Sok z ziemniaka będący głównie cytozolem bulw ziemniaczanych (Solanum tuberosum L.), na skalę przemysłową jest dostępny jako strumień uboczny produkcji skrobi. Przez pracowników branży ziemniaczanej jest niekiedy potocznie nazywany wodą sokową lub nawet wodą owocową. Zawiera niewielką domieszkę wody technologicznej i jest wodną dyspersją z ok. 5% suchej masy. Skład tego materiału podlega zmianom w zależności od odmiany ziemniaków, warunków ich uprawy oraz technologii izolacji skrobi. Przemysłowy sok z ziemniaka może zawierać nawet ponad 6% suchej masy, w tym 1,8% białek, 1,8% aminokwasów, 2,5% substancji o niskiej masie cząsteczkowej (cukrów, soli i kwasów) oraz nie więcej niż 0,5% skrobi (1). Najbardziej cenioną frakcją soku z ziemniaka są białka. Jest to związane zarówno z ich bogatym składem aminokwasowym, jak i wykazywaną aktywnością biologiczną. Zgodnie z najpopularniejszą klasyfikacją opierającą się na masie cząsteczkowej, zawarte w soku ziemniaka białka można podzielić na trzy grupy:

– inhibitory proteaz,

– patatyny,

– inne białka.

Inhibitory proteaz to najobficiej występująca frakcja (ok. 50%) o masach cząsteczkowych w zakresie 4-25 kDa. Przypisuje się jej aktywność przeciwzapalną (2, 3). Druga z frakcji, obejmująca 30-40%, to białka zapasowe typu patatyny o masie cząsteczkowej 39-45 kDa. Pozostałe białka, o masie powyżej 50 kDa, występują w ilości 10-20% (4). Niebiałkowa frakcja organiczna cytozolu bulw ziemniaczanych to głównie cukry – sacharoza (0,47%), glukoza (0,12%) i fruktoza (0,07%) oraz kwasy organiczne – cytrynowy (0,39%), jabłkowy (0,10%) i szczawiowy (0,03%) (5). Bardzo istotne są też mikroskładniki soku ziemniaczanego, czyli witaminy grupy B, witamina C, kwasy fenolowe, karotenoidy i toksyczne glikoalkaloidy, jako że wszystkie z nich są kluczowe dla aktywności biologicznej tego surowca (6). Początkowo sok z ziemniaka był uważany wyłącznie za uciążliwy odpad i ze względu na wysoką zawartość związków potasu, azotu i fosforu był stosowany jako płynny nawóz. Aktualnie najbardziej popularną metodą zagospodarowania soku z ziemniaka jest koagulacja kwasowo-termiczna wysokocząsteczkowych białek. Otrzymany koagulat jest uważany za cenny składnik pasz dla zwierząt. Produktem ubocznym jest tzw. odciek, zawierający ok. 3,7% suchej masy, w tym głównie niskocząsteczkowe białka, peptydy, aminokwasy (ok. 1,4%) i składniki mineralne (1,2%) (7). Niestety w większości zakładów ziemniaczanych stanowi on uciążliwy odpad i jedynie niektóre z nich, po zatężeniu, dostarczają go rolnikom w celu zastosowania jako nawóz ciekły. Tymczasem najnowsze badania wskazują, że nie tylko sok z ziemniaka, ale również odciek po koagulacji białka ziemniaczanego wykazuje aktywność biologiczną potencjalnie przydatną w lecznictwie (6).

Początki medycznego zastosowania soku z ziemniaka sięgają XIX wieku, czyli zarania rewolucji przemysłowej i upowszechnienia uprawy ziemniaka w Europie. Świeżo wyciśnięty sok z ziemniaka był wówczas stosowany w europejskiej medycynie ludowej do leczenia, jak wówczas uważano, wrzodów żołądka. Na szerszą skalę kurację z zastosowaniem tego środka zapoczątkował pod koniec XIX wieku szwajcarski lekarz Maximilian Bircher-Benner, jednak badania naukowe dotyczące efektywności i bezpieczeństwa soku ziemniaczanego w lecznictwie zostały zapoczątkowane dopiero na przełomie XX i XXI wieku. Przeprowadzono wówczas kilka badań klinicznych w niewielkiej skali, które dowiodły przydatności soku z ziemniaka w kuracji dolegliwości dyspeptycznych (8, 9). XXI wiek przyniósł ogromne zwiększenie ilości prac poświęconych potencjalnej przydatności soku z ziemniaka w lecznictwie. Opisano działanie przeciwutleniające, przeciwzapalne, przeciwdrobnoustrojowe, przeciwnowotworowe, przeciwcukrzycowe, hepatoprotekcyjne, a nawet przeciwdziałające otyłości, co przypisano głównie obecności fenoli, alkaloidów, saponin, białek i karotenoidów (10, 11). Działanie przeciwdrobnoustrojowe różnych białek ziemniaka wykazano w stosunku do mikroorganizmów patogennych dla człowieka, w tym: Candida albicans, Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Salmonella enteritidis, Shigella boydii, Pseudomonas aeruginosa, Aspergillus niger, Rhizopus spp., Fusarium solani oraz Fusarium oxysporum. Kwas chlorogenowy wykazuje aktywność hamującą wzrost bakterii Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa oraz Enterococcus faecalis. Stwierdzono jego działanie przeciwgrzybicze skierowane na Candida albicans i Penicillium chrysogenum, natomiast glikoalkaloidy (solanina, chakonina i solanidyna) hamują wzrost grzybów Aspergillus niger, Penicillium roquefortii, Alternaria alternata oraz replikację ludzkiego wirusa niedoboru odporności HIV. Chakonina wykazuje też aktywność przeciwko wirusowi opryszczki pospolitej HSV (6). Z drugiej strony sok z ziemniaka z powodzeniem stosowano jako komponent podłoży do hodowli różnych drobnoustrojów, zwłaszcza zdolnych do produkcji bakteryjnej celulozy czy β-glukanu (12, 13). Jako składnik podłoża może być stosowany nie tylko sok z ziemniaka, ale również odciek po koagulacji białka (14).

Aktywność biologiczną wielu gatunków roślin obejmującą przeciwdziałanie rozwojowi przewlekłych chorób zapalnych, w tym chorób układu krążenia, otyłości i związanych z otyłością zaburzeń metabolicznych, nowotworów, zaburzeń żołądkowo-jelitowych i dysfunkcji neurodegeneracyjnych roślin często wiąże się z ich potencjałem antyoksydacyjnym (15). W ziemniakach o ich potencjale antyoksydacyjnym decydują przede wszystkim mikroskładniki, głównie: polifenole, kwas askorbinowy, karotenoidy, tokoferole, selen i kwas α-liponowy (16). Wśród wyżej wymienionych związków na wyróżnienie niewątpliwie zasługuje kwas chlorogenowy, któremu przypisuje się wszechstronną aktywność biologiczną (17, 18), w tym działanie przeciwnowotworowe (19), przeciwcukrzycowe i poprawiające gospodarkę tłuszczową (20-22), a nawet zapobiegające otyłości (23, 24). Inną ważną grupą składników soku ziemniaczanego wykazującą potencjał antyoksydacyjny są bioaktywne peptydy. Co istotne ich ilość można zwiększyć, a tym samym poprawić potencjał antyoksydacyjny przy zastosowaniu różnych procesów technologicznych, m.in. obróbki ciśnieniowej czy przede wszystkim hydrolizy enzymatycznej (25-29).

Aktywność przeciwzapalną soku ziemniaczanego wiąże się często, podobnie jak jego potencjał antyoksydacyjny, ze związkami o strukturze polifenoli. Zostało to potwierdzone w badaniach in vivo (30, 31). Jednak nie mniej ważne jest przeciwzapalne działanie białkowych inhibitorów proteaz (2, 32), jak również glikoalkaloidów stosowanych w dawkach subtoksycznych (33, 34). Glikoalkaloidy wykazują jednak przede wszystkim działanie przeciwnowotworowe. Obiecujące wyniki uzyskano w zakresie zwalczania różnych rodzajów nowotworów, w tym: białaczki, czerniaka i raka wątroby, prostaty, endometrium, trzustki, przełyku i niedrobnokomórkowego raka płuc, przy czym szczególnie dobrze udokumentowana jest aktywność solaniny (35). Aktywność chakoniny była badana w mniejszym zakresie, jednak niektóre raporty wskazują, że jest ona bardziej toksyczna i skuteczniejsza niż α-solanina w walce z nowotworami. Wykazano również, że połączenie obu glikoalkaloidów ziemniaka wywołało synergistyczny efekt toksyczny (36). Aktywność przeciwnowotworową postulowano także w odniesieniu do kwasu chlorogenowego (18, 37). Pomimo szeregu badań naukowych nad aktywnością przeciwnowotworową składników soku z ziemniaka, wskazujących na ich wielokierunkowe działanie na różnych etapach procesu kancerogenezy, w tym inicjację, promocję i progresję procesu nowotworowego, literatura nie dostarcza kompleksowych danych dotyczących aktywności soku z ziemniaka, która może być wzmocniona poprzez synergistyczne efekty działania jego biokomponentów (10, 16). Tym niemniej wiedza pochodząca z medycyny ludowej wskazuje dobitnie na przydatność świeżo wyciśniętego soku ziemniaczanego w leczeniu szeroko pojętych przewlekłych chorób przewodu pokarmowego. W obecnym rozumieniu etiologii różnych chorób należałoby brać pod uwagę przede wszystkim zmiany o podłożu nowotworowym (rak żołądka, dwunastnicy, jelita cienkiego i grubego) lub zapalnym (choroba Leśniowskiego-Crohna, wrzodziejące zapalenie jelita grubego).

Powyższy pogląd stał się podstawą podjętych w zespole Katedry Biotechnologii i Mikrobiologii Żywności Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu prac. Stały się one możliwe od 2010 roku dzięki uzyskaniu finansowania w ramach projektu PO IG 01.01.02-00-061/09 „Nowa żywność bioaktywna o zaprogramowanych właściwościach prozdrowotnych”. Celem pierwszego etapu prac była weryfikacja in vitro aktywności cytotoksycznej soku z ziemniaka w odniesieniu do komórek nowotworowych przewodu pokarmowego, a materiałem do badań były ziemniaki spożywcze zakupione w lokalnym sklepie oraz przemysłowy sok z ziemniaka, generowany jako strumień uboczny w toku produkcji skrobi. Badania prowadzono z wykorzystaniem trzech linii komórkowych pochodzenia nowotworowego izolowanych z raka żołądka (linia Hs 746T) i okrężnicy (linia HT-29 i Caco-2):

– linia Hs 746T – ludzkiego raka żołądka,

– HT-29 – ludzkiego gruczolakoraka jelita grubego,

– Caco-2 – ludzkiego gruczolakoraka jelita grubego.

Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że sok z ziemniaka wykazuje aktywność cytotoksyczną w stosunku do analizowanych komórek nowotworowych przewodu pokarmowego (ryc. 1) (38). Równocześnie wykazano, że sok przemysłowy charakteryzował się najwyższą cytotoksycznością. Wyniki te wskazały na celowość dalszych badań w oparciu o surowiec otrzymywany na skalę techniczną.