Jdi na obsah Jdi na menu
 


Jak může biomasa rostlin posloužit lidem

21. 1. 2009

Náhrada cukru alternativními nízkoenergetickými rostlinnými sladidly.

V celosvětovém měřítku je produkován cukr ze 60 % z cukrové třtiny a ze 40 % z cukrové řepy. Cukr – sacharóza neboli také cukr řepný či třtinový se rozšířil jako sladidlo v posledních 200 letech. Spolu s medem známým již odedávna patří mezi nejpoužívanější sladidla přírodního původu. Protože však stále roste počet lidí trpících cukrovkou (diabetes melitus), kardiovaskulárními chorobami, jimž cukr škodí z energetického i metabolického hlediska, ale i těch, kteří by se měli vyhýbat cukru z důvodu obezity, byla výzkumu alternativních sladidel věnována v posledních letech velká pozornost. Bylo popsáno několik desítek sladkých látek přírodního i syntetického původu. Ke slazení nápojů a pokrmů se jich však používá minimální počet. K nejvíce rozšířeným umělým sladidlům řadíme sacharin, cyklamát , usal – aspartam a acesulfam K. Převážná část však má na lidský organismus vedlejší negativní účinky. Potřeba náhradních sladidel co do množství tak i sortimentu stále stoupá a proto se řeší možnost využití dalších sladidel především na bázi přírodní. Snahou vědců a výzkumníků je najít a ověřit nízkoenergetická sladidla přírodního původu, kterých rostlinná říše nabízí velké množství.
Sorbit - sorbitol, xylit - xylitol a manit - manitol jsou tzv. alkoholické cukry, nejvíce pozornosti však v poslední době poutá steviosid – směs glykosidů, jehož součástí je také mimo jiné rebaudiosid A, C, D, E a dulkosid B a dále především sacharid fruktóza. Jednotlivá sladidla mají různou sladivost v porovnání s cukrem - tab. č. 1

Tab. č. 1 - Sladivost syntetických a přírodních sladidel

Druh alternativního sladidla Sladivost v poměru k cukru – sacharóze
Sacharin umělé 250 – 500x vyšší
Cyklamát umělé 20 – 30x vyšší
Usal – aspartam umělé 100 – 200x vyšší
Acesulfam K umělé 100 – 200x vyšší
Sorbit přírodní Poloviční
Manit přírodní Poloviční
Xylit přírodní Stejná
Komplex steviosid přírodní 100 – 300x vyšší
Rebaudiosid A přírodní 400x vyšší
Rebaudiosid C,D,E přírodní 20 – 120x vyšší
Dulkosid B přírodní Přibližně stejná
Fruktosa přírodní 1 – 1,4x vyšší


Pro zajímavost lze uvést, že za vůbec nejintenzívnější sladidlo na světě je považována chemická látka nazvaná toumatin objevená vědci z Kalifornské univerzity v keři zvaném katemf, který roste v tropech západní Afriky a je prý milionkrát sladší než cukr a šestsetkrát překoná v sladkosti escartem považovaný až dosud za vůbec nejsladší. Jediný gram toumatinu údajně stačí osladit jednu tunu vody!

Sorbit se vyrábí ze škrobu nebo cukru. Má čistou sladkou chuť. Energie dodává tolik jako cukr, a proto ho nelze používat jako náhradu cukru při redukčních dietách. Více než 20 g denně může mít u citlivých jedinců projímavé účinky. Je vhodný pro diabetiky. Sorbit je poměrně stabilní při pečení i vaření. Využívá se i jako sorbitový sirup.

Manit se získává z cukru nebo fruktosy. Jeho energetická hodnota je přibližně stejná jako u cukru. Je vhodný pro diabetiky a používá se do žvýkaček. Xylit je vyráběn z xylózy – dřevního cukru, jenž se získává např. z dřevního odpadu. Energetická hodnota je zhruba obdobná jako u cukru. Je vhodný pro diabetiky, vyznačuje se stabilitou při pečení i vaření. Využívá se především do cukrovinek a žvýkaček, protože nepůsobí kazivost zubů.

Steviosid je přírodní sladidlo z listů keře stevie - Stevia rebaudiana Bertoni, který se k tomuto účelu pěstuje. Nemá energetickou hodnotu. Sladká chuť je doprovázena chutí hořkou, používá se proto v kombinaci s jinými sladidly, která maskují jeho hořkou chuť. Je vhodný pro diabetiky, neboť neindukuje potřebu tvorby inzulínu a jeho vedlejší účinky jsou zanedbatelné. Jako sladidlo byla používána již Indiány z kmene Guaraní dávno před příchodem Španělů. Největším producentem ve světovém měřítku je v současnosti Japonsko. Pěstuje se také v Číně, Koreji, Thajsku, Vietnamu, USA, Brazílii, Paraguayi, na Filipínách, v Německu, Rusku a Bulharsku. Komplex sladivých látek obsažený téměř v celé rostlině mimo kořenů, zejména v listech je tvořen několika diterpenickými glykosidy nazývanými souhrnně steviosid. Kromě samotného steviosidu jsou v rostlině obsaženy ještě tyto: rebaudiosid A, jenž je sladší než steviosid 1,3 – 1,5x, rebaudiosid C, D, E, dulkosid B a steviolbiosid. Steviosid lze použít ke slazení potravin, nápojů, v cukrářství, konzervárenském průmyslu, při výrobě zubních past a žvýkaček. Je propracována technologie pěstování v jednoletém i ve víceletém cyklu a technologie vegetativního množení pomocí zelených řízků, řízků kořenů, odnoží a dalších vegetativních částí rostlin včetně metody in vitro. Využití půdy při pěstování stevie je asi dvacetinásobné ve srovnání s cukrovou řepou nebo cukrovou třtinou. Pěstování stevie a produkce steviosidu přináší nemalý národohospodářský efekt, neboť 1 ha porostu stevie – výnos 2 t sušiny, výtěžnost steviosidu 6% – může nahradit minimálně 10 ha porostu cukrové řepy – výnos 30 t.ha-1 s výtěžností cukru 12% – při již zmíněné úrovni sladivosti steviosidu a cukru, a za podmínek, kde bylo uvažováno reálné minimum u pěstované stevie a optimum u cukrové řepy.

Fruktóza – cukr ovocný je sladidlo, které je součástí cukru sacharózy. Je asi o 20 – 50 % sladší než sacharóza. Vyrábí se ze škrobu, inulínu, sacharózy. Sirupy s vysokým obsahem fruktózy tzv. fruktózové se získávají ze zásobních polysacharidů – škrob, inulín cestou speciálního zpracování s pomocí biologicky aktivních látek. Fruktóza je využitelná i v kosmetice. Cukerné látky vhodné k tomuto zpracování jsou obsaženy v cukrodárných rostlinách: kukuřice, čekanka, topinambur, jakon, čirok cukrový, proso cukrové , javor cukrový a cukrodárný, pšenice, brambory, maniok – kasava, rýže. Z méně významných plodin můžeme jmenovat: palmu ságovou, batáty, lotosové kořeny, taro, dosnu, hrách a čočku.

V našich podmínkách lze využít výše citované cukrodárné rostliny. Nejrozšířenější je výroba vysokofruktózních sirupů z kukuřice – Zea mays, tradiční plodiny Aztéků, Mayů a Inků, protože výrobní náklady jsou snižovány využitím vedlejších produktů jako je kukuřičný olej a krmivo s vysokým obsahem bílkovin. První výrobky obsahovaly 42 % fruktózy a dosahovaly stejné sladkosti jako cukr. Dále byly získány sirupy s koncentrací 55, 60 a 90 %, které jsou sladší než cukr až o 60 %.

Největším výrobcem i spotřebitelem těchto sirupů označovaných HFCS jsou USA, následovány Japonskem, na které připadalo v roce 1989 10 % světové spotřeby. Základní oblastí využití kukuřičných sirupů v Japonsku stejně jako v USA je výroba nealko nápojů, kde se spotřebovalo 70 % všeho HFCS. Mezi zeměmi EU je největším producentem Španělsko, na které připadalo 28 % objemu sirupů vyrobených v EU. K zemím s rychlým růstem výroby patří Jižní Korea, kde bylo dosaženo 2 % podílu na celosvětové produkci. Výroba HFCS v Kanadě je orientována na trh USA, neboť na domácím trhu má silnou konkurenci v tradičním sladidle - javorovém sirupu. Příznivé podmínky byly vytvořeny také v Argentině.

Čekanka, topinambur a jakon produkují inulín, polyfruktózan neboli fruktan složený zhruba z 80 % fruktózy a 20 % glukózy, jehož výhodou je fakt, že se v množství 30 – 80 g organismem spotřebovává bez nároků na inzulín a může se tedy uplatnit jak v léčení tak i prevenci cukrovky a obezity. Polyfruktózan se extrahuje z hlíz nebo kořenů pomocí enzymů na směs fruktóza, glukóza - fruktózový sirup.

Kořen čekanky - Cichorium intybus obsahuje inulín a fruktózu. Obsah inulínu představuje 75 % v sušině, obsah fruktózy je nízký, její obsah stoupá při sušení inulínu. Inulín se tvoří v listech při asimilačních pochodech podobně jako škrob. V čerstvé hmotě kořenů se nachází 14 – 17 % inulínu a asi 1,5 - 2 % fruktózy. K předním pěstitelům náleží Francie, Belgie a Rakousko.

Hlavním důvodem pěstování topinamburu - Helianthus tuberosus je v současnosti produkce fruktózy, která tvoří dominující složku polysacharidu inulínu v hlízách. Hlízy obsahují 12 – 20 % cukrů (inulín, fruktóza, glukóza). Samotný inulín převažuje v množství 80 % v sušině. Technologie pěstování i množení je ověřena. Největším pěstitelem v Evropě je Francie.

Jakon - Polymnia sonchifolia náleží k poměrně málo známým plodinám pěstovaným mimo jiné pro produkci inulínu resp. fruktózy a fruktózového sirupu. Jde o tradiční plodinu Inků. Z Itálie se rozšířil do dalších oblastí jižní Evropy, ale i do Německa. Po 2. světové válce se začíná pěstovat v USA, Japonsku a na Novém Zélandu. Hlízy obsahují 65 % inulínu v sušině a asi 35 % volné fruktózy. V čerstvé hmotě kořenových hlíz se nachází 11% sacharidů především polyfruktózanů. Technologie pěstování i metoda množení rostlinnými explantáty je ověřena.

Z čiroku cukrového, prosa cukrového, javoru cukrového a cukrodárného lze získat sacharózu tvořenou glukózou a fruktózou pro výrobu těchto cukrů. Čirok cukrový – Sorghum vulgare var. saccharatum obsahuje v dřeni stonku 10 – 20 % cukru sacharózy . Ze stébel se lisuje šťáva, ze které se vyrábí sirup a alkoholické nápoje.

Proso cukrové – Panicum saccharatum obsahuje 70 % cukru – sacharózy v obilkách. Po zkvašení obilky slouží k výrobě alkoholických nápojů. V příznivých letech lze získat v podmínkách střední Evropy výnosy cukru, které jsou podobné jako výnosy cukrové řepy. V Německu je již vyvinuta metoda pěstování prosa cukrového, která není škodlivá pro prostředí a je levná. Mladé rostliny se vysazují do strniště po ozimé pšenici. Rostliny se předpěstovávají ve skleníku nebo ve volné půdě. Pro výsadbu je používán speciální sázecí stroj. Obdobně lze pěstovat i kukuřici.

Javor cukrový – Acer saccharophorum a javor cukrodárný – Acer saccharum jsou stromy, z nichž se dá získat cukr sacharóza. Kanadští Indiáni poranili strom ostrou sekyrou a do dřevěných nádob jímali šťávu, z níž pak vyráběli varem tradiční javorový sirup, který v současnosti zaujímá na kanadském trhu dominantní postavení. Před 2. světovou válkou se sirup produkoval také v USA. Dodnes se získává javorový cukr navrtáváním kmenů v jarním období v jižní Kanadě a v USA. V menší míře se rovněž těží javorový cukr ve středoasijských republikách bývalého SSSR. U nás byly javory pěstovány na Semilsku počátkem minulého století.

Zde je tedy několik málo příkladů jak může biomasa rostlin také sloužit lidem. Oblast průmyslového zpracování rostlinné biomasy spolu s energetickým využitím se v současné době dostává do popředí celospolečenského zájmu, neboť řeší řadu problémů vyvstávajících před civilizovaným světem v posledních letech 20. století jako důsledek rychlého tempa rozvoje lidské společnosti.