Значення вирощування цукрових буряків

Основною метою вирощування цукрових буряків є отримання максимального виходу цукру в існуючих ґрунтово-кліматичних умовах. Це можна досягти лише тоді, коли високий рівень урожайності одночасно супроводжується високою якістю коренів. Це, по суті, хімічний склад коріння, який визначає процеси виходу та кристалізації цукру, накопиченого в коренеплоді. Взагалі, коренеплід цукрового буряка складається з 23-24% сухої речовини, з яких 75% цукрози, 20% нерозчинних сполук клітинної стінки (так звані вижимки) і 5% розчинних компонентів без цукру. До останньої групи входять білки, ферменти, наприклад, інвертази, амінокислоти, аміни, в т.ч. бетаїн, сапоніни, органічні кислоти, а також мінеральні солі. Важливе значення має якість кореня, тому що це основний параметр, який враховують цукрові заводи у виборі гарної цукросировини. Найбільш поширеним показником вимірювання є вміст біологічних цукрів – так звана поляризація. Цей показник дозволяє розрахувати вихід біологічного цукру. Проте, на сьогодні інформації про вміст біологічного цукру недостатньо. Обсяги виробництва цукру залежать від цілої низки властивостей коренеплоду, визначення яких дозволяє підрахувати потенційний вихід білого цукру з одного гектара, відомого також як цукристість (WSY). Оскільки процес вилучення цукру з коренів не є ефективним на всі 100%, вихід біологічного цукру вищий, ніж вихід білого цукру.

Параметри оцінки якості буряків

Якісні характеристики коренеплодів цукрових буряків діляться на дві основні групи: зовнішня та внутрішня  – хімічна. Перша з них стосується морфологічних параметрів коренеплоду, частки мінеральних домішок та збудників хвороб. Друга складається з набору характеристик, таких як концентрація цукрози та численних нецукроз, які називаються мелазогенними сполуками. Загалом, концентрація α-аміну N (AmN), K  та Na, а також інші параметри визначаються на заводі за стандартною процедурою. Вибір параметрів залежить від компанії/заводу та країни. Негативні наслідки нецукрів під час переробки мають декілька ефектів. Найважливішим є те, що нецукрові речовини збільшують вміст цукру в мелясі, оскільки вони підвищують розчинність цукрози і тим самим зменшують кристалізацію. Варто також відзначити, що чим більша концентрація мелясогенних сполук, тим нижчий потенційний вміст біологічного цукру.

Перш за все, це випливає з виконання однакових фізіологічних функцій у клітинах (наприклад, регуляції осмотичного тиску), по-друге, це може означати, що коріння не були достатньо зрілими для збору врожаю. Поряд із розвитком листя та кореня, рівень мелясогенних сполук зменшується. Незважаючи на це, чим вища доза азоту, тим більша втрата патоки та менший технологічний вміст цукру в коренях (Графік 1).

Визначений вміст цукрози та нецукрів є основою для розрахунку синтетичних показників як критеріїв оцінки якості цукрових буряків (Таблиця 1). Найбільш часто використовуваними показниками є стандартна втрата цукрової патоки, швидкість вилучення цукру, а також вихід білого цукру (WSY).

Офіційні формули (в Німеччині та деяких польських цукрових заводах) для підрахування втрат цукру в мелясі та виходу білого цукру:

1) SML = 0.12 (K + Na) + 0.24 α-N + 0. 48

2) WSC = SC – SML – SFL

3) WSY = (BY x WSC)/100

де SML — стандартна втрата патоки (%), K + Na — сума концентрації калію та натрію в корені (mM 100 г — 1 маса свіжої продукції), α-N концентрація α-аміно-N в буряку (mM 100 г —1 маса свіжої продукції), SC — концентрація цукрози (% на масу свіжих буряків), SFL — стандартна виробнича втрата (0,6%), BY — врожайність буряка (т/га — 1), WSY — вихід білого цукру (т/га — 1).

Значення а-аміно N

Розчинні азотні сполуки, які не можна вивести під час очищення соку, негативно впливають на вихід цукру, викликають втрати лужності у соках і тим самим зменшують їх термостійкість, збільшують втрати патоки та зменшують якість білого цукру через формування кольору меланоідіями. Загальний розчинний азот у густому соці називається «шкідливим N».

Було виявлено помітне співвідношення між шкідливим N у густому соку та загальною розчинністю азоту в буряковому жомі. Найважливішими компонентами загального розчинного азоту є аміно-азот (40%), бетаїн (40%), нітрат та невизначений залишковий азот. Однак, у стандартній методиці розрахунку втрат цукрової меляси визначається концентрація α-аміно-N. Аміно азот взято як представника для всіх розчинних азотних сполук, іншими словами, співвідношення між аміно N та загальним розчинним N. Як показує переважна більшість досліджень, вміст аміно N часто є другим показником контролю якості цукрових буряків безпосередньо після вмісту біологічного цукру (поляризації) та визначення виходу білого цукру (WSY). Крім того, концентрація аміно N у коренях вказує на технічну незрілість коренеплоду. Існує негативне співвідношення між концентрацією цукрози та аміно N у коренеплоді (Графік 2).

Генотип та вплив навколишнього середовища

Концентрація аміно N, у цілому, визначається його генотипом. Завдяки вимогам цукрової промисловості щодо забезпечення високих технологічних властивостей цукрових буряків, нові сорти мають нижчі концентрації K, Na та AmN, оскільки ці параметри якості були враховані в селекції цукрових буряків. Однак, концентрація К і Na була зменшена більше, ніж аміно N. За результатами досліджень, аміно N, незважаючи на сильний генетичний фон, дуже чутливий до впливу навколишнього середовища. Склад загального розчинного азоту більш чутливий до впливу навколишнього середовища, ніж генотипу, внаслідок чого аміно N був єдиним компонентом, який зазнав значних змін. Збільшення концентрації аміно N в основному було зумовлено збільшенням глутаміну, тоді як інші амінокислоти практично не змінилися.

Відносно навколишнього середовища, а також для генотипів, низький аміно N був компенсований вищим бетаїном і навпаки. Одним із факторів впливу навколишнього середовища на хімічний склад кореня є дефіцит води в період вегетації. Посуха збільшує концентрацію осмотично-активних речовин, таких як калій, натрій та інвертні цукри, а також, що більш важливо, компонентів розчинного азоту, таких як амінокислоти та бетаїн, який є важливим осмопротектором. Якість коренеплоду також погіршується через ряд захворювань, таких як Rhizoctonia solani, та нестандартні умови зберігання зібраного врожаю. Через втрату цукру та зміни метаболізму рослини, концентрація нецукрів зростає, включаючи аміно N.

Вплив внесення добрив

Азот є найважливішою поживною речовиною, яка впливає на врожайність цукрових буряків. У той же час, чим вищий рівень азоту, тим менший вміст біологічного цукру. Разом з тим, однак, можна спостерігати збільшення сполук азоту, а також катіонів Na і K. Застосування N більше норми не тільки знижує якість коренеплоду, але також і концентрацію сухої речовини, що, як наслідок, призводить до значного зниження цукристості (Графік 3).

Це чітко показує, що, незалежно від місця розташування або різноманіття посівної ділянки, рівень азоту збільшує вміст аміно N. Відмінності стосуються переважно впливу азоту. Оскільки взаємодія між різновидом та внесеним N не відбувається, різновиди з високою концентрацією аміно N або бетаїну мають відносно більшу концентрацію, незалежно від наявного азоту та умов середовища. Прямий результат підвищення аміно N – це вищі втрати цукру в мелясі (SML). На Графіку 3, наприклад, показано, що втрати цукру після внесення великих доз N збільшилися на 0,2-0,3%.

Важливість інших поживних речовин, переважно калію та фосфору, обмежується контролем обміну N. AmN зменшується протягом дозрівання зібраного врожаю. Цей процес починається тоді, коли коренеплоди набирають максимального темпу дозрівання. AmN в корені містить запас N, який використовується рослиною для росту коренеплоду.

Якщо запаси N не використовуються для росту клітин, вони, у свою чергу, обмежують накопичення цукру. Позитивний вплив фосфору на якість цукрових буряків проявляється у два етапи: на початку періоду вегетації  – стимулюючи рослину розвиватися, а наприкінці вегетаційного періоду – стимулюючи досягання нею повної зрілості. У результаті, внесення P і K знижує концентрацію аміно N (Графік 4).

Калій, у свою чергу, допомагає рослинам вилучати N із ґрунту та стимулює швидкість росту листової поверхні на початку літа (більша поверхня листя — більший біосинтез карбогідратів). Дефіцит калію та висока концентрація N у ґрунті покращує накопичення розчинного азоту та гальмує його надходження в листя. Надлишок калію у ґрунті також може погіршити якість сировини через збільшення поглинання N та, відповідно, його вмісту в коренях. Це може викликати невідповідність співвідношення іонів, наприклад, K+Na/Ca+Mg. Це співвідношення показує, що позитивний вплив добрив на якість коренів та вміст аміно N випливає з добре збалансованого внесення добрив. Доказ цієї гіпотези підтверджується результатами дослідження, представленими на Графіку 5.

Як висновок, необхідно відзначити, що, незважаючи на низький ступінь впливу на ґрунт та кліматичні умови, відповідна сільськогосподарська практика, особливо раціональне внесення азоту, можуть звести до мінімуму ризик надмірної концентрації α-аміно N у цукрових буряках. При цьому потрібно враховувати запаси мінерального азоту в ґрунті, оптимальний його рівень та потенціал виділення азоту під час вегетації.