XVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Топинамбур - планетарная культура 21 века
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Актуальность выбранной темы объясняется тем, что мой дедушка болеет сахарным диабетом. Я с мамой читала в интернете, что топинамбур рекомендуют употреблять людям с сахарным диабетом, так как он содержит инулин, который снижает уровень глюкозы в крови человека. Топинамбур особо ценится за клубни. (Приложение 1, рис.1)
Я хочу изучить эту культуру, посадить топинамбур на своем приусадебном участке и получить урожай. Плоды из собственного урожая включить в рацион питания дедушки ежедневно и наблюдать за колебаниями глюкозы в крови. А также попробовать изучить химический состав топинамбура. Где и для чего используется топинамбур в жизни человека? Я решила расширить свой кругозор в этой научной области.
Мы совершили экскурсию в Башкирский государственный аграрный университет, где встретились с преподавателем университета Даутовой Эльмирой Рифгатовной. Задали интересующие нас вопросы о выращивании топинамбура, его хранении и переработке. Привезли выращенные клубни для лабораторного исследования. Встретились с врачом-эндокринологом, профессором, доктором медицинских наук Малиевским Олегом Артуровичем. Эндокринолог рассказал нам про заболевание сахарный диабет, о правильном питании, о лечении сахарного диабета. Посетили клиническую лабораторию ЧУЗ «КБ «РЖД Медицина» г. Уфа», где с врачом-лаборантом рассмотрели топинамбур под микроскопом, он состоит из клеток и волокон.
Объект исследования: клубни топинамбура
Предмет исследования: процесс наблюдения за зависимостью роста растений от света, определение химического состава топинамбура и его практическое применение, влияние топинамбура на уровень глюкозы крови.
Цель исследования: изучить пользу применения топинамбура в пищу. Для достижения данной цели мною были поставлены следующие задачи.
Задачи исследования:
1) собрать информацию о растении топинамбур;
2) вырастить топинамбур собственными силами, получить урожай;
3) установить на практике, как влияет наличие или отсутствие солнечного света на процессы роста растения;
4) изучить полезные свойства топинамбура и его применение в жизни человека.
Гипотеза: я думаю, что можно вырастить топинамбур на своем участке и употреблять клубни в пищу для улучшения здоровья.
Методы исследования:
- изучение литературы, интернет-ресурсы;
- встречи со специалистами;
- опыты, собственные наблюдения;
-обобщение результатов.
Новизна работы заключается в том, чтобы на собственных наблюдениях проверить полезные свойства топинамбура.
Практическая значимость: мои наблюдения можно использовать на уроках окружающего мира. Учитывая полезные свойства топинамбура, включить его в повседневное меню.
Теоретическая часть
Историческая справка
Родина земляной груши — Северная Америка, где она растёт в диком виде и была введена в культуру индейцами до появления там европейцев. В ХII веке завезен во Францию, где земляная груша и получила название «топинамбур». В XVIII веке распространение картофеля резко сократило потребление земляной груши. [6]
В России земляная груша стала культивироваться в XVIII веке. Тогда она была известна больше как целебное растение. Топинамбур стали шире применять в городских парках и зонах отдыха как декоративное растение, а также для изготовления ряда лечебных препаратов (например, «Топинамбур», «Долголет» и др.), ценных добавок для пищевой промышленности
В 2000 году на Международной конференции по растениеводству топинамбур за свои лечебные свойства, урожайность и неприхотливость в выращивании, был назван планетарной культурой 21 века. [7]
1.2 Характеристика топинамбура
Топинамбур известен под многими синонимами:
Земляная груша – за свой сладковатый привкус;
Волжская репа — за слегка вытянутый корнеплод, напоминающий по вкусу капустную кочерыжку;
Бульба, бульва, бараболя – за сходство с корнеплодами картофеля;
Иерусалимский артишок – получил наименование из-за особого способа приготовления, при котором топинамбур приобретал вкус артишока [8]
Топинамбур (Helianthus tuberosus) – это травянистое многолетнее растение.
Оно внешне несколько напоминает подсолнечник, но отличается от него тем, что в почве формирует клубни. На вид клубни топинамбура немного напоминают корень имбиря. Это растение с прямым, ветвящимся стеблем высотой от 40 см до 3м. На нем располагаются листья топинамбура. Верхние листья расположены поочередно, они яйцевидные. Нижние листья похожи по форме на сердце, супротивные (размещение листьев на стебле по два на каждом узле).
Растение зацветает поздно. Цветки у него желтые, собраны в корзинки. Начинается цветение во второй половине июня, заканчивается в сентябре. Корни хорошо развиты. Растение топинамбур не требует особого ухода. Это засухоустойчивая, морозостойкая и урожайная культура. Вредителями она почти не поражается, однако – наиболее опасным заболеванием топинамбура является заболевание белой гнилью. Эта грибная болезнь поражает стебли и листья растения, а также клубни. Влияние удобрений еще предстоит изучить. Почвы для топинамбура подходят любые, но самые лучшие – лёгкие суглинистые и супесчаные почвы. Размножается в основном клубнями — семена в средней полосе России не вызревают. [9]
Отличие топинамбура от картофеля
|
Признаки |
Топинамбур |
Картофель |
|
|
Содержание углеводов |
Инулин |
Крахмал |
|
|
Длительность хранения клубней |
Быстро портятся. Сохнут и вянут |
Длительное хранение |
|
|
Клубни |
Зимуют в земле |
Чаще вымерзают |
|
|
Цветы |
Похож на подсолнечник, Соцветия желтые |
Похож на колокольчик, цветы белого или бледно-сиреневого цвета |
|
|
Клубни |
Бугристые Белого или темно желтого цвета |
Ровные, продолговатой формы Окраска от желтого до красноватого цвета |
|
(Приложение 2, рис. 1)
1.4 Полезные свойства топинамбура и его применение
В клубнях топинамбура содержится около 3% белка, 1% жира и около 19% углеводов. Он способствует улучшению работы желудочно-кишечного тракта, уменьшает риски заболеваний органов пищеварения. Его содержание в клубнях достигает 11- 22%. [7]
Топинамбур является уникальным растением по сбалансированности входящих в него микроэлементов. В нем содержится до 6% фосфора, более 5% железа. [1].
Особенно разнообразно применение клубней топинамбура в различных отраслях пищевой промышленности. Клубни можно использовать в пищу в жареном, отваренном, печеном и сыром виде. [3]. Их добавляют в муку, кондитерские изделия, тонизирующие напитки, колбасные полуфабрикаты, используют в качестве сырья для производства плодоовощных консервов, желе с ягодными добавками, и продуктов здорового питания. Пюре топинамбура используют в качестве закваски для йогурта. [2]
Наиболее широко клубни топинамбура используют в хлебопечении. [3].
Топинамбур и продукты его переработки могут найти свое применение в качестве сырья для производства тонизирующих напитков при полной замене сахарозы и аспартама, а также овощных ферментативных напитков, при производстве продуктов функционального питания и БАД.[ 4]
Клубни являются прекрасным кормом для крупного рогатого скота. Они обеспечивают животных энергией. Включение клубней топинамбура в рацион коров повышает удои на 4-5 кг/сутки через 5-6 дней кормления, а использование клубней в качества сочного корма молодняка существенно повышает привесы.
Использование надземной массы топинамбура в кормовых целях возможно в виде травяной муки, зеленой подкормки, сенажа или силоса, кормовых дрожжей. [5].
Топинамбур можно использовать для озеленения планеты. Один гектар топинамбура способен поглощать из воздуха за год 6 т углекислого газа, а 1 га леса — 3 — 4 т. Если 1 га леса может обеспечить концентрацию кислорода, достаточную для дыхания 30 человек, то топинамбур в 1,5 — 2 раза больше. В связи с этим, а также учитывая устойчивость к кислотным дождям, считается целесообразным включать топинамбур в зеленые насаждения вокруг промышленных городов с сильной загазованностью воздуха/
После катастрофы произошедшей на чернобыльской АЭС учеными были сделаны замеры на предмет наличия радиации в культурах, выращиваемых в вблизи злополучного места. Казалось бы — результаты были очевидны, однако один факт стал причиной их искреннего удивления: топинамбур оказался абсолютно пригодным к употреблению. Удивительно, но он остается «чистым» и в отношении других загрязнителей присутствующих в почве в наши дни, топинамбур считается экологически чистым растением.[10]
2. Практическая часть
2.1 Выращивание топинамбура на своем участке
Наша практическая работа – вырастить топинамбур на своем участке и получить урожай.
4 мая вскопали грядки, убрали сорняки, разровняли почву. Клубни топинамбура разрезали по наличию ростков, как картофель, получилось 2,5 кг семян. Посадили семена (клубни) в лунки на глубину 8-10 см на расстоянии 20-30 см друг от друга, почва у нас суглинистая. ½ часть клубней посадили в тень, ½ часть на солнечной стороне. При посадке на обоих участках часть клубней посадили с золой, часть без использования золы. После посадки обильно полили водой. Последующий полив осуществлялся 1 раз в 2-3 дня. (Приложение 3, рис. 1-9)
12 мая появились первые всходы топинамбура, высаженные на солнечной стороне. Заметили, что на солнечной стороне с золой всходов больше по количеству ростков. В тени пока всходов нет. (Приложение 4, рис. 1)
17 мая появились первые единичные всходы в тени. (Приложение 4, рис. 2-3)
20 мая измерили высоту растений. В тени высота ростка максимальная 7 см, всходов всего 5 шт. На солнце целые семейки с отростками в количестве 20 шт, максимальная высота отростка 15 см. Цвет отростков одинаковый в тени и на солнце. (Приложение 4, рис. 4)
5 июня на солнечном участке 20 ростков, высота самого высокого 32 см, а маленького 14 см. В тени 16 ростков, высота от 14 до 30 см. (Приложение 4, рис. 5-8)
15 июня цветения нет еще на обоих участках, количество ростков в тени 21 шт, высота от 19-46 см. На солнечном участке количество ростков 37 шт, высота от 25-57 см. (Приложение 4, рис. 9-10)
23 июня на солнце рост растений вертикальный, в тени растение тянется к солнцу под углом примерно 65 градусов. (Приложение 4, рис. 11-12)
19 июля появились первые цветы на солнечном участке. (Приложение 4, 13)
30 июля на солнце обильное цветение, в тени еще только бутоны. (Приложение 4, рис. 14)
6 августа зацвел топинамбур в тени. (Приложение 4, рис. 15)
Вывод: для лучшего роста даже неприхотливых растений необходимо достаточное количество солнечного освещения.
В начале сентября выкопали топинамбур. Клубней с участка в тени в 1,5 раза меньше, чем на солнечном участке, и сами клубни мельче по размерам. Общий урожай составил 9,8 кг. (Приложение 5, рис. 1-2)
2.2 Встречи со специалистами:
2.1.1 Встреча с преподавателем кафедры в БГАУ
Изучив литературу про топинамбур мы с мамой поехали на встречу с преподавателем кафедры в БГАУ на кафедру растениеводства, селекции растений и биотехнологии, которая занимается изучением топинамбура и выведением его новых сортов. Здесь нам рассказали много интересного про топинамбур и посоветовали литературу для самостоятельного изучения. В наше время, когда биотехнологии занимают самые передовые позиции, из биомассы топинамбура можно получать и продукты питания, и корма, и, что особенно важно – инулин. Это вещество – основа для профилактики здоровья, нормализации работы организма, для выноса токсинов. Особенно необходим инулин при несбалансированном питании, злоупотреблении углеводными и крахмальными продуктами. В Башкирии в промышленном масштабе топинамбур не выращивается, до сих пор не построены заводы по переработке топинамбура. Специалисты аграрного университета помогли с определением биохимического состава топинамбура. (Приложение 6, рис. 1-6)
2.1.2 Беседа с врачом – лаборантом
Посетили клиническую лабораторию ЧУЗ «Клинической больницы «РЖД Медицина» г.Уфы», где с врачом-лаборантом рассмотрели топинамбур под микроскопом, он состоит из клеток и волокон. Провели пробы с йодом на содержание крахмала, реакция отрицательная. Значит топинамбур не содержит крахмал. Результаты тест полосок на содержание сахара- слабо положительная реакция, на содержание животного белка- отрицательная реакция, кислотность рН- нейтральная. При воздействии воздуха, который содержит кислород, клубни при разрезе постепенно приобретают коричневатую окраску. Это косвенно указывает на содержание железа в клубнях.По количеству этого элемента топинамбур опережает картофель, свеклу и морковь. (Приложение 7, рис. 1-6)
Дома еще раз провели пробу с йодом с топинамбуром, с картофелем и с майонезом. Цвет йода при содержании крахмала в продуктах меняется на фиолетово-синий. Цвет изменился на картофеле и в майонезе, на топинамбуре цвет йода не меняется. (Приложение 8, рис. 1-2)
2.1.3 Встреча с врачом-эндокринологом
Доктор рассказал нам о сложном заболевании сахарный диабет. Что лечится оно только специальными лекарствами. Топинамбур –это овощ, а овощи можно употреблять без ограничений. Учитывая полезные свойства топинамбура он широко используется в пищевой промышленности (см. теоретическую часть). Его можно и нужно кушать здоровым людям, особенно на этапе избыточного веса и малоподвижного образа жизни. (Приложение 9, рис. 1)
Продукты с содержанием топинамбура свободно можно купить в магазине. (Приложение 10, рис.1)
Доктор рекомендует пациентам включать в питание топинамбур, но при этом не отменять базового лечения.
Опыты в школьной лаборатории
С учителем химии школы провели опыты. Добавляли кусочки топинамбура к различным веществам (50% спирту, ацетону, дистиллированной воде). Если раствор окрашивался в другой цвет, то это качественная реакция, значит топинамбур имеет определенные свойства. Учитель рассказал, что топинамбур необходим для производства спирта. (Приложение 11, рис. 1-2)
С помощью прибора экотестера SOEKS опредилили количество нитратов в клубнях топинамбура. У меня получилось 98мг/кг, что соответствует норме (норма содержания нитратов до 250мг/кг). Это доказывает, что топинамбур не накапливает вредных веществ. (Приложение 11, рис. 3)
4. Эксперимент
После сбора урожая, клубни включили в рацион питания дедушки. Для снижения калорийности пищи он употребляет топинамбур в сыром виде ежедневно по 600-700 г. По вкусу клубни напоминают кочерыжку капусты. На неделю мы отменили дедушке лекарство от диабета, соблюдал он диету и кушал топинамбур. В итоге уровень сахара в крови не снизился.
На следующей неделе дедушка принимал таблетки от диабета и не употреблял топинамбур. Уровень глюкозы снизился, но не до абсолютной нормы.
В последующем дедушка принимал свои лекарства, строго соблюдал диету и употреблял топинамбур. Уровень сахара крови стал ниже, чем в предыдущие недели. (Приложение 12, рис. 1-3)
Вывод: инулин не заменяет инсулин, не может использоваться в лечении сахарного диабета как монотерапия. Но он улучшает обмен веществ, может использоваться как вспомогательное средство.
Заключение
За время исследовательской работы я много нового и интересного узнала про топинамбур. Моя гипотеза подтвердилась. Топинамбур вырастить на своем участке несложно, необходимы тепло, свет, влага, земля. Растет на любой почве, не требует ухода, очень редко поражается вредителями, не накапливает в себе вредных веществ. Даже без использования специальных удобрений я смогла вырастить на своем огороде топинамбур. У топинамбура съедобны цветки, молодые листья и корнеплоды. Урожай корнеплодов великолепно сохраняется в почве. У топинамбура все же есть один недостаток – он плохо хранится.
Собрав урожай, я смогла включить в рацион питания дедушки клубни топинамбура и проследить за изменениями сахара в крови. На опыте убедилась, что топинамбур не содержит крахмал. Теперь я знаю о пользе правильного питания и здорового образа жизни.
Список используемой литературы:
Аникиенко, Т. И. Химический и микроэлементный состав клубней и зеленой массы топинамбура / Т. И. Аникиенко //
Вестник КрасГАУ. – 2008. – № 2. – С. 76-80.
2. Кичатова, О. В. Технологические аспекты создания комбинированных молочных продуктов с использованием топинамбура / О. В. Кичатова, Т. В. Фрампольская, О. П. Волкова // Известия вузов. Пищевая технология. – 1999. – № 4. – С. 89.
3. Матвеева, Т. В. Физиологически функциональные пищевые ингредиенты для хлебобулочных и кондитерских изделий / Т. В. Матвеева, С. Я. Корячкина ; Государственный университет – учебно-научный производственный комплекс. – Орел : Госуниверситет-УНПК, 2012. – 947 с.
4. Шуваева, Т. П. Сбраживаемый напиток с использованием экстракта топинамбура / Т. П. Шуваева, А. Ю. Дымова, Л. В. Антипова // Известия вузов. Пищевая технология. – 2003. – № 4. – С. 51-54.
5. Ящук, М. А. Топинамбур – сырье для производства комбикормов / М. А. Ящук, Е. В. Соловьева // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. – 2007. – № 7. – С. 57-58..
Интернет-ресурсы:
6. http://www.udec.ru/ovoshhi/topinambur.php
7. https://yesfrukt.com/ru/blog/vse-o-topinambure
8. https://www.botanichka.ru/article/topinambur-volshebnaya-zemlyanaya-grusha/
9. https://rusfermer.net/ogorod/korneplody/topinambur/iz-chego-sostoit.html
10. https://ecotopia.ru/post/topinambur-odin-iz-luchshih-ochistitelei-vozduha/