Картофель

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

«ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ»

 

 

Факультет прикладной биотехнологии  и инженерии

 

Кафедра «Технологии пищевых  производств»

 

 

 

 

Доклад

На тему «Картофель»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

Карто́фель, Паслён клубненосный (лат. Solánum tuberósum) — вид многолетних клубненосных травянистых растений из рода Паслён (Solanum) семейства Паслёновые (Solanaceae). Клубни картофеля являются важным продуктом питания, в отличие от ядовитых плодов, содержащих соланин. Клубни картофеля имеют свойство зеленеть при хранении на свету, что является индикатором повышенного содержания соланина в них. Употребление в пищу одного позеленевшего клубня вместе с кожурой может привести к серьезному отравлению. Другим индикатором повышенного содержания яда в картофеле является горьковатый вкус.

Современное научное название картофеля в 1596 году ввёл Каспар Баугин в работе «Theatri botanici», позже этим названием воспользовался Линней в своей работе «Species Plantarum» (1753).

Русское слово «картофель»  произошло от нем. Kartoffel, которое, в свою очередь, произошло от итал. tartufo, tartufolo — трюфель

Распространение и история культуры

Родина картофеля —  Южная Америка, где до сих пор  можно встретить дикорастущий картофель.

Введение картофеля в  культуру (сначала путём эксплуатации диких зарослей) было начато примерно 14 тыс. лет назад индейцами Южной Америки. Они не только употребляли картофель в пищу, но и поклонялись ему, считая одухотворённым существом.

Первые спорадические  упоминания о картофеле (yoma на языке чибча-муисков) встречаются в испанских документах, описывавших завоевание Нового Королевства Гранада (территории Колумбии и Венесуэлы): у Гонсало Хименеса де Кесады (1539, отредактировано анонимным автором в 1548—1549 годах; 1550), Хуана де Кастельяноса (1540), у Фернандеса де Овьедо (1545). Хименес де Кесада в своём докладе «Краткое изложение завоевания Нового Королевства Гранада», говоря о жителях завоёванной им территории, сообщил о наиболее важных растениях, используемых ими в пищу.

В Европу (Испанию) картофель  впервые был завезён, вероятно, тем  же Сьеса де Леоном в 1551 году, при его возвращении из Перу. В дальнейшем культура распространилась в Италии, Бельгии, Германии, Нидерландах, Франции, Великобритании и других европейских странах. Сначала картофель был принят в Европе за декоративное растение. Агрономом, обнаружившим, что картофель обладает высокими вкусовыми и питательными качествами, а вовсе не ядовит, как считалось ранее, является Антуан-Огюст Пармантье.

Появление в России картофеля  Вольное экономическое общество связывало с именем Петра I, который  в конце XVII века прислал в столицу  мешок клубней из Голландии якобы  для рассылки по губерниям для  выращивания. Но картофель не получил  распространения в России во времена  Петра I. Начало широкого распространения  положил указ Сената в 1765, в период правления Екатерины II, и завоз  из-за границы партии семенного картофеля, разосланного по стране. Поначалу население  не приняло новую культуру (из-за множества отравлений от употребления плодов). «Историческая справка о  введении в России культуры картофеля» гласит: «иноземное нововведение было принято у нас отдельными лицами, преимущественно иностранцами и  некоторыми представителями высших сословий… Ещё в царствование императрицы Анны Ивановны за столом принца Бирона картофель уже появлялся как вкусное, но вовсе не редкое лакомое блюдо». Крестьяне называли картофель «чёртовым яблоком» и считали большим грехом употребление его в пищу. В середине ХIX века по России прокатилась волна «картофельных бунтов».

Особенно быстро стали  увеличиваться площади под картофель в 1840—1842 годах. 24 февраля 1841 года вышло распоряжение российского правительства «О мерах к распространению разведения картофеля». Тиражом в 30 000 экземпляров по всей России разослали бесплатные наставления по правильной посадке и выращиванию картофеля. Ежегодно всю информацию о выращивании картофеля губернаторы отсылали в Петербург. К концу XIX века в России им было занято более 1,5 млн га. В России в XIX — XX веках считался «вторым хлебом», то есть одним из основных продуктов питания.

В наши дни картофель культивируется в умеренной климатической зоне по всему земному шару; клубни картофеля  составляют значительную часть пищевого рациона россиян.

Биологические особенности

Картофель размножают вегетативно  — небольшими клубнями или частями  клубней (и для целей селекции — семенами). Они высаживаются на глубину от 5 до 10 см.

Прорастание почек клубней  в почве начинается при 5-8 °C (оптимальная  температура для прорастания  картофеля 15-20 °C). Для фотосинтеза, роста  стеблей, листьев и цветения — 16-22 °C. Наиболее интенсивно клубни образуются при ночной температуре воздуха 10-13 °C. Высокая температура (ночная около 20 °C и выше) вызывает тепловое вырождение. Из семенных клубней развиваются  растения с резко пониженной продуктивностью. Всходы и молодые растения повреждаются при заморозках в −2 °C. Транспирационный коэффициент картофеля в среднем 400—500.

Наибольшее количество воды растение потребляет во время цветения и клубнеобразования. Избыток влаги вреден для картофеля.

На формирование надземной  части и клубней расходуется  много питательных веществ, особенно в период максимальных приростов  вегетативной массы и начала клубнеобразования. При урожае 200—250 ц с 1 га растения извлекают из почвы 100—175 кг азота, 40-50 кг фосфора и 140—230 кг калия.

Лучшие для картофеля  почвы — чернозёмы, дерново-подзолистые, серые лесные, осушенные торфяники; по механическому составу — супеси, лёгкие и средние суглинки. Почва  для картофеля должна быть рыхлой: в уплотнённой почве формируются  мелкие и деформированные клубни.

Химический  состав и питательная ценность

Химический состав клубней  зависит от сорта, условий выращивания (климатических, погодных, типа почвы, применяемых удобрений, агротехники  возделывания), зрелости клубней, сроков и условий хранения и др.

В среднем картофель содержит (в %): воды 75 %; крахмала 18,2; азотистых  веществ (сырой белок) 2; сахаров 1,5; клетчатки 1; жиров 0,1; титруемых кислот 0,2; веществ  фенольной природы 0,1; пектиновых веществ 0,6; прочих органических соединений (нуклеиновых  кислот, гликоалкалоидов, гемицеллюлоз и др.) 1,6; минеральных веществ 1,1. Ориентировочно различают сорта картофеля с высоким содержанием сухих веществ (более 25 %), средним (22—25 %) и низким (менее 22 %).

Крахмал составляет 70—80 % всех сухих веществ клубня. Находится крахмал в клетках в виде слоистых крахмальных зёрен размером от 1 до 100 мкм, но чаще 20—40 мкм. Содержание крахмала зависит от скороспелости сортов, которое выше у позднеспелых.

В процессе хранения количество крахмала в клубнях уменьшается  в результате гидролитического распада  его до сахаров. В большей мере снижается содержание крахмала при  низкой температуре (1—2 °C). Сахара в  картофеле представлены глюкозой (около 65 % к общему сахару), фруктозой (5 %) и  сахарозой (30 %), в незначительном количестве встречается мальтоза, обычно при  прорастании картофеля. Наряду со свободными сахарами в картофеле имеются  фосфорные эфиры сахаров (глюкозо-1-фосфат, фруктозо-6-фосфат и др.).

Клубни содержат в среднем:

   воды — 76,3 %

   сухого вещества — 23,7 %, в том числе

   крахмала — 17,5 %

   сахаров — 0,5 %

   белка — 1-2 %

    минеральных солей — около 1 %

  Максимальное содержание сухого вещества в клубнях 36,8 %, крахмала 29,4 %, белка 4,6 %, витаминов С, B1, B2, B6, PP, К и каротиноидов.

В зрелом картофеле сахаров  немного (0,5—1,5 %), но они могут накапливаться (до 6 % и более) или исчезать полностью, что наблюдается при длительном хранении. Решающим фактором при этом является температура. Биологической  основой изменения содержания сахароз  служит различная скорость одновременно протекающих в клубнях трёх основных процессов углеводного обмена: осахаривания крахмала, синтеза крахмала из сахаров и окислительного распада сахаров при дыхании. Эти процессы регулируются соответствующими ферментными системами. Установлено, что при температуре 10 °C в 1 кг клубней образуется 35,8 мг сахара и столько же расходуется, при меньшей температуре (0-10 °C) — наблюдается накопление сахара в клубне (по достижении определённого уровня содержание сахаров остаётся постоянным), а при температуре большей 10 °C сахар больше расходуется, чем образуется. Таким образом, накопление сахара можно регулировать, изменяя температуру хранения. Накопление сахаров в клубнях во время хранения значительно зависит и от сорта картофеля.

Повышение содержания сахаров  более чем на 1,5—2 % отрицательно сказывается на качестве картофеля (при варке он темнеет за счёт образования меланоидинов, приобретает сладкий вкус и др.).

Сырой клетчатки в клубне содержится около 1 %, примерно столько  же и гемицеллюлоз, главным образом  пентозанов, составляющих вместе с клетчаткой основную массу клеточных стенок. Наибольшее количество клетчатки и пентозанов находится в перидерме, значительно меньше их в коре и ещё меньше в зоне сосудистых пучков и сердцевине.

Пектиновые вещества являются полимерными соединениями с большой  молекулярной массой. Они построены  из остатков галактуроновой кислоты, являющейся продуктом окисления глюкозы. Среднее содержание пектиновых веществ в картофеле составляет 0,7 %. Эти вещества неоднородны и встречаются в виде протопектина, пектина, пектиновой и пектовой кислот. Последние три соединения обычно называют пектинами (пектином).

Протопектин нерастворим  в воде и находится в связанном  состоянии, образуя межклеточную прослойку  в растительных тканях. Он служит как  бы цементирующим материалом для  клеток, обусловливая твёрдость тканей. Существует мнение, что протопектин  состоит из молекул пектиновых кислот, цепочки которых связаны между  собой через ионы кальция, магния и фосфорнокислые «мостики»; при  этом молекула протопектина может образовывать комплексы с целлюлозой и гемицеллюлозами.

Под действием ферментов, при кипячении в воде, нагревании с разбавленными кислотами и  щелочами происходят гидролиз протопектина с образованием растворимого в воде пектина. Этим объясняется размягчение картофеля в процессе варки.

Пектин является сложным  эфиром метилового спирта и пектиновой кислоты. Молекулы пектиновой кислоты  содержат мало метоксильных групп, а молекулы пектовой кислоты не содержат их вовсе. Все эти соединения растворимы в воде, находятся в клеточном соке. Пектиновые вещества, обладая большой гидрофильностью, способностью к набуханию и коллоидным характером растворов, играют важную роль в качестве регуляторов водного обмена в растениях, а в продуктах — в формировании их структуры.

Азотистые вещества в картофеле  составляют 1,5—2,5 %, из них значительная часть — белки. Белкового азота  в целом в 1,5—2,5 раза больше, чем  небелкового. Среди небелковых веществ  в заметных количествах содержатся свободные аминокислоты и амиды. Незначительная часть азота представлена в нуклеиновых кислотах, некоторых  гликозидах, витаминах группы В, в виде аммиака и нитратов. Основной белок картофеля — туберин — является глобулином (55—77 % всех белков); на долю глутаминов приходится 20—40 %. По биологической ценности белки картофеля превосходят белки многих зерновых культур и мало уступают белкам мяса и яйца. Полноценность белков определяется составом аминокислот и, в частности, соотношением незаменимых аминокислот. В картофельном белке и в составе свободных аминокислот картофеля содержатся все аминокислоты, встречающиеся в растениях, в том числе в удачном соотношении незаменимые: лизин, метионин, треонин, триптофан, валин, фенилаланин, лейцин, изолейцин.

Из амидов в клубнях  содержатся аспарагин и глутамин; среди азотсодержащих гликозидов — соланин, чаконин и скополетин, обусловливающие горечь кожицы, иногда и мякоти, сосредоточенные в основном в покровных тканях и верхних слоях клубня. Содержание гликоалкалоидов (соланина) в картофеле около 10 мг%. повышается при прорастании клубней и хранении на свету. Азотистые вещества распределены в клубне неравномерно: меньше в зоне сосудистых пучков, увеличиваясь в направлениях к поверхности клубня и внутрь. Содержание белка наибольшее в коре и зоне сосудистых пучков и уменьшается к внутренней сердцевине, а небелкового азота, наоборот, больше всего во внутренней сердцевине и уменьшается к поверхности клубня.

Ферменты представляют собой  органические катализаторы, образующиеся в живых клетках в незначительных количествах в клубнях картофеля особое место занимают гидролазы — амилаза (α и β), сахараза (инвертаза); оксидоредуктазы — полифенолоксидаза (тирозиназа), пероксидаза, аскорбиназа, каталаза и др.; эстеразы — фосфорилаза и др. Амилаза осуществляет гидролиз крахмала до мальтозы и декстринов, инвертаза расщепляет сахарозу на глюкозу и фруктозу. Полифенолоксидаза окисляет фенольные соединения, а пероксидаза, кроме того, и ароматические амины. Каталаза разлагает пероксид водорода на воду и кислород. Оксидоредуктазы играют важную роль в дыхании.

Важной задачей при  производстве картофелепродуктов является инактивация ферментов. В процессе технологической обработки разрушается наружный слой картофеля. Создаются благоприятные условия для взаимодействия легкоокисляющихся веществ (полифенолов) с кислородом воздуха при катализирующем действии окислительных ферментов (пероксидазы и др.). В результате образуются тёмноокрашенные вещества — меланины, которые ухудшают внешний вид и другие качества продуктов. Предотвращение ферментативных реакций достигается рядом мер: термической обработкой, в результате которой белковый носитель свёртывается, что приводит к инактивации ферментов; применением веществ (ингибиторов), образующих комплексы с хинонами перед их полимеризацией; связыванием ионов тяжёлых металлов.

В качестве ингибиторов ферментативных реакций наиболее часто применяются  сернистые соединения, аскорбиновая кислота, лимонная кислота и другие.

Витамины обусловливают  биологическую ценность картофеля  как пищевого продукта. В клубнях  картофеля в среднем содержится (в мг на 100г): витамина С 12; РР 0,57; В1 0,11; В2 0,66; B6 0,22; пантотеновой кислоты 0,32; каротина (провитамина А) следы; инозита 29. В незначительных количествах обнаружены биотин (витамин Н) и витамины Е, К и др.

Органические кислоты  обусловливают кислотность клеточного сока картофеля. Значение рН для картофеля установлено в пределах 5,6—6,2. Картофель содержит лимонную, яблочную, щавелевую, изолимонную, молочную, пировиноградную, винную, хлорогеновую, хинную и другие органические кислоты. Наиболее богат картофель лимонной кислотой. При переработке на крахмал 1 т картофеля дополнительно получают не менее 1 кг лимонной кислоты. Из минеральных кислот в клубнях преобладает фосфорная, по содержанию которой можно судить о накоплении фосфора.