Evaluation of the nutritional quality of selected fruit and vegetables depending on the time after farm conversion to organic production methods

• Autorzy: Średnicka-Tober D. , Golba J. , Kazimierczak R. , Hallmann E. , Strok T. , Rembiałkowska E.

Warianty tytułu

PL

Ocena wartości odżywczej wybranych surowców roślinnych w zależności od czasu stosowania ekologicznych metod produkcji

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The quality of the organically produced fruit and vegetables is a frequent subject of research, but very few authors have investigated the differences in the content of biologically active compounds in organic agricultural crops depending on the age of the organic farms. At the same time, many studies have shown that the soil and the whole agroecosystems need time to stabilize after conversion of land to organic production. It suggests that in a mature, stable organic system one could expect higher yields and high quality of the crops. The aim of this study was to verify the following hypotheses: (1) the content of bioactive compounds in agricultural and horticultural crops is higher when they come from the organic production system compared with the conventional crops; (2) the content of bioactive compounds in crops is higher when they come from organic farms applying organic production standards for many years compared to those from the recently converted farms. The research material consisted of potato tubers (Irga variety), carrot roots (Flacoro variety) and apple fruit (varieties Idared and Antonówka) produced in (a) conventional farms, (b) organic farms in the second or third year after conversion, (c) organic farms in the fifth or sixth year after conversion, (d) organic farms over eight years after conversion. The collected fruit and vegetable samples were analyzed for dry matter, vitamin C, polyphenols, phenolic acids, flavonoids, carotenoids and chlorophylls. The results confirm the higher content of bioactive compounds in apples and carrots produced in organic compared to the conventional farms (this applies to most of the tested compounds in apples and total polyphenols & phenolic acids in carrots). At the same time, there was no significant impact of the production system on the content of the tested compounds in potato tubers (with the exception of ferulic acid and rutin, which were found in higher contents in the conventional tubers). In case of potatoes there was also no significant effect of the age of organic farms on the chemical composition of tubers. The exception was again ferulic acid and rutin, which, however, were found in higher contents in tubers from <3-year-old organic farms compared to those converted before 5-6 years. For carrots, the results did not confirm the hypothesis about the effect of time after conversion on the crop quality - the total content of polyphenols was highest in the carrot roots coming from the <3-year-old farms, significantly lower in the 5-6-year-old farms, and the lowest in the oldest (>8-year-old) farms; similar trends were found for phenolic acids and flavonoids (total). For carotenoids, dry matter and vitamin C no statistically significant differences were found between the carrot samples depending on the age of organic farms. In case of apple fruit, only 5-6-year-old and >8-year-old orchards were compared. Similarly to carrots, apple fruit from older (>8-year-old) orchards contained significantly lower contents of many of the tested compounds (flavonoids, carotenoids, chlorophylls) and dry weight compared with fruit from the younger (5-6-year old) orchards. However, the total content of polyphenols in apple fruit did not differ significantly depending on the age of organic farms. In conclusion, the study did not confirm the hypothesis that the content of bioactive compounds in plants is higher when they come from the farms applying organic production standards for many years compared to those just recently converted. In order to assess what other factors (agronomic practices, soil, weather, climate) affected the quality of agricultural products to a greater extent than the period of organic cultivation, the study should be continued on a wider scale.

PL

Jakość produktów rolnictwa ekologicznego jest częstym tematem prac badawczych, jednak bardzo niewiele jest prac pokazujących różnice w zawartości związków biologicznie czynnych w ekologicznych płodach rolnych w zależności od czasu stosowania ekologicznych metod produkcji. Tymczasem wiele badań wskazuje, że gleba i cały system przyrodniczy gospodarstwa ekologicznego potrzebują czasu, aby się ustabilizować. Tylko wtedy można oczekiwać dobrych i trwałych plonów oraz wysokiej jakości otrzymywanych płodów rolnych. Dlatego też celem prezentowanych badań była weryfikacja następujących hipotez badawczych: (1) zawartość związków bioaktywnych w surowcach roślinnych jest wyższa wówczas, gdy pochodzą one z ekologicznego systemu produkcji niż z konwencjonalnego; (2) zawartość związków bioaktywnych w surowcach roślinnych jest wyższa wtedy, gdy pochodzą one z gospodarstw ekologicznych prowadzonych od wielu lat metodami ekologicznymi w porównaniu do surowców z gospodarstw ekologicznych, które od niedawna stosują tę metodę produkcji. Materiał badawczy stanowiły bulwy ziemniaka odmiany Irga, korzenie marchwi odmiany Flacoro oraz owoce jabłoni odmiany Idared i Antonówka pochodzące z gospodarstw (a) konwencjonalnych, (b) ekologicznych w drugim lub trzecim roku od momentu rozpoczęcia produkcji ekologicznej, (c) w piątym lub szóstym roku od momentu rozpoczęcia produkcji ekologiczne, (d) powyżej 8 lat od momentu rozpoczęcia produkcji ekologicznej. W próbkach owoców i warzyw oznaczono zawartość suchej masy, witaminy C, polifenoli ogółem, kwasów fenolowych, flawonoidów, karotenoidów i chlorofili. Wyniki potwierdzają wyższą zawartość związków bioaktywnych w jabłkach oraz marchwi z gospodarstw ekologicznych w porównaniu do tych z produkcji konwencjonalnej (dotyczy to większości badanych związków w jabłkach oraz polifenoli ogółem i kwasów fenolowych w marchwi). Jednocześnie nie stwierdzono wpływu systemu produkcji na zawartość badanych związków w bulwach ziemniaka (z wyjątkiem kwasu ferulowego i rutyny, których było więcej w bulwach z produkcji konwencjonalnej). W przypadku ziemniaków nie stwierdzono również prawie żadnych istotnych zależności w zakresie wpływu czasu prowadzenia gospodarstwa w sposób ekologiczny na skład chemiczny bulw. Wyjątkiem były kwas ferulowy oraz rutyna, których jednak było więcej w bulwach ziemniaka z gospodarstw <3-letnich niż 5-6-letnich. W przypadku marchwi stwierdzono zależności odwrotne do założonych w hipotezie - zawartość polifenoli ogółem była najwyższa w korzeniach marchwi uprawianych w <3letnich gospodarstwach, mniejsza w 5-6-letnich, i najmniejsza w ponad 8-letnich; podobne tendencje stwierdzono dla kwasów fenolowych ogółem i flawonoidów ogółem. Dla karotenoidów, suchej masy i witaminy C nie stwierdzono statystycznie istotnych różnic pomiędzy próbkami w zależności od czasu prowadzenia gospodarstwa ekologicznego. W przypadku jabłek badano tylko sady 5-6-letnie i ponad 8-letnie, nie badano sadów młodych, <3-letnich. Podobnie jak w przypadku marchwi, stwierdzono istotnie mniejszą zawartość wielu badanych związków (flawonoidów, karotenoidów, chlorofili), a także suchej masy w jabłkach z sadów > 8-letnich w porównaniu z sadami 5-6-letnimi, natomiast poziom polifenoli ogółem w owocach nie różnił się istotnie w zależności od wieku gospodarstw ekologicznych. Podsumowując, w badaniach nie potwierdzono hipotezy mówiącej, że zawartość związków bioaktywnych w surowcach roślinnych jest wyższa wtedy, gdy pochodzą one z gospodarstw ekologicznych prowadzonych od wielu lat metodą ekologiczną w porównaniu do tych od niedawna stosujących tę metodę produkcji. W celu oceny, jakie inne czynniki (agrotechniczne, glebowe, pogodowe, klimatyczne) wpłynęły na jakość płodów rolnych w większym stopniu niż czas stosowania ekologicznych metod produkcji, badania powinny być kontynuowane na szerszym materiale doświadczalnym.

Słowa kluczowe

EN

organic agriculture; conventional agriculture; time after conversion; nutritional quality; bioactive compounds; apple; carrot; potato

PL

rolnictwo ekologiczne; rolnictwo konwencjonalne; czas gospodarowania; wartość odżywcza; związki bioaktywne; jabłko; marchew; ziemniak

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Poznański Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 61, nr 4
• Strony: 197--203
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., tab.

Twórcy

autor

Średnicka-Tober D.

• Warsaw University of Life Sciences (WULS-SGGW), Department of Functional and Organic Food and Commodities, Faculty of Human Nutrition and Consumer Sciences, Chair of Organic Food, ul. Nowoursynowska 159C, 02-776 Warszawa, Poland

autor

Golba J.

• Warsaw University of Life Sciences (WULS-SGGW), Department of Functional and Organic Food and Commodities, Faculty of Human Nutrition and Consumer Sciences, Chair of Organic Food, ul. Nowoursynowska 159C, 02-776 Warszawa, Poland

autor

Kazimierczak R.

• Warsaw University of Life Sciences (WULS-SGGW), Department of Functional and Organic Food and Commodities, Faculty of Human Nutrition and Consumer Sciences, Chair of Organic Food, ul. Nowoursynowska 159C, 02-776 Warszawa, Poland

autor

Hallmann E.

• Warsaw University of Life Sciences (WULS-SGGW), Department of Functional and Organic Food and Commodities, Faculty of Human Nutrition and Consumer Sciences, Chair of Organic Food, ul. Nowoursynowska 159C, 02-776 Warszawa, Poland

autor

Strok T.

• Warsaw University of Life Sciences (WULS-SGGW), Department of Functional and Organic Food and Commodities, Faculty of Human Nutrition and Consumer Sciences, Chair of Organic Food, ul. Nowoursynowska 159C, 02-776 Warszawa, Poland

autor

Rembiałkowska E.

• Warsaw University of Life Sciences (WULS-SGGW), Department of Functional and Organic Food and Commodities, Faculty of Human Nutrition and Consumer Sciences, Chair of Organic Food, ul. Nowoursynowska 159C, 02-776 Warszawa, Poland

Bibliografia

• [1] Baranski M., Średnicka-Tober D., Volakakis N., Seal C., Sanderson R., Stewart G.B., Benbrook C., Biavati B., Markellou E., Giotis C., Gromadzka-Ostrowska J., Rembiałkowska E., Skwarło-Sońta K., Tahvonen R., Janovska D., Niggli U., Nicot P., Leifert C. (2014): Higher antioxidant and lower cadmium concentrations and lower incidence of pesticide residues in organically grown crops: a systematic literature review and meta-analyses. British Journal of Nutrition, Vol. 112, 5, 794-811.
• [2] Dangour A.D., Dodhia S.K., Hayter A., Allen E., Lock K., Uauy R. (2009): Nutritional quality of organic foods: a systematic review. American Journal of Clinical Nutrition, Vol. 90, 3, 680-685.
• [3] Smith-Spangler C., Brandeau M.L., Hunter G.E., Bavinger J.C., Pearson M., Eschbach P.J., Sundaram V., Liu H., Schirmer P., Stave C., Olkin I., Bravata D.M. (2012): Are organic foods safer or healthier than conventional alternatives?: a systematic review. Annals of Internal Medicine, Vol. 157, 5, 348-366.
• [4] Ivan Diepeningen A.D., de Vos O.J., Korthals G.W., van Bruggen A.H.C. (2006): Effects of organic versus conventional management on chemical and biological parameters in agricultural soils. Applied Soil Ecology, Vol. 31, 120-135.
• [5] Mäder P., Flieβbach A., Dubois D., Gunst L., Fried P., Niggli N. (2002): Soil Fertility and Biodiversity in Organic Farming. Science, Vol. 296, 1694-1697.
• [6] Nardo N., Foddai M.S., Azzini E., Baiamonte I., Di Ferdinando S., Paoletti S., Vizioli V., Paoletti F. (2011): Tomato (Lycopersicon esculentum, cv. cxd271bio) yield and quality during conversion from conventional to organic production. In: Pulkrabova J., Tomaniova M., Kahl J., Hajslova J. (EDS.). Proceedings of the First International Conference on Organic Food Quality and Health Research, Prague, 18-20 May 2011, Vol. 29.
• [7] Mitchell A.E., Hong Y.J., Koh E., Barrett D.M., Bryant D.E., Denison R.F., Kaffka S. (2007): Ten-year comparison of the influence of organic and conventional crop management practices on the content of flavonoids in tomatoes. Journal of Agricultural and Food Chemistry, Vol. 55, 6154-6159.
• [8] Polish Standard (2001): PN-EN 12145:2001. Fruit and vegetable juices. The estimation of dry matter. Gravimetric method.
• [9] Polish Standard (1998): PN-A-04019:1998. Food products. Determination of vitamin C content. Polish Committee for Standardization.
• [10] Hallmann E. (2012): The influence of organic and conventional cultivation systems on the nutritional value and content of bioactive compounds in selected tomato types. Journal of the Science of Food and Agriculture, Vol. 92, 14, 2840-2848.
• [11] Nishiyama I., Fucusa T., Oota T. (2005): Genotypic differences in chlorophyll, lutein and beta-carotene contents in the fruits of Actinidia species. Journal of Agricultural and Food Chemistry, Vol. 53, 6403-6407.
• [12] Bloksma J., Northolt M., Huber M., van der Burgt G.J., van de Vijver L. (2007): A new food quality concept based on life processes. [In:] Cooper J., Niggli U, Leifert C. (eds.). Handbook of organic food safety and quality, CRC Press, 5373.
• [13] Heeb A., Lundegårdh B., Savage G., Ericsson T. (2006): Impact of organic and inorganic fertilizers on yield, taste, and nutritional quality of tomatoes. Journal of Plant Nutrition and Soil Science, Vol. 169, 535-541.
• [14] Stefanelli D., Goodwin I., Jones R. (2010): Minimal nitrogen and water use in horticulture: Effects on quality and content of selected nutrients. Food Research International, Vol. 43, 1833-1843.
• [15] Brandt K., Mølgaard J.P. (2001): Organic agriculture: does it enhance or reduce the nutritional value of plant foods? Journal of the Science of Food and Agriculture, Vol. 81, 924931.
• [16] Heaton S. (2001): Organic farming, food quality and human health (2001): A review of the evidence. Soil Association, http://www.soilassociation.org/Whyorganic/Health/Reports/ta bid/388/Default.aspx.
• [17] Brandt K., Leifert C., Sanderson L., Seal C.J. (2011): Agroecosystem management and nutritional quality of plant foods: The case of organic fruits and vegetables. Critical Reviews in Plant Sciences, Vol. 30, 177-197.
• [18] Hallmann E., Rembiałkowska E. (2012): Characterisation of antioxidant compounds in sweet bell pepper (Capsicum annuum L.) under organic and conventional growing systems. Journal of the Science of Food and Agriculture, Vol. 92, 2409-2415.
• [19] Kazimierczak R., Hallmann E., Lipowski J., Drela N., Kowalik A., Püssa T., Matt D., Luik A., Rembiałkowska E. (2014): Beetroot (Beta vulgaris L.) and naturally fermented beetroot juices from organic and conventional production: metabolomics, antioxidant levels and anticancer activity. Journal of the Science of Food and Agriculture, Vol. 94, 13, 2618-2629.
• [20] Bavec M., Turinek M., Grobelnik-Mlakar S., Slatnar A., Bavec F. (2010): Influence of industrial and alternative farming systems on contents of sugars, organic acids, total phenolic content, and the antioxidant activity of red beet (Beta vulgaris L. ssp. vulgaris Rote Kugel). Journal of Agricultural and Food Chemistry, Vol. 58, 11825-11831.
• [21] Średnicka-Tober D., Barański M., Gromadzka-Ostrowska J., Skwarło-Sońta K., Rembiałkowska E., Hajslova J., Schulzova V., Cakmak I., Ozturk L., Krolikowski T., Wisniewska K., Hallmann E., Baca E., Eyre M., Steinshamn H., Jordon T., Leifert C. (2013): Effect of crop protection and fertilization regimes used in organic and conventional production systems on feed composition and physiological parameters in rats. Journal of Agricultural and Food Chemistry, Vol. 61, 5, 1017-1029.
• [22] Kazimierczak R., Hallmann E., Rembiałkowska E. (2014): Effects of organic and conventional production systems on the content of bioactive substances in four species of medicinal plants. Biological Agriculture & Horticulture: An International Journal for Sustainable Production Systems, Vol. 31, 2, 118-127.
• [23] Dean P.R., Hurd C.L. (2007): Seasonal growth, erosion rates, and nitrogen and photosynthetic ecophysiology of Undaria pinnatifida (Heterokontophyta) in southern New Zealand. Journal of Phycology, Vol. 43, 1138-1148.
• [24] Kaack K., Nielsen M., Christensen L.P., Thorup-Kristensen K. (2002): Nutritionally Important Chemical Constituents and Yield of Carrot (Daucus carota L.) Roots Grown Organically Using Ten Levels of Green Manure. Acta Agriculturae Scandinavica, Section B - Soil & Plant Science, Vol. 51, 125-136.
• [25] Macias-Sanchez M.D., Mantell C., Rodriguez M., Martinez de la Ossa E., Lubian L.M., Montero O. (2009): Comparison of supercritical fluid and ultrasound-assisted extraction of carotenoids and chlorophyll a from Dunaliella salina. Talanta, Vol. 77, 948-952.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.