Abstract
Le piante producono zucchero e ossigeno in un processo chiamato fotosintesi, usando la luce solare, l’acqua e l’anidride carbonica. Questo è un processo importante sulla Terra, poiché rimuove l’anidride carbonica dall’aria e fornisce cibo per noi. La fotosintesi avviene in piccoli compartimenti all’interno delle cellule vegetali, chiamati cloroplasti. In un processo in due fasi, le piante ottengono energia chimica dalla luce solare. L’energia raccolta viene utilizzata in una seconda reazione per produrre lo zucchero glucosio. Il glucosio è combinato con il fruttosio, che è lo zucchero della frutta, per creare il saccarosio, il nostro noto zucchero da tavola. Le barbabietole da zucchero impiegano ~ 7 mesi per crescere e fornire ~32% della produzione mondiale di zucchero da tavola. Man mano che crescono, devono essere protetti da erbacce e malattie. Una volta che sono cresciuti a sufficienza, le barbabietole da zucchero possono essere raccolte e lavorate in uno zuccherificio per ottenere zucchero da tavola.
Lo zucchero è prodotto dalle piante
Un dolce dopo pranzo o il cioccolato dei nostri nonni ci fa sorridere. Questo perché il nostro cervello richiede uno degli ingredienti in questi cibi dolci. Stiamo parlando di zucchero da tavola, che è anche chiamato saccarosio. Il saccarosio è costituito da due zuccheri più semplici: glucosio e fruttosio. Ma da dove viene il glucosio? A differenza degli esseri umani e di altri animali, le piante possono produrre glucosio attraverso un processo noto come fotosintesi. Le parti verdi delle piante utilizzano la luce solare, l’acqua e il gas anidride carbonica dall’aria per produrre glucosio e ossigeno. In tal modo, le piante producono energia e assicurano che possiamo respirare aria fresca e ricca di ossigeno. Ma in che modo le piante stesse beneficiano della fotosintesi e della produzione di glucosio? Il glucosio può essere utilizzato come elemento chimico e come fornitore di energia. Le piante usano il glucosio per vivere e crescere. Sia per le piante che per gli esseri umani, il glucosio è come il carburante per una macchina.
Le piante producono zucchero nelle loro foglie, ma queste foglie non hanno un sapore dolce. Questo perché lo zucchero non rimane nelle foglie. Le piante usano lo zucchero per crescere e possono anche essere trasportate alle radici, ai semi, ai gambi o ai frutti per la conservazione. Abbiamo già imparato che lo zucchero può esistere come zuccheri semplici, come il glucosio o il fruttosio, o come zucchero doppio, come il saccarosio. Ma ci sono anche zuccheri in cui migliaia di molecole di zucchero sono collegate tra loro per formare un’unità enorme, come l’amido. Tutti questi diversi zuccheri sono un tipo di nutrienti chiamati carboidrati (Tabella 1).
- Tabella 1 – Alcune forme di carboidrati nelle piante.
Molte piante conservano il loro zucchero sotto forma di amido, come le patate. Altri immagazzinano zucchero sotto forma di fruttosio o glucosio nei loro frutti, come mele e arance. Alcune piante immagazzinano alte concentrazioni di saccarosio. Le piante ad alto saccarosio sono coltivate per lo zucchero da tavola che usiamo per preparare i nostri deliziosi dolci. In tutto il mondo, le barbabietole da zucchero e la canna da zucchero sono le principali colture che producono zucchero. La canna da zucchero ha bisogno di temperature calde (25-30°C) per crescere, quindi questa coltura viene coltivata nelle regioni subtropicali e tropicali, come il Brasile e l’India. Oggi, le barbabietole da zucchero sono la coltura principale per la produzione di zucchero nei climi temperati (15-25°C), specialmente nell’Europa occidentale, centrale e orientale, così come negli Stati Uniti, in Cina e in Giappone.
Luce, anidride carbonica e acqua: le fonti di energia e dolcezza
Per la fotosintesi, le parti verdi delle piante sono importanti. Le foglie sono verdi perché contengono strutture chiamate cloroplasti, che hanno un pigmento verde, chiamato clorofilla (Figura 1). La fotosintesi ha due passaggi principali. Nella prima fase, la luce solare splende sulle foglie e l’energia luminosa viene raccolta dalla clorofilla nei cloroplasti. L’energia luminosa raccolta viene convertita in energia chimica e immagazzinata in molecole che immagazzinano energia. Anche l’ossigeno viene prodotto durante questo processo e viene rilasciato dalle piante . Nella seconda fase della fotosintesi, l’anidride carbonica dall’aria entra nelle foglie attraverso aperture molto piccole. Utilizzando l’energia chimica precedentemente immagazzinata, i cloroplasti convertono l’anidride carbonica in glucosio . Anche il fruttosio viene prodotto durante questa fase. Il glucosio viene quindi combinato con il fruttosio per creare saccarosio.
- Figura 1-Illustrazione semplificata della fotosintesi.
- All’interno dei cloroplasti all’interno delle foglie, luce, acqua (H2O) e anidride carbonica (CO2) vengono trasformati in energia e zucchero (glucosio). Usando l’acqua, la luce solare viene convertita in molecole che immagazzinano energia all’interno delle cellule vegetali. L’energia di queste molecole viene quindi utilizzata per creare glucosio da CO2.
Che cosa è una barbabietola da zucchero?
Le persone hanno sempre trovato sostanze per addolcire il cibo. Ma, nei climi freddi, lo zucchero è stato prodotto di lusso per molti anni. Nel 1747, il chimico tedesco Andreas Sigismund Marggraf scoprì che le barbabietole producono lo stesso zucchero della canna da zucchero. Il suo studente ha sviluppato un processo tecnico per estrarre lo zucchero dalle barbabietole. Il primo zuccherificio divenne operativo nel 1802. Ben presto, molte fabbriche di zucchero furono costruite in tutta Europa.
La pianta della barbabietola da zucchero (chiamata Beta vulgaris in latino) ha foglie verde brillante a rosetta e una radice carnosa bianca a forma di cono (Figura 2). La radice di barbabietola è l’organo di stoccaggio, contenente il 75% di acqua, ~20% di zucchero e componenti strutturali chiamati polpa.
- Figura 2-Impianto di barbabietola da zucchero completamente sviluppato.
- La parte sotterranea è l’organo di stoccaggio, chiamato fittone, che ha radici pelose per assorbire acqua e sostanze nutritive. La parte fuori terra è costituita dal fogliame, che contiene numerose foglie disposte a rosetta.
Coltivazione di barbabietole da zucchero
La coltivazione delle colture può sembrare semplice, ma questo non è vero se si desidera coltivare colture abbastanza grandi da nutrire molte persone. Diamo un’occhiata a come vengono coltivate le barbabietole da zucchero (Figura 3). Il nostro viaggio inizia con il seme di barbabietola da zucchero. I semi vengono seminati una volta che il terreno si è riscaldato, normalmente in marzo/aprile. Un seme di barbabietola da zucchero si sviluppa naturalmente in molte piante. Fino agli anni ‘ 70, le piante non necessarie dovevano essere rimosse a mano in modo che le barbabietole non fossero troppo affollate, il che era un lavoro faticoso e dispendioso in termini di tempo. Quindi, gli allevatori di piante hanno avuto una svolta e hanno introdotto semi che producono solo una singola piantina. Gli allevatori di semi che producono semi di barbabietola da zucchero rivestono i semi con pesticidi che proteggono le piantine da malattie e parassiti. Il seme di barbabietola da zucchero rivestito è chiamato pillola e le pillole hanno spesso colori diversi a seconda dell’allevatore (Figura 3A).
- Figura 3-Coltivazione della barbabietola da zucchero.
- (A) In primavera, i semi di barbabietola da zucchero (mostrati qui come pillole, che sono semi rivestiti principalmente con sostanze per proteggere la piantina da malattie e parassiti) vengono seminati in fila. (B,C) Giovani piantine di barbabietole da zucchero emergono e crescono. (D) Quando nove o più foglie hanno spiegato, un fittone forme e cresce sottoterra per memorizzare lo zucchero. Durante questo “periodo di crescita”, in particolare i parassiti fungini devono essere controllati, che possono inibire la fotosintesi. E) Nell’Europa occidentale e centrale, le barbabietole vengono raccolte a partire da settembre. (F) Le barbabietole sono immagazzinate come una pila chiamata morsetto sul bordo del campo, fino a quando non vengono portate in una fabbrica per l’estrazione dello zucchero. Lungo il fondo, è possibile vedere i passaggi della coltivazione della barbabietola da zucchero per la produzione di zucchero e l’intervallo di tempo, che è davvero importante per proteggere le barbabietole da zucchero contro, erbacce, insetti e parassiti fungini.
Quando i semi germinano, emergono piccole radici e due foglie di semi, chiamate cotiledoni (Figura 3B). Da questo punto in poi, la giovane pianta di barbabietola da zucchero deve essere protetta dalle erbacce, perché le erbacce competono per la luce solare e le sostanze nutritive del suolo. Gli agricoltori possono controllare le erbacce con una zappa o possono usare erbicidi, che sono sostanze chimiche che uccidono le erbacce. Se l’agricoltore non controlla le erbacce, le piccole barbabietole saranno superate e la resa delle colture può essere ridotta fino all ‘ 80% . Le barbabietole non devono solo combattere contro le erbacce concorrenti. Sono anche attaccati dagli insetti. Gli insetti che attaccano le barbabietole possono essere separati in due gruppi: quelli che danneggiano direttamente la pianta e quelli che trasmettono malattie virali. L’afide della pesca verde (Myzus persicae), ad esempio, può trasmettere un virus che causa un ingiallimento delle foglie di barbabietola da zucchero, che inibisce la fotosintesi e riduce la produzione di zucchero.
Le barbabietole devono essere protette contro le malattie fungine
Dopo che la pianta di barbabietola da zucchero ha sviluppato nove o più foglie, si forma la “barbabietola” o organo di stoccaggio sotterraneo. Il saccarosio prodotto nelle foglie viene immagazzinato nella barbabietola. Più soleggiata è l’estate, più zucchero può essere prodotto tramite la fotosintesi. Durante questo periodo, le foglie devono essere protette contro le malattie fungine, perché solo le foglie sane possono eseguire la fotosintesi. La malattia più diffusa e distruttiva delle foglie di barbabietola da zucchero è causata da un fungo con il nome latino Cercospora beticola. All’inizio sono visibili solo piccole macchie scure circolari con un bordo rossastro, ma il fungo produce una sostanza tossica che distrugge il tessuto fogliare e finisce per uccidere grandi aree o anche foglie intere. Il fungo utilizza il tessuto morto come fonte di nutrimento . La malattia può essere ridotta coltivando barbabietole da zucchero solo ogni 3 anni e coltivando altre piante, come i cereali, negli anni intermedi . Questa tecnica è chiamata rotazione delle colture. Gli agricoltori possono anche utilizzare nuove varietà di barbabietole da zucchero tolleranti alla Cercospora, che possono tollerare meglio la malattia . Se il fungo ha già attaccato gravemente le barbabietole da zucchero, i fungicidi, che sono sostanze chimiche che proteggono le piante dalle infestazioni fungine, possono essere spruzzati sulle piante. I ricercatori stanno studiando nuove tecnologie per ridurre l’uso di fungicidi. Ad esempio, utilizzando telecamere speciali e sistemi informatici, le malattie delle piante possono essere previste molto prima di quanto possano ad occhio nudo e gli agricoltori possono utilizzare i fungicidi in modo più mirato . Questo è importante anche per proteggere gli animali benefici, che hanno un habitat nei campi di barbabietola da zucchero, come il peewit, altri uccelli che nidificano sul terreno, lepri o conigli e insetti come coleotteri, come la coleottero. Tuttavia, la barbabietola da zucchero non fiorisce quando viene coltivata per la produzione di zucchero, quindi i campi di barbabietola da zucchero non sono attraenti per miele, api selvatiche o bombi.
Raccolta ed estrazione dello Zucchero
In autunno, quando le piante sono fatte crescere, inizia la raccolta della barbabietola da zucchero. Le foglie delle barbabietole da zucchero vengono rimosse e le barbabietole vengono sollevate dal terreno dalle raccoglitrici di barbabietole, molte delle quali possono raccogliere sei file contemporaneamente (Figura 3E). Le foglie rimangono sul campo come fertilizzante naturale. Le barbabietole da zucchero sono raccolte in una pila, chiamata pinza di barbabietola (Figura 3F), dove attendono l’elaborazione. Le barbabietole da zucchero vengono gradualmente raccolte e trasportate nelle fabbriche in modo che le fabbriche possano ricevere e processare continuamente barbabietole da zucchero durante questo periodo. Nelle fabbriche, lo zucchero viene estratto dalle barbabietole usando acqua, calce, calore e conoscenza della fisica. In media, sono necessarie da sei a sette barbabietole da zucchero per produrre 1 kg di zucchero (~2,2 libbre), che è un’area di coltura di circa 1 m2.
Oggi, quasi tutti i componenti delle piante di barbabietola da zucchero sono utilizzati all’interno di un circolo chiuso e sostenibile. Oltre allo zucchero, altri prodotti a base di barbabietola da zucchero includono mangimi, bioetanolo e biogas.
Cosa abbiamo imparato?
In questo articolo, hai imparato molto sulle barbabietole da zucchero: come crescono, come producono zucchero, i parassiti e le malattie che affrontano e come vengono raccolti. La coltivazione della barbabietola da zucchero è estremamente importante perché fornisce ~32% della produzione mondiale di zucchero da tavola ed è l’unica coltura ad alto contenuto di saccarosio, che può essere coltivata nelle regioni temperate.
Glossario
Fotosintesi: il processo che le piante verdi utilizzano per produrre energia, sotto forma di zucchero, dalla luce solare, dall’acqua e dall’anidride carbonica.
Cloroplasto: Piccole strutture all’interno delle foglie che conducono la fotosintesi.
Clorofilla: pigmenti all’interno di cloroplasti che assorbono l’energia luminosa dalla luce solare.
Pesticidi: sostanze utilizzate per proteggere le colture da erbacce, agenti patogeni fungini e parassiti.
Pillola: seme di barbabietola da zucchero, che è rivestito con uno strato di sostanze diverse, principalmente per proteggere la piantina da malattie e parassiti.
Cotiledone: Le prime due foglie che emergono dal seme dopo la semina.
Barbabietola morsetto: Mucchio di barbabietole da zucchero raccolte e pulite, senza foglie, normalmente sul bordo del campo.
Conflitto di interessi
Gli autori dichiarano che la ricerca è stata condotta in assenza di rapporti commerciali o finanziari che potrebbero essere interpretati come un potenziale conflitto di interessi.
Ringraziamenti
Gli autori ringraziano Maximilian Müllender per l’attenta revisione del manoscritto e i commenti utili.
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