Почему картофель сладкий после мороза

Биохимический механизм осахаривания

Основной запасной углевод картофельного клубня — крахмал. Это сложный полисахарид, состоящий из линейных цепей амилозы и разветвленных молекул амилопектина. Мономером крахмала служит альфа-D-глюкоза. Сам крахмал в воде практически не растворяется и вкусовые рецепторы языка не раздражает, поэтому обычная сырая картошка кажется пресной или слегка крахмалистой.

В живых тканях клубня непрерывно идут два противоположных процесса: синтез крахмала из сахаров и обратный распад крахмала на простые углеводы для поддержания клеточного дыхания. При температуре от 10 до 20 градусов тепла эти реакции уравновешивают друг друга. Клетка вырабатывает ровно столько сахаров, сколько успевает потратить на дыхание митохондрий, обеспечивая себя энергией в форме АТФ.

При охлаждении клубня до диапазона от 0 до +4 градусов баланс резко сдвигается. Скорость клеточного дыхания падает в разы, поэтому сахара перестают утилизироваться. Одновременно внутри растительной клетки активизируются гидролитические и фосфоролитические ферменты, которые начинают дробить длинные полимерные нити крахмала на короткие углеводные звенья.

Какие ферменты участвуют в гидролизе

Превращение нерастворимого крахмала в легкоусвояемые растворимые углеводы идет в несколько ступеней, где задействован целый ферментативный ансамбль.

• Фосфорилаза крахмала и бета-амилаза атакуют полисахаридные зерна в амилопластах, отщепляя остатки глюкозо-1-фосфата и мальтозы.
• Мальтаза и деветвящие ферменты переводят промежуточные олигосахариды в свободную глюкозу.
• Сахарозофосфатсинтаза связывает молекулы глюкозы и фруктозы в дисахарид сахарозу.
• Вакуолярная инвертаза расщепляет накопленную сахарозу обратно на смесь моносахаридов — равные доли глюкозы и фруктозы.

Фруктоза по субъективному восприятию сладости превосходит обычную сахарозу почти в полтора раза, а глюкозу — почти в два раза. Накопление именно этих моносахаридов в вакуолях и цитоплазме клеток клубня придает мякоти приторный сладкий вкус.

Физическая химия криопротекции

Клубень картофеля — видоизмененный подземный побег, предназначенный для вегетативного размножения и зимовки в грунте. Главная опасность холода для любого растения заключается в кристаллизации воды. Острые кристаллы льда прокалывают мембраны клеток, разрушают тонопласт вакуолей и приводят к неминуемой гибели протопласта.

Накопление углеводов служит адаптивным эволюционным механизмом криопротекции. С точки зрения физической химии поведение клеточного сока подчиняется законам Рауля для разбавленных растворов неэлектролитов. Понижение температуры замерзания раствора прямо пропорционально его моляльной концентрации.

Пока глюкоза связана в гигантские молекулы крахмала с молекулярной массой в сотни тысяч дальтон, число свободных кинетических частиц в растворе ничтожно мало. Крахмал не оказывает ощутимого влияния на температуру кристаллизации клеточного сока. Вода в таких тканях замерзает уже при температуре около минус 0,5 градуса Цельсия.

Когда ферменты разрушают одну молекулу крахмала на десятки тысяч мелких молекул глюкозы и фруктозы, молярная концентрация растворенных веществ в цитоплазме подскакивает в десятки раз. Свободные молекулы моносахаридов гидратируются, удерживая молекулы воды вокруг себя водородными связями. Это мешает воде выстраиваться в кристаллическую решетку льда и сдвигает точку замерзания внутриклеточной жидкости до минус 2 или даже минус 3 градусов Цельсия.

Разница между охлажденным и промерзшим картофелем

Степень воздействия холода определяет дальнейшую жизнеспособность клубня. Важно различать два состояния, которые в быту часто называют одним словом.

Первое состояние называют индуцированным холодом осахариванием. Оно наступает при температуре от 0 до +4 градусов. Вода внутри клубня остается жидкой, клеточные оболочки целы, ферменты продолжают функционировать в управляемом режиме. Клубень жив, его можно спасти и вернуть ему исходный вкус.

Второе состояние — истинное вымерзание. Оно происходит при температуре ниже минус 2 градусов, когда естественная криопротекция сахарами уже не выдерживает. В межклетниках образуется лед, забирающий воду из клеток. Кристаллы механически рвут стенки и мембраны. После оттаивания такой картофель теряет тургор, становится мягким, полупрозрачным, темнеет и быстро загнивает из-за автолиза и проникновения микроорганизмов. Пищевые качества здесь утрачиваются безвозвратно.

Можно ли вернуть нормальный вкус

Если клубни хранились при низкой положительной температуре и не подверглись глубокой заморозке, процесс осахаривания полностью обратим. В агрономии и пищевой промышленности этот прием называют кондиционированием или десахаризацией.

Для восстановления нормального вкуса картофель переносят в теплое темное помещение с температурой от 15 до 20 градусов Цельсия на 10-14 дней. В тепле в клетках происходят два биохимических сдвига:

• Резко активизируется фермент АДФ-глюкозопирофосфорилаза, запускающий ресинтез крахмала из свободной глюкозы обратно в амилопласты.
• Скорость клеточного дыхания возрастает в 5-8 раз, в результате чего избыток моносахаридов быстро окисляется до углекислого газа и воды с выделением тепла.

Через полторы-две недели концентрация сахаров опускается до нормальных значений менее 0,2 процента от сырой массы. Приторный привкус исчезает, картофель вновь становится рассыпчатым и безопасным для кулинарной обработки при высоких температурах.