Тематические статьи

Новые перспективные культуры

Новые перспективные культуры

Производство дикой тыквы, катрана, симмондзии и кенафа приближается к товарному уровню. Имеются и другие культуры, которые перспективны для использования в пищу и как промышленное сырье.

В аграрном секторе США пшеница, кукуруза, соя и другие культуры производятся в огромных масштабах. Тем не менее, имеет смысл оценить экономическую целесообразность культивирования некоторых диких растений, которые в настоящее время на фермах не выращиваются. Эта проблема непосредственно связана с поиском и отбором таких растений. На протяжении последних 10 лет некоторые лаборатории при университетах и промышленных компаниях занимаются решением этой задачи. Они столкнулись с рядом удивительных фактов; отдельные дикорастущие виды могут быть не только использованы в пищу и давать волокно, но из них также можно получать множество различных продуктов, применяемых в промышленности, например длинноцепные жирные кислоты, которые используются в качестве смазки в производстве проката; среднецепные жирные кислоты для производства мыла, моющих и поверхностно-активных средств, смазочных материалов; масло, заменяющее жир кашалота в производстве косметических средств и являющееся хорошим смазочным материалом; органические соединения, которые могут использоваться в производстве углеводородного горючего и резины.
В отчете, подготовленном и представленном в 1978 г. Национальному научному фонду компанией Soiland Land Use Technology, Inc. (округ Колумбия, шт. Мэриленд), указаны основные причины, побудившие начать научный поиск новых видов культур. Согласно данным отчета, одна из причин заключается в необходимости обогащения генетического фонда существующих сельскохозяйственных культур новым генетическим материалом диких растений. В противном случае он может исчерпаться до такой степени, что растение станет уязвимым для болезней или воздействия окружающей среды. Другая причинасводится к тому, что «современные культуры либо очень требовательны к окружающим условиям», т. е. нуждаются в большем количестве воды и питательных веществ, чем обеспечивает окружающая среда, «либо экологически узко адаптированы», т. е. допускают отклонения температуры или почвенных условий в очень узких пределах. Третий довод в пользу культивирования новых растений заключается в том, что традиционные сельскохозяйственные культуры для возделывания и переработки требуют «больших энергетических затрат в виде горючего, удобрений, пестицидов, а также создания сложных систем орошения». И наконец, экономическое положение фермеров, специализирующихся на производстве определенной культуры, например пшеницы, в меньшей степени зависело бы от колебаний цен на нее, если бы фермеры могли выращивать альтернативные культуры.
Итак, поиски выявили 4 культуры, которые можно ввести в производство: дикая тыква, катран, симмондзия и кенаф. Несколько других изучаемых в этой связи культур перспективны для дальнейшего их товарного производства и решения сельскохозяйственных и экономических проблем.

Дикая тыква

Дикая тыква (Cucurbita foetidissima) является растением того же рода, в который входят кабачок и тыква. Другие её названия: вонючая тыква, тыква буйвола или тыква койота. Её родина — засушливые и полузасушливые районы Северной Америки. Это многолетнее стелющееся растение, дающее высокий урожай семян, ценных во многих отношениях, имеет чрезвычайно длинные корни, содержащие большое количество высококачественного крахмала. Размножается вегетативным путем. Стебель растения погибает при температуре ниже 0 °С, но его корни переносят температуру до - 25 °С, особенно если земля покрыта снегом. Эти свойства указывают на то, что дикая тыква может успешно выращиваться на всей территории, находящейся над водоносным слоем Огаллала — подземным водным резервуаром, протянувшимся от Южной Дакоты и Миссури до Техаса и Нью-Мексико.



Использовать можно все части растения. Стебли, содержащие большое количество белка и хорошо усваиваемые, можно употреблять на корм скоту. Корни, вес которых за 3—4 вегетационных периода достигает почти 40 кг, богаты крахмалом, по своим свойствам похожим на крахмал, получаемый из корня маниоки. Он может быть переработан в подсластители — декстрин, мальтозу и глюкозу. Семена имеют значительный процент масла и белка. Уборка плодов, содержащих семена, поддается механизации. Благодаря тому, что в состав масла входят высококачественные жирные кислоты (65,3% линолевой кислоты, 23% олеиновой, 6,13% пальмитиновой и 2.2% стеариновой), его можно с успехом использовать в пищу. (Жирная кислота состоит из группы СООН, в которую входят атомы углерода, кислорода и водорода, и имеет прямые цепи с четным количеством атомов углерода.) Шрот, остающийся после экстракции масла, содержит примерно одинаковые количества белка и клетчатки и пригоден для использования на корм скоту.
Научные исследования дикой тыквы начались по инициативе министерства сельского хозяйства США в 40-х годах; в настоящее время они ведутся в США, Мексике, Австралии и Ливане. С 1963 г. изучение растения и включение его в число культивируемых стало частью исследовательской программы Университета штата Аризона. В результате проведенных исследований установлено, что с одного гектара можно собирать около 2 т семян. (Для сравнения: урожайность сои может превышать 3,1, а подсолнечника — 1,4 т/га.) Меньше данных накоплено о продуктивности корней дикой тыквы, однако последние исследования указывают на возможность получения урожая - более 7 т корней с одного гектара. О продуктивности стебля данных мало.
Дикую тыкву можно также использовать для получения жидкого горючего. По результатам предварительных исследований установлено, что за год при хорошем урожае из нее можно получить значительное количество технического масла, которое служит дизельным топливом, а также источником получения этилового спирта. В Энергетическом институте Университета штата Нью-Мексико продолжаются исследования, направленные на выявление различий в выходе масла у однолетних и многолетних растений, а также зависимости развития растения от степени солёности потребляемой им воды.
Дальнейшие систематизированные и хорошо финансируемые исследования создадут необходимые условия для перевода дикой тыквы в товарную культуру. Наилучших результатов, вероятно, можно добиться, если координацию усилий по выращиванию дикой тыквы как товарной культуры и по внедрению разнообразных продуктов, получаемых из нее, возьмет на себя какая-нибудь компания.

Катран

Катран (Crambe abyssinica) перспективен как сырье для получения эруковой кислоты — длинноцепной жирной кислоты, которая используется в производстве смазочных материалов и пластификаторов. Для получения этого важного продукта в США всегда использовалось импортируемое из других стран рапсовое масло. С недавних пор этот источник стал весьма скудным, поскольку производители рапса переключились на выращивание таких его сортов, которые дают более высокий урожай, но содержат меньше эруковой кислоты. Министерство сельского хозяйства в своей программе по новым культурам подчеркнуло необходимость поисков местных альтернативных культур, которые могли бы служить источником эруковой кислоты, а также других длннноцепных жирных кислот.



Катран относится к семейству крестоцветных (называемому также семейством капустных), в которое входят горчица, капуста и рапс. Crambe abyssinica, первоначально произраставший в средиземноморских странах, является основной культурой, способной заменить рапс. Действительно, если содержание эруковой кислоты в рапсовом масле составляет 40—50%, то в масле катрана — до 60%.
К преимуществам растения относится короткий вегетационный период (от 90 до 100 дней). Предварительными испытаниями установлено, что катран можно выращивать на территории от Северной Дакоты до Техаса и от Коннектикута до Калифорнии. Всюду, где он растет, фермеры могут производить экономически выгодное количество масла. В Университете Пардю была собрана коллекция генетического, или наследственного, материала катрана, а его изучение привело к созданию улучшенных сортов. В министерстве сельского хозяйства США зарегистрировано три разновидности растения.
Первые полевые испытания дали сотрудникам службы сельскохозяйственных исследований Северного регионального научного центра в Пеории (шт. Иллинойс) достаточное количество семян для химических анализов. Кроме того, с целью получения из семян высококачественного масла и шрота изучались способы переработки, после чего катрановое масло было признано заменителем рапсового и разработаны новые виды продуктов из него.
Единственная проблема, препятствующая использованию катрана в качестве корма для скота, заключается в том, что, как и в других растениях семейства крестоцветных, в нем содержатся глюкозинолаты, сконцентрированные в семенах. Эти вещества токсичны для человека и животных. До научного изучения катрана шрот из его семян, содержащий глюкозинолаты, редко добавляли в корма. Шрот катрана нельзя было скармливать скоту без разрешения Управления по контролю за качеством пищевых и фармацевтических продуктов. Для получения такого разрешения необходимо было доказать, что скармливание крупному рогатому скоту порции шрота катрана в течение 6 месяцев дает такой же экономический эффект, как и кормление соевым шротом. Данный эффект оценивался по показателям привеса, а также по наличию глюкозинолатов или других веществ, образующихся в результате их химического распада в животноводческих продуктах (содержание указанных токсичных веществ не должно превышать одной части на миллион). Опыты, проводимые в течение нескольких лет, показали, что использование шрота катрана в дневном рационе животного в пределах не выше 15% безопасно. Тем не менее Управление по контролю за качеством пищевых и фармацевтических продуктов разрешило максимально допустимое содержание шрота катрана в кормах в пределах 4,2%.
В отчете об исследованиях Северного регионального исследовательского центра приведен сравнительный анализ потребительских свойств масла катрана и рапса. Установлено, что масло катрана по своему качеству неуступает, а зачастую превосходит рапсовое. Как выяснилось, не существует технических препятствий для непосредственного замещения рапсового масла с высоким содержанием эруковой кислоты маслом катрана.
Изучение исследователями из Пеории новых продуктов показало, что при гидрогенизации масла катрана получается вещество, которое тверже пчелиного воска. Его можно использовать в производстве свечей и некоторых косметических средств. Другое открытие заключалось в том, что эруковая кислота, получаемая из масла, может быть химическим путем превращена в брассиловую и пеларгоновую кислоты. Брассиловая кислота перерабатывается в жидкие парафины, используемые для смазки в условиях высокого давления, и даже в один из видов нейлона, обладающий прекрасными пластическими свойствами, необходимыми для производства таких промышленных товаров, как электрическая изоляция и шестерни. Из пеларгоновой кислоты получают соли, водный раствор которых помогает растворять вещества, нерастворимые в простой воде. Эта же кислота используется в производстве лаков и пластмасс.
Существующее мнение о катране как о перспективной сельскохозяйственной культуре вполне оправданно. Растение можно выращивать практически во всех 48 штатах (не считая Аляску и Гавайи). Экономические оценки дают основание полагать, что культивирование растения сулит немалые выгоды как фермерам, так и владельцам химических предприятий.

Симмондзия китайская

Симмондзия китайская (Simmondsia chinensis) представляет собой кустарник, родина которого — пустыня Сонора в Мексике и юго-западные районы США. Растение стало представлять интерес в плане сельскохозяйственного использования более 10 лет назад, когда по экологическим соображениям в США было запрещено использовать жир кашалота, который в течение многих лет был единственным коммерческим сырьем для получения жидких парафиновых сложных эфиров, используемых в производстве косметических средств (таких, как лосьоны, шампуни и фиксаторы), высококачественных смазочных материалов и даже гипоидной жидкости.



Исследования, проведенные в нескольких лабораториях, показали, что масло из семян симмондзии китайской может заменить жир кашалота. Данные химических анализов, а также заинтересованность специалистов по охране окружающей среды, лиц и организаций, финансирующих исследования, способствовали началу культивирования этого дикорастущего растения. До последнего времени товарное производство симмондзии китайской осуществлялось на юго-западе США на площади почти 16 тыс. га. На масло были установлены высокие цены (примерно 10 долл. за 1 л), но при наращивании производства можно ожидать снижения цен примерно до 5 долл. При таких ценах масло сможет завоевать более широкий рынок сбыта.
Симмондзия начинает плодоносить в возрасте 3—4 лет, а самый большой урожай дает в возрасте около 10 лет. Максимальный урожай диких и культурных кустарников еще не определен, но известно, что одно дикое растение дает от 14 до 18 кг очищенных сухих семян в год. Проводится ряд исследований с целью определения оптимальной рядности посадок, соотношения мужских и женских растений, норм полива и внесения удобрений, эффективных способов уборки и борьбы с вредителями.
При отжиме из семян растения 1 кг масла получается немногим больше 1 кг шрота. Этот шрот содержит остаточное масло, а также белок, клетчатку, танкины и другие вещества, В настоящее время шрот не имеет товарного применения. Его можнобыло бы использовать на корм скоту, но для этого необходима его тщательная переработка, чтобы отделить остаточное масло, содержащее токсичное вещество симмондзин (simmondsin), а также вещества (вероятно, таннины), которые придают шроту неприятный для животных вкус. Стоимость такой переработки равна или превышает стоимость самого шрота. Из-за низкого содержания азота шрот еще менее пригоден для использования в качестве удобрения. Вероятно, наибольшую ценность он будет представлять как топливо, стоимость которого в районе производства оценивается в 50—75 долл. за 1 т, Для сокращения транспортных расходов самыми предпочтительными рынками окажутся близлежащие районы.
Шрот содержит почти 30% белка. Значительную часть белка можно выделить и использовать как добавку в корм для скота. Его можно использовать и в производстве косметических средств, а также как склеивающее вещество в производстве бумаги.
Содержащиеся в шроте таннины, достигающие необычайно высокой концентрации (8%), также могут представлять коммерческий интерес. Все таннины, используемые в настоящее время в США (в дублении, крашении, производстве чернил и в медицине), импортируются. Если использование таннинов, получаемых из симмондзии, в этих областях окажется эффективным, то симмондзия китайская может стать основным внутренним источником этого вида сырья.
Из шрота симмондзии можно получать и другие полезные продукты. В нем содержится исходный материал для новых перспективных фармацевтических препаратов, используемых с целью регулирования аппетита; сахара, которые могут служить субстратом в процессе брожения; лигнины, необходимые для производства клея, пластмасс и химических веществ, а также целлюлоза, нужная многим производствам.
Пожалуй, наиболее ценное свойство симмондзии заключается в том, что она хорошо растет в засушливых районах, где возделывание большинства других культур требует орошения. Многие районы мира с теплым и засушливым климатом имеют плодородные почвы и высокоразвитое сельское хозяйство, но орошение традиционно выращиваемых культур вызвало угрожающее снижение уровня грунтовых вод. Как симмондзия, так и дикая тыква могут сделать эту проблему менее острой, если будущие исследования и усилия по освоению производства этих культур увенчаются успехом.

Кенаф

Кенаф (Hibiscus cannabinus) — это однолетнее травянистое растение восточных районов Центральной Африки. Оно образует густые заросли из прямых стройных стеблей, достигающих высоты 6 и более метров и имеющих около 5 см в диаметре у основания. Растение имеет важное значение как потенциальный источник целлюлозы для производства бумаги и картона.



В 1983 г. мировое производство бумаги и картона в основных производящих странах превысило 150 млн. т. Почти вся целлюлоза, необходимая для производства этой продукции, была получена из древесной пульпы, вырабатываемой из древесины. Производство и потребление бумаги и картона увеличивается почти на 10% в год. Нехватка целлюлозы начинает ощущаться во многих странах. Целлюлозно-бумажная промышленность Финляндии и Швеции, например, в настоящее время вынуждена импортировать древесную стружку, а не далее как в 1982 г. по крайней мере два целлюлозных завода в США из-за нехватки сырья были вынуждены перерабатывать газетную бумагу. По некоторым прогнозам ожидается, что к 2000 г. нехватка древесины в мире составит около 200 млн. куб. м.
Наиболее перспективным источником увеличения запасов целлюлозы могут стать недревесные волокнистые растения. Леса, у которых цикл регенерации составляет 30 лет, не способны дать столько целлюлозы за год, сколько дают пригодные для этих целей растения. Однолетняя культура имеет и ряд других преимуществ, таких, как ежегодная отдача капиталовложений, возможность более точного планирования на основе краткосрочного прогнозирования, а также большая гибкость в использовании земель.
По этим соображениям в 50-е годы министерство сельского хозяйства начало осуществление исследовательской программы по выявлению однолетних волокнистых растений, пригодных для культивирования и последующего использования в производстве бумаги. Были собраны материалы по 506 видам растений, и в 1960 г. представлен отчет о проделанной работе. На основании предварительных оценок в лабораторных условиях были опробованы 92 вида. Лучшие результаты дал кенаф, он и был выбран для более тщательного изучения.
Полевые испытания с целью оценки возможности использования кенафа как сырья для получения бумажной массы были проведены еще в 1957 г., и к 1965 г. было установлено, что это растение можно выращивать без орошения в долинах штатов Алабама, Флорида, Джорджия, Луизиана, Миссисипи, Северная и Южная Каролина и на востоке Техаса. Хорошие урожаи были собраны и в более северных штатах — Индиане, Айове, Канзасе н Небраске.
Кенаф может давать от 25 до 45 т (в сухой массе) стеблей с одного гектара в год. Стебли содержат волокна двух типов: наружные лубяные, которые могут заменить джут, и короткие древесные волокна, составляющие толстую внутреннюю сердцевину. Оба типа волокон пригодны для получения бумажной массы. Можно использовать древесину в смеси с кенафом.
После промышленной переработки кенаф дает бумажную массу со свойствами, не уступающими, а иногда и превосходящими качество бумажкой массы, получаемой из древесины. Недавно Американская ассоциация издателей газет выразила свою заинтересованность в производстве бумаги из кенафа, что заставило производителей газетной бумаги изучить этот вопрос. Интерес к кенафу обусловлен тем, что в благоприятных условиях с одного гектара можно получать кенафа больше, чем древесины для производства одного и того же количества пульпы, причем ее изготовление при этом обойдется почти вдвое дешевле. Оказывается, что в настоящее время, особенно в южных районах США, выращивание кенафа может конкурировать с другими товарными культурами.

Дикая тыква, катран, симмондзия китайская и кенаф находятся или близки к стадии товарного производства. В настоящее время изучаются также многие другие дикие растения, которые перспективны для коммерческого использования.



К ним относятся, например, растения рода дербенник (Cuphea). Исследовательская программа Северного регионального научного центра в Пеории определила растения этого рода как потенциальный источник сырья для получения коротко- и среднедлинных жирных кислот. В настоящее время лауриновую кислоту и кислоты с более короткой цепью получают из кокосового масла, импортируемого с Филиппин. Большую часть этого продукта химическая промышленность перерабатывает в поверхностно-активные вещества и смазочные материалы. Открытие дербенника положило начало исследованиям, результаты которых показали, что масло, выжатое из семян различных видов дербенника, имеет вполне удовлетворительное качество для использования его в промышленности. Успех культивирования одного из видов этих растений будет зависеть главным образом от объема урожая и цен на получаемое из него масло.



К другим перспективным растениям относится произрастающее в пустынях растение рода Lesquerella, которое известно под названием везикария. Оно является хорошим сырьем для получения некоторых видов жирных кислот, главным образом лескверолиевой кислоты, которая по своим свойствам очень похожа на рицинолевую кислоту, получаемую из касторового масла. Импорт последнего в США превышает 50 тыс. т в год. Указанные кислоты используются в производстве многих продуктов, включая пластмассы и различные покрытия. Кроме того, в результате полимеризации масла, получаемого из везикарии, можно получить новый класс жестких пластмасс. Везикария способна расти в условиях меньшего увлажнения и на более бедных почвах, чем растения, из которых получают касторовое масло (клещевина обыкновенная — Ricinus communis); она не имеет токсичных и аллергенных свойств, присущих касторовым бобам.



Несколько растений, изучаемых в Пеории, перспективны как потенциальное сырье для получения эпоксидных жирных кислот, которые потребляются американской промышленностью в объеме свыше 60 тыс. т в год при производстве разнообразных материалов. В настоящее время эти кислоты получают путем переработки соевого или льняного масла, что не только дорого, но и требует больших энергетических затрат. Наиболее перспективными видами являются вернония (Vernonia anthelmintica, Vernonia gatamensis) и стоксия (Slokesia taevis).

Гринделия камфорная (Grindelia camporum) может стать заменителем древесной смолы, которую промышленность использует в больших количествах для изготовления клея, склеивающих веществ для производства бумаги и многих других продуктов. Традиционный источник древесной смолы, которым являются старые пни южной сосны, почти исчерпан. Гринделия — растение пустыни, которое хорошо развивается в условиях значительно меньшего увлажнения, чем требуют традиционные культуры, выращиваемые в настоящее время в засушливых районах.



В последние годы внимание исследователей было привлечено к растениям, вырабатывающим органические вещества, которые могут служить источником углеводородных продуктов, используемых в производстве резины и топлива. Гваюла (Parthenium argentatum), пожалуй, наиболее перспективна для использования в производстве резины. Интерес к растениям как к сырью для получения углеводородного топлива пока невысок из-за больших мировых запасов ископаемой сырой нефти. Тем не менее, перспективные растения определены и, без сомнения, будут культивироваться, когда это станет экономически выгодным.



Последнее из выявленных перспективных растений — кунжут (Sesamum indicum), дающий семена и масло. Более века назад он выращивался в США как товарная культура, теперь же интерес к нему утрачен, несмотря на то, что США импортируют различную продукцию из кунжута в больших
объемах. Так, в 1983 г. ее было ввезено почти 40 тыс. т. Упадок производства этой культуры в США связан, во-первых, с неодновременным созреванием его семян и, во-вторых, с отсутствием машин для механизированной уборки. В Аризоне и Южной Каролине сейчас прилагаются значительные усилия для решения этих проблем.
Когда растение с большими потенциальными возможностями определено, предстоит сделать еще многое, прежде чем его производство станет экономически выгодным. Первый шаг — это исследования и разработки ученых многих специальностей: ботаников, генетиков, агрономов, химиков, инженеров, специалистов в области питания, экономистов и др.
Кроме того, существует проблема привлечения внимания организаций, которые могут предвидеть успех и к тому же имеют капитал на проведение в полном объеме исследовательских работ с новой культурой. Многие такие культуры ценны не только как сырье, но и как источник вторичных продуктов, которые могут не входить в круг интересов заказчика. Это вызывает дополнительные трудности при поиске организаций, готовых финансировать и оказывать необходимую помощь в превращении культуры в товарную. Часто такая организация желает получить финансовую поддержку или гарантию рынка сбыта прежде, чем она приступит к работе по освоению производства новой культуры. Вероятно, поэтому новые культуры станут товарными только тогда, когда правительство и частные организации объединят свои усилия в деле развития их производства.





По материалам журнала «В мире науки» № 9 за 1986 год

• 
  Всюду конопля

• 
  Амарант — хлеб, зрелище и лекарство

• 
  Растительные масла

• 
  Масло подсолнечное (леноливой кислоты < 60%)

• 
  Масло подсолнечное (олеиновой кислоты >70%)

• 
  Масло укууба

• 
  Масло ши

• 
  Масло чайных семян

• 
  Масло пальмовое

• 
  Масло кокосовое

• 
  Рапс

• 
  Тыква мускатная

• 
  Тыква

• 
  Удаление бородавок маслом чайного дерева

• 
  Сельдерей. Польза для здоровья

• 
  Кортизон. Из биографии кортизона

• 
  Лечебные растения в жизни человека

• 
  Целебное масло облепихи

• 
  Тыква обыкновенная

• 
  Смородиновое масло