大力发展中国提取液体生物燃料DFM的最佳原料——菊芋
菊芋Helianthus tuberosus L．，英名: Jersalem artichoke；girasole;anada potato。别名:洋姜、菊薯、洋姜、菊姜、鬼子姜。为菊科（compositae）向日葵属草本植物。菊芋原产北美洲，以后传入欧洲，进而传入亚洲，十七世纪的时候传入中国。，。我国栽培历史悠久，分布较为广泛，但多是零星种植。传统用途以其块状地下茎食用为主。当时,人们已经认识到它有着促进身体健康的功能,视其为贵重食品，但之后很长时间它被人们忽视了。目前人们对美容和健康食品进行开发很热,用菊芋作原料开发成出的重要新产品越来越多。特别是通过深加工制成淀粉、菊糖、食品添加剂、保健品、生物质能源酒精、DFM燃料等重要产品后，将再度被重视。
菊芋的生物学特性：茎直立，高1.5-2.5米，茎扁圆形，有不规则突起，叶基部对生，茎上部互生，叶柄上部有狭翅，叶长卵圆形，长10-15cm，宽3-9cm，先端尖，叶面粗糙，叶背有柔毛，具3脉，边缘具锯齿，绿色，叶片基部下延在两侧成翼，叶柄较长，每株叶片数量多可达500-600张；头状花序较小，多个，生于枝端，直径5-9cm，有1-2个线状披针形的苞叶；总苞片披针形或线状披针形，管状花黄色两性，花冠黄色、棕色或紫色，裂片5，外围舌状花，花期8—10月，不易结实。每一头花序上只能形成2-4颗瘦果，粒重为7-9g。瘦果楔形，有毛，上端有2～4个具毛的扁芒。地下匍匐茎先端形成不规则的多球形、纺锤形，瘤状块茎，形似生姜，上有环状节，节上有鳞叶及芽。菊芋根系极发达，入土较深，要根茎处长出葡萄茎，粗细均匀，出苗60d左右其尖端即膨大成块茎，块茎最外层为表皮细胞，其内为皮层，由薄壁细胞组成，木质部的薄壁细胞特别发达，为块茎的主要部分。但结实率低，生产上一般用的传统繁殖方式为:种茎繁殖。地下块茎外皮色可分为红、黄、紫、白等，肉质均为白色，品种按块茎的皮色而分。与菊芋外观形态相似的同属植物雪莲果(学名:PolymniasonchifoliaGriseb.。英名:Yacon)，其地下部为块根，而菊芋则为根茎，前者叶柄无突出，后者则有。
菊芋的生态特性：菊芋性喜稍清凉而干燥的气候，耐寒、耐旱，块茎在0～6℃时萌动，8～l0℃出苗，由于菊芋的地下块茎能在寒冷的北方土壤下越冬，翌年萌发新株。其幼苗能耐1～2℃的低温。在18～22℃，日照12小时的条件下，有利于块茎的形成。块茎能在25～30℃的冻土层内安全越冬。对土壤的适应性很强，在肥沃疏松的土壤中栽培能取得很高的产量。菊芋抗逆性强，可在年积温2000℃以上,年降水150毫米以上,-40℃至-50℃的高寒沙荒地只要块茎不裸露均能生长。我国荒漠地区大都处于高寒地带，气候寒冷，冰冻期长，气候干燥，多风沙。但菊芋有着极强的耐寒能力，可耐-40℃甚至更低的温度。菊芋有的惊人的抗干旱能力，在早春块茎开始萌发，利用自身的养分和水分供萌芽生长，同时生出大量根系，伸向地下各处寻找养分和水分，供给小苗生长。在新生根系可供给小苗生长的情况下，块茎中的养分、水分还可继续储备，尤其是在雨季，块茎、根系会贮存大量水分，以备干旱时逐渐供给叶茎生长。菊芋的地上茎和叶片上长有类似茸毛的组织，可大大减少水分蒸发。当干旱严重到一定程度时，地下茎会拿出尽可能多的养分、水分供给地上部分茎叶生长，待块茎营养消耗殆尽时，地上茎死亡，然地下茎第二年仍可生长出新苗。
菊芋可利用荒地栽培。能抗旱抗风沙，菊芋块茎在沙下30厘米内均可利用本身的养分、水分及强大的根须正常萌发；块茎、根系储存水分能力强,待干旱期维持生长所需；随着根茎发达,起到固沙作用，被誉为“克沙王”；再生性极强，能一次种植可连续收获4～5年。大旱时,地上茎叶全部枯死,但一旦有水,地下茎又重新萌发；每一再生块茎,都分蘖发芽,四处繁衍，年增殖速度可达10-—20倍。菊芋易于栽种，病虫害少。在生长期内,即便是没有施肥、打药、除草、管理，一旦形成连片，人、畜都很难破坏其繁衍发展。荒漠地区风大、干燥、沙土流动性强，但菊芋能在较深的沙土中顶出地面，只要覆盖的沙土厚度不超过50cm，菊芋皆可正常萌发。为了避开春季覆沙，春播可稍晚一些进行。秋季菊芋即将成熟或已成熟时，凭籍它们密麻的地上茎形成一片低矮的防护带，加之其根系的牢固抓沙能力，以及随着地下块茎增多、重量加大对沙土产生的强大压力，共同起到固沙作用。达到了固沙、治沙、改变沙漠的生态效果。这种利用菊芋治理沙漠的方法，被治沙权威称为目前治沙成本低、见效快的最佳方法。再有就是菊芋茎叶枯落后经分解成为肥料，对改良土壤、增强有机质含量、改善沙地结构有重要作用，进而为退沙还田、还林创造有利条件。 菊芋的根系特别发达，繁殖力强，能保持水土。每株菊芋都有上百根长达0.5～2m的根系深深地扎在土中。菊芋可以每年20倍的速度繁殖扩张，故只需2—3年时间就会在地表形成一层由菊芋的茎和根系编织而成的防护网络，从而有效牢固住了地表层的水土。菊芋可谓是一种不可多得的生态经济型植物。种后第三年即可适当收获.。菊芋生长适应性广，耐贫瘠，种植简易，一次播种多次收获，产量极高，苗产量一般为1250kg～5000kg。生长强健，产量较高，但是要在人工栽培条件下想获得更高的产量和经济效益，还应在生长期间中培土或立支柱以防倒伏，花蕾发生时宜摘除，以利块茎膨大。菊芋属短日照植物。人工缩短日照也可加速块茎的形成。菊芋一般单块茎重50-70克，每株有块茎50-70个，其块茎含丰富的菊糖，一般含量达15-20%左右，
菊芋的品种：菊芋不同品种所含的成分和各自的用途是不同的。常见白色皮的叫象牙白，纤维含量较低，含水分较多，用它来腌制咸菜，主要是出口日本、韩国、东南亚等喜欢吃小菜国家，紫色皮的叫做大红袍，它含有大量的硒，纤维含量也很高，达18.3%，主要用来加工菊粉，品质很好。如红菊芋膳食纤维饮料就是提取的多种果聚糖的混合物，并精制而成的现代健康饮品，是一种绿色天然，富含膳食纤维的功能性饮品。是现代人预防抵御现代“文明富贵病”的新选择。
青海省选育出青芋1号新品种，株高295cm左右，茎直立，基部多分枝，块茎呈不规则瘤形或棒状，地下着生较集中，表皮紫红色，肉白色，平均单株产量961g；耐旱、耐寒、耐盐碱，适应性强；其块茎富含大量菊糖及纤维素，其中可溶性糖16.27%，粗蛋白2.62%，粗纤维1.35%，粗脂肪1.52%，具有良好的营养保健价值；该品种在青海种植每亩产量为2000～3000kg，在山区种植每亩产量为1500～2000kg，丰产性好；抗逆性强，适种地区广泛，可在不同生态条件下栽培，种植成本低，产量较高。
菊芋的人工栽培管理：人工栽种时应选购优良品种，最好在年前秋作采收后整地，深耕30厘米，耕后整平作畦以备播种或栽苗。每亩地有条件可施土杂粪。播种或栽苗时可沟施施硫酸钾15千克，磷酸二铵5公斤。若播种把菊芋块茎切成块，拌上草木灰，选重约20克左右的块茎播种，在春季解冻后进行，株行距0.5米。播种深度8厘米，播后30天左右出苗（菊芋块茎种芽（30芽）市场价为10元）。若是栽绿苗可在4月中旬左右，将用科隆技术无性繁殖的菊芋种苗，选择下午定植大地。注意要选择根系发达，3—5片叶的健壮幼苗定植。定植后立即浇透水，成活率可达95%以上。菊芋在沙地的栽植量要稍大，一般为每公顷1125 Kg(75Kg/亩)。栽植株距为5cm，行距可根据流沙移动情况为30到50厘米，栽植深度为20cm-45cm。
田间管理中耕锄草2～3次，最后一次中耕结合培土成垄。秋季现蕾后，最好及时摘蕾，以减少养分消耗，并促进块茎膨大；同时，可配施以磷、钾肥。菊芋耐旱力极强，一般不必浇灌；如过分炎热、干旱时，可适当浇水。但特别干旱时，有蚜虫、地老虎、蝼蛄和金针虫等为害；在种植过密、肥水管理不当、杂草滋生、多年连作等情况下，则易发生菊芋叶部红斑病、斑枯病、锈病、白粉病等病害。必须采取措施加强田间管理，合理轮作，及时注意防治。每年11月中旬至12月下旬，秋季霜冻后当地上茎叶枯萎时即可挖取采收。挖掘时，可不全挖出，适当留一部分于地下，让其次年自然萌芽长出新株。但应注意：连采3年后要换地栽植或者与非菊科蔬菜轮作2年后再种菊芋，以利高产。 菊芋当年栽种，收获后总会有块茎残留在土中，第二年可以不必用再栽种，但要求植株分布均匀，过密的地方要疏苗，缺株的地方要补栽。从第三年起,每隔一年摘取块茎的50%,不影响地被。
菊芋的主要化学成分和功能物质：菊芋传统用途是一种可食用的根茎类蔬菜，块茎可食用。现代研究发现，菊芋块茎含有多种化学成分如：菊糖(inulin),蔗糖1F-β-D-果糖转移酶(sucrose 1F-β-D-fructosyltransferase),核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶(ribulose-l,5-bisphosphatecarboxylase),多酚氧化酶(polyphenoloxidase),旋覆花酶(inulase),果糖低聚糖(fructo-oligosaccharides)。叶含向日葵精(heliangine),肿柄菊内酯(tagitinin)E,密花绵毛叶菊素(erioflorin)。叶的腺毛含勒普妥卡品(leptocarpin),14-羟基勒普妥卡品(14-hydroxyleptocarpin),巴德来因(budlein)A,巴德来因A巴豆酸酯(budlein A tighate),巴德来因A2-甲基丁酸酯(budlein A2-methylbutyrate),巴德来因A异丁酸酯(budleinAisobutyrate),巴德来因A甲基丙烯酸酯(budlein A methylacry-late),4,5-异-巴德来因A异丁酸酯(4,5-iso-budlein Aisobutyrate),4,15-异-阿吹坡利西内酯醇异丁酸酯(4,15-iso-a-tripliciolide
isobutyrate),4,15-异阿吹坡利西内酯醇甲基丙烯酸酯(4,15-iso-atripliciolide methyl acrylate,4,15-异阿吹坡利西内酯醇巴豆酸酯(4,15-iso-atripliciolide tiglate),4,15-异阿吹坡利西内酯醇当归酸酯(4,15-iso-atripliciolide angelate),3-羟基-阿吹坡利西内酯醇巴豆酸酯(3-hydroxy-atripliciolide tiglate),8β-14二羟基木香烯内酯(8β,14-dihydroxy costunolide),去乙酰锯齿泽兰内酯(desacetyleupaserrin),14-乙酰氧基替替佛灵环氧当归酸酯(14-acetoxy tlthifolinepoxyangelate), 1α, 2-二羟基羽状半裂素(lα,2-dihydroxy pinnatifidin),棘壳孢菌素(pyrenocin)A、B,茉莉酮酸(jasmonic acid),甲基β-D-吡喃葡萄糖块茎酮酸酯(Meβ-D-glucopyranosyltuberonate),甲基β-D-吡喃葡萄糖向日葵酸酯(Meβ-D-glucopyranosylhelianthenate)A、B、C、D、E、F,甲基块茎酮酸葡萄糖甙(Me tuberonic acid giucoside)。地上部分的挥发油含向日葵醇(helianthol)A、芳香性成分中主要含有β-甜没药烯(β-bisabolene)。
菊芋块茎内含丰富的菊糖（菊粉），系果糖多聚物。据测定，鲜菊芋块茎含水79.8％，碳水化合物品16.6％，蛋白质1％，脂肪1％，粗纤维0.6％，灰分2.8％。每100克块茎中含还含有钙49毫克，磷119毫克，铁8.4毫克，维生素b10.13毫克，维生素b20.06毫克，尼克酸0.6毫克，维生素c 6毫克，并含丰富的菊糖、多缩戊糖、淀粉等物质。其中的碳水化合物78％为果糖低聚物。从菊芋中提取的菊糖，其果聚糖聚合度（DP）分布为7-60。
菊芋的价值与用途：菊芋分布广，在中国南北各地均有栽培；适应性强，耐贫瘠，耐寒，耐旱；种植简易，一次播种多次收获，产量高、经济价值高、用途极广。菊芋块茎富含淀粉、氨基酸、糖、维生素等，质地白细脆嫩，无异味，味甜适口，是佐餐佳品。可生食、炒食、去皮煮食或熬粥，晒制菊芋干或切片油炸，已制成的风味菊芋食品：菊芋干、菊芋果酱、菊芋酱香油辣椒、菊芋蜜饯、菊芋牛肉菜豉、菊芋香辣酱、酸甜菊芋食品、糟辣菊芋食品，更具独特风味。以前大多数糕点都是用蔗糖做的，现在国家提倡用低聚果糖做，这就需要低聚果糖的原料。菊芋是一种无污染、适于制作绿色食品的上乘原料，市场需求量将越来越大。
菊糖做为功能食品和保健食品。菊糖是十分理想的食品配料、食品功能性添加剂、饲料添加剂及医药工业的原配材料，它既是一种水溶性的膳食纤维，又是一种良好的脂肪替代品，也是一种功能性低聚糖双歧杆菌增殖因子，是重要的医药、保健食品原料。菊芋经现代新技术分离精制而得的菊糖、低聚果糖、超高果糖浆是当今食品的一种全新的多功能配料，可提高人或动物肠道内双岐杆菌及乳酸菌的增殖，是一种可溶性的膳食纤维，还具有提高矿物质的吸收，降血脂，糖尿病人可食用等保健功能。可提高钙、铁、锌等矿物质的吸收率，有较好的持水性能，可调节血液中的胆固醇，降低血压及血糖；糖尿病人可食用，可改善食品的组织结构，使结构紧密，可改善食品的味觉及口感，并具有持久性。另外中国是世界上缺硒最严重的国家之一。人体各重要器官包括：大脑、心脏、肾脏、肝脏、胰脏等，都需要一定量的硒以维持正常功能。在蔬菜中，菊芋含硒量较高，它的含硒量,达到0.276微克/克,一般蔬菜的含硒量仅为0.01微克/克。实验发现,癌症发生率最低的人群就是血液中含硒量最高的人群。美国国家癌症组织认为,全世界最具抗癌潜力的植物中,位居榜首的是大蒜，而大蒜的硒含量就比较高。硒是人体必需的微量元素,并具有抗氧化功能,被认为有防癌作用，维护心肌、血管的结构功能，预防心血管疾病。硒是某些酶的重要组成成份，中老年可以抗衰老，中青年男人可以提高精子活力，任何人都可以用硒防癌，排毒。硒也是唯一可以直接抗病毒的营养素，它可以平衡人们的膳食结构提升健康水平。现代营养学将膳食纤维列为继蛋白质、脂肪、矿物质、碳水化合物、维生素和水之后的第七基本营养素，由此可见膳食纤维对于维护人体正常的生理健康起着十分重要的作用。研究已经确切表明，膳食纤维对人体生理的重要作用是：预防心脑血管疾病；控制体重的增长；防止便秘的产生；促进矿物质的吸收，特别是明显提高钙的吸收率。膳食纤维种类很多，根据在水中的溶解性分为：不可溶膳食纤维和可溶性膳食纤维。果聚糖则是自然界少数几种性能非常优异的可溶性膳食纤维品种之一。
菊芋是最具代表性的产菊粉植物，块根中菊粉含量很高（15％～20％鲜重，占干物质的80％）。菊粉是一类天然果聚糖，通过β－2，1糖苷键连接，每一个菊粉分子链长约25～35个果糖单位，还原性末端连接一个葡萄糖残基，分子量约为3000～5000Da，其链长及分子量大小与不同的收获季节及作物成熟程度有关。菊粉在酸或菊粉酶的作用下水解，可以生成果糖；在内切菊粉酶的作用下水解，可以生成低聚果糖。
研究表明，菊粉和低聚果糖都是益生素，它们可以调整肠道内的微生物区系，尤其是能选择性地促