Biologiczne Podstawy Produkcji Roślinnej

Ziemniak

Budowa i znaczenie

Opracował dr inż. Wiktor Berski

Wykorzystano materiały z następujących źródeł:

Technologia przetwórstwa węglowodanów, pod redakcją M.Płasińskiego:

http:// www.ppr.pl/

http://encyklopedia.pwn.pl/

http://wiem.onet.pl/

Roślina jednoroczna, samopylna, bylina z rodziny Psiankowatych(Solanaceae) jedna z najważniejszych roślin jadalnych świata, powszechnie uprawiana w klimacie umiarkowanym, rzadziej w ciepłym. Jest to roślina okopowa, bulwiasta. Dzicy przodkowie uprawnych form ziemniaka występują w Andach i na sąsiednich terenach, od Meksyku po Chile. Ziemniaki uprawiane były od dawna przez Inków już około 3500 lat temu, do Polski przywiózł je prawdopodobnie z wiedeńskiej wyprawy (1683) Jan III Sobieski. Uprawiany początkowo jako roślina ozdobna i lecznicza, od 2 połowy XVIII w również jako jadalna. W Polsce ma ona duże znaczenie gospodarcze, ze względu na możliwość wszechstronnego użytkowania i stosunkowo małe wymagania glebowe(udaje się na glebach lekkich), ma duże wymagania nawozowe i uprawowe. Plon od 8-40 t z ha, w Polsce średnio ok. 20,6 t z ha.

W strukturze zasiewów zajmuje w Polsce drugie miejsce po życie. Polska jest jednym z czołowych producentów ziemniaków, tuż za Rosją i Chinami, dostarczając około 10% światowej produkcji.

Jest on podstawowym artykułem spożywczym, paszą dla zwierząt, surowcem dla wielu dziedzin przemysłu jak np. do produkcji, alkoholu, krochmalu, glukozy, dekstryn, syntetycznego kauczuku. Jest artykułem spożywczym bezpośrednio do spożycia lub w postaci przetworzonej na frytki, chipsy i susze. Przeciętne spożycie ziemniaków w Polsce wynosi około 130 kg/osoba/rok.

Roślina ma pokrój krzaczasty, łodygi w zależności od odmiany i środowiska osiągają wysokość 50-80 cm, po uschnięciu zwane łętami. Roślina ziemniaka wykształca na ogół 4 -8 łodyg, w zależności od ustawienia łodyg, tworzą się krzaki wyprostowane lub rozesłane. Liście ziemniaka są złożone, nieparzysto-pierzaste, ogonkowe z przylistkami.

W dolnej części łodyg wytwarzają się pędy podziemne, zwane stolonami (rozłogami u innych roślin), długości15-20 cm, których zakończenia grubieją tworząc bulwy. Na bulwach znajdują się tzw. oczka zawierające 3-4 pączki pędowe.

Kwiaty mogą mieć barwę białą, czerwono-fioletową i niebieska w różnych odcieniach. Owocem jest dwukomorowa, okrągła jagoda zawierająca dużo drobnych nasion (jagoda zielona, po dojrzeniu kremowa i pachnie jak ananas). wszystkie części ziemniaka, zwłaszcza zielone, zawierają trujący glikozyd—solaninę.

Ziemniaki do celów produkcyjnych rozmnaża się wegetatywnie(z bulw tzw. sadzeniaków). Roślina ziemniaka powstaje wówczas z oczka, znajdującego się na powierzchni bulwy i posiada tylko korzenie przybyszowe, tworzące wiązkę. Główna masa korzenia sięga do głębokości około 50cm. Z dolnej części łodygi znajdującej się pod powierzchnią gleby, wyrastają podziemne pędy zwane stolonami. Długość stolonów i ich układ w glebie jest cechą odmianową. W okresie kwitnienia rośliny stolony staja się pogrubiają się na końcu, tworząc bulwy.

1-korzeń główny, 2-pęd nadziemny, 3-stolon, 4-bulwy

B- bulwa wypuszczająca pęd nadziemny:

5-oczka

C-oczko w powiększeniu:

6-blizna po łuskowatym liściu (brewka), 7-pączek środkowy, 8-pączki boczne

Bulwy zwane inaczej kłębami, z botanicznego punktu widzenia są przekształconą łodygą, pokrytą łuskowatymi liśćmi, które bardzo wcześnie odpadają, pozostawiając ślady w postaci blizn. W zagłębieniu blizny znajdują się pączki, które wraz z blizną tworzą tzw. oczko. Pączki bulwy mieszczą się w małych dołkach. W oczku znajdują się zazwyczaj trzy pączki, z których rozwija się zazwyczaj tylko środkowy, a w razie jego uszkodzenia jeden z pączków bocznych.. Oczka w zależności mogą być: płytkie, średnio głębokie lub głębokie. Na powierzchni bulwy są one spiralnie ułożone - jak liście na łodydze. Kształt bulwy ziemniaka jest jedna z cech odmianowych. Może być on owalny, okrągło owalny, okrągły lub nerkowaty. Barwa skórki uzależniona jest od obecności barwników w soku komórkowym zewnętrznej warstwy kory pierwotnej. Barwa jest również cechą odmianową. Może być jasna, określana jako biała, czerwona o różowym odcieniu, niebiesko-fioletowa lub niejednolita plamista. Barwa miąższu jest dość stałą cechą. Wyróżnia się miąższ biały, biało-żółty, jasno żółty, żółty. W okolicach wiązek przewodzących może być czerwona lub fioletowa. W bulwie ziemniaka wyróżnia się część pępkową, gdzie znajduje się miejsce połączenia bulwy ze stolonem w postaci zagłębienia lub wzniesienia i mała ilość oczek, oraz część wierzchołkowa, charakteryzująca się znacznie większą ilością oczek.

Bardzo charakterystyczne dla odmian są kiełki świetlne, rozwijające się w oczkach bulw umieszczonych na świetle w temp. pokojowej. Mogą być nagie lub częściowo owłosione. Ich zabarwienie może być różowe, czerwono-fioletowe oraz zielone w różnych odcieniach i stanowi jedną z najbardziej stałych cech odmianowych (kiełki etiolowane - w ciemności, jasne, bez zabarwienia).

Odmiany ziemniaka najłatwiej rozpoznać w okresie kwitnienia, gdyż wtedy występuje najwięcej cech charakterystycznych odróżniających odmiany. Pod uwagę bierzemy te cechy, które nie zmieniają pod wpływem środowiska. Są to tzw. dobre cechy rozpoznawcze, a mianowicie:

1) Barwa skórki kłębów,

2) Barwa miąższu,

3) Barwa kiełków świetlnych w określonej fazie wzrostu,

4) Barwa korony kwiatów.

Liczne odmiany ziemniaka (w Polsce około 94) różnią się m.in. długością okresu wegetacji, cechami morfologicznymi krzaków jak i cechami morfologicznymi i składem chemicznym bulw, a w związku z tym użytkowaniem a także odpornością na choroby.. Tylko nieliczne z tych cech są stałe w obrębie odmiany, większość z nich wykazuje większy lub mniejszy zakres zmienności.

Ze względu na czas dojrzewania (zbioru) ziemniaki dzieli się na:

wczesne- czerwiec, lipiec

średniowczesne- sierpień

średniopóźne- wrzesień;

późne- październik.

Ze względu na sposób użytkowania ziemniaki dzieli się na: jadalne, pastewne i przemysłowe

1-warstwa korkowa, 2-kora pierwotna, 3-miękisz pierwotny, 4-wiązki przewodzące, 5-zewnętrzna część rdzenia, 6-wewnętrzna część rdzenia

Budowa anatomiczna bulwy

Budowa anatomiczna bulwy jest podobna do budowy łodygi nadziemnej. Od zewnątrz bulwa jest otoczona skórka, występującą tylko u młodych bulw.

W bulwie dojrzałej skórka się złuszcza i w jej miejsce powstaje warstwa korkowa stanowiącą ochronę całej bulwy. Następnie znajduje się kora pierwotna, której część wewnętrzna jest bogata w skrobię. Komórki zewnętrzne miękiszu kory pierwotnej mają zdolność tworzenia chlorofilu pod wpływem światła. Sok komórkowy tej tkanki zawiera często barwnik czerwony, brunatny lub niebieski nadający charakterystyczne zabarwienie powierzchni bulwy. Pod korą pierwotną występuje pierścień wiązek przewodzących dochodzący do wszystkich oczek oraz do stolonu. Wnętrze bulwy zajmuje rdzeń, w którym wyróżnia się bardziej wodnistą część wewnętrzną oraz mniej przejrzystą część zewnętrzną o wyższej zawartości składników suchej masy głownie skrobi.

Główny składnik ziemniaka -skrobia podobnie jak i inne składniki chemiczne, nie jest rozmieszczony równomiernie. Najwięcej skrobi zawierają komórki miękiszowe, zarówno kory pierwotnej jak i rdzenia w pobliżu wiązek przewodzących.

Skład chemiczny bulwy ziemniaka

Wartość energetyczna ziemniaków, wbrew powszechnemu mniemaniu jest niewysoka i wynosi 87kcal (366kJ/100 g części jadalnych).

Spośród składników suchej masy najliczniej reprezentowana jest skrobia i jej zawartość w dużej mierze decyduje o wartości i zastosowaniu ziemniaków. Jest polisacharydem, którego podstawowa cząsteczkę(monomer) stanowi glukoza. Naturalna skrobia nie jest substancja jednorodną, lecz składa się z dwóch różnych komponentów: amylozy i amylopektyny. Skrobia powstaje w procesie fotosyntezy w chloroplastach, a tworzące się nieduże ziarna noszą nazwę skrobi asymilacyjnej. W nocy, gdy fotosynteza nie zachodzi ulega ona przekształceniu do cukru rozpuszczalnego (najczęściej glukozy) i jest transportowana do innych organów (bulw), gdzie ponownie, w leukoplastach jest syntezowana jako skrobia zapasowa. Proces ma istotne znaczenie gdyż skrobia jest związkiem nierozpuszczalnym a nadmiar rozpuszczalnych cukrów prostych może mocno zakłócić stosunki osmotyczne rośliny. Zmagazynowana w bulwach skrobia, jako materiał zapasowy może natomiast, w razie potrzeby służyć jako źródło cukrów prostych.

Cukry ulegające fermentacji to przede wszystkim glukoza, fruktoza i sacharoza. Zawartość tych cukrów w dojrzałych, świeżo zebranych ziemniakach jest niewielka, wzrasta natomiast w czasie przechowywania, zwłaszcza w niskiej temperaturze.

Zawartość białka w ziemniakach nie jest wysoka, ale jego wartość biologiczna jest bardzo duża. Jest to białko pełnowartościowe, zawiera wszystkie aminokwasy egzogenne, konieczne do syntezy własnego białka przez organizm człowieka. Rozmieszczenie białka w bulwie jest odwrotne niż skrobi tzn. najczęściej białko znajduje się pod skórką i w samym środku bulwy.

Do związków azotowych ziemniaka można także zaliczyć trujący alkaloid -solaninę. Zawartość solaniny w kłębach dojrzałych jest niewielka i wynosi 2 -20 mg w 100g świeżej masy, kłęby niedojrzałe i drobne oraz zzieleniałe części kłębów przechowywanych w miejscach naświetlonych zawierają większe ilości tego związku.

Z witamin znajdujących się w bulwach najistotniejsza jest witamina C, której zawartość zależy od odmiany, wynosi 5 -40 mg w 100g ziemniaków. Zawartość ta obniża się w czasie przechowywania tak, że po 6 miesiącach pozostaje tylko 1/3 wartości wyjściowej. Oprócz witaminy C w ziemniakach występują niewielkie ilości witaminy A, PP oraz witaminy z grupy B.

Składniki mineralne to głównie: K -ok. 60% K2O, P, Mg, Ca, Fe.

Skład chemiczny bulw jest uzależniony w dużej mierze od odmiany i stopnia dojrzałości.

Przy określaniu zawartości skrobi w bulwach ziemniaka często używa się terminu „skrobiowość”. Pod tym pojęciem rozumie się zawartość skrobi w ziemniakach oznaczoną sposobem fizycznym na podstawie ciężaru właściwego bulw przy pomocy wagi hydrostatycznej. Natomiast przez zawartość skrobi rozumie się wynik dokładnego oznaczenia dokonanego metodami fizyko-chemicznymi, np. przy pomocy polarymetru.

Skrobiowość ziemniaków może być podstawą ich podziału na: wysokoskrobiowe >18% (>1,10 c. wł.), średnioskrobiowe14 -18%, niskoskrobiowe < 14% (<1,08 c. wł.).

Ciężar właściwy:1,06 - około 10% skrobi; 1,12-około 22% skrobi

Polskie Normy rozróżniają następujące ziemniaki:

1) Jadalne

a) wczesne -dzielą się na wczesne, które dojrzewają od 90 do 110 dni, średniowczesne, które dojrzewają110 -125 dni,

b) późne w tym: średniopóźne125 -135 dni, późne po 135 dniach i późnej

2) Skrobiowe przemysłowe

3) Pastewne

4) Ogólnoużytkowe - bez podania wyróżniających cech bulw

W czasie wegetacji odmiany różnią się od siebie: pokrojem roślin, wysokością, ustawieniem łodyg, charakterem ulistnienia, wielkością i budową liści, kształtem liści, obfitością kwitnienia, cechami kwiatów itp.

Cechy gospodarcze ważne, a wykazujące różnice odmianowe są następujące:

1.Długośćokresu wegetacyjnego (wahania od około 90 do 180 dni)

2.Plenność

3.Skład chemiczny bulw

4.Różnice w odporności lub wrażliwość na choroby

5.Odpornośćna uszkodzenia mechaniczne

6.Cechy bulwy: kształt, głębokość i liczba oczek

7.Stopieńwytrzymałości na okres przechowywania

8.Właściwości kulinarne. Produkcja roślina w Polsce na przestrzeni kilku ostatnich lat

Produkcja roślina w Polsce na przestrzeni kilku ostatnich lat.

[mln ton]	1997	1999	2000	2001
Zboża	25 999 486	25 750 319	22 340 612	27 230 591
Ziemniaki	20 775 644	19 926 716	24 232 376	20 401 290
Buraki cukrowe	15 886 194	12 563 612	13 134 383	13 000 000

Wpływ temperatury na metabolizm: Ziemniak wytwarza większe bulwy w okresach, kiedy noce są chłodne, niż wtedy, kiedy noce są ciepłe, co pokazuje, że w niższych temperaturach proces oddychania jest mniej intensywny.

Wpływ uszkodzeń mechanicznych na metabolizm: Zranienia tkanek i inne urazy mechaniczne zwiększają intensywność oddychania, czego dowodem może być fakt, iż bulwa ziemniaka podzielona na kilka części wydziela więcej CO2 niż bulwa nieuszkodzona.

Użytkowanie ziemniaków w Polsce: 50% -pasza20% -bezpośrednia konsumpcja14% -ubytki i straty, głownie w przechowalnictwie12% -sadzeniaki2,0 -5,0% - przemysł przetwórczy0,5% -eksport

Do Europy ziemniaki przywędrowały z Ameryki, zaraz po jej odkryciu przez Krzysztofa Kolumba. Inkowie natomiast uprawiali ziemniaki już od około 3500 lat. Pierwsze kontakty Europejczyków z tą rośliną nie należały jednak do szczególnie udanych. Próbowano zielonych owoców, łodyg i liści. Później dopiero przekonano się o kulinarnych walorach ziemniaków, wykorzystując ich podziemne bulwy. Zanim jednak ziemniaki trafiły na stoły i stały się codziennym posiłkiem, minęło ponad 200 lat. W tym czasie ich zastosowanie było zgoła odmienne od znanego nam obecnie. We Francji na przykład ceniono je jako roślinę ozdobną. Ziemniaki stały się wówczas najmodniejszym dodatkiem do stroju oraz ozdobą ogrodów, gdzie rosły obok róż i lilii. Stał się wówczas także przedmiotem licznych dzieł malarskich. Największe zasługi w rozpowszechnianiu tego warzywa miał Francuz Antoine Parmentier (aptekarz, hodowca -amator), twórca nowych odmian i wielu oryginalnych przepisów kulinarnych. Na szerszą skalę zaczęto ziemniaki uprawiać w Anglii, dokąd przywiózł je angielski admirał-sir Francis Drake. W Niemczech ziemniaki od początku wykorzystywane były w celach spożywczych. Stamtąd właśnie przywędrowały do Polski, podobno za sprawą króla Jana III Sobieskiego, który sadzonki tej rośliny przywiózł z Wiednia do Wilanowa dla ukochanej Marysieńki jako osobliwość cesarskich ogrodów. Jednak dopiero od czasów Augusta III Sasa rozpoczęła się w Polsce uprawa ziemniaków na szerszą skalę. Polacy początkowo bardzo nieufnie podchodzili do tej rośliny, uważając ją nawet za szkodzącą zdrowiu, a handel ziemniakami traktowany był często jako ciężki grzech. Z czasem jednak ziemniaki stały się rośliną pospolitą i zmieniono poglądy na ich temat, doceniają fakt, że na początku XIX wieku uratowały większą część ludności od klęski głodu.

1

---