Historisch gesehen haben sich die Züchter bei der Sortenentwicklung auf Ertrag, Knollenqualität und Krankheitsresistenz konzentriert. Die Fortschritte bei der Entwicklung von krankheitsresistenten Sorten wurden kürzlich besprochen, so dass dieses Thema hier nicht weiter betrachtet wird (Jansky, 2000). Für Frischmarkt- und Verarbeitungskartoffeln ist eine komplexe Reihe von äußeren und inneren Qualitätsmerkmalen erforderlich. Zu den äußeren Qualitätsmerkmalen gehören Knollengröße und -form, Augentiefe, Schalenfarbe und das Fehlen von Flecken aufgrund von Druckstellen und Krankheiten. Diese Merkmale sind besonders wichtig für Frischmarktkartoffeln, können aber auch die Verarbeitungsqualität beeinflussen. Die innere Qualität umfasst den Trockenmassegehalt, die Nährstoffqualität, den Geschmack, die Stärkemenge und -qualität sowie das Fehlen von Defekten wie Hohlherzigkeit und inneren Nekrosen. In den letzten Jahren haben sich die Züchter zunehmend für die Verbesserung der Nährstoffqualität und des Geschmacks interessiert. Da die Verbraucher in vielen Ländern Kartoffeln häufiger und in größeren Mengen als andere Gemüsesorten verzehren, dürfte jede Verbesserung der Nährstoffzusammensetzung zu erheblichen gesundheitlichen Vorteilen führen. Folglich besteht ein erhebliches Potenzial, die Kartoffel als funktionelles Lebensmittel mit gesundheitsfördernden oder krankheitsvorbeugenden Eigenschaften über die Grundfunktion der Nährstoffversorgung hinaus zu entwickeln. Diese Eigenschaften erfordern komplexe chemische Analysen und manchmal auch sensorische Bewertungen, die derzeit die Möglichkeiten der Züchter einschränken, überlegene Phänotypen zu identifizieren. Im Folgenden wird eine Auswahl von Qualitätsmerkmalen diskutiert.
Spezifisches Gewicht. Das spezifische Gewicht der Knolle, das ein Maß für den Trockensubstanzgehalt ist, ist ein kritisches Qualitätsmerkmal für die Verarbeitung. Sorten mit hoher Trockenmasse werden für die Produktion von Pommes frites, Chips und Stärke benötigt. Die Genotyp-Umwelt-Interaktion für das spezifische Gewicht ist im Allgemeinen gering, so dass sich die Rangfolge der Sorten über Jahre und Produktionsumgebungen hinweg nicht ändert (Killick und Simmonds, 1974). Die Heritabilitäten sind moderat bis hoch, so dass durch die Selektion von Klonen mit hohem spezifischem Gewicht genetische Gewinne erzielt werden können (Killick, 1977; Tai, 1976; Haynes et al., 1989). Ein hohes spezifisches Gewicht wird häufig bei tetraploiden Klonen festgestellt, die aus sexueller Polyploidisierung stammen, bei der der diploide Elternteil wilde oder kultivierte Kartoffelverwandte enthält (Tai und De Jong, 1991; Ortiz et al., 1997; Buso et al., 2000).
Ascorbinsäure. Die Kartoffel ist eine bedeutende Nahrungsquelle für Ascorbinsäure (Vitamin C), die für eine normale Kollagenbildung notwendig ist und als Antioxidans wirkt. Darüber hinaus hemmt Ascorbinsäure die enzymatische Bräunung des Knollenfleisches, was ein bedeutendes Problem für die kartoffelverarbeitende Industrie verhindert (Finlay et al., 2003). Die Konzentrationen in den Sorten reichen von 11 bis 36 mg pro 100 g Knollengewebe (Dale et al., 2003; Love et al., 2003). Die in den USA empfohlene Tagesdosis beträgt 60 mg. Der Ascorbinsäuregehalt nimmt im Laufe der Zeit bei der Lagerung ab, aber es wurde über genotypische Unterschiede in der Fähigkeit berichtet, den Ascorbinsäuregehalt während der Lagerung aufrechtzuerhalten (Davies et al., 2002; Finlay et al., 2003). Diese Eigenschaft ist wichtig, da viele Kartoffeln nach einer Lagerzeit verzehrt werden.
Antioxidative Kapazität. Derzeit besteht ein großes Interesse am Nährwert von Antioxidantien in Gemüsekulturen. Carotinoide und phenolische Verbindungen in der Kartoffel sind potente Antioxidantien (Brown, 2005). Wichtige Gene für die Carotinoid- und Flavonoidproduktion wurden in der Kartoffel identifiziert (De Jong, 1991; Van Eck et al., 1994). Der Gehalt an Carotinoiden steigt exponentiell mit der Intensität der gelben Fleischfarbe (Lu et al., 2001), so dass eine visuelle Selektion auf eine verbesserte Nährstoffqualität durch Carotinoide leicht möglich ist. Anthocyane sind für violette und rote Farben verantwortlich und können in ausreichend hohen Mengen gefunden werden, um Kartoffelknollen als Quelle für natürliche Farbstoffe zu betrachten (Jansen und Flamme, 2006). Die Antioxidantien in Kartoffeln mit gefärbtem Fleisch tragen auch zur Krankheitsresistenz der Kartoffel bei (Wegener und Jansen, 2007). Über eine hohe antioxidative Kapazität wurde in weißfleischigen Kartoffeln berichtet, was darauf hindeutet, dass farblose Flavonoide oder Phenole ebenfalls wichtig sein können (Hale, 2003). Der Gehalt an Antioxidantien wird stark von der Produktionsumgebung und den Lagerbedingungen beeinflusst (Reyes et al., 2004; Rosenthal und Jansky, 2008). Daher ist es wichtig, zwischen genotypischen und umweltbedingten Variationsquellen zu unterscheiden, wenn man auf eine verbesserte antioxidative Kapazität züchtet.
Verbesserter Geschmack. Der Geschmack ergibt sich aus der Kombination von Geschmack, Geruch und Textur. Rohe Kartoffeln sind fade, werden aber durch chemische Veränderungen beim Erhitzen geschmacksintensiver (Maga, 1994). Obwohl Kartoffeln als nicht sehr geschmacksintensiv gelten, sind die Komponenten des Geschmacks komplex (Coleman et al., 1981). Pyrazine werden als eine der wichtigsten und charakteristischen Komponenten des Backkartoffelgeschmacks angesehen (Buttery et al., 1973). Sie werden durch die nicht-enzymatische Maillard-Reaktion gebildet, bei der Zucker mit Aminosäuren bei hohen Temperaturen interagieren. Es besteht eine starke positive Beziehung zwischen Pyrazinen und der organoleptischen Qualität sowohl bei Backkartoffeln (Maga und Holm, 1992) als auch bei Kartoffelchips (Maga und Sizer, 1973). Die Abbauprodukte der RNA, 5′-Ribonukleotide, dienen als Vorstufen für Geschmacksverstärker, die sogenannten Umami-Verbindungen. Gedämpfte oder gekochte Knollen von Landsorten mit höheren Gehalten an Glutamat und Guanosin-5′-Monophosphat (GMP) als bei S. tuberosum-Kultivaren wiesen in Geschmackstests höhere Akzeptanzwerte auf (Morris et al., 2007). Die wichtigsten Ribonukleotide zur Geschmacksverbesserung sind Inosin-5′-monophosphat (Marcel et al., 2003) und GMP. Sie sind in rohen Kartoffeln in geringen Mengen vorhanden, aber der Gehalt steigt während des Kochens an, da die RNA abgebaut wird. Sowohl die Mengen als auch die Arten von Ribonukleotiden variieren zwischen den Kartoffelsorten (Maga und McNeill, 1986). Dies ist wahrscheinlich auf Unterschiede in den Aktivitäten und Arten der Enzyme zurückzuführen, die RNA abbauen. Ein synergistischer Effekt wird festgestellt, wenn 5′-Ribonukleotide mit Aminosäuren, insbesondere Glutamat, interagieren.
Resistenz gegen Kältesüßung. Die meisten Kartoffelknollen werden für eine gewisse Zeit gelagert, bevor sie verarbeitet werden. Wenn sie bei niedrigen Temperaturen (<10°C) gelagert werden, um Verluste durch Schrumpfung und Krankheiten zu vermeiden und um das Keimen zu verhindern, erfahren sie ein Phänomen, das als Kältesüßung bezeichnet wird. Dies resultiert hauptsächlich aus der Anhäufung von reduzierenden Zuckern (Glukose und Fruktose) beim Abbau von Stärke. Diese Zucker interagieren in der Maillard-Reaktion mit Aminosäuren, was zu inakzeptabel dunklen Bratprodukten führt (Coffin et al., 1987). Es ist oft möglich, die Auswirkungen der Lagerung bei niedrigen Temperaturen zu reduzieren, indem die kalt gelagerten Knollen vor der Verarbeitung bei wärmeren Temperaturen rekonditioniert werden. Dadurch wird ein Teil des Zuckers wieder in Stärke umgewandelt. Allerdings ist die Rekonditionierung nicht immer effektiv (Coffin et al., 1987). Mit Hilfe von wilden Solanum-Verwandten ist es Züchtern jedoch gelungen, die Resistenz gegen Kältesüßung in Zuchtklonen und -sorten zu verbessern (Thill und Peloquin, 1994; Hayes und Thill, 2002a, c; Domanski et al., 2004; Hamernik et al., 2009). Es wurden quantitative Merkmalsloci identifiziert, die mit Genen verknüpft sind, die für Enzyme in Kohlenhydrat-Stoffwechselwegen kodieren (Invertase, Saccharose-Synthase 3, Saccharose-Phosphat-Synthase, ADP-Glucose-Pyrophosphorylase, Saccharose-Transporter 1 und ein putativer Saccharose-Sensor) (Menendez et al., 2002). Interessant ist, dass die meisten QTLs für den Glukosegehalt an denselben Positionen kartiert sind wie die für den Fruktosegehalt. Die jüngste Besorgnis der Verbraucher über den Acrylamidgehalt in frittierten Kartoffelprodukten könnte durch Züchtung auf niedrige Gehalte an reduzierenden Zuckern gemildert werden. Acrylamide entstehen durch die Wechselwirkung von Asparagin und reduzierenden Zuckern während der Maillard-Reaktion. Die reduzierende Zuckerkonzentration ist der begrenzende Faktor bei dieser Reaktion, daher wird erwartet, dass eine Minimierung des reduzierenden Zuckers in den Knollen den Gehalt an Acrylamiden in den Fertigprodukten reduziert (Silva und Simon, 2005). Die Auswahl von Sorten mit niedrigen Gehalten an Acrylamid-Vorläufern kann die Besorgnis über Kartoffeln als signifikante Acrylamid-Quelle mindern (Vivanti et al., 2006).
Stärkegehalt und Qualität. Der Trockensubstanzgehalt in Kartoffelknollen wird zu einem großen Teil durch den Stärkegehalt bestimmt. Der Stärkegehalt ist besonders wichtig für die verarbeitende Industrie, aber auch bei Frischmarktkartoffeln ist er von Interesse, da er die Textur beeinflusst. Früh reifende Sorten produzieren typischerweise nicht so viel Trockenmasse wie spät reifende Klone, die mehr Zeit haben, Photosynthat zu akkumulieren. Wie erwartet, scheint der Stärkegehalt der Knollen ein polygenes Merkmal zu sein. Quantitative Merkmalsloci, die den Stärkegehalt beeinflussen, wurden auf jedem der 12 Chromosomen der Kartoffel identifiziert (Chen et al., 2001; Gebhardt et al., 2005). Derzeit besteht Interesse an der Züchtung auf einen erhöhten Amylosegehalt in Kartoffelstärke, da Stärke mit hohem Amylosegehalt bessere ernährungsphysiologische Eigenschaften aufweist. Nach dem Kochen rekristallisiert ein Teil der Stärke mit hohem Amylosegehalt zu sogenannter resistenter Stärke, die als eine Form von Ballaststoffen fungiert (Karlsson et al., 2007). In einer Untersuchung von wilden Solanum-Arten wurde eine große Variabilität in Bezug auf den Trockensubstanzgehalt, den Stärkegehalt, den Proteingehalt, den prozentualen Anteil von Amylose in der Stärke und den Durchmesser der Stärkekörnchen festgestellt (Jansen et al., 2001). Diese Wildarten können, wie oben beschrieben, in die Kulturkartoffel eingebracht werden und bieten die Möglichkeit, wichtige Qualitätsmerkmale der Knolle zu verbessern.