CC BY
185
УДК 635.24:664
Топинамбур - уникальное растительное сырье
В. И. Старовойтов, д-р техн. наук, профессор, О. А. Старовойтова, канд. с.-х. наук
ВНИИ картофельного хозяйства имени А. Г. Лорха
П. С. Звягинцев, канд. экон. наук
Институт экономики РАН
Е. А. Мандрыка, канд. техн. наук
Научно-промышленная фирма «Лионик»
Ю. Т. Лазунин
Москва
Продовольственная безопасность -первоочередная задача, решение которой будет стимулировать развитие различных отраслей экономики. Для этого необходимо искать наиболее эффективные сырьевые ресурсы для прогрессивного развития в различных сферах народного хозяйства, внедрять новые инновационные технологии, т. е. прорывные направления, которые позволят занять достойное место в сельском хозяйстве России.
В условиях развития мирового кризиса экономики необходимо решать вопросы импортозамещения и налаживания массового отечественного производства доступных продуктов питания, биотоплива, лекарств и кормов. К сожалению, в России отсутствует массовое производство инулина, пектина, пищевых волокон, натуральных антоцианов, каротинои-дов, витамина С, источником которых является топинамбур.
В результате изучения топинамбура [1] нами выявлено, что он является
уникальным стратегическим сырьевым ресурсом, из которого при глубокой переработке можно получить широкий ассортимент продуктов, которые крайне необходимы для человека в современном мире, поэтому его можно отнести к эффективной и перспективной сельскохозяйственной культуре.
Топинамбур является ресурсом, который в растениеводстве позволит выполнить вышеуказанные задачи, дать стране новые продукты здорового питания, эффективные лекарства, возобновляемое экологичное биотопливо, высокоценные корма, обеспечить высокую занятость населения в деревне, использовать заброшенные плодородные земли.
Топинамбур высаживают клубнями; куст из 3-5 твердых стеблей имеет высоту 1,5-3 м, на многочисленных подземных стеблях образуются клубни массой 20-300 г.
Растение является источником незаменимых пищевых и физиологически активных веществ, таких
как витамины, макро- и микроэлементы, аминокислоты, полиненасыщенные кислоты, углеводы, а также органические кислоты, биофлавоно-иды, фитонциды и другие вещества (рис. 1).
Топинамбур обладает преимуществами по сравнению с другими сельскохозяйственными культурами, выращиваемыми в России:
1. Обеспечивает высокую урожайность: в средней полосе России она составляет 30-35 т зеленой массы и 20-25 т клубней с гектара. Зеленую массу убирают в августе-сентябре, а клубни можно убирать два раза: осенью и весной.
2. Более широкая зона выращивания - от субтропиков до северотаежной зоны.
3. Не требует больших затрат труда и постоянного ухода.
4. Может расти в сложных климатических условиях.
5. Устойчив к засухе, морозам и кислотным дождям.
6. Устойчив к болезням и вредителям (колорадскому жуку и др.).
7. Имеет способность произрастать на техногенно нарушенных почвах.
8. Поглощает загрязненный воздух.
9. Может использоваться в качестве фитомелиоранта при рекультивации почв вокруг промышленных зон: на бывших карьерах, промышленных свалках, золоотвалах и т. д.
Посадки топинамбура могут быть освоены на сотнях тыс. га ныне пустующих полей.
Как видно из табл. 1, не из одного существующих на земле растений не вырабатывается такое количество продуктов, как из топинамбура.
Топинамбур - уникальная сельскохозяйственная культура, в которой с одинаковой степенью экономической целесообразности используются и «вершки» - зеленая масса и «корешки» - клубни.
Результатом глубокой переработки топинамбура является спирт, биотопливо, фруктозный сахар, медицинские препараты на основе инулина, продукты питания, пектин, ацетон, бутанол, продукция для парфюмерии, глицерин, корм для животных и птицы и многое другое.
Энергетическое направление реализуется в виде использования эффективной биотехнологии топливного биоэтанола второго поколения и биогаза из зеленой массы топинамбура и его клубней. Выход спирта из клубней составляет 7-9 л/100 кг, из зелёной массы - 3-4 л / 100 кг, что до 10 раз больше чем из зерна, картофеля и других культур на единицу площади посадок.
Кормовое направление основано на глубокой биотехнологической переработке зеленой массы топинамбура с получением высокобелковых жидких и твердых кормовых продуктов для сельскохозяйственных животных, а также уникальных кормовых продуктов из обеспектиненного жома, получаемого при переработке клубней топинамбура. Топинамбур -высокопродуктивное кормовое растение, дающее два вида кормовой продукции: зеленую массу и клубни. Он характеризуется высокой кормовой ценностью:1 ц зеленой массы содержит 22,5 корм. ед. и 1,9 кг перевариваемого протеина, что больше в 1,5-1,6 раз по сравнению с кукурузой. Большое содержание инулина переходит в молоко при кормлении дойного стада и таким образом дает продукт повышенной пищевой ценности.
Пищевое и фармацевтическое направление. Особая ценность топинамбура в том, что он соответствует всем научно обоснованным требованиям, предъявляемым к рациону питания современного человека с малоподвижным образом жизни (гиподинамия) в условиях плохой экологии и психологических перегрузок, обладает оздоравливающими свойствами.
Топинамбур содержит уникальный углеводный комплекс на основе фруктозы и ее полимеров, высший гомолог которых - инулин, наиболее ценный и количественно преобладающий углеводный компонент, расщепляющийся в организме человека до фруктозы, необходимой людям, страдающим сахарным диабетом. Он содержится преимущественно в клубнях топинамбура совместно с сахарами (от 13 до 20% в пересчете на сырую массу).
Исследования Российской военно-медицинской академии показали, что инулин нормализует углеводный и липидный обмен, т. е. выводит «плохой» холестерин. Оставшаяся нерасщепленная часть инулина связывает токсины, соли тяжелых металлов, радионуклиды и холестериновые бляшки. Инулин обладает выраженным антитоксическим действием и рекомендован институтом токсикологии Минздрава России.
Клубни топинамбура содержат большое количество кремния - важного вещества для обменных процессов человека. В его зольных элементах установлено высокое содержание солей железа, примерно в три раза превышающее содержание в прочих сельхозкультурах.
Витаминный состав клубней и зеленой массы топинамбура,
Таблица 1
Народно-хозяйственная ценность, сферы производства, виды продукции и область
применения топинамбура
Сфера производства Вид продукции Область применения
Сельское хозяйство Корма и кормовые добавки. Ветеринарные препараты Животноводство. Ветеринария
Хлебобулочные, макаронные, кондитерские изделия. Чайные и кофейные безалкогольные напитки Общественное питание. Домашняя кулинария
Пищевая промышленность Сухие напитки и экстракты. Квас. Фруктозо-глюкозные сиропы, цукаты, диетическое пюре. Джемы, варенье, конфитюры, драже Диетотерапия. Функциональное и оздоровительное питание
Джемы, варенье, конфитюры, драже, йогурты, творожки и др. Профилактическое детское питание
Ликёро-водочные изделия
Медицинская промышленность Лекарственные и лечебно- профилактические средства и препараты Народная и традиционная медицина в профилактике и лечении различных заболеваний
Инъекционные формы. Капсулы, таблетки, драже, порошки Иммунопрепараты нового поколения
Инулин. Таблетки, капсулы, топинамбур-содержащие фитосоставы для приема лечебных ванн БАД. Бактериальные препараты (бифидум и лакто-бактерии)
Косметическая промышленность Косметические средства Лечебно-профилактическая косметика
Биоэнергетика Этиловый спирт (биоэтанол), бутанол Моторное топливо для двигателей внутреннего сгорания
Электронная промышленность Гидроксиметил фурфурол Светодиоды, полупроводники, фотопроводники, жидкие кристаллы, фотохром-ные и другие материалы
Биотехнологическая промышленность Углеродные волокна, наноцелюлоза Композитные материалы
Экология Растение топинамбур Очистка загрязненной воздушной среды
по имеющимся немногочисленным данным, характеризуется наличием витаминов группы В, каротина и аскорбиновой кислоты. Необходимо отметить, что зеленая масса значительно богаче витаминами, чем клубни, в которых меньше аскорбиновой кислоты и отсутствует каротин.
Исследован витаминный состав клубней сортов Находка, Интерес и Гибрид 25-55. Общим для всех сортов является достаточно высокое содержание витамина В7 (биотина), что почти в пять раз больше, чем в картофеле [2].
По содержанию магния, железа, кремния, цинка, а также витаминов
Таблица 2
Витаминный состав клубней топинамбура различных сортов
Сорт топинамбура Содержание витаминов, мкг/100 г СВ
С (тиаммин) В2 (рибофлавин) В3 (ниацин) В5 (пантотено-вая кислота) В6 (пири-доксин) (биотин)
Гибрид 25-55 108,1 1,00 4,0 8,8 0,86 0,20 20,0
Находка 104,2 7,3 6,8 0,90 0,13 24,0
Интерес 104,5 7,3 2,4 0,20 0,16 15,2
группы В и С топинамбур превосходит картофель, морковь, столовую свёклу. Его клубни не содержат алкалоид солонина, образующегося на свету в сыром картофеле. Еще К. А. Тимирязев относил топинамбур к одной из самых интенсивных полевых культур, способных поглощать из воздуха углерод и выделять кислород: 1 га топинамбура за год может поглощать 6 т углекислого газа, а 1 га леса - только 3-4 т, т. е. в 1,5-2 раза больше, чем лиственный лес. В наш век больших загрязнений окружающей среды наиболее эффективным может стать путь по созданию зеленых поясов из топинамбура вокруг промышленных центров для очистки такой среды.
Являясь биомелиорантом, топинамбур способствует окультуриванию почв, одновременно предохраняя их от ветровой и водной эрозий. Посадки топинамбура закрепляют дамбы от размыва, утилизируют отходы целлюлозно-бумажных комбинатов, сточные воды. Произрастая на золошлаковых почвах ТЭЦ, он снижает ветровой перенос золы, создает зеленые защитные барьеры. Это отличный рекультиватор и его высаживают на землях, выведенных из сельскохозяйственного оборота при добыче угля, нефти, на бывших
карьерах, полигонах и свалках. После 3-5 лет возделывания топинамбура почва восстанавливает свое плодородие.
Использование топинамбура. Топинамбур - действенный биологический защитник, он меньше накапливает нитратов, солей тяжелых металлов, радионуклидов, чем другие растения. Из высокополимерных углеводов большую часть составляют пектиновые вещества, которые также необходимы для улучшения пищеварения в организме человека.
Топинамбур можно использовать в пищу и в сыром виде. Из клубней топинамбура делают различные салаты, что наиболее полезно, так как здесь сохраняются все полезные свойства растения. Его также можно варить, запекать, жарить, тушить, сушить, солить, консервировать и использовать в замороженном виде.
Уникальный биохимический состав топинамбура позволил специалистам в области питания человека рекомендовать использовать его в качестве сырья для создания и производства функциональных продуктов питания. Обогащение продуктов питания функциональными ингредиентами с целью укрепления здоровья населения в настоящее время является общепринятой практикой в мире.
Для системы функционального питания наиболее эффективным считается приготовление пищи по специальным технологиям в свежем виде с целью максимального сохранения качества продуктов с заданными свойствами. К ним можно отнести продукты, в состав которых входит порошок (мука) из клубней топинамбура. При переработке клубней топинамбура получают пищевой пектин, фруктово-глюкозный сироп, кристаллическую фруктозу, диетические пищевые волокна и широкий ассортимент функциональных безалкогольных напитков.
Богатый состав биологически активных веществ (БАВ) топинамбура делает это растение перспективным для диетического питания, а в пищевой промышленности - в качестве исходного сырья для создания высокоэффективных биологически активных добавок.
Из топинамбура можно приготовить различные блюда с невысокой калорийностью, включая самые настоящие деликатесы, а также салаты, первые блюда, гарниры, хлебобулочные, кондитерские и макаронные изделия, различные молочные и мясные продукты, консервы, напитки, соки, сиропы, цукаты, джемы, варенье, конфитюры, драже и многочисленные биологически активные добавки. Из листьев и соцветий топинамбура готовят фиточаи. Продукты из топинамбура можно использовать в детском питании, в лечебном, диетическом и профилактическом питании взрослого населения.
Сегодня работу по использованию вышеуказанного сырья в промышленных масштабах на начальном этапе продолжили вести специалисты ВНИИ картофельного хозяйства им. Лорха А. Г. как ведущая организация совместно со специалистами Института экономики РАН и других организаций. Проведя несколько вариантов расчетов по полному технологическому циклу выращивания и переработки топинамбура, ученые пришли к заключению, что только комплексное производство и переработка по инновационным технологиям может дать высокий экономический эффект.
Создавая агропромышленные комплексы в местах возделывания топинамбура, решается сразу несколько основных задач: создаются высокорентабельные производства пищевого, фармацевтического, технического направлений, а также из огромного количества отходов производства и многолетних трав организуется дешевое животновод-
ство и собственное производство продуктов питания мясомолочного направления. Только такой подход к организации использования земельных и трудовых ресурсов создаст условия гарантированного рентабельного производства. Такая комплексная реализация инноваций в агропромышленном секторе даст мощный толчок и в развитии всей экономики страны.
Внедрение инноваций в производство заключается в следующем:
• глубокая комплексная переработка в едином агротехнологиче-ском цикле сырья (топинамбура);
• внедрение новых и наиболее эффективных агропищевых технологий;
• объединение новых технологий по видам сырья или полупродуктам;
• вертикальная интеграция производителей и переработчиков сырья.
В данном случае себестоимость получаемой продукции будет низкой, конкурентоспособной и аграрный сектор станет эффективным.
Все это позволит убыточный сельскохозяйственный сектор перевести в рентабельный топливно-сырьевой, тем самым способствовать развитию агропромышленных производств, организации рабочих мест, т. е. увеличить занятость населения сельских районов, что послужит возрождению сел и деревень. Данное обстоятельство можно характеризовать как инновационный прорыв в развитии АПК и других отраслей экономики страны.
Целесообразно создавать подотрасли пищевой промышленности, выпускающей функциональные продукты с заранее заданными терапевтическими и технологическими свойствами на основе биологически активных натуральных компонентов топинамбура, организовывать производства инулина, пектина, полисахаридов и на их основе далее изготовлять:
• натуральные функциональные продукты с заданными оздоравли-вающими и профилактическими свойствами хлебобулочного направления;
• натуральные функциональные продукты с заданными оздоравлива-ющими и профилактическими свойствами кондитерского направления;
• натуральные функциональные продукты с заданными оздоравли-вающими и профилактическими свойствами сиропообразных, сухих концентратов и безалкогольных напитков.
На основании изложенного, специалистами ВНИИ картофельного хозяйства им. А.Г. Лорха, Института
экономики РАН, профильных научных Центров НАН Беларуси и других организаций был разработан проект программы Союзного государства «Инновационное развитие производства картофеля и топинамбура на период 2013-2016 гг.». Эта программа была утверждена в 2013 г. Правительством Союзного государства Россия-Беларусь. Данная программа полностью соответствует приоритетам социально-экономического развития двух стран. Цель программы -обеспечение экономической и продовольственной безопасности России и Республики Беларусь. Ее реализация приведет к решению самых актуальных задач в развитии экономики обеих стран:
1. Увеличение занятости населения, особенно в сельских районах, что послужит толчком в развитии растениеводства в сельском хозяйстве и перерабатывающих отраслей АПК.
2. Увеличение производства высококачественного топинамбура.
3. Создание новых продуктов из топинамбура, которые будут отвечать показателям здорового питания, что приведет к оздоровлению нации двух стран.
4. Обеспечение высокоэффективными кормами для животноводства и его дальнейшего развития.
Программа Союзного государства приобретает особую актуальность в связи с проблемой импортозаме-щения, ресурсосбережения и повышения конкурентоспособности в производстве отечественного инулина, крахмала, сухих гранулированных кормов и других видов продукции.
Для реализации вышеуказанной программы, выполнения такой масштабной и сложной задачи были привлечены в качестве соисполнителей профильные институты, а также предприятия аграрного и промышленного сектора, всего 83 организации, включая две зарубежные в странах ЕАЭС.
Проведено обобщение материалов для разработки технического задания на технологические требования и параметры качества к сортам топинамбура различного целевого использования: для питания, в свежем виде в летне-осенний и зимне-весенний периоды, производства инулина, фруктозоолигосахаридов, кормов.
В соответствии с программой Союзного государства разработан и осваивается технологический процесс производства оригинального семенного топинамбура, обеспечивающего увеличение количественно-
го выхода миниклубней в расчете на одно исходное растение в 2,53 раза. Разработана технология хранения топинамбура в модифицированной среде и подготовлен проект экспериментального модульного хранилища, обеспечивающего снижение потерь на 10-15% при экономии энергии на 5-8 %. Разработаны технологии и сформированы линии по вакуумирова-нию топинамбура.
Кроме того, усовершенствована технология производства качественных кормов из зеленой массы топинамбура, разработана конструкторская документация на опытный образец российского комплекта оборудования технологической линии приготовления кормов из зеленой массы топинамбура, включая инновационную барабанного типа инфракрасную сушку производительностью не менее 600 кг/ч.
В текущем, 2015 г. продолжается работа по дальнейшей реализации программы «Инновационное развитие производства картофеля и топинамбура на период 2013-2016 гг.», так как она является актуальной и важной для решения вопросов продовольственной безопасности и здорового питания в рамках государственной политики импортоза-мещения.
Разработанные в программе технологии выращивания, уборки, хранения и переработки топинамбура позволяют решить проблему получения пищевого инулина из натурального сырья, осуществить его импортозамещение, так как в Россию ежегодно поставляется более 2,0 тыс. т пищевого инулина, в первую очередь, для детского питания, который изготовляется в странах Европы из генно-модифицированного цикория. Потребность РФ в инулине составляет до 20 тыс. т в год. Для импортозамещения этого количества в севооборот вовлекаются дополнительно 36 тыс. га сельхозугодий и производится побочный продукт в виде гранулированных кормов высокого качества в объеме 120 тыс. т/г. Строительство 12 заводов по производству инулина потребует инвестиции в размере 750 млн долл. США с окупаемостью их в течение 2,6 г.
Строительство заводов по производству напитков с инулином на основе отечественных рецептур для диетического питания позволит снизить закупки инсулина, повысить качество питания, здоровья всего населения. Данное мероприятие может вовлечь все неиспользуемые в России сельхозугодья на террито-
рии Нечерноземной зоны и Дальнего Востока.
Коммерческие предприятия Российской Федерации, участвующие в программе, в полной мере поддерживают настоящие цели и задачи. На внебюджетные средства сегодня создаются производственные кластеры с перерабатывающими производствами в целях получения пищевого и медицинского инулина, сиропов из топинамбура, кормов для животных.
Народнохозяйственную ценность проекта невозможно переоценить. Проект может быть реализован
в любом сельскохозяйственном регионе, в том числе в Крыму на слабосоленых территориях. Для этого необходимы инвестиции в 134,8 млн долл. США при сроке окупаемости 3,5 г.
Таким образом, комплексная реализация инноваций по созданию нового направления развития экономики России позволит убыточный сельскохозяйственный сектор экономики перевести в рентабельный, тем самым способствовуя развитию агропромышленных производств, организации рабочих мест, окажет положительное воздействие на эко-
номику, как отдельных регионов России, так и Союзного государства, и соответственно будет фактором повышения устойчивого развития аграрного сектора экономики.
ЛИТЕРАТУРА
1. Картофель и топинамбур - продукты будущего/ под ред. В. И. Старовойтова. - М.: Информагротех, 2007.
2. Старовойтов, В. И. Топинамбур -культура многоцелевого использования/ В. И. Старовойтов, П. С. Звягинцев, Ю. Т. Лазунин // Пищевая промышленность. - 2013. - № 4. - С. 22-25.
Топинамбур - уникальное растительное сырье Ключевые слова
биологически активные вещества; биотопливо; инновационное развитие; инулин; клубни; пектин; топинамбур; функциональное питание
Реферат
В статье рассматривается перспективное направление инновационного развития производства топинамбура и приводится экономическое обоснование. Для выполнения поставленных задач в аграрном и перерабатывающем секторах экономики разработана, утверждена и в настоящее время выполняется программа «Инновационное развитие производства картофеля и топинамбура» на период 2013-2016 гг.». В рамках реализации указанной программы проводится работа по вопросам ресурсосбережения и повышения конкурентоспособности в производстве отечественного топинамбура и выработки из него инулина, спирта, крахмала, биологически активных пищевых добавок, продуктов для оздоровительного питания населения, сухих гранулированных кормов, а также других видов продукции. Приводятся этапы выполнения данной программы. По результатам работы авторами сделаны следующие выводы. При создании агропромышленных комплексов в местах возделывания топинамбура решается сразу несколько основных задач: организуются высокорентабельные производства пищевого, фармацевтического, технического направлений, из огромного количества отходов производства и многолетних трав изготавливаются корма - основа эффективного животноводства и собственного производства продуктов питания мясомолочного направления. Такой подход к организации использования земельных и трудовых ресурсов создаст условия гарантированного рентабельного производства. Внедрение инновационных проектов на основе научных разработок программы Союзного государства открывает пути для создания эффективной экономики аграрного сектора, высокоэффективной кормовой базы животноводства, выпуска новых диетических продуктов. Все это внесет практический вклад в решение задач импортозамеще-ния, продовольственной безопасности и оздоровления нации.
Jerusalem Artichoke - a Unique Plant Material Key words
the Jerusalem artichoke; innovative development; tubers; biologically active substances; inulin; pectin; biofuels; functional food
Abstracts
The article discusses a promising direction of innovative development of production of potato and Jerusalem artichoke, provides economic justification.For performing such tasks in the agricultural and processing sector of the Russian economy developed, approved and is currently running a joint programme «Innovative development of production of potato and Jerusalem artichoke» for the period 2013-2016 G. In the framework of this program, work is underway to energy conservation and increase of competitiveness in the domestic production of seed potato, and Jerusalem artichoke production from inulin, alcohol, starch, dietary supplements, products for Wellness nutrition, dry pelleted feeds, and other products. Provides the steps to complete this program. According to the results, made the following conclusions. Creating agro-industrial complexes in the field of cultivation of potato and Jerusalem artichoke, we have to solve several major tasks: organize highly profitable production of food, pharmaceutical and technical fields, as well as from the huge amount of waste production and perennial grasses are manufactured feed, the basis of animal and own food production meat and dairy. This approach to the organization of land and labor resources will create conditions for guaranteed cost-effective production. Implementation of innovative projects based on the scientific development of the Union state program open the way to a strong economy of the agricultural sector in Russia and develop highly effective fodder supplies, the new diet products that will make a practical contribution to solving problems of import substitution, food security, and improvement of the nation.
Авторы
Старовойтов Виктор Иванович, д-р техн. наук, профессор, Старовойтова Оксана Анатольевна, канд. с.-х. наук ВНИИ картофельного хозяйства имени А. Г. Лорха, 140051, Московская обл., пос. Красково, ул. Лорха, д. 23, [email protected] Звягинцев Петр Семенович, канд. экон. наук Институт экономики РАН, 127591, Москва, Нахимовский проспект, д. 32, [email protected] Мандрыка Евгений Александрович, канд. техн. наук, Научно-промышленная фирма «Лионик», Москва, ул. Енисейская, д. 3, кор. 4, кютк [email protected] Лазунин Юрий Тихонович, Москва, [email protected]
Authors
Starovoytov Viktor Ivanovich, Doctor of Technical Science, Professor, Starovoytova Oksana Anatolyevna, Candidate of Agricultural Science Potato Research Institute named after A.G. Lorkh, 23, Lorkh St., Kraskovo, Moscow Region, 140051, [email protected] Zvyagintsev Petr Semenovich, Candidate of Economical Science Institute of Economics, Russian Academy of Sciences, 32, Nakhimovsky Prospekt, Moscow, 127591, [email protected]
Mandryka Evgeny Alexandrovich, Candidate of Technical Science Scientific Industrial Firm "Lionik", 3, bldg. 4, Eniseyskaya St., Moscow, kionik [email protected] Lazunin Yuriy Tikhonovich Moscow, [email protected]
