Przemysłowe zagospodarowanie topinamburu (Helianthus tuberosus L.)

Transkrypt

1 Agata Blicharz-Kania 1, Dariusz Andrejko 2, Beata Ślaska-Grzywna 3 Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie Przemysłowe zagospodarowanie topinamburu (Helianthus tuberosus L.) Wstęp Topinambur (Helianthus tuberosus L.), nazywany także słonecznikiem bulwiastym, należy do rodziny Astrowatych (Asteraceae). Jest rośliną osiągającą od 2 do niekiedy nawet 4 m wysokości i 60 cm szerokości, mającą podziemne kłącza, na końcach których, podobnie jak u ziemniaka, powstają jadalne bulwy o różnym kształcie [2,12]. Topinambur pochodzi z Ameryki Północnej, w Polsce natomiast jego uprawę rozpoczęto w XVIII w. [17]. Od 1998 roku w naszym kraju zarejestrowane są dwie odmiany słonecznika bulwiastego: Albik (charakteryzujący się dużymi bulwami o kształcie maczugowatym, barwy żółtej) i Rubik (tworzący bulwy małe, o nieregularnym kształcie, barwy fioletowej). Popularność topinamburu wiąże się niewątpliwie z jego wysoką odpornością zarówno na wysokie, jak i niskie temperatury, niewielkimi wymaganiami glebowymi oraz wysoką odpornością na choroby i szkodniki, a także bardzo wysokim potencjałem produkcyjnym. W Polsce przeciętne plony z powierzchni 1 ha wynoszą t bulw oraz 39 94,5 t zielonej masy [12]. Roślina jest uprawiana głównie dla celów energetycznych oraz jadalnych bulw podziemnych, które zawierają bardzo cenne składniki odżywcze, takie jak inulina, aminokwasy egzogenne, witaminy oraz związki mineralne (tab. 1). Tab. 1. Średnia wartość odżywcza w 100 g suchej masy bulw topinamburu oraz zawartość suchej masy w 100 g surowca, w zależności od terminu zbioru Składniki pokarmowe [g/100 g s.m.] Termin zbioru Składniki pokarmowe [g/100 g Termin zbioru jesień wiosna s.m.] jesień wiosna Białko 7,3 7,7 Witamina C 10,2 5,0 Fruktany 50,3 42,9 Popiół 5,0 5,1 Błonnik pokarmowy 15,0 17,8 Sucha masa [g/100 g] 23,7 23,5 Źródło: wg [2] Wykorzystanie bulw topinamburu w przemyśle spożywczym W ostatnim czasie ogromną popularność zyskała żywność funkcjonalna, czyli wykazująca pozytywny wpływ na zdrowie i dobre samopoczucie. Badania wskazują, że do tego typu żywności zaliczyć można zawarte w bulwach topinamburu fruktany. Są to węglowodany, które nie ulegają trawieniu w przewodzie pokarmowym człowieka [17]. Fruktany należą do rozpuszczalnej w wodzie frakcji błonnika pokarmowego. Udokumentowano, że spożywanie żywności będącej źródłem omawianych substancji ma bardzo korzystny wpływ na organizm człowieka. Prowadzi do redukcji poziomu cholesterolu, ma działanie prebiotyczne, podwyższa przyswajalność składników mineralnych, wzmacnia system odpornościowy, a także wspomaga 1 Mgr inż. A. Blicharz-Kania, Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie, Wydział Inżynierii Produkcji, Katedra Biologicznych Podstaw Technologii Żywności i Pasz 2 Prof. dr hab. D. Andrejko, profesor, Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie, Wydział Inżynierii Produkcji, Katedra Biologicznych Podstaw Technologii Żywności i Pasz 3 Dr hab. B. Ślaska-Grzywna, adiunkt, Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie, Wydział Inżynierii Produkcji, Katedra Biologicznych Podstaw Technologii Żywności i Pasz Logistyka 5/

2 produkcję witamin z grupy B [1]. Dodatkowo bulwy topinamburu są bardzo smaczne, konsystencją przypominają szparagi, są soczyste i delikatne, z nieco orzechowym aromatem. Można je spożywać po przerobieniu w formie potraw gotowanych, duszonych, marynowanych, czy smażonych (np. frytki), a także na surowo. W sprzedaży, jako produkt żywności ekologicznej, dostępna jest także mąka z topinamburu. Dzięki tak cennym walorom odżywczym, smakowym i prozdrowotnym słonecznik bulwiasty jest często stosowany jako surowiec w gastronomii, polecany zwłaszcza w diecie osób z owrzodzeniem żołądka i dwunastnicy oraz w początkowym stadium cukrzycy i fenyloketonurii [15]. Ponadto prażone bulwy topinamburu mogą być stosowane w przemyśle spożywczym do produkcji substytutu kawy [10]. Bulwy topinamburu są głównym źródłem inuliny mającej zastosowana jako dodatek w cukiernictwie. Jest to substancja, która ma zdolność pochłaniania wody i żelowania oraz wpływu na konsystencję i strukturę produktu. Inulina imituje właściwości sensoryczne i fizyczne tłuszczu. Nadaje potrawom aksamitność, odpowiednią konsystencję i wygląd. Dodana do wyrobów piekarniczych zwiększa ich chrupkość i wydłuża świeżość. Zakłada się, że 1 g inuliny może zastąpić 4 g tłuszczu. Dlatego substancja jest wykorzystywana w cukiernictwie w celu zmniejszenia kaloryczności produktów [5]. Dodatkowo bulwy topinamburu są wykorzystywane przez przemysł gorzelniczy do produkcji etanolu. Są cennym surowcem ponieważ charakteryzują się równie wysoką wydajnością jak buraki cukrowe [14]. W bulwach topinamburu w trakcie wzrostu magazynowane są polisacharydy. Stanowią one 68-83% suchej masy dojrzałej bulwy. Jak już wspomniano, głównym węglowodanem zawartym w słoneczniku bulwiastym jest inulina. Substancja łatwo hydrolizuje do fruktozy i glukozy, a następnie może być przerabiana na alkohol etylowy, do produkcji wyrobów spirytusowych, lub na alkohol metylowy, bądź kwas cytrynowy do celów przemysłowych [7]. Ze 100 kg bulw topinamburu można uzyskać około 10 litrów spirytusu [13]. Słonecznik bulwiasty może być stosowany także w produkcji piwa i wina. Ekstrakt soku z bulw, a także łodyg topinamburu może być dodawany w różnych etapach przygotowania piwa. Tak wytworzony napój charakteryzuje się słodkim smakiem oraz owocowym zapachem [6]. Niemcy z bulw topinamburu rozpoczęli produkcję regionalnego alkoholu o nazwie Rossler, który aktualnie jest specjalnością Badenii [18]. Topinambur jako surowiec w przemyśle energetycznym Etanol wytwarzany ze słonecznika bulwiastego stanowi również cenne biopaliwo. Co ciekawe, pomysły na wykorzystanie topinamburu jako surowca do produkcji energii odnawialnej pojawiały się już w latach dwudziestych ubiegłego wieku w Stanach Zjednoczonych, jednak z uwagi na znikomą promocję takiego rozwiązania jego realizacja nie zyskała popularności. Pomimo tego faktu, alkohol produkowany z tej rośliny był stosowany jako paliwo w trakcie II wojny światowej. Aktualnie, mimo, że produkcja energii pierwotnej wciąż opiera się na paliwach kopalnych, wzrasta zainteresowanie produkcją paliwa z surowców pochodzenia roślinnego [6]. Topinambur jako roślina wieloletnia jest efektywna energetycznie co najmniej lat [9]. Świeża masa części nadziemna słonecznika bulwiastego jest wykorzystywana do produkcji biogazu. Może być ona pozyskiwana trzy razy w okresie wegetacji [9]. Zawartość metanu w biogazie pozyskanym z zielonki topinamburu waha się w przedziale 57-76%. Z 1 ha uprawy tej rośliny uzyskuje się około m3 biogazu, z którego można otrzymać GJ energii [11]. Z racji dużej zdolności wiązania energii słonecznej i przetwarzania jej na masę biologiczną nadziemne pędy topinamburu po wysuszeniu mogą być wykorzystywane do bezpośredniego spalania, bądź do produkcji brykietów opałowych i peletu. Według badań przeprowadzonych przez Stolarskiego i in. [16] ciepło spalania biomasy ze słonecznika bulwiastego wyniosło średnio kj/kg, natomiast średnia wartość opałowa rośliny kształtowała się na poziomie 9128 kj/kg. Wartość opałowa biomasy pozyskiwana w marcu była zdecydowanie wyższa niż w listopadzie. Wyniki przeprowadzonych doświadczeń wskazują jednak, że roślina nie jest konkurencyjnym materiałem w porównaniu do np. ślazowca pensylwańskiego czy miskantu cukrowego, co świadczy o jej słabszej przydatności do wykorzystania na cele energetyczne poprzez bezpośrednie spalanie. Istotny może być natomiast fakt, że pędy topinamburu są bardzo podatne na rozdrabnianie, co zmniejsza energochłonność procesów brykietowania oraz produkcji peletu [16]. 58 Logistyka 5/2015

3 Inne wykorzystanie topinamburu Z uwagi na wspomniane wcześniej właściwości prozdrowotne słonecznik bulwiasty stosowany jest także w przemyśle farmaceutycznym. Bulwy topinamburu charakteryzują się wysoką zawartością cennych składników pokarmowych oraz prozdrowotnych, takich jak inulina, skrobia, białka i cukry proste (maltoza, fruktoza i sacharoza). Ponadto znajduje się w nich sporo krzemionki, witamin: A, B1, B2, B6, C i E oraz mikro i makroelementów, takich jak: magnez, potas, żelazo, cynk, wapń, fosfor i miedź. Części nadziemne rośliny również zawierają bogaty zestaw wielocukrów, kwasów organicznych, białek, oraz witamin. Sok otrzymany z bulw topinamburu stosuje się w leczeniu chorób jelita grubego, przy zapaleniu spojówek, powiek oraz skóry, a także przy problemach z hemoroidami. Na ich bazie wyprodukowano preparaty stosowane przy nadwadze oraz przez diabetyków. Dodatkowo spożywanie słonecznika bulwiastego jest zalecane w diecie w przypadku fenyloketonurii, ponieważ nie zawiera on fenyloalaniny i tyrozyny [12]. Przeprowadzone badania wykazują również możliwość wykorzystania topinamburu w rekultywacji biologicznej gleb zasolonych, zanieczyszczonych substancjami ropopochodnymi, terenów pokopalnianych oraz osadników ścieków przemysłowych i komunalnych. Słonecznik bulwiasty należy także do gatunków najbardziej przydatnych do rekultywacji bezglebowego podłoża wapna poflotacyjnego użyźnionego osadem ściekowym. Roślina jest również często stosowana jako filtr biologiczny w zbiornikach wodnych. Takie wykorzystanie jest możliwe dzięki temu, że słonecznik bulwiasty zatrzymuje związki mineralne i metale ciężkie. Jednocześnie z uwagi na silny rozrost oraz niewielkie wymagania glebowe bywa wykorzystywany w nasadzeniach przeciwerozyjnych, a także stosowany na gruntach odłogowych jako zabezpieczenie przed zachwaszczeniem [8,13]. Topinambur jest uprawiany również jako roślina pastewna. Liście i łodygi słonecznika bulwiastego stanowią karmę dla zwierząt gospodarskich. W użytkowaniu na zielonkę wykorzystuje się pędy rośliny, natomiast liście i łodygi stanowią surowiec do przygotowania kiszonki. Jej smakowitość można poprawić, łącząc ją z liśćmi buraczanymi albo z roślinami motylkowatymi i trawami. Kiszonka z topinamburu stanowić może korzystny dodatek do diety zwierząt takich jak krowy, owce czy konie. Części nadziemne słonecznika bulwiastego są surowcem do produkcji pasz w postaci suszu lub granulatów. Surowe lub gotowane na parze bulwy topinamburu również nadają się do skarmiania, służą jako pasza dla bydła, owiec, kóz oraz trzody chlewnej [3]. Ponadto topinambur sadzony jest jako roślina ozdobna. Efektowne żółte kwiatostany sprawiają, że uprawiana jest dekoracyjnie w ogrodach, a ze względu na bujny rozrost roślinę stosuje się jako osłonę od wiatru na granicach działek [4]. Dużych rozmiarów topinambur od lat pełni również rolę doskonałej bariery osłonowej upraw rolnych przed dzikami [9]. Dodatkowo rozdrobnione surowe łodygi słonecznika bulwiastego wykorzystywane są jako podłoże do produkcji niektórych grzybów jadalnych, np. boczniaka. Ze względu na długi okres kwitnięcia topinambur uważany jest także za pożywkę dla pszczół, zwłaszcza w późniejszej jesiennej porze [4]. Podsumowanie Podsumowując należy stwierdzić, że słonecznik bulwiasty jest rośliną o bardzo szerokich możliwościach wykorzystania. Głównie jednak stosowany jest w przemyśle spożywczym oraz jako surowiec energetyczny. Niewątpliwie największy wpływ na wszechstronność wykorzystania topinamburu ma bardzo cenny skład chemiczny bulw. Zwrócić należy uwagę szczególnie na wysoką zawartość inuliny, która ma zastosowanie zarówno prozdrowotne, jak i przemysłowe. Dodatkowo słonecznik bulwiasty jest bardzo odporny na warunki klimatyczne i szkodniki, a jego szybki rozrost eliminuje problem zachwaszczania. Wszystkie te cechy sprawiają, że topinambur jest rośliną mającą zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu, przy stosunkowo niewielkich nakładach finansowych. Streszczenie Topinambur charakteryzuje się bogatym składem odżywczym. Zawiera witaminy, białka, błonnik pokarmowy oraz inulinę. Ze względu na wysoką wartość pokarmową bulwy topinamburu są wykorzystywane w przemyśle spożywczym. Stosowane są zarówno jako dodatek do codziennych posiłków, jak również w die- Logistyka 5/

4 cie osób chorych, a także jako surowiec w gorzelnictwie. Słonecznik bulwiasty odznacza się wysoką produkcyjnością i zdolnością wiązania energii słonecznej oraz odpornością na niskie temperatury. Dzięki temu znalazł zastosowanie w przemyśle energetycznym. Bulwy rośliny stosuje się jako surowiec do produkcji bioetanolu, kiszonka z masy zielonej wykorzystywana jest jako źródło biogazu, a wysuszone łodygi stanowią biomasą. Ponadto roślina stosowana jest w rekultywacji gleb oraz jako surowiec w przemyśle farmaceutycznym, a także jako źródło pasz dla zwierząt. INDUSTRIAL MANAGEMENT OF JERUSALEM ARTICHOKE (HELIANTHUS TUBEROSUS L.) Abstract Jerusalem artichoke is characterized by a rich nutritional composition. It contains vitamins, protein, fiber and inulin. Due to their high nutritional value, the bulbs of Jerusalem artichoke are used in food industry. They are also used as an addition in preparing everyday meals and in the diet of sick people, as well as a raw material in alcohol production. Jerusalem artichoke is characterized by high productivity and ability to bind solar energy. It is resistant to low temperatures. Consequently, it is used in the energy sector. The bulbs of the plant are used as a raw material for bio-gas, and its dried stalks provide bio-mass. Moreover, the plant is used in soil recultivation, as a material in pharmaceutical industry and as feeding stuff for animals. Bibliografia [1] Cieślik E., Gębusia A., Żywność funkcjonalna z dodatkiem fruktanów, ŻYWNOŚĆ. Nauka. Technologia. Jakość, 2011, nr 2 (75), s [2] Florkiewicz A., Cieślik E., Filipiak-Florkiewicz A., Wpływ odmiany i terminu zbioru na skład chemiczny bulw topinamburu (Helianthus tuberosus L.), ŻYWNOŚĆ. Nauka. Technologia. Jakość, 2007, nr 3 (52), s [3] Gąsiorowska B., Cybulska A., Topinambur na paszę, AgroTechnika Portal Branżowy. (dostęp maj 2015) [4] Góral S., Wartość użytkowa topinamburu (Helianthus tuberosus L.), Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych, 2000, 468, s [5] Gramza-Michałowska A., Gorecka D., Wykorzystanie inuliny jako dodatku funkcjonalnego w technologii produkcji potraw, BROMAT. CHEM. TOKSYKOL. XLII, 2009, 3, s [6] Kays S. J., Nottingham S. F., Biology and Chemistry of Jerusalem Artichoke, CRC Press, 2008, ISBN [7] Kiełtyka-Dadasiewicz A., Sawicka B., Krochmal-Marczak B., Bienia B., Inulina jako produkt spożywczy, paszowy, farmaceutyczny, kosmetyczny i energetyczny., Towaroznawcze Problemy Jakości, 2014, nr 1, s [8] Klimont K., Ocena przydatności topinamburu (Helianthus tuberosus L.) i kostrzewy trzcinowej (Festuca arundinacea Schreb.) do rekultywacji bezglebowego podłoża wapna poflotacyjnego użyźnionego osadem ścieków komunalnych, 2012, Biuletyn IHAR, nr 265, s [9] Łukaszek O., Bartkiewicz K., Łukaszek W., Rolnictwo energetyczne nowe rośliny energetyczne, praktyczne aspekty wykorzystania w energetyce biogazowej i zasady ich wieloletnich kontraktacji, [w:] Wykorzystanie biomasy w energetyce - aspekty ekonomiczne i ekologiczne, Jasiulewicz M., Trojanek P., Polskie Towarzystwo Ekonomiczne, Politechnika Koszalińska, 2011, s [10] Ma X. Y., Zhang L. H., Shao H. B., et al., Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus), a medicinal salt-resistant plant has high adaptability and multiple-use values, Journal Of Medicinal Plants Research, 2011, vol. 5(8), s [11] Maj G., Piekarski W., Słowik T., Topinambur (Helianthus tuberosus) substratem do produkcji biogazu, Gaz, Woda i Technika Sanitarna, 2013, nr 2, s Logistyka 5/2015

5 [12] Mystkowska I., Zarzecka K., Wartość odżywcza i prozdrowotna słonecznika bulwiastego (Helianthus tuberosus L.), Postępy Fitoterapii, 2013, nr 2, s [13] Prośba-Bialczyk U., Produkcyjność topinamburu (Helianthus tuberosus L.) uprawianego bez nawożenia, Fragmenta Agronomica, 2007, nr 24.4, [14] Razmovski R. N., Šćiban M. B., Vučurović V. M., Bioethanol production from Jerusalem artichoke by acid hydrolysis, Romanian Biotechnological Letters, 2011, vol. 16, no. 5. [15] Sawicka B., Skiba D., Zmienność ciemnienia miąższu bulw surowych i gotowanych słonecznika bulwiastego (Helianthus tuberosus L.), Annales UMCS, 2009, E-64(2), s [16] Stolarski M., Szczukowski S., Tworkowski J., Biopaliwa z biomasy wieloletnich roślin energetycznych, Energetyka i ekologia, 2008, nr 1, s [17] Topolska K., Filipiak-Florkiewicz A., Cieślik E., Florkiewicz A., Maciejaszek I., Wpływ dodatku rozdrobnionych bulw topinamburu (Helianthus tuberosus L.) na jakość mikrobiologiczną sorbetów owocowych, Właściwości produktów i surowców żywnościowych. Wybrane zagadnienia, Wyd. Oddział Małopolski Polskiego Towarzystwa Technologów Żywności, Kraków, 2014, s , ISBN [18] (dostęp maj 2015) Logistyka 5/

6 62 Logistyka 5/2015