Для виробництва біоетанолу

Природні паливні ресурси та інші джерела енергії швидко виснажуються, тому увага вчених зосереджена на пошуку альтернативних джерел енергії. Цукровий буряк через його високу врожайність, вміст цукру та короткий вегетаційний період може виявитися хорошим джерелом для виробництва спирту.

У далекому 1987 році вчені довели, що вміст етанолу в цукрових буряках відносно вищий, ніж у кормових буряках. Вони виявили, що 4,83% виробництва етанолу можна отримати з різних сортів кормових буряків. Етанолу, отриманого з пшениці, було 2 688 л/га, тоді як із цукрових буряках – 5 250 л/га, що свідчить про високий потенціал цієї культури.

У 2007 році було показано, що 1 кг цукрових буряків дає 0,126 л етанолу в умовах Індії. Урожайність буряків та вміст цукру є факторами, за якими визначається вміст етанолу. У 2008 році вчені проілюстрували важливість цих двох факторів і показали, що сорти з високою урожайністю і вмістом цукру мають більший вихід етанолу.

У 2011 році в Індії визначався вміст етанолу в різних сортах цукрових буряків, у той час як кілька місцевих сортів також показали хороший вихід цукру та етанолу (Таблиці 5 і 6). У 2009 році проводилося порівняння виробництва етанолу з цукрових буряків з іншими культурами (Таблиця 7).

Для виробництва кормів

Вологий та сушений жом, побічний продукт переробки буряків, є хорошою добавкою до кормів для великої рогатої худоби під час лактації, так як він збільшує надої молока на 6-10%. Висушений буряковий жом містить 79 г перетравного сирого протеїну на 1 кг^-1 сухої маси (DM) з вивільненням 12,5 МДж енергії. Цей продукт є багатим джерелом поживних речовин, у порівнянні з раціоном, що складається з трави або сіна. Високий вміст сирої клітковини у буряковому жомі може використовуватися як корм для жуйних тварин завдяки своїй здатності покращувати роботу травної системи, а також сприятливому впливу на молочні жири.

Силос – це ще одна речовина, отримана з буряків під час їх ферментації в контрольованому середовищі. Завдяки 80-85% вологості буряковий жом можна використовувати як силосний корм для тварин, зокрема худоби. Багатий вміст люцерни робить буряковий жом дуже поживним і цінним кормом. Крім того, барда, отримана з цієї культури, також корисна як корм для жуйних тварин, свиней і птиці. У 2014 році вчені повідомили, що виробництво глутамату натрію передбачає використання цукру та меляси з буряків.

Листя цукрових буряків — калорійний корм із стимулятором росту для худоби. Попередні дослідження показали, що велика рогата худоба ефективно відгодовується на пайках із бурякового листя з невеликим вмістом зерна або без нього. Загалом листя буряка порівнюють з люцерно-злаковою сумішшю; крфм того квітуче бадилля буряка може замінити траву та зерно.

Як добрива

Під час переробки цукрових буряків отримують барду — побічний продукт, який можна використовувати як добрива для стимуляції росту рослин. Високий вміст калію та інших поживних речовин, таких як N і P, робить її хорошим добривом. Бурякова барда також містить незначну кількість мікроелементів, таких як марганець, залізо та бор.

Цей побічний продукт діє як вихідна речовина для виробництва сульфату калію, органічного добрива, що містить невелику кількість хлору та велику кількість сірки. Іншим побічним продуктом, отриманим на стадії очищення бурякового соку, є вапно, яке діє як хороша допоміжна речовина для ґрунтів та використовується у сільськогосподарських цілях.

Для вирощування з іншими культурами

Цукровий буряк має хороший потенціал проміжної культури в сівозміні, так як його вирощування допомагає зменшити зараження полів шкідниками та бур’янами. Вирощування цукрових буряків із бобовими та зерновими культурами є ефективним способом контролю розвитку бур’янів через зменшення доступності сонячного випромінювання для їх росту. Вирощування цукрових буряків із соняшником забезпечує хороший контроль за частотою випадків виявлення комах-шкідників разом із позитивною реакцією на користь стану ґрунту та покращення його якості. Цукровий буряк забезпечує високу валову віддачу виробникам. Вирощування цукрової тростини з цукровим буряком дає більший дохід, ніж, коли вони вирощуються окремо, зі збалансованим споживанням NPK (250 кг/га^-1 на кожну).

У далекому 1996 році вчені виявили важливість вирощування цукрових буряків разом із гірчицею для стійкості до нематоди разом із високою прибутковістю. Вирощування цукрових буряків з іншими культурами є прибутковою сільськогосподарською діяльністю, що передбачає вдвічі більшу вигоду з одного поля. Дослідження показали, що вирощування цукрових буряків із кількома іншими культурами допомагає отримати високу врожайність та прибуток, які неможливо отримати, якщо вирощувати лише буряки. У 2000 році було показано, що поєднання культур допомагає зменшити ущільнення ґрунту. Під час вирощування цукрових буряків із часником або цибулею було зареєстровано збільшення їх врожайності. Поєднання цукрових буряків з олійними культурами та вівсом давало високі прибутки, в порівнянні з вирощуванням цукрових буряків з іншими культурами, зокрема з пшеницею.

На засолених болотистих ґрунтах

Цукровий буряк добре відомий своєю здатністю добре пристосовуватися до засолених ґрунтів, тобто до таких умов, у яких інші культури не можуть існувати. Він стійкий до засолення на пізніх стадіях росту.

У 2017 році вчені довели, що стрес, викликаний засоленням, має більший вплив на фазу росту рослини, а не на фазу її проростання. У 1977 році повідомлялося про те, що рівень стійкості цукрових буряків до засолення становить 7,0 дСм^-1. Було виявлено, що стійкість до стресу, викликаного засоленням, у цукрових буряків, Beta vulgaris ssp. martima і Beta vulgaris ssp. vulgaris, залежить від регуляції осмотичного потенціалу, іонів або від поглинання води.

Повідомлялося про життєздатність цукрових буряків в умовах стресу, викликаного засоленням, на довгостроковій основі завдяки зниженню провідності продихів та інтенсивності транспірації, а також збільшенню швидкості фотосинтезу. У 2012 році вчені виявили, що в умовах стресу, викликаного засоленням, у цукрових буряків, стійких до таких умов, спостерігався підвищений вміст натрію та знижений вміст калію.

У регіонах Сундарбанс, Західна Бенгалія, Індія, сорти цукрових буряків Pant S-1, Pant S-10, IISR Comp-1, IISR-2 і Mezzanpoly виявилися придатними для засолених і лужних ґрунтів. У 1952 році вчені виявили ефективність вирощування цукрових буряків на лужних, засолених і солонцювато-солончакуватих ґрунтах (Таблиця 9). В агрокліматичних умовах Індії кілька екзотичних сортів та зародкова плазма (Таблиця 10) перевірялися на засолення і стійкість до лужності (1991-92; 1993-94 МР). Дослідження 1991-92 МР показало, що місцеві сорти цукрових буряків показали кращі результати в районах Шрі Ганганагару із засоленими ґрунтами (Таблиця 11).

Як джерело вітаміну С

Було виявлено, що сухий буряковий жом містить близько 30% галактуронової кислоти у вигляді пектинових речовин. Ця кислота є основою для синтезу вітаміну С. Одна тонна сухого бурякового жому дає 25 кг вітаміну С.

Як пектиновий клей

Буряковий жом використовується як пектиновий клей у косметичних засобах та друкарській фарбі. У 2011 році повідомлялося, що 100 кг бурякового жому дають 10 кг пектинового клею. Бурякові пектини хоч і мають погану здатність до усадки, але все ж їх можна використовувати для приготування йогуртів. У 2009 році було доведено, що пектини в цукрових буряках відіграють важливу роль як емульгатори зі слабкими желатиновими властивостями.

Для виробництва біопластику

Біопластик може вироблятися з пектинів та жому цукрових буряків. Буряковий жом у поєднанні з полімолочною кислотою може використовуватися у виробництві полімерних композитів. Цей композит має властивості розтягування, які були подібними до тих, що є у комерційно доступних пластмасах. У 2011 році було продемонстровано використання бурякового жому як сополімеру замість наповнювального матеріалу в ПЛА та полігідроксиалканоатах (ПГА). Станом на 2009 рік вартість виробництва ПГА з цукрових буряків становила 1,40 дол./кг. У 2000 році вчені показали, що пектин цукрових буряків можна використовувати як джерело поліолів.

Для виробництва біогазу

Виробництво біогазу відбувається на цукровому заводі з використанням процесу бродіння стічних вод за допомогою процесу анаеробної обробки води. Біогаз — це екологічно чистий продукт, який допомагає зменшити використання викопного палива. Він містить 75% метану. Деякі країни-виробники цукрових буряків використовують бурякові хвости та інші частини коренеплоду для виробництва біогазу. Ця рослина містить велику кількість вуглеводів, які піддаються ферментації, буряк має хорошу ефективність як субстрат для виробництва біоетанолу. Станом на 2017 рік у Німеччині цукровий буряк займав 2% частку як джерело для виробництва біогазу.

Для виробництва біогазу також можна використовувати буряковий жом. У 2016 році вчені виявили, що силос із цукрових буряків набагато краще використовувати у поєднанні з кукурудзяним силосом, ніж із силосом із трав. Навіть низьке співвідношення кукурудзяного та бурякового силосу буде хорошою альтернативою для збільшення обсягів виробництва біогазу. У 2012 році було показано, що силосування кукурудзи з цукровими буряками покращує виробництво біогазу за рахунок збільшення вмісту метану. У 2013 році при додаванні менше 20% бурякового силосу спостерігалося підвищення вмісту метану, але коли додавалося 50% бурякового силосу, процес виробництва біогазу ставав нестабільним.

У виробництві миючих засобів

Пектини, отримані з бурякового жому, можуть використовуватися як основний інгредієнт для виробництва засобів для миття посуду та у виробництві шкіри. Пектини є функціональними замінниками нерозкладних полімерів, що робить їх використання більш екологічно доцільним. Внесок інгредієнта, отриманого з біологічної сировини, відносно вищий, так як отриманий таким чином продукт легко розкладається біологічними способами. Повідомляється, що мікроволокна цукрових буряків використовуються у виробництві миючих засобів як структуроутворюючий компонент. Betafib® MCF і BetaBind-A® є одними з комерційно доступних на ринку продуктів. У 2019 році було досліджено використання пектинів, отриманих із біологічної сировини, в шкіряній промисловості. Пектини, що використовуються у даному процесі, впливають на інтенсивність забарвлення.

У харчовій та хлібопекарській промисловості

Клітковина цукрових буряків містить функціональні харчові волокна та інші розчинні й нерозчинні волокна, які є важливими інгредієнтами для використання у м’ясі, випічці та інших продуктах харчування. Оскільки клітковина має хорошу вологоутримуючу здатність, вона допомагає замішувати тісто та є основним інгредієнтом у хлібопекарській промисловості. Fibrex® є одним із таких комерційно доступних продуктів, що містять клітковину цукрових буряків. Вона також виконує функції концентрованого харчового волокна в безглютенових продуктах, що відображає важливість для здоров’я людини. Вона використовується в булочках і тістечках. У малих кількостях Fibrex® дає хороший смак і м’якість тіста.

Як правило, пацієнтам із целіакією рекомендується безглютенова дієта (низьке споживання білка та клітковини). У 2018 році вчені довели важливість використання клітковини цукрових буряків із достатньою кількістю води в безглютеновому хлібі. Додавання цієї клітковини допомогло підвищити харчову цінність продукту, не погіршуючи при цьому якість випічки. У 2016 році також було показано позитивний вплив поєднання клітковини цукрових буряків і борошна з плодів ріжкового дерева у виробництві хліба. У 1991 році вчені виявили позитивні результати щодо рівня холестерину та апопротеїну при вживанні 20 г клітковини цукрових буряків як харчової добавки.

Хліб, отриманий із застосуванням бурякової клітковини, має більший об’єм, м’яку консистенцію та менші властивості черствіння. Клітковина та пектин цукрових буряків містять ферулову кислоту (від 0,6% до приблизно 3%). Цей компонент відсутній в пектині, отриманому з цитрусового жому або волокон. У 1990 році вчені показали, що продукти, виготовлені з бурякового жому або цілого коренеплоду, мають високий вміст мінеральних компонентів, таких як магнію, заліза, міді, цинку та марганцю. У 2007 році досліджувалося використання бурякового пектину для пакування харчових продуктів для їх захисту від активних інгредієнтів та температурних коливань.

У виробництві паперу та картону

Пектин цукрових буряків є важливим інгредієнтом у виробництві паперу та картону завдяки своїм сприятливим фізико-хімічним властивостям. Він використовується як аніонний поверхнево-активний агент. Багато досліджень показали точний вплив застосування пектину та геміцелюлози для обробки поверхні у виробництві паперу. Результати залежали від виду жому, кількості та типу використовуваної речовини. Мікронізований вибілений буряковий жом також використовується як добавка у виробництві білого картону та паперу. Папір, виготовлений із бурякового жому, є відносно більш стійким, дешевшим із високою економічною цінністю. Вироблений папір підлягає вторинній переробці.

У 2007 році вчені виявили важливість бурякового жому у виробництві паперу, оскільки він містить 30% пектину. Внаслідок ферментативної активності тирозину колір слонової кістки бурякового жому змінюється на сіруватий або чорнуватий колір, відомий як меланіни. Також цей фермент часто піддається впливу повітря під час сушіння жому, в результаті чого він набуває темного забарвлення. Крім того, розмір частинок буряка також відіграє важливу роль у виробництві паперу.

У випадку з білими картоном, додавання 8% жому сприяє збільшенню об’ємних властивостей, не пошкоджуючи його міцність. Буряковий жом також використовувався як пакувальний матеріал, так як він є набагато більш екологічним, порівняно з деревними волокнами. Альтернативний буряковий жому як волокнистий матеріал має набагато більший потенціал, ніж деревні волокна. Однією з переваг використання жомового волокна як пакувального матеріалу є його можливість використання в упаковці для харчових продуктів.

Як джерело молочної кислоти

Молочна кислота є одним із багатьох продуктів бродіння, які можна отримати із бурякового соку. Сировиною для виробництва молочної кислоти служить лігноцелюлозна біомаса. Однією із них є буряковий жом. Сухий буряковий жом містить від 22 до 24% целюлози і 30% геміцелюлози разом з іншими полісахаридами, білком, лігніном та жиром, хоча вміст жиру, білка та золи менший.

Бурякова меляса також містить деяку кількість цукрів, що робить її хорошим середовищем для ферментації з різними бактеріями, що сприяють виробництву молочної кислоти (Таблиця 12). Під час безперервного бродіння 3916,91 г цукрів дає 2781,01 г молочної кислоти, коли Bacillus coagulans використовується як ферментуючий агент.

У 1918 році вчені описували виробництво молочної кислоти за допомогою ферментації сирого цукрового буряка. У 1946 році порівнювалися методи бродіння цукрового буряка для виробництва етанолу та молочної кислоти. Результати показали, що процес виробництва молочної кислоти виявився складнішим, ніж етанолу.

Інші способи використання цукрових буряків

Цукровий буряк відомий своїм багатим вмістом бетаїну. У 2015 році вчені довели його важливість як харчової добавки. У 2013 році вчені визначили придатність фільтраційного осаду як нового вихідного матеріалу для приготування анортитових тіл. У цьому процесі фільтраційний осад використовується як джерело оксиду кальцію. У 2020 році було показано використання відходів цукрових буряків у виробництві целюлозних нановолокон, а в 2019 році було доведено, що буряковий жом може бути сировиною для виробництва бурштинової кислоти.

Обмеження у виробництві та вирощуванні цукрових буряків в Індії

В Індії цукровий буряк, хоча і має різностороннє застосування, не вирощується фермерами в комерційних цілях через нестачу цього ринку. Будучи технічною культурою, бракує урядових стимулів та інвестицій для стимулювання розвитку бурякоцукрової промисловості та додаткового обладнання, необхідного для переробки буряків.

Перспективи на майбутнє

Стійкість до засолення та лужності є однією з характерних особливостей цукрового буряка, яка може допомогти меліорувати засолені ґрунти на площі 6,7 млн га. Цукрові буряки також можна вирощувати разом з іншими культурами, оскільки буряк виявляється прибутковою культурою при сумісному посіві з іншими культурами, що не впливає на поточну структуру посівних площ.  Відомо, що при поєднанні з цукровою тростиною дана культура збільшує виробництво цукру, що, безсумнівно, може задовольнити зростаючий попит на цукор та етанол та знизити навантаження на вирощування лише тростини для виробництва цукру та етанолу.