Потемнение мякоти картофеля: причины появления и возможности предотвращения

Потемнение мякоти (синяки, ушибы мякоти, обесцвечивание, брузинг) — обусловленное физиологическими причинами и механическими воздействиями локальное изменение естественного цвета клубней. Брузинг является серьезной экономической проблемой современного картофелеводства. Ущерб от него складывается из увеличения потерь веса, болезней и снижения привлекательности и цены поврежденного картофеля. Потемнение мякоти возникает, когда удар клубня картофеля о предмет повреждает клетки в ткани непосредственно под кожей, фактически не разрушая кожуру. В течение 24-48 часов поврежденная ткань приобретает темно-серый, синеватый или черный цвет, но это выясняется только после очистки картофеля (фото 1).

Реакции изменения цвета являются результатом сложного взаимодействия генетических и физико-биохимических процессов. В результате ударов клеточные стенки мякоти повреждаются, что делает их проницаемыми для кислорода. Наличие кислорода активизирует фермент полифенолоксидазу, который окисляет фенольные соединения, аминокислоту тирозин, кофейную кислоту, хлорогеновую кислоту, флавоноиды и антоцианы с последующей неферментативной полимеризацией и образованием разнообразных окрашенных меланиновых пигментов. Интенсивность потемнения мякоти зависит от сортовых особенностей, содержания и активности вышеперечисленных активных соединений, прежде всего, аминокислоты тирозин. 

Синяки в мякоти также образуются, когда удары вызывают растрескивание (раскалывание) клубней или кожуры. Трещины могут распространяться на нижележащие ткани. Такие гнили, как фузариозная сухая, раневая водянистая и бактериальная мягкая легко проникают в клубни, которые имеют повреждения. При хранении часто наблюдаются и ушибы отдавления слоя продукта (пролежни), вызывающие приплюснутость или вдавленность формы клубней. Синяк давления типично появляется в нижней части насыпи и часто сопровождается внутренним дефектом серого или черного цвета. В худшем случае сдавливание клубней наблюдается даже в контейнерах при слое продукта не более 150 см. Картофель с пролежнями неприемлем для премиум-сегмента рынка (фото 2).

Мониторинг частоты появления синяков в процессе уборки, хранения и предреализационной подготовки продукта позволяет выявить проблемные участки и принимать эффективные корректирующие меры. Отбор проб клубней в различных точках на протяжении всего процесса сбора урожая и обработки (ручная копка, комбайн, транспорт, конвейеры, любые точки падения или повороты, сортировка, дозирование, упаковка и т. д.) и удержание их при теплой температуре позволяет оценить клубни на предмет повреждения черными пятнами в течение нескольких дней. Чем выше температура, тем быстрее происходит образование пигмента и тем скорее проявляется брузинг. Специальные термостаты (Хот-боксы) позволяют выявить последствия ушибов в течение 12-и часов. Замачивание в растворе йода и использование специальных датчиков — это тоже действенные способы определить, где и как происходит травмирование клубней (фото 3).

Наиболее существенно влияют на риск потемнения мякоти следующие факторы:

• сортовая предрасположенность;
• содержание сухого вещества;
• температура;
• уровень гидратации (хрусткость);
• зрелость и физические параметры клубней. 

1. Сорта картофеля существенно различаются по устойчивости к потемнению мякоти. К чувствительным сортам, которые представляют особую ценность для производства картофелепродуктов, приходится приспосабливаться и обращаться очень бережно. В столовом секторе нет аргументов, которые могут оправдать необходимость выращивания проблемных сортов, они не имеют никакой перспективы. Подверженность сорта ушибам мякоти проявляется только в производственных условиях, на этапе первоначального внедрения сортов этот показатель точно определить не удается. Поэтому часто именно брузинг приводит к быстрому и неожиданному завершению карьеры многих новых сортов.

2. Чем ниже температура мякоти, тем более восприимчивы клубни как к растрескиванию, так и к образованию черных пятен в мякоти. Температура мякоти ниже 5 °С крайне нежелательна при работе с клубнями, поскольку возникают значительные разрушения и ушибы. 

3. Увлажненный (водянистый, хрустящий) картофель характеризуется высокой вероятностью появления синяков от раскалывания. 

4. Обезвоженный картофель восприимчив к потемнению мякоти, точно так же, как и хорошо вызревший или долго остающийся в сухой почве после десикации ботвы. 

5. Созревание картофеля выражается в формировании прочной кожуры и завершении процессов крахмалообразования. Такой картофель отличается самой высокой устойчивостью к брузингу.

6. Размер и форма клубней имеют значение. Крупные клубни удлиненной формы более предрасположены к повреждениям.

Сочетание, наложение различных факторов значительно усложняет закономерности проявления ушибов мякоти. Рассмотрим несколько реальных ситуаций. На рис. 1 показан процент клубней с синяками при разных температурах обработки в зависимости от степени тургидности. При температуре 5,5 °С (42 °F, оранжевая линия) до 60% клубней получают ушибы как на фоне максимального обезвоживания, так и на фоне максимального тургора. Уменьшить повреждения до 40% можно только при промежуточной степени тургора. С повышением температуры обработки до 13,5 °С (56 °F, зеленая линия) процент брузинга уменьшается, зависимость от оводненности клубней меняется на функциональную — минимально у обезвоженного картофеля, максимально — у хрустящего. При высокой температуре обработки 21 °С, 70 °F (серая линия) зависимость обратная; доля ушибленных клубней минимальна при максимальном тургоре. 

Обезвоженные клубни более восприимчивы к брузингу (рис. 1). Плотность клубней зависит от гидратации клубней. Тургорное давление связано с водой, содержащейся в вакуоли внутри клеток, и определяет механические свойства клубней. Снижение относительного тургора может снизить жесткость ткани, может сделать клубень более «самопоглощающим» за счет распределения заданной силы на большую площадь изогнутой поверхности клубня. Состояние гидратации клубней определяет вид синяка и степень восприимчивости к ушибам мякоти.

Диапазон изменения условий окружающей среды во время уборки урожая может быть обширным в зависимости от погоды и времени суток. Идеальные условия сбора складываются при температуре 10-15 °С. Низкие температуры увеличивают растрескивание и ушибы мякоти, что провоцирует развитие фузариозной сухой гнили и других патогенов. Растрескивание мякоти также гораздо труднее залечить при низкой температуре, что приводит к очень большой потере воды через раны. Это может быть первичной причиной потери тургора и ушибов от сдавливания.

Каждый год наблюдается варьирование зрелости клубней к концу вегетационного периода. Некоторые поля очень зеленые и незрелые, в то время как другие засыхают задолго до уборки. Обе крайности достоверно влияют на восприимчивость клубней к повреждению синяками. Когда растения полностью естественно созревают, клубни становятся более восприимчивыми к синякам мякоти. Клубни, которые длительно находятся в сухой почве после высыхания стеблей, могут стать очень восприимчивыми к брузингу. Причем здесь существенны сортовые нюансы. В США для всех основных сортов эти закономерности тщательно изучены и выданы рекомендации, на какой стадии созревания нужно проводить десикацию, чтобы минимализировать синяки.

Есть две причины повышения восприимчивости клубней к ушибам мякоти под высохшей ботвой. Первая причина связана с химическим составом клубней. Клубни после высыхания надземной массы подвергаются более широким колебаниям температуры почвы, чем при наличии зеленой, здоровой ботвы, обеспечивающей затенение и охлаждение почвы. Воздействие изменяющихся температур почвы в конце сезона приводит к старению клубней и увеличению свободных тирозин-соединений, вызывающего потемнение после ушиба или пореза клубневой ткани.

Вторая причина связана с гидратацией клубней. Перед уборкой важно сократить применение орошения, чтобы предотвратить переувлажнение и связанное с этим увеличение таких заболеваний, как фитофтора, мягкая гниль и увеличение чечевичек. Однако, позволяя содержанию влаги в почве упасть ниже 50% до или после уничтожения ботвы, можно фактически подвялить клубни, делая их гораздо более восприимчивыми к ушибам мякоти. На суглинистой почве необходимо применять орошение за неделю до сбора урожая, чтобы свести к минимуму повреждение черными пятнами. Быстрые изменения в гидратации клубней могут произойти, когда орошение прекращается до проведения десикации. Это особенно верно, когда растения еще зеленые и растут, но отмечается даже в случае, когда стебли высохли. Угроза обезвоживания клубней наиболее высока, когда теплые условия приводят к высоким потерям испарения с поверхности почвы.

Поля с более низкой доступной влажностью почвы (менее 50%) при уборке урожая имеют большее количество пятен брузинга в клубнях, чем более влажные поля. Для регидратации клубней, которые стали восприимчивы к синякам из-за обезвоживания в сухой почве, требуется примерно 4-8 дней после орошения. Понятно, что указанная рекомендация реализуема только при наличии орошения. В условиях естественного увлажнения можно лишь констатировать следствия сложившихся условий увлажнения.

Вероятность потемнения мякоти выше на клубнях с высоким содержанием сухого вещества (удельного веса). Клубни с более высоким удельным весом содержат более крупные гранулы крахмала, которые могут повредить клеточные мембраны при механическом воздействии. Однако разные сорта с одинаковым сухим веществом могут отличаться по восприимчивости, что определяется двумя качествами клубней. Во-первых, это разделение субстрата и фермента внутри клеток. Во-вторых, это биохимический потенциал для синтеза пигментов черных пятен, который зависит от уровня фермента полифенолоксидазы и его субстрата (тирозина). Высказывается гипотеза, что интенсивность темного цвета пропорциональна количеству поврежденных клеток и меньшему размеру клеток. 

Во время хранения потемнение мякоти вызывают следующие причины:

• закладка теплого картофеля в насыпь большого объема и оставление его без активной вентиляции. Вследствие самосогревания температура повышается, что приводит к активизации дыхания и недостатку кислорода. Кислород не доходит до внутренних тканей клубней, ферментативные процессы нарушаются, мякоть темнеет;
• сортирование и перевалка клубней в состоянии покоя вызывают гидролиз крахмала и белка и накопление продуктов распада (сахаров, органических кислот, аминокислот) в зоне сосудистого кольца. Самоокисление этих веществ приводит к образованию темноокрашенного пигмента меланина, который сначала имеет темно-синий, а затем черный цвет;
• резкая смена температур в процессе сортирования, упаковки, транспортировки и перевалки картофеля, особенно после длительного хранения при температуре 3-5 °С и высокой относительной влажности воздуха;
• падение содержания кислорода в воздухе до 14-15% вызывает особую форму потемнения мякоти — черная сердцевина. 

Есть несколько дополнительных факторов, которые делают картофель более восприимчивым к потере тургора и ушибам от сдавливания. Вялые, травмированные, незрелые клубни, убранные при высокой температуре более склонны к потере веса и, следовательно, к синякам под давлением. В целом, незрелый картофель имеет в 10-60 раз больше шансов потерять тургор по сравнению с нормально созревшим. Раненый картофель теряет в 100-1000 раз больше воды, чем с целой кожурой до тех пор, пока повреждения не залечатся и не сформируется раневая перидерма. Картофель с низким содержанием сухих веществ более подвержен синякам от давления. Длительный дефицит давления водяного пара между клубнем и окружающим воздухом в сочетании с большой высотой насыпи приводят к развитию пролежней. Потеря веса клубней максимальна в первый месяц хранения. Исследования показали, что если начинается сдавливание клубней, то в течение нескольких дней скорость потери воды из-за этого увеличивается троекратно. Поэтому очень важно раннее лечение ушибов от давления.

Возможности предотвращения брузинга состоят в оптимизации состояния клубней и минимизации негативных воздействий на клубни. Понимание закономерностей восприимчивости сортов картофеля к ушибам позволяет управлять уровнем гидратации и биохимическим состоянием клубней в процессе выращивания, уборки и хранения. Агротехнологический менеджмент основан на таких возможностях: 

1. Человеческий фактор — большинство операций по производству картофеля выполняется механизированно, но всегда люди управляют оборудованием и должны делать это таким образом, чтобы свести к минимуму ушибы. Периодическое обучение и контроль сотрудников по соблюдению всех мер предотвращения брузинга должны быть стандартной частью производственного процесса.

2. Учет сортовых особенностей. Знайте, какой сорт вы выращиваете и подвержен ли он в большей или меньшей степени снятию кожуры, растрескиванию или появлению синяков. Стратегии предотвращения синяков будут различаться в зависимости от их относительной предрасположенности к ушибам мякоти.

3. Управление плодородием. Позднее и избыточное внесение азота замедляет созревание, формирование кожуры и повышает восприимчивость клубней к образованию синяков. Есть критерий оптимального уровня нитратного азота в черешках листьев на середину августа, превышение его приводит к существенному проявлению брузинга. Важно сбалансировать применение азота с достаточным количеством фосфора, но высокий уровень фосфора не может предотвратить все негативные последствия избыточного количества азота. Недостаточный уровень калия повышает восприимчивость к потемнению мякоти. Однако внесение калия выше оптимального уровня не приводит к дальнейшему снижению ушибов, но может привести к снижению сухого вещества клубней из-за повышенного водопоглощения. Повышение концентрации кальция в клубнях до 250 мг/кг может снизить частоту появления синяков до минимума. Однако сорта по-разному усваивают и накапливают внесенный кальций. 

4. Правильный подбор полей по механическому составу почвы, качественная подготовка почвы, предотвращение комкообразования, удаление камней. Особенно важны для сортов с высокой чувствительностью к ушибам мякоти.

5. Своевременное и качественное проведение посадки, использование высококачественного материала обеспечивают полное использование агроклиматических ресурсов на формирование урожая и созревание клубней.

6. Квалифицированное завершение процесса формирования урожая. Десикация или механическое удаление ботвы как минимум за две-три недели до сбора урожая с учетом погодных условий, так как кожура образуется медленнее в прохладных или влажных почвенных условиях. Поддержание влажности почвы более 60% с момента удаления ботвы до уборки. Полив за неделю до уборки, если почва сухая и клубни обезвожены.

7. Бережная уборка урожая. Убирать клубни, когда они созреют и имеют хорошую кожуру. Лучше всего собирать клубни при температуре от 10 до 15 °С. Промежуточный уровень гидратации клубней может быть лучшим, потому что дегидратированные клубни восприимчивы к образованию черных пятен, а чрезмерно гидратированные клубни склонны к раскалыванию. Ежедневная настройка уборочной техники на минимальное повреждение картофеля. Поддерживать поток грунта на втором приемном транспортере. Регулировка скорости транспортеров и конвейеров, чтобы они были заполнены до предела (это снижает откат). Недопущение те падений с высоты более 15 см. Удалять не более 60-70% ботвы на комбайне, так как удаление большего количества может привести к чрезмерному повреждению картофеля

8. Уменьшение синяков при транспортировке и загрузке хранилища включает в себя минимизацию падений, согласование скорости конвейера с объемом клубней и укладку насыпи ступенчатым способом, чтобы свести к минимуму скатывание клубней по поверхности насыпи. Периодический, несколько раз в день, контроль зоны погрузочно-разгрузочных работ, чтобы свести к минимуму травмирование клубней. Около 30% всех ушибов мякоти происходят в хранилище (фото 4). 

9. Безукоснительное соблюдение оптимальных условий длительного хранения. Начать вентилирование не позднее двух часов после загрузки картофеля в хранилище. Полностью высушить картофель не более чем за двое суток. Залечить повреждения кожуры в течение двух-трех недель. Выдерживать правильный темп охлаждения, оптимальный параметры температуры и влажности воздуха на этапе основного периода хранения. Исключить малейшую возможность образования конденсата.

10. Соблюдение оптимальной температуры и влажности воздуха, минимальной высоты и амортизации падения, полной загрузки транспортеров и оборудования во время упаковочных, отгрузочных и приемных операций.

Таким образом, для предотвращения или сведения к минимуму ушибов мякоти картофеля следует искать рациональный компромисс между желанием получить максимальный урожай и высокое содержание сухого вещества с необходимостью оптимизации биохимического состава, зрелости, гидратации, формирования кожуры клубней. Регламенты выращивания, сбора урожая, хранения и предреализационной подготовки необходимо использовать и корректировать для уменьшения потемнения мякоти. Высокая квалификация, периодическое обучение и постоянный контроль персонала — важнейший компонент эффективного менеджмента брузинга.