Майкъл Б. Кантар

1 Катедра по тропически растения и почви, Хавайски университет в Маноа, Хонолулу, HI, Съединени американски щати

Джъстин Е. Андерсън

1 Катедра по тропически растения и почви, Хавайски университет в Маноа, Хонолулу, HI, Съединени американски щати

Сара А. Лухт

2 Отдел по епидемиология, Харвард Т.Х. Училище за обществено здраве Чан, Харвардски университет, Бостън, Масачузетс, Съединени американски щати

Кристин Мърсър

3 Катедра по градинарство и наука за растенията, Държавният университет в Охайо, Колумб, Охайо, Съединени американски щати

Вивиан Бернау

3 Катедра по градинарство и наука за растенията, Държавният университет в Охайо, Колумб, Охайо, Съединени американски щати

Кайл А. Дело

4 Катедра по хранителни науки и хранене, Университет на Минесота - градове-близнаци, Сейнт Пол, Минесота, Съединени американски щати

Нина С. Ле

4 Департамент по хранителни науки и хранене, Университет на Минесота - градове-близнаци, Сейнт Пол, Минесота, Съединени американски щати

Матю К. Фредериксен

4 Катедра по хранителни науки и хранене, Университет на Минесота - градове-близнаци, Сейнт Пол, Минесота, Съединени американски щати

Хейли C. DeKeyser

4 Департамент по хранителни науки и хранене, Университет на Минесота - градове-близнаци, Сейнт Пол, Минесота, Съединени американски щати

Zen-Zi Wong

4 Департамент по хранителни науки и хранене, Университет на Минесота - градове-близнаци, Сейнт Пол, Минесота, Съединени американски щати

Дженифър К. Хейстингс

4 Катедра по хранителни науки и хранене, Университет на Минесота - градове-близнаци, Сейнт Пол, Минесота, Съединени американски щати

Дейвид Дж. Баумлер

4 Департамент по хранителни науки и хранене, Университет на Минесота - градове-близнаци, Сейнт Пол, Минесота, Съединени американски щати

5 Институт за микробен и растителен геном, Университет на Минесота - градове-близнаци, Сейнт Пол, Минесота, Съединени американски щати

6 Биотехнологичен институт, Университет на Минесота - градове-близнаци, Сейнт Пол, Минесота, Съединени щати

Концептуализация: DJB.

Куриране на данни: JEA KAC NCL MKF HCD ZW JCH DJB.

Официален анализ: DJB MBK JEA SAL KM.

Разследване: KAC NCL MKF HCD ZW JCH DJB.

Методология: DJB MBK JEA SAL KM.

Администрация на проекта: MBK DJB.

Ресурси: MBK DJB.

Софтуер: MBK JEA.

Надзор: DJB.

Проверка: DJB.

Визуализация: DJB MBK JEA.

Писане - оригинален проект: MBK JEA SAL KM VB DJB.

Писане - преглед и редактиране: MBK JEA SAL KM VB DJB.

Свързани данни

Всички релевантни данни се намират в хартията и нейните поддържащи информационни файлове.

Резюме

Чушките от Чили, произхождащи от Америка, са се разпространили по целия свят и са интегрирани в диетите на много култури. Подобно на топлинното им съдържание, хранителното съдържание може да варира драстично при различните видове пипер. В това проучване беше изследван разнообразен набор от видове пипер чили за съдържание на хранителни вещества. Установено е, че някои видове пипер имат високи нива на витамин А, витамин С или фолиева киселина. Корелациите между съдържанието на хранителни вещества, видовете, състоянието на отглеждане или географския регион бяха ограничени. Сортовата селекция или отглеждането на растения предлагат инструменти за увеличаване на съдържанието на хранителни вещества в чушките. Интегрирането на богати на хранителни вещества видове пипер в диетите, които вече включват чушки, може да помогне за борба с недостига на хранителни вещества, като осигури значителна част от препоръчителните дневни хранителни вещества.

Въведение

Родът Capsicum съдържа пет опитомени видове: Capsicum annuum, Capsicum chinense, Capsicum frutescens, Capsicum baccatum и Capsicum pubescens, всички известни като чушки. От тези видове C. annuum е икономически най-важен [1,2]. Приручени преди шест и девет хиляди години в съвременното Мексико [2,3], чушките се ядат ежедневно от почти една четвърт от световното население като обща съставка в европейската, азиатската, африканската и американската кухня [1, 4].

Продължаващият подбор и подобряване на опитомените видове са довели до вариране в рамките на и сред видовете за цвят на плода, форма [5,6], вторични метаболити [7] и устойчивост на болести [8]. Исторически използвани в лечебните практики на маите [9], скорошни проучвания са изследвали потенциалните антимикробни свойства [10], както и ползите за здравето от консумацията на фитохимични съединения, открити в чушките [7].

Чушките се консумират сурови, варени и като подправка [4]. Вторичните метаболити, често свързани с чушките, са капсаициноидите, съединенията, които произвеждат своята „топлина“. Чушките също са добър източник на витамин С, витамин А, витамин Е и фолиева киселина [11,12,13]. Редица фактори могат да повлияят на тяхното хранително съдържание, включително агрономия [14], време на прибиране на реколтата [15], техника на съхранение и приготвяне [16,17,18] и вид сорт [13,19,20,21].

Чушките, с тяхното високо хранително съдържание и глобална консумация, може да играят роля за намаляване на недостига на хранителни вещества. В това проучване беше оценена разнообразна колекция от разнообразни чушки за съдържание на витамин А, витамин С, фолиева киселина и капсаицин. Бяха проучени връзките между нивата на хранителните вещества, географския произход, видовете и състоянието на размножаване (наследство/ландрас или съвременен сорт). Видовете пипер са идентифицирани с високо съдържание на хранителни вещества и редица топлинни нива на Scoville, което предполага, че последващото развъждане може да развие пълни с хранителни вещества меки или люти чушки.

Материали и методи

Събиране и разпространение на разнообразна зародишна плазма

Видовете пипер са произхождали от различни производители на семенни наследства в Северна Америка (освен ако не е посочено друго; таблица S1), за да се изследва тяхното фенотипно разнообразие. Те произхождат от множество географски произход, обхващат както местни раси (включително реликви), така и сортове и представляват пет различни вида (таблица S1). Семената от всеки вид пипер се засяват в пет галонови контейнери, като се използва стандартна смес за потапяне на закрито под флуоресцентни лампи, последвано от осветление с метален халоген. Почвата беше оплодена с Pure Blend Pro Grow (3-2-4), Pure Blend Pro Bloom (2-3-5) и Cal-Mag Plus (всички от Botanicare, AZ) за период от десет седмици, следвайки инструкциите на производителя препоръки. След това растенията бяха оставени в саксии и отгледани на открито в напълно произволен дизайн с две повторения в Мадисън, Вирджиния през лятото на 2013 г. Листата и плодовете бяха събрани през септември 2013 г. (Фигура 1). Всички зрели плодове са събрани от всяко растение.

вариации

Подготовка на плодови тъкани

Концентрациите на витамин А бяха изчислени за 82 от видовете пипер, като се използва техника за анализ на имуносорбенти, свързани с витамин А (ELISA), следвайки инструкциите на производителя (Crystal Chem Inc., IL) и четец на микроплаки (450 nm) (Epoch 2, Biotek ). Концентрациите на витамин С бяха изчислени за 90 от видовете пипер, като се използва комплект за анализ на аскорбинова киселина EnzyChrom ™, следвайки инструкциите на производителя (BioAssay Systems, Hayward, Калифорния) и четец за микроплаки (570 nm). Концентрациите на фолиева киселина бяха изчислени за 90 от видовете пипер, като се използва комплект с фолиева киселина ELISA, следвайки инструкциите на производителя (Eagle Biosciences, Nashua, NH) и с помощта на четец за микроплаки (450 nm).

Концентрацията на капсаицин се изчислява за 90 от видовете пипер, като се използва комплект за плаки Capsaicin HS (Beacon Analytical Systems Inc., Saco, ME), следвайки инструкциите на производителя и четец на микроплаки при 450 nm. Стандартната крива на съдържанието на капсаицин е разработена с използване на разредени количества чист капсаицин (Sigma). Концентрацията на капсаицин се измерва в ppm от комплекта и се умножава по 16, за да се преобразува в SHU (Scoville Heat Units).

Статистически анализ

Всеки набор от данни за едномерни хранителни съединения се анализира, като се използва анализ на вариацията с сорт като фиксиран фактор върху пълните едномерни масиви от данни. Средствата за култивиране за всяко съединение бяха разделени, като се използва най-малко значителна разлика на Fishers (LSD, α = 0,01) с корекция на Bonferroni в R статистическия език и програмната среда [38]. Коефициентите на корелация на Пиърсън и Спиърман между хранителни съединения, форма и цвят бяха тествани с типове пипер, които са сдвоили фенотипна информация с помощта на R, това е направено като изследователски анализ поради липсата на повторение при измерванията на цвета. Фигурите бяха направени с помощта на R или Microsoft Excel.

Проучване на публичните данни за храненето

Данните от Националната база данни за хранителните вещества на USDA за стандартно референтно издание 28 бяха изтеглени за сравняване на концентрацията на витамин А, витамин С и фолиева киселина в изследваните видове пипер с други храни, за които е известно, че са с високо съдържание на хранителни вещества и техниките за приготвяне на ефекта върху съдържанието на хранителни вещества.

Резултати

В графиката всяка лента представлява един вид пипер в реда на номерирането на фигура 1. Всяка лента представлява средната стойност на две биологични повторения и грешките отговарят на стандартната грешка. Баровете са оцветени според видовете и засенчени според статута на ландрас или сорт според легендата. Най-горният график на съдържанието на капсаицин е в логаритна основа 10 скала с хоризонтални линии при 70 000 SHU (червено), 20 000 SHU (оранжево) и 5000 SHU (зелено), разделящи етикетираните нива на острота. Препоръчителните дневни стойности (DV) за възрастни, консумиращи 2000 калории, са нанесени и обозначени за трите долни графика на хранително съдържание на пипер (FDA, 2011). LSD = 262963 SHU, 1624 витамин А, 18,7 витамин С, 94,3 фолат.

Нанесени са съдържанието на витамин А (А), витамин С (В) и фолат (С) за текущите данни (i), други храни с високо съдържание на всяко хранително вещество (ii) и техники за приготвяне от Националната база данни за хранителни вещества на USDA за стандарт Справочно издание 28. Лентите за грешки в текущите данни съответстват на стандартна грешка.

Средно в тази извадка видовете пипер, идващи от Южна Америка или Азия, са по-горещи от тези от Северна Америка (включително Мексико, произхода на опитомяването) или Европа (S1 Фиг.). Чушките от Азия също имат средно по-ниско съдържание на витамин А от тези от други континенти. Състоянието на „сорт“ или „ландрас“ изглежда не е свързано с измерените фактори. На видово ниво C. baccatum и C. chinense бяха средно по-горещи от C. annuum. Средната концентрация на фолиева киселина е сходна при различните видове, но всички отклонения с високо съдържание са C. annuum. Въпреки че размерът на тази проба е ограничен, можем да потвърдим, че обхватът на съдържанието на хранителни вещества е висок за различните видове, региони и статус на отглеждане.

Дискусия

В това проучване наблюдавахме големи вариации в съдържанието на хранителни вещества за чушки в рамките на видове, сортове, цвят и географско местоположение. За 73 от тези видове пипер (89% от изследваните), порция от 100 грама суров пипер (приблизително равна на едно халапеньо или половината от голям пипер) надвишава препоръчителната дневна стойност (DV) 5000 IU витамин А от Американската администрация по храните и лекарствата за диета с 2000 калории при възрастни и деца над 4-годишна възраст [39]. Една порция от 39 от тези видове пипер (43% от изследваните) надвишава препоръчаната 60 mg DV на витамин С [39]. Една порция само от три от тези видове пипер представлява повече от 50% от препоръчаната DV 400 микрограма фолиева киселина [39]. Някои от типовете чушки, които изследвахме, имаха концентрации на хранителни вещества на или над нивата, наблюдавани в храни с високо съдържание на витамин А, витамин С или фолиева киселина на грамова основа (Фигура 3). Информираността за високото хранително съдържание в някои от тези сортове би могла да бъде от полза за потребителите, особено тези в недохранени региони, където чушките често се хранят, и за животновъдите, участващи в подобряването на чушките за множество характеристики.

Чушките са добре известни с високото си съдържание на витамин С [12,21,41]. Това беше потвърдено в нашето проучване, където 16 вида пипер са имали концентрация на витамин С по-висока от тази, регистрирана за киви, плод, богат на витамин С (Фигура 3В). Нашите оценки за витамин С имат сходен диапазон с видовете пипер, отбелязани в базата данни USDA (Фигура 3B). Въпреки че данните за цветовете не бяха възпроизведени, ние забелязахме положителна корелация между витамин С и зачервяване на пипера и отрицателна корелация със зеленината на пипера. Тази връзка между цвета и съдържанието на витамин С е установена по-рано [42,43]. Счита се, че зрелият цвят в пипера се контролира от три локуса [44,45]; тези локуси се разделят както вътре, така и между опитомените видове. Макар да не е силно свързан с хранителни съединения, цветът е много важен за потребителите [46]. Подобно на витамин А, нивото на витамин С в чушките не се намалява чрез сотиране; обаче, когато чушките се сушат (фиг. 3В). Trinidad 7 Pot (# 2) е с най-високо съдържание на витамин С, но отново е изключително горещо. Чушките с високо съдържание на витамин С и меки до средни вкусови профили, като Joe's Long Cayenne (# 53), Marseilles Sweet Yellow Bell (# 47), Dulcetta Orange (# 51) и Corno Di Toro (# 10), могат да докажат полезен в хранителни добавки и програми за разплод.

Някои от видовете пипер са имали много високи нива на фолиева киселина (максимум 265,2 μg/100 g), по-високи дори от суровия спанак (193 μg/100 g; Фигура 3C). Това далеч надхвърля предишните оценки за до 70 микрограма фолиева киселина на 100 грама пресен пипер [11,41]. Понастоящем упълномощените практики за обогатяване с фолиева киселина в САЩ се оценяват да осигуряват 100–200 микрограма фолиева киселина на ден за жени в детеродна възраст [36], сходно ниво с това при 100 грама Shishito (# 42), Pasilla (# 25), амишско пиле (# 39) или California Mild (# 39). Изглежда, че съдържанието на фолиева киселина се влияе от техниките на приготвяне, тъй като сотирането на чушки драстично намалява съдържанието на фолиева киселина (Фигура 3С). Развъждането за повишено съдържание на фолиева киселина и съзнанието за приготвянето на чушките може да се окаже полезно в продължаващите глобални усилия за намаляване на броя на бременностите, засегнати от дефекти на нервната тръба [36].

Оценките на капсаицин за изключително лютите чушки са малко по-ниски от очакваното. Например, горещината на Bhut Jolokia (# 1) е публикувана на 1 001 304 SHU [47], докато тук тя е средно 616 806 SHU, вероятно поради условията на отглеждане, които могат да повлияят на остротата [48,49].