Инновации в сельском хозяйстве. Топинамбур - промышленная переработка.
Ценность топинамбура как кормовой, овощной, технической и лечебной культуры обусловливается, прежде всего, химическим составом растения (табл. 1).
*БЭВ - безазотистые экстрактивные вещества.
Топинамбур содержит достаточно большое количество сухих веществ (до 20%), среди которых до 80% содержится полимерного гомолога фруктозы - инулина. Инулин является полисахаридом, гидролиз которого приводит к получению безвредного для диабетиков сахара - фруктозы. Топинамбур содержит клетчатку и богатый набор минеральных элементов, в том числе (мг % на сухое вещество): железа -10,1; марганца - 44,0; кальция - 78,8; магния - 31,7; калия -1382,5; натрия - 17,2. Топинамбур активно аккумулирует кремний из почвы, и в клубнях содержание этого элемента составляет до 8% в расчете на сухое вещество. По содержанию железа, кремния и цинка он превосходит картофель, морковь и свеклу. В состав клубней топинамбура входят также белки, пектин, аминокислоты, органические и жирные кислоты. Пектиновых веществ в топинамбуре содержится до 11% от массы сухого вещества. По содержанию витаминов В, В2, С топинамбур богаче картофеля, моркови и свеклы более чем в 3 раза. Существенное отличие топинамбура от других овощей проявляется в высоком содержании в его клубнях белка (до 3,2% на сухое вещество), представленного 8 аминокислотами, в том числе незаменимыми, которые синтезируются только растениями и не синтезируются в организме человека: аргинин, валин, гистидин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, триптофан, фенилаланин.
В сухом веществе стеблей с листьями более 4% приходится на триптофан и лейцин. В 1 кг зеленой массы содержится 60-130 мг каротина. Среди зольных элементов значительный удельный вес занимают кальций, магний, железо. На 1 кг зеленой массы приходится 5,9 г кальция и 3,4 магния.
Количество органических кислот в процессе онтогенеза растений может составлять от 8 до 12% сухого веса листьев. Органические кислоты представлены в листьях топинамбура не только ди- и трикарбоновыми кислотами цикла Кребса, но и полиоксикислотами, которые являются кислотами первичного окисления Сахаров. Среди ди- и трикарбоновых кислот в ростках и листьях топинамбура содержаться яблочная, фумаровая кислоты, а также в значительно меньших количествах лимонная и янтарная кислоты.
Богатый состав биологически активных веществ топинамбура делает это растение очень перспективным в кормопроизводстве, в диетическом питании и пищевой промышленности и как исходное сырье для создания высокоэффективных лекарственных средств.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТОПИНАМБУРА В КОРМОПРОИЗВОДСТВЕ
Приготовление силоса, травяной муки
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.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПЕРЕРАБОТКА ТОПИНАМБУРА
Выход товарных кормовых дрожжей на гидролизате из листьев и стеблей составляет в среднем 160 -170% к количеству израсходованных редуцирующих веществ, при этом 1 га пашни даст в 5 - б раз больше кормового белка, чем овёс или другие культуры (табл. 2).
В зависимости от используемого сорта топинамбура, с 1 га надземной части можно получить 2 - 5 тонн этилового спирта, который может быть источником энергии как и биогаз. Считается, что зелёная масса и клубни топинамбура являются очень дешёвым сырьём для получения этанола и биогаза (табл. 3).
Анаэробный гидролиз показал, что из свежего или силосованного растительного сырья топинамбура можно получить 480 - 680 л биогаза на 1 кг органического материала с содержанием метана 50 - 55%, при этом 1 га посевов может обеспечить выход 5000 - 6000 м3 биогаза.
В 1990 - 92 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.
Переработка клубней топинамбура имеет достаточно широкий спектр и авторы не претендуют на полноту освещения данного вопроса. Мы постараемся указать на наиболее перспективные, экономически целесообразные и технологически исполнимые способы переработки.
В 1988 - 2002 гг. наиболее востребованным оказался способ получения сухого продукта (порошок, мука, концентрат) из клубней топинамбура. По предварительной оценке в 2002 г. в России будет выработано и использовано более 300 тонн порошка. В связи с тем, что начало первичной промышленной переработки топинамбура положили энтузиасты, не владеющие достаточным финансовым капиталом во времена отсутствия рынка сбыта данной продукции и по ряду других причин, первым и объёмным по выпуску оказался порошок 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.
В процессе отрабатывания теплового способа сушки конвейерным, камерным, стеллажным типом, с модификацией использования инфракрасных (ИК) излучателей в сушильных шкафах ("Суховей", "Универсал" и др.) удалось найти параметры, при которых конечный продукт получался достаточно хорошего качества и по приемлемой для рынка цене. И в настоящее время уже в ряде регионов России (Московская обл., Иркутск, Адыгея, Тверская губерния) успешно работают малые предприятия по данной технологии.
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, 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 нашей стране впервые производственные опыты по использованию клубней топинамбура на выработку спирта были проведены ещё в начале 30-х годов.
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. Так, 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. Другими словами, выход спирта из клубней составляет 5-7 т/га.
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, т.е. 1 га 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 переваримого 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.
Энергетический анализ производства топливного этанола в масштабах одной фермы (3800 т в год) показывает, что общий энергетический баланс (отношение получаемой энергии к затрачиваемой) имеет положительное значение (то есть больше 1). Это отношение можно легко увеличить в 3,5 раза, утилизируя все побочные продукты.
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 - б 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.
Специалисты многих стран мира относят производство фруктозных сиропов к революционным достижениям в пищевой технологии, так как применение фруктозы в пищевой промышленности позволит вдвое снизить общее потребление сахара (сахарозы) и получать низкокалорийные продукты.
Это обусловлено тем, что фруктоза по своим свойствам не уступает сахарозе и глюкозе, а по сладости и физиологическому действию превосходит их. Метаболизм фруктозы в отличие от глюкозы в организме человека происходит по иному механизму, что позволяет в умеренном количестве употреблять её даже больным сахарным диабетом из расчёта 1 г/кг веса. Большое значение играет использование фруктозы в питании тучных людей, страдающих невосприимчивостью к глюкозе и галактозе.
Благодаря указанным преимуществам, фруктовый сахар приобретает всё большую популярность во многих странах, постепенно вытесняя свекловичный (либо тростниковый) сахар в производстве продуктов профилактического питания для здоровых людей.
В развитых странах (Япония, США, Франция и др.) используемые сахаристые вещества до 80 - 85% приходятся на долю фруктозы. В России и странах СНГ доля фруктозы (по самым оптимистичным подсчётам) составляет не более 10%. Явно виден сегмент рынка производства кристаллической фруктозы и ФГС, особенно с учётом того, что 1 га посадок топинамбура может обеспечить получение 6 - 12 тонн сахаристой продукции.
Кристаллическую фруктозу и ФГС можно получать водным, кислотным или щелочным гидролизом, ферментативным и дезинтегральным способом, методом ультрафильтрации (мембранные технологии) и также через прямое механическое прессование на ленточных, винтовых и пакпрессах. Все они могут быть применены, в зависимости от возможностей, объемов и качества выпускаемой продукции.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТОПИНАМБУРА В ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
В последние годы в пищевой промышленности стали внедрять продукты из топинамбура - порошок, сироп, пюре и пасту - для увеличения биологической ценности мучных и кондитерских изделий.
Известны технологии получения топинамбурного пюре, паст, муки, концентратов, сиропов, порошков, которые добавляют в хлеб, печенье, кексы, булочки, макароны, лапшу.
Клубни топинамбура используются для получения низкокалорийной (1,24 кал/г) с пониженным содержанием жира (менее 1%) муки, используемой в качестве основной массы для получения пасты или хлебобулочных изделий. Содержание муки из топинамбура в хлебных и кондитерских (кексы) изделиях может достигать 10%. При этом необходимо строго соблюдать соотношение содержания влаги, сахара и дрожжей в муке.
Отработанные технологии по выпечке хлеба, печенья и сдобных пряников рекомендуют добавление сиропа и пюре до 20%, пасты - до 10%, а порошка - 5 -10% от массы муки. Добавление продуктов из топинамбура в тесто способствуют усиление его воздушности, быстрому подъему и удержанию формы, придает продукту приятный вкус и низкокаллорийность.
По данным Цыгановой Т.Б. и Гусевой Д.А. (1998) внесение 1 - 3% топинамбура в муку для выпечки хлеба уменьшает массу сырой и сухой клейковины, увеличивает пористость хлеба и улучшает реологические свойства мякиша. Одновременно уменьшается гликемический индекс готового хлеба, что важно для больных сахарным диабетом и ожирением.
В Новосибирске создан необычный сорт хлеба "Солнышко", в состав которого наряду с мукой, отрубями, дрожжами, солью, жирами и водой, входит топинамбур.
Запатентован процесс изготовления хлебобулочных и мучных кондитерских изделий, содержащих топинамбур, основанный на запаривании топинамбура, изготовлении пюре из прошедшего тепловую обработку материала и смешении этого пюре с мукой до образования теста. Полученное тесто затем может быть традиционными методами переработано в хлеб, мелкие хлебобулочные изделия, пиццу, бисквиты, макаронные изделия и т.д. Пекарские свойства теста, приготовленного данным способом, превосходят аналогичные свойства теста, полученного с применением муки из топинамбура.
Пюре из топинамбура можно консервировать (например, замораживанием или сушкой) индивидуально или в комбинации с хлебной мукой. Высокое содержание в топинамбуре фруктозы и инулина, не требующих для расщепления инсулин, делают пригодным эти изделия для питания людей, страдающих диабетом.
Известен способ получения низкокалорийной лапши с добавками топинамбура. Муку из топинамбура и твердой пшеницы смешивали в разных соотношениях, при содержании в муке порошка из топинамбура до 25% получали лапшу хорошего качества, не уступающую по качеству лапше, полученной только из муки твердой пшеницы. При добавлении альгината натрия к муке, содержащей 30% порошка топинамбура, получали лапшу с повышенной легкостью и хорошими кулинарными свойствами, не отличающуюся по свойствам от лапши из муки твердой пшеницы.
Тесто, приготовленное из муки с топинамбуром, обладало более высокими связующими и эластичными свойствами и пониженной твердостью и клейкостью по сравнению с тестом из муки твердой пшеницы. Добавление альгината натрия увеличивало клейкость и связующие свойства теста с топинамбуром. При этом связующие свойства лапши возрастали с увеличением содержания в муке порошка топинамбура. Не наблюдалось значительных различий во вкусе, запахе, цвете и текстуре готовой лапши, изготовленной из муки с топинамбуром.
Вкусные макароны "Топинамбурные" производит научно-исследовательский институт хлебной промышленности (продукт содержит 10% порошка топинамбура)/ Уже несколько лет популярностью пользуются хлебцы "Московские" пшеничные с топинамбуром (ООО "Малыш Торг", 000 "Медицина и здоровье" - Московская область), хлебцы "Докторские", выпускаемые фирмой "Геркулес" (С -Петербург), крекер "Здорово" с топинамбуром фирмы ГУП "Крекер" (Москва), "Отруби хрустящие" пшеничные с топинамбуром (000 "Диетмарка", Пенза), АОЗТ "Азарт" (С -Петербург) выпускает конфеты с топинамбуром и это только первые "ласточки" в системе производства продуктов в промышленных объемах на основе топинамбура.
Клубни топинамбура могут быть с успехом использованы также в консервной промышленности.
Для бесперебойной работы консервных заводов, работающих на плодоовощном сырье, большое значение имеет правильный подбор отдельных сортов овощей и фруктов, созревающих в различное время года. В частности, немаловажное значение имеет введение новых сортов овощей и фруктов, техническая спелость которых наступает ранней весной или поздней осенью, т.е. в период наименьшей загрузки консервных предприятий сырьем.
Клубни топинамбура, как известно, достигают спелости поздно осенью, так, например, на Северном Кавказе и на Украине - 15-20 октября, в центрально-черноземных областях и в ряде областей северной нечерноземной зоны - 1-5 октября. Но фактически прирост клубней продолжается также в ноябре и даже позднее. Такое несовпадение сроков созревания топинамбура и других овощей, применяемых для консервирования, обеспечивает возможность дополнительной загрузки плодоовощных консервных предприятий и способствует удлинению производственного сезона осенью на 2-2,5 месяца.
Количество клубней, необходимое для переработки в осенний производственный период, выкапывают из земли непосредственно перед наступлением устойчивой морозной погоды.
Перезимовавшие в поле клубни топинамбура, в случае использования их в качестве сырья для консервной промышленности, могут удлинить производственный сезон в ранневесенний период на 1-1,5 месяца, не требуя никаких специальных сооружений для хранения этого сырья до весны.
Другим ценным качеством топинамбура, имеющим значение для консервной промышленности, является морозоустойчивость ее клубней. Промерзшие во время зимовки в поле клубни весной после оттаивания не теряют своих пищевых или технических качеств, как не теряют и своей жизненности в случае использования их для дальнейшего размножения.
Для массового изготовления на консервных заводах рекомендуются следующие виды консервов из клубней топинамбура: икра из топинамбура с томатной заливкой, икра из топинамбура и моркови с томатной заливкой, повидло из топинамбура и фруктов, пюре из топинамбура.
Рецептура консервированных овощных салатов на основе топинамбура "Краснодарский" - с добавлением свеклы, моркови и зелени, "Ангелина" - с добавлением моркови и яблок, "Весенний" - с добавлением квашенной капусты, зеленого горошка быстрозамороженного и зелени. Рецептурная закладка топинамбура составляла 40 - 50%.
Последние три-четыре года энтузиасты и думающие специалисты продолжают искать способы получения продуктов здорового питания с использованием топинамбура. Так в научно-исследовательском институте мясной промышленности разработаны рецептуры консервов, в том числе и для детей, здесь же активно ведут поиск новых полифункциональных пищевых композиций. Научно-исследовательский институт молочной промышленности разработал новые продукты с добавлением топинамбура. И несмотря на проблемы недостаточного финансирования, всё более активно ведутся работы по разработке рецептур пищевых продуктов с добавлением топинамбура, нарабатываются опытные партии, разрабатывается нормативно-техническая документация, готовится рынок сбыта.
*БЭВ - безазотистые экстрактивные вещества.
Топинамбур содержит достаточно большое количество сухих веществ (до 20%), среди которых до 80% содержится полимерного гомолога фруктозы - инулина. Инулин является полисахаридом, гидролиз которого приводит к получению безвредного для диабетиков сахара - фруктозы. Топинамбур содержит клетчатку и богатый набор минеральных элементов, в том числе (мг % на сухое вещество): железа -10,1; марганца - 44,0; кальция - 78,8; магния - 31,7; калия -1382,5; натрия - 17,2. Топинамбур активно аккумулирует кремний из почвы, и в клубнях содержание этого элемента составляет до 8% в расчете на сухое вещество. По содержанию железа, кремния и цинка он превосходит картофель, морковь и свеклу. В состав клубней топинамбура входят также белки, пектин, аминокислоты, органические и жирные кислоты. Пектиновых веществ в топинамбуре содержится до 11% от массы сухого вещества. По содержанию витаминов В, В2, С топинамбур богаче картофеля, моркови и свеклы более чем в 3 раза. Существенное отличие топинамбура от других овощей проявляется в высоком содержании в его клубнях белка (до 3,2% на сухое вещество), представленного 8 аминокислотами, в том числе незаменимыми, которые синтезируются только растениями и не синтезируются в организме человека: аргинин, валин, гистидин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, триптофан, фенилаланин.
В сухом веществе стеблей с листьями более 4% приходится на триптофан и лейцин. В 1 кг зеленой массы содержится 60-130 мг каротина. Среди зольных элементов значительный удельный вес занимают кальций, магний, железо. На 1 кг зеленой массы приходится 5,9 г кальция и 3,4 магния.
Количество органических кислот в процессе онтогенеза растений может составлять от 8 до 12% сухого веса листьев. Органические кислоты представлены в листьях топинамбура не только ди- и трикарбоновыми кислотами цикла Кребса, но и полиоксикислотами, которые являются кислотами первичного окисления Сахаров. Среди ди- и трикарбоновых кислот в ростках и листьях топинамбура содержаться яблочная, фумаровая кислоты, а также в значительно меньших количествах лимонная и янтарная кислоты.
Богатый состав биологически активных веществ топинамбура делает это растение очень перспективным в кормопроизводстве, в диетическом питании и пищевой промышленности и как исходное сырье для создания высокоэффективных лекарственных средств.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТОПИНАМБУРА В КОРМОПРОИЗВОДСТВЕ
Приготовление силоса, травяной муки
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.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПЕРЕРАБОТКА ТОПИНАМБУРА
Выход товарных кормовых дрожжей на гидролизате из листьев и стеблей составляет в среднем 160 -170% к количеству израсходованных редуцирующих веществ, при этом 1 га пашни даст в 5 - б раз больше кормового белка, чем овёс или другие культуры (табл. 2).
В зависимости от используемого сорта топинамбура, с 1 га надземной части можно получить 2 - 5 тонн этилового спирта, который может быть источником энергии как и биогаз. Считается, что зелёная масса и клубни топинамбура являются очень дешёвым сырьём для получения этанола и биогаза (табл. 3).
Анаэробный гидролиз показал, что из свежего или силосованного растительного сырья топинамбура можно получить 480 - 680 л биогаза на 1 кг органического материала с содержанием метана 50 - 55%, при этом 1 га посевов может обеспечить выход 5000 - 6000 м3 биогаза.
В 1990 - 92 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.
Переработка клубней топинамбура имеет достаточно широкий спектр и авторы не претендуют на полноту освещения данного вопроса. Мы постараемся указать на наиболее перспективные, экономически целесообразные и технологически исполнимые способы переработки.
В 1988 - 2002 гг. наиболее востребованным оказался способ получения сухого продукта (порошок, мука, концентрат) из клубней топинамбура. По предварительной оценке в 2002 г. в России будет выработано и использовано более 300 тонн порошка. В связи с тем, что начало первичной промышленной переработки топинамбура положили энтузиасты, не владеющие достаточным финансовым капиталом во времена отсутствия рынка сбыта данной продукции и по ряду других причин, первым и объёмным по выпуску оказался порошок 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.
В процессе отрабатывания теплового способа сушки конвейерным, камерным, стеллажным типом, с модификацией использования инфракрасных (ИК) излучателей в сушильных шкафах ("Суховей", "Универсал" и др.) удалось найти параметры, при которых конечный продукт получался достаточно хорошего качества и по приемлемой для рынка цене. И в настоящее время уже в ряде регионов России (Московская обл., Иркутск, Адыгея, Тверская губерния) успешно работают малые предприятия по данной технологии.
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, 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 нашей стране впервые производственные опыты по использованию клубней топинамбура на выработку спирта были проведены ещё в начале 30-х годов.
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. Так, 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. Другими словами, выход спирта из клубней составляет 5-7 т/га.
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, т.е. 1 га 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 переваримого 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.
Энергетический анализ производства топливного этанола в масштабах одной фермы (3800 т в год) показывает, что общий энергетический баланс (отношение получаемой энергии к затрачиваемой) имеет положительное значение (то есть больше 1). Это отношение можно легко увеличить в 3,5 раза, утилизируя все побочные продукты.
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 - б 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.
Специалисты многих стран мира относят производство фруктозных сиропов к революционным достижениям в пищевой технологии, так как применение фруктозы в пищевой промышленности позволит вдвое снизить общее потребление сахара (сахарозы) и получать низкокалорийные продукты.
Это обусловлено тем, что фруктоза по своим свойствам не уступает сахарозе и глюкозе, а по сладости и физиологическому действию превосходит их. Метаболизм фруктозы в отличие от глюкозы в организме человека происходит по иному механизму, что позволяет в умеренном количестве употреблять её даже больным сахарным диабетом из расчёта 1 г/кг веса. Большое значение играет использование фруктозы в питании тучных людей, страдающих невосприимчивостью к глюкозе и галактозе.
Благодаря указанным преимуществам, фруктовый сахар приобретает всё большую популярность во многих странах, постепенно вытесняя свекловичный (либо тростниковый) сахар в производстве продуктов профилактического питания для здоровых людей.
В развитых странах (Япония, США, Франция и др.) используемые сахаристые вещества до 80 - 85% приходятся на долю фруктозы. В России и странах СНГ доля фруктозы (по самым оптимистичным подсчётам) составляет не более 10%. Явно виден сегмент рынка производства кристаллической фруктозы и ФГС, особенно с учётом того, что 1 га посадок топинамбура может обеспечить получение 6 - 12 тонн сахаристой продукции.
Кристаллическую фруктозу и ФГС можно получать водным, кислотным или щелочным гидролизом, ферментативным и дезинтегральным способом, методом ультрафильтрации (мембранные технологии) и также через прямое механическое прессование на ленточных, винтовых и пакпрессах. Все они могут быть применены, в зависимости от возможностей, объемов и качества выпускаемой продукции.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТОПИНАМБУРА В ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
В последние годы в пищевой промышленности стали внедрять продукты из топинамбура - порошок, сироп, пюре и пасту - для увеличения биологической ценности мучных и кондитерских изделий.
Известны технологии получения топинамбурного пюре, паст, муки, концентратов, сиропов, порошков, которые добавляют в хлеб, печенье, кексы, булочки, макароны, лапшу.
Клубни топинамбура используются для получения низкокалорийной (1,24 кал/г) с пониженным содержанием жира (менее 1%) муки, используемой в качестве основной массы для получения пасты или хлебобулочных изделий. Содержание муки из топинамбура в хлебных и кондитерских (кексы) изделиях может достигать 10%. При этом необходимо строго соблюдать соотношение содержания влаги, сахара и дрожжей в муке.
Отработанные технологии по выпечке хлеба, печенья и сдобных пряников рекомендуют добавление сиропа и пюре до 20%, пасты - до 10%, а порошка - 5 -10% от массы муки. Добавление продуктов из топинамбура в тесто способствуют усиление его воздушности, быстрому подъему и удержанию формы, придает продукту приятный вкус и низкокаллорийность.
По данным Цыгановой Т.Б. и Гусевой Д.А. (1998) внесение 1 - 3% топинамбура в муку для выпечки хлеба уменьшает массу сырой и сухой клейковины, увеличивает пористость хлеба и улучшает реологические свойства мякиша. Одновременно уменьшается гликемический индекс готового хлеба, что важно для больных сахарным диабетом и ожирением.
В Новосибирске создан необычный сорт хлеба "Солнышко", в состав которого наряду с мукой, отрубями, дрожжами, солью, жирами и водой, входит топинамбур.
Запатентован процесс изготовления хлебобулочных и мучных кондитерских изделий, содержащих топинамбур, основанный на запаривании топинамбура, изготовлении пюре из прошедшего тепловую обработку материала и смешении этого пюре с мукой до образования теста. Полученное тесто затем может быть традиционными методами переработано в хлеб, мелкие хлебобулочные изделия, пиццу, бисквиты, макаронные изделия и т.д. Пекарские свойства теста, приготовленного данным способом, превосходят аналогичные свойства теста, полученного с применением муки из топинамбура.
Пюре из топинамбура можно консервировать (например, замораживанием или сушкой) индивидуально или в комбинации с хлебной мукой. Высокое содержание в топинамбуре фруктозы и инулина, не требующих для расщепления инсулин, делают пригодным эти изделия для питания людей, страдающих диабетом.
Известен способ получения низкокалорийной лапши с добавками топинамбура. Муку из топинамбура и твердой пшеницы смешивали в разных соотношениях, при содержании в муке порошка из топинамбура до 25% получали лапшу хорошего качества, не уступающую по качеству лапше, полученной только из муки твердой пшеницы. При добавлении альгината натрия к муке, содержащей 30% порошка топинамбура, получали лапшу с повышенной легкостью и хорошими кулинарными свойствами, не отличающуюся по свойствам от лапши из муки твердой пшеницы.
Тесто, приготовленное из муки с топинамбуром, обладало более высокими связующими и эластичными свойствами и пониженной твердостью и клейкостью по сравнению с тестом из муки твердой пшеницы. Добавление альгината натрия увеличивало клейкость и связующие свойства теста с топинамбуром. При этом связующие свойства лапши возрастали с увеличением содержания в муке порошка топинамбура. Не наблюдалось значительных различий во вкусе, запахе, цвете и текстуре готовой лапши, изготовленной из муки с топинамбуром.
Вкусные макароны "Топинамбурные" производит научно-исследовательский институт хлебной промышленности (продукт содержит 10% порошка топинамбура)/ Уже несколько лет популярностью пользуются хлебцы "Московские" пшеничные с топинамбуром (ООО "Малыш Торг", 000 "Медицина и здоровье" - Московская область), хлебцы "Докторские", выпускаемые фирмой "Геркулес" (С -Петербург), крекер "Здорово" с топинамбуром фирмы ГУП "Крекер" (Москва), "Отруби хрустящие" пшеничные с топинамбуром (000 "Диетмарка", Пенза), АОЗТ "Азарт" (С -Петербург) выпускает конфеты с топинамбуром и это только первые "ласточки" в системе производства продуктов в промышленных объемах на основе топинамбура.
Клубни топинамбура могут быть с успехом использованы также в консервной промышленности.
Для бесперебойной работы консервных заводов, работающих на плодоовощном сырье, большое значение имеет правильный подбор отдельных сортов овощей и фруктов, созревающих в различное время года. В частности, немаловажное значение имеет введение новых сортов овощей и фруктов, техническая спелость которых наступает ранней весной или поздней осенью, т.е. в период наименьшей загрузки консервных предприятий сырьем.
Клубни топинамбура, как известно, достигают спелости поздно осенью, так, например, на Северном Кавказе и на Украине - 15-20 октября, в центрально-черноземных областях и в ряде областей северной нечерноземной зоны - 1-5 октября. Но фактически прирост клубней продолжается также в ноябре и даже позднее. Такое несовпадение сроков созревания топинамбура и других овощей, применяемых для консервирования, обеспечивает возможность дополнительной загрузки плодоовощных консервных предприятий и способствует удлинению производственного сезона осенью на 2-2,5 месяца.
Количество клубней, необходимое для переработки в осенний производственный период, выкапывают из земли непосредственно перед наступлением устойчивой морозной погоды.
Перезимовавшие в поле клубни топинамбура, в случае использования их в качестве сырья для консервной промышленности, могут удлинить производственный сезон в ранневесенний период на 1-1,5 месяца, не требуя никаких специальных сооружений для хранения этого сырья до весны.
Другим ценным качеством топинамбура, имеющим значение для консервной промышленности, является морозоустойчивость ее клубней. Промерзшие во время зимовки в поле клубни весной после оттаивания не теряют своих пищевых или технических качеств, как не теряют и своей жизненности в случае использования их для дальнейшего размножения.
Для массового изготовления на консервных заводах рекомендуются следующие виды консервов из клубней топинамбура: икра из топинамбура с томатной заливкой, икра из топинамбура и моркови с томатной заливкой, повидло из топинамбура и фруктов, пюре из топинамбура.
Рецептура консервированных овощных салатов на основе топинамбура "Краснодарский" - с добавлением свеклы, моркови и зелени, "Ангелина" - с добавлением моркови и яблок, "Весенний" - с добавлением квашенной капусты, зеленого горошка быстрозамороженного и зелени. Рецептурная закладка топинамбура составляла 40 - 50%.
Последние три-четыре года энтузиасты и думающие специалисты продолжают искать способы получения продуктов здорового питания с использованием топинамбура. Так в научно-исследовательском институте мясной промышленности разработаны рецептуры консервов, в том числе и для детей, здесь же активно ведут поиск новых полифункциональных пищевых композиций. Научно-исследовательский институт молочной промышленности разработал новые продукты с добавлением топинамбура. И несмотря на проблемы недостаточного финансирования, всё более активно ведутся работы по разработке рецептур пищевых продуктов с добавлением топинамбура, нарабатываются опытные партии, разрабатывается нормативно-техническая документация, готовится рынок сбыта.