Народно-хозяйственное использование топинамбура
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, например, 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.