Производства сахара из сахарной свеклы: Технология производства сахара-песка: описание стадий и процессов

Технология производства сахара

Технология производства сахара – многоуровневая цепочка, которая состоит из нескольких этапов:

— мытье и очистка сырья от примесей;

— получение свекловичной стружки;

— выработка диффузионного сока и его очищение;

— получение сиропа;

— выделение из сиропа сахара;

— переработка сахарной массы в сахар-песок;

— фасовка и хранение готового продукта.

 

 

Мытье и очистка


При механизированной уборке сахарной свеклы примеси в ней составляют до 12% от общей массы, причем кроме земли и ботвы в примесях могут быть камни и даже некоторые металлические предметы. Все это необходимо отделить от полезной части плодов. Для мытья свеклы применяется барабанная свекломойка и водоотделитель, оснащенные улавливателями для примесей. Правильно выполненная мойка позволит избежать поломок последующего оборудования для производства сахара.

 

Произодство сахара из сахарной свеклы — получение свекловичной стружки

 

В соответствии с технологией производства сахара, для того чтобы произвести сироп, свеклу необходимо измельчить. Измельчение свеклы – процесс превращения ее в стружку на свеклорезках, которые с помощью диффузионных ножей, установленных на рамках, режут плоды на мелкие части. Толщина стружки в 1 мм – оптимальная толщина для дальнейшей переработки.

 

 


Внутри корпуса свеклорезки, плоды вращаются с помощью улитки, которая под действием центробежной силы прижимает плоды к режущей кромке ножей. В процессе скольжения вдоль неподвижных ножей свекла превращается в стружку, которая проходя между ножами попадает в контейнер для дальнейшей переработки. Из всего оборудования для производства сахара свеклорезки требуют самой сложно очистки с помощью сжатого воздуха, и периодической замены ножей.

 

Выработка диффузионного сока

 

Процесс извлечения сахарозы из свеклы по технологии производства сахара является достаточно примитивным – свекловичную стружку размачивают в горячей воде в промышленных диффузорах, что размягчает ее волокна и выпускает сок. Если использовать холодную воду, то белковые соединения в клетках стружки значительно замедлят процесс получения сока.

 

 

 

Обычно используется несколько последовательных диффузоров, для выработки более концентрированного сока. Для дальнейшей переработки диффузионный сок необходимо очистить от ставшей бесполезной свекловичной стружки. Смесь из сока и стружки помещают в пульповые ловушки, где происходит фильтрация.


Диффузионный сок, даже очищенный от остатков плодов, остается сложным многокомпонентным составом, в котором кроме сахара также содержится белок, пектин, аминокислоты и так далее. С помощью вакуум-фильтров и сатураторов производится процесс очистки сахарного сиропа от примесей.

 

 

Выделение сахара из сиропа


Сахарный сироп, полученный после очищения сока, содержит слишком много воды (до 75%), которую удаляют в выпарной установке, получая сироп, содержащий до 70% сухих веществ. После этого, согласно технологии производства сахара, с помощью вакуум-аппарата сироп сгущают до содержания сухих веществ в 93,5%, получая утфель, который после прохождения процесса кристаллизации станет обычным сахаром.

 

Кристаллизация сахара — завершающий этап технологического процесса производства сахара

 


Утфель, полученный из вакуум-аппаратов отправляется в центрифугу, где кристаллизуется, после чего высушивается горячим воздухом и через виброконвейер отправляется в сушильно-охладительную установку, после чего сортируется с помощью вибросита.

 

 


Несмотря на достаточно длинную технологическую цепочку, большая часть оборудования для производства сахара обладает достаточно простым принципом действия. Простой принцип работы отдельных аппаратов облегчает, как обслуживание, так и ремонт всех видов необходимой техники, что позволяет с достаточно небольшими затратами производить сахар в промышленных масштабах.

 

 

Обзор рынка – Сахарный сегмент – Бизнес Компании – Годовой отчет «Группы Компаний «Русагро» за 2020 г.

Согласно данным Министерства сельского хозяйства Российской Федерации, в 2020 г. валовой сбор сахарной свеклы в России сократился на 40 % по сравнению с предыдущим годом и составил 32 млн тонн: уменьшилась как площадь посевов (−19 %), так и урожайность данной культуры (−25 %). Сокращение площади посевов сахарной свеклы обусловлено падением доходности сахарной свеклы в сравнении с другими культурами. Это связано с уменьшением цен на свеклу ввиду высокого урожая в предыдущем сезоне и ростом цен на другие культуры. Урожайность упала из-за погодных условий в сельскохозяйственном сезоне-2020/2021, которые при этом привели к росту содержания сахара в свекле с 18,0 до 19,2 %. В результате за 2020 календарный год в стране было переработано 35,1 млн тонн свеклы (−24 %), а за сезон-2020/2021 – 31,0 млн тонн, что на 38 % ниже уровня предыдущего сезона.

Производство сахара за 2020 календарный год упало на 20 % (−1,5 млн тонн) – до 5,7 млн тонн. В первом полугодии (в рамках сезона-2019/2020) было произведено 0,9 млн тонн, во втором (в рамках сезона-2020/2021) – 4,8 млн тонн. В 2021 г. до окончания сезона-2020/2021 может быть произведено еще около 0,3 млн тонн. Итого объем производства за сезон-2020/2021 оценивается в 5,2 млн тонн сахара – на 34 % меньше (−2,6 млн тонн) предыдущего сезона. При ежегодном потреблении сахара в России на уровне 5,8–6,0 млн тонн высокие переходящие остатки позволят обеспечить внутренний спрос. На конец 2019 г. они составили 6,5 млн тонн, а на конец сезона-2019/2020 – 3,1 млн тонн.

–24 % 35,1 млн тонн переработано сахарной свеклы заводами в России в 2020 г.

1,2 п. п. 19 % сахаристость урожая сахарной свеклы 2020 г.

–20 % 5,7 млн тонн производство сахара в России в 2020 г.

В результате снижения урожая сахарной свеклы в 2020 г. производство сахара упало на 20 % и достигло 5,7 млн тонн в календарном году. Тем не менее высокие переходящие остатки позволят удовлетворить внутренний спрос и продолжить экспортировать сахар.

Объем переработанной сахарной свеклы за календарный год, млн тоннКомментарий: данные по производству сахара приведены с учетом сахара, произведенного из мелассы. Объем переработанной сахарной свеклы за сезон, млн тоннКомментарий: данные по производству сахара приведены с учетом сахара, произведенного из мелассы. Объем производства сахара за календарный год, млн тоннКомментарий: данные по производству сахара приведены с учетом сахара, произведенного из мелассы. Объем производства сахара за сезон, млн тоннКомментарий: данные по производству сахара приведены с учетом сахара, произведенного из мелассы.

Источник: Союз сахаропроизводителей России (Союзроссахар)

13,5 % доля «Русагро» в производстве сахара в России в 2020 г. № 2 «Русагро» среди производителей сахара в России в 2020 г.

В России 64 % производства сахара приходится на пять компаний. «Продимекс» занимает лидирующие позиции среди производителей с долей 21,1 % (−1,0 п. п.). Второе место заняла компания «Русагро» с долей 13,5 % (+1,0 п. п.). Компания «Доминант» заняла третье место с долей 13,4 % (+1,5 п. п.). На четвертом месте – компания «Сюкден», которая увеличила свою долю до 11,8 % (+2,7 п. п.) благодаря приобретению сахарных заводов «ТРИО».

Источник: Союзроссахар

11 % 27,5 руб/кг

средняя цена сахара в России в 2020 г.

На фоне ожиданий низкого урожая сахарной свеклы и снижения урожайности данной культуры произошел рост цены на сахар в 2020 г., с 19,6 руб/кг в январе до годового максимума в 39,6 руб/кг в октябре.

Среднегодовая цена сахара на базисе Краснодара в 2020 г. выросла на 11 % по сравнению с 2019 г. – до 27,5 руб/кг без НДС. За 12 месяцев цены выросли на 78 % – с 19,6 руб/кг в январе до 34,9 руб/кг в декабре. Средняя цена за август – декабрь 2020 г. составила 34,6 руб/кг без НДС, что на 79 % выше уровня аналогичного периода предыдущего года.

На положительную динамику цен на внутреннем рынке повлияло сокращение урожая сахарной свеклы и, как следствие, производства сахара. Первый значительный скачок цен произошел в марте (+25 % к февралю) в связи с появлением информации о значительном снижении посевов, а также с началом пандемии COVID-19. Рост внутренних цен в начале года также поддерживала ситуация на мировом рынке сахара. Из-за низкого урожая сахарного тростника в Таиланде и сахарной свеклы в странах Европейского союза и СНГ мировые цены на сахар (контракт Sugar № 11) демонстрировали рост: в феврале 2020 г. они достигли максимального за последние три года значения – 332 долл/т. Это позволило увеличить экспорт в страны СНГ и по некоторым нетрадиционным направлениям.

Следующий существенный рост пришелся на сентябрь и октябрь, когда под влиянием результатов урожая свеклы рост цены составлял 20 % два месяца подряд (до 33,1 руб/кг в сентябре и до 39,6 руб/кг в октябре). В ноябре цены начали постепенно уменьшаться: в ноябре – на 5 % по сравнению с октябрем, в декабре – еще на 8 %. На снижение цен в конце года также повлияли государственные меры по контролю максимального уровня цен. По поручениям Президента и Председателя Правительства Российской Федерации 16 декабря 2020 г. были подписаны соглашения об ограничении с 20 декабря до 1 апреля 2021 г. цен на сахар до уровня не выше 36,0 руб/кг с НДС для торговых сетей, осуществляющих продажу фасованного сахара в розницу.

Средние цены на сахар в России на базисе ценового индекса в Краснодаре, руб/кг без НДС

Источник: Институт конъюнктуры аграрного рынка (ИКАР)

В 2020 г. экспорт белого сахара из России вырос на 76 % – до 1 208 тыс. тонн (+522 тыс. тонн). Причинами роста являются высокие запасы сахара в России на конец 2019 г. и отмена пошлины на ввоз белого сахара в Узбекистан. Основными покупателями российского сахара стали Казахстан и Узбекистан. В Казахстан было реализовано 27 % всего объема экспорта сахара из России, или 321 тыс. тонн (+53 %), а в Узбекистан – 26 %, или 316 тыс. тонн (+139 %). Еще 282 тыс. тонн сахара (+27 %) было реализовано в Азербайджан, Таджикистан, Беларусь и другие страны СНГ. В страны, не входящие в СНГ, российские производители поставили 115 тыс. тонн сахара (+111 тыс. тонн).

Структура экспорта сахара по направлениям в 2020 году, %

Источник: ФТС России

76 % 1 208 тыс. тонн

экспорт

Экспорт белого сахара, тыс. тонн

Источник: ФТС России

−31 % 166 тыс. тонн импорт

Под влиянием высокого уровня запасов сахара в России, сокращения производства сахара в Беларуси и введения пошлин на импорт сахара в Калининград с 1 января 2020 г. импорт белого сахара в Россию сократился на 31 % – до 166 тыс. тонн. Большая часть импортируемого в Россию сахара (96 %) поставляется Беларусью.

Экспорт белого сахара, тыс. тонн

Источник: Союзроссахар

Ситуация на рынке сахара в России в 2021 г. будет зависеть от урожая свеклы, ее сахаристости, возможностей экспорта и мировых цен на сахар. Ожидается, что в результате роста цен на сахар произойдет увеличение посевной площади под сахарной свеклой. Однако рост доходности альтернативных культур может сдерживать рост посевов свеклы. Урожайность и сахаристость будут, в свою очередь, зависеть от погодных условий, которые при общем благоприятном для Центрального региона России тренде на увеличение средних температур воздуха обусловлены изменчивостью от года к году уровня влаги и силы ветра.

Переработка сахарной свеклы

ПРОМЫШЛЕННОСТЬ ПО ПРОИЗВОДСТВУ САХАРНОЙ СВЕКЛЫ В МИЧИГАНЕ

Запах окутывает города Бэй-Сити, Каро, Себеваинг, Кросвелл и Кэрроллтон — пыльный,
слегка затхлый, слегка сладковатый, но землистый аромат, как брокколи, приготовленный на пару, но без
запах Отвратителен только своей вездесущностью, это запах денег, по
всех, от генерального директора Monitor Sugar Company до помощника по административным вопросам в
Завод Мичиганской сахарной компании в Каро. Это запах переработки сахарной свеклы
завод, шумное, волшебное место, где домашняя сахарная свекла превращается в белоснежную
кристаллы сахара, топливо Америки Сладкий запах переработки сахарной свеклы
сильна в Мичигане более 100 лет.

Немного истории…
Столетие назад в Мичигане было около двух десятков заводов. В то время,
заводы по производству сахарной свеклы возникли по всему Мичигану от Бентон-Харбора до Анн-Арбора и до
Шарлевуа. Большинство заводов были сосредоточены в долине Сагино и на Большом пальце.
районе, где до сих пор работают остальные заводы.
Хотя бум сахарной свеклы в Мичигане на рубеже веков был
начало отрасли в ее нынешнем виде, ее корни уходят в конец 1830-х годов,
когда фермер белых голубей Люциус Лайон попробовал свои силы в выращивании сахарной свеклы с помощью семян
из Германии. Был построен небольшой завод по производству сахарной свеклы, но в 1840 году работа прекратилась.
после нескольких месяцев разочарования из-за плохого денежного потока и элементарных методов обработки.
В 1880-х годах лесные массивы исчезли из-за беспрепятственного
заготовке древесных ресурсов, инвесторы рассматривали сахарную свеклу как еще один источник дохода.
Джозеф Симан, совладелец типографии в Сагино, увидел потенциал этого овоща.
во время визитов в Германию, где процветало производство сахарной свеклы. Доктор Роберт К. Кедзи,
профессор химии Мичиганского сельскохозяйственного колледжа (современный штат Мичиган).
университета) инициировал тестирование свеклы в масштабах штата с использованием семян, которые привез Симэн.
вернулся из Германии. Позже Кедзи прозвали «отцом мичиганской свеклы».
Промышленность» советом директоров первой Мичиганской сахарной компании.
болезненно подходящее описание бывших лесов, было главной собственностью пионерного выращивания сахарной свеклы.
фермеры, вооруженные семенами Кедзи.

Несмотря на то, что карту (ниже) немного трудно читать, на ней
виды подсластителей, которые мы используем в США, и где они выращиваются. сахарный тростник, а
тропическая трава со сладким сахаристым соком в стеблях, выращивается во Флориде, на юге
Техас и Гавайи (красные на карте). Сахарная свекла, выращенная на участках, показанных синим цветом,
сосредоточены на севере, в первую очередь потому, что хранить послеуборочную свеклу легче в
прохладный климат. Свекла является важным подсластителем для стран и стран средних широт.
Мичиганский сахар (под торговыми марками Meijer, Pioneer и другими местными брендами) поступает в основном из
сахарная свекла. Наконец, кукурузный сироп, приготовленный из кукурузных зерен, становится подсластителем
выбор для многих видов продуктов, таких как газированные напитки. Везде, где выращивается кукуруза (желтые области), высокая
фруктозный кукурузный сироп может быть важным побочным продуктом.

Источник: Maph Рэнди Шетцла, профессора географии, штат Мичиган.
Университет

В Мичигане девять с лишним миллионов человек, и спрос на сахар выше, чем на весь сахар.
изготовлено в штате. Являемся ли мы опасно зависимыми от сахарозы потребителями? Нет. Спрос
поступает от крупных производителей, таких как Kellogg, Lifesavers и Post, а также от мичиганской вишни.
производители.

В Мичигане основные районы выращивания свеклы находятся на плоских глинистых почвах Сагино и
Низины Эри.

Переработка свеклы в сахар

Хотя из свиного уха шелковый кошелек не сделать,
простой, скромной сахарной свеклы в рафинированный белый сахар. В процессе, который остался
относительно неизменной за последние 100 лет, грязная, бледная сахарная свекла трансформируется
в гранулы, которые мы насыпаем в наш утренний кофе.

Во время сбора урожая осенью производители используют машину, называемую роторным битером, чтобы срезать
ботва свеклы, оставшаяся на поле. Удаление листьев называется
«топпинг». Подъемник / погрузчик для сахарной свеклы затем поднимает свеклу из почвы.
на грузовик, а свекла доставляется на приемный пункт на свеклосахарном заводе.
перерабатывающий завод. Собранная сахарная свекла очень тяжелая средний стог свеклы
весит около 40 000 тонн. Затем свекла доставляется на приемную станцию ​​или в
один из перерабатывающих заводов в Мичигане. Как те, кто живет на восточной стороне штата
знаете, осенью вдоль проезжей части появляется разная сахарная ставка, большая серовато-белая дорога
опасность, поражающая своим сходством с большим камнем.

 

Источник: фотография Рэнди Шетцла, профессора географии, штат Мичиган.
Государственный университет

Сахарная свекла выкапывается большими механическими комбайнами и доставляется грузовиками на переработку
удобства. В Мичигане свеклу обычно выкапывают в конце октября.

Источник: фотография Рэнди Шетцла, профессора географии, штат Мичиган.
Государственный университет

Этот грузовик будет ехать прямо со свекловичного поля на перерабатывающий завод, с его
груз сахарной свеклы.

Источник: фотография Рэнди Шетцла, профессора географии, штат Мичиган.
Государственный университет

Заводской процесс
Заводы по переработке сахарной свеклы разбросаны по всей округе, с заводами в Каро,
Сагино и Бэй-Сити, и это лишь некоторые из них. На заводе свеклу складывают в большие стога;
обработка происходит до февраля.
Сахарная свекла остается в грузовиках, пока не прибудет на переработку.
таких заводов, как завод в Каро Мичиганской сахарной компании, где они сбрасываются в
наполненные водой желоба и отделенные своей плавучестью от скального гравия и даже
случайный вал столба забора. Через них грохочет более четырех тысяч тонн свеклы.
лотки каждый день во время типичной кампании, которая длится двадцать четыре часа в сутки, семь дней
в неделю, с сентября по февраль или март. На заводе свекла
сначала очищают в свеклопромывочной машине, чтобы удалить большую часть почвы и камней. Около 60 тонн
камни, ежедневно удаляемые из лотков, продаются ландшафтным дизайнерам или измельчаются для дорог.

Затем свекла перекачивается в свеклопромывочную машину, которая очищает от грязи и песка и содержит
магнит для удаления металлических частиц. Свежемытая свекла скатывается к ломтерезкам,
забывая о своей скорой судьбе. Через слайсеры они идут, а под машинами
конвейерная лента выводит нарезанную свеклу или стручковую стружку, которые напоминают коттедж (французский)
картофель фри или нечто среднее между картофелем на шнурке и картофельными чипсами с ребрами. Мичиган
Четыре сахарных завода имеют ежедневную мощность нарезки 16 150 тонн, или свеклы с примерно
двести тысяч акров сельхозугодий. Этот процесс «открывает» свеклу.
и позволяет сахарам внутри быть легко извлеченными. Свекольная «лапша»
(коссеты) направляются через машину, называемую диффузором или экстрактором. Горячая вода смешанная
со свеклой, чтобы растворить и удалить сахар из свекольной лапши.

Источник: фотография Рэнди Шетцла, профессора географии, штат Мичиган.
State University

В этот момент в дело вступает наука. Свекла исчезает в диффузоре.
Путем осмоса сахар извлекается из стружки, которую погружают в горячую воду.
свекловичный жом отжимают, сушат и превращают в гранулы для продажи в качестве корма для скота и домашних животных.
еда. Вода и сахарный сок экономятся, и этот раствор называется «сырой».
сока».  Примеси в соке из сахара-сырца удаляются путем смешивания сока с
известковое молоко, обработанное углекислым газом. В результате этого процесса карбонизации продукт
затем идет к Оливерам, где «грязь» лаймового пирога отделяется от сока.
Этот ил затем перекачивается в известковый пруд завода, где он будет находиться до тех пор, пока не будет готов к использованию.
распространяться на сельскохозяйственных угодьях. Завод Michigan Sugar в Каро отправляет в среднем 60 000 тонн сахара.
извести для фермеров, выращивающих сахарную свеклу, каждый год.

Лапша из свеклы, которая в настоящее время не содержит большей части сахара, высушивается в свекловичный жом для
корм для скота. Сырой сок обрабатывается известью (CaCO3) и углекислым газом для очистки.
смесь снова. Он проходит через большой круглый фильтр, чтобы очистить его и удалить другие вещества.
несахара. Неочищенный сок поступает в ряд больших резервуаров, называемых испарителями, где часть
вода выкипает. На данный момент смесь содержит больше сахара, чем воды. это
густой сироп и снова фильтруется, чтобы убедиться, что он очень чистый. Во время громкого
рев и грохот круглосуточная кампания, поломки никогда не были мелкой проблемой.
На самом деле, по словам административного помощника завода Каро Лизы Вагнер, она не
известен процесс остановки на ремонт. Когда один механизм выходит из строя, «ребята
можно отключить и продолжить процесс. Меня поражает, как они держат
все идет»

Смесь проходит через большой резервуар, называемый белой кастрюлей, который позволяет густому соку
варить при низкой температуре. После удаления высушенной мякоти и известкового жмыха следующий
шаг — выпаривание. Сахарная свекла состоит в основном из воды, и ее избыток необходимо удалять в
ряд испарителей. Сваренный под вакуумом сок перетекает из одного испарителя в другой.
пока не останется густой сироп, который еще раз процеживают. В кристаллизаторах,
сироп кипятят, перемешивают и охлаждают, и начинают образовываться кристаллы. В этот момент началось
поскольку сахарная свекла становится массецитом, сиропообразной жидкостью, содержащей кристаллизационный песок.
На поддоне сахар продолжает кипеть под вакуумом и приобретает консистенцию
выдумка. Рабочие, когда-то известные как сахарные бродяги, следят за продуктом через
компьютерные чтения, осязание и вкус. Тяжелая жидкость направляется в центрифуги, где
машины взбалтывают сахар со скоростью 1200 оборотов в минуту и ​​сушат его фильтрованным, нагретым
воздуха. Сироп выходит через крошечные отверстия в центрифугах, оставляя нетронутую белизну.
кристаллы сахара. Оставшийся горький сироп — это патока, продукт, используемый при производстве
лимонной кислоты, антибиотиков, дрожжей и других продуктов. Что касается чисто белого вещества, то из
здесь, на выходе, это вопрос упаковки продукта и его отправки. Целый
процесс, если вы будете следовать за одной свеклой, длится четыре-пять часов.

Все заводы по переработке сахарной свеклы в Мичигане находятся в области большого пальца, как и тот, что
Себеваинг (внизу).

Источник: фотография Рэнди Шетцла, профессора географии, штат Мичиган.
Государственный университет

Часть текста на этой странице взята из выпуска журнала Мичиган.
Исторический журнал: СЛАДКИЙ ЗАПАХ УСПЕХА Лауры Беннетт-Кимбл

Этот материал был составлен только для использования в образовательных целях, и
не могут быть воспроизведены без разрешения. Один экземпляр может быть напечатан для
персональное использование. Пожалуйста, свяжитесь с Randall Schaetzl (soils@msu. edu)
для получения дополнительной информации или разрешений.

Как производят столовый сахар из сахарной свеклы · Границы для юных умов

Реферат

Растения производят сахар и кислород в процессе, называемом фотосинтезом, используя солнечный свет, воду и углекислый газ. Это важный процесс на Земле, так как он удаляет углекислый газ из воздуха и обеспечивает нас пищей. Фотосинтез происходит в небольших отсеках внутри растительных клеток, называемых хлоропластами. В двухступенчатом процессе растения получают химическую энергию от солнечного света. Собранная энергия используется во второй реакции для получения сахарной глюкозы. Глюкоза соединяется с фруктозой, которая является фруктовым сахаром, для создания сахарозы, нашего известного столового сахара. Сахарная свекла выращивается примерно за 7 месяцев и обеспечивает примерно 32% мирового производства столового сахара. По мере роста их необходимо защищать от сорняков и болезней. Как только они достаточно вырастут, сахарную свеклу можно собирать и перерабатывать на сахарном заводе для получения столового сахара.

Сахар производят растения

Десерт после обеда или шоколад от наших бабушек и дедушек вызывают улыбку. Это потому, что наш мозг требует одного из ингредиентов этих сладких продуктов. Речь идет о столовом сахаре, который еще называют сахарозой. Сахароза состоит из двух простых сахаров: глюкозы и фруктозы. Но откуда берется глюкоза? В отличие от людей и других животных, растения могут производить глюкозу в процессе, известном как фотосинтез . Зеленые части растений используют солнечный свет, воду и углекислый газ из воздуха для производства глюкозы и кислорода. При этом растения производят энергию и обеспечивают нам возможность дышать свежим, богатым кислородом воздухом. Но какую пользу получают сами растения от фотосинтеза и производства глюкозы? Глюкоза может использоваться как химический строительный материал и как поставщик энергии. Растения используют глюкозу для жизни и роста. И для растений, и для человека глюкоза — это как топливо для машины.

Растения производят сахар в своих листьях, но эти листья не сладкие на вкус. Это потому, что сахар не остается в листьях. Растения используют сахар для роста, и он также может транспортироваться к корням, семенам, стеблям или плодам для хранения. Мы уже узнали, что сахар может существовать в виде простых сахаров, таких как глюкоза или фруктоза, или в виде двойных сахаров, таких как сахароза. Но есть также сахара, в которых тысячи молекул сахара связаны друг с другом, образуя огромную единицу, например, крахмал. Все эти различные сахара представляют собой тип питательных веществ, называемых углеводами (таблица 1).

  • Таблица 1 — Некоторые формы углеводов в растениях.

Многие растения хранят сахар в виде крахмала, например картофель. Другие хранят сахар в форме фруктозы или глюкозы в своих фруктах, таких как яблоки и апельсины. Некоторые растения хранят высокие концентрации сахарозы. Растения с высоким содержанием сахарозы выращивают для производства столового сахара, который мы используем для приготовления наших вкусных сладостей. Во всем мире сахарная свекла и сахарный тростник являются основными культурами, из которых производят сахар. Сахарному тростнику для роста нужна теплая температура (25–30°C), поэтому эту культуру выращивают в субтропических и тропических регионах, таких как Бразилия и Индия. В настоящее время сахарная свекла является основной культурой для производства сахара в условиях умеренного климата (15—25°С), особенно в Западной, Центральной и Восточной Европе, а также в США, Китае, Японии.

Свет, углекислый газ и вода: источники энергии и сладости

Для фотосинтеза важны зеленые части растений. Листья зеленые, потому что они содержат структуры, называемые хлоропластами , которые имеют зеленый пигмент, называемый хлорофиллом (рис. 1). Фотосинтез состоит из двух основных стадий. На первом этапе солнечный свет падает на листья, и световая энергия собирается хлорофиллом в хлоропластах. Собранная световая энергия преобразуется в химическую энергию и сохраняется в энергоаккумулирующих молекулах. В ходе этого процесса также образуется кислород, который выделяется растениями [1]. На втором этапе фотосинтеза углекислый газ из воздуха поступает в листья через очень маленькие отверстия. Используя ранее запасенную химическую энергию, хлоропласты превращают углекислый газ в глюкозу [1]. На этом этапе также производится фруктоза. Затем глюкоза соединяется с фруктозой для создания сахарозы.

  • Рисунок 1 – Упрощенное изображение фотосинтеза.
  • Внутри хлоропластов листьев свет, вода (H 2 O) и углекислый газ (CO 2 ) преобразуются в энергию и сахар (глюкозу). С помощью воды солнечный свет преобразуется в молекулы, хранящие энергию внутри клеток растений. Затем энергия этих молекул используется для создания глюкозы из CO 2 .

Что такое сахарная свекла?

Люди всегда находили вещества, подслащивающие пищу. Но в прохладном климате сахар долгие годы был предметом роскоши. В 1747 году немецкий химик Андреас Сигизмунд Маргграф обнаружил, что свекла производит тот же сахар, что и сахарный тростник. Его ученик разработал технический процесс извлечения сахара из свеклы. Первый сахарный завод был введен в эксплуатацию в 1802 году. Вскоре по всей Европе было построено множество сахарных заводов.

Растение сахарной свеклы (называемое на латыни Beta vulgaris ) имеет ярко-зеленые листья в виде розетки и конусообразный белый мясистый корень (рис. 2). Корень свеклы является запасающим органом, содержащим 75% воды, ~20% сахара и структурные компоненты, называемые мякотью.

  • Рисунок 2 – Полностью развитый завод по производству сахарной свеклы.
  • Подземная часть — это запасающий орган, называемый стержневым корнем, который имеет волосатые корни для поглощения воды и питательных веществ. Надземная часть состоит из листвы, которая содержит многочисленные листья, расположенные в виде розетки.

Выращивание сахарной свеклы

Выращивание сельскохозяйственных культур может показаться простым, но это не так, если вы хотите выращивать достаточно большие культуры, чтобы накормить многих людей. Давайте посмотрим, как выращивают сахарную свеклу (рис. 3). Наше путешествие начинается с семян сахарной свеклы. Семена высевают, как только почва прогреется, обычно в марте-апреле. Из одного семени сахарной свеклы естественным образом развивается множество растений. До 1970-х годов ненужные растения нужно было удалять вручную, чтобы свекла не была слишком тесной, что было напряженной и трудоемкой работой. Затем селекционеры совершили прорыв и представили семена, дающие только один саженец. Селекционеры, производящие семена сахарной свеклы, покрывают семена пестициды , защищающие рассаду от болезней и вредителей. Семена сахарной свеклы с покрытием называются таблетками , и таблетки часто имеют разные цвета в зависимости от селекционера (рис. 3А).

  • Рисунок 3 – Выращивание сахарной свеклы.
  • (A) Весной семена сахарной свеклы (показанные здесь в виде таблеток, которые представляют собой семена, покрытые в основном веществами для защиты всходов от болезней и вредителей) высевают в ряд. (B,C) Всходят и растут молодые всходы сахарной свеклы. (D) Когда разворачиваются девять или более листьев, формируется стержневой корень, который растет под землей для хранения сахара. В течение этого «периода роста» необходимо контролировать особенно грибковых паразитов, которые могут ингибировать фотосинтез. (E) В Западной и Центральной Европе свеклу собирают с сентября. (F) Свекла хранится в виде кучи, называемой буртом, на границе поля, пока ее не привезут на завод для извлечения сахара. Внизу вы можете увидеть этапы выращивания сахарной свеклы для производства сахара и временной интервал, который действительно важен для защиты сахарной свеклы от сорняков, насекомых и грибковых паразитов.

Когда семена прорастают, появляются маленькие корни и два семенных листа, называемые семядолями (рис. 3В). С этого момента молодые растения сахарной свеклы должны быть защищены от сорняков, потому что сорняки конкурируют за солнечный свет и питательные вещества почвы. Фермеры могут бороться с сорняками с помощью мотыги или могут использовать гербициды, химические вещества, убивающие сорняки. Если фермер не борется с сорняками, мелкая свекла будет настигнута, и урожайность может снизиться до 80% [2]. Свекла должна бороться не только с конкурирующими сорняками. Их также атакуют насекомые. Насекомых, поражающих свеклу, можно разделить на две группы: те, которые непосредственно повреждают растение, и те, которые переносят вирусные заболевания. Зеленая персиковая тля ( Myzus persicae ), например, может передавать вирус, вызывающий пожелтение листьев сахарной свеклы, который ингибирует фотосинтез и снижает производство сахара.

Свекла должна быть защищена от грибковых заболеваний

После того, как у растения сахарной свеклы разовьется девять или более листьев, формируется «свекла» или подземный запасающий орган. Сахароза, вырабатываемая в листьях, сохраняется в свекле. Чем солнечнее лето, тем больше сахара может быть произведено посредством фотосинтеза. В это время листья необходимо защищать от грибковых заболеваний, ведь только здоровые листья могут осуществлять фотосинтез. Наиболее распространенное и разрушительное заболевание листьев сахарной свеклы вызывает гриб с латинским названием 9.0122 Cercospora beticola . Сначала видны только небольшие круглые темные пятна с красноватой каймой, но гриб вырабатывает токсичное вещество, которое разрушает ткань листа и в конечном итоге убивает большие участки или даже целые листья. В качестве источника питания гриб использует отмершие ткани [3]. Болезнь можно уменьшить, выращивая сахарную свеклу только каждые 3 года и выращивая другие растения, такие как зерновые, в промежуточные годы [3]. Этот прием называется севооборотом. Фермеры также могут использовать новые устойчивые к церкоспорозу сорта сахарной свеклы, которые лучше переносят заболевание [3]. Если грибок уже сильно поразил сахарную свеклу, можно опрыскать растения фунгицидами, которые представляют собой химические вещества, защищающие растения от грибковых поражений. Исследователи изучают новые технологии для сокращения использования фунгицидов. Например, с помощью специальных камер и компьютерных систем болезни растений можно прогнозировать гораздо раньше, чем невооруженным глазом, а фермеры могут более целенаправленно применять фунгициды [4]. Это также важно для защиты полезных животных, обитающих на полях сахарной свеклы, таких как чибис, других птиц, гнездящихся на земле, зайцев или кроликов и насекомых, таких как жуки, такие как божья коровка. Однако сахарная свекла не цветет, когда выращивается для производства сахара, поэтому поля сахарной свеклы не привлекательны для медоносных, диких или шмелей.

Сбор и извлечение сахара

Осенью, когда растения отрастают, начинается уборка сахарной свеклы. Листья сахарной свеклы удаляются, и свекла поднимается с почвы свеклоуборочными комбайнами, многие из которых могут одновременно собирать урожай в шесть рядов (рис. 3Е). Листья остаются на поле как естественное удобрение. Сахарная свекла собирается в кучу, называемую буртом для свеклы (рис. 3F), где она ожидает обработки. Сахарную свеклу постепенно собирают и транспортируют на фабрики, чтобы в это время фабрики могли непрерывно получать и перерабатывать сахарную свеклу. На фабриках сахар извлекают из свеклы с помощью воды, извести, тепла и знаний физики. В среднем, для производства 1 кг сахара (~2,2 фунта) требуется от шести до семи сахарных свекл, что соответствует посевной площади около 1 м 9 .0172 2 .

Сегодня почти все компоненты заводов по производству сахарной свеклы используются в устойчивом замкнутом цикле. Помимо сахара, другие продукты, производимые из сахарной свеклы, включают корма для животных, биоэтанол и биогаз.

Чему мы научились?

Из этой статьи вы многое узнали о сахарной свекле: как она растет, как из нее производят сахар, с какими вредителями и болезнями она сталкивается и как ее собирают. Выращивание сахарной свеклы чрезвычайно важно, потому что она обеспечивает ~ 32% мирового производства столового сахара и является единственной культурой с высоким содержанием сахарозы, которую можно выращивать в регионах с умеренным климатом.

Глоссарий

Фотосинтез : Процесс, используемый зелеными растениями для производства энергии в форме сахара из солнечного света, воды и углекислого газа.

Хлоропласт : Небольшие структуры внутри листьев, которые проводят фотосинтез.

Хлорофилл : Пигмент внутри хлоропластов, поглощающий световую энергию солнечного света.

Пестициды : Вещества, используемые для защиты сельскохозяйственных культур от сорняков, грибковых патогенов и вредителей.

Таблетка : Семена сахарной свеклы, покрытые слоем различных веществ, главным образом для защиты всходов от болезней и вредителей.

Семядоли : Первые два листа, которые появляются из семени после посева.

Свеклозажим : Куча собранной и очищенной сахарной свеклы, без листьев, обычно на границе поля.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Авторы благодарят Максимилиана Мюллендера за тщательную корректуру рукописи и полезные комментарии.


Каталожные номера

[1] Эберхард С., Финацци Г. и Воллман Ф.-А. 2008. Динамика фотосинтеза. год. Преподобный Жене. 42:463–515. doi: 10.1146/annurev.genet.42.110807.091452

[2] Cousens, R. 1985. Простая модель, связывающая потерю урожая с плотностью сорняков. Энн. заявл. биол. 107: 239–52. doi: 10.1111/j.1744-7348.1985.tb01567.x

[3] Weiland, J., and Koch, G. 2004. Пятнистость листьев сахарной свеклы ( Cercospora beticola Sacc.). Мол. Завод Патол . 5: 157–66. doi: 10.1111/j.1364-3703.2004.00218.x

[4] Махлейн, А.