Strona główna > Gatunki roślin uprawnych > Kukurydza > Perspektywy

Perspektywy

Z POLA DLA PRZEMYSŁU


Jednym z najważniejszych źródeł surowców odnawialnych na świecie, do których należy przyszłość, jest kukurydza. Ziarno kukurydziane jest podstawowym surowcem, który budzi zainteresowanie przemysłu, ale szerokie zastosowanie może mieć również cała biomasa, jak też i poszczególne frakcje rośliny, jak np. rdzenie kolbowe, zarodki, słoma itd. Kukurydza, w odróżnieniu od innych europejskich roślin surowcowych, ma ogromny potencjał plonowania. Już dziś jej realne możliwości plonowania sięgają 15 ton ziarna lub 25 ton suchej masy całych roślin z 1 hektara. W odróżnieniu od tradycyjnych roślin przemysłowych (burak cukrowy, rzepak), kukurydza charakteryzuje się szerokim wachlarzem kierunków wykorzystania, a przez to łatwiej może dopasować się do rynku. Z kolei w porównaniu z nowymi roślinami (miskantus, sorgo) mamy w Europie dobre odmiany i opanowaną technologię produkcji. Oprócz tych wartości makroekonomicznych, kukurydza charakteryzuje się też korzystnymi cechami na poziomie gospodarstwa:

  • dobrze znosi uproszczenia uprawowe
  • można ją uprawiać w bardzo różnych stanowiskach, w monokulturze oraz w zmianowaniach o dużym udziale zbóż
  • spełnia rolę rośliny okopowej, a nawożenie jej można oprzeć tylko na nawozach organicznych
  • ma umiarkowane wymagania glebowe i odnośnie kultury roli
  • należy do nielicznych roślin, w których można w pełni zmechanizować produkcję - zarówno na dużych areałach, jak i w małych gospodarstwach.

Szacuje się, że możliwości uprawy kukurydzy w Polsce wynoszą około 2,0 min ha, tj. trzykrotnie więcej od aktualnej powierzchni zasiewów.


Kierunki użytkowania przemysłowego. Wykorzystanie przemysłowe kukurydzy rozpatrywać można w kilku podstawowych płaszczyznach:

  • przemiał ziarna na kasze i mąki - do bezpośredniego spożycia lub jako półprodukty dla przemysłu spożywczego, słodowniczego i szeregu zastosowań pozaspożywczych. Produkty przemiału wykorzystywane są głównie jako:
    - mąka kukurydziana do produkcji chleba (10-15% części wagowych)
    - mąki do produkcji herbatników i makaronu (do 100% udziału)
    - kaszki do przemysłu browarniczego (do 50% udziału)
    - kasza do wyrobu płatków kukurydzianych i płatków typu snacks
    - kaszka do wyrobu polenty
  • produkcja skrobi z ziarna (dla przemysłu spożywczego i pozaspożywczych zastosowań)
  • kukurydza cukrowa i pękająca (puszki, popcorn, sałatki)
  • przemysł fermentacyjny (alkohol spożywczy i paliwowy, drożdże i inne mikroorganizmy)
  • przemysł energetyczny - spalanie (ziarno, słoma, rdzenie), produkcja biogazu (biomasa)
  • przemysł papierniczy i materiały izolacyjne - słoma.

Przybliżone wydajności oraz rodzaje i ilości produktów ubocznych przedstawia tabela 1. Należy sądzić, że produkty takie coraz częściej będą występować na naszym rynku. W Polsce bowiem na cele konsumpcyjno-przemysłowe zużywa się poniżej 10% ziarna kukurydzy, podczas gdy we Francji ponad 20%, a w Austrii powyżej 30%. Dominuje u nas tradycyjny - paszowy kierunek użytkowania ziarna kukurydzy (blisko 85% spożycia). W części jednak jest to również surowiec przemysłowy - do produkcji pasz wysokoprzetworzonych.

Jak wynika z tabeli 1, przerób ziarna kukurydzy idzie w trzech zasadniczych kierunkach:
• mielenia w młynach (tzw. przemiał na sucho)
• mielenia w krochmalniach (tzw. przemiał na mokro)
• wykorzystania ziarna (kolb) jako substratu w przemyśle fermentacyjnym.

Przemiał ziarna w młynach. Suche mielenie jest tradycyjną technologią przerobu ziarna kukurydzy. Głównymi produktami przemiału są kaszki o różnej grubości (zwane grysem lub grysikiem), mąka kukurydziana, zarodki i otręby. Najmniejsze cząstki (mąka) wykorzystywane są też w przemyśle odlewniczym. Produkty przemiału kukurydzy są szczególnie przydatne jako pokarmy dla dietetyków, a w browarnictwie jako dodatek poprawiający jakość słodu. Pozostała śruta i zarodki przeznaczane są na paszę.

Ziarnu przeznaczonemu do przemiału stawia się szereg wymagań, które bezpośrednio lub pośrednio zależą od doboru odmian i metody produkcji polowej. Najważniejsze z nich to: kształt ziarniaka zbliżony do okrągłego • ziarno duże, o dużej zawartości bielma szklistego • łatwość oddzielania owocni od zarodka • pełna dojrzałość fizjologiczna • mały udział ziarna połamanego i popękanego (właściwy przebieg omłotu i suszenia) • wyrównanie wielkości, zabarwienia i dobry stan zdrowotny ziarna • jednolitość partii ziarna.

Ponieważ wszystkie aktualnie uprawiane odmiany kukurydzy są odmianami mieszańcowymi, budowa ziarniaka jest konsekwencją doboru linii wsobnych, ich pochodzenia i składu genetycznego. Z tego względu istnieje ogromna różnorodność form budowy ziarniaka kukurydzy i określone trudności w jednoznacznej ocenie ich wartości przemiałowej. Przydatność poszczególnych odmian różni się zasadniczo, w zależności od typu budowy ziarna, konsystencji bielma, a także zawartości składników takich jak tłuszcz i białko.

Do przemiału w młynach bardziej przydatne są kukurydze o ziarnie typu flint, które najczęściej zawierają więcej bielma szklistego niż mączystego. W naszych warunkach klimatycznych istotne znaczenie ma wczesność odmian i termin ich zbioru. Odmiany wcześniejsze dają ziarno bardziej dojrzałe, o mniejszej zawartości wody, co przyspiesza także suszenie i zmniejsza niebezpieczeństwo popękania ziarna. Badając wydajność przemiałową ziarna pięciu odmian o zróżnicowanej budowie i wczesności stwierdzono, że wczesne odmiany o ziarnie zbliżonym do typu flint charakteryzowały się dużą wydajnością, zarówno ogólną, jak i wydajnością grysu I (o najwyższej jakości). Bardzo dobre wyniki uzyskano również dla odmiany o ziarnie typu flint-dent, ale o twardym ziarnie z dużym udziałem bielma szklistego. Zdecydowanie gorsze wyniki dal przemiał ziarna późniejszych, zębokształtnych odmian. Jak wynika z tabeli 3, zbyt wczesny zbiór powoduje, że bielmo nie rozwija się jeszcze całkowicie i w efekcie jakość ziarna jest gorsza. Najlepsze rezultaty daje zbiór w 15-20 dni po uzyskaniu dojrzałości fizjologicznej.

Suszenie ziarna przeznaczonego do przemiału powinno być możliwie delikatne, tak by go nie przegrzać. Nadmierna temperatura suszenia powoduje popękanie ziarna oraz przenikanie tłuszczu z zarodka do grysu, co znacznie ogranicza jego przydatność i trwałość. W nowoczesnych suszarniach, np. z tzw. wielokrotnym chłodzeniem, temperatury czynnika suszącego mogą sięgać 100°C3 proces suszenia musi być jednak dokładnie kontrolowany.

W polskich warunkach baza przemiałowa jest jeszcze niedostatecznie rozwinięta. Ziarno kukurydzy ma zdecydowanie inną budowę niż ziarniaki podstawowych zbóż, dlatego potrzebne są specjalistyczne urządzenia do mielenia. Wyniki próbnego przemiału ziarna dwóch odmian kukurydzy, zrealizowane w jednym z młynów przystosowanych do mielenia kukurydzy (tab. 4), wskazują, że mimo dobrej jakości uzyskanych produktów, wydajność była jednak nie najlepsza, a poza tym zbyt wysoka była zawartość tłuszczu w produktach. Wg dzisiejszych wymagań w handlu, wynosić ona powinna nie więcej niż 0,9%.

W Polsce w ostatnich latach ilość kukurydzy wykorzystywanej w przemyśle spożywczym wzrasta, co widać choćby w asortymencie towarów spożywczych dostępnych na rynku. Surowcem jest jednak grys importowany z Argentyny, USA i Francji. Coraz więcej firm w Polsce korzysta z krajowej kukurydzy, wykorzystując ją do produkcji chrupek i różnego rodzaju płatków i snacków śniadaniowych. Podczas prób przeprowadzonych w Akademii Rolniczej w Poznaniu stwierdzono na ogół dobrą przydatność kaszek uzyskanych z różnych odmian do wyrobu produktów spożywczych metodą ekstruzji. Wykazano tym samym, że można z wybranych odmian, z ziarna wyprodukowanego w kraju, uzyskać dobry surowiec do produkcji chrupek oraz płatków kukurydzianych. Pamiętać jednak trzeba, że im gorsza odmiana, tym ważniejsza jest jakość przemiału, a jego wydajność będzie niższa.

Kukurydza jako źródło skrobi. Produkcja skrobi oparta jest głównie na trzech roślinach: pszenicy, ziemniaku i kukurydzy. W krajach UE na skrobię przerabia się około 20 min ton tych surowców roślinnych. Ziarno kukurydzy stanowi tu ok. 1/3, ale w produkcie finalnym skrobia kukurydziana stanowi już 53% całej produkcji. Dobrze to świadczy o wydajności i efektywności przerobu kukurydzy. Inne rośliny „skrobionośne", jak: jęczmień, ryż, sorgo, mają znaczenie marginalne. W Niemczech, gdzie klimat w znacznej części jest zbliżony do klimatu Polski, na skrobię przerabia się ok. 800 tys. ton ziarna kukurydzy. Dla porównania: stanowi to blisko połowę produkcji ziarna kukurydzy w Polsce, która w 2004 r. wyniosła ponad 2 min ton. Dużą wartość ma uzyskiwany, jako produkt uboczny, olej kukurydziany, który dzięki dużej ilości nienasyconych kwasów jest poszukiwanym olejem spożywczym. Ilość ścieków i odpadów przy produkcji skrobi kukurydzianej jest mała, zwłaszcza w porównaniu z uciążliwym i niebezpiecznym ekologicznie przerobem ziemniaków.

Produkcja skrobi z kukurydzy wymaga - z jednej strony - odpowiedniego wyposażenia zakładów, a z drugiej - odpowiedniego surowca. Jak dotąd w Polsce nie przerabia się ziarna kukurydzy na skrobię. W Niemczech istnieją dwie takie krochmalnie: w Hamburgu oraz Krefeid w Westfalii. Produkcja w Hamburgu oparta jest głównie na imporcie, natomiast w Krefeid przerabia się zarówno ziarno krajowe, jak i zagraniczne. Rokrocznie jest realizowana tam kampania skupu mokrego ziarna kukurydzy z Westfalii, Nadrenii oraz przygranicznych terenów Francji. Metoda ta, choć trudna organizacyjnie, pozwala znacznie obniżyć koszty produkcji i jest opłacalna zarówno dla fabryki, jak i dla producentów kukurydzy.

Budowa i właściwości skrobi. W zimnej wodzie ziarna skrobi pęcznieją, a przy ogrzewaniu kleikują i tworzą żele. Duże ziarna skrobi łatwiej pęcznieją i kleikują, natomiast drobne ziarna przydatne są do celów kosmetycznych (np. skrobia ryżowa). Im większe wyrównanie ziaren, tym lepsza jakość skrobi. Kukurydza wytwarza ziarna o różnej wielkości, ale zróżnicowanie ich jest mniejsze niż w ziarnach skrobi pszenicy i ziemniaków.

Skrobia natywna (rodzima), jaką uzyskuje się w krochmalni, wykazuje różne właściwości, w zależności od gatunku. Dlatego często miesza się skrobie z różnych roślin. Kleiki uzyskiwane ze skrobi natywnej są mało stabilne i nie są odporne na działania mechaniczne (np. pompowanie). Po schłodzeniu często też mętnieją i trudniej ulegają trawieniu. Dla uniknięcia tych wad przeprowadza się modyfikację skrobi, wprowadzając zmiany w jej strukturze. Skrobię można modyfikować fizycznie, enzymatycznie i chemicznie, a każda ze stosowanych metod daje określone korzyści związane z płynnością, trwałością i odpornością na temperaturę oraz możliwościami dalszego jej przetwarzania.

W skład skrobi wchodzą dwie frakcje: nierozgałęziona amyloza i rozgałęziona amylo-pektyna. Różnice w ich budowie mają zasadnicze znaczenie dla działania enzymów amylolitycznych oraz właściwości użytkowych. Powoduje to, że dla określonych celów poszukuje się tej lub drugiej formy skrobi. Skrobia kukurydzy zwyczajnej i kukurydzy pastewnej (koński ząb) zawiera ok. amylozy i % amylopektyny, co w przybliżeniu odpowiada składowi występującemu w innych roślinach, jak ziemniak czy pszenica (tab. 3). W związku z tym duże zainteresowanie budzą rośliny o innym składzie skrobi, do których zalicza się m.in. kukurydzę woskową i kukurydzę skrobiową. Uprawa ich w Europie nie jest jednak na szerszą skalę prowadzona. Większe znaczenie w tej grupie może mieć groch cukrowy, którego pilotażowy przerób na skrobię rozpoczęto w 1995 r. w Bawarii. Zawartość skrobi w tym gatunku jest jednak stosunkowo mała i produkcja ta będzie miała ograniczony zakres.

Rosnące zużycie skrobi otwiera nowe perspektywy dla produkcji surowców roślinnych, w tym również ziarna kukurydzy. By jednak taki kierunek rozwinąć, potrzeba intensywnych prac hodowlanych oraz badań naukowych dotyczących oceny przydatności odmian i wpływu rozmaitych czynników agrotechnicznych na jakość ziarna przeznaczonego do przerobu. Pierwsze kroki w tym względzie zostały już zrobione.

Kukurydza w przemyśle fermentacyjnym. Ziarno kukurydzy jest doskonałym surowcem do produkcji alkoholu, zarówno w gorzelniach, jak i browarach. Przewyższa wydajnością alkoholu z 1 ha wszystkie zboża, w tym również pszenicę (tab. 5). Jeśli do tego uwzględni się wysokie plony, przewaga kukurydzy nad zbożami staje się bardzo wyraźna. Przerób kukurydzy w gorzelni w wielu przypadkach pozwala ominąć drogie suszenie, przez co poprawia się ekonomikę produkcji. Wprawdzie wydajność alkoholu z roślin okopowych, a zwłaszcza buraków, może być nawet dwukrotnie większa niż z kukurydzy, ale pamiętać trzeba, że dla uzyskania 1 hektolitra przerobić trzeba 4-5 razy więcej surowca, co obrazuje ostatnia kolumna w tabeli. Więcej surowca to odpowiednio większa ilość produktów ubocznych, odpadowych i ścieków, co utrudnia utylizację oraz zwiększa koszty i obciąża środowisko.

Przy wykorzystywaniu ziarna kukurydzy do produkcji alkoholu istotny jest koszt jego konserwacji i przechowywania. Przerabiając wilgotne ziarno kukurydzy można zdecydowanie obniżyć koszty produkcji. Obliczono, że przy przetwarzaniu wysuszonego ziarna koszt wytworzenia 1 litra etanolu obciążony jest kwotą 0,25 - 0,50 zł, wynikającą z nakładów na suszenie. Biorąc pod uwagę średnie ceny uzyskiwane przez gorzelnie rolnicze (kształtują się na poziomie poniżej 2,0 zł/litr), koszty suszenia obniżają przychód o około 20-30%. Alternatywnym dla suszenia rozwiązaniem jest jego zakiszenie. Mokre ziarno kukurydzy łatwo kisi się po ześrutowaniu, można też kisić je w całości, np. w rękawach foliowych. Dla szybszego i lepszego procesu zakiszania wskazane jest dodanie preparatów bakteryjno-enzymatycznych np. Lactozym-u.

Wiele argumentów wskazuje, że kukurydza należy do roślin najbardziej przydatnych do przerobu na alkohol. Interes rolnika, jak i gospodarki krajowej, jest tu w dużym stopniu zbieżny. Poprzez gorzelnie można bowiem spożytkować także ziarno o mniejszej wartości, np. ziarno porażone przez grzyby na polu czy zawilżałe w magazynach. Ważniejsze argumenty przemawiające za szerszym wykorzystaniem kukurydzy w produkcji alkoholu zebrano w ramce.

Argumenty za zwiększeniem przerobu kukurydzy na etanol

• Wysokie plonowanie kukurydzy

• Na glebach słabych - plony 2x wyższe niż innych zbóż

• Duże zainteresowanie rolników uprawą na ziarno

• Dziś - samowystarczalność; jutro - nadprodukcja ziarna

• Zagospodarowanie ziarna nadpsutego i o niższej wartości paszowe]

• Dobra jakość produktów ubocznych

• Możliwość wywalczenia większych dopłat bezpośrednich na 1 ha kukurydzy

• Doskonale nadaje się do zagospodarowywania odłogów

• Najmniejsze koszly środowiskowe produkcji bioetanolu


Kukurydza do produkcji biogazu. Szereg dyrektyw Komisji Europejskiej wskazuje, że w następnych latach musi wzrosnąć produkcja biopaliw. Jedną z możliwości realizacji takich wymagań jest wzrost produkcji biogazu, z przeznaczeniem go na cele ogrzewania gospodarstwa, a przy dużych instalacjach również produkcji prądu elektrycznego. W procesie tzw. zgazowywania najczęściej zużywa się produkty odpadowe oraz gnojowicę, która jednak ma małą zawartość suchej masy. Resztki roślinne mogą to częściowo uzupełnić, ale do dobrego przebiegu procesu trzeba mieć stałe źródło biomasy. Doskonałym źródłem takiego uzupełniającego materiału roślinnego może być zielonka (kiszonka) z kukurydzy. Jak wynika z badań niemieckich, przy aktualnie uprawianych odmianach, przeznaczenie ich do produkcji biogazu pozwala uzyskać ok. 5-6 tys. m3 metanu z 1 ha. Wykorzystując późne odmiany, tworzące dużo masy, można liczyć na produkcję rzędu 10 tys. m3 metanu/ha. Stwierdzono, że kiszonka z kukurydzy zwiększyć może kilkukrotnie wydajność energetyczną instalacji, co znakomicie poprawi efekty finansowe. W ostatnich latach w UE powstało wiele tego typu instalacji, co pozwala mieć nadzieję, że i w Polsce upowszechni się produkcja biogazu, a z nim i uprawa kukurydzy.


PODSUMOWANIE


Nie ulega wątpliwości, że wykorzystanie ziarna kukurydzy do celów przemysłowych powinno być znacznie większe niż obecnie. Dotyczy to zwłaszcza przerobu młynarskiego oraz gorzelnictwa, które łącznie mogłyby zagospodarować surowiec nawet z powierzchni rzędu 300 tys. ha. Dobre perspektywy ma produkcja biogazu, gdzie kukurydza może posłużyć jako stymulator procesu i ułatwić znacząco przetwarzanie gnojowicy oraz coraz bardziej rosnących ilości osadów ściekowych z oczyszczalni.


Prof. dr hab. Tadeusz Michalski

 


Pełny tekst opracowania (plik do pobrania) zawiera 5 tabel:

Tabela 1. Wartość użytkowa 100kg ziarna kukurydzy i odpowiadających mu plonów innych części rośiiny w przerobie przemysłowym (wg różnych autorów)

 

Tabela 2. Wyniki przemiału ziarna w skali technicznej odmian ANTARES i POLAN

Tabela 3. Wpływ terminu zbioru na wilgotność i plony ziarna oraz zawartość skrobi w ziarnie (średnie z lat 1998-2000)

Tabela 4. Zawartość amylozy i amylopektyny w skrobi kukurydzy i innych roślin skro-biodajnych w %

Tabela 5. Wydajność etanolu z ziarna kukurydzy w porównaniu z innymi roślinami

design by VENTI