Gladis Zinati, Ph.D.1, * und Lavanya Reddivari, Ph.D. 2
1Direktor des Versuchs mit Gemüsesystemen, Rodale Institute, 611 Siegfriedale Road, Kutztown, PA 19530;
2Assistenzprofessor, Lebensmittelwissenschaft, Purdue University, 745 Agriculture Mall Dr., West Lafayette, IN 47907;
*Korrespondierender Autor, E-Mail: Gladis.Zinati@RodaleInstitute.org
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Kartoffel ist neben Weizen, Mais und Reis die viertgrößte Kulturpflanze, die zur Ernährungssicherheit der Welt beiträgt [1]. Laut FAOSTAT 2019 wurden weltweit 388 Millionen Tonnen Kartoffeln auf 19 Millionen Hektar Land produziert [2]. In den USA wird auf etwa 1 Million Acres Kartoffeln im Wert von 4.6 Milliarden US-Dollar angebaut. In Pennsylvania (PA) werden auf über 5,300 Hektar Kartoffeln produziert, die jährlich einen Marktwert von 18 Millionen US-Dollar aufweisen.
Kartoffeln sind eine wichtige Quelle für Mineralstoffe wie Kalium, Phosphor und Magnesium [3] sowie für Kohlenhydrate, Proteine und die Vitamine B, C und E [4,5]. Kartoffeln enthalten mehrere sekundäre Pflanzenstoffe wie Polyphenole, Flavonoide, Polyamine und Carotinoide, die nachweislich gesundheitsfördernd sind.
Polyphenole, natürlich vorkommende organische Verbindungen, die hauptsächlich in Obst, Gemüse, Getreide und Getränken vorkommen [6], sind in den letzten Jahrzehnten zu einem aufstrebenden Interessengebiet für Ernährungswissenschaftler und Verbraucher geworden. Sie sind eine große Gruppe von sekundären Pflanzenstoffen, die für ihre antioxidativen, entzündungshemmenden und antimikrobiellen Eigenschaften bekannt sind. Untersuchungen haben gezeigt, dass der regelmäßige Verzehr von Lebensmitteln, die reich an Polyphenolen sind, das Risiko chronischer Krankheiten wie Herzerkrankungen, bestimmter Krebsarten, Typ-2-Diabetes und neurodegenerativer Erkrankungen senkt [7].
Obwohl Kartoffelsorten mit weißem und blassgelbem Fleisch wie Lehigh beliebt sind, werden bei den Verbrauchern mehr farbige Sorten wie violett- und rotfleischige Kartoffeln immer beliebter.
Die Biosynthese und Anreicherung von Phenolverbindungen in Kartoffeln und anderen Pflanzengeweben erfolgt auf natürliche Weise, um Pflanzen vor mechanischen Quetschungen und Verletzungen durch Räuber zu schützen [8] und kann je nach Sorten [9], Wachstumsbedingungen und Nährstoffversorgung [10] variieren. Zum Beispiel. Eine geringere Stickstoffverfügbarkeit für Kartoffelpflanzen kann zu einem erhöhten Gehalt an phenolischen Verbindungen führen, was die Widerstandsfähigkeit der Pflanze gegen Schädlinge und Krankheiten erhöht [11]. Moschellaet al. [12] schlugen vor, dass die größere Akkumulation von Phenolverbindungen in biologisch angebauten Pflanzen auf einen stärkeren „pathogenen Druck“ zurückzuführen sein könnte.
Die gesundheitsbezogenen Eigenschaften von Kartoffeln regen die Suche nach Kartoffelsorten und Anbaustrategien an, die den Gehalt an phenolischen Verbindungen erhöhen können.
In diesem Artikel berichten wir über die Gesamtpolyphenole (TP) in Lehigh- und Purple Majesty-Kartoffelsorten, die im Vegetable Systems Trial (VST) um . angebaut wurden Rodale Institute, PA, unter biologischen (ORG) und konventionellen (CNV) Anbausystemen mit zwei Bewirtschaftungspraktiken in den Jahren 2019 und 2020. Die Kartoffelsorte Lehigh hat eine bräunliche Hautfarbe und eine blasse bis gelbe Fleischfarbe, während die Kartoffelsorte Purple Majesty violette Haut und Fleisch hat. Die Bewirtschaftungspraktiken umfassten a) das Pflügen mit Meißeln, das als reduzierte Bodenbearbeitung (RT) bezeichnet wird, und b) das Pflügen mit Pflügen mit schwarzem Kunststoffmulch, das als intensive Bodenbearbeitung (BP) bezeichnet wird.
Bei der Ernte wurden Kartoffelsorten von jeder Behandlung beprobt und auf Ertrag und Nährstoffqualität untersucht. Gemahlene gefriergetrocknete Kartoffelproben wurden im Dr. Reddivari's Lab der Purdue University auf TP untersucht. Die Gesamtpolyphenolkonzentration wurde mit der modifizierten kolorimetrischen Methode von Folin-Ciocalteu bestimmt [13]. Die Gesamtphenole wurden in allen Knollen bewertet und als mg Gallussäureäquivalente/g Trockengewicht (mg GAE/g DW) ausgedrückt.
Unsere Ergebnisse zeigten, dass sich die TPs mit den Managementpraktiken (BP oder RT) von durchschnittlich 3.2 mg GAE/g DW im Jahr 2019 und 2.4 mg GAE/g DW im Jahr 2020 nicht änderten. Kartoffelsorten unterschieden sich jedoch in der TP-Konzentration (Abbildung 1). Die Gesamtphenolkonzentrationen waren in Purple Majesty in den Jahren 2 bzw. 3 zwei- bis dreimal höher als in Lehigh. Diese Ergebnisse bestätigen Lewis et al. [2020], die dokumentierten, dass phenolische Verbindungen in Kartoffelsorten mit violettem oder rotfleischigem Fleisch im Vergleich zu Sorten mit weißem Fleisch 2019 bis 9 mal größer sein können.
Darüber hinaus wurden von Jahr zu Jahr Schwankungen der TPs nur bei Purple Majesty beobachtet, die durchschnittlich 2.5 mg GAE/g im Jahr 2020 und 3.2 mg GAE/g im Jahr 2019 betrugen. Unsere Ergebnisse stimmen auch mit den Ergebnissen von Brazinskiene et al. [14], die zeigten, dass phenolische Verbindungen in Kartoffelknollen von Jahr zu Jahr und zwischen Sorten signifikant variieren.
Die Gesamtphenolkonzentration in getesteten Kartoffelsorten variierte im Jahr 2019 nicht mit den Anbausystemen und betrug durchschnittlich 1.7 mg GAE/g DW bei Lehigh und 4.9 mg GAE/g DW bei Purple Majesty.
Im Jahr 2020 waren die Gesamtphenolkonzentrationen jedoch in der im organischen System angebauten Purple Majesty-Sorte signifikant höher als im konventionellen System (Abbildung 2) und es wurde kein signifikanter Unterschied in den TPs zwischen organischen und konventionellen Systemen in Lehigh beobachtet.
Im Gegensatz zu Brazinskiene et al. [14], die feststellten, dass das Anbausystem keinen signifikanten Einfluss auf Phenolsäuren hatte, zeigten unsere Ergebnisse, dass bestimmte Kartoffelsorten empfindlicher sein können als andere und bei Anbausystemen wie im Fall von Purple Majesty in der TP-Konzentration variieren können.
Zusammenfassend , zeigten unsere Zweijahresdaten, dass die Gesamtphenole in Kartoffelsorten variierten. Lehigh-Kartoffel, blassgelbe Fleischsorte, hatte eine niedrigere Gesamtphenolkonzentration als Purple Majesty (purpurfarbene Fleischsorte). Die Bodenbearbeitung hatte keinen signifikanten Einfluss auf die TP-Konzentration von Kartoffelsorten. Purple Majesty wies in einem von zwei Versuchsjahren einen höheren Polyphenolgehalt im biologischen gegenüber dem konventionellen System auf, während die TPs der Lehigh-Kartoffel vom Anbausystem nicht beeinflusst wurden. Unsere Ergebnisse bestätigen mit anderen Forschern, die dokumentierten, dass Kartoffelsorten mit violettem Fleisch mehr Polyphenole aufweisen als Sorten mit weißem Fleisch [9], die je nach Anbausystem [10] und Jahr [14] variieren.
Kartoffelbauern in Pennsylvania und anderen Standorten können wirtschaftlich profitieren, indem sie in den Anbau von Kartoffelsorten mit farbigem Fleisch, die reich an Polyphenolen sind, zusätzlich zu den üblicherweise produzierten weißen und blassgelben Sorten investieren. In ähnlicher Weise können Verbraucher ihre gesundheitlichen Vorteile steigern, indem sie polyphenolreiche Kartoffeln wie Purple Majesty konsumieren.
Bibliographie
1. Hesekiel, R.; Singh, N.; Sharma, S.; Kaur, A. 2013. Nützliche sekundäre Pflanzenstoffe in Kartoffeln – Eine Übersicht. Lebensmittelres. Int. 50: 487–496.
2. FAOSTAT, 2019. Weltkartoffelproduktion. https://www.potatopro.com/world/potato-statistics
3. König, JC; Slavin, JL 2013. Weiße Kartoffeln, menschliche Gesundheit und Ernährungsberatung. Fortschritte in der Ernährung: Ein internationales Review Journal. 4(3): 393S–401S. doi:10.3945/an.112.003525
4. Camire, ICH; Kubow, S.; Donnelly, DJ 2009. Kartoffeln und die menschliche Gesundheit. Krit. Rev. Food Sci. Nutr. 49: 823–840.
5. Calliope, SR; Lobo, MO; Sammán, NC 2018. Biodiversität von Andenkartoffeln: Morphologische, ernährungsphysiologische und funktionelle Charakterisierung. Lebensmittelchem. 238: 42–50.
6. Pandey, KB; Rizvi, SI 2009. Pflanzenpolyphenole als diätetische Antioxidantien in der menschlichen Gesundheit und Krankheit. Oxidative Medizin und zelluläre Langlebigkeit. 2(5): 270–278. doi:10.4161/oxim.2.5.9498
7. Cory, H.; Passarelli, S.; Szeto, J.; Tamez, M.; Mattei, J. 2018. Die Rolle von Polyphenolen in der menschlichen Gesundheit und in Lebensmittelsystemen: Ein Mini-Review. Grenzen in der Ernährung, 5:87. doi:10.3389/fnut.2018.00087
8. Friedman, M. 1997. Chemie, Biochemie und diätetische Rolle von Kartoffelpolyphenolen. Eine Rezension. J. Agric. Lebensmittelchem. 45: 1523-1540
9. Lewis, CE; Walkel JRL; Lancaster, JE; Sutton, KH 1998. Bestimmung von Anthocyanen, Flavonoiden und Phenolsäuren in Kartoffeln. I: Farbige Sorten von Solanum tuberosum L. J Sci Food Agric. 77: 45–57. https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-0010(199805)77:1<45::AID-JSFA1>3.0.CO;2-S
10. Hajšlová, J.; Schulzová, V.; Slanina, P.; Janne, K.; Hellenäs, KE; Andersson, CH 2005. Qualität biologisch und konventionell angebauter Kartoffeln: Vierjährige Studie zu Mikronährstoffen, Metallen, Sekundärmetaboliten, enzymatischer Bräunung und organoleptischen Eigenschaften. Lebensmittelzusatz Kontam. 22(6): 514–534. PMID:16019825
11. Brandt, K.; Mølgaard, JP 2001. Ökologischer Landbau: Verbessert oder verringert er den Nährwert pflanzlicher Lebensmittel? J Sci Food Agric. 81: 924–931
12. Moschella, A.; Camin, F.; Misseli, F. ; Parisi, B. ; Versini, G. ; Ranalli, P. ; Bagnaresi, P. 2005. Marker der Charakterisierung des Agrarregimes und des geografischen Ursprungs bei Kartoffeln. Agrarindustrie. 4(3): 325–332
13. Singleton, VL; Orthofer, R.; Lamuela-Raventos, RM 1999. Analyse von Gesamtphenolen und anderen Oxidationssubstraten und Antioxidantien mittels Folin-Ciocalteu-Reagenz. In Methoden der Enzymologie; Lester, P., Hrsg.; Akademische Presse: New York, Bd. 299, S. 152_178
14. Brazinskiene, V.; Asakaviciute, R.; Miezeliene, A.; Alencikiene, G.; Ivanauskas, L.; Jakstas, V.; Viskelis, P.; Razukas, A. 2014. Einfluss von Anbausystemen auf Ertrag, Qualitätsparameter und sensorische Eigenschaften von konventionell und biologisch angebauten Kartoffelknollen (Solanum tuberosum L.). Lebensmittelchem. 2014; 145: 903–909. https://doi.org/10.1016/j. foodchem.2013.09.011