Οι επιστήμονες ανακάλυψαν έναν μηχανισμό για την πρόληψη του μαυρίσματος και των κινδύνων για την υγεία στις παγωμένες πατάτες, μια σημαντική ανακάλυψη που υπόσχεται υγιεινά και νόστιμα σνακ και αντιμετωπίζει τις προκλήσεις μιας αγοράς δισεκατομμυρίων δολαρίων. Η εργασία τους, η οποία αποκαλύπτει το γονίδιο που ευθύνεται για την ψυχρή γλυκαντικότητα (CIS), θα μπορούσε να οδηγήσει σε νέες ποικιλίες πατάτας που αποφεύγουν τον σχηματισμό ακρυλαμιδίου, ωφελώντας τη βιομηχανία σνακ και δυνητικά μειώνοντας τη σπατάλη τροφίμων και το κόστος.
Ερευνητές στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν ανακάλυψαν έναν τρόπο μείωσης των επιπέδων μιας καρκινογόνου ουσίας που παράγεται κατά το τηγάνισμα κονδύλων που έχουν αποθηκευτεί σε ψυχρές συνθήκες.
Σε μια σημαντική ανακάλυψη στη βιομηχανία τροφίμων σνακ, μια ομάδα επιστημόνων με επικεφαλής τους καθηγητές του Michigan State University Jiming Jiang και David Doschs ανακάλυψε έναν βασικό μηχανισμό πίσω από το σκουρόχρωμο και τις πιθανές ανησυχίες για την υγεία που σχετίζονται με τις πατάτες ψυχρής αποθήκευσης.
Τα ευρήματά τους δημοσιεύτηκαν στο περιοδικό Φυτικό κύτταροπροαναγγέλλει την ανάπτυξη ποικιλιών πατάτας που μπορούν να αποθηκευτούν σε χαμηλές θερμοκρασίες και οδηγούν στην παραγωγή πιο υγιεινών και νόστιμων πατατών και τηγανητών πατατών.
Αυτά τα σνακ έχουν μια αγορά δισεκατομμυρίων δολαρίων στις Ηνωμένες Πολιτείες. Στο Μίσιγκαν – τον κορυφαίο παραγωγό πατάτας που χρησιμοποιείται σε πατατάκια – η βιομηχανία πατάτας αξίζει 240 εκατομμύρια δολάρια ετησίως.
Οι ερευνητές του Πολιτειακού Πανεπιστημίου του Μίσιγκαν, David Dutchess (αριστερά) και Jiming Jiang (δεξιά) καλλιεργούν φυτά πατάτας στο θερμοκήπιο του Michigan State University. Πίστωση: Paul Henderson/Κρατικό Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν
Ωστόσο, οι αγρότες δεν μπορούν να καλλιεργήσουν καλλιέργειες όλο το χρόνο και οι παρασκευαστές σνακ χρειάζονται μια σταθερή προσφορά φρέσκων πατάτας για να καλύψουν τις ανάγκες τους. Η διατήρηση των πατατών σε ψυχρή αποθήκευση διασφαλίζει ότι οι παραγωγοί τσιπς και τηγανιτές πατάτες παίρνουν αυτό που χρειάζονται, αλλά οι χαμηλές θερμοκρασίες ενεργοποιούν επίσης μια διαδικασία που ονομάζεται ψυχρή γλυκαντικότητα ή CIS, η οποία μετατρέπει τα άμυλα σε σάκχαρα.
Η επεξεργασία των φορτωμένων με ζάχαρη κονδύλων οδηγεί σε μαύρες τηγανητές πατάτες και πατατάκια. Παράγει επίσης ακρυλαμίδιο, μια καρκινογόνο ένωση που σχηματίζεται κατά την επεξεργασία σε υψηλές θερμοκρασίες, η οποία έχει συνδεθεί με ανησυχίες για την υγεία, συμπεριλαμβανομένου του αυξημένου κινδύνου καρκίνου.
Παρόλο που υπάρχουν τεχνικές για τη μείωση των σακχάρων στους κονδύλους ψυχρής αποθήκευσης, προσθέτουν κόστος και μπορούν να επηρεάσουν τη γεύση του τελικού προϊόντος. Έτσι, ο Jiang και οι συνεργάτες του εστίασαν στη ρίζα του προβλήματος για να εργαστούν στην παραγωγή πατάτας που δεν επηρεάστηκαν από την ΚΑΚ, από την αρχή.
«Εντοπίσαμε το συγκεκριμένο γονίδιο που είναι υπεύθυνο για το CIS και, το πιο σημαντικό, ανακαλύψαμε το ρυθμιστικό στοιχείο που το ενεργοποιεί σε χαμηλές θερμοκρασίες», εξήγησε ο Jiang, Καθηγητής του Ιδρύματος Ερευνών MSU στα Τμήματα Φυτικής Βιολογίας και Κηπουρικής.
«Με τη μελέτη του τρόπου με τον οποίο ενεργοποιείται και απενεργοποιείται αυτό το γονίδιο, ανοίγουμε την πιθανότητα να αναπτυχθούν πατάτες που είναι φυσικά ανθεκτικές στο CIS και, ως εκ τούτου, δεν θα παράγουν τοξικές ενώσεις».
Απενεργοποιώντας το γονίδιο κενοτόπιας ιμβερτάσης πατάτας ή VInv, ερευνητές από το Πολιτειακό Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν έδειξαν ότι το τηγάνισμα πατάτας που αποθηκεύεται σε χαμηλές θερμοκρασίες μπορεί να έχει ως αποτέλεσμα ένα πιο υγιεινό, πιο ελκυστικό τσιπ. Πίστωση: Προσαρμογή από Bhaskar, PB, et al. Plant Physiology, 2010, 154(2), 939-948, https://doi.org/10.1104/pp.110.162545
Από το εργαστήριο, στο θερμοκήπιο, στο σακουλάκι με τα πατατάκια
Ερευνητής πατάτας για περισσότερα από είκοσι χρόνια, ο Jiang έχει αφιερώσει την καριέρα του στην επίλυση αυτού του μυστηρίου.
Για να αντιμετωπίσει ένα από τα πιο πιεστικά ζητήματα στη βιομηχανία πατάτας, ο Jiang ξεκίνησε την εργασία του για τη μείωση του ακρυλαμιδίου στα πατατάκια και τις πατάτες στο Πανεπιστήμιο του Wisconsin-Madison. Εκεί, ο Jiang και η ομάδα του δημοσίευσαν έρευνα το 2010 προσδιορίζοντας το βασικό γονίδιο που ευθύνεται για το CIS πατάτας. Μετακομίζοντας στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν το 2017, ο Jiang και η ομάδα του εργάστηκαν για να εντοπίσουν στοιχεία αυτού του γονιδίου που θα μπορούσαν να τροποποιηθούν για να σταματήσουν την αφαλάτωση που προκαλείται από το κρύο.
Η ερευνητική ομάδα του Jiang, η οποία περιλαμβάνει συνεργάτες στην πανεπιστημιούπολη του MSU καθώς και σε άλλα ερευνητικά πανεπιστήμια, χρησιμοποίησε έναν συνδυασμό ανάλυσης γονιδιακής έκφρασης, ταυτοποίησης πρωτεϊνών και χαρτογράφησης ενισχυτή για να αναγνωρίσει το ρυθμιστικό στοιχείο που ελέγχει το γονίδιο CIS.
«Το συνεργατικό ερευνητικό περιβάλλον και οι εγκαταστάσεις του MSU, συμπεριλαμβανομένου του προγράμματος αναπαραγωγής πατάτας παγκόσμιας κλάσης με επικεφαλής τον Dave Doschs, έπαιξαν καθοριστικό ρόλο σε αυτήν την έρευνα», είπε ο Jiang. «Τα επόμενα βήματά μας περιλαμβάνουν τη χρήση αυτής της γνώσης για τη δημιουργία γραμμών πατάτας ανθεκτικών στο CIS μέσω επεξεργασίας γονιδίων ή άλλων τεχνικών αναπαραγωγής στα θερμοκήπια του Dr. Duchs».
Ερευνητές καλλιεργούν πιο υγιεινές πατάτες για σνακ στη φάρμα γεωπονίας του Πολιτειακού Πανεπιστημίου του Μίσιγκαν. Πίστωση: Paul Henderson/Κρατικό Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν
Ο Dutchz, ως επικεφαλής του προγράμματος αναπαραγωγής και γενετικής πατάτας στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν, εφάρμοσε μια τεχνική που αναπτύχθηκε από τον Jiang για να σταματήσει το CIS μέσω της γονιδιακής επεξεργασίας.
«Όλες οι εγκαταστάσεις μας βρίσκονται στην πανεπιστημιούπολη, επομένως η ερευνητική εργασία μπορεί να γίνει αποτελεσματικά», είπε η Δούκισσα. «Με τη συνεργασία μας, καταφέραμε να κάνουμε μια ανακάλυψη που ανοίγει το δρόμο για στοχευμένες προσεγγίσεις γενετικής τροποποίησης για την παραγωγή ανθεκτικών στο κρύο ποικιλιών πατάτας».
Τα πιθανά οφέλη αυτής της έρευνας εκτείνονται πέρα από τη βελτίωση της ποιότητας των σνακ. Η μείωση του σχηματισμού ακρυλαμιδίου στις πατάτες θα μπορούσε να έχει συνέπειες για άλλα επεξεργασμένα αμυλούχα τρόφιμα. Επιπλέον, οι πατάτες που αντέχουν στο κρύο μπορούν να προσφέρουν μεγαλύτερη ευελιξία στην αποθήκευση και τη μεταφορά, γεγονός που μπορεί να μειώσει τη σπατάλη τροφίμων και το κόστος.
Ο Jiang πιστεύει ότι νέες πατάτες ανθεκτικές στο cis θα μπορούσαν να είναι εμπορικά διαθέσιμες στο εγγύς μέλλον.
«Αυτή η ανακάλυψη αντιπροσωπεύει μια σημαντική πρόοδο στην κατανόησή μας για την εξέλιξη της πατάτας και τις επιπτώσεις της στην ποιότητα και την υγεία των τροφίμων», είπε ο Jiang. «Έχει τη δυνατότητα να επηρεάσει κάθε σακούλα πατατάκια σε όλο τον κόσμο».
Παραπομπή: «Μοριακή ανατομή του ενδογενούς ενισχυτή που διέπει την επαγόμενη από το κρύο έκφραση του γονιδίου vacuolar invertase in potato» από τους Xiaobiao Zhu, Airu Chen, Nathaniel M Butler, Zixian Zeng, Haoyang Xin, Lixia Wang, Zhaoyan Lv, Dani Eshel, David S . Al-Dush και Jiming Jiang, 20 Φεβρουαρίου 2024, Φυτικό κύτταρο.
doi: 10.1093/plcell/koae050
“Ερασιτέχνης διοργανωτής. Εξαιρετικά ταπεινός web maven. Ειδικός κοινωνικών μέσων Wannabe. Δημιουργός. Thinker.”