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砂糖大根は、根に高濃度のショ糖を含み、砂糖生産のために商業的に栽培されている植物です。植物育種では、一般的なビート（Beta vulgaris ）のアルティッシマ栽培品種群として知られています。[ 1 ]ビートルートやチャードなどの他のビート栽培品種とともに、亜種Beta vulgaris subsp. vulgarisに属しますが、 var. sacchariferaとして分類されています。最も近縁な野生種は、海ビート（Beta vulgaris subsp. maritima ）です。[ 2 ]
砂糖大根は、サトウキビには寒すぎる気候で栽培されます。2024年には、ロシアとドイツが砂糖大根の生産量で世界2位となり、合計2億9400万トンを生産しました。[ 3 ]世界の砂糖生産量の残りの大部分はサトウキビによるものです。
テンサイは、円錐形で白い肉厚な根（主根）を持ち、その根冠は平らです。植物体は根とロゼット状の葉から構成されています。糖は葉で光合成によって生成され、根に蓄えられます。
ビートの根には、75% の水、約 20% [ 4 ] の糖、および 5% の果肉が含まれています。[ 5 ]正確な糖含有量は、品種や栽培条件によって 12% から 21% の間で変動します。砂糖は、換金作物としてのテンサイの主な価値です。水に不溶性で、主にセルロース、ヘミセルロース、リグニン、ペクチンから構成される果肉は、動物飼料として使用されます。果肉や糖蜜などのテンサイ作物の副産物は、収穫物の価値をさらに 10% 高めます。[ 6 ]
テンサイは温帯地域でのみ生育するのに対し、サトウキビは熱帯および亜熱帯地域でのみ生育します。テンサイの平均重量は0.5～1kg （1.1～2.2ポンド）です。テンサイの葉は鮮やかな緑色で、高さは約35cm （14インチ）まで成長します。葉は多数あり、幅広く、通常は地面と同じ高さか、地面よりわずかに高い位置にあるテンサイの根元から房状に生えます。[ 7 ]
ビートという種は、いくつかの栽培品種群から成ります。16世紀のフランスの科学者オリヴィエ・ド・セールは、 （赤）ビートの根から砂糖シロップを作る方法を発見しました。彼は次のように書いています。「ビートの根を煮ると、砂糖シロップに似た汁が出て、その朱色のおかげで見た目も美しい」[ 8 ]（1575年）。[ 9 ]結晶化したサトウキビ糖がすでに利用可能で、味も良かったため、この方法は普及しませんでした。
現代の砂糖大根は、18 世紀半ばのシレジアに遡り、プロイセン王フリードリヒ大王が砂糖抽出法の開発実験に補助金を出していた。[ 10 ] [ 11 ] 1747 年、ベルリン科学アカデミーの物理学教授アンドレアス・ジギスムント・マルクグラフは、ビートの根から砂糖を分離し、その濃度が 1.3～1.6% であることを発見した。 [ 12 ]彼はまた、ビートから抽出できる砂糖はサトウキビから生産される砂糖と同一であることを示した。[ 11 ]彼は、これらの植物性砂糖源の中で最も優れているのは白ビートであることを発見した。[ 13 ]マルクグラフはビートから砂糖を分離することに成功したが、商業的なビート糖の生産にはつながらなかった。
マルクグラフの弟子で後継者であるフランツ・カール・アシャルトは、 1786年にベルリン近郊のカウルスドルフで砂糖大根の育種を始めた。 [ 14 ]アシャルトは、砂糖含有量に基づいて23種類のテンサイを評価することから育種を始めた。[ 15 ]最終的に、彼は現在のドイツのザクセン＝アンハルト州ハルバーシュタットの地元の系統を選んだ。モーリッツ・バロン・フォン・コッピーとその息子は、この系統からさらに白い円錐形の塊茎を選抜した。[ 12 ]この選抜は、白いシレジア砂糖大根を意味するweiße schlesische Zuckerrübeと名付けられた。[ 14 ] 1800年頃、この品種は（乾燥）重量で約5～6%のショ糖を含んでいた。[ 16 ]これは、すべての現代の砂糖大根の祖先となった。[ 14 ]それ以来、植物育種プロセスは継続され、現代の品種ではショ糖含有量が約 18% に達している。[ 4 ]
フランツ・カール・アシャールは1801年にシレジアのクネルン（現在のポーランド、コナリー）に世界初のビート糖工場を開設した。 [ 7 ]ビートから砂糖を生産するというアイデアはすぐにフランスに伝わり、ナポレオン戦争中のイギリスによる大陸封鎖のためサトウキビ糖の輸入が困難になったことから、ヨーロッパのビート糖産業は急速に拡大した。[ 17 ] 1840年までに世界の砂糖の約5%がビート糖から作られ、1880年までにこの数字は10倍以上に増加して50%を超えた。[ 10 ]北米では、最初の商業生産は1879年にカリフォルニア州アルバラドの農場で始まった。[ 11 ] [ 12 ]ビート糖は1850年頃にドイツ人入植者によってチリに持ち込まれた。 [ 12 ]
テンサイは、サトウキビと同様に、栽培を成功させるためには特定の土壌と適切な気候を必要とします。最も重要な条件は、土壌に豊富な栄養分が含まれており、腐植質が豊富で、多くの水分を保持できることです。テンサイはアルカリによる被害を受けにくいため、ある程度のアルカリは必ずしも有害ではありません。特に灌漑を行う場合は、地面は比較的平坦で排水性が良い必要があります。 [ 7 ]
砂質土壌と重粘土質土壌のどちらでも豊かな収穫が期待できますが、理想的な土壌は砂質ローム、つまり有機物、粘土、砂が混ざり合った土壌です。砂利層や硬盤層が存在する土壌は好ましくありません。最良の結果を得るためには、 30～38cmの深さまで耕す必要があるからです。
気候条件、気温、日照、降雨量、風は、テンサイ栽培の成功に大きく影響します。生育期間中の気温が15～21 ℃（59～70 °F）の範囲にあるのが最も好ましいです。適切な灌漑がない場合、平均的な収穫量を得るには460mm （18インチ）の降雨量が必要です。強風は一般的に土壌を固め、若いテンサイが地面から出てくるのを妨げるため有害です。南カリフォルニアの海岸沿いでは、暖かく晴れた日と涼しく霧の多い夜がテンサイの生育に適した条件を満たしているようで、最良の結果が得られます。長時間の日照は、強すぎないことがテンサイ栽培の成功に最も重要な要素です。赤道付近では、日照時間が短く太陽の熱が大きいため、テンサイの糖分含有量が急激に減少します。[ 7 ]
アイダホ、コロラド、ユタなどの標高の高い地域では、日中の気温は高いものの夜間は涼しいため、砂糖大根の品質が非常に優れている。ミシガン州では、比較的緯度が高いこと（生産が集中しているロウアー半島は北緯41度から46度の間にある）による長い夏の日照時間と五大湖の影響により、砂糖大根栽培に適した気候条件となっている。ミシガン州セベワイングは、ミシガン州のサム地域に位置し、同地域と州はともに砂糖大根の主要生産地である。セベワイングには、ミシガン・シュガー・カンパニーの4つの工場のうちの1つがある。同町では毎年ミシガン・シュガー・フェスティバルが開催されている。[ 18 ]
ビートをうまく栽培するには、土地を適切に準備する必要があります。ビート栽培の第一の原則は深耕です。深耕によって根が下層土に容易に伸びることができ、ビートが地面から飛び出すのを防ぐとともに、下層土から十分な栄養と水分を吸収できるようになります。下層土が硬すぎると、根が容易に伸びることができず、結果として、生育過程で植物が地面から押し出されてしまいます。硬い下層土は水を通さず、適切な排水を妨げます。しかし、柔らかすぎてもいけません。柔らかすぎると、水が望ましくないほど自由に流れてしまうからです。理想的な土壌は、深く、適度にきめ細かく、根が容易に伸びるものであるべきです。また、水分を保持できると同時に、空気の循環と良好な排水性も必要です。砂糖大根は土壌を急速に消耗させます。輪作が推奨され、必要不可欠です。通常、ビートは3年ごとに同じ土地で栽培され、残りの2年間はエンドウ豆、インゲン豆、または穀物が栽培されます。 [ 7 ]
ほとんどの温帯気候では、ビートは春に植えられ、秋に収穫されます。生育範囲の北端では、100日という短い生育期間でも商業的に採算の取れる砂糖大根を生産できます。カリフォルニア州のインペリアルバレーのような温暖な気候では、砂糖大根は冬作物で、秋に植えられ、春に収穫されます。近年、シンジェンタは、いわゆる熱帯砂糖大根を開発しました。これにより、植物は熱帯および亜熱帯地域で生育できます。ビートは小さな種子から植えられます。1 kg (2.2 lb)のビートの種子は 100,000 粒の種子で構成され、1 ヘクタール (2.5 エーカー) 以上の土地に植えられます( 1ポンドまたは 500 グラムで約1 エーカーまたは 0.40 ヘクタールに植えられます)。
20世紀後半まで、砂糖大根の生産は非常に労働集約的でした。雑草対策として作物を密植し、生育期間中に鍬で2、3回手作業で間引きする必要があったからです。収穫にも多くの労働者が必要でした。根は馬に引かせる鋤のような装置で掘り起こすことができましたが、それ以外の準備作業は手作業でした。一人の労働者が葉で大根をつかみ、叩き合わせて土を落とし、根を片側に、葉をもう片側に並べて一列に並べました。もう一人の労働者は、大鎌と鎌の中間の短い柄の道具であるビートフックを持ってその後ろに続き、大根を持ち上げ、一回の動作で根から冠と葉を素早く切り落としました。こうして作業を進め、荷車の後ろにフォークで積み込めるほどの量の大根を一列に並べました。
今日では、機械播種、除草剤散布による雑草防除、機械収穫によって、手作業による農作業への依存はなくなりました。ルートビーターは、一連の刃を使用して、葉と根冠（糖以外の不純物が多い）を根から切り取ります。ビート収穫機は根を持ち上げ、畑を一度通過するだけで根から余分な土を取り除きます。現代の収穫機は通常、一度に6列をカバーできます。収穫機が畑を転がり落ちると、ビートはトラックに投げ込まれ、工場に運ばれます。その後、コンベアがさらに土を取り除きます。
ビートを後日配送する場合は、束ねて保管します。藁の束は、ビートを天候から守るために使用されます。束がしっかりと作られ、適切な換気が確保されていれば、ビートは著しく劣化しません。凍結後に解凍されたビートは、複雑な炭水化物を生成し、工場での生産に深刻な問題を引き起こします。英国では、工場の門で荷物が手作業で検査されてから受け入れられる場合があります。
米国では、秋の収穫は最初の強い霜が降りて光合成と根の成長が止まると始まります。地域の気候によっては、数週間で終わる場合もあれば、冬の間ずっと続く場合もあります。ビートの収穫と加工は「キャンペーン」と呼ばれ、収穫と加工の期間中、24時間稼働する加工工場に作物を安定的に供給するために必要な組織体制を反映しています（英国では、キャンペーンは約5ヶ月間続きます）。オランダでは、この期間は「de bietencampagne」と呼ばれ、ビートが栽培されている地域の道路を運転する際には注意が必要です。土壌の粘土含有量が自然に高いため、輸送中にトレーラーから土が落ちて道路が滑りやすくなるからです。
2024年の世界の砂糖大根の生産量は2億9400万トンで、ロシアとドイツが生産をリードしていた。[ 3 ]
砂糖大根のほとんどは白砂糖の製造に使われます。これは、砂糖工場（略して製糖工場）で行われます。現在では、これらの工場は通常、製糖工場としての役割も果たしていますが、歴史的には、砂糖工場が粗糖を生産し、製糖工場が粗糖を精製して白砂糖を作っていました。
1960年代には、ビート糖の加工はこれらのステップから構成されていると説明されていました。[ 19 ]
現在では、ほとんどの製糖工場は、原料となるビートジュースを製糖工場に送ることなく、自社で精製している。ビートパルプは工場内で加工され、牛の飼料となる。
白砂糖を製造するための次のステップは、テンサイから砂糖を製造する場合に特有のものではありません。サトウキビから白砂糖を製造する場合にも同様に適用されます。したがって、これらは砂糖精製プロセスに属するものであり、テンサイからの砂糖製造プロセスに特に関連するものではありません。
砂糖大根からアルコール（エタノール）を製造する方法は2つあります。1つ目の方法は、砂糖製造の副産物としてアルコールを製造する方法です。これは、（2回目の）遠心分離後に残った砂糖大根糖蜜を発酵させる方法です。[ 23 ]これは、サトウキビ糖蜜からラム酒を製造する方法と非常によく似ています。チェコ共和国やスロバキアなど多くの国では、この類似性から、トゥゼマクと呼ばれるラム酒に似た蒸留酒が作られました。[ 24 ]オーランド諸島では、コッバ・リブレというブランド名で同様の飲み物が作られています。
2番目の方法は、砂糖を最初に加工せずに、砂糖大根を直接発酵させてアルコールを製造する方法です。砂糖大根から砂糖を蒸留するというアイデアは、最初の砂糖大根工場が設立されて間もなく生まれました。[ 23 ] 1852年から1854年の間に、シャンポノワは砂糖大根からアルコールを蒸留する優れたシステムを考案しました。[ 25 ]数年以内に、フランスで大規模な砂糖蒸留産業が設立されました。[ 23 ]砂糖大根を発酵させて蒸留してアルコールを製造する現在のプロセスは、次のステップで構成されています。[ 26 ]
大規模なテンサイ蒸留所はヨーロッパに限られている。2023年時点で、テレオス社はフランス、チェコ、ルーマニアに8つのテンサイ糖蒸留所を所有していた。[ 27 ]
精製されていない砂糖シロップは、テンサイから直接作ることができます。この濃厚で濃い色のシロップは、細かく刻んだテンサイを数時間煮詰め、得られた搾りかすを圧搾し、蜂蜜のような粘度になるまで濃縮することによって作られます。他の材料は一切使用しません。
ドイツ、特にラインラント地方とオランダでは、この砂糖大根シロップ（ドイツ語ではZuckerrüben-SirupまたはZapp 、オランダ語ではSuikerstroopと呼ばれる）は、サンドイッチのスプレッドとして、またソース、ケーキ、デザートの甘味料として使われています。オランダ人は一般的にパンケーキに stroop をかけます。ポーランドでは、このシロップはfiut（別の綴り: fjut、[ 28 ] 一般的に英語化されてphut）またはcyrop [ 29 ]と呼ばれています。
オランダの伝統に従って作られたスイケルストループは、EUおよび英国の法律で保証された伝統的特産品です。 [ 30 ]商業的には、シロップのデキストロース当量（DE）が30を超える場合、製品は加水分解され、高果糖コーンシロップやEUのイソグルコースシロップのように、高果糖シロップに変換する必要があります。
ウリジンはテンサイから分離することができる。
BPとアソシエイテッド・ブリティッシュ・フーズは、英国イースト・アングリア地方で、農業余剰のテンサイを利用してバイオブタノールを生産する計画だ。
テンサイの原料対収量比は 56:9 です。したがって、 1 kg のエタノール (室温で約 1.27 L) を 生産するには 6.22 kg のテンサイが必要です。2006 年に、テンサイまたはサトウキビからエタノールを生産すると、エタノールの市場価格が 1 ガロンあたり 4 ドル近くになったときに利益が出ることがわかりました。 [ 31 ]アトランティック バイオマスの社長であるロバート コザック氏によると、メリーランド大学イースタンショア校の研究によると、テンサイは1 エーカー (4000 m2)あたり 860 ～ 900 ガロン (3,300 ～ 3,400 L)のエタノールを生産できるようです。[ 32 ]
ニュージーランドでは、砂糖大根は乳牛の飼料として広く栽培・収穫されています。水分含有量が少ないため（貯蔵性が優れているため）、飼料用ビートよりも優れていると考えられています。ビートの球根と葉（タンパク質25%含有）の両方が牛の飼料として利用されます。収穫されたビートの球根は、牛にとって有毒と長年考えられてきましたが、新しい飼料に適切に移行すれば、牛に与えることができます。ニュージーランドの乳牛は、サイレージやその他の補助飼料なしで、牧草とビートだけで健康に育ちます。この作物は現在、オーストラリアの一部地域でも牛の飼料として栽培されています。[ 33 ] [ 34 ]
砂糖大根は輪作サイクルにおいて重要な役割を担っている。
テンサイはリゾマニア（「根の狂気」）にかかりやすく、球根状の主根が多数の細い根に分裂し、作物が経済的に加工不可能になる。ヨーロッパ諸国では蔓延を防ぐために厳格な対策が講じられているが、既に一部地域で発生している。また、葉の縮れや生育不良を引き起こすビート葉巻ウイルスとビート黄化ウイルスにもかかりやすい。
継続的な研究では、耐病性を持つ品種と糖収量を増加させる品種が求められています。米国におけるテンサイの育種研究は、主に米国農務省（USDA）の様々な農業研究ステーションで行われており、コロラド州フォートコリンズにあるリンダ・ハンソンとレナード・パネラが率いる研究ステーション、ノースダコタ州ファーゴにあるジョン・ウィーランドが率いる研究ステーション、そしてミシガン州イーストランシングにあるミシガン州立大学にあるレイチェル・ネーゲルが率いる研究ステーションなどが挙げられます。
アカザ亜科のその他の経済的に重要な種：
米国では、ラウンドアップとして販売されている除草剤グリホサートに対する耐性を持つように遺伝子操作されたテンサイが、モンサント社によって遺伝子組み換え作物として開発されました。2005年、米国農務省動植物衛生検査局（USDA - APHIS）は、環境評価を実施し、グリホサート耐性テンサイが植物害虫になる可能性が非常に低いと判断した後、グリホサート耐性テンサイの規制を解除しました。[ 35 ] [ 36 ]グリホサート耐性テンサイ由来の砂糖は、複数の国で人間と動物の食用として承認されていますが、バイオテクノロジーテンサイの商業生産は、米国とカナダでのみ承認されています。研究によると、グリホサート耐性テンサイ由来の砂糖は、従来のテンサイ由来の砂糖と同じ栄養価を持っています。[ 37 ] 2005年の規制解除後、グリホサート耐性テンサイは米国で広く採用されました。 2011年には、米国の砂糖大根栽培面積の約95%がグリホサート耐性種子で植えられた。[ 38 ]
グリホサートを使用すれば、作物に害を与えることなく雑草を化学的に防除できます。テンサイの種を植えた後、畑に雑草が生えてくるので、栽培者はグリホサートを散布して雑草を防除します。グリホサートは、幅広い種類の雑草を防除し[ 39 ] 、毒性が低いため、畑作物で一般的に使用されています。英国の研究[ 40 ]では、遺伝子組み換えテンサイの収量が従来よりも高いことが示唆されていますが、ノースダコタ州立大学普及サービスによる別の研究では収量が低いことがわかりました[ 41 ] 。グリホサート耐性テンサイの導入は、グリホサート耐性雑草の増加につながる可能性があるため、モンサントは、栽培者にさまざまな作用機序の除草剤を使用して雑草を防除することを奨励するプログラムを開発しました[ 42 ] 。
2008年、食品安全センター、シエラクラブ、オーガニックシードアライアンス、ハイモウイングシードは、2005年にグリホサート耐性テンサイの規制を解除したUSDA-APHISの決定に関して訴訟を起こした。これらの団体は、グリホサート耐性テンサイが従来のテンサイと交雑する可能性があることについて懸念を表明した。 [ 43 ]カリフォルニア州北部地区連邦地方裁判所のジェフリー・S・ホワイト連邦地方判事は、2011年春にグリホサート耐性テンサイの規制解除を取り消し、栽培者がグリホサート耐性テンサイを植えることを違法と宣言した。[ 43 ]砂糖不足が発生すると考えたUSDA-APHISは、環境保護主義者の懸念に対処するために、環境アセスメントで3つの選択肢を作成した。[ 44 ] 2011年、サンフランシスコのカリフォルニア州北部地区連邦控訴裁判所は判決を覆した。[ 37 ]
テンサイのゲノムは、スーパーナデシコ目と真正双子葉植物のどこかで三重化イベントを共有しています。配列決定され、2つの参照ゲノム配列が既に作成されています。[ 4 ]テンサイのゲノムサイズは約731（714～758）メガベース[ 4 ]で、テンサイのDNAは18個の中部着糸型染色体（2n=2x=18）にパッケージ化されています。[ 45 ]テンサイのすべてのセントロメアは、単一のサテライトDNAファミリー[ 46 ]とセントロメア特異的LTRレトロトランスポゾンで構成されています。[ 47 ]テンサイのDNAの60%以上は反復配列で、ほとんどが染色体に沿って分散して分布しています。[ 48 ] [ 49 ] [ 50 ] [ 51 ]
野生のビートの集団（B. vulgaris ssp. maritima）も配列決定されており、野生の祖先における抵抗性遺伝子Rz2の同定が可能となっている。 [ 52 ] Rz2は、一般的に砂糖ビートの根狂病として知られるリゾマニアに対する抵抗性を付与する。
砂糖大根は、 2013年までの200年間で糖度を8％から18％に高めるように品種改良されてきた。ウイルス病や真菌病に対する抵抗性、主根のサイズの増加、単胚性、抽苔の減少など。細胞質雄性不稔系統の発見により育種が容易になり、これは特に収量育種に役立っています。[ 4 ]
地中海沿岸を中心に生育するこの野生種は、ビート育種にとって有用な形質の源として、今なお非常に重要な存在である。
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