burak dwuletnia roślina z rodziny komosowatych, uprawiana w wielu formach i odmianach w strefie klimatu umiarkowanego na całym świecie.
A. Cykl rozwojowy buraka cukrowego
W pierwszym roku wegetacji wytwarza rozetę liściową oraz zgrubiały, mięsisty korzeń spichrzowy, będący połączeniem korzenia i hypokotylu (granica w miejscu wyrastania korzeni bocznych), w którym gromadzone są substancje zapasowe (głównie sacharoza).
Natomiast w drugim roku z pączków znajdujących się w kątach liści rozetowych wyrastają pędy nasienne, roślina kwitnie i wydaje nasiona. Materiałem siewnym buraka są owoce, tzw. kłębki, które mogą być wielonasienne (2 - 5 nasion) lub jednonasienne.
Siewu buraków dokonuje się w kwietniu, a zbioru pod koniec września i w październiku.
Zbiór buraków powinien się odbywać, gdy osiągną one dojrzałość technologiczną. W tym stanie korzenie dają maksymalny plon cukru z hektara i osiągają optymalne własności technologiczne, tj.: wysoką zawartość cukru, niską zawartość niecukrów szkodliwych. Dojrzałość technologiczną buraka przypada na okres tuż przed żółknięciem liści,gdy ulega zahamowaniu proces asymilacji, a wzmagają się procesy desymilacji.
B. Odmiany hodowlane buraka - krótka charakterystyka
Odmiany hodowlane
• burak liściowy, boćwina – uprawiany dla liści jadalnych, odmiana mało znana w Polsce.
• burak korzeniowy, w uprawie występują jego następujące odmiany:
* burak cukrowy – uprawiany ze względu na korzeń, który zawiera około 20% cukru.
* burak ćwikłowy – roślina warzywna - uprawiana ze względu na korzeń.
* burak pastewny - uprawiany na paszę.
**Burak pastewny wykształca korzeń spichrzowy o białym lub żółtym miąższu, wyrastający nad powierzchnię ziemi, z rozetą szerokich, długoogonkowych liści; liczne odmiany różnią się m.in. kształtem korzeni (walcowaty, wydłużony, kulisty lub owalny), zawartością suchej masy (12–16,5%), barwą skórki; korzenie (zawierają 10–12% cukru, ok. 1–1,5% białka,
składniki miner.). Liście są cenną, mlekopędną paszą o dużej wartości odżywczej, zarówno w stanie świeżym, jak i po zakiszeniu; plony korzeni wynoszą ponad 70 t z ha, liści — 25–30 t z ha.
**Burak stołowy, dawniej zwany. burakiem ćwikłowym (ćwikłą), ma intensywnie czerwony, kulisty, niekiedy spłaszczony korzeń jadalny oraz czerwonawe liście (barwnik z grupy antocyjanów); w Polsce uprawiany od dawna jako warzywo na barszcz i jarzynę; ma dużą wartość dietetyczną i energetyczną dzięki zawartości sacharozy (do 9,5%), białka (1,8%) oraz soli miner., zwłaszcza. wapnia i magnezu; jadalne są też młode liście, błędnie zwane boćwiną
C. Jakie rodzaje dojrzałości można rozróżnić u buraka cukrowego
- dojrzałość fizjologiczna
- dojrzałośc technologiczna
- dojrzałość botaniczna
D. Wymagania klimatyczne i glebowe buraka cukrowego
Burak daje obfity plon korzeni i liści z 1 ha, dlatego zużywa dużo wody. Na wyprodukowanie 1 kg suchej masy potrzebuje około 300 kg wody. Narastanie głównej masy plonu przypada w lipcu i sierpniu, gdy zapasy wody w glebie są mniejsze, a wysokie na ogół temperatury pogłębiają deficyt wody. Toteż duże znaczenie mają rozkład i suma opadów w okresie wegetacji. wysokie plony korzeni uzyskuje się w latach, w których suma opadów w okresie wegetacji wynosi około 600 mm, z nasileniem opadów w lipcu i początku sierpnia. Niebezpieczne są też susze wiosenne, które utrudniają wschody buraków wpływają na niską obsadę roślin. Susze letnie z kolei obniżają plon korzeni i ich jakość. Nawadnianie plantacji buraczanych jest ważnym czynnikiem stabilizacji plonowania. W Polsce burak reaguje na nawodnienie dużymi zwyżkami plonu,wynoszącym od 4 do 15 t z 1 ha.
Burak wymaga dużej intensywności oświetlenia w ciągu całego okresu wegetacji. Znacznemu nasileniu opadów w okresie wegetacji towarzyszy mniejsza intensywność światła i gorsze jego wykorzystanie przez rośliny. Sprzyja to wysokim plonom korzeni i liści, lecz zawartość cukru w korzeniach jest wtedy niższa. Wysoki plon korzeni o dobrej wartości technologicznej uzyskuje się w latach o optymalnych opadach w czerwcu, lipcu i sierpniu, jeśli po deszczach występują okresy pogody ciepłej i słonecznej. Ciepła i słoneczna jesień sprzyja uzyskaniu korzeni o dobrej jakości technologicznej.
Burak cukrowy nie jest zbyt wrażliwy na niskie temperatury. Dopiero przymrozki około -8 st. C uszkadzają młode rośliny, a jesienią wykopane korzenie są uszkadzane przez przymrozki dochodzące do -6 lub -8 st. C.
Długość okresu wegetacji buraka, zapewniająca wysoki plon i dobrą jakość korzeni, powinna wynosić 180-190 dni.
E. Jakie procesy życiowe zachodzą w trakcie składowania buraka cukrowego. Jaki mają one wpływ na jakość surowca?
W trakcie składowania buraków zachodzą w nich procesy życiowe:
*oddychanie,
* transpiracja
*oraz szkodliwe procesy rozkładu sacharozy (inwersja) i innych substancji (hemiceluloz, pektyn).
Intensywność tych procesów zależy od warunków od przechowywania, głównie od temperatury i wilgotności. Zachodzące w trakcie przechowywania zmiany w burakach wynikłe wskutek przebiegającej w nich procesów przemiany materii zawsze prowadzą do spadku zawartości cukru w ilości 0.7 - 1.0 % w skali miesiąca.
F. Budowa morfologiczna korzenia buraka cukrowego
W korzeniu spichrzowym buraków wyróżnia się głowę, szyję, korzeń właściwy i ogonek. Korzeń buraka cukrowego może wnikać w głąb gleby aż do głębokości 1,5m. Korzenie buraków cukrowych i pastewnych różnią się między sobą kształtem i barwą oraz głębokością osadzenia w ziemi, czyli wzajemnym stosunkiem poszczególnych części korzenia.
1.głowa, 2.szyja, 3.korzeń właściwy, 4.ogonek
Korzenie boczne u buraków cukrowych wyrastają z dwóch bruzd biegnących wzdłuż korzenia właściwego, u pastewnych – z różnych miejsc korzenia.
Głowa – jest górną częścią korzenia, z której wyrastają liście. Zostaje wytworzona przez nadliścieniową część łodygi (epikotyl). Na samym jej wierzchołku znajduje się stożek wzrostu. Ta część korzenia rozwija się całkowicie nad ziemią, najsilniej drewnieje i jest najuboższa w składniki zapasowe. Przy ogławianiu usuwa się głowę poziomym cięciem wzdłuż dolnej linii żywych oczek pędowych lub obcina stożkowo.
Szyja – jest gładką częścią korzenia, różnej wielkości, zależnie od gatunku i odmiany. Nie wyrastają na niej liście i korzenie boczne. Jest najmniej zdrewniała i odznacza się dużą zawartością substancji zapasowych. Powstaje z hypokotylu
Korzeń właściwy – jest to część zagłębiona w ziemi, z której wyrastają korzonki boczne. Wielkość korzenia właściwego jest różną, zależy od gatunku, odmiany i warunków odmiany. Stanowi on wartościowy odcinek korzenia spichrzowego.
Ogonek – jest końcową częścią korzenia na którym rozwija się bardzo duża ilość korzeni bocznych, odgrywających ważną rolę w żywieniu rośliny. Ogon o grubości poniżej 1 cm odrzuca się, gdyż zawiera niewielkie ilości cukru.
Kształt buraków cukrowych jest wrzecionowaty lub klinowaty o różnej długości, natomiast u buraków pastewnych spotykamy duże zróżnicowanie kształtów.
G. Różnice pomiędzy burakiem cukrowym a pastewnym
Kształt buraków cukrowych jest wrzecionowaty lub klinowaty o różnej długości, natomiast u buraków pastewnych spotykamy duże zróżnicowanie kształtów.
Barwa korzeni buraków cukrowych jest białokremowa, a u pastewnych występuje duże zróżnicowanie: od biało-kremowej poprzez żółtą, pomarańczową, czerwoną do karminowej.
Najgłębiej są zanurzone w ziemi buraki cukrowe, u których główna część korzenia stanowi korzeń właściwy, natomiast szyja i głowa stanowi tylko 20%. Natomiast buraki pastewne są płycej osadzone w ziemi, korzeń właściwy stanowi tylko 25 – 35% długości korzenia. Przeważająca część to szyja i głowa.
Buraki cukrowe tworzą przeważnie 11 okółków, przy czym miąższ ich jest zbity. Buraki pastewne tworzą 7 okółków, z pierścieniami miękiszu 2 – 3 szerszymi niż u buraków cukrowych i wodnistym miąższem.
Korzenie buraków cukrowych i pastewnych różnią się między sobą kształtem i barwą oraz głębokością osadzenia w ziemi, czyli wzajemnym stosunkiem poszczególnych części korzenia.
H. Budowa anatomiczna buraka cukrowego
Po pojawieniu się pierwszych liści następują zmiany w budowie korzenia, prowadzące do powstania tzw. budowy wtórnej i przyrastania korzenia na grubość. Jest to wynik działalności miazgi twórczej (kambium). Wytwarza ona grubą partię przyrostu składającą się głównie z dużej ilości miękiszu spichrzowego i pierścienia zredukowanych wiązek przewodzących.
Gdy pierwsze kambium przestaje funkcjonować, pojawia się na zewnątrz od niego nowe kambium. Na przekroju poprzecznym buraka można zaobserwować kilka okółków wiązek sitowo–naczyniowych oraz miękiszu spichrzowego odpowiadających rocznym słojom przyrostu u drzew. W korzeniu buraka przeważa tkanka miękiszowa, w której gromadzą się substancje zapasowe (głównie sacharoza).
pierwsze liście -> przyrost korzenia na grubość (działa KAMBIUM) -> nowe kambium
I. Typy buraków cukrowych - krótka charakterystyka
W zależności od wielkości korzenia i % zawartości cukru w korzeniu wyróżnia się typy buraków cukrowych:
Wysokocukrowe (C) - niezbyt duży, wysmukły korzeń kształtu klinowatego, o słabo rozwiniętej główce i szyi. Wysoka zawartość cukru 22%, silne zdrewnienie tkanek, krótki okres wegetacji.
Plenne (P) – duża masa korzenia, mniejsze zdrewnienie, dłuższy okres wegetacji niż C, plony korzeni najwyższe, ale % zawartość cukru najniższa około 17%.
Normalne (N) – cechy korzeni pośrednie między C i P, łączą więc wysoki plon korzeni z dobrym poziomem zawartości cukru w granicach 17 – 19%.
J. Skład chemiczny buraków cukrowych.
Burak cukrowy zawiera średnio około 75% wody i 25% suchej masy. Wszystkie składniki suchej masy można podzielić w zależności od ich rozpuszczalności w wodzie na
składniki miąższu (nierozpuszczalne), które pozostają w wysłodkach oraz
na składniki soku (rozpuszczalne), które podczas dyfuzji przechodzą do soku dyfuzyjnego.
Burak cukrowy zawiera przeciętnie około 5% miąższu suchego, w skład którego wchodzą:
•celuloza,
•hemicelulozy (mieszanina różnych substancji),
•substancje pektynowe
•substancje białkowe – występują w miąższu w małych ilościach, około 0,1%.
•substancje mineralne – głównie sole Ca i Mg kwasów organicznych – nierozpuszczalne w ilościach 0,1 – 0,2% Występuje również w miąższu m in. substancja typu glikozydów – kwaśna saponina buraczana w ilości około 1%.
M. Substancje pektynowe buraka cukrowego - ich znaczenie i wpływ na produkcje soku
•substancje pektynowe - tworzą lepiszcze międzykomórkowe, a poza tym wraz z celulozą stanowią substancje budulcowe.
Najważniejszą dla cukrownictwa właściwością pektyn jest zdolność pęcznienia i przechodzenia w roztwory koloidalne.
Zdolność ta uwarunkowana jest wielkością cząsteczki. Praktycznie przy przerobie buraków dojrzałych, nieuszkodzonych i zdrowych, substancje pektynowe tylko w minimalnym stopniu przechodzą do soku dyfuzyjnego (pozostając w wysłodkach).
Natomiast przy przerobie buraków niedojrzałych, po dłuższym okresie przechowywania, a zwłaszcza nadmarzniętych a następnie odtajałych występuję znaczny wzrost zawartości niskocząsteczkowych substancji pektynowych przechodzących do soku i powodujących poważne trudności w trakcie produkcji cukru (filtracja soku).
N. Rozmieszczenie sacharozy w buraku cukrowym
Sacharoza (?-1, 2 glukozydo- fruktozyd) nie jest rozmieszczona równomiernie w korzeniu (patrz rysunek obok).
Największa jej zawartość znajduje się w środkowej części korzenia, zmniejszając się ku głowie i ogonowi.
Biorąc pod uwagę przekrój poprzeczny korzenia zawartość sacharozy w środkowej części (wokół tzw. gwiazdki) jest niewielka i wzrasta w miarę posuwania się na zewnątrz, przy czym w warstwach peryferyjnych znów maleje.
O. Wyjaśnij pojęcia: peryckl, poliploidy, melasa, osad filtracyjny, głowa, szyja, korzeń właściwy,
dojrzałość technologiczna, dojrzałość botaniczna, dojrzałość fizjologiczna, ogłowienie, plon technologiczny,
plon biologiczny (na sprawdzianie pojawią się trzy spośród nich).
* Melasa to lepka i gęsta ciecz, o ciemnobrunatnym zabarwieniu i swoistym karmelowym zapachu oraz słodko-gorzkawym smaku. Skład chemiczny zależny od jakości buraków. Zawiera około 80% sm, w tym około 50% cukru i 30% niecukrów.
* Wysłodki stanowią pozostałość po wyekstrahowaniu cukru z krajanki buraczanej. Składają się przede wszystkim z składników miąższu buraczanego. Ze względu na wysoką zawartość wody podaje się je mechanicznemu usuwaniu wody (wyżymaniu). Wysłodki świeże zawierają 93-95% wody, 0,6-0,8% cukru, 2,4-2,6% celulozy i hemicelulozy, 2,4-2,7% pektyn i do 0,9% białka.
* Błoto filtracyjne (defekosaturacyjne) jest odpadem po oczyszczaniu soku surowego przez nawapnianie i węglanowanie.
Ma konsystencję mazistą i porowatą. Zawiera około 50% sm, w tym 7% cukru, zwykle wysładza się je wodą aż do około 0,5% cukru. Stosowane jako nawóz do wapnowania gleb.
* Plon biologiczny - ilość cukru wwożona do cukrowni w surowcu z jednego ha.
* Plon technologiczny - ilość cukru, którą cukrownia potrafi wyciągnąć z buraków z jednego ha.
* Peryckl (okolnica)- tkanka zbudowana z miękiszu, występująca na obwodzie walca osiowego korzenia lub pędu. W korzeniu wytwarza merystem dający początek korzeniom bocznym oraz felogenowi i partiom kambium, a w łodydze korzeniom przybyszowym.
* Korzeń właściwy – jest to część zagłębiona w ziemi, z której wyrastają korzonki boczne. Wielkość korzenia właściwego jest różną, zależy od gatunku, odmiany i warunków odmiany. Stanowi on wartościowy odcinek korzenia spichrzowego.
* Głowa – jest górną częścią korzenia, z której wyrastają liście. Zostaje wytworzona przez nadliścieniową część łodygi (epikotyl). Na samym jej wierzchołku znajduje się stożek wzrostu. Ta część korzenia rozwija się całkowicie nad ziemią, najsilniej drewnieje i jest najuboższa w składniki zapasowe.
* Przy ogławianiu usuwa się głowę poziomym cięciem wzdłuż dolnej linii żywych oczek pędowych lub obcina stożkowo.
* Szyja – jest gładką częścią korzenia, różnej wielkości, zależnie od gatunku i odmiany. Nie wyrastają na niej liście i korzenie boczne. Jest najmniej zdrewniała i odznacza się dużą zawartością substancji zapasowych. Powstaje z hypokotylu
* dojrzałość technologiczną. W tym stanie korzenie dają maksymalny plon cukru z hektara i osiągają optymalne własności technologiczne, tj.: wysoką zawartość cukru, niską zawartość niecukrów szkodliwych. Dojrzałość technologiczną buraka przypada na okres tuż przed żółknięciem liści, gdy ulega zahamowaniu proces asymilacji, a wzmagają się procesy desymilacji.
P. Jakie wymagania musi spełniać burak, by stać się surowcem dla przemysłu cukrowniczego.
Zgodnie z normą buraki dostarczane do cukrowni powinny być
należycie ogłowione,
świeże,
nie zwiędnięte,
nie przemrożone i odtajałe,
zdrowe
o masie nie mniejszej niż 0,10 kg
i o zawartości cukru nie mniejszej niż 15%.
Q. Jaka ilość cukru teoretycznie można otrzymać z 1 ha uprawy buraków cukrowych zakładając, że zarówno wysokość plonu jak i zawartość cukru w korzeniu była typowa, współczynnik wydobycia cukru wynosi 84%, a buraki były składowane odpowiednio przez 0, 1, 2 i 3 miesiące.
Zachodzące w trakcie przechowywania zmiany w burakach wynikłe wskutek przebiegającej w nich procesów przemiany materii
i zawsze prowadzą do spadku zawartości cukru w ilości 0.7 - 1.0 % w skali miesiąca.
150 kg buraków? 100 kg buraków ogłowionych + 50 kg liści (pasza) 8 kg węgla, 4 kg kamienia wapiennego 15 kg cukru,
50 kg wysłodków, 4 kg melasu, 8 kg osadu.
Burak cukrowy jest uprawiany na glebach żyznych, próchnicznych; przeciętny plon korzeni wynosi około 50 t z ha.
R. Co to są organizmy poliploidalne, i w jakim celu zostały stworzone*
Poliploidalność - występuje, gdy dany organizm ma więcej niż dwa kompletne zestawy chromosomów.
Poliploidy bardzo często powiększają komórki (zwłaszcza u roślin, co prowadzi do gigantyzmu, u zwierząt zwykle się go nie obserwuje, co jest prawdopodobnie zasługą sprawniejszych mechanizmów regulacji rozwoju - większe komórki są rekompensowane ich mniejszą liczbą).
Poliploidy dojrzewają wolniej w porównaniu z osobnikami diploidalnymi.
Poliploidalność często jest wykorzystywana dla zwiększania atrakcyjności produktów (np. większe komórki poprawiają strukturę owoców i warzyw takich jak truskawki, jabłka czy ziemniaki).
Sterylność triploidów jest przydatna przy produkcji owoców beznasiennych (np. beznasienne ogórki są mniej gorzkie).
Poliploidyzacja prowadzi do stabilizacji genomów (może eliminować skrajne genotypy).
S. Technologia produkcji cukru*
Technologia produkcji cukru z buraków cukrowych składa się z kolejnych zabiegów wykonywanych w cukrowni:
mycie buraków i rozdrabnianie na tzw. krajankę;
ekstrahowanie z krajanki gorącą wodą cukru w postaci soku dyfuzyjnego w ekstraktorach cukrowniczych;
oczyszczanie soku dyfuzyjnego przez
nawapnianie soku (defekację),
karbonatację; (saturację)
i filtrację (pozostaje osad saturacyjny);
4. zagęszczanie soku przez odparowanie wody w wyparce;
5. krystalizacja cukru w warnikach i krystalizatorach z mieszadłami;
6. mycie i odwirowanie kryształów cukru;
7. suszenie, chłodzenie, przesiewanie
8. i magazynowanie gotowego cukru.
Sposób produkcji cukru z trzciny cukrowej jest zbliżony. Wartościowymi produktami ubocznymi są melasa i wysłodki; osad saturacyjny (niekiedy jest używany jako nawóz); szkodliwy produkt odpadowy — woda dyfuzyjna — jest poddawana oczyszczaniu biologicznemu (w stawach fermentacyjnych).
T. Substancje uboczne powstające w trakcie przerobu buraków*
150 kg buraków- 100 kg buraków ogłowionych + 50 kg liści (pasza) 8 kg węgla, 4 kg kamienia wapiennego 15 kg cukru,
50 kg wysłodków, 4 kg melasu, 8 kg osadu
Znaczenie gospodarcze buraka polega ponadto na dostarczaniu dużej ilości produktów ubocznych (liści, wysłodków, melasy, błota filtracyjnego) przeznaczonych na paszę dla zwierząt lub wykorzystywanych jako surowiec dla wielu gałęzi przemysłu
(produkcja spirytusu technicznego, gliceryny, butanolu, kwasu cytrynowego, glutaminowego czy drożdży).