1

1Barbara Sawicka, 1Dominika Skiba, 2Ewa Kotiuk 1Katedra Szczegółowej Uprawy Roślin, UP w Lublinie 2Wytwórnia Octu i Musztardy w Parczewie tel. 814456787, e-mail: barbara.sawicka@up.lublin.pl

WIELOKIERUNKOWE WYKORZYSTANIE SUROWCÓW ZE SŁONECZNIKA

BULWIASTEGO (HELIANTHUS TUBEROSUS L.)

Streszczenie. Przedstawiono znaczenie gospodarcze i wykorzystanie słonecznika bulwiastego. Jest to gatunek wszechstronny, przydatny do wielu kierunków użytkowania. Może być z powodzeniem wykorzystywany w żywieniu ludzi i zwierząt oraz jako surowiec wielu gałęzi przemysłu, takich jak: cukierniczy, cukrowniczy, mleczarski, ogólnospożywczy, spirytusowy, farmaceutyczny, paszowy, energetyczny oraz w ochronie środowiska. Słowa kluczowe: słonecznik bulwiasty, skład chemiczny, wartość odżywcza, wartość paszowa, wartość energetyczna, znaczenie gospodarcze WSTĘP

W ostatnich latach znacznie wzrosło zainteresowanie gatunkiem Helianthus tuberosus, gdyż opracowano inne, niekonwencjonalne sposoby jego wykorzystania, w porównaniu ze stosowanymi dotychczas [Hag i Ofter 1992, Chrapkowska i Góral 1995, Szebiotko 1995, Sawicka 2000, 2009, 2010, Danilcênko i in. 2012]. Zainteresowanie bulwami Helianthus tuberosus, przeznaczonymi do spożycia przez ludzi i zwierzęta wynika z zawartości w nich m.in.: inuliny, fruktooligosacharydów, charakteryzujących się właściwościami prebiotycznymi, naturalnej fruktozy, związków mineralnych, białka, niezbędnych aminokwasów, witamin, flawonoidów i fitosteroli [Varlamova i in. 1996, Cieślik 1998, Cieślik i Filipiak-Florkiewicz 2000, Cieślik i in. 2005, Gordon i Baraniak 2006]. Gatunek ten jest zaliczany do roślin alternatywnych, o dużym potencjale produkcyjnym i wszechstronnym użytkowaniu [Barta i Fuchs 1990, Sawicka 1999, Baldini i in. 2004, Michałek i Sawicka 2007]. Jego wysoki potencjał biologiczny wynika ze stosunkowo wysokiego indeksu plonowania, z uwagi na duże możliwości realokacji suchej masy z części nadziemnych roślin do bulw, w drugiej części okresu wegetacji. Zdolność tego procesu w biomasie Helianthus tuberosus zawiera się w granicach 67,7%–94,9% [Almeida i in. 1987, Schittenhelm 1999, Góral 2000, Szambelan i in. 2000, Budzyński i Bielski 2004].

ZASTOSOWANIE PASZOWE

Z rolniczego punktu widzenia ważne jest zastosowanie paszowe słonecznika bulwiastego. Najprostszą i pierwotną formą zastosowania słonecznika bulwiastego jest skarmianie bulw na surowo, po uparowaniu, bądź zakiszeniu [Tabin i Woźnica 1959, Marien 2012]. Ich wartość pastewna jest zbliżona do ziemniaka i buraka pastewnego [Nehring i in. 1972, Marien 2012].

Nadziemna część stanowi doskonałą paszę dla zwierząt gospodarskich w miesiącach letnich w formie zielonki lub we wrześniu i październiku, jako kiszonki. Może być ona zakiszana sama lub w połączeniu z trawami i roślinami bobowatymi. Same liście są bardzo dobrym surowcem do produkcji pasz w postaci granulatu, czy suszu dla zwierząt monogastrycznych, a także stanowić surowiec do produkcji koncentratów białkowych i białkowo-witaminowych [Tabin i Woźnica 1959, Tabin 1961, Gordon i Baraniak 2006].

Gatunek ten może stanowić urozmaicenie diety zwierząt gospodarskich, takich jak: konie, krowy, świnie, owce, kozy, króliki i nutrie, jak i zwierzyny łownej, głównie dzików i jeleniowatych. Słonecznik bulwiasty jest często wysadzany przez leśników i koła łowieckie

2

na polanach leśnych i obrzeżach pól uprawnych, tzw. ekotonów, gdzie stanowi tzw. poletka zaporowe dla zwierzyny leśnej, z możliwością dobierania roślin do współuprawy w zależności od potrzeb [Tabin i Woźnica 1959, Góral 2000, Dreszczyk, Brzezowska 2008]. Słonecznik bulwiasty może też służyć do obsiewu wolier dla ptactwa, którym daje poczucie bezpieczeństwa i schronienie, a równocześnie stanowi cenną paszę [Góral 2000].

Wartość paszowa 1 kg bulw Helianthus tuberosus dla przeżuwaczy wynosi około 0,34 jednostek owsianych, tj. 2,01 MJ. Strawność białka bulw dla przeżuwaczy wynosi 72%; tłuszczu 12%; włókna 31% i związków bezazotowych wyciągowych 93%. W przypadku nieprzeżuwaczy strawność białka bulw wynosi 46%; włókna 71%; związków bezazotowych wyciągowych 95% [Tabin i Woźnica 1959, Nehring i in. 1972, Sawicka 1998]. Badania żywieniowe na 72 szt. świń wykonane przez Marien [2011] wykazały, że przyjmowanie bulw Helianthus tuberosus do woli, na wolnym wybiegu, oszacowano na 1,24 kg suchej masy (DM)/dzień, co odpowiada średniemu spożyciu inuliny w ilości ok. 800 g/dzień. Przyrost gospodarczy świń CT wynosił 0,642 kg/dzień, wartość ET wzrosła do 0,765 kg/dobę, podkreślając przydatność bulw, jako źródła składników odżywczych dla świń na wolnym wybiegu. Obfitość i dostępność inuliny oraz FOS w żywieniu świń znacznie zwiększyło udział beztlenowców, bifidobakterii, Lactobacillus oraz drożdży i drastycznie zmniejszyło udział patogennych bakterii Clostridium perfringens w kale świń. Badania mikroflory jelit świń żywionych bulwami Helianthus tuberosus wskazują na istotny wpływ inuliny i FOS na poprawienie zdrowotności jelit.

Ważnym produktem pozyskiwanym z bulw Helianthus tuberosus jest również mączka. Może ona być wykorzystywana, jako dodatek do pasz dla zwierząt gospodarskich. W badaniach na drobnoustrojach, liniach komórkowych i zwierzętach doświadczalnych wykazano aktywacje transkrypcyjnych czynników komórkowych NFĸ-B oraz obniżenie poziomu glukozy we krwi szczurów doświadczalnych w diecie, u których zastosowano dodatek mączki ze słonecznika bulwiastego [Kopeć i Cieślik 2001, Cisowski i Włodarczyk. 2006, Świątkiewiczowie 2008]. Z badań Yildiz i in. [2006] wynika, iż suplementowanie diety kur niosek bulwami tego gatunku przyczynia się do obniżenia zawartości cholesterolu w żółtku, jak i całym jajku. Kury w diecie, których zastosowano dodatek słonecznika bulwiastego znosiły jaja o większej masie oraz bardziej wytrzymałe na pęknięcia skorupki.

Wartość pokarmowa 1 kg młodej zielonej masy słonecznika bulwiastego wynosi 0,12 jednostek owsianych, tj. 0,71 MJ, a zielonej masy koszonej przed zbiorem bulw – 0,14 jednostek owsianych tj. 0,83 MJ. Wartość pokarmowa 1 kg kiszonki z młodej masy zielonej wynosi 0,125 jednostek owsianych, natomiast kiszonki z zielonej masy koszonej tuż przed zbiorem bulw – 0,09 jednostek owsianych. Współczynnik strawności białka w kiszonce z zielonej masy Helianthus tuberosus wynosi 55-61%; tłuszczu – 30-36 %; włókna 44-45%; związków bezazotowych wyciągowych – 58-63% [Nehring i in. 1972, Sawicka 1998].

Największą wydajność kiszonek, wyrażoną ilością substancji bezazotowych wyciągowych, białka surowego, popiołu i tłuszczu można uzyskać z zielonki zebranej od połowy września do połowy października [Tabin i Woźnica 1959, Pilarczyk 1990, Baldini i in. 2004, Seiler, Campbell 2006, Czyż i Dawidowski 2005, Pignatelli i in. 2010].

WYKORZYSTANIE W GASTRONOMII I ŻYWNOŚCI FUNKCJONALNEJ Bulwy Helianthus tuberosus mają duże zastosowanie w gastronomii. Te o białej skórce i

regularnym kształcie są chętnie używane do celów kulinarnych na frytki, sałatki oraz w formie potraw gotowanych, duszonych i marynowanych [Szebiotko 1995]. W Europie Zachodniej słonecznik bulwiasty uważany jest za bardzo smaczne, soczyste warzywo, delikatne, słodkawe, smakiem przypominające karczochy lub szparagi [Sawicka 2000, Sawicka, Skiba 2009]. Chrapkowska i Góral [1995] otrzymali szereg dietetycznych potraw ocenionych pozytywnie pod względem organoleptycznym. Bulwy tego gatunku można

3

spożywać po uprzednim ugotowaniu, parowaniu, pieczeniu, blanszowaniu, moczeniu w rozcieńczonych kwasach organicznych lub smażeniu, a także surowe, pokrojone w plastry lub szatkowane, jako dodatek do sałatek [Chrapkowska i Góral 1995, Volk i Richards 2006]. We Włoszech i Francji bulwy używa się do przygotowywania zup, delikatnych frytek i chipsów. Polecane są także w marynacie oraz zapiekane z serem cheddar. Do spożycia przeznacza się bulwy zaraz po wykopaniu, ponieważ dość szybko starzeją się i wtedy nabierają niezbyt przyjemnego smaku. Bulwy mogą być również konserwowane i marynowane z dodatkiem cebuli lub czosnku, a także można je kisić [Chrapkowska i Góral 1995, Sawicka i Skiba 2009]. W cukiernictwie dodatek mączki z bulw Helianthus tuberosus do ciasta przedłuża jego świeżość. Spożywanie produktów z dodatkiem mączki z tej rośliny wpływa pozytywnie na metabolizm lipidów w organizmie [Cieślik i in. 2005].

Inulina, będąca podstawowym składnikiem suchej masy bulw, znalazła szerokie zastosowanie w przemyśle spożywczym ze względu na swoje właściwości fizykochemiczne. Ma słodki smak oraz wykazuje właściwości żelujące. Po wymieszaniu z wodą tworzy gęstą, kremową teksturę, nadającą produktom spożywczym gładkość i łagodny smak. Dzięki tej właściwości możliwe jest zastosowanie jej w produktach fermentowanych tradycyjnie, w celu zastąpienia stosowanych stabilizatorów, często modyfikowanych chemicznie, jak: pochodne celulozy, skrobi czy alginianów a także żelatyny. Dzięki swoim właściwościom tłuszczo-naśladowczym wykorzystywana jest, jako zamiennik tłuszczu w wielu produktach spożywczych, jak: ciastka, czy czekolady. W przemyśle mleczarskim może być wykorzystywana w produkcji napojów fermentowanych, serów twarogowych, serów topionych, koktajli mlecznych, śmietany, produktów masłopodobnych oraz lodów. Uważa się, że 1 g inuliny może zastąpić 4 g tłuszczu i stanowi tylko 1,5 kcal [Cieślik i Filipiak-Florkiewicz 2000, Świątkiewiczowie 2008, Yildiz i in. 2008]. Większość krajów Unii Europejskiej, USA i Japonia wpisały produkty z dodatkiem inuliny na listę produktów żywnościowych, nadających się do spożycia bez ograniczeń [Cieślik i in. 2000]. Obecność inuliny i jej pochodnych (fruktooligosacharydów) w bulwach Helianthus tuberosus przyczynia się do wzrostu korzystnych dla organizmu człowieka bakterii probiotycznych: Bifidobacterium, Lactobacillus, hamujących wzrost patogenów, takich jak: Clostridium, Fusobacterium, czy też Gram-dodatnich paciorkowców [Cieślik 1998, Kopeć i in. 2001, Cummings i Macfarlane 2002].

W środowisku kwaśnym (pH <4,5) zachodzi hydroliza inuliny do fruktozy, powodując zmianę jej cech funkcjonalnych [Gramza-Michałowska i Górecka 2009]. Bulwy Helianthus tuberosus są cennym jej surowcem. Fruktoza posiada niższą wartość energetyczną, przy odczuwaniu tych samych wrażeń słodyczy, dzięki czemu jest mniej szkodliwa dla diabetyków. Ze 100 kg bulw można otrzymać 9-10 kg fruktozy [Cieślik i in. 2005, Baldini i in. 2004]. Trudna krystalizacja fruktozy oraz wysokie straty przy wytrącaniu fruktozanu wapnia przyczyniły się do pozyskiwania soku fruktozowego, jako surowca ostatecznego, pozwalającego na lepsze wykorzystanie cukrów z bulwy. Taki syrop ma szerokie zastosowanie w przemyśle cukierniczym, jako substytut sacharozy i glukozy, jak również może być wykorzystywany przy produkcji likierów. Dodatek syropu fruktozowego do konfitur, cukierków, dżemów, alkoholi i napojów bezalkoholowych przedłuża przydatność tych produktów do spożycia. Zapobiega też scukrzaniu się konfitur, opóźnia czerstwienie chleba [Sirisansaneeyakul i in. 2007].

Bulwy Helianthus tuberosus pieczone mogą być stosowane, jako substytut kawy

[Zhang i in. 2011]. Obecnie dużym zainteresowaniem cieszą się też polisacharydy pochodzenia mikrobiologicznego, takie jak: ksantyny, który produkowane są na skalę przemysłową. Janas i Targoński [2007] wykazali, iż dobrym substratem do produkcji tego polimeru są rozdrobnione bulwy Helianthus tuberosus.

4

SUROWIEC FARMAKOLOGICZNY

Bulwy tego gatunku mogą stać się również cennym surowcem dla przemysłu farmaceutycznego, dzięki zawartości cennych składników mineralnych i pokarmowych. Również części nadziemne słonecznika bulwiastego, ze względu na bogaty zestaw wielocukrów, białek, kwasów organicznych, witamin i innych związków stanowią surowiec zielarski [Anioł-Kwiatkowska 1994, Szebiotko, 1995]. Sok otrzymany z bulw może być stosowany w leczeniu schorzeń jelita grubego, hemoroidach, zapaleniu spojówek, powiek i skóry oraz w leczeniu łuszczycy, owrzodzeń czy oparzeń [Anioł-Kwiatkowska 1994, Dreszczyk i Brzezowska 2008]. Istnieje również możliwość zastosowania słonecznika bulwiastego w diecie, w przypadkach fenyloketonurii, ze względu na brak fenyloalaniny i tyrozyny w składzie aminokwasowym białka tej rośliny [Sawicka 1999, Danilcênko i in. 2012].

Spożywanie bulw Helianthus tuberosus pomaga w ustabilizowaniu poziomu cukru we krwi, obniża też poziom „złego cholesterolu” w organizmie, reguluje ciśnienie krwi oraz pracę przewodu pokarmowego, chroni wątrobę i nerki, ułatwia przyswajanie żelaza, wapnia i magnezu oraz usuwanie alkoholu z krwi. Działa oczyszczająco, pomaga pozbyć się metali ciężkich, jak i toksyn pochodzenia organicznego. Podnosi odporność organizmu, może, więc być pomocny przy wszelkiego rodzaju infekcjach. Oprócz tego działa antystresowo, podnosi też zdolność koncentracji [Georgescu i Stoika 2005, Zaky 2009]. Spożywanie bulw tego gatunku, lub preparatów zawierających substancje pęczniejące zalecane jest w nadwadze i otyłości. Za to działanie odpowiedzialne są różne postaci błonnika, głównie celuloza i inulina, pozyskiwane z bulw Helianthus tuberosus. Na ich bazie wyprodukowano preparaty, takie jak: TOPINULIN, Topinambur-Sirup i Topinambur-Pulver [Cieślik i in. 2000, Sobel i Matławska 2005]. Włókna inuliny chronią jelito grube przed groźnymi chorobami cywilizacyjnymi. Są pożywką dla rozwoju mikroflory bakteryjnej umożliwiającej prawidłowe trawienie w jelicie. Jest to ważne również przy stosowaniu antybiotyków, które niszczą zdrową mikroflorę. Dieta wzbogacona inuliną sprzyja rozwojowi bakterii zakwaszających organizm i eliminuje bakterie gnilne wywołujące biegunki i zapalenia jelita grubego; w konsekwencji zapobiega polipom i owrzodzeniom zagrażającym rakiem. Inulina posiada ponadto zdolność wzmacniania układu odpornościowego, zmniejszania insulinooporności w cukrzycy oraz obniżania poziomu cholesterolu. Jest doskonała w diecie cukrzyków i osób po chemioterapii [Zhang i in. 2011]. Pomaga w normalizowaniu glikemii, a razem z pektynami i błonnikiem pomaga w oczyszczaniu organizmu wiążąc szkodliwe związki i przyśpieszając ich wydalanie poprzez pobudzanie ruchów jelit. Dzięki temu pomaga w zaparciach. Bulwy poza tym działają, jako immunostymulator, osłonowo na wątrobę i zapobiegają zakażeniom dróg moczowych [Zhang i in. 2011]. W 1991 roku po raz pierwszy zarejestrowano słonecznik bulwiasty w wykazie leków homeopatycznych [Cieślik i in. 2000]. Są doniesienia o działaniu cytotoksycznym na dwie linie komórkowe raka sutka seskwiterpenów laktonowych wyizolowanych ze słonecznika bulwiastego [Li Pan i in. 2008] oraz działaniu przeciwnowotworowym białek wyizolowanych z bulw [Griffaut i in. 2007].

SUROWIEC DO PRODUKCJI SPIRYTUSU

Bulwy Helianthus tuberosus są również wykorzystywane przez przemysł gorzelniczy do produkcji wyrobów spirytusowych. Duża zawartość inuliny w bulwach Helianthus tuberosus łatwo hydrolizującej do inulidów i d-fruktozy stawia ten gatunek w szeregu cennych surowców do fermentacji alkoholowej. Fermentacja alkoholowa inuliny jest biologicznie prostsza od fermentacji stosowanej w przypadku surowców skrobiowych [Sirisansaneeyakul i in. 2007]. Z 1 ha słonecznika bulwiastego można uzyskać więcej etanolu niż z 1 ha ziemniaka i żyta, a pod względem wydajności ustępuje jedynie burakom cukrowym i kukurydzy. Z 1 ha

5

słonecznika bulwiastego, przy zbiorze wiosennym można uzyskać 8-9 dm etanolu .100 kg-1 bulw. Z tej samej ilości bulw przy sprzęcie jesiennym pozyskuje się jedynie ok. 3,8 dm [Sawicka i in. 2009].

Obecne prace nad wykorzystaniem słonecznika bulwiastego do produkcji bioetanolu związane są przede wszystkim z doborem odpowiedniego genotypu tego gatunku oraz szczepu mikroorganizmów. Aby procesy fermentacji przy udziale mikroorganizmów mogły zajść należy uprzednio poddać materiał procesom hydrolizy kwasowej lub enzymatycznej. Materiał ten stanowią zmielone bulwy oraz sok lub mączka z nich sporządzane [Szambelan 2000]. Przy produkcji bioetanolu z bulw wykorzystywane są bakterie Kluyveromyces: fragilis, marxianus; Zymomonas mobili, drożdże: Saccharomyces cerevisiae, lactis, Candida kefyr i grzyby: Aspergillus niger, Candida guilliermondii, Fusarium roseum, Penicillum spp. Hydroliza kwasowa przebiega przy pH 1-4, w temperaturze 60-100°C i trwa od 5 minut do kilku godzin, natomiast optimum dla mikroorganizmów to pH w granicach 3,5-5,5 oraz temperatura 45-55°C [Szambelan 2000, Sirisansaneeyakul i in. 2007].

W przemyśle spirytusowym stosowane są również łodygi słonecznika bulwiastego. Ze 100 kg części nadziemnych można pozyskać 4,ok. 1 dm 100% spirytusu. Seiler [2007] podaje, że szacunkowo z łodygi jednej rośliny można uzyskać maksymalnie 108,6 g bioetanolu. Wywar powstały przy produkcji alkoholu może być zużyty w żywieniu inwentarza lub poddany dalszym procesom do produkcji białka. Spirytus etylowy jest stosowany dość powszechnie, jako źródło napędu samochodów w Brazylii [Dreszczyk i Brzezowska 2008]. Z 1 ha słonecznika bulwiastego można przeciętnie uzyskać 2834 dm bioetanolu, wykorzystując łodygi oraz 7554 l – z bulw [Sawicka i in. 2009].

Łodygi słonecznika bulwiastego mogą być również używane do wyrobu napoju o smaku zbliżonym do piwa, a także wódek gatunkowych. Do tego celu wykorzystywane są suszone i spreparowane części nadziemne. Z biomasy tego gatunku można uzyskiwać także butanol i dimetylofuran. Przeprowadzono również próby wykorzystania Helianthus tuberosus do produkcji alkoholu metylowego oraz butyloacetylowego [Sirisansaneeyakul i in. 2007].

WARTOŚĆ ENERGETYCZNA

Słonecznik bulwiasty jest jednym z najefektywniejszych gatunków roślin uprawnych w przekształcaniu energii słonecznej na suchą masę roślin, zarówno pod względem ilościowym, jaki i jakościowym [Czyż i in. 2005, Dreszczyk i Brzezowska 2008, Sawicka i in. 2009, Sawicka 2010]. Stwarza to możliwość wykorzystania biomasy, jako alternatywnego źródła energii. Bulwy mogą być wykorzystywane do produkcji bioetanolu lub do fermentacji metanowej, część nadziemną można wykorzystać do produkcji biometanu (również po zakiszeniu), w procesie bezpośredniego spalania lub do produkcji brykietów i peletów [Budzyński i in. 2004, Kościk 2007, Majtkowski 2006, Piskier 2009]. Badania Kościka [2007] wykazały, iż słoma słonecznika bulwiastego jest bardzo podatna na rozdrabnianie, co w czasie brykietowania wpływa korzystnie na przebieg procesu i jakość produktu. Również bez problemów przebiega proces produkcji peletu.

Pędy nadziemne po wysuszeniu i rozdrobnieniu mogą być albo spalane bezpośrednio w piecach, albo używane, jako surowiec do wyrobu brykietów i peletów. Produkcja surowca opałowego z tego gatunku w warunkach polskich nie jest zbyt konkurencyjna – w badaniach uzyskiwano plon suchej masy łodyg wynoszący ok. 5,55 t·ha-1, co pozwoliło na uzyskanie 88,4 GJ·ha-1 energii [Niedziółka i Zuchniarz 2006, Kościk 2007].

Wartość energetyczna, jako jeden z podstawowych parametrów termofizycznych biopaliw stałych, waha się od 6-8 MJ.kg-1 dla biomasy słonecznika bulwiastego o wilgotności 50–60% do 15–17 MJ.kg-1 dla biomasy podsuszonej, której wilgotność wynosi 10–20%, aż do 19 MJ.kg-1 dla biomasy całkowicie wysuszonej [Niedziółko i in. 2006]. Wartość opałowa

6

biomasy słonecznika bulwiastego, przy wilgotności 10-20%, wynosi 13-26 MJ.kg-1 [Majtkowski 2006, Kościk 2007]. Badania Stolarskiego i in. [2008] wykazały wartość opałową biomasy słonecznika bulwiastego, zebranej w listopadzie przy wilgotności 66%, na poziomie 5166 kJ.kg-1. Opóźnianie terminu zbioru, wiążące się ze zmniejszeniem wilgotności, wpływa korzystnie na parametry energetyczne. Przy korzystnych warunkach atmosferycznych następuje obniżenie wilgotności biomasy oraz wzrost wartości opałowej. Jednakże w wa-runkach pogorszenia pogody w okresie zbioru następuje wzrost wilgotności biomasy i spadek jej wartości opałowej [Kościk 2007, Stolarski i in. 2008].

Ciepło spalania słomy słonecznika bulwiastego wynosi 15-18 MJ.kg-1 [Kościk 2007, Stolarski i in. 2008, Piskier 2009]. Ciepłownie, bazujące na słomie zbożowej lub rzepakowej, dzięki słomie ze słonecznika bulwiastego mają jeszcze lepsze perspektywy, gdyż jej kaloryczność jest wyższa, wydajność cieplna jest 4-5 krotnie większa w porównaniu ze słomą zbożową [Pilarczyk 2009]. Zależnie od odmiany produkcja energii cieplnej z 1 ha waha się w granicach 90-163 MWh, a produkcja energii elektrycznej 35-53 MWh [Niedziółka i Zuchniarz 2006]. W sensie chemicznym spalanie polega na konwersji materii organicznej na dwutlenek węgla i wodę w obecności tlenu. Bardzo duże zróżnicowanie biomasy pod względem składu chemicznego i cech fizycznych powoduje określone trudności w przebiegu spalania, jak i składu emisji polutantów będących ubocznymi produktami procesu [Mirowski 2005]. Ważnymi parametrami są nie tylko wielkość plonu i jego wartość energetyczna, ale też zawartość i skład chemiczny popiołu, który pozostaje, jako odpad ze spalania każdego paliwa stałego. Stwierdzono, że wartość opałowa oraz ciepło spalania są ujemnie skorelowane z zawartością popiołu. Zwiększenie zawartości popiołu o 1% towarzyszy zmniejszenie wartości opałowej o 0,2 MJ.kg-1 [Kowalczyk-Juśko 2009]. Popiół ze spalania biomasy słonecznika bulwiastego może zostać wykorzystany, jako nawóz mineralny na polach [Niedziółka i in. 2006, Kowalczyk-Juśko 2009].

Świeża masa części nadziemnych, zbierana do 3 razy w ciągu wegetacji, może być wykorzystana, ze względu na zawartość celulozy i cukrów, jako surowiec do produkcji biogazu. Do produkcji biogazu nadają się zarówno rośliny świeżo zebrane, jak również zakiszone [Budzyński i in. 2004, Kryłowicz i in. 2008, Sawicka i in. 2009]. Wydajność produkcji biogazu z 1 tony biomasy słonecznika bulwiastego kształtuje się na poziomie 480-590 m3 [Piskier 2006b, Kryłowicz i in. 2008, Pignatelli i in. 2010]. Produkcja biometanu z 1 ha Helianthus tuberosus w zależności od odmiany kształtuje się w granicach 3100-16418 m3, z czego można uzyskać 28–53 MWh.ha-1 [Piskier 2009, Pignatelli i in. 2010].

REKULTYWACJA GRUNTÓW ZDEWASTOWANYCH PRZEZ PRZEMYSŁ

Inną formą wykorzystania Helianthus tuberosus jest rekultywacja gruntów zdewastowanych przez przemysł i gospodarkę komunalną. Prowadzone są próby przywrócenia tym gruntom ich naturalnych właściwości poprzez zazielenienia starych wysypisk śmieci komunalnych, zwałowisk kopalni odkrywkowych oraz osadników ściekowych [Cieślik i in. 2000, Majtkowski 2006, Klimont 2007]. Słonecznik bulwiasty bardzo dobrze rozwija się na bezglebowym podłożu wapna poflotacyjnego, wzbogaconego zróżnicowanymi dawkami ścieków komunalnych reagując zwyżką plonów [Borkowska i in. 2001, Klimont, Bulińska-Radomska 2008]. Badania Klimonta [2007] wskazują, że zielona masa roślin Helianthus tuberosus w ciągu pięciu lat zainicjowała tworzenie się na jednolitym bezglebowym podłożu wapiennym, nawożonym osadem ściekowym, poziomu organiczno-próchnicznego, którego miąższość wynosiła średnio 4–5 cm, a pH 7,6. Wysokie dawki osadu ściekowego w połączeniu z masą organiczną słonecznika bulwiastego zwiększają zawartość N, P, K i Mg.

7

Szambelan i in. [2006] potwierdzili również przydatność tej rośliny do fitoremediacji, czyli oczyszczania gleby i osadów ściekowych przy użyciu roślin, które mają zdolność do pobierania i gromadzenia w tkankach zanieczyszczeń. Słonecznik bulwiasty wykazuje dużą odporność na nadmiar metali ciężkich w podłożu [Borkowska i in. 1996, Jasiewicz i Antonkiewicz 2000, Prośba-Białczyk 2007]. Helianthus tuberosus może mieć zastosowanie do rekultywacji gleb zanieczyszczonych pestycydami, a przede wszystkim do przedłużenia żywotności bariery sorpcyjnej wokół mogilnika. Oczyszczanie ścieków przy użyciu tego gatunku nie zakłóca procesów mikrobiologicznych w tym podłożu, co jest ważne dla rozwoju roślin i wartości nawozowej osadu [Furczak i Wielgosz 2001].

Części zielone Helianthus tuberosus, który rósł na glebach zawierających toksyczne odpady, nie mogą być stosowane w żywieniu, natomiast można otrzymać z nich surowce techniczne. Metoda gotowania z wykorzystaniem redukcji siarczanów pozwala otrzymać z tych części rośliny celulozę, przydatną do wytworzenia papieru [Dreszczyk i Brzezowska 2008].

Duże zapotrzebowanie tego gatunku na azot i potas oraz wodę powoduje, iż istnieje możliwość wykorzystania go, jako filtru biologicznego wód i ścieków zawierających duże ilości tych związków, a także metali ciężkich [Borkowska i in. 1996, Cieślik i in. 2000]. Możliwe jest też zastosowanie tej rośliny, jako otuliny lasów, parków narodowych i rezerwatów przyrody, jak również do ochrony wodonośnych zbiorników wodnych, gdyż stanowi dobry filtr biologiczny [Jasiewicz i Antonkiewicz 2000, Dreszczyk i Brzezowska 2008].

Ze względu na niewielkie wymagania siedliskowe i silny wzrost jest wykorzystywany w nasadzeniach przeciwerozyjnych. Stosowany jest także w rekultywacji gleb zasolonych, zanieczyszczonych substancjami ropopochodnymi i na terenach górniczych [Borkowska i in. 1996, Klimont 2007].

INNE ZASTOSOWANIA

Chrapkowska i in. [1995] dowiedli przydatności łodyg, jako podłoża do wzrostu grzybni i plonowania boczniaka. Grzybnie boczniaka na słomie ze słonecznika bulwiastego dają o wiele lepsze efekty niż na słomie zbożowej.

Silny wzrost i efektowne, żółte kwiatostany sprawiają, że rośliny uprawiane bywają w ogrodach ze względów ozdobnych. Gatunek ten może, zatem spełniać funkcje dekoracyjne np. w okresie kwitnienia kwiaty ma podobne do słonecznika, lecz z mniejszymi koszyczkami. Uprawiany w jednym rzędzie na działce może stanowić formę żywopłotu, przyczyniając się do wytworzenia specyficznego mikroklimatu, osłania działkę od wiatrów i nadmiernego nasłonecznienia. Nadaje się też na obwódki na granicach ogrodów, nie tylko ze względu na gęsty i wysoki pokrój, ale także, jako osłona od wiatru. Wykorzystywany jest również do osłaniania wolier ptasich, np. w hodowli bażanta królewskiego, gdyż nie tolerują one wiatru [Góral 2000].

Słonecznik bulwiasty długo i obficie kwitnie, a związku z tym, dostarcza późnych pożytków pszczelich [Góral 2000].

Plantacje słonecznika bulwiastego mogą również zabezpieczać grunty odłogowane przed zachwaszczeniem i zakrzaczeniem [Klimont 2007, Sawicka i in. 2009].

PODSUMOWANIE

Słonecznik bulwiasty, z racji swego bogatego składu chemicznego oraz walorów sensorycznych, stanowi surowiec mogący częściowo lub całkowicie zastąpić surowce deficytowe, jak również pozwolić na poszerzenie asortymentu wytwarzanych produktów, w

8

tym również żywności funkcjonalnej, czyli takiej, która wykazuje specyficzne działanie prozdrowotne. Gatunek ten ma dużą zdolność wiązania energii słonecznej i przetwarzania jej w substancję organiczną. Wyczerpanie się tradycyjnych źródeł energetycznych oznacza kolejną szansę dla słonecznika bulwiastego, jako surowca ekologicznego, którego „złoża” odnawiają się, co roku, a jego przerób nie zagraża środowisku. W oparciu o istniejące plantacje słonecznika bulwiastego, istnieje ogromna możliwość stworzenia lokalnych, rozproszonych centrów energetycznych, zlokalizowanych w małych miastach – w miejsce funkcjonującego obecnie systemu ogrzewania centralnego, komunalnego opartego na spalaniu głównie węgla kamiennego. Stworzenie systemu lokalnego wykorzystania biomasy (energia elektryczna + cieplna) jest bardzo efektywne ekonomicznie (90% efektywności), w pełni ekologiczne i aktywizujące obszary wiejskie przez stworzenie nowych miejsc pracy, pełne wykorzystanie gruntów i obrót kapitału w układzie lokalnym, co stwarza „koło zamachowe” lokalnej gospodarki. Przy wykorzystaniu biomasy na dużą skalę w lokalnych centrach energetycznych, najbardziej uzasadnioną formą (ze względów ekonomicznych) powinna być biomasa nieprzetworzona, transportowana na nieduże odległości (50 km) – ze względu na koszty. Opłacalność jego uprawy oraz rosnące zapotrzebowanie na materiał rozmnożeni wy, w kontekście biopaliw, sprawiają, że gatunek ten cieszy się coraz większym zainteresowaniem. Za szerszym wykorzystaniem tego gatunku przemawia możliwość uprawy na gorszych stanowiskach, na niezbyt zachwaszczonych odłogach, jak również jego wysoka odporność na suszę, niewielkie wymagania glebowe, stosunkowo wysoka odporność na choroby, szkodniki i niskie temperatury (do -50°C). Ważną zaletą tego gatunku jest możliwość samo odnawiania się. Jest to szczególnie korzystne w miejscach trudno dostępnych, nie zachodzi, bowiem konieczność corocznego sadzenia bulw. W przyszłości mogą zdobyć duże znaczenie aspekty ekologiczne, takie jak: ochrona przed wiatrem, schronienie dla dzikich zwierząt lub roślina zielna dla ugorów.

BIBLIOGRAFIA 1. Almeida F.A.G., Tieszen L.L., Almeida F.C.G. 1987: Growth and Productivity Studies

on Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.) in Northeast Brazil. Cien. Agron., Fortaleza 18(2): 107-112.

2. Anioł-Kwiatkowska J. 1994. Słonecznik bulwiasty to również roślina lecznicza. Wiad. Zielar. 36 (12): 12–13.

3. Baldini M., Danuso F., Turi M., Vannozzi G. P. 2004: Evaluation of new clones of Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.) for inulin and sugar yield from stalks and tubers. Industrial Crops and Products 19: 25–40.

4. Barta J., Fuchs A. 1990: Jerusalem artichoke as a multipurpose raw material for food products of high fructose or inulin content. Proceedings of 8th Conf. on Food Science, Budapest, 10–11 may: 14–15.

5. Barta J., Goin B., Torok S. 1991. Natural foods from Jerusalem artichoke tubers. Acta Altimentaria 20 (1): 72–73.

6. Budzyński W., Bielski S. 2004: Surowce energetyczne pochodzenia rolniczego. Cz. II. Biomasa, jako paliwo stałe. Acta Sci. Pol., Agricultura 3(2): 15–26.

7. Borkowska H., Jackowska I., Piotrowski J., Styk B. 1996: Intensywność pobierania niektórych pierwiastków z gleby mineralnej i osadów pościekowych przez ślazowiec pensylwański i topinambur (bulwa). Zesz. Prob. Post. Nauk Roln. 437: 103-107.

8. Borkowska H., Jackowska I., Piotrowski J., Styk B. 2001: Suitability of Cultivation of Some Perennial Plant Species on Sewage Sludge. Polish Journal of Environmental Studies 10 (5): 379–381.

9

9. Cisowski W., Włodarczyk M. 2006: Naturalne polisacharydy oraz korzyści i ryzyko ich stosowania w profilaktyce i terapii. Herba Polonica 52 (3): 18.

10. Cieślik E. 1998: Zawartość składników mineralnych w bulwach nowych odmian topinamburu (Helianthus tuberosus L.). Zesz. Nauk. AR im H. Kołłątaja w Krakowie, 342: 23-30.

11. Cieślik E. Filipiak-Florkiewicz. 2000: Topinambur (Helianthus tuberosus L.) - możliwości wykorzystywania do produkcji żywności funkcjonalnej. Żywność 1 (22): 71-81.

12. Cieślik E., Kopeć A., Pražnik W. 2005: Healthy properties of Jerusalem artichoke flour (Helianthus tuberosus L.). EJPAU, Food Science and Technology, vol. 8 (2), http://www.ejpau.media.pl/volume8/issue2/art-37.html

13. Chrapkowska K.J., Góral S. 1995: Możliwości przygotowania potraw z bulw Helianthus tuberosus L. (Topinambur). Mat. Konf. Nauk. nt.: Osiągnięcia i perspektywy technologii żywności. Łódź 12-13.09, 50.

14. Cummings J.H., Macfarlane G.T. 2002: Gastrointestinal effects of prebiotics. British Journal of Nutrition, 87, Suppl. 2: 145-151.

15. Czyż H., Dawidowski B. 2005: Charakterystyka i wykorzystanie biomasy z upraw polowych, jako źródła energii odnawialnej. Energia odnawialna 1: 3–10.

16. Danilcênko H., Jariene E., Gajewski M., Sawicka B., Kulaitien J., Cerniauskiene J. 2012: Changes in amino acids content in tubers of Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.) Cultivars during storage. Acta Scientiarum Polonorum, Hortorum Cultus [w druku].

17. Dreszczyk E., Brzezowska J. 2008: Ocena przydatności roślin do uprawy alternatywnej z wykorzystaniem typowych systemów technicznych. Materiały XIII Międzynarodowej Konferencji Naukowej nt. Inżynieria Rolnicza a Środowisko. Międzyzdroje 19-21 maja: 102-103.

18. Furczak J., Wielgosz E. 2001: Aktywność enzymatyczna oraz niektóre właściwości chemiczne osadu ściekowego poddanego czteroletniej transformacji agrotechnicznej. Annales UMCS, E-56(18): 159–166.

19. Georgescu L.A., Stoica I. 2005: Studies Concerning the Dynamic of Enzyme Hydrolyze on the Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus) Inulin. The Annals of the University Dunarea de Jos of Galati Fascicle VI – Food Technology, 1: 77–81.

20. Gramza-Michałowska A., Górecka D. 2009: Wykorzystanie inuliny, jako dodatku funkcjonalnego w technologii produkcji potraw. Bromat. Chem. Toksykol. XLII 3: 324328.

21. Griffaut B., Debiton E, Madelmont JC, Maurizis JC, Ledoigt G. 2007: Stressed Jerusalem artichoke tubers (Helianthus tuberosus L.) excrete a protein fraction with specific cytotoxicity on plant and animal tumor cell. Biochim Biophys Acta1770 (9): 1324-1330.

22. Gordon D. B., Baraniak B. M. 2006: Wpływ modyfikacji chemicznej surowca, na jakość koncentratów białkowych koagulowanych z soku liści topinamburu (Helianthus tuberosus L.). Folia Univ. Agric. Stetin., Scientia Alimentaria 251 (5): 13–22.

23. Góral S. 2000: Wartość użytkowa topinamburu (Helianthus tuberosus L.). Zesz. Probl. Post. Nauk. Roln. 468: 17–30.

24. Hag R.K.M., Ofter N.W. 1992: Helianthus tuberosus as an alternative forage crop for cool maritime regions a preliminary study of the yield and nutritional quality of shoot fissures from perennial stands. J. Sci. Food Agric. 60: 213–221.

25. Janas P., Targoński Z. 2007: Wpływ źródła węgla i azotu na produkcję ksantanu i enzymów zewnątrzkmórkowych przez penicylinoopornego mutanta Xanthomonas campestris. Żywność. Nauka. Technologia. Jakość 1 (50): 161–172.

10

26. Jasiewicz C., Antonkiewicz J. 2000: Wpływ zanieczyszczenia gleby metalami ciężkimi na właściwości gleb, plon i skład chemiczny topinamburu (Helianthus tuberosus L.). Folia Univ. Agric. Stetin. 211 Agricultura (84): 141–146.

27. Klimont K. 2007: Ocena przydatności wybranych gatunków roślin użytkowych do rekultywacji terenów zdewastowanych przez przemysł i gospodarkę komunalną. Problemy Inżynierii Rolniczej 2: 27-36.

28. Klimont K., Bulińska-Radomska Z. 2008: Przydatność wybranych gatunków roślin do rekultywacji podłoża wapna poflotacyjnego w różnych warunkach agrotechnicznych. Problemy Inżynierii Rolniczej 1: 99-107.

29. Kopeć A., Cieślik E. 2001: Wpływ dodatku mączki z bulw topinamburu na poziom glukozy w surowicy krwi szczurów doświadczalnych. Żywność 3 (28): 66-70.

30. Kościk B. 2007: Surowce energetyczne pochodzenia rolniczego. www.rsi.podkarpackie.pl/praktyki/publikacje/pwsz/2.pdf

31. Kowalczyk-Juśko A. 2009: Popiół z różnych roślin energetycznych. Proceedings of ECOpole 3 (1): 159–164.

32. Kryłowicz A., Chrzanowski K., Usidus J. 2008: Wytwarzanie energii elektrycznej i cieplnej oraz paliw z biomasy. Biul. Tech.-Info. 1 (40): 2–7.

33. Li Pan, Sinden M. R., Kennedy A.H., Chai H.,. Watson L.E., Graham T.L., Kinghorn A.P. 2008: Bioactive constituents of Helianthus tuberosus (Jerusalem artichoke) „Phytochemistry Letters”. Phytol. 2, 1: 15-18.

34. Majtkowski W. 2006: Bioróżnorodność upraw energetycznych podstawą zrównoważonego rozwoju. Problemy Inżynierii Rolniczej 2: 25–36.

35. Marien Ch. 2011: Effects of tubers of the Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus) and potatoes (Solanum tuberosum) on the intestinal microbiota of pigs and evaluation of a procedure for quantification of microbial mass in pig faces. Dissertation presented on the Faculty of Organic Agricultural Sciences/ Department of Animal Nutrition and Animal Health University of Kassel: pp. 60.

36. Nehring K., Beyer T., Hoffman B. 1972: Futermittel Tabellenwerk. VEB Deutscher Landwirtschaftsverlag, Berlin: 132.

37. Niedziółka I., Zuchniarz A. 2006: Analiza energetyczna wybranych rodzajów biomasy pochodzenia roślinnego. MOTROL 8A: 232–237.

38. Pignatelli V., Alfano V., Correnti A., Farneti A. 2010: An Innovative Project for the Production of Biogas by Co-digestion of the OFMSW and Topinambur at the Landfill of Cupinoro (Bracciano, Rm)., Proceedings of the 3RD International Symposium on Energy from Biomass and Waste, Venice, Italy 8-11 November: 87-97.

39. Pilarczyk J. 1990. Topinambur roślina na kryzys. Wiad. Ziel. 10(11), 23-24. 40. Piskier T. 2009: Potencjał energetyczny topinamburu. Problemy Inżynierii Rolniczej 1:

133–136. 41. Szebiotko K. 1995: Genotypy Helianthus tuberosus L. jako surowiec do produkcji

składników paszowych oraz produktów spożywczych. Sprawozdanie z realizacji projektu badawczego KBN, AR Poznań: 1–42.

42. Sawicka B. 1998: Wartość pastewna słonecznika bulwiastego (Helianthus tuberosus L.) w warunkach nawożenia azotem. Ann. UMCS E-53(11): 97-108.

43. Sawicka B. 2000: Wpływ nawożenia azotem na wartość biologiczną bulw Helianthus tuberosus L. Rocz. AR w Poznaniu 323: 447-451.

44. Sawicka B. 2010: Wartość energetyczna słonecznika bulwiastego (Helianthus tuberosus L.) jako źródła biomasy. Zesz. Nauk. UP we Wrocławiu. Rolnictwo, XCVII, 578: 245-256.

45. Sawicka B., Skiba D., Michałek W. 2009: Słonecznik bulwiasty, jako alternatywne źródło biomasy na Lubelszczyźnie. Zesz. Probl. PNR, 542: 465-479.

11

46. Schittenhelm S. 1999: Agronomic Performance of Root Chicory, Jerusalem Artichoke, and Sugarbeet in Stress and Nonstress Environments. Crop Sci. 39: 1815-1823.

47. Seiler G. J., Campbell L. G. 2006: Genetic Variability for Mineral Concentration in the Forage of Jerusalem artichoke Cultivars. Euphytica 150: 281-288.

48. Sirisansaneeyakul S., Worawuthiyanan N., Vanichsriratana W., Srinophakun P., Chisti Y. 2007: Production of fructose from inulin using mixed inulinases from Aspergillus niger and Candida guilliermondii. World J. Microbiol. Biotechnol. 23: 543–552.

49. Sobel A., Matławska I. 2005: Plants-based and herbal preparations in healthy slimming diets. Herba Polonica 51 Supp. 1: 190–192.

50. Stolarski M., Szczukowski S., Tworkowski J. 2008: Biopaliwa z biomasy wieloletnich roślin energetycznych. Elektroenergetyka 8 (1): 77–79.

51. Szambelan K. 2000: Wykorzystanie bulw topinamburu (Helianthus tuberosus L.) do produkcji etanolu z użyciem drożdży Saccharomyces cerevisiae. Żywność 3(24): 115-121.

52. Świątkiewicz S., Świątkiewicz M. 2008: Zastosowanie fruktanów o właściwościach prebiotycznych w żywieniu zwierząt gospodarskich., Medycyna Wet., 64 (8): 987-990.

53. Tabin S. 1961: Plony i zawartość składników pokarmowych w bulwie (Helianthus tuberosus L.) w zależności od terminów jej zbiorów. Rocz. Nauk Roln. 82: 975-1001.

54. Tabin S., Woźnica J. 1959: Wartość pastewna zielonej masy bulwy (Helianthus tuberosus L.) i kiszonek z niej sporządzanych. Zesz. Prob. Post. Nauk Roln. 21: 369–380.

55. Varlamova C., Partskhaladze E., Oldhamovsky V., Danilova E. 1996: Potential uses of Jerusalem artichoke tuber concentrates as food additives and prophylactics. [in:] 6th Symp. Inulin, Carbohydrate, Res. Found., The Hague, Netherlands: 141-144.

56. Volk G.M., K. Richards 2006: Preservation Methods for Jerusalem artichoke Cultivars. HORTSCIENCE 41 (1): 80–83.

57. Yildiz G., Sacakli P., Gungor T. 2006: The effect of dietary Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.) on performance, egg quality characteristics and egg cholesterol content in laying hens. Czech J. Anim. Sci. 51 (8): 349-354.

58. Zaky E. A. 2009: Physiological Response to Diets Fortified with Jerusalem Artichoke Tubers (Helianthus tuberosus L.) Powder by Diabetic Rats. American-Eurasian J. Agric. & Environ. Sci., 5 (5): 682688.

59. Zhang F., Tai F.N, Brestic M. 2011: Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus), a medicinal salt-resistant plant has high adaptability and multiple-use values. Journal of Medicinal Plants Research 5 (8): 1272-1279