CC BY
39
УДК 633.491
ПРОДУКТИВНОСТЬ, КАЧЕСТВО И РАСХОД КЛУБНЕЙ КАРТОФЕЛЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СПИРТА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ АГРОПРИЕМОВ
РОМАНОВА И.Н.,
доктор сельскохозяйственных наук, профессор, ФГБОУ ВО Смоленская ГСХА, e-mail: [email protected].
КАРАМУЛИНА И. А.,
кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, ФГБОУ ВО Смоленская ГСХА. ТЕРЕНТЬЕВ С.Е.,
кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, ФГБОУ ВО Смоленская ГСХА. МАРТЫНОВА КВ.,
аспирант, ФГБОУ ВО Смоленская ГСХА.
Реферат. В условиях Смоленской области картофель сорта Смуглянка был экологически пластичным с уровнем урожайности 24,9-36,8 т/га, а в отдельные годы 40,0-45,0 т/га. В наших исследованиях на образование столонов и их завязываемость оказали влияние агротехнические приемы (37-46 %), сортовые особенности (8-12 %), метеорологические условия в период вегетации (25-28 %) и другие. Наибольшая завязываемость столонов была при посадке во второй, третий сроки (первая-вторая декады мая) гладким и гребневым способами и составила 58,4 и 54,1-72,3 %. Содержание крахмала (19 %) и сухого вещества (26 %) увеличивалось с загущением посадок и при использовании клубней средней и крупной фракцией. Выход спирта класса «Экстра» зависел от содержания крахмала в картофеле (коэффициент корреляции r = 0,86).
При производстве спирта наименьшие значения расхода клубней картофеля были при посадке во II и III сроки средней и крупной фракциями по схемам: 70х20 и составили 7832,05; 70х30 -8360,06; 70х40 - 7957,70 кг.
Выход спирта в этих вариантах увеличивался относительно контроля (66,4 дал) на 0,61 - 0,83 дал б.с. с 1 т условно переработанного крахмала картофеля.
Ключевые слова: картофель, сорт, схема и способы посадки, масса клубня, крахмал, выход спирта.
PRODUCTIVITY, QUALITY AND CONSUMPTION OF POTATO TUBERS FOR ALCOHOL PRODUCTION DEPENDING ON AGRICULTURAL PRACTICES
ROMANOV А I. N.,
doctor of agricultural Sciences, Professor, Smolensk state agricultural Academy, e-mail: [email protected].
KARAMULINA I. A.,
candidate of agricultural Sciences Smolensk state agricultural Academy. TERENTYEV S.E.,
candidate of agricultural Sciences, associate Professor, Smolensk state agricultural Academy. MARTYNOVA K.V.,
post-graduate student, Smolensk state agricultural Academy.
Essay. In the conditions of the Smolensk region, potatoes of the swarlyanka variety were ecologically plastic with a yield level of 24.9-36.8 t / ha, and in some years 40.0-45.0 t / ha.in our studies, agricultural techniques (37-46 %), varietal features (8-12%) and meteorological conditions during the growing season (25-28 %) and others influenced the formation of stolons and their tying. The greatest tying stolons was
when planting in the second, third terms (the first-second decade of may) smooth and comb methods and amounted to 58.4 and 54.1-72.3 %. The content of starch (19 %) and dry matter (26 %) increased with the thickening of the plantings and with the use of tubers of medium and large fraction. The yield of alcohol class "Extra" depended mainly on the starch content in potatoes (correlation coefficient r = 0.86).
In the production of alcohol, the lowest values of consumption of potato tubers were when planting in the II and III terms of the average and large fraction according to the scheme 70x20 and amounted to 7832.05; 70x30-8360.06; 70x40-7957.70 kg.
The yield of alcohol increased in these variants increased relative to the control (66.4 dal) by 0.61-0.83 dal b. s. with 1T conventionally processed potato starch.
Keywords: potato, variety, scheme and methods of planting, tuber weight, starch, alcohol yield.
Введение. Увеличение производства сельскохозяйственной продукции и более полное удовлетворение потребностей населения в продуктах питания - основная задача АПК [1]. Роль картофеля в решении этой проблемы очень велика, поскольку это одна из важнейших культур с широким спектром его использования на продовольственные, технологические (крахмал ,спирт), кормовые и семенные цели. Однако на протяжении нескольких десятилетий урожайность культуры составляет всего 11-14 т/га, что связано с нарушением технологии возделывания, несоблюдением системы семеноводства и рационально обоснованной структуры посевных площадей (менее 2 % картофеля).
В связи с этим разработка элементов сортовой агротехники для новых и перспективных сортов картофеля, а также их использования на технологические цели актуальна.
Материалы и результаты исследования. В 2016-2018 гг. на опытном поле ФГБОУ ВО Смоленская ГСХА были заложены двухфак-торные опыты на дерново-подзолистой средне-суглинистой почве, имеющей глубину пахотного горизонта 20-22 см, содержащей 1,8 % гумуса (по Тюрину), подвижных форм фосфора (по Кирсанову) - 122 мг/кг, обменного калия (по Кирсанову) - 186 мг/кг абсолютно сухой почвы, рНсол. - 5,8.
Размещение делянок в опытах - рендомизи-рованное, в четырехкратной повторности, площадь опытной делянки - 28 м2
Предшественник - люпин на сидерат. Агротехника в опытах общепринятая для западной части Нечерноземной зоны РФ.
Закладка опытов, учеты, наблюдения и анализы проводились согласно нормативным документам, методикам и соответствующим ГОСТам.
Целью исследований было выявить продуктивность, качество и расход клубней на 100 дал спирта нового сорта картофеля Смуглянка в
зависимости от сроков и способов посадки и массы посадочного клубня.
Метеорологические условия 2016-2018 гг. по обеспечению влагой и теплом были неодинаковыми, что позволило дать объективную оценку изучаемым агроприемам.
В среднем, продолжительность вегетационного периода сорта Смуглянка находилась в пределах 91-92 дней, что соответствует характеристике сорта.
Урожайность является основной оценкой сорта, его экологической пластичности, а также эффективности изучаемых агроприемов. Проведенные нами исследования показали значительное влияние изучаемых агроприемов на продуктивность картофеля и позволили выявить роль каждого из них.
Так, урожайность картофеля сорта Смуглянка в зависимости от сроков и способов посадки колебалась от 16,5 до 42,0 т/га. Наибольшей она была при посадке в третий срок (8.05-13.05) гладким способом и составила 36,2 т/га; во второй срок (02.05-05.05) гребневым -42,0 т/га.
Нами установлено, что для западной части Центрального региона России ранние сроки при гладком способе посадки и поздние при гребневом приводят к снижению урожайности на 28-57 %. В целом по опыту выявлено, что посадка картофеля гребневым способом относительно гладкого увеличивает урожайность на 1,4 т/га.
Наши исследования показали, что на формирование урожайности картофеля большое влияние оказала густота стеблестоя, которая зависит от схемы посадки и массы посадочного материала. Так, наибольшая урожайность была получена прип густоте стояния 47 тыс./га (схема 70х30) клубнями массой 81-120 г - 36,8 т/га; а также 71 тыс./га (по схеме 70х20) массой клубней 56-80 г - 35,8 т/га. При густоте 35 тыс./га данный показатель был на уровне 24,934,6 т/га независимо от размеров посадочных клубней.
В условиях Смоленской области картофель сорта Смуглянка был экологически пластичным с уровнем урожайности 24,9-36,8 т/га, а в отдельные годы 40,0-45,0 т/га.
На формирование урожая картофеля в период вегетации большое влияние оказывают как агротехнологические приемы возделывания, так и климатические условия, которые закладывают основу показателей элементов ее структуры (количество надземных стеблей на одном растении; число клубней под одним растением и средней массы одного клубня).
В наших исследованиях на образование столонов и их завязываемость оказали влияние агротехнические приемы (37-46 %), сортовые особенности (8-12 %), метеорологические условия в период вегетации (25-28 %) и другие (таблица 1).
Так, наибольшая завязываемость столонов была при посадке во второй, третий сроки (первая-вторая декады мая) гладким и гребневым способами и составила 68,4-72,3 %. При этом число образовавшихся клубней на куст было 12,2 -13,4 шт.
Таблица 1 - Формирование продуктивности картофеля сорта Смуглянка в зависимости от
Способы посадки Сроки посадки Урожайность, т/га Кол-во надземных стеблей, шт. Кол-во столонов на куст, шт. Завязываемость столонов, % Кол-во клубней в кусте, шт.
Гладкий I (27.04-02.05) 31,2 3,7 19,9 52,2 10,4
II (03.05-05.05) 36,7 5,0 19,2 64,4 11 ,8
Ш (08.05-13.05) 39,3 5,3 19,2 68,4 11 ,2
IV (14.05-18.05) 27,8 4,7 20,0 44,1 8, 8
V (20.05-25.05) 20,2 3,0 17,2 41,9 7,2
Гребневой I (27.04-02.05) 39,8 5,0 19,3 60,6 11 ,7
II (03.05-05.05) 42,0 5,3 19,9 72,3 13,4
Ш (08.05-13.05) 36,8 5,0 19,6 54 ,1 10,6
IV (14.05-18.05) 23,0 4,0 18,4 42,5 7, 8
V (20.05-25.05) 16,5 3,0 15,8 38,7 6, 1
Таблица 2 - Влияние схем посадки и массы посадочного клубня на продуктивность и каче-
Схемы посадки Масса посадочного клубня, г Урожайность т/га Содержание крахмала, % Выход крахмала, т/га Содержание сухого вещества, % Содержание нитратов, мг/кг Содержание аскорбиновой кислоты, мг %
70х20 31-55 38,4 17,7 6,8 25,4 102 14,1
56-80 40,5 18,2 7,3 25,8 104 14,5
>80 37,0 18,6 6,9 26,2 107 15,0
70х30 31-55 37,6 16,5 6,2 24,0 94 13,3
56-80 39,8 17,1 6,8 24,3 100 13,6
>80 40,0 17,4 6,9 24,8 102 14,1
70х40 31-55 31,5 16,8 5,3 24,5 101 13,8
56-80 34,6 18,1 6,3 25,2 103 14,3
>80 35,4 18,3 6,5 25,7 105 14,7
Рисунок 1 - Аппаратурная схема производства этилового спирта из картофеля
Показатели качества клубней отражают их пригодность на продовольственные и технологические цели, где основным показателем является содержание крахмала [5].
В наших исследованиях наибольшее количество крахмала и сухого вещества было при посадках 47-70 тыс. клубней/га и массой клубней более 55 гЗа годы исследований ПДК по нитратам было значительно ниже допустимых норм и составило 94-107 мг/кг. Содержание витамина С в клубнях картофеля сорта Смуглянка составило 13,7-15,6 мг%. По накоплению витамина С в клубнях картофеля выделились варианты ранних сроков посадки и с использованием клубней крупной фракции (14,1-15,0 %)
Итак, клубни картофеля, полученные при посадке в оптимальные сроки гладким и гребневым способами, а также клубнями средней и крупной фракциями до пригодны
для переработки на продукты питания (содержание крахмала 18-19 % - ГОСТ 26832).
Технология производства этилового спирта из крахмалистого сырья основана на ферментативном гидролизе картофельного крахмала, прошедшего водно-тепловую обработку, и сбраживанием образующихся сахаров дрожжевыми культурами (расы дрожжей) и является биохимической технологией [6]. Согласно нашей аппаратурной схеме процесс разделяется на следующие основные стадии: очистка и подготовка сырья (мойка); водно-тепловая обработка; осахаривание крахмала; сбраживание картофельного сырья; перегонка бражки и брагоректификация спирта.
Главными нормативными показателями зрелой бражки являются нарастание кислотности, количество несброженных углеводов и содержание спирта.
Таблица 3 - Расчет продуктов производства спирта этилового ректификованного класса «Экстра»__
Наименование Количество продуктов на 100 дал, кг
Сырье
Картофель на разваривание 9539,04
Ферментные препараты на осахаривание:
Глюкаваморин Пх 66,14
Амилоризин Пх 6,61
Поступил в смеситель-предразварник
- теплая вода 4769,52
Всего затора 14308,56
Поступает на нагрев в контактную головку:
- греющий пар 2738,80
Всего выходит разваренной массы из варочного аппарата 17047,36
Сепарация пара
- поступает в выдерживатель-паросепаратор разваренная масса 15727,45
- выделяется вторичный пар 1319,91
Осахаривание
- разваренная масса из испарителя 13499,09
Всего сусла в осахаривателе 15688,24
Поступает сусло:
- на приготовление дрожжей 1568,82
- на охлаждение до температуры складки в теплообменник 14119,42
Сбраживание сусла
- сусло (с учетом промывных вод) 16080,45
Зрелая бражка
Зрелая бражка (с учетом водно-спиртовой жидкости со спиртоло-вушки) 15709,82
Выход диоксида углерода (СО2) теоретич. 753,8
Всего бражки поступит на брагоректификацию (с учетом разбавления её водой при заполаскивании освобождающихся чанов) 15632,36 л
Нарастание кислотности в зрелой бражке при нормальных условиях производства не должно превышать 0,15-0,20°, содержание сброженных углеводов от 0,25 г/100 мл и не более 0,42 г/100 мл.
Производство спирта этилового ректификационного осуществлялось на четырехколонной брагоректификационной установке косвенного действия. Брагоректификационная установка включает: бражную, эпюрационную, ректификационную колонны и колонну окончательной очистки.
В качестве осахаривающих материалов мы предложили к использованию поверхностную культуру плесневых грибов, как источника ами-лолитических и протеолитических ферментов.
Препараты Глюкаваморин Пх (поверхностная сухая культура плесневого гриба аспергил-лус авамори) и Амилоризин Пх (поверхностная сухая культура плесневого гриба Аспергиллус оризе - производство Германия) по физико-химическим и биологическим показателям соответствовали требованиям ОСТ.
Для приготовления растворов ферментных препаратов использовали только артезианскую воду питьевого качества, где полностью отсутствует коррозийная активность (СаНПиН 214559-96 и ГОСТ-Р 51232-98).
Нормы расхода сырья рассчитывали по нормативным выходам спирта из 1 т условного крахмала. При этом учитывались надбавки на все технологические усовершенствования, внедренные на предприятии.
Практический выход спирта меньше теоретического, так как зависит от вида сырья, технологической схемы производства спирта, по-
терь сбраживаемых углеводов при брожении спирта и должен составлять 81,5-98,0 % от теоретически возможного.
В условиях нашего производства средний выход спирта из 1 т условного крахмала картофельного составил б6,4 дал б.с. (92 % от теоретически возможного).
Исходя из полученных опытных данных были проведены исследования по расходу вспомогательного сырья на 100 дал спирта (таблица 3). Осахаривающим материалом были Глюкавамо-рин Пх и Амилоризин Пх (производство Германия). Расчеты продуктов производили на 100 дал спирта.
Выход спирта из 1 т условного крахмала картофеля при работе по непрерывной схеме производства составил: 66,4 + 0,8 = 67,2 дал, где 66,4 дал - нормативный выход спирта из 1т условного крахмала (согласно Регламенту); 0,8 -средняя надбавка к выходу спирта из 1 т условного крахмала, полученная при использовании ферментных препаратов и усовершенствовании элементов технологии.
Практическим путем в течение 3 лет было установлено, что наименьший расход картофеля сорта Смуглянка на 100 дал б.с. класса «Экстра» был в вариантах при посадке в третий срок (вторая декада мая) гладким способом и во второй срок (первая декада мая) - гребневым и составил 8000,48-7670,57 кг, соответственно.
В зависимости от схем посадки и массы посадочного клубня наименьшие значения расхода картофеля были при посадке средними и крупными клубнями и составили по схемам: 70х20 - 7832,05; 70х30 - 8360,06; 70х40 -7957,70 кг.
Таблица 4 - Расход клубней картофеля сорта Смуглянка на выход 100 дал безводного спирта класса «Экстра» в зависимости от сроков и способов посадки__
Способы Сроки Содержание Расход клуб- Прибавка спирта, дал
посадки посадки крахмала, % ней, кг б.с.
Гладкий I 16,5 9018,73 0,67
II 17,8 8360,06 0,73
III 18,6 8000,48 0,76
IV 18,2 8176,32 0,74
V 15,9 9359,06 0,65
Гребневой I 17,1 8702,28 0,71
II 19,4 7670,57 0,83
III 18,0 8267,17 0,77
IV 15,6 9539,04 0,66
V 14,3 10406,22 0,61
С усовершенствованием технологии переработки картофельного сырья выход спирта увеличился по вариантам относительно производственного контроля (66,4 дал) с 0,61 до 0,83дал б.с. с 1 т условно переработанного крахмала картофеля. В среднем по опытам расход клубней картофеля относительно поздних сроков посадки и использованием мелкой фракции при посадке снижался от 0,7 до 2,7 т.
Преимущество использования картофельного сырья сорта Смуглянка урожайностью 3745 т/га заключается в том, что с единицы пахотной площади получается в 2,5-3,0 раза больше крахмала, по сравнению с зерном при его использовании на спиртовые цели.
Наши исследования показали, что выход спирта класса «Экстра» зависел главным обра-
зом от содержания крахмала в картофеле (коэффициент корреляции г = 0,86).
Вывод. Нашими исследованиями установлено, что новый сорт картофеля Смуглянка на дерново-подзолистых почвах формирует урожайность до 45,0 т/га с содержанием крахмала до 19,0 %. При использовании клубней крупной и средней фракций, посадке гребневым способом (1-6 мая) и гладким (6-10 мая) способом, а также применение осахаривающих препаратов Глюкаваморин Пх и Амилоризин Пх можно увеличить выход спирта до 0,83 дал б.с. и снизить расход клубней до 2,7 т на 100 дал безводного спирта. По химико-технологическим показателям сорт картофеля Смуглянка пригоден на продовольственные, технологические и спиртовые цели.
Список использованных источников
1. Сортовая адаптивность картофеля в условиях Смоленской области / И.Н. Романова, Князева С.М., И.А. Карамулина, Е.А. Маренкова // Известия Смоленского государственного университета. -2014. - № 4 (28). - С. 238-244.
2. Продуктивность сортов картофеля разных экотипов в зависимости от условий выращивания / И.Н. Романова, С.М. Князева, Н.В. Птицына и др. // Природообустройство. - 2018. - № 5. - С. 103108.
3. Сроки, способы посадки и регуляторы роста как элементы ресурсосберегающей технологии картофеля / И.Н. Романова, С.Е. Терентьев, М.И. Перепичай, К.В. Мартынова // Картофель и овощи. - 2019. - № 10. - С. 19-21.
4. Усанова З.И., Черникова Н.С. Влияние фона минерального питания и сорта на продуктивность картофеля в Верхневолжье // В кн.: Инновационные подходы к развитию науки и производства регионов: материалы Национальной научно-практической конференции. - 2019. - С. 55-58.
5. Карамулина И.А. Продукционный процесс и технологическая оценка клубней картофеля в центральном регионе России: дисс. ... на соиск. уч. степ. канд. с.-х. наук. - Смоленск, 2008. - 208 с.
6. Терентьев С.Е. Продукционный процесс и технологическая оценка зерна новых сортов озимой ржи в центральном регионе России: дисс. ... на соиск. уч. степ. канд. с.-х. наук. - М., 2007. -192 с.
List of sources used
1. Varietal adaptability of potatoes in the Smolensk region / I.N. Romanova, Knyazeva S.M., I.A. Karamulina, E.A. Marenkova // Bulletin of the Smolensk State University. - 2014. - No. 4 (28). - S. 238244.
2. The productivity of potato varieties of different ecotypes depending on growing conditions / I.N. Romanova, S.M. Knyazev, N.V. Ptitsyna et al. // Environmental Engineering. - 2018. - No. 5. - S. 103-108.
3. Timing, planting methods and growth regulators as elements of resource-saving technology of potatoes / I.N. Romanova, S.E. Terentyev, M.I. Perepichai, K.V. Martynova // Potatoes and vegetables. - 2019. - No. 10. - S. 19-21.
4. Usanova Z.I., Chernikova N.S. The effect of the background of mineral nutrition and varieties on the productivity of potatoes in the Upper Volga // In the book: Innovative approaches to the development of science and production of regions: materials of the National Scientific and Practical Conference. - 2019. -S. 55-58.
5. Karamulina I.A. The production process and technological assessment of potato tubers in the central region of Russia: Diss. ... for a job. student step. Cand. S.-kh. sciences. - Smolensk, 2008. - 208 p.
6. Terentyev S.E. The production process and technological evaluation of grain of new varieties of winter rye in the central region of Russia: Diss. ... for a job. student step. Cand. S.-kh. sciences. - M., 2007. -192 p.
