1 правильная округлая 40,6 неправильная округлая 7,3 правильная овальная —

лилея 35,5 правильная 52,6 правильная 11,9 неправильная

округлая овальная овальная

Маг 12,1 правильная 47,0 правильная 37,3 неправильная 3,6 неправильная

округлая овальная овальная многогранная

Скарб 34,2 правильная 57,1 правильная 8,2 неправильная 0,5 неправильная

округлая овальная овальная многогранная

Сузорье 5,2 правильная 61,0 правильная 24,7 округлая 9,1 неправильная

округлая округлая и овальная овальная

явар 38,8 неправильная округлая 50,6 неправильная округлая и овальная 10,6 неправильная округлая и овальная —

больших зерен, тем лучшего качества получают крахмал для пищевых целей, для переработки на сироп, декстрины, спирт. для производства крахмальных клеев лучшими являются зерна средней величины. Величина зерен определяет и кулинарные качества картофеля — как столового назначения, так и готовых сушеных продуктов. Продукты, полученные из сортов с крупными зернами, быстрее развариваются и обладают лучшей консистенцией (рассыпчатой, без наличия невосстановленных частиц).

размеры крахмальных зерен и их процентное распределение в зрелых клуб-

нях являются сортовым признаком. определенное влияние на этот показатель оказывают почвенные и метеорологические условия, удобрения, а также размер клубней и степень их зрелости.

Характеристика сортов картофеля и особенности морфологической структуры нативного картофельного крахмала, полученного из разных сортов Solanum tuberosum L., представлены в табл. 1—3 и на сканирующих электронных микрофотографиях.

одним из основных направлений селекции картофеля в Беларуси является

создание сортов, пригодных для переработки на крахмал. Сорта картофеля отечественной селекции Атлант, Сузорье, ласунок, Маг и др. стабильно обеспечивают базисную крахмалистость и предназначены для предприятий, перерабатывающих картофель на крахмал.

учитывая морфологические особенности нативного крахмала изученных сортов, можно выделить два отечественных сорта — среднепоздний Маг и поздний Сузорье, — наиболее подходящих для промышленной переработки на крахмал.

Несмотря на наличие прекрасных сортов белорусской селекции, они, как ни странно, оказались мало востребованными сельхозпроизводителями. Так, до последнего времени предприятия крахмало-паточной отрасли не имели возможности перерабатывать какой-то один определенный сорт картофеля, а в основном вынуждены были использовать смесь сортов, перерабатывать «обезличенный» картофель.

Исследования морфологической структуры с успехом могут быть использованы при разработке современных высокоэффективных технологий получения нативных и модифицированных крахмалов. Морфологический анализ крахмала, полученного из различных сортов, может являться важной качественной характеристикой сорта, которая позволит проводить точную идентификацию продукта.

Скороспелость: поздний.

Хозяйственное назначение: столовый и технический. Урожайность: до 70,5 т/га. Содержание крахмала: 15—22%.

Потребительские качества: вкусовые качества хорошие и отличные; разваримость — тип С; пригоден для производства сухого картофельного пюре, замороженного картофеля и крахмала.

Устойчивость к болезням: устойчив к картофельной нематоде и раку картофеля; высокая устойчивость к черной ножке, мокрой гнили, фи-тофторозу листьев и клубней, вирусным болезням, средняя — к парше обыкновенной и ризоктониозу.

Морфологические признаки: клубни округло-овальные, крупные; кожура желтая, сетчатая; глазки среднеглубокие; мякоть светло-желтая; цветки белые.

Особенности сорта: пригоден для выращивания на всех типах почв; эффективно использует естественное плодородие; густота посадки на товарные цели — 48—52 тыс. клубней/га, на семенных участках — 55—58 тыс. клубней/га; чувствителен к переувлажнению почвы в первый период вегетации; продолжительность периода физиологического покоя клубней средняя; лежкость хорошая.

Морфология крахмальных гранул: гранулы неправильной овальной и округлой формы, имеют дефекты поверхности в виде чешуек и неоднородны по своим размерам; присутствуют как средние (16—28 мкм), так и большие (41—56 мкм), относительное содержание которых приблизительно одинаково.

Скороспелость: ранний. Хозяйственное назначение: столовый.

Урожайность: до 58 т/га, на 45—50-й день после всходов — до 30 т/га; товарность высокая.

Содержание крахмала: 12,4—17%.

Потребительские качества: вкус удовлетворительный; разваримость — тип В.

Устойчивость к болезням: устойчив к раку картофеля и картофельной нематоде; высокая устойчивость к вирусам, средняя — к фитофторозу листьев и клубней, парше обыкновенной. Морфологические признаки: клубни округлые, крупные; кожура желтая, гладкая; глазки средние; мякоть белая; цветки белые. Особенности сорта: пригоден для выращивания на легких и средних по гранулометрическому составу почвах; раннее клубнеобразование и быстрое накопление урожая в первой половине вегетации; рекомендуемая густота посадки при выращивании на продовольственные цели — 40—50 тыс. клубней/га на дерновоподзолистых суглинистых почвах и 48—55 тыс. клубней/га — на дерновоподзолистых супесчаных почвах, на семенных участках — 62—68 тыс. клубней/га; устойчив к засухе; лежкость хорошая; во избежание преждевременного прорастания требует холодного хранения (+1...+3°С).

Морфология крахмальных гранул: крахмал с выраженными дефектами поверхности гранул; большие (60—67 мкм) и средние (24—38 мкм) гранулы имеют неправильную овальную форму, маленькие (7,9—18 мкм) преимущественно округлой формы.

Скороспелость: среднепоздний. Хозяйственное назначение: столовый. Урожайность: до 63 т/га. Содержание крахмала: 15—22%.

Потребительские качества: вкусовые качества отличные; разваримость — тип С; пригоден для производства хрустящего картофеля, сухого картофельного пюре, крахмала.

Устойчивость к болезням: устойчив к раку картофеля; высокая устойчивость к фитофторозу клубней, черной ножке, ризоктониозу; средняя — к фитофторозу листьев, вирусам, парше обыкновенной. Морфологические признаки: клубни округло-овальные, крупные; кожура желтая, сетчатая; глазки средние; мякоть светло-желтая; цветки белые. Особенности сорта: пригоден для выращивания на всех типах почв; эффективно использует естественное плодородие и отличается высокой окупаемостью вносимых удобрений; во избежание сильного развития ботвы рекомендуемые дозы азотных удобрений уменьшить на 10—15%; густота посадки на товарные цели — 50—55 тыс. клубней/га, на семеноводческих участках — 60—65 тыс. клубней/га; отличается быстрым накоплением урожая в начальный период вегетации и имеет короткий период физиологического покоя клубней; требуется строгое соблюдение режима хранения (+1...+2°С). Морфология крахмальных гранул: гранулы почти не имеют дефектов формы и поверхности, за исключением единичных случаев, преимущественно достаточно правильной овальной (большие) и округлой формы (очень малые); средний размер больших гранул — 41,8—56,3 мкм, малых — 5—18,2 мкм.

Сорт Лилея

Скороспелость: ранний. Хозяйственное назначение: столовый. Урожайность: до 67,0 т/га. Содержание крахмала: 11,4-17,5%.

Потребительские качества: вкусовые качества хорошие; развари-мость — тип В.

Устойчивость к болезням: устойчив к картофельной нематоде и раку картофеля; высокоустойчив к фитофторозу клубней.

Морфологические признаки: клубни округло-овальные, кожура желтая, гладкая; глазки мелкие; мякоть желтая; цветки белые.

Особенности сорта: пригоден для выращивания на легких и средних по гранулометрическому составу почвах; раннее клубнеобразование и быстрое накопление урожая в первой половине вегетации; отзывается на повышение фона минерального питания увеличением доли товарной фракции; рекомендуемая густота посадки при выращивании на продовольственные цели — 50—55 тыс. клубней/га, на семенных участках — 60—65 тыс. клубней/га.

Морфология крахмальных гранул: крахмальные зерна преимущественно неправильной овальной (большие гранулы) и округлой (малые гранулы) формы; максимальные зерна могут достигать 33—59,5 мкм, малые — 8—10 мкм. Крахмал имеет неоднородную морфологию, что связано с наличием компонентов, отличающихся по размерам и форме. Поверхность гранул достаточно однородная и ровная, с незначительными дефектами в виде чешуек на некоторых гранулах.

Скороспелость: среднепоздний.

Хозяйственное назначение: столовый, пригодный к промышленной переработке.

Урожайность: до 48,1 т/га; товарность 89—96%. Содержание крахмала: 15,3—22,7%.

Потребительские качества: вкусовые качества отличные; развари-мость клубней хорошая — тип С; низкое содержание редуцирующих сахаров; пригоден для промышленной переработки на хрустящий картофель, сухое картофельное пюре, гарнирный картофель как после уборки, так и в течение всего периода хранения.

Устойчивость к болезням: устойчив к раку картофеля; высокая полевая устойчивость к вирусным болезням; средняя — к фитофторозу листьев и клубней, альтернариозу, парше обыкновенной.

Морфологические признаки: клубни округлые, крупные, количество клубней 8—12 шт.; кожура желтая, сетчатая; глазки мелкие, розовые; мякоть желтая; цветки белые.

Особенности сорта: рекомендуется для легких и средних по гранулометрическому составу почв; густота посадки на товарные цели — 45—48 тыс. клубней/га, на семеноводческих участках — 60— 65 тыс. клубней/га; неустойчив к засухе во второй период вегетации; устойчив к механическим повреждениям; период физиологического покоя клубней — 100 суток; лежкость хорошая.

Морфология крахмальных гранул: крахмал с выраженными дефектами формы и поверхности гранул; гранулы неправильной овальной, многогранной и округлой формы; наблюдаются большие (60—65 мкм) и средние (21,8—37,1 мкм) гранулы различных форм, маленькие гранулы (13 мкм) почти отсутствуют.

Скороспелость: среднеспелый. Хозяйственное назначение: столовый. Урожайность: до 63,0 т/га. Содержание крахмала: 12—17,0%.

Потребительские качества: вкусовые качества удовлетворительные и хорошие; разваримость клубней слабая — тип В.

Устойчивость к болезням: устойчив к картофельной нематоде, раку картофеля; относительно высокая устойчивость к черной ножке и мокрой гнили; средняя — к фитофторозу листьев и клубней; вирусными болезнями и паршой обыкновенной поражается незначительно.

Морфологические признаки: клубни округло-овальные до овальных, крупные, 10—14 шт.; кожура желтая гладкая; глазки мелкие; мякоть желтая; цветки белые.

Особенности сорта: всходы медленные, неравномерные с последующим интенсивным ростом ботвы и выравниванием посевов; рекомендуется проводить прогревание или проращивание клубней и неглубокую посадку с последующим высоким окучиванием после всходов; сорт пригоден для выращивания на всех типах почв, эффективно использует естественное плодородие и отличается высокой окупаемостью вносимых минеральных удобрений; среднеустойчив к засухе, чувствителен к переувлажнению почвы на начальных этапах роста; густота посадки на товарные цели—45—48 тыс. клубней/га, на семенных участках — 60—65 тыс. клубней/га; период физиологического покоя клубней — 115—120 суток; лежкость отличная.

Морфология крахмальных гранул: крахмал с незначительными дефектами формы гранул, поверхность гранул достаточно ровная, без шероховатостей; присутствуют гранулы неправильной и правильной овальной и округлой формы (в основном малые); наблюдается наличие больших (38—64 мкм) и малых (7—26 мкм) гранул.

Скороспелость: поздний.

Хозяйственное назначение: столовый и технический. Урожайность: до 54,6 т/га. Содержание крахмала: 17—21,2%.

Потребительские качества: вкусовые качества хорошие; развари-мость — тип С; сорт уникальный по качеству крахмала (более 70% очень крупных крахмальных зерен); пригоден для производства хрустящего картофеля, сухого картофельного пюре, гарнирного картофеля, крахмала и спирта.

Устойчивость к болезням: устойчив к картофельной нематоде и раку картофеля; высокая устойчивость к фитофторозу листьев и клубней, бактериозам, ризоктониозу; средняя — к парше обыкновенной, вирусам.

Морфологические признаки: клубни округло-овальные; кожура сетчатая, желтая; мякоть светло-желтая; цветки бледно-сине-фиолетовые.

Особенности сорта: пригоден для выращивания на более связных почвах; эффективно использует естественное плодородие и отличается высокой окупаемостью вносимых удобрений; многоклубневой; при выращивании на продовольственные цели рекомендуемая густота посадки — 45—48 тыс. клубней/га, на семенных участках — 55—58 тыс. клубней/га; требует оптимальной влагообеспеченности во второй период вегетации; не переносит засухи, устойчив к кратковременному переувлажнению на начальных этапах роста; устойчив к механическим повреждениям; лежкость хорошая; продолжительный период физиологического покоя клубней; лежкость хорошая и отличная.

Морфология крахмальных гранул: крахмал с незначительными дефектами формы гранул, их поверхность ровная, гладкая, без шероховатостей. Присутствуют очень большие гранулы неправильной овальной формы и средние гранулы округлой и овальной формы. Размеры очень больших гранул — 54—68 мкм, средних — 18—37 мкм.

Скороспелость: среднеранний.

Хозяйственное назначение: столовый. Урожайность: до 68,0 т/га. Содержание крахмала: 10,9—14,8%.

Потребительские качества: вкусовые качества хорошие; развари-мость — тип ВС.

Устойчивость к болезням: устойчив к раку картофеля; высокая устойчивость к вирусам, парше обыкновенной; средняя — к фитофторозу клубней; восприимчив к фитофторозу листьев.

Морфологические признаки: клубни округло-овальные, крупные; кожура желтая, сетчатая; глазки средние; мякоть светло-желтая; цветки красно-фиолетовые.

Особенности сорта: пригоден для выращивания на легких и средних по гранулометрическому составу почвах; раннее клубнеобразование и быстрое накопление урожая в первой половине вегетации; при проращивании может использоваться для получения ранней продукции; рекомендуемая густота посадки при выращивании на продовольственные цели — 40—50 тыс. клубней/га на дерновоподзолистых суглинистых почвах и 48—55 тыс. клубней/га — на дерновоподзолистых супесчаных почвах, на семенных участках — 62—68 тыс. клубней/га; длительный период физиологического покоя клубней (115—120 суток); лежкость хорошая; сорт интенсивного типа; во избежание образования чрезмерно крупных клубней, склонных к дуплистости, необходимо своевременное удаление ботвы.

Морфология крахмальных гранул: крахмал с незначительными дефектами формы гранул, но существенным разбросом гранул по размерам — наблюдаются большие (32,5—59,4 мкм), средние (16—26 мкм) и малые (9—10 мкм); поверхность большинства из них ровная, гладкая, без шероховатостей; присутствуют гранулы неправильной овальной (большие) и округлой формы (средние и малые).

Литература

1. Сорта картофеля: Каталог. 2007 / Н.Н. Гончарова, Л.Н. Козлова, И.И. Ко-лядко и др.; науч. ред. С.А. Турко; сост. Л.И. Носевич; РУП «Научно-практический центр нАн Беларуси по картофелеводству и плодоовощевод-ству». - Мн., 2007.

2. Вечер А.С. Физиология и биохимия картофеля / А.С. Вечер, М.Н. Гонча-рик. — Мн., 1973. С. 264.

3. Альсмик П.И. Селекция картофеля в Беларуси. — Мн., 1979.

4. Козлова Л.Н. Влияние сорта и условий выращивания на показатели качества клубней картофеля и пригодность их к переработке: Материалы науч.-прак. конф. молодых ученых, Самохваловичи, 20—23 июля 2004 г. / Л.Н. Козлова / Нац. акад. наук Беларуси, РУП «Ин-т картофелеводства НАН Беларуси». — Мн., 2004. С. 131—135.

Summary

The analysis of accumulation of starch in potato tubers is carried out. The characteristic of 8 grades of a potato by the Byelorussian of selection (Атлант, Лазурит, Ласунок, Лилея, Маг, Скарб, Сузорье and Явар) is given and features of morphological structure of starch taken of these grades are studied.