תפוח האדמה הוא לא רק מקור לפחמימות תזונתיות לבני אדם, אלא גם מקור לעמילן עבור יישומים תעשייתיים רבים. מדענים של A&M AgriLife Texas חוקרים כיצד לשנות את היחס בין שתי מולקולות עמילן בתפוחי אדמה - עמילוז ועמילופקטין - כדי להגדיל את השימושים הקולינריים והתעשייתיים של היבול.
לדוגמה, תפוחי אדמה שעווה עם תכולת עמילופקטין גבוהה משמשים בייצור של ביו-פלסטיק, תוספי מזון, דבקים ואלכוהול.
שני מאמרים שפורסמו לאחרונה ב-International Journal of Molecular Sciences and Plant Cell, Tissue and Organ Culture חוקרים כיצד טכנולוגיית CRISPR יכולה לשפר את ניצול תפוחי האדמה.
שני המאמרים כוללים עבודה שנעשתה על ידי סטפני טוינגה, Ph.D., שהייתה סטודנטית לתואר שני במעבדה של קירטי רת'ור, Ph.D., ביוטכנולוגיה של צמח AgriLife במכון הגנומיקה והביוטכנולוגיה של הצמחים בטקסס A&M ובמחלקת הקרקעות. כמו כן, שותפה לכתיבת שני המאמרים הייתה איזבל ויילס, דוקטורט, מגדלת תפוחי אדמה במחקר AgriLife במחלקה למדעי הגננות של טקסס A&M.
"המידע והידע שצברנו משני המחקרים הללו יעזרו לנו להכניס תכונות רצויות אחרות ליבול מאוד חשוב זה", אמר ראתור.
עובדות תפוחי אדמה
תפוח האדמה גדל בלמעלה מ-160 מדינות על 40,8 מיליון דונם ומהווה את המזון העיקרי של למעלה ממיליארד אנשים.
תפוח אדמה בינוני מכיל כ-160 קלוריות, שמקורן ברובן בעמילן, אומר Rathor, וזו הסיבה שהפקעות מהוות מקור אנרגיה חשוב עבור אנשים רבים ברחבי העולם. תפוחי אדמה מכילים גם חומרים מזינים חיוניים אחרים, כולל ויטמינים ומינרלים.
עמילן הוא בעל חשיבות מרכזית לשימושים תזונתיים ותעשייתיים כאחד.
כמות העמילן בפקעות תפוחי אדמה היא הגורם העיקרי לקביעת השימוש בתפוחי אדמה.
תפוחי אדמה עשירים בעמילן משמשים לעתים קרובות להכנת מזון מעובד כמו צ'יפס, צ'יפס ותפוחי אדמה מיובשים, אומר ויילס.
תפוחי אדמה בעלי עמילן נמוך ובינוני משמשים לעתים קרובות טריים או כתפוחי אדמה לשולחן, היא אומרת. לצריכה טרייה של פקעות, גורמים חשובים נוספים הם מראה הפקעת, לרבות מרקם העור, צבע העור, צבע הבשר וצורת הפקעת. לאחרונה הופיעו זנים מיוחדים של תפוחי אדמה בצורות שונות, כמו בייבי; עם עור ובשר אדום, סגול או צהוב הופכים פופולריים בשל קלות ההכנה שלהם והערך התזונתי המוגבר.
בנוסף, ניתן להפיק אתנול מעמילן תפוחי אדמה לדלק או משקאות אלכוהוליים; תחליף פלסטיק מתכלה; או דבקים, קלסרים, חומרי טקסטורה וחומרי מילוי לתעשיית התרופות, הטקסטיל, העץ והנייר ולמגזרים אחרים במשק.
עבור יישומים תעשייתיים, חשוב לקחת בחשבון את כמות וסוג העמילן בתפוחי אדמה.
טוינגה מאמינה כי עמילנים גבוהים בעמילופקטין רצויים עבור מזון ויישומים תעשייתיים אחרים בשל תכונותיהם הפונקציונליות הייחודיות. לדוגמה, עמילנים כאלה הם הצורה המועדפת לשימוש כמייצב ומסמיך במזונות וכמתחלב ברוטבים לסלט. בגלל יציבות ההקפאה-הפשרה שלו, נעשה שימוש בעמילן עמילופקטין במזונות קפואים. בנוסף, תפוחי אדמה העשירים בעמילן עמילופקטין מייצרים רמות גבוהות יותר של אתנול בהשוואה לתפוחי אדמה עם עמילנים אחרים.
היתרונות של גידול תפוחי אדמה עם עמילן מובחר
טוינגה אומר שפיתוח זני תפוחי אדמה עם עמילן שונה יכול לפתוח אפשרויות חדשות. לתפוחי אדמה עשירים בעמילופקטין ודלים בעמילוז, כמו יוקון גולד ערוך גנים שהיא תיארה ב-International Journal of Molecular Sciences, יש שימושים תעשייתיים מעבר לשימושים המסורתיים שלהם.
לעומת זאת, תפוחי אדמה עם רמות עמילוז גבוהות ועמילופקטין נמוך יהיו רצויים לצריכה אנושית, אמר ויילס. עמילוז פועל כמו סיבים ואינו משחרר גלוקוז בקלות כמו עמילופקטין, וכתוצאה מכך אינדקס גליקמי נמוך יותר והופך את תפוחי האדמה לטעימים יותר עבור אנשים עם סוכרת.
CRISPR/Cas9 יוצר הזדמנויות חדשות
טכנולוגיית CRISPR/Cas9 הרחיבה את ארגז הכלים הזמין למגדלים ומספקת אמצעי ישיר ומהיר יותר לשילוב תכונות רצויות בזני יבול מסחריים פופולריים, מציין ויילס. גידול מסורתי הוא תהליך ארוך שיכול לקחת 10-15 שנים.
בנוסף, בשל האופי המורכב של גנום תפוחי האדמה, יצירת זנים חדשים עם קבוצת תכונות רצויות היא אתגר לגידול קונבנציונלי, היא אומרת. טכנולוגיות מולקולריות הגדילו את יעילות הבחירה, ועריכת גנים באמצעות טכנולוגיית CRISPR/Cas9 מוסיפה שכבה נוספת של מורכבות.
מגוון משופר Yukon Gold
מבין זני תפוחי האדמה השונים שהוערכו במחקר הראשון, יוקון גולד התחדש בצורה הטובה ביותר, ולכן נעשה בו שימוש במחקר השני. התוצאה הייתה תפוח אדמה בעל תכולה גבוהה של עמילופקטין ותכולה נמוכה של עמילוז בעמילן.
"אחד הצמחים המופקעים, T2-7, הראה מאפייני צמיחה ותפוקה תקינים אך היה נטול עמילוז לחלוטין", אמר טוינגה.
לעמילן פקעות, T2-7, יש יישומים תעשייתיים בתעשיית הנייר והטקסטיל כייצור דבק/קלסר, ביו-פלסטיק ואתנול. עמילן הפקעת של מדגם ניסיוני זה, בשל עמידותו להקפאה ולהפשרה ללא צורך בשינויים כימיים, אמור להיות שימושי גם בייצור מזון קפוא. תפוחי אדמה עם עמילופקטין כצורת העמילן היחידה צריכים גם לייצר יותר אתנול לשימוש תעשייתי או ליצירת משקאות אלכוהוליים.
כשלב הבא במחקרים אלה, הצטברות T2-7 הואבקה עצמית והוצלבה עם זן תורם של יוקון גולד ושיבוטים אחרים של תפוחי אדמה כדי לחסל אלמנטים מהונדסים.