Weird Science

Dlaczego jabłko nie zawsze jest słodkie?

Poniższy arty­kuł został opu­bli­ko­wany pier­wot­nie w cza­so­pi­śmie dla nau­czy­cieli Bio­lo­gia w Szkole (6/2016):

Ilustracja

Ples M., Dla­czego jabłko nie zaw­sze jest słod­kie?, Bio­lo­gia w Szkole, 6 (2016), Forum Media Pol­ska Sp. z o.o., str. 59-63

Prze­miany cukrów w owocu rze­ko­mym jabłoni

Bota­nik owo­cem nazwie organ występu­jący pow­sta­jący z zalążni słupka u roślin okry­to­za­lążk­o­wych. Zawiera on nasiona, pełni wobec nich funk­cje och­ronne i uła­twia roz­sie­wa­nie [1]. Owoce takie, nazy­wane wła­ści­wymi, nie są jedy­nym ich rodza­jem, ponie­waż u wielu roślin ana­lo­giczne struk­tury pow­stają z udzia­łem innych czę­ści roślin niż jedy­nie słu­pek. Nazy­wamy je wtedy owo­cami rze­ko­mymi, pozor­nymi lub szu­pin­ko­wymi i występują one pow­szech­nie w rodzi­nie różo­wa­tych Rosa­ceae, np. u poziomki Fra­ga­ria, maliny Rubus, ale też u jabłoni Malus, gru­szy Pyrus i innych [2].

Roz­wój owocu roz­po­czyna się zwy­kle po zapy­le­niu kwiatu i zapłod­nie­niu, cho­ciaż dzia­ła­jąc na roślinę odpo­wied­nimi hor­mo­nami można też wywo­łać zawiąza­nie owocu mimo braku zapłod­nie­nia [3].

Roz­wój wspom­nia­nych orga­nów roślin­nych jest skom­pli­ko­wa­nym pro­ce­sem. Zasta­nówmy się więc dziś nad jed­nym aspek­tem tego zja­wi­ska. Wiemy, że doj­rzałe owoce np. jabłka często mają słodki smak, pod­czas gdy nie­doj­rzałe są kwa­śne i cierp­kie. Skro­bia jest naj­ważn­iej­szym węglo­wo­da­nem u roślin (jeśli cho­dzi o sub­stan­cje zapa­sowe), które odkła­dają ją m.in. wła­śnie w owo­cach. Skro­bia jest jed­nak całk­o­wi­cie pozba­wiona słod­kiego smaku. Musi więc ist­nieć jakiś mecha­nizm odpo­wie­dzialny za prze­ksz­tałc­e­nie zawar­tej w owo­cach skrobi w pro­dukty o słod­kim smaku. W niniej­szym arty­kule przed­sta­wię pro­stą metodę, która umożl­i­wia zba­da­nie prze­mian węglo­wo­da­nów w doj­rze­wa­jącym owocu na przy­kła­dzie jabłoni domo­wej Malus dome­stica.

Doświad­cze­nie

By prze­ko­nać się o występo­wa­niu skrobi w owocu jabłoni wyko­namy próbę jodową.

Wia­domo, że wolny jod w kon­tak­cie ze skro­bią two­rzy kom­pleks, którego barwa w zależn­o­ści od stęże­nia może być nie­bie­ska, przez gra­na­tową, aż do pra­wie czar­nej. Można się o tym prze­ko­nać w pro­sty spo­sób doda­jąc do będącej prak­tycz­nie czy­stą skro­bią mąki ziem­nia­cza­nej (Fot.1) nieco aptecz­nej jodyny.

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.1 – Skro­bia ziem­nia­czana

W kon­tak­cie jodyny ze skro­bią ziem­nia­czaną natych­miast docho­dzi do pow­sta­nia ciem­no­gra­na­to­wego zabar­wie­nia (Fot.2).

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.2 – Pow­sta­nie barw­nego kom­pleksu skrobi z jodem

W doświad­cze­niach z owo­cami też można zasto­so­wać jodynę. Jej skład może być dwo­jaki:

Roz­pusz­czal­ność jodu w wodzie jest bar­dzo niska. Wła­śnie z tego powodu wyko­rzy­stuje się roz­twory w alko­holu ety­lo­wym C2H5OH lub w wod­nym roz­two­rze jodku potasu KI, który pełni funk­cję solu­bi­li­za­tora [4]. Do doświad­cze­nia bar­dziej nadaje się wodny roz­twór, który w mniej­szym stop­niu usz­ka­dza tkanki roślinne. Odczyn­nik jodowy można spo­rządzić samo­dziel­nie roz­pusz­cza­jąc w 200cm3 wody desty­lo­wa­nej 0,8g jodku potasu KI, a następ­nie 0,2g jodu I2 [5]. Uzy­skany w ten spo­sób roz­twór ma cha­rak­te­ry­styczną czer­wono-brązową barwę (Fot.3).

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.3 – Roz­twór jodowy wyko­rzy­stany w doświad­cze­niu

Tutaj ostrze­że­nie: wolny jod jest tok­syczny i może drażnić skórę oraz drogi odde­chowe, podob­nie jak jego roz­twory. W kon­tak­cie ze skórą i sub­stan­cjami orga­nicz­nymi pozo­sta­wia trudne do usu­nięcia plamy.

Do doświad­cze­nia należy wybrać nie­usz­ko­dzone owoce dowol­nej odmiany jabłoni domo­wej Malus dome­stica (Fot.4).

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.4 – Owoc jabłoni domo­wej Malus dome­stica

Naj­bar­dziej inte­re­su­jące wyniki uzy­skamy, jeśli wyko­rzy­stamy owoce będące na różn­ych eta­pach roz­woju. Poszu­kajmy więc owo­ców mło­dych, na kilku eta­pach pośred­nich, a także doj­rza­łych.

Każde jabłko trzeba następ­nie prze­kroić w poprzek, na wyso­ko­ści gniazda nasien­nego (Fot.5).

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.5 – Prze­kro­jony owoc, widoczne łuski gniazda nasien­nego

Połówki owo­ców zanu­rzamy następ­nie w roz­two­rze jodo­wym w spo­sób przed­sta­wiony na Fot.6.

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.6 – Połówka jabłka zanu­rzona w roz­two­rze jodo­wym

Po upły­wie 1-2 minut wyj­mu­jemy owoc z roz­tworu (w tym celu przy­datne jest pozo­sta­wie­nie szy­pułki), płu­czemy pod bie­żącą wodą i notu­jemy obser­wa­cje. Przy­kła­dowy wynik doświad­cze­nia przed­sta­wia Fot.7.

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.7 – Efekty dzia­ła­nia roz­two­rem jodo­wym na tkanki owocu jabłoni; A – owoc mło­do­ciany, B, C – etapy pośred­nie, D – owoc doj­rzały

Obraz wyła­nia­jący się z ana­lizy stop­nia i spo­sobu wybar­wia­nia tka­nek owocu jabłoni w roz­two­rze jodo­wym jest inte­re­su­jący. W przy­padku najm­łod­szych owo­ców (Fot.7A) możemy zau­wa­żyć, że zawie­rają one duże ilo­ści skrobi co obja­wia się sil­nym gra­na­to­wym zabar­wie­niem dużej czę­ści prze­kroju. Jaśniej­szą barwę ma jedy­nie obszar wokół gniazda nasien­nego. Wraz z doj­rze­wa­niem owocu ilość zawar­tej w nim skrobi maleje (Fot.7B). Po pew­nym cza­sie skro­bia występuje już tylko w nie­wiel­kich obsza­rach zlo­ka­li­zo­wa­nych pod skórką (Fot.7C). Doj­rzały owoc nie zawiera już skrobi, co obja­wia się bra­kiem jakie­go­kol­wiek wybar­wie­nia (Fot.7D).

Za jadalne przyj­muje się owoce na eta­pie, w którym zawie­rają już bar­dzo nie­wiel­kie ilo­ści skrobi, lub nie zawie­rają jej prak­tycz­nie wcale.

Wyja­śnie­nie

Skro­bia jako wie­lo­cu­kier jest zbu­do­wana wyłącz­nie z merów glu­kozy połączo­nych wiąza­niami α-gli­ko­zy­do­wymi. Jest główną sub­stan­cją zapa­sową u roślin. W jej skład wcho­dzi mająca formę liniową amy­loza (wyłącz­nie wiąza­nia α-1,4-gli­ko­zy­dowe) i amy­lo­pek­tyna o budo­wie roz­ga­łęzio­nej na sku­tek obec­no­ści dodat­ko­wych wiązań α-1,6-gli­ko­zy­do­wych [6]. Odkłada się w komór­kach roślin w postaci zia­ren o ksz­tałcie i wiel­ko­ści zależn­ych od gatunku roślin. Ich śred­nica zawiera się zwy­kle w zakre­sie 0,5–100 µm [3].

W cza­sie doświad­cze­nia udało się nam dowieść, że skro­bia jest rze­czy­wi­ście maga­zy­no­wana także w owo­cach. Jed­nak wraz z postępem doj­rze­wa­nia ilość tego wie­lo­cu­kru wyraźnie maleje. Osta­tecz­nie, w doj­rza­łym owocu skro­bia już nie występuje.

Dzieje się tak za sprawą enzy­mów amy­lo­li­tycz­nych czyli amy­laz pro­du­ko­wa­nych w tkan­kach owocu. Kata­li­zują one roz­kład skrobi do glu­kozy. Pod­czas kolej­nych prze­mian che­micz­nych część cząste­czek glu­kozy prze­ksz­tałca się w fruk­tozę oraz sacha­rozę. Zarówno glu­koza, jak i fruk­toza oraz sacha­roza wywo­łują uczu­cie słod­ko­ści, dzięki czemu razem z innymi związ­kami (np. kwa­sami orga­nicz­nymi) powo­dują pow­sta­nie cha­rak­te­ry­stycz­nego smaku owocu.

Przy­pom­nieć należy, że podobne enzymy są wytwa­rzane także w orga­ni­zmach zwie­rzęcych. Obecna w śli­nie amy­laza (nazy­wana też ptia­liną) wydaj­nie roz­kłada skro­bię do mal­tozy i dek­stryn [7]. Dowo­dzi tego sytu­a­cja przed­sta­wiona na Fot.8. Roz­twór skrobi (Fot.8A) barwi się pod wpły­wem jodu na ciem­no­gra­na­towo (Fot.8B). Doda­tek amy­lazy śli­no­wej powo­duje jed­nak roz­kład wie­lo­cu­kru i w efek­cie brak gra­na­to­wego zabar­wie­nia (Fot.8C) [8].

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.8 – Efekty dzia­ła­nia amy­lazy śli­no­wej; A – roz­twór skrobi, B – roz­twór skrobi z dodat­kiem jodu (widoczne ciem­no­gra­na­towe zabar­wie­nie), C – roz­twór skrobi trak­to­wany amy­lazą śli­nową, a następ­nie roz­two­rem jodu (brak kom­pleksu – widoczne bru­natne zabar­wie­nie pocho­dzi od jodu)

Oczy­wi­ście w owo­cach zacho­dzi też więcej pro­ce­sów i są one sil­nie zróżn­i­co­wane. Poza przed­sta­wio­nymi tutaj prze­mia­nami cukrów można też z łatwo­ścią zau­wa­żyć zmiany barwy owo­ców w trak­cie ich doj­rze­wa­nia, co wyraźnie widać na przy­kła­dzie maliny Rubus (Fot.9). Zazna­czę, że momenty wyko­na­nia obu foto­gra­fii dzieli jedy­nie 8 godzin.

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.9 – Zmiana barwy owo­ców maliny Rubus; A – owoce nie­doj­rzałe, B – owoce doj­rzałe

Na barwę skórki owocu i jego miąższu ma wpływ roz­miesz­cze­nie, a także stęże­nie różn­ego rodzaju barw­ni­ków, w tym chlo­ro­fili, anto­cy­ja­nów i karo­te­no­i­dów [9].

Lite­ra­tura:

Auto­rem foto­gra­fii jest Marek Ples.

W powyższym tek­ście doko­nano nie­wiel­kich zmian edy­tor­skich w sto­sunku do wer­sji opu­bli­ko­wa­nej w  cza­so­pi­śmie, w celu uzu­pełn­ie­nia i lep­szego przy­sto­so­wa­nia do pre­zen­ta­cji na stro­nie inter­ne­to­wej.

Marek Ples

Aa