С давних времен люди использовали в пищу растения, содержащие сахаристый сладкий сок. В настоящее время, как известно, основными сырьевыми ресурсами для сахарной промышленности являются сахарный тростник и сахарная свекла.
Кроме обычного сахара, или сахарозы, получаемой из сахарного тростника или сахарной свеклы, существует ряд других сахаров. Из них наибольшее значение имеют глюкоза - декстроза, или виноградный сахар, и левулеза - фруктоза, или плодовый сахар.
Виноградный сахар, или декстроза, содержится в ряде сладких плодов, в мёде, стеблях и корнях некоторых растений. Основное производство декстрозы осуществляется заводским способом на базе гидролиза слабыми кислотами кукурузного крахмала. Подобная крахмало-паточная и глюкозная промышленность насчитывает у нас уже столетнюю давность.
Третий сахар - фруктоза, или плодовый сахар, наравне с виноградным сахаром содержится в различных сладких плодах, листьях, стеблях, корнях и клубнях некоторых растений. Кроме того, фруктоза может быть получена в результате гидролиза инулина, содержащегося в корнях и клубнях многих растений. В частности, инулин содержит в том или ином количестве большинство видов растений из семейства сложноцветных. Однако практическое значение из них могут иметь только три вида с относительно высоким содержанием инулина в клубнях или утолщенных корнях: земляная груша с содержанием инулина в клубнях 14-20%, цикорий - 12-17% и георгина - 10-12%.
Фруктоза отличается целым рядом ценных качеств. Так, например, по степени сладости она примерно на 70% превосходит обыкновенный сахар, легче растворяется в воде, чем последний, легко поглощая влагу из воздуха, препятствует черствению изготовленных из нее кондитерских изделий, усваивается организмом человека легче обыкновенного сахара и поэтому имеет широкое применение при лечении диабетиков.
Промышленное производство фруктозы до определенного времени не было налажено, несмотря на то, что технологический процесс получения фруктозы из клубней топинамбура был разработан уже сравнительно давно (в 1925 г.). Препятствием этому можно считать неосвоенность приемов кристаллизации фруктозы из водных ее растворов.
Из изложенного видно, что содержание инулина и сахара в клубнях топинамбура колеблется в пределах от 14 до 20%, в зависимости от сорта, метеорологических и прочих факторов. При этом, как правило, белоклубневые сорта отличаются более высоким содержанием инулина, чем красноклубневые сорта. Особенно высоко содержание инулина в клубнях некоторых гибридов топинамбура с подсолнечником.
Сам собой напрашивается вопрос об экономической выгодности организации сахарного производства с использованием данного вида сырья - клубней топинамбура.
Если принять средний урожай клубней топинамбура в размере 20 т на 1 га, то при среднем содержании инулина и сахаров в клубнях в размере 17%, и считая ориентировочный выход фруктозы в 12%, получим валовый сбор фруктозы с 1 га равным 2,4 т. Сахарная свекла при таком же урожае корней с 1 га и при средней сахаристости в 17%, или при выходе сахара в 14%, обеспечит получение валового сбора всего лишь в количестве 2,8 т с 1 га. Если же принять во внимание, что фруктоза в 1,7 раза слаще сахарозы, то с учетом коэффициента сладости вышеуказанный урожай фруктозы может быть приравнен к 2,4x1,7=4,08 т сахарозы с 1 га, между тем, как такой же урожай сахарной свеклы дает нам всего лишь 2,8 т сахарозы с 1 га.
В материалах, опубликованных селекционером И. И. Марченко (1951), приведены показатели о валовом сборе фруктозы с 1 га и о проценте выхода фруктозы из урожая клубней различных сортов топинамбура и гибридов топинамбура с подсолнечником (в среднем за 4 года). Из этих данных видно, что по валовому сбору фруктозы с единицы площади большинство гибридов топинамбура с подсолнечником примерно вдвое превышает все культурные сорта топинамбура. Особенно выделяются в этом отношении гибриды № 119 и № 120. Эти сорта обеспечивают получение 67-69 ц фруктозы с 1 га, между тем как большинство известных нам сортов топинамбура дает не более 32 ц фруктозы с 1 га.
Впервые в СССР была получена кристаллическая фруктоза из водных растворов проф. И. В. Головиным в 1939 г. Несколько позднее (в 1940 г.) этот прием был усовершенствован Институтом крахмало-паточной промышленности, и только после этого возникла реальная возможность организации производства фруктозы в промышленных масштабах.
Другим препятствием к использованию топинамбура в сахарной промышленности в течение долгого времени было отсутствие сортов, которые отличались бы высокой и устойчивой урожайностью при высоком содержании инулина и сахаров, при правильной округлой форме клубней и компактном клубневом гнезде.
Содержание инулина в клубнях топинамбура колеблется не только в зависимости от сорта, но и от метеорологических условий года выращивания.
Содержание сахаров в клубнях топинамбура чаще всего не превышает 1,5-2,0%, но в отдельных случаях достигает 5-6%.
По данным исследователей среднее содержание инулина в клубнях топинамбура различных сортов следующее:
Белые сорта - 17,8%
Красные сорта - 16,4
Сорт Фюзо - 19,6
Требования, предъявляемые к топинамбуру для успешного использования его в сахарной промышленности:
1) клубни топинамбура должны содержать не менее 22% сухого вещества, в том числе 16-18% всех сахаров, или должны дать не менее 12,5% выхода фруктозы;
2) клубни должны иметь правильную округлую форму при среднем весе не менее 30-50 г (при мелких клубнях неправильной формы трудно добиться получения хорошей стружки для диффузного процесса);
3) клубни должны легко отделяться от столонов, так как столоны забивают корнерезку и таким образом тормозят процесс измельчения клубней;
4) клубни должны обладать более прочными покровами (кожицей) для лучшей сохранности в лежке.
Наиболее отвечающими вышеуказанным требованиям, предъявляемым сахарной промышленностью к топинамбурному сырью, оказались выведенные советскими селекционерами еще во времена СССР гибриды топинамбура с подсолнечником. Из них особенного внимания заслуживает гибридный клон «26-8», выведенный селекционером И. И. Марченко в Институте генетики и селекции Украинской Академии наук и послуживший исходным материалом для выведения целого ряда высокопродуктивных гибридных сортов (гибрид № 120, № 15 и др.). По урожайности клубней эти гибриды более чем вдвое превзошли исходное материнское растение - сорт топинамбура Белый киевский; кроме того, они отличаются повышенным содержанием инулина и сахаров (в отдельных случаях даже до 25,5%).
Из иностранных сортов требованиям сахарной промышленности отчасти отвечает вильмореновский сорт Фюзо, отличающийся высоким содержанием инулина (до 21%) и правильной формой клубней; однако в наших условиях этот сорт дает низкие урожаи и, кроме того, обладает разбежистой формой гнезда, затрудняющей уборку клубней.
В подтверждение сказанного о значении гибридов топинамбура с подсолнечником в качестве сырья для сахарной промышленности можно привести данные о выходе сахара, опубликованные в 1951 г. проф. И. В. Головиным и И. И. Марченко. Как видно из соотношений урожаев и процента сахаров, приведенных исследователями, гибриды топинамбура с подсолнечником обеспечивают получение с единицы площади посевов втрое больше сахара по сравнению с сахарной свеклой.
Институтом органической химии Академии наук УССР в середине 20 в. был разработан и проверен на укрупненной установке технологический процесс получения фруктозы из клубней топинамбура.
Для приготовления кристаллической фруктозы полученный сироп вливают в особые мешалки, где при температуре 55° он кристаллизуется и затем подвергается центрифугированию. Полученная кристаллическая фруктоза промывается, сушится и упаковывается в соответствующую тару. В качестве побочного продукта при этом процессе получается патока.
Аналитические данные, приведенные исследователями показывают, что сахара и инулин содержатся не только в клубнях, но также и в зеленой массе топинамбура и, в особенности, в его стеблях.
При сравнительно малом содержании в зеленой массе топинамбура сахаров и инулина едва ли было бы уместным ставить вопрос об использовании этой массы в сахарной промышленности уже в настоящее время. Все же эту массу можно иметь в виду как некоторый резерв сырья для сахарной промышленности на более отдаленное будущее.
Высокое содержание в клубнях топинамбура инулина и некоторых сахаров, возможность возделывания его в более северных районах, по сравнению с сахарной свеклой, и прекрасная сохраняемость клубней в почве в продолжение зимы, - все это создает известные предпосылки к использованию топинамбура наряду с сахарной свеклой в качестве сырья для сахарной промышленности.
