Biologiczne Podstawy Produkcji Roślinnej
Ziemniak
Budowa i znaczenie
Opracował dr inż. Wiktor Berski
Wykorzystano materiały z następujących źródeł:
• Technologia przetwórstwa węglowodanów, pod red. M. Pałasińskiego
• Technologia przetwórstwa ziemniaczanego, pod red. F. Nowotnego
• Potato science and technology, Lisińska i Leszczyński
• Szczegółowa uprawa roślin, pod red. J. Hersego
• Szczegółowa uprawa roślin, pod red. Jasińskiej i Koteckiego
• Materiały konferencji Ziemniak spożywczy i przemysłowy i jego przetwarzanie
• Technologia gastronomiczna z towaroznawstwem, A. Procner
• http://www.ihar.edu.pl
• http:/wikipedia.org/wiki
• http://www.stat.gov.pl/
• http://www.ppr.pl/index.html
• http://www.starch.dk/
• http://www.hd.pl/~agrol/
• http://faostat.fao.org/
• http://www.kpodr.pl/
• http://www.coboru.pl
• http://encyklopedia.pwn.pl/
• http://portalwiedzy.onet.pl/
• http://www.hd.pl/~agrol/
• http://ziemniaki.uprawy.info/
Ziemniak (Psianka ziemniak) - roślina jednoroczna, bylina z rodziny Psiankowatych (Solanaceae) jedna z najważniejszych roślin jadalnych świata (plasuje się na piątym miejscu po trzcinie cukrowej, kukurydzy, pszenicy i ryżu), powszechnie uprawiana w klimacie umiarkowanym, rzadziej w ciepłym. Jest to roślina okopowa, bulwiasta. Dzicy przodkowie uprawnych form ziemniaka występują w Andach i na sąsiednich terenach, od Meksyku po Chile. Ziemniaki uprawiane są od przynajmniej 7 – 10 tysięcy lat, do Polski przywiózł je prawdopodobnie z wiedeńskiej wyprawy (1683) Jan III Sobieski.
Uprawiany początkowo jako roślina ozdobna i lecznicza, od 2 połowy XVIII w. również jako jadalna. W Polsce ma ona duże znaczenie gospodarcze, ze względu na możliwość wszechstronnego użytkowania i stosunkowo małe wymagania glebowe (udaje się na glebach lekkich), ma duże wymagania uprawowe i nawozowe. Plon od 8–40 t z ha, w Polsce średnio ok. 27,9 dt/ha. (2017)
Przekrój przez redlinę
http://ho.haslo.pl/article.php?id=1641
http://weremczukagro.pl/upload/aba103d09901.jpg
http://www.swiatkwiatow.pl/poradnik-ogrodniczy/ziemniaki-podstawowe-zasady-uprawy-ziemniakow-id755.html http://science.howstuffworks.com/life/botany/potato-info.htm
Redlina
Ziemniak jest podstawowym artykułem spożywczym, paszą dla zwierząt, surowcem dla wielu dziedzin przemysłu jak np. do produkcji, alkoholu, krochmalu, glukozy, dekstryn, syntetycznego kauczuku. Jest artykułem spożywczym bezpośrednio do spożycia lub w postaci przetworzonej na frytki, chipsy i susze.
Przeciętne spożycie ziemniaków w Polsce wynosi
około 102 kg/osoba/rok (2013).
Obszary upraw ziemniaka
http://en.wikipedia.org/wiki/File:PotatoYield.png
Światowa produkcja ziemniaków
http://www.potato2008.org/en/world/index.html
Produkcja ziemniaków w poszczególnych częściach świata (2007)
http://www.potato2008.org/en/world/index.html
Konsumpcja ziemniaków na świecie (2007)
http://www.potato2008.org/en/world/index.html
Główni producenci ziemniaków w 2016
FAOSTAT
Produkcja [t] % Plon [t/ha]
Chiny 99 065 724 26,3 17,0
Indie 43 770 000 11,6 20,5
Rosja 31 107 797 8,3 15,3
Ukraina 21 750 290 5,8 16,6
USA 19 990 950 5,3 49,0
Niemcy 10 772 100 2,9 44,4
Bangladesz 9 474 099 2,5 19,9
Polska 8 872 445 2,4 28,5
Francja 6 834 680 1,8 39,0
Holandia 6 534 338 1,7 42,0
Świat 376 826 967 68,5 19,6
Za uprawą dużej ilości ziemniaków przemawiało i przemawia wiele argumentów, a najważniejsze to:
■ nasz kraj znajduje się w samym centrum światowych upraw tej rośliny. Układ klimatyczny kraju (szerokość geograficzna) sprzyja uprawie ziemniaków
■ ziemniak jest rośliną tolerancyjną w stosunku do jakości gleb. Polska posiada dużo gleb lekkich i średnich, a na tych glebach ziemniaki wygrywają konkurencję z innymi roślinami, gdy chodzi o potencjał plonotwórczy
■ duża wszechstronność użytkowania ziemniaków (zdrowy i tani produkt żywnościowy, surowiec dla przetwórstwa spożywczego, dla krochmalnictwa, gorzelnictwa oraz jako pasza) uzasadniają dużą skalę produkcji
IHAR
■ struktura agrarna w polskim rolnictwie (duże rozdrobnienie i zróżnicowanie wielkości gospodarstw rolnych) umożliwia uprawę ziemniaków przy każdym stopniu mechanizacji produkcji i poziomie intensywności technologii, od ekologicznego systemu począwszy, a na intensywnej technologii skończywszy
■ Polacy w swej diecie stosują dużo ziemniaków, co jest bardzo racjonalnym zachowaniem wbrew niekiedy głoszonym opiniom
■ ważna rola ziemniaka w systemie zrównoważonego rolnictwa na glebach lekkich i średnich (zachowanie właściwej struktury płodozmianów).
W ostatnich latach notowany jest drastyczny spadek powierzchni uprawy ziemniaków w Polsce. Za ograniczeniem ich produkcji przemawiają:
□ kwestionowanie ziemniaków jako paszy z uwagi na ich drogą produkcję i przygotowanie do skarmiania
□ stopniowe zmniejszanie się spożycia ziemniaków przez konsumentów podążających drogą wytyczoną przez światowe trendy
□ przegrana ziemniaków w konkurencji jako surowiec dla gorzelnictwa, a w pewnym sensie i krochmalnictwa
□ zmiany klimatyczne w kierunku występowania okresów suszy i nierównomierności opadów w okresie wegetacji.
Czynniki te sprawiają, że większość gospodarstw produkujących ziemniaki, a szczególnie małe gospodarstwa mają coraz większe kłopoty ze sprzedażą swych zbiorów, a więc ograniczają powierzchnię upraw tej rośliny.
Zasadniczym czynnikiem decydującym o efektach produkcji jest termin sadzenia. Powinien on przypadać na okres, gdy temperatura gleby na głębokości 10 cm osiągnie 8
oC. W różnych rejonach kraju warunki te występują w innych terminach. Opóźnienie terminu sadzenia poza termin optymalny, powoduje spadek plonu bulw o 1-7 t/ha i spadek zawartości skrobi w bulwach średnio o 0,9%, dla poszczególnych odmian o 0,6-1,9%. Niższa temperatura znacznie wydłuża okres od posadzenia do wschodów*, w czasie którego kiełki narażone są na porażenie rizoktoniozą.
Niedobór opadów jak i ich nadmiar wpływają bardzo ujemnie na rozwój plonów. Zapotrzebowanie na wodę w okresie wegetacji jest niejednakowe: największe w lipcu i sierpniu, tj. w okresie intensywnego gromadzenia plonu bulw.
*Kiełkowanie i wschody - jest to okres od siewu do wykształcenia się ogonka pierwszego liścia
Metodyka integrowanej ochrony ziemniaka dla producentów
Terminy sadzenia ziemniaków
Względny plon w zależności od wilgotności gleby (% pełnej pojemności)
1. owies, 2. ziemniak
Fizjologia i biochemia ziemniaka
Ziemniaki do celów produkcyjnych rozmnaża się
wegetatywnie (zbulw tzw. sadzeniaków). Roślina ziemniaka powstaje wówczas z oczka, znajdującego się na powierzchni bulwy i posiada tylko korzenie przybyszowe, tworzące wiązkę.
Wzrost rośliny rozpoczyna się od kiełkowania pąków (znajdujących się w oczkach). Ziemniak wytwarza zwykle tyle łodyg, ile wykształcił kiełków w procesie kiełkowania. Jednocześnie ze wzrostem kiełków rozpoczyna się tworzenie i wzrost korzeni. Wschody ziemniaka ukazują się ok. 14 dni po sadzeniu, a w przypadku niesprzyjających warunków (temperatura, wilgotności gleby) nawet po 21-30 dniach.
Ziemniaki powinny być zbieranie w fazie dojrzałości technicznej, tj.
wtedy gdy na bulwach skórka jest już skorkowaciała i nie schodzi pod naciskiem palca.
Ziemniaki do celów produkcyjnych rozmnaża się
wegetatywnie (zbulw tzw. sadzeniaków). Roślina ziemniaka powstaje wówczas z oczka, znajdującego się na powierzchni bulwy i posiada tylko korzenie przybyszowe, tworzące wiązkę.
http://pl.pl.allconstructions.com/portal/categories/49/1/0/1/article/7598/uprawa-ziemniakow http://www.organicgardening.com/learn-and-grow/7-ways-plant-potatoes
science.howstuffworks.com/life/botany/potato-info.htm
Fazy rozwoju ziemniaków
•Okres spoczynku
•Okres od sadzenia do wschodów (obejmuje też podkiełkowanie przed sadzeniem)
•Okres od wschodów do zawiązywania bulw, kiedy następuje intensywny wzrost części nadziemnej
•Okres od kwitnienia do dojrzewania bulw, kiedy to głównie gromadzi się ich masa
http://www.fao.org/potato-2008/en/potato/cultivation.html
1. Sadzenie podkiełkowanej bulwy 2. Wzrost części wegetatywnej 3. Tuberyzacja
4. Rozrost bulw
1 2 3 4
Liść złożony Kwiaty
Owoce
Łodyga boczna
Stolony Bulwa macierzysta
Bulwy
Listki Kwiatostan
Łodygi główne
Korzenie
http://cipotato.org/potato/how-potato-grows/
http://www.webindia123.com/garden/vegie/potato.htm
Główna masa korzenia sięga do głębokości około 50 cm. Z dolnej części łodygi znajdującej się pod powierzchnią gleby, wyrastają podziemne pędy zwane stolonami. Długość stolonów i ich układ w glebie jest cechą odmianową. W okresie kwitnienia rośliny stolony staja się pogrubiają się na końcu, tworząc bulwy.
Wiązanie bulw rozpoczyna się w okresie od tworzenia pąków
kwiatowych do kwitnienia, ich wzrost trwa nawet do końca
okresu wegetacji. Równocześnie ze wzrostem bulw następuje
gromadzenie skrobi i innych materiałów zapasowych. Powolny
jest też wzrost łodyg po wschodach.
Po kwitnieniu część nadziemna rośliny już nie rośnie, natomiast bulwy się rozrastają.Bulwy z botanicznego punktu widzenia są przekształcona łodygą, pokrytą łuskowatymi liśćmi, które bardzo wcześnie odpadają, pozostawiając ślady w postaci blizn. W zagłębieniu blizny znajdują się pączki, które wraz z blizną tworzą tzw.
oczko. W oczku znajdują się zazwyczaj trzy pączki, z których rozwija się zazwyczaj tylko środkowy, a w razie jego uszkodzenia jeden z pączków bocznych.
W bulwie ziemniaka wyróżnia się część pępkową, gdzie znajduje się miejsce połączenia bulwy ze stolonem w postaci zagłębienia lub wzniesienia i mała ilość oczek, oraz część wierzchołkowa, charakteryzująca się znacznie większą ilością oczek.
Główna masa korzenia sięga do głębokości około 50 cm, choć mogą osiągnąć głębokość 2m. Ziemniak rozmnażany wegetatywnie wytwarza korzenie przybyszowe typu wiązkowego, delikatne, obficie pokryte włośnikami. Rośliny rozwijające się z nasion oprócz korzeni przybyszowych wytwarzają korzeń główny.
http://itfarmer.files.wordpress.com/2011/07/roots-and-potatoes.png?w=595
Roślina ma pokrój krzaczasty,
łodygi w zależności od odmiany
i środowiska osiągają wysokość
50–80 cm, po uschnięciu są
zwane łętami. Roślina
ziemniaka wykształca na ogół 4
– 8 łodyg, w zależności od
ustawienia łodyg, tworzą się
krzaki wyprostowane lub
rozesłane. Łodygi są grube,
mięsiste i pokryte włoskami.
Z dolnej części łodygi znajdującej się pod powierzchnią gleby, wyrastają podziemne pędy zwane stolonami (rozłogami u innych roślin). Długość stolonów (15 – 20 cm) i ich układ w glebie jest cechą odmianową. W okresie kwitnienia rośliny stolony staja się pogrubiają się na końcu, tworząc bulwy. Wiązanie bulw rozpoczyna się w okresie od tworzenia pąków kwiatowych do kwitnienia, ich wzrost trwa nawet do końca okresu wegetacji. Równocześnie ze wzrostem bulw następuje gromadzenie skrobi i innych materiałów zapasowych. Powolny jest też wzrost łodyg po wschodach. Po kwitnieniu część nadziemna rośliny już nie rośnie, natomiast bulwy się rozrastają.
http://agbioinc.com/english/potato-production/
Liście ziemniaka są złożone, nieparzysto-pierzaste, ogonkowe
z przylistkami. Są osadzone na łodydze spiralnie, lewoskrętnie,
tak jak oczka na bulwie. Pojedynczy liść składa się z osi
zwanej osadką 3-4 par listków ogonkowych, listka
szczytowego i listeczków
Kwiaty mogą mieć barwę białą, czerwono-fioletową i niebieska w różnych odcieniach.
Płatki korony są ze sobą
zrośnięte, tak jak i słupek z
pręcikami
Tylko nieliczne z uprawianych odmian – mimo iż większość z nich kwitnie, i to nieraz nawet obficie – wytwarzają dojrzałe owoce. Nawet jeżeli dochodzi do zawiązywania owoców, to większość z nich opada jeszcze przed dojrzeniem. Owocem jest dwukomorowa, okrągła jagoda zawierająca dużo (150 – 300) drobnych nasion (jagoda zielona, po dojrzeniu kremowa i pachnie jak ananas).
Wszystkie części ziemniaka, zwłaszcza zielone, zawierają trujący glikozyd — solaninę.
Kiełki etiolowane
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Potato_sprouts.jpg
Z oczek znajdujących się na powierzchni bulwy po zakończeniu okresu spoczynku wyrastają kiełki. Są to pędy, które tworzą się zarówno w ciemności, jak i na świetle.
Bardzo charakterystyczne dla odmian są kiełki świetlne, rozwijające się w oczkach bulw umieszczonych na świetle w temp. pokojowej.
Są grube i krótkie (1-2 cm). Mogą być nagie lub częściowo owłosione. Ich zabarwienie może być różowe, czerwono-fioletowe oraz zielone w różnych odcieniach i stanowi jedną z najbardziej stałych cech odmianowych. Są zbudowane z trzech części:
•nasady, z której wyrastają korzenie
przybyszowe,
•szyjki będącej zawiązkiem pędu,
• i wierzchołka z zawiązkami liści
http://fanaticcook.blogspot.com/2010/04/potato-sprouts.html
Oczka w zależności mogą być: płytkie, średnio głębokie lub głębokie.
Na powierzchni bulwy są one spiralnie ułożone – jak liście na łodydze.
Kształt bulwy ziemniaka jest jedna z cech odmianowych. Może być on owalny, okrągło owalny, okrągły lub nerkowaty.
Barwa skórki uzależniona jest od obecności barwników w soku komórkowym zewnętrznej warstwy kory pierwotnej. Barwa jest również cecha odmianową. Może być jasna, określana jako biała, czerwona o różowym odcieniu, niebiesko-fioletowa lub niejednolita plamista.
Barwa miąższu jest dość stałą cechą. Wyróżnia się miąższ biały, biało-żółty, jasno żółty, żółty. W okolicach wiązek przewodzących może być czerwona lub fioletowa.
Odmiany ziemniaka najłatwiej rozpoznać w okresie kwitnienia, gdyż wtedy występuje najwięcej cech charakterystycznych odróżniających odmiany. Pod uwagę bierzemy te cechy, które nie zmieniają pod wpływem środowiska. Są to tzw. dobre cechy rozpoznawcze, a mianowicie:
Barwa skórki bulw,
barwa miąższu,
barwa kiełków świetlnych w określonej fazie wzrostu,
barwa korony kwiatów.
Liczne odmiany ziemniaka (w Polsce około 101 - 2017) różnią się m.in. długością okresu wegetacji, cechami morfologicznymi krzaków jak i cechami morfologicznymi i składem chemicznym bulw, a w związku z tym użytkowaniem a także odpornością na choroby. Tylko nieliczne z tych cech są stałe w obrębie odmiany, większość z nich wykazuje większy lub mniejszy zakres zmienności.
Ze względu na czas dojrzewania (zbioru) ziemniaki dzieli się na:
wczesne - czerwiec, lipiec;
średniowczesne - sierpień;
średniopóźne - wrzesień;
późne - październik.
W czasie wegetacji odmiany różnią się od siebie: pokrojem roślin, wysokością, ustawieniem łodyg, charakterem ulistnienia, wielkością i budową liści, kształtem liści, obfitością kwitnienia, cechami kwiatów itp.
Cechy gospodarcze ważne, a wykazujące różnice odmianowe są następujące:
1.Długość okresu wegetacyjnego (wahania od około 90 do 180 dni) 2.Plenność
3.Skład chemiczny bulw
4.Różnice w odporności lub wrażliwość na choroby 5.Odporność na uszkodzenia mechaniczne
6.Cechy bulwy: kształt, głębokość i liczba oczek 7.Stopień wytrzymałości na okres przechowywania 8.Właściwości kulinarne.
Budowa anatomiczna bulwy
Budowa anatomiczna bulwy jest podobna do budowy łodygi nadziemnej. Od zewnątrz bulwa jest otoczona skórka, występującą tylko u młodych bulw. W bulwie dojrzałej skórka się złuszcza i w jej miejsce powstaje warstwa korkowa stanowiącą ochronę całej bulwy.
Następnie znajduje się kora pierwotna, której część wewnętrzna jest bogata w skrobię. Komórki zewnętrzne miękiszu kory pierwotnej maja zdolność tworzenia chlorofilu pod wpływem światła. Sok komórkowy tej tkanki zawiera często barwnik czerwony, brunatny lub niebieski nadający charakterystyczne zabarwienie powierzchni bulwy.
Pod korą pierwotną występuje pierścień wiązek przewodzących dochodzący do wszystkich oczek oraz do stolonu. Wnętrze bulwy zajmuje rdzeń, w którym wyróżnią się bardziej wodnista część wewnętrzną oraz mniej przejrzystą część zewnętrzną o wyższej zawartości składników suchej masy głownie skrobi.
Przekrój korowej i zewnętrznej części rdzenia bulwy ziemniaka
1- warstwa korkowa, 2- felogen (tkanka korkorodna), 3-
miękisz warstwy korkowej, 4- wiązki sitowe, 5- miazga, 6-
wiązki naczyniowe, 7- miekisz rdzenia zewnętrznego z
ziarnami skrobi
Skład chemiczny bulwy ziemniaka
Wartość energetyczna ziemniaków, wbrew powszechnemu mniemaniu jest niewysoka i wynosi 87kcal (366kJ/100 g części jadalnych).
Składnik Miara Zawartość
Średnio Wartości skrajne W polskich odmianach
Sucha masa % 23,7 13,1 - 36,8 16,8 - 28,8
Skrobia % 17,5 8,0 - 29,4 11,7 - 22,0
Cukry redukujące % 0,30 0,0 - 5,0 0,03 - 0,52
Cukry ogółem % 0,50 0,05 - 8,0 0,20 - 0,73
Włokno surowe % 0,71 0,17 - 3,48 0,59 - 1,10
Białko ogółem (Nx6,25) % 2,00 0,69 - 4,63 1,38 - 2,30
Białko właściwe w
ogólnym % 54,70 27,3 - 73,4 37,9 - 64,3
Lipidy % 0,12 0,02 - 0,2 -
Kwasy organiczne % 0,60 0,4 - 1,0 -
Popiół % 1,10 0,44 - 1,87 0,75 - 1,15
Witamina C mg/100g 10-25 1 – 54 12,1 - 28,1
Glikoalaloidy mg/100g 2-10 0,2 – 41 1,0- 11,5
Azotany (NO3) mg/100g 4-25 0,0 - 63 4 - 62
Spośród składników suchej masy najliczniej reprezentowana jest skrobia i jej zawartość w dużej mierze decyduje o wartości i zastosowaniu ziemniaków. Jest polisacharydem, którego podstawowa cząsteczkę (monomer) stanowi glukoza. Naturalna skrobia nie jest substancja jednorodną, lecz składa się z dwóch różnych komponentów:
amylozy i amylopektyny. Skrobia powstaje w procesie fotosyntezy w chloroplastach, a tworzące się nieduże ziarna noszą nazwę skrobi asymilacyjnej. W w nocy, gdy fotosynteza nie zachodzi ulega ona przekształceniu do cukru rozpuszczalnego (najczęściej glukozy) i jest transportowana do innych organów (bulw), gdzie ponownie, w leukoplastach jest syntezowana jako skrobia zapasowa. Proces ma istotne znaczenie gdyż skrobia jest związkiem nierozpuszczalnym a nadmiar rozpuszczalnych cukrów prostych może mocno zakłócić stosunki osmotyczne rośliny. Zmagazynowana w bulwach skrobia, jako materiał zapasowy może natomiast, w razie potrzeby służyć jako żródło cukrów prostych.
Przebieg zmian zawartości cukrów w bulwach ziemniaka składowanych przez 4 tygodnie w różnych temperaturach:
cukry redukujące sacharoza
cukry ogółem
Biotechnology in Agriculture and Forestry 3 Potato 1987
Główny składnik ziemniaka – skrobia podobnie jak i inne składniki chemiczne, nie jest rozmieszczony równomiernie.
Najwięcej skrobi zawierają komórki miękiszowe, zarówno kory pierwotnej jak i rdzenia w pobliżu wiązek przewodzących.
Cukry ulegające fermentacji to przede wszystkim glukoza, fruktoza i sacharoza. Zawartość tych cukrów w dojrzałych, świeżo zebranych ziemniakach jest niewielka, wzrasta natomiast w czasie przechowywania, zwłaszcza w niskiej temperaturze.
Podwyższona zawartość cukrów chroni komórkę przed
zamarznięciem
Enzymatyczny rozkład skrobi do cukrów jest reakcja odwracalną.
Szybkość tych przemian zależy od temperatury. W temperaturze powyżej 20°C, intensywność syntezy i rozkładu jest wyższa niż w niższych temperaturach, z przewagą syntezy nad jej rozkładem.
Obniżenie tych temperatury zmniejsza szybkość tych procesów, ale również w niejednakowym stopniu. Przy spadku temperatury z 20°C do 0°C intensywność rozkładu skrobi zmniejsza się do 1/3, podczas gdy intensywność syntezy skrobi około 20-krotnie. Prowadzi to do akumulacji cukrów; proces oddychania w tej temperaturze również ulega osłabieniu (intensywność tego procesu spada około 3-krotnie w porównaniu z temperaturą 20°C.
Dlatego też w temperaturze bliskiej 0°C (poniżej 5°C) następuje systematyczny wzrost zawartości cukrów w ziemniakach do takiego poziomu, że jest on wyczuwalny.
Nowotny Technologia przetwórstwa ziemniaczanego 1972
W okresie przechowywania cukry znajdują się w stanie dynamicznej równowagi z przechodzeniem jednej formy w drugą, zależnie przede wszystkim od temperatury:
Zdolność do gromadzenia się cukrów można uważać za właściwość odmianową bulw. Natomiast jeżeli takie bulwy przeniesie się do pomieszczenia o wyższej temperaturze (np. pokojowej) to obserwuje się w stosunkowo krótkim czasie zanik nadmiernej ilości cukrów: około 4/5 ilości cukrów przekształca się w skrobię, a około 1/5 zostaje wykorzystana podczas oddychania wzmożonego w tej temperaturze.
W praktyce przemysłowej proces ten nazywa się rekondycjonowaniem bulw.
Gabriel Ziemniak 1974
Nowotny Technologia przetwórstwa ziemniaczanego 1972
glukoza skrobia
fruktoza glukoza
sacharoza
Zawartość białka w ziemniakach nie jest wysoka, ale jego wartość biologiczna jest bardzo duża. Jest to białko pełnowartościowe, zawiera wszystkie aminokwasy egzogenne, konieczne do syntezy własnego białka przez organizm człowieka. Rozmieszczenie białka w bulwie jest odwrotne niż skrobi tzn. najczęściej białko znajduje się pod skórką i w samym środku bulwy.
Do związków azotowych ziemniaka można także zaliczyć trujący alkaloid – solaninę. Zawartość solaniny w kłębach dojrzałych jest niewielka i wynosi 2 – 20 mg w 100g świeżej masy, kłęby niedojrzałe i drobne oraz zzieleniałe części kłębów przechowywanych w miejscach naświetlonych zawierają większe ilości tego związku. Solanina działa drażniąco na przewód pokarmowy i hemolitycznie. Po kilku godzinach od zjedzenia zielonych jagód uczucie drapania i pieczenia w gardle, odurzenie, wymioty i cuchnąca gwałtowna biegunka. Występuje pocenie się, drgawki i nieregularny oddech.
Z witamin znajdujących się w bulwach najistotniejsza jest witamina C, której zawartość zależy od odmiany, wynosi 5 – 40 mg w 100 g ziemniaków. Zawartość ta obniża się w czasie przechowywania tak, że po 6 miesiącach pozostaje tylko 1/3 wartości wyjściowej. Z chwilą rozpowszechnienia się uprawy ziemniaka w Europie praktycznie wygasły epidemie szkorbutu.
Oprócz witaminy C w ziemniakach występują niewielkie ilości witaminy A, PP oraz witaminy z grupy B.
Składniki mineralne to głównie: K – ok. 60% K2O, P, Mg, Ca, Fe.
Skład chemiczny bulw jest uzależniony w dużej mierze od odmiany i stopnia dojrzałości.
Rozmieszczenie ważniejszych składników bulwy ziemniaka na przekroju podłużnym: 1. Skrobia, 2. Substancje azotowe, 3. Substancje mineralne, 4. Witamina C
Wpływ temperatury na metabolizm: ziemniak wytwarza większe bulwy w okresach kiedy noce są chłodne, niż wtedy kiedy noce są ciepłe co pokazuje, że w niższych temperaturach proces oddychania jest mniej intensywny.
Wpływ uszkodzeń mechanicznych na
metabolizm: zranienia tkanek i inne urazy
mechaniczne zwiększają intensywność oddychania
czego dowodem może być fakt, iż bulwa
ziemniaka podzielona na kilka części wydziela
więcej CO
2niż bulwa nieuszkodzona .
Po wykopaniu ziemniaków i ich zwiezieniu pierwszą czynnością przed przystąpieniem do przechowywania jest sortowanie, tak by usunąć zanieczyszczenia oraz nieodpowiednie bulwy. Wymienione czynności należy tak wykonać, by spowodować jak najmniej uszkodzeń bulw.
Każde uszkodzenie, nawet niewidoczne dla oka, może być przyczyną strat przechowalniczych.
Procesy życiowe zachodzące w bulwach po wykopaniu i w okresie przechowywania mają złożony charakter. Bezpośrednio po wykopaniu bulwy przechodzą okres przygotowawczy do spoczynku (dojrzewanie). Procesy oddychania i parowania są jeszcze intensywne, powodując pewne ubytki skrobi, wody oraz witamin.
Dochodzi do korkowacenia naskórka oraz gojenia uszkodzeń. Okres ten trwa z reguły 1 - 2 tygodni, a ziemniaki powinny być przechowywane w temperaturze 10 - 18ºC, przy wilgotności względnej powietrza 90 – 95%. W tych warunkach gojenie ran i korkowacenie naskórka przebiega najszybciej.
Następnym etapem jest schładzanie. Okres ten trwa około 3 tygodni.
W jego trakcie należy stopniowo obniżyć temperaturę do 2 - 10ºC, w zależności od odmiany i kierunku użytkowania przy takiej samej wilgotności powietrza jak poprzednio.
W ciągu trzeciego etapu (długotrwałe przechowywanie) przy zachowaniu optymalnej temperatury dla danej odmiany, wilgotność względna powinna zawierać się w przedziale 85 – 90%.
Czwarty etap polega na przygotowaniu bulw do ich użytkowania.
Warunki będą uzależnione od sposobu użytkowania ziemniaków (np.
sadzeniaki powinny być naświetlane, gdyż powoduje to wzrost plonu nawet do 30q/ha).
Utrzymanie właściwej temperatury oraz wilgotności powietrza (85 – 90%) jest podstawą prawidłowego przechowywania ziemniaków. Przy niższej wilgotności powietrza bulwy szybko tracą wodę i więdną, a przy wyższej rozpoczynają się procesy gnilne. Przy przechowywaniu ziemniaków w zbyt wysokiej temperaturze wzmagają się procesy oddychania, co pociąga za sobą znaczne ubytki masy oraz mogą wystąpić wysokie straty spowodowane gniciem bulw. Przechowywanie ziemniaków w zbyt niskiej temperaturze jest niewskazane (zwłaszcza ziemniaków konsumpcyjnych oraz do przetwórstwa spożywczego), gdyż dochodzi do znacznego pogorszenia smaku oraz wzrostu zawartości cukrów redukujących.
Optymalne warunki przechowywania ziemniaków (wg IHAR)
Okres
przechowywania Czas trwania
Optymalna temperatura
w 0 C
Wilgotność względna
w %
I Osuszanie do 7 dni 12-18 75-95
II Dojrzewanie 7-14 dni 12-18 90-95
III Schładzanie 14-21
dni Spadek o 0,50 -
10 /dzień 90-95
IV Długotrwałe
przechowywanie do 8
miesięcy
jadalne 4-6 sadzeniaki 2-4 przetwórstwo spoż. 6-8
przemysłowe 2- 4
90-95
V Przygotowanie do
sprzedaży, obróbki 10 dni 8-10 85-95 Spadek o 0,5 –
1,0/dzień
Przechowywanie ziemniaków
Przyjmuje się, że około 90% ogólnej masy wyprodukowanych ziemniaków corocznie kieruje się do przechowywania. Bulwy są organizmem żywym i w czasie przechowania zachodzą w nich procesy fizjologiczne i biochemiczne. Tylko zdrowe i nieuszkodzone bulwy gwarantują małe straty w czasie długotrwałego przechowywania. Bulwy porażone chorobami, nadgniłe, nadmarznięte, z uszkodzeniami skórki, przechowywane nawet w optymalnych warunkach narażone są na straty masy bulw i niekorzystne zmiany jakościowe.
Oddychanie bulw, transpiracja, i kiełkowanie to podstawowe procesy życiowe powodujące ubytki naturalne, a także zmiany w składzie chemicznym bulw. Nasilenie tych procesów zależy od stanu fizjologicznego składowanych bulw, warunków uprawy, przebiegu zbioru i dużej mierze od zapewnienia optymalnych warunków przechowywania.
Długość okresu przechowywania uzależniona jest od kierunku użytkowania. Podczas długotrwałego przechowywania dochodzącego do 9 miesięcy (np. ziemniaki jadalne), w bulwach ziemniaka, jak w każdym żywym organizmie, zachodzą procesy, w wyniku których:
• zmniejszeniu ulega wyjściowa masa bulw, na skutek tzw. ubytków naturalnych spowodowanych procesami życiowymi oddychania i transpiracji
• powstają straty wywołane procesem kiełkowania oraz
• straty masy w wyniku porażenia bulw chorobami przechowalniczymi.
Ziemniaki po prawidłowym zbiorze powinny być przygotowane do przechowywania. Ważne jest osuszenie bulw i zagojenie uszkodzeń oraz skorkowacenie skórki. Pierwszy okres przechowywania to również moment ujawnienia się infekcji, do których doszło podczas wegetacji czy zbioru. Jest to również okazja do ewentualnego odrzucenia bulw z objawami chorób.
Powstawanie wspomnianych wcześniej ubytków i strat jest procesem bardzo złożonym, będącym wypadkową wielu współdziałających ze sobą czynników. Należy więc pamiętać, że optymalne warunki przechowywania mogą ograniczać straty, ale tylko w ziemniakach dobrej jakości, natomiast złe przechowywanie może spowodować wysokie straty, również w ziemniakach dobrej jakości.
Każdą odmianę cechuje genetycznie uwarunkowana przydatność do długotrwałego przechowywania, która może być modyfikowana warunkami agrotechnicznymi, klimatycznymi w okresie wegetacji, a następnie warunkami podczas zbioru i przechowywania. W czasie przechowywania decydujący wpływ na wielkość strat ma czas magazynowania i warunki, z których najważniejszą rolę odgrywa temperatura i wilgotność względna otaczającego powietrza.
Ubytki naturalne
Ubytki naturalne, jako efekt procesów życiowych, są nieuniknione.
Zmienna jest jedynie ich intensywność zależnie od warunków termiczno-wilgotnosciowych w miejscach magazynowania i czasu składowania. Czynnikami ograniczającymi ubytki naturalne jest niska temperatura i wysoka wilgotność powietrza powyżej 95%. Natomiast wraz ze wzrostem temperatury przechowywania i obniżeniem wilgotności powietrza poniżej 90%, ubytki naturalne gwałtownie wzrastają, czego głównym powodem jest proces wydzielania wody z bulw i kiełkowanie. Badania wykazały, że bardzo duży wpływ na wielkość ubytków wywiera dojrzałość bulw. Intensywność wydzielania wody z bulw jest głównym powodem powstawania ubytków naturalnych. Niedojrzała skórka jest bardzo przepuszczalna i przyczynia się do wzrostu ubytków. Podobnie duże ubytki mogą wystąpić w przypadku bulw uszkodzonych mechanicznie, gdy zranienia miąższu nie zostaną jeszcze zabliźnione. Grubsza peryderma jest bardziej nieprzepuszczalna dla wody.
Kiełkowanie
Tuż po zbiorze bulwy ziemniaka zazwyczaj nie kiełkują, gdyż znajdują się w stanie fizjologicznego spoczynku i nawet w sprzyjających warunkach dla tego procesu nie obserwuje się wzrostu kiełków.
Jednakże po bardzo suchym i ciepłym okresie wegetacji, już w czasie zbiorów na bulwach niektórych odmian można zaobserwować kilkumilimetrowe kiełki. Oznaczało, że u tych odmian okres spoczynku był bardzo krótki i został zakończony już w polu.
W przechowalnictwie bardzo cenione są odmiany, które z uwarunkowań genetycznych, charakteryzują się jak najdłuższym okresem uśpienia bulw i mało intensywnym wzrostem kiełków. Bulwy znajdujące się w fazie uśpienia cechuje niska intensywność przemian fizjologicznych (niski poziom ubytków naturalnych), wysoka wartość odżywcza i jakość kulinarna. Dlatego też zadaniem przechowalnictwa jest maksymalne wydłużenie okresu uśpienia.
Na długość okresu uśpienia, oprócz uwarunkowań genetycznych odmiany, duży wpływ wywierają warunki przechowywania.
Największe znaczenie ma temperatura. W środowisku wyższych temperatur skracany jest okres uśpienia, proces kiełkowania rozpoczyna się wcześniej, a wzrost kiełków jest intensywniejszy.
Skiełkowane bulwy tracą więcej wody, ponieważ jest ona
znacznie intensywniej wydalana z kiełków niż przez perydermę
bulw. Natomiast środowisko niskich temperatur wydłuża okres
uśpienia, ogranicza, a u niektórych odmian wręcz hamuje proces
kiełkowania. Niskie temperatury przechowywania obniżają
poziom ubytków naturalnych, lecz sprzyjają gromadzeniu
cukrów i pogarszają jakość kulinarną bulw jadalnych (słodki
posmak po ugotowaniu). Stąd też ziemniaki jadalne, jak również
przeznaczone na inne kierunki użytkowania (np. przetwórstwo
spożywcze), wymagają wyższych temperatur przechowywania,
celem utrzymania dobrej jakości przez cały czas
magazynowania, traktowane są preparatami hamującymi proces
kiełkowania.
Straty spowodowane rozwojem chorób przechowalniczych
Straty wywołane porażeniem bulw chorobami przechowalniczymi (zaraza ziemniaka, zgnilizna: sucha, mokra i mieszana) mają bardzo duże znaczenie gospodarcze, gdyż to właśnie one w głównej mierze decydują o przydatności danej odmiany do długotrwałego przechowywania. Największe znaczenie mają następujące choroby ujawniające się w okresie przechowywania: zaraza ziemniaka, sucha i mokra bakteryjna zgnilizna, fomoza oraz alternarioza. W praktyce bardzo często występują również tzw. zgnilizny mieszane, których szkodliwość jest znacznie większa niż wymienionych pojedynczych chorób. O zgniliźnie mieszanej mówi się wówczas, gdy gnicie bulw powstaje w następstwie infekcji grzybami i bakteriami.
Zwalczanie i zapobieganie chorobom przechowalniczym, powinno stać się jednym z głównych elementów kompleksowej uprawy, zbioru i obróbki bulw ziemniaka. Bardzo duży wpływ na straty przechowalnicze wywierają uszkodzenia mechaniczne bulw, zwłaszcza głębokie powyżej 5 mm. Umożliwiają one wnikanie sprawców zgnilizn i stanowią istotny powód w procesie powstawania chorób przechowalniczych. Dlatego też we wstępnej fazie przechowywania powinny być stworzone warunki sprzyjające szybkiemu osuszaniu bulw i zabliźnianiu zranień mechanicznych. Intensywna wentylacja w tym okresie korzystnie wpływa na tempo osuszania i zabliźniania uszkodzeń, gdyż w warunkach, które nie sprzyjają tym procesom, doskonale rozwijają się bakterie powodujące mokrą zgniliznę (np. duża wilgotność, podwyższona temperatura, brak tlenu, wzrost zawartości dwutlenku węgla).
Możliwości ograniczania nadmiernych ubytków i strat w trakcie przechowywania poprzez:
•wybór odpowiedniej odmiany,
•przeznaczanie do przechowywania bulw dojrzałych, dobrej jakości, bez uszkodzeń mechanicznych i zanieczyszczeń, zebranych w warunkach suchej i ciepłej pogody,
•osuszanie bulw i intensywne wietrzenie tuż po zbiorach,
•zapewnienie optymalnych warunków termiczno-wilgotnościowych zależnie od kierunku użytkowania,
•zapobieganie kiełkowaniu,
•przeznaczanie w pierwszej kolejności do zagospodarowania odmian charakteryzujących się obniżoną trwałością przechowalniczą.
Wyszczególnienie 2005/2006 2010/2011 2014/2015 2015/2016 2005/2006 2010/2011 2014/2015 2015/2016
w tysiącach ton %
Przychód. 10576 8901 8063 6723
Zbiory 10369 8448 7690 6314 98,0 94,9 95,4 93,9
Import 207 453 373 409 2,0 5,1 4,6 6,1
Rozchód 10576 8901 8063 6723 100,0 100,0 100,0 100,0
Sadzenie 1480 1016 751 775 14,0 11,4 9,3 11,5
Spasanie 2013 1835 1724 1377 19,0 20,6 21,4 20,5
Spożycie 4820 4256 3850 3027 45,6 47,8 47,7 45,0
Przetwórstwo
przemysłowe 762 497 495 402 7,2 5,6 6,1 6,0
Ubytki i straty 1050 709 544 413 9,9 8,0 6,7 6,1
Eksport. 451 588 699 729 4,3 6,6 8,7 10,8
Bilans ziemniaków wg GUS
Powierzchnia upraw, plony i zbiory ziemniaków
Żywieniowa wartość ziemniaka i przetworów. Leszczyński 2012
