Бурякове насіння та технологія його виробництва (частина 1)

Пʼятниця, 22 липня 2022 11:45

Цукор займає дуже важливе місце в харчуванні людини, оскільки він є хорошим джерелом енергії. Незважаючи на те, що цукор можна виробляти з різних культур, світове виробництво цукру включає цукрову тростину та цукрові буряки, які є двома основними видами цукроносної сировини. Цукровий буряк вирощують у країнах північної півкулі, тому що йому потрібен прохолодний клімат і помірні опади. Цукор, отриманий з буряка або тростини, називається цукром на основі сахарози або білим цукром. Приблизно 79% цукру на основі сахарози, що виробляються у світі, отримують з цукрової тростини і 21% — із цукрових буряків (Рис. 1). Країни, які виробляють найбільше цукру з тростини, це — Бразилія, Індія та Таїланд. Найбільше цукру з цукрових буряків виробляють країни ЄС, Росія, США, Туреччина та Україна.

За матеріалами статті на тему «Насіння цукрових буряків та його обробка» («Sugar beet seed and seed processing»), Scholars' Press, лютий 2022 р.

Рис. 1. Обсяги світового виробництва бурякового та тростинного цукру

Вартість цукру, отриманого з тростини, на 40-60% нижча бурякового цукру через потенціал трьох врожаїв на рік і низьку вартість переробки тростини, вирощуваної в тропічних і субтропічних регіонах. Світова ціна на цукор визначається недорогим тростинним цукром, який становить приблизно 80% виробленого цукру і домінує в торгівлі. Цукрова тростина — багаторічна рослина, що росте цілий рік у тропіках та влітку в напівтропічних регіонах.

Цукровий буряк — дворічна рослина, корінь якої використовується для виробництва цукру. У перший рік цукровий буряк розвивається вегетативно та утворює коренеплід, у другий рік він проходить через фазу верналізації і розвивається генетично, тобто дає квіти та насіння. Отримане насіння використовується для посіву цукрових буряків фермерами, які постачають вирощену сировину на цукрові заводи.

Залежно від клімату, умов вирощування та сорту цукровий буряк містить 20-26% сухої речовини в корені та 11-19% сухої речовини у листі.

Існує багато факторів, які впливають на врожайність і якість цукрових буряків, такі як сівозміна, сорт, внесення добрив, обробіток ґрунту, спосіб посіву, боротьба з бур’янами, зрошення, боротьба з хворобами та шкідниками, збирання та зберігання. При правильному плануванні ці фактори піддаються контролю і забезпечують високу врожайність і якість культури. Ґрунтово-кліматичні умови, з іншого боку, є факторами, які мають значний вплив на врожайність і якість буряків, і фермер не може контролювати їх, але їх також необхідно враховувати під час вирощування.

Рис. 2. Фактори, що впливають на врожайність та якість цукрових буряків

Цукровий буряк – рослина, яка потребує багато світла і тепла, а в період росту (1 квітня - 1 жовтня) йому потрібна загальна температура 2500-2900°С. Повідомляється, що для виконання цієї умови необхідно 170-200 днів. Вегетація цукрових буряків починається навесні при безперервному підвищенні температури ґрунту вище 5°С на глибині 0-5 см, а закінчується восени зниженням добової температури повітря в середньому до 5°С. Тривалий вегетаційний період має значний вплив на досягнення високої врожайності та якісного потенціалу цукрових буряків. З цієї причини посів слід проводити якомога раніше, коли ґрунтово-кліматичні умови стають сприятливими для проведення посівної. При вирощуванні цукрових буряків сівба після 10 квітня та пізнє проростання можуть призвести до втрат понад 4 т/га врожайності на тиждень (BBRO, 2019). Крім того, затримка посівної з метою захисту рослин від пізніх весняних заморозків створює значні втрати з точки зору врожайності та якості (FAO, 2020). Рівномірне польове сходження цукрових буряків отримують з насіннєвого ложа, розпушеного лише на глибину посіву насіння, відстань до поверхні ґрунту незначна, а водно-повітряний і температурний фон задовільні.

Сорт

Висока врожайність і якість цукрових буряків залежать від вибору сортів, найбільш підходящих для ґрунтово-кліматичних умов регіону, з метою отримання високих прибутків, забезпечення потреб заводів у сировині та економічного вигідного виробництва цукру. Райони вирощування цукрових буряків мають різний клімат і структуру ґрунту. Важливим питанням селекції є хвороби, поширені в регіонах вирощування цукрових буряків. При виборі сорту слід враховувати наступні особливості:

придатність до вирощування в кліматі та структурі ґрунту регіону, де він висаджується;
стійкість до хвороб і шкідників;
висока урожайність та вихід цукру;
висока схожість у польових умовах;
здоровий, надійний та не дорогий сорт.

Якість насіння

Якість насіння є важливим фактором високої врожайності та якісного виробництва. Насіння, яке є чистим за сортом, має високу схожість, а хвороби та інші мікроорганізми відсутні, насіння, яке має відповідну вологість і масу, визначається як «якісне насіння».

Використання якісного насіння максимізує прибуток за рахунок зниження собівартості виробництва, збільшення урожайності та якості, а також допомагає забезпечити безпеку харчових продуктів на національній основі. Завдяки використанню якісного насіння витрати на підживлення та зрошення також зменшуються. Тому це забезпечує хорошу схожість насіння, швидкі сходи та їх активний ріст. З іншого боку, насіння, яке не може забезпечити потрібний рівень якості, погано проростає, відповідно потребує повторного посіву, а отже врожайність та рентабельність виробництва зменшуються.

Крім генетичних характеристик, таких як розмір насіння та об’ємна маса, фізичні та екологічні характеристики, такі як умови вирощування, фізичні пошкодження під час виробництва або зберігання, вологість і температура при зберіганні та зрілість насіння, є важливими факторами підвищення якості насіння. Поняття якості в насінні складається з чотирьох компонентів: генетичної, фізичної, фізіологічної та патологічної якості. Генетична якість — це характеристики насіння, які передаються з покоління в покоління. Фізична якість відноситься до точного розміру і високої чистоти насіння, відповідного зовнішнього вигляду та характеристик кольору, низького вмісту вологи та пошкоджень шкідниками. Фізіологічна якість, що виражає проростаючу здатність насіння, визначає його життєздатність і здатність до сходження та проростання. Патологічна якість також відноситься до таких ознак, як наявність або відсутність хвороб, які заважають рослині рости та розвиватися здоровою.

Насіння цукрових буряків

Метою сільськогосподарського виробництва є отримання з одиниці площі продукту найвищої якості. Першою умовою для досягнення цього є використання сортів із високим потенціалом урожайності та якісного насіння для виробництва цих сортів. Незважаючи на те, що, навіть, якщо висаджений сорт має високий урожайний і якісний потенціал із точки зору генетичної структури, коли виробництво насіння не проводиться з дотриманням технології, може спостерігатися неминуче зниження врожайності на 5-10%.

Рис. 3. Розвиток насіння цукрових буряків та насіннєвих гілок

Незважаючи на те, що буряк змінюється відповідно до екологічних умов і регіонів, на другий рік свого розвитку він дає стебло, випускаючи один або кілька пагонів на своїй голівці в червні та липні. Стебла буряка мають довжину 1-2 м (Рис. 3). Стебла пухкої текстури, злегка кутасті і частково порожнисті. Товщина стебла 1-2 см. На стеблі утворюються гілки, які часто бувають досить густими. У перший період дозрівання щільність листя вища на стеблі, більше розгалуження гілок спостерігається на етапах цвітіння, формування плодів і зав’язування насіння.

Більшість компонентів сорту цукрових буряків відцвітає протягом 3-4 тижнів. Як правило, великі сіянці починають цвісти раніше, ніж дрібні, а оптимальні умови цвітіння характеризуються середньою температурою 15-20°C і максимумом в 35°C (Рис. 4). Після відцвітання квіток буряка утворюється насіння. Насінні кульки називаються глумеролом. Насіння полізародка отримують з багатозародкових насіннєвих кульок, а насіння монозародків отримують з однозародкових насіннєвих кульок. Насіння буряка має тверду оболонку коричневого кольору.

Рис. 4. Вплив розмірів саджанця на початок цвітіння

Виведені материнські лінії насіння, які будуть використовуватися у виробництві, висаджують у полі для отримання саджанців. Отримані сіянці висаджують на полях, де буде здійснюватися виробництво насіння, як 6-8 жіночих рядків і 2 чоловічих рядків (Рис. 5). Після процесів стеблювання та висіву насіння в період дозрівання насіння збирають, просушують деякий час і відправляють в установку попереднього очищення, де відокремлюються сторонні речовини, змішані з насінням. Для оптимальних умов вологість попередньо очищеного бурякового насіння має бути не нижче 12%. Маса тисячі зерен необробленого генетичного монозародкового насіння цукрових буряків коливається в межах 10-14 г.

Насінництво цукрових буряків здійснюється двома способами. Це прямий і непрямий способи виробництва насіння. При прямому способі виробництва основне насіння висівають безпосередньо на насінницькому полі. Метод прямого насіннєвого виробництва реалізовується двома способами за строками сівби. Перший час посіву — навесні у квітні. Перед збиранням буряки залишають у полі для яровизації, а насіння збирається наступного року після перезимівлі рослин. Другий варіант — посіяні в серпні буряки залишаються в полі для яровизації без збирання, а насіння забирають після яровизації. У цьому методі температура місця, де вирощується насіння, повинна бути достатньо низькою, щоб рослини піддавалися впливу холоду, і достатньо високою, щоб при цьому не завдавати шкоди рослинам.

Рис. 6. Схема виробництва насіння прямим і непрямим методами

При прямому способі рослини залишаються на одному полі протягом усієї зими для вегетації в перший рік і виробництва насіння в другий рік. При прямому виробництві слід планувати велику кількість висіву на рівні 600 тис. насінин на гектар, враховуючи рослини, які можуть загинути або ослабнути внаслідок заморозків або хвороб. Оскільки при цьому методі виключаються витрати на збирання і посадку саджанців, він менш трудомісткий, у порівнянні зі звичайним методом. Рекомендується, щоб період від моменту попереднього виробництва насіння буряків на одному полі складав не менше 10 років, щоб бур’ян не розвивався між рядками і не перешкоджав виробництву.

При непрямому методі спочатку отримують саджанці, а потім або їх висаджують безпосередньо на насіннєве поле або зберігають у силосі та висаджують навесні, залежно від кліматичних умов. Інший спосіб — висаджувати саджанці в кінці літа і пересаджувати сіянці, які зимують у полі, безпосередньо на насіннєве поле. Саджанці, як правило, висаджують навесні, а восени пересаджують на поле для отримання насіння. Виробництво насіння непрямим методом здійснюється в два етапи: вирощування саджанців у перший рік і насінництво в другий рік (Рис. 6). Рослини, чиє насіння дозріло, зрізаються вручну або, зазвичай, машинним способом і сушаться в кінці липня або серпні, а потім обмолочують. Крім того, операції по збиранню та обмолоту також можна проводити за допомогою зернозбирального комбайна.

Виробництво саджанців

Вимоги до клімату та ґрунту

Рекомендовані кліматичні умови для вирощування саджанців такі ж, як і при звичайному вирощуванні цукрових буряків. Найбільш придатними для виробництва саджанців є піщано-глинисті, суглинкові ґрунти. Саджанці слід вирощувати в полі як основну культуру. Суглинні супіщані, суглинкові ґрунти більше підходять в умовах машинного збирання. Важкі ґрунти не підходять, оскільки викликають роздвоєння саджаців, а легкі піщані ґрунти викликають слабкі саджанці.

У польовій селекції слід подбати про те, щоб не забруднювати саджанці хворобами, які можуть поширюватися, особливо, через минулі агротехнічні прийоми. У цьому плані доцільно було б вибирати поля, на яких будуть рости саджанці, далекі від вирощування інших бета-видів. При необхідності вирощування саджанців у бурякових зонах таке поле повинне знаходитися на відстані не менше 500 м від бурякових полів. Слід віддавати перевагу географічним районам над рівнем моря, де малі популяції попелиць. Крім того, поля, де будуть вирощуватися саджанці, не повинні бути забруднені нематодами та ризоманією. Щоб гарантувати чистоту сортів цукрових буряків, саджанці слід вирощувати на полях, де коренеплоди та насіння цукрових буряків не вирощувалися протягом останніх 10 років.

Посівна

Підготовка ґрунту для саджанців цукрових буряків така ж, як і при звичайному вирощуванні цукрових буряків. Якщо регіон має структуру важкого ґрунту, то восени його можна орати на глибині 25-30 см. Його готують до посіву без втрати води поверхневим обробітком навесні. Підготовку поля та посів можна проводити разом навесні без осінньої обробки на ділянках із середніми або слабкоутримувальними ґрунтами. Посів проводять механічними або пневматичними сівалками точного висіву (Рис. 7). Значний вплив на розвиток саджанців має термін посіву. Загалом пізній посів знижує середню масу саджанців. Тому оптимальні терміни посіву слід визначати для кожної ділянки окремо. Строки посіву не тільки забезпечують достатній розвиток саджанців, але й сприяють зниженню ризику грибкових захворювань на листках.

Обробка насіння

Фізіологічна якість насіння в насінництві визначається умовами вирощування, особливо в період цвітіння та дозрівання. Фізіологічна якість однозародкового насіння не може бути покращена лише шляхом його обробки. Тому при обробці насіння важливо оптимально розділити або вибрати фракції з найкращою якістю. Щоб забезпечити високу якість насіння, під час обробки необхідно постійно перевіряти партії насіння.

Успішного виробництва цукрових буряків можна досягти за допомогою використання високоякісного насіння. Саме фізична чистота первинного насіння визначає його якість. Одним із критеріїв, що використовуються при оцінці насіння, є відокремлення та очищення насіння від інших продуктів та матеріалів за допомогою аналізу чистоти насіння. Отримання якісного насіння, маркування, реєстрація та страхування отриманого матеріалу є одним зі шляхів отримання високої врожайності та якісної продукції, необхідної для пригнічення розвитку бур’янів.

Партія насіння визначається як структура насіння, отриманого з певного регіону, джерело якого можна ідентифікувати і яке має прийнятну однорідну якість. Насіння зазвичай має високий вміст вологи під час збирання. У ньому містяться домішки (стебла, солома), інші інертні матеріали, насіння бур’янів, зіпсоване та пошкоджене насіння, безрозмірне насіння тощо. Обробка та сортування насіння необхідні для його висихання до бажаного рівня вологості, зменшення наявності небажаних домішок, насіння бур’янів та інших культур, зіпсованого або пошкодженого насіння, а також покращення якості насіння. Обробка насіння включає такі етапи, як сушіння, очищення, попередню обробку, калібрування, фасування тощо для отримання чистого високоякісного насіння.

Рис. 10. Необроблене сире насіння цукрових буряків (зображення зліва) та оброблене насіння (праворуч)

Таблиця 1. Зміна калібрування на етапах обробки сорту цукрових буряків Койот

*B: непокрите насіння, D: непокрите насіння, готове до покриття, E: міні-дражоване насіння, **TSM: тисяча насіннєвої маси.

Джутові мішки довговічні, придатні для багаторазового використання та підходять для щільного укладання, оскільки відсутня проблема з ковзанням. Мають низький захист від вологи та шкідників.
Бавовняні мішки також багаторазові, але не такі міцні та довговічні, як джутові. Мають низький захист від вологи та шкідників.
Пластикові пакети довговічні, але мають проблеми з ковзанням під час укладання, і їх важко повторно запечатати після відкриття. Мають низький захист від вологи та шкідників.
Паперові пакети підходять для пакування великої кількості насіння. Їх вартість підходить для зберігання невеликих партій насіння, але довговічність обмежена. Проблеми їх пошкодження при складанні, падінні або повторному використанні. Мають низький захист від вологи.
Картонні коробки та жерстяні банки можна багаторазово використовувати та штабелювати. Вони забезпечують хороший захист від шкідників, але коштують дорого.
Якщо насіння достатньо просушене, можна використовувати поліетиленові пакети з замком-слайдером. Незважаючи на те, що вони більш ефективні проти вологи, ніж паперові пакети, але їх недостатньо і вони дорогі.

Герметичні металеві та скляні контейнери є найбільш підходящими для довготривалого зберігання. Те, що контейнери мають гумове ущільнення, ефективно захищає насіння від вологи, комах, гризунів та механічних пошкоджень. Для стійкості насіння необхідно уникати пластикових матеріалів при тривалому зберіганні (Рис. 12).

Рис. 13. Потік насіння через очисник з пласким екраном

Рис. 14. Насіння цукрових буряків з одним, подвійним і потрійним зародком

Рис. 15. Вигляд насіння цукрових буряків до шліфування (зображення зліва), після шліфування (праворуч)