Топинамбур (земляная груша)

Размещено на http://www.allbest.ru

Топинамбур



Введение

Одним из ключевых факторов, обеспечивших в последние 20-30 лет радикальные структурные сдвиги в мировой экономике, стало повышение экономической роли инноваций. Однако выпуск инновационной продукции в Российской Федерации по самым оптимистичным оценкам составляет менее 8% от общего объема. Россия занимает малозаметное положение на рынке высокотехнологичной продукции. По удельному весу в совокупном объеме мирового экспорта ее позиции 0,3% сопоставимы с Чехией и Португалией.

Анализ мировых тенденций инноваций показывает, что наиболее динамично развивается рынок биотехнологической продукции.

Стагнация в инновационной сфере и в особенности в АПК в немалой степени связана с недостаточным вниманием к интенсификации и продвижению инноваций в реальный сектор экономики со стороны государства. Инновационные проекты должны быть направлены на решение проблем связанных с глобальными вызовами. Таковыми в первую очередь являются проблемы питания, получения возобновляемой энергии и глобального изменения климата.

Современная биоиндустрия в Российской Федерации практически отсутствует. Для развития биоиндустрии необходимо несколько факторов, которые в принципе имеются, но на практике используются очень слабо. Например, первый из них - биоресурсная база. У нас, как известно, самые большие пахотные площади, четверть мировых ресурсов леса, пресная вода, энергетика, квалифицированные кадры. По разным оценкам в России 30-40 млн.га свободных пахотных земель, которые могут быть эффективно использованы. Кроме того, ряд земельных площадей промышленного назначения требует рекультивации.

Один гектар топинамбура способен поглощать из воздуха за год 6 т углекислого газа, а 1 га леса - 3-4 т. Если 1 га леса может обеспечить дыхание кислородом 30 человек, то топинамбур в 1,5-2 раза больше. В связи с этим, а также учитывая устойчивость к кислотным дождям, целесообразно включать топинамбур в зеленые насаждения вокруг промышленных городов с сильной загазованностью воздуха. При таких масштабах использования топинамбура Россия смогла бы эффективно включиться в реализацию Киотского протокола. топинамбур сорт выращивание

Топинамбур дает наиболее высокую биомассу, выход эссенциальных элементов и витаминов с 1га из всех возделываемых в РФ культур. Урожайность биомассы топинамбура в среднем - 50-80 тонн/га. Топинамбур - действенный биологический защитник. Он меньше накапливает нитраты, тяжелые металлы, радионуклиды, чем другие растения. Его можно культивировать на экологически неблагоприятных землях. Клубни и продукты, полученные из них, безопасны в отношении токсичных ионов. Растения топинамбура не нуждаются в обработке пестицидами, так как устойчивы к многим болезням и вредителям, в том числе фитофторе, колорадскому жуку и нематоде, вследствие чего дает полноценную экологически безопасную пищевую и кормовую продукцию.



Анализ состояния возделывания топинамбура в России

Топинамбур по нашей оценке в промышленных масштабах возделывается в РФ на площади более 2 тыс. га. Это Нижегородская, Тверская, Рязанская, Тульская, Ульяновская, Костромская, Волгоградская, Омская, Брянская, Московская, Саратовская, Ярославская обл., Чувашия, Краснодарский, Ставропольский край и др. В Майкопе находится коллекция ВИР, насчитывающая более 300 сортообразцов. ВНИИКХ исследует 18 перспективных сортов и гибридов. Основная проблема, сдерживающие распространение топинамбура заключается в том, что не сформирован спрос на эту ценную культуру, являющуюся источником инулина, фруктозы и пектина. В настоящее время идет инвестирование в строительство предприятий по переработке топинамбура на инулин, но отсутствие в промышленных масштабах сырья и отсутствие на рынке комплекса машин для механизированной технологии возделывания топинамбура ставит под угрозу реализацию этих инвестиционных проектов. Потребность в инулине по оценке профильных институтов РАСХН составляет более 20 тыс.тонн. Себестоимость производства инулина из топинамбура около 30 рублей/кг, цена на импортный более 160 рублей/кг. В связи с отсутствием отечественного инулина, предприятия производящие детское питание содержащего пробиотики полностью зависят от импорта.

Таблица. Площади промышленного возделывания топинамбура.

Регион,область	Площади возделывания топинамбура, га
Адыгея	0,3
Брянская обл.	0,1
Волгоградская обл.	0,1
Костромская обл.	0,1
Краснодарский край	0,3
Кировская обл.	0,1
Московская обл.	0,1
Нижегородская обл.	0,2
Республика Чувашия	0,1
Рязанская обл.	0,1
Ставропольский край	0,3
Тверская обл.	0,1
Тульская обл.	0,05
Ярославская обл.	0,05

На международном конгрессе "Инулин и инулинсодержащие растения", проходившем в Шанхае в 2010 г., наряду с многими странами мира присутствовали представители России. Среди главных направлений работ конгресс отметил необходимость широкой переработки топинамбура для получения инулина, фруктозных сиропов, новых сахаристых веществ, подсластителей, спирта (этанола), кормовых дрожжей, а также продукции высокой биологической ценности с целью использования ее в пищевой, медицинской промышленности и в сельском хозяйстве.

Одним из перспективных направлений являются новые сферы использования инулина именно из топинамбура. В Голландии и Германии разработаны эффективные методы получения из инулина гидроксиметилфурфурола (ГМФ) и его производных. Структура ГМФ представляет собой исключительно большие возможности для химического синтеза и трансформации с целью получения разнообразных лекарственных препаратов, красок, полупроводников, фотопроводников, фотохромных и других материалов для оптоэлектроники. Имеются перспективы получения из ГМФ ароматизирующих соединений, жидких кристаллов, ингибиторов коррозии. У нас пока нет таких технологий.

Топинамбур и топинамбур, как сырье для кормопроизводства позволят усовершенствовать структуру производимых кормов, повысить их протеиновую и энергетическую питательность, экологизировать кормопроизводство при одновременной экономии всех видов ресурсов и затрат за счет широкомасштабного освоения достижений науки. В последние годы в рецептуре комбикормов существенно уменьшилась доля кукурузы и возросла доля других видов зерна (ячмень, овес, рожь), включение которых значительно повышает содержание в комбикорме трудно гидролизуемых и ингибирующих веществ, нарушающих процессы пищеварения, снижающих продуктивность животных и повышающих затраты кормов. Введение в состав комбикормов отходов производства инулина и биоэтанола обеспечивает повышение экономической эффективности животноводства и гарантирует экологическую безопасность животноводческой продукции. В особенности эффективны новые корма для молодняка крупного рогатого скота, свиней, прудового рыбоводства, а также при выращивании молодняка пушных зверей (норка, песец, нутрия и др.).

Таким образом, проблема обеспечения населения отечественными массовыми продуктами питания, а животноводство кормами включает важное направление развитие производства топинамбура.

Намечаемые цели и задачи

Развитие производства топинамбура является важной стратегической задачей, как культуры, обладающей наиболее высоким пищевым, энергетическим и кормовым выходом с единицы площади.

Для решения этой проблемы необходимо выделить следующие цели:

-разработать технологию промышленного производства и переработки топинамбура,сформировать рынок производства продуктов здорового питания, кормов и биоэтанола из топинамбура.

Для достижения указанных целей необходимо решить следующие основные задачи:

Разработать и внедрить научно-обоснованные схемы семеноводства и современные технологические регламенты быстрого размножения оригинального, элитного и репродукционного семенного топинамбура;

Разработать и внедрить современную систему обеспечения качества и сертификации семенного топинамбура;

Разработать и внедрить эффективные технологии возделывания и хранения топинамбура;

Разработать и внедрить инновационный комплекс сельскохозяйственной техники по возделыванию и уборке топинамбура, эффективный в различных климатических условиях;

Разработать высокоэффективные безотходные ресурсосберегающие технологии получения продуктов питания и инулина с использованием последних достижений наноиндустрии (нанографитовые бактерицидные фильтры и концентраторы сред и с помощью мембранной фильтрации);

Разработать рецептуру и промышленную технологию для производства функционально-экологических поликомпонентных продуктов здорового питания нового поколения из топинамбура;

Разработать технологию и организовать производство пищевого инулина,

Разработать промышленную технологию и оборудование производства биоэтанола и кормов из топинамбура.

Перечень намечаемых основных мероприятий

В решении проблемы повышения конкурентоспособности особенно актуальное значение имеет необходимость налаживания семеноводства.

Сеть региональных базовых предприятий по оригинальному (первичному) семеноводству должна обеспечивать ежегодное производство клубней гарантированного качества лучших сортов в объеме потребностей производства.

Основные меры по развитию семеноводства топинамбура России:

Формирование региональной сети учреждений и сельхозорганизации, выполняющих функции базовых центров по оригинальному (первичному) семеноводству топинамбура при использовании инновационных технологий микроразмножения.

Оснащение лабораторий клонального микроразмножения современным лабораторным оборудованием, приборами для диагностики фитопатогенов методами ИФА и ПЦР, экспресс - анализа, а также комплектами полевой техники для первичных питомников

Модернизация базы хранения с применением современного оборудования, технологии и эффективных систем "климат-контроля"

Предлагаемые в Концепции Программы ускоренные методы размножения позволяют в течение 3-х лет выйти на объемы промышленного возделывания соответствующие требованиям производства.

Перечень мероприятий для достижения указанной цели:

Организовать банк здоровых сортов топинамбура для промышленного производства;

Разработать, провести производственную проверку и рекомендовать производству инновационные технологии быстрого размножения высококачественных семян топинамбура;

Разработать, провести производственную проверку и рекомендовать производству эффективные ресурсо-, влаго-сберегающие, засухоустойчивые грядовые технологии возделывания топинамбура;

Разработать, провести производственную проверку и рекомендовать производству эффективные ресурсосберегающие технологии хранения топинамбура;

Разработать, провести производственную проверку и рекомендовать производству эффективный комплекс сельскохозяйственной техники по возделыванию и уборке топинамбура;

Разработать, провести производственную проверку и рекомендовать производству высокоэффективные технологии получения продуктов питания, инулина, биоэтанола и кормов.

Топинамбумр, или Топинаммбур, или Подсомлнечник клубненомсный (лат. Heliбnthus tuberуsus) -- вид клубненосных растений рода Подсолнечник семейства Астровые. Растение известно также под названием «земляная груша» и «иерусалимский артишок». Клубни съедобны. Возделывается как ценное кормовое, техническое и продовольственное растение.

Топинамбур -- многолетнее травянистое растение высотой от 40 см до двух метров с прямостоячим ветвящимся, опушённым короткими волосками стеблем и подземными побегами, на которых развиваются клубни.

Листья пильчато-зубчатые черешковые: нижние -- яйцевидные или сердцевидно-яйцевидные, супротивные; верхние -- удлинённо-яйцевидные или ланцетные, очерёдные.

Цветки собраны в соцветия корзинки диаметром 2--10 см. Срединные трубчатые цветки жёлтые, обоеполые; краевые бесплодные ложноязычковые цветки золотисто-жёлтые, их от десяти до пятнадцати. Цветение в европейской части России в августе -- октябре.

Плод -- семянка, в европейской части России созревает в сентябре -- октябре.

Химический состав и питательная ценность

По химическому составу клубни топинамбура сродни картофелю. По питательности они превосходят многие овощи и в два раза ценнее кормовой свёклы.

Клубни топинамбура содержат до 3 % белка, минеральные соли, растворимый полисахарид инулин (от 16 до 18 %), фруктозу, микроэлементы, 2--4 % азотистых веществ. Довольно богаты витамином B1, содержат витамин C, каротин.

Содержание сахаров в клубнях увеличивается в зависимости от сроков сбора за счёт оттока питательных веществ из стеблей и листьев.



Гибриды и сорта

В мире известно более 300 сортов и гибридов топинамбура. Одни отличаются большим урожаем клубней, другие -- зелёной массы (при небольших клубнях), третьи -- особой декоративностью и т. д. В России наиболее известны ныне сорта топинамбура 'Киевский белый', 'Красный', 'Веретеновидный', 'Патат', 'Майкопский', 'Белый', 'Скороспелка', 'Находка', 'Волжский 2', 'Вадим', 'Ленинградский', 'Северокавказский', 'Интерес'.

Промышленно в России возделываются только 2 сорта: 'Скороспелка' и 'Интерес'. 'Скороспелка' -- скороспелый сорт, дающий урожай клубней уже к концу сентября, что позволяет возделывать его в средней полосе России. Средняя урожайность по клубням 25--30 тонн с гектара, по зелёной массе -- 30--35 т/га. 'Интерес' превосходит по урожайности сорт 'Скороспелка' в 1,5--2 раза, однако клубни вызревают только в ноябре. Не вызревает по клубням в средней полосе. Эффективно выращивается только в южных регионах -- от Волгоградской области и южнее -146 дней.

Путём скрещивания топинамбура с подсолнечником создали новое растение -- топинсолнечник. Впервые такое скрещивание было проведено в СССР. На Майкопской опытной станции ВИР Н. М. Пасько вывел сорт топинсолнечника 'Восторг' (ЗМ-1-156). Клубни у этого сорта крупные, овальные, с гладкой поверхностью. Урожай клубней достигает 400 центнеров с гектара и более, зелёной массы -- 600 ц/га.

Сортовое разнообразие

Сорта топинамбура делятся на клубневые (овощные) и кормовые. Кормовые дают выше урожай зеленой массы и меньше клубней. За последние годы ученые и практики России вывели более 20 новых сортов, клубни у которых располагаются компактными гнездами, что позволяет извлекать их из почвы почти полностью. На Майкопской опытной станции ВИР собрана мировая коллекция топинамбура, представляющая уникальный генофонд.

В связи с увеличением интереса к топинамбуру как к культуре для последующей промышленной переработки, появилась потребность в сортах с определенными технологическими характеристиками, при этом они будут различными по агроклиматическим зонам возделывания. На сегодняшний день наиболее популярны следующие сорта топинамбура: "Киевский белый", "Красный", "Веретеновидный", "Патат", "Майкопский", "Белый", "Скороспелый", "Находка", "Диетический", "Волжский-2", "Вадим", "Ленинградский", "Северокавказский", "Интерес". Кстати, окружающая среда вовсе не влияет на качество топинамбура и наличие в нем полезных веществ. Это объясняется тем, что клубни растения не накапливают нитраты, а благодаря своему уникальному химическому составу даже способны преобразовать их в безопасные соединения. Кроме того, топинамбуру вовсе не страшны тяжелые металлы, находящиеся в почве. Это растение можно смело выращивать даже в мегаполисе и употреблять в пищу, не опасаясь никаких токсичных веществ.

Биохимический состав

Топинамбур содержит достаточно большое количество сухих веществ - до 20%, среди которых содержится до 80% полимерного гомолога фруктозы - инулина. Инулин является полисахаридом, гидролиз которого приводит к получению для диабетиков безвредного сахара - фруктозы. Топинамбур содержит клетчатку и богатый набор минеральных элементов, в том числе кальций, магний, натрий, марганец, железо. Минеральные вещества выполняют разносторонние функции в организме: обеспечивают построение опорных тканей скелета (Ca, P, Mg, Si), поддерживают необходимую осмотическую среду клеток крови, в которых протекают все обменные процессы (Na, K), участвуют в образовании пищеварительных соков (Cl), гормонов (I, Zn, Cu, Se, Mn), переносчиков кислорода в организме. Богатый состав биологически активных веществ топинамбура, делает это растение перспективным с точки зрения функционального питания. Растение представляет интерес и как исходное сырье для создания высокоэффективных лекарственных средств.

Агротехника

Территория России обладает большим разнообразием агроклиматических зон и для каждой зоны необходимы свои особенности агротехники культуры топинамбур. Но для всех случаев, можно выделить несколько общепринятых условий для получения гарантированно стабильных урожаев топинамбура. Для этого, предполагаемый участок топинамбура должен иметь достаточно высокий пахотный горизонт, быть легким по механическому составу, с реакцией pH близкой к нейтральной и без крутых уклонов.

Получение высоких урожаев клубней и зеленой массы невозможно (особенно в первые годы вегетации), без внесения 100-200 т/га органических удобрений или компостов. Минеральные удобрения рекомендуются вносить в пределах 60-100 кг. действующего вещества на 1 гектар, при этом учитывается соотношение азота, фосфора и калия в зависимости от сроков внесения и их направленности: больше зеленой массы или качество клубней. Подготовка почвы начинается с осенней вспашки плугом с предплужником, а затем почва выравнивается и дискуется. Культиватором окучником нарезаются гребни на расстоянии 70 см. В равновесенний период, по мере оттаивания почвы и возможности использования сельхозорудий. В случае надобности проводится восстановление гребней до высоты 18-22см.

До настоящего времени в большинстве регионов России на посадках топинамбура не отмечено вредителей и болезней растения, что позволяет полностью исключить применение ядохимикатов.

Для получения посадочного материала (клубней) хорошего качества, зеленую массу рекомендуется оставить на зиму или убирать на максимальной высоте среза и не выкапывать клубни из почвы. Это объясняется тем, что стандартный посадочный клубень формируется в конце сентября. При подмерзании зеленной массы происходит отток питательных веществ в клубни, что увеличивает их средний вес и улучшает качество. В этом случае клубни убираются весной и сразу используются для посадки.

В промышленных объемах хорошо зарекомендовал себя осенний срок посадок топинамбура, до начала замерзания почвы.

При использовании посева данного года с целью получения силоса и клубней на корм, уборка зеленой массы проводится во второй половине сентября с использованием традиционной силосоуборочной техники. Уборка зеленой массы проводится на высоком срезе. Перед наступлением устойчивых холодов, до начала замерзания почвы убираются клубни посредством использования картофелекопалок или картофелеуборочных комбайнов. При использовании топинамбура только в виде зеленой массы, скашивание проводится по мере надобности. Клубни в данном случае не выкапываются. Осенью или ранней весной проводится перепашка участка с последующим дискованием. После появления зеленой поросли от оставшихся в почве клубней проводится боронование, при высоте растений 10-15 см. выполняется букетировка пропашным культиватором со стрельчатыми лапами и одновременной подкормкой минеральными удобрениями.

Использование топинамбура в пищевых, медицинских и технических целях

Топинамбур является культурой универсального использования. Он характеризуется высокой энергетической, фармакологической и пищевой ценностью.

В технических целях в качестве добавки к бензину, его используют для получения этилового спирта в США, Канаде, Бразилии, Франции, Австрии, Венгрии.

Стебли топинамбура могут представлять интерес для целлюлозной промышленности, а также для производства брикетов для сжигания в качестве топлива. Ценность представляют также остатки отработанных клубней топинамбура (выжимки), которые используют в качестве добавок в печенье и другие изделия кондитерской промышленности. Топинамбур можно использовать также в диетах для снижения веса. Инулин, содержащийся в сиропе из топинамбура, по мнению специалистов, вызывает чувство насыщения, так как блокируются рецепторы, отвечающие за раздражение центра аппетита мозга человека.

Использование топинамбура в кормопроизводстве

Благодаря высокому содержанию сухих веществ, хорошей углеводной и витаминной обеспеченности, а также малому количеству клетчатки, зеленая масса топинамбура обладает значительными кормовыми достоинствами. В сибирских условиях питательность 100 кг зеленой массы составляет 20-25 кормовых единиц. Это в 1,5-2 раза выше питательности зеленой массы подсолнечника. В 1 кг клубней содержится 0,23-0,29 кормовых единиц.

Надземная часть растения и клубни дают 200-300 центнеров кормовых единиц с 1 гектара и 12-16 ц/га перевариваемого протеина. Топинамбур превышает по выходу кормовых единиц в 2,9-7,9 раза, а по перевариваемому протеину в 1,6-5,9 раза кукурузу, однолетние и многолетние травы, картофель. Для условий Сибири этот фактор приобретает еще большую значимость, когда в апреле-июне заканчиваются запасы сочных кормов и нет свежей зелени, то клубни из хранилищ или весенней копки дают прекрасную кормовую базу.

По питательной ценности топинамбур превосходит также цветущий клевер и кукурузу. Животные поедают овощ охотнее, чем другие травяные культуры не только в свежем виде, но и в виде силоса и сенажа. При этом привесы и продуктивность у них значительно выше, чем при обычном вскармливании. Зеленую массу можно скармливать скоту и в свежем виде. В листьях топинамбура в 2 раза больше белка, чем в стеблях (особенно в период июль-август). Можно откармливать свиней исключительно листьями из топинамбура (практика Германии), к которым добавляют частично шрот и обрат.

Удой на корову в 300 кг с жирностью молока 4% получают, скармливая силос из зеленой массы топинамбура. Зеленая масса поливитамина (каротин, аскорбиновая кислота, рибофлавин, никотиновая кислота и др.). Особую роль в кормлении скота играют клубни топинамбура. Включение в рацион коров 10-15 кг клубней уже на 6-й день увеличивает удои на 4-5 кг в сутки, а кормление ими молодняка существенно повышает привесы. Клубни наиболее ценны весной, когда не хватает витаминов. Если проросший картофель содержит вредный организму соланин, то клубни топинамбура, напротив, весной содержат биологически активные вещества и белок, стимулирующий молочную продуктивность коров, овцематок, свиноматок и яйценоскость кур. Клубни скармливаются птице в свежем виде, а также в запаренном и силосованном.

Топинамбур является незаменимой культурой в овцеводстве. Выпас свиней на плантациях топинамбура позволяет почти полностью исключить из рациона другие виды кормов. Кормление клубнями поросят на 20-30% увеличивает привесы, а при откормке свиней улучшается сало. Для зимнего кормления из клубней готовят комбисилосы (клубни + люцерновая мука 10%).

Для зеленой подкормки большую ценность растение представляет в звероводческих хозяйствах, где листья и стебли охотно поедают зайцы, маралы и другие дикие животные, а клубни осенью хорошо едят кабаны. В охотхозяйствах Сибири топинамбур высаживают по краю лесных массивов, где он, разрастаясь, создает непроходимые заросли, которые являются не только хорошей кормовой базой для диких животных, но и служит им надежной защитой от браконьеров.

Высокая кормовая ценность топинамбура позволяет использовать его в виде силоса как хороший корм для всех сельскохозяйственных животных. Наличие в стеблях растений большого количества Сахаров (до 25-30% к сухому веществу) обусловливает легкую их силосуемость. Влажность силоса из топинамбура находится в пределах 60-75%.

Зеленая масса на силос убирается в 1-й декаде сентября (в зависимости от погодных условий) до наступления заморозков. Для меньшей потери зеленой массы целесообразно применять силосоуборочный комбайн КС-1,8 "Вихрь" (потери 1,3-2,7%) и КПИ с кукурузной жаткой. Силосование проводится в траншеях. Выбор типа траншеи определяется местными условиями, но емкость ее должна быть не менее 500 т (ширина 6-9 метров). Технология закладки как у кукурузы. Хороший эффект дает добавление в закладываемую массу соломы зерновых (до 50%).

В силосе топинамбура меньше клетчатки и больше перевариваемого белка, чем в приготовленном из кукурузы и подсолнуха. Как правило, силос отличается высоким качеством, в нем накапливается до 1,5% молочной кислоты, составляющей не менее 50% от общего количества кислот. В процессе силосования рН снижается до 3,9-4,2. Из-за высокого содержания сухих веществ (25-30%) силос из топинамбура в отличие от кукурузы, не бывает перекисленным. В нем сохраняются почти все питательные вещества и довольно много витаминов. Содержание каротина достигает 30-50 мг в 1 кг корма.

Силос из зеленой массы топинамбура хорошо хранится, и его охотно поедают животные после небольшого периода приучения. В 100 кг силоса содержится 18-25 кормовых единиц и до 2 кг перевариваемого протеина, а энергетическая емкость 1 кг силоса достигает 820 ккал. Это намного выше, чем у силоса из других растений. Хорошие результаты в кормлении животных дает комбинированный силос (топинамбур + листья свеклы + трава + кукурузные стебли и листья + концентрированный корм).

Зеленая масса может служить хорошим сырьем для заготовки травяной муки. При правильной технологии в травяной муке обеспечивается лучшая сохранность питательных веществ. На приготовление 1 ц травяной муки расходуется в среднем 4-5 ц зеленой массы с влажностью 75%. По питательности травяная мука не уступает многим зерновым концентратам и превосходит их по полноценности, содержанию белка, минеральных веществ, витаминов. Питательность 1 кг муки из топинамбура составляет около 0,7-0,9 кормовой единицы, содержание протеина - 16-25%, клетчатки - не более 20%, каротина 60-130 мг/кг.

Биология и морфология

Изучение морфологических признаков и соответствующая им квалификация топинамбура проводились на Майкопской опытной станции ВИР на большом коллекционном материале. Здесь впервые была дана развернутая характеристика основных морфологических сортоотличительных признаков в Сибири. Значительные отличия регионов Сибири по всему комплексу почвенно-климатических условий от условий Краснодарского края позволят рассмотреть возможную изменчивость топинамбура и проявления этой изменчивости. Кроме этого, выявляются определенные зависимости морфологических и некоторых хозяйственно-биологических признаков. Эти наблюдения, наряду с теоретическим, приобретают практический характер.

Высота стебля находится в зависимости от почвенно-климатических условий. Толщина стебля измеряется в период цветения или максимального развития главного стебля штангенциркулем на высоте 10 см и варьируется от 18 мм до 43 мм. Замечено, что наиболее толстые стебли бывают у слабокустичных форм и наоборот. Кустичность изучаемых сортообразцов различная и колеблется от 1 до 8 стеблей. Количество стеблей зависит от формы клубня, его способностью к образованию детки, наплывов и выступающих крупных почек. Нами отмечено, что наибольшей кустистостью обладают дикие и примитивные формы. Ветвление зависит от сорта и площади питания, отмечено, что ветвление в неблагоприятных условиях слабое. Имеются предположения о том, что топинамбур имеет преимущественно моноподиальное ветвление, идущее по главному стеблю снизу вверх, однако есть и мнение, что некоторые сорта сочетают моноподиальное и симподиальное ветвление. При чем, растения с побегами симподиального ветвления отличаются скороспелостью.

Селекция и семеноводство топинамбура

Топинамбур возделывают и используют в пищевых, лечебных, технических, кормовых и экологических целях.

На сегодняшний день Майкопская опытная станция ВНИИР поддерживает и изучает мировую коллекцию топинамбура, представляющую уникальный генофонд: 310 сортов, 59 межвидовых гибридов, в том числе 34 тописолнечниа. Коллекция служит исходным материалом в селекции, направленной на улучшение топинамбура с учетом требований производства.

Так, при применении разработанной методики выращивания растений в полевых условиях и воздействуя коротким фотопериодом, ускорилось цветение позднеспелых сортов до 67 суток, среднеспелых до 57 и разноспелых до 36 суток. Это позволило изучить морфологические и биологические особенности растений в генеративной фазе развития, определить фертильность пыльцы, завязываемость семянок, семенную продуктивность. Впервые появилась ежегодная возможность сбора семян с коллекционных сортов от свободного опыления и направленных скрещиваний для селекционных и других целей. Использовали методы простых (парных), беккроссовых и сложных скрещиваний (с последовательным по годам привлечением гибридов, полученных от парного скрещивания различных сортов).

Отработаны способы: подготовка семян к посеву, выращивание сеянцев в теплице, а затем в поле. Всхожесть семян по комбинациям межсортовых скрещиваний составляет 36-66%, а от межвидовых 47-75%. Установлено наследие признаков надземными и подземными органами гибридных растений. От скрещивания сортов с различным типом клубневого гнезда проявляется тенденция количественного распределения гибридов в сторону дикого и примитивного.

Агротехника

Агротехника топинамбура проста и сходна с агротехникой картофеля. Топинамбур нетребователен к условиям произрастания, зимостоек, растёт в южной и средней полосе России до широты Санкт-Петербурга. В условиях Центральной России может погибнуть в суровые зимы, хотя в областях с более мягким климатом (например, Псковская область, северные районы Татарстана) растёт устойчиво.

Топинамбур и его гибриды -- растения короткого дня, светолюбивые, хорошо переносят временную засуху и считаются весьма выносливыми культурами.

Почвы для топинамбура подходят любые, кроме солончаковых, сильнокислых и переувлажнённых. Но самые лучшие -- лёгкиесуглинистые и супесчаные почвы с глубоким и окультуренным пахотным слоем и хорошим увлажнением. Растения хорошо отзываются на улучшение почвы перегноем и минеральными удобрениями.

Размножается в основном клубнями -- семена на Севере и в средней полосе России не вызревают.

Посадка ранней весной на глубину 6--12 см (осенью -- 10--12 см), рядами через 60--70 см и на 40--50 см в рядах. Сажают обычно на специально выделенных участках (выводных клиньях). Там, где обычно бывает избыток влаги, клубни лучше сажать в заранее приготовленные гребни, а в засушливой полосе -- в борозду.

Уход. До и после появления всходов рыхлят междурядья, два -- три раза мотыжат, а в зоне достаточного увлажнения окучивают. На участке многолетнего возделывания лишние растения удаляют и путём пересадки восстанавливают правильные ряды. Затем обрабатывают междурядья, подкармливают.

В севооборот вводить не рекомендуется. Возможна многолетняя культура на одном участке, до 30--40 лет и больше (при ежегодном удобрении его минеральными удобрениями). Очистка площади производится скашиванием поросли и перекопкой на полный штык лопаты в момент, когда старые клубни уже отмерли, а молодые ещё не образовались.

Вредители топинамбура -- медведки, проволочники, гусеницы различных совок -- наносят растениям незначительный вред и встречаются редко.

Вышесредние урожаи клубней 40--50 т/га, ботвы -- 30 т/га. Клубни осенней уборки очень плохо хранятся. Топинамбур часто выкапывают по мере надобности, так как в земле он хранится лучше, а при снежных зимах они переносят морозы в ?40 °C. Надземную часть растения срезают при лёгких заморозках (перед самым снегом), но не всю сразу -- к зиме оставляют небольшую часть ствола, чтобы питательные вещества переместились в клубни. Весеннее выкапывание клубней предпочтительнее осеннего, так как витамины в них сохраняются полностью.



Использование

Ценность представляют клубни топинамбура, которые идут в пищу людям, на корм скоту.

Стебли и листья хорошо силосуются. Зелёную массу собирают в конце сентября или в первой половине октября силосоуборочным комбайном или косилкой с подборщиком. Когда топинамбур используют 2--3 года только в качестве зелёной массы, сенажа, силоса или муки, стебли срезают дважды -- первый раз при высоте растений 80--100 см на 6--10 см выше нижней пары листьев, из пазух которых снова отрастают стебли, а второй -- с конца сентября до середины октября в зависимости от климатических условий.

В последние годы] стало популярным использование топинамбура в охотхозяйствах, где он является хорошим кормом для зайцев, лосей, оленей и кабанов. Для кабанов площадь топинамбура должна составлять 1--2 га на 30 зверей. Олени и зайцы используют и небольшие посадки топинамбура. Выращивание топинамбура для дичи в виде кормозащитных полос вдоль дорог, просек, опушек является эффективным биотехническим мероприятием. Эти посадки являются «щитом» от потрав кабанами сельскохозяйственных посевов.

Замечено, что клубни топинамбура (по 4--5 кг в день) увеличивают молочную продуктивность свиноматок, коровы заметно прибавляют удои, причём жирность молока повышается. При кормлении кур повышается яйценоскость, нестись они начинают на 2--3 недели раньше. Топинамбуром кормят также овец, коз и кроликов. Особенно ценен как корм ранней весной.

Клубни употребляются в сыром виде или подвергаются термообработке. Жареный топинамбур на вкус напоминает сладкий жареный картофель. В отличие от картофеля, выкопанные корневища топинамбура долго не хранятся. Промороженные клубни приобретают сладкий вкус, так как при гидролитическом распаде инулина образуется фруктоза.

Из клубней топинамбура промышленно производят порошок топинамбура, клетчатку топинамбура, инулин, спирт, фруктозу.

Зелёная масса топинамбура -- отличная основа для производства комбикорма.

Из стеблей можно под прессом получить сладкий сок, годный для патоки.

В пчеловодстве топинамбур используют как позднюю культуру, поддерживающую медосбор. В США из земляной груши готовят диетический суррогат кофе, аналогичный растворимому цикорию.

В настоящее время, в связи с продвижением этой культуры из благодатного для земледелия Юга в различные регионы СНГ, в том числе на Восток - Сибирь, Урал, дальний Восток, а также благодаря деятельности энтузиастов земляной груши, активно ведутся работы по пищевому использованию топинамбура во многих городах России. Наибольшего успеха по технологиям переработки и использованию топинамбура достигли в Москве, Воронеже, Санкт-Петербурге, Екатеринбурге, Омске, Новосибирске и Иркутске, где от опытных наработок приступили к промышленному выпуску различных продуктов из топинамбура. Пока небольшие объёмы представляют следующие первичные продукты переработки клубней: порошок (мука), сушёные дольки, пюре и фруктозо-глюкозные сиропы. Проблемы переработки и использования зелёной массы топинамбура в кормопроизводстве изложены в предыдущей статье. Кроме того, зелёная масса топинамбура может быть использована для получения фруктозо-глюкозного сиропа (ФГС).

В 1990 - 1992 гг. в России специалистами целлюлозно-бумажной промышленности был апробирован способ варки целлюлозы из надземной части топинамбура с последующим получением картона и высококачественной бумаги. Очень важным аспектом при этом оказалось то, что варку целлюлозы можно проводить со значительно меньшим расходом химических реагентов и снижением загрязнения окружающей среды.

В 1988 - 2002 гг. наиболее востребованным оказался способ получения сухого продукта (порошок, мука, концентрат) из клубней топинамбура.

Практически сразу были отработаны разные способы получения сухого продукта; криогенная, сублимационная, леофильная и тепловая сушка. В начальный период работ наиболее качественный по биохимическим параметрам порошок получали по криогенной и сублимационной технологиям, но при этом цена готового продукта в несколько раз превышала таковой, полученный тепловым способом.

Для промышленных объёмов на существующих технологических линиях наиболее изученным и отработанным является процесс получения этилового спирта из топинамбура. В промышленных масштабах этот процесс в разные годы применялся во Франции, в Германии, России, Польше, США и Японии. Причём во Франции и в Бразилии клубни топинамбура представляют собой значительную часть общего сырья, используемого в спиртовой промышленности. В Германии, в некоторых провинциях, также создана сеть мелких винокуренных заводов, работающих на местном топинамбурном сырье.

В последнее время вновь возрос интерес к производству спирта из топинамбура, так как культура служит хорошим источником сбраживаемых сахаров. Важно отметить, что эффективность превращения углеводов составляет 80-95%. При этом средний выход спирта из клубней составляет 7-8 л/ц (в отдельных случаях до 10 л), что, в свою очередь, превышает в 1,5-3,5 раза выход спирта при переработке сахарной свеклы, картофеля, пшеницы. Также себестоимость 1 л спирта из топинамбура ниже, чем из картофеля или зерна вследствие высокой урожайности и меньших производственных затрат. Например, даже при сравнительно высоком урожае зерновых в 30 ц/га, продукция зерна с 1 га может обеспечить получение не более 650 л спирта, в то время как хороший урожай клубней топинамбура в 300 ц/га может дать не менее 2500 л спирта.

Для выгонки спирта могут быть использованы не только клубни, но также богатая редуцирующими углеводами надземная масса топинамбура, которая дает выход спирта 3-4 т/га. То есть, 1га посевов топинамбура обеспечит получение 10 тонн спирта.

Потребительскую стоимость имеет и барда, остающаяся после дистилляции этанола. При переработке цельных клубней или пюре барда содержит остаточные сахара, минеральные соли и белки. В ней очень высоко содержание перевариваемого белка (более 90% общего количества), и она имеет высокую питательную ценность в качестве корма. Состав барды, получаемой после микробной конверсии сока, зависит от метода экстракции и условий ее проведения. При диффузионном методе или экстракции под давлением, большинство белка из клубней остается в пульпе, которая является основным побочным продуктом и может быть использована в качестве корма.

Помимо производства этанола, одним из перспективных и реально востребованных в ближайшие годы будет получение фруктозо-глюкозных сиропов, так как примерно 60-70% сухого вещества топинамбура состоит из фруктозы.

Общий выход сахаров клубней топинамбура значительно превышает выход сахара из сахарной свеклы, сахарного тростника и сахарного сорго. Так из 100 кг сырых клубней топинамбура можно извлечь 8-10 кг сахаров, в то время, как из сахарной свеклы 4-6 кг.

Фруктозо-глюкозные сиропы могут полностью заменить сахар (сахарозу) при производстве плодово-ягодных соков и напитков. В России разработана и апробирована технология получения кваса на основе ФГС из топинамбура, обладающего пониженной калорийностью и который может быть рекомендован людям, страдающим тучностью и диабетом.

Топинамбур - важное сырье для получения истинного инулина - ценного продукта медицинского, парафармацевтического и пищевого назначения.

Технология выделения инулина из растительного сырья имеет ряд особенностей: сезонность, особенность хранения сырьевого ресурса, зависимость содержания высокополимеризованных фруктанов от сорта, времени уборки и способа последующего хранения. В настоящее время накоплен опыт хранения клубней топинамбура для промпереработки с октября по май включительно. Вместе с тем, имеет практический интерес получение инулина из предварительно высушенных клубней топинамбура. Это дает возможность продления сезона переработки, полностью использовать высококачественное сырье.

К сожалению, в настоящее время, практически нет апробированных технологий, пилотных установок для получения инулина из топинамбура тем или иным способом. При этом, по оценкам специалистов, получение высокоочищенного инулина медицинского назначения сопряжено со значительными стартовыми вложениями.

Технические возможности

Производство биоэтанола

Биотопливо - это то же углеводородное топливо, но полученное не из нефти, а из возобновляемой биомассы - сахарного тростника, кукурузы, топинамбура, рапса. Его пытаются производить даже из морепродуктов. Существующие технологии позволяют получать как жидкое биотопливо (этанол, метанол, биодизель), так и газообразное (биогаз).

Этиловый спирт используется как пищевой продукт и как сырье для приготовления водок, ликероналивочных изделий, крепленых вин, а также в ряде других отраслей промышленности. В первую очередь, перспектива производства эталона из топинамбура заключается в наличии сырья и возможностей увеличения его производства. Достоинством данной культуры является его высокая урожайность (клубни до 500 ц/га и 1000-1200 ц/га зелёной массы), неприхотливость к погодным условиям и почвам и упрощённая агротехника. В технологии производства спирта из топинамбура имеются возможности усовершенствования направленные на уменьшение энергозатрат при достаточно высоком выходе конечного продукта и качества.

Предварительные результаты анализа для спирта, полученного из топинамбура с использованием неспецифической расы дрожжей и малоэффективной лабораторной ректификации, позволяет надеяться, что при использовании высокопродуктивных спиртосбраживающих рас дрожжей и стандартизированного оборудования для ректификации из топинамбура по предлагаемой нами технологии можно получить высококачественный этиловый спирт пригодный для пищевых целей. Производство спирта состоит из трех основных этапов:

- подготовительный - очистка сырья от примесей, приготовление солода;

- основной - разваривание крахмалистого сырья, осахаривание крахмала, сбраживание осахаренной массы, перегонка бражки и получение сырого спирта;

- завершающий - ректификация.

Получаемая сладкая бражка перекачивается в бродильные чаны. По окончании брожения зрелая бражка направляется на благоперегонную колонну, где из нее отгоняют спирт. Барда спускается в бардоприемник и используется как обычно.

С целью замены остродефицитных пищевых видов сырья для производства спирта можно использовать клубни топинамбура.

Перспективы биогаза

Для интенсификации процесса получения биогаза сегодня используют высокоактивные биокатализаторы типа Metha Plus. Эта комбинация энзимов повышает выход продукции на 30%, так как она более эффективно расщепляет полисахариды, в том числе целлюлозу и гемицеллюлозу. Конечными продуктами ферментативного процесса становятся метан и углекислый газ.

Культура топинамбур является наиболее привлекательным сырьем для выработки биогаза, и в нашей стране им можно засевать многие сотни тысяч га. Кроме того, при производстве спирта, в качестве побочного продукта получают послеспиртовую барду, а из нее также можно производить биогаз и добавки с витамином В12, которые успешно применяются в животноводстве, резко повышая его продуктивность. Пока вклад возобновляемых источников тока составляет 1%, но уже к 2050 году он возрастет до 30%. В России имеются большие объемы сельскохозяйственных отходов - примерно 800 млн. тонн. Это огромная масса, из которой можно получить 62 млрд. куб. м биогаза и 120 млн. тонн удобрений. Примерно 40% отходов на свалках представляет собой большое количество биомассы, пригодной для получения биогаза. Для этого можно использовать анаэробные биореакторы. В среднем 1 тонна биомассы (например, навоза) в результате метанового сбраживания дает около 500 куб. м биогаза, что эквивалентно 350 л бензина.

Биогаз получают путем анаэробного метанового брожения биомассы. В его состав входят 55-65% метана, 35-45% углекислого газа и примерно по 1% водорода и сероводорода. В крупных агропромышленных комплексах применение биогаза особенно эффективно как с экономической, так и с экологической точки зрения при наличии постоянного потока отходов, включая стоки животноводческих ферм, скотобоен, а также растительные отходы. Практически любые отходы в сельском хозяйстве могут использоваться для получения биогаза: навоз, зерновая и мелассная послеспиртовая барда, свекольный жом, фекальные осадки, отходы рыбного и забойного цеха, трава, отходы молокозавода, отходы от производства соков, отходы производства крахмала и патоки, отходы переработки картофеля, производства чипсов. Все это можно выкинуть или оставить гнить, а можно извлечь прибыль: себестоимость биогаза составляет 15-20 ?/куб. м, а природный газ продается по 30?/куб. м.

Развитие сельского хозяйства ускорит развитие биотехнологии. Россия делает ставку на производство биотоплива из органических остатков сельского хозяйства. В настоящее время выпущено несколько сотен комплектов крестьянских биостанций. По мнению ряда учёных, самое выгодное сырье для производства биогаза в условиях России - топинамбур. Если взять площадь хозяйства 3,5 тыс. га с населенным пунктом в 500 человек, то понадобится всего 6% площади для обеспечения нужд населения и производства. Использование отходов сельского хозяйства для производства энергии позволило бы обеспечить электричеством всю сельскую местность. Производство биотоплива никак не может повлиять на продовольственный баланс, тем более в России. Каждый год примерно 10% собранного урожая зерна сгнивает. Если помочь аграриям перерабатывать эти "излишки", то решится сразу две задачи; повысятся доходы крестьян и не пропадет зерно. Более 40 млн. га неиспользуемых площадей в сельском хозяйстве, которые можно занять, напримет, рапсом без какого-либо вреда. По некоторым данным, производство биогаза в 20 раз дешевле переработки нефти, и в 4 раза дешевле обходится создание самого производства для этого вида топлива. В нашей стране для развития этого вида энергетики действительно существует огромная сырьевая база; 96% отходов располагается на свалках, из них примерно 45% - пищевые отходы. Перерабатывая весь этот мусор, можно получать не только электроэнергию, но и удобрения, как побочный продукт. В то же время, общая эффективность производства биогаза (30%) пока еще низка. Во-первых, надо вспомнить недавнее заявление Газпрома о том, что сельская местность будет снабжаться газом меньше чем на половину от потребностей. По замыслу реформаторов, вместе с постепенным сокращением снабжения, появятся новые поставщики. Однако предположение это может быть опровергнуто практикой. Поэтому вполне возможно, что сельским жителям придется получать газ и электричество самостоятельно, то есть производить биогаз.

Переработка топинамбура в топливные брикеты

Топливные брикеты применяются в качестве твёрдого топлива для каминов и печей любых видов, в том числе твердотопливных котлов систем отопления. Так как топливные брикеты экологически чистый продукт и горят они практически бездымно, идеально использовать их для обогрева жилых помещений, палаток, теплиц, овощных ям и т. д.

Альтернативой древесным отходам для прессования топливных брикетов являются сельскохозяйственные отходы (солома и шелуха зерновых культур, риса, кукурузы, подсолнечника и топинамбура). Сельскохозяйственные отходы могут быть значительным источником топлива для большинства сельских регионов, особенно в регионах с небольшими лесными массивами. Этому способствует ряд предпосылок:

1. Топинамбур является одним из самых дешевых возобновляемых источников энергии.

2. При переработке сельскохозяйственной продукции удельный вес отходов весьма значителен.

3. Во многих развивающихся странах сельскохозяйственные отходы используются в качестве удобрений, корма скота, а зачастую попросту сгнивает.

4. В качестве топлива в основном отходы используются в их естественном состоянии, в редких случаях высушенными, порубленными и уплотненными.

Недостатками такого использования являются:

- сезонность урожая;

- значительные затраты на транспортировку и хранение;

- отдельные характеристики, которые отличаются от других видов биотопливного сырья (древесина и древесный уголь).

Переработка топинамбура в брикеты позволяет решить многие проблемы. Брикеты из топинамбура обладают теплотворной способностью на единицу объема почти в 10 раз большей, чем исходное сырье. Также брикетирование позволит решить вопросы с хранением независимо от времени года, с транспортировкой, автоматизировать процесс загрузки в топочные устройства. Метод шнекового прессования, позволяет получать топливные брикеты высокой плотности и повышенной устойчивостью к влажности. Полученный брикет по своим характеристикам не уступает брикету из древесных отходов.

Некоторые особенности механизированной уборки топинамбура

В последние годы возделывание топинамбура проводится на довольно значительных площадях единичного пользователя (250 - 300 га не редкость). Но в связи с тем, что агротехнология данной культуры не в полной мере обеспечена соответствующими механизмами, возникают определённые трудности качественной уборки зелёной массы и клубней.

Перед началом уборки высота надземной части топинамбура (особенно позднеспелых сортов), при соблюдении соответствующей агротехники в летний период, достигает высоты 3,5 - 4,5 метра. И в арсенале сельхозпроизводителя нет соответствующей техники для уборки высокорослого и массивного урожая. Использование комбайнов типа "КПИ", "КС" или "КСС" с мотовилом не позволяет достаточно полно собрать урожай зелёной массы топинамбура. Для этого надо модернизировать высоту выноса мотовила комбайна, а лучше всего создать новый тип комбайна с учётом особенностей надземной массы топинамбура.

Но наибольшую значимость имеет механизация уборки клубней. Клубневая система топинамбура сильно отличается от картофеля. Первое, это столоны, которые осенью не "отмирают" и крепко держат клубни. Второе, у большинства сортов топинамбура (опять же, особенно у позднеспелых: "Интерес", "Новость ВИРа", "Лола" и т.п.) столоны короткие и осенью находятся в очень плотном комке. Да и у скороспелых сортов в средней полосе России компактность гнезда довольно большая. Потери клубней во время осенней уборки достигают 60%, да и весной могут быть 25 - 35%.

Более 15 лет нами идет поиск приспособления выпускаемых промышленностью картофельных комбайнов. Небольшой успех есть: нам удалось в некоторой степени модернизировать одно-, двух- и трёхрядные комбайны производства России, Белоруссии, Чехии и Германии. Считаем обязательными для уборки клубней топинамбура два дополнительных агрегата: шнеки обратного хода и миксер. Роль шнеков заключается в том, что поступающая на транспортёр масса земли и клубней должна дополнительно рассеваться на сепарирующем транспортёре, разбиваться на более мелкие части. Автономность работы сепарирующего транспортёра уборочного комбайна от вала отбора мощности трактора, позволяет, в случае необходимости, или снижать скорость трактора, или делать технологические задержки. Частично раздробленная и рассеянная масса земли и клубней, вместе с корневой системой по транспортёру попадает в зону действия миксера. Миксеры дополнительно рассевают поступающую массу, но главная их задача - оторвать клубни топинамбура от корневой системы. Многолетняя практика показывает, что в своей основе данные приспособления справляются с поставленной задачей, но вся беда в том, что до сих пор эта модернизация делается кустарным (кто как может) способом. А здесь крайне необходима работа инженера-конструктора и специалистов завода по изготовлению комбайнов.