Technologia produkcji i obróbki kolb kukurydzy cukrowej

Transkrypt

1 Ignacy Niedziółka, Mariusz Szymanek Katedra Maszynoznawstwa Rolniczego Akademia Rolnicza w Lublinie Technologia produkcji i obróbki kolb kukurydzy cukrowej Streszczenie Przedstawiono wyniki bada dotyczcych produkcji i procesu odcinania ziarna od kolb kukurydzy cukrowej. Obejmowały one okrelenie właciwoci fizycznych kolb i ziarna kukurydzy cukrowej wybranych odmian. Badano take nakłady pracy i energetyczne ponoszone w badanej technologii produkcji, jako i energochłonno cicia oraz ilo odcitej masy ziarna podczas jego oddzielania od rdzeni kolb. Na podstawie przeprowadzonych bada stwierdzono znaczny wpływ prdkoci ktowej głowicy noowej na analizowane parametry procesu cicia ziarna. Ze wzrostem tej prdkoci uzyskiwano ziarno o wikszej długoci cicia i wyszej iloci odcitej masy, a tym samym niszych stratach ziarna oraz składników pokarmowych. Słowa kluczowe: kukurydza cukrowa, kolby, ziarno, technologia produkcji, proces odcinania ziarna, energochłonno cicia Wstp Ziarno kukurydzy cukrowej moe by spoywane zarówno w stanie wieym, jak te przetworzonym. Wykorzystuje si je do bezporedniej konsumpcji oraz w przemyle owocowo-warzywnym i młynarskim. W przypadku bezporedniej konsumpcji kukurydz cukrow zbiera si w fazie dojrzałoci mlecznej, natomiast przeznaczon dla przemysłu przetwórczego w fazie dojrzałoci póno-mlecznej i pełnej. W Polsce kukurydz cukrow uprawia si na mał skal, tj. nieznacznie przekraczajc 3,5 tys. ha. Jej spoycie w kraju wynosi około 0,5 kg na osob rocznie, podczas gdy w krajach Europy Zachodniej i USA przekracza 12 kg na osob [Marr i Tisserat 1995, Waligóra i in. 1998]. W ostatnich latach w Polsce zwiksza si liczba gospodarstw zainteresowanych upraw tej roliny. Zwizane jest to z pojawieniem si nowych odmian dobrze plonujcych w naszych warunkach klimatycznych i glebowych. Plony kolb wraz z limi okrywowymi wynosz od 12 do 18 t ha -1, przy zawartoci wody w ziarnie 72-76%, natomiast liczba kolb moe wynosi tys. ha -1. Obecnie na rynku znajduje si ponad 40 odmian kukurydzy cukrowej, które z powodzeniem mog by uprawiane w naszym kraju [Warzecha 2003]. Ze wzgldu na nisk zawarto suchej masy ziarna kukurydzy cukrowej, a tym samym du jego podatno na uszkodzenia mechaniczne, w stosowanych dotychczas technologiach kolby zbierane s rcznie. Metoda ta gwarantuje wysok jako zbieranego surowca, lecz jest bardzo pracochłonna i zalecana głównie na małych plantacjach. Dopiero w ostatnich latach pojawiły si zarówno przyczepiane, jak i samojezdne kombajny do zbioru kolb kukurydzy. Ponadto cigły wzrost produkcji spowodował poszukiwanie nowych sposobów zbioru kukurydzy cukrowej [Niedziółka i Szymanek 2002, Niedziółka 2004].

2 Wanym problemem jest oddzielanie ziarna od rdzeni kolb kukurydzy cukrowej, które odbywa si przy uyciu specjalnych maszyn, tzw. obcinarek. W celu otrzymania produktu wysokiej jakoci maszyny te powinny by tak przygotowane, aby wszystkie ziarna były odcinane jak najbliej rdzenia kolby. Do wymaga dotyczcych jakoci odcinanego ziarna naley zaliczy gładk powierzchni cicia, równ długo odcitych ziaren, brak uszkodze mechanicznych oraz niskie straty masy i składników pokarmowych. Wymagania te zale od cech fizycznych kolb, wilgotnoci ziarna, jego wielkoci i wytrzymałoci mechanicznej, a take od parametrów procesu cicia, tj. prdkoci podajnika kolb, prdkoci głowicy z noami oraz geometrii noy [Gieroba i in. 1994, Niedziółka i in. 2003, Szymanek 2004]. Celem pracy było okrelenie wielkoci nakładów pracy i energetycznych ponoszonych w badanej technologii produkcji kukurydzy cukrowej oraz energochłonnoci, iloci i jakoci procesu odcinania ziarna od kolb. Materiał i metody Do oblicze nakładów pracy ponoszonych w technologii produkcji ziarna kukurydzy cukrowej posłuono si wzorem: = = [rbh ha -1 ] (1) Nakłady energii mechanicznej i elektrycznej ponoszone w poszczególnych zabiegach technologicznych obliczano według zalenoci: = = [kwh t -1 ] (2) gdzie: F powierzchnia uprawy kukurydzy cukrowej, ha i numer kolejnego zabiegu technologicznego, i = 1-n K współczynnik wykorzystania mocy cignika, K = 0,6-0,9 L i liczba godzin pracy dla danego zabiegu, rbh ha -1 M i moc nominalna cignika, kw N e nakłady energii mechanicznej i elektrycznej, kwh ha -1 N r nakłady pracy, rbh ha -1 Q z plon kolb kukurydzy, t ha -1 Badane kolby kukurydzy cukrowej zbierano rcznie i podawano na przyczep, a nastpnie transportowano do gospodarstwa. Podczas zbioru mierzono czas i waono plon kolb w celu okrelenia jednostkowych nakładów pracy i energetycznych. Do bada pobierano próby kolb kukurydzy trzech odmian. Kolby przechowywano w temperaturze 0-4 C, a nastpnie okrelano ich cechy fizyczne. Dotyczyły one pomiarów masy kolb przed i po usuniciu lici, ich długoci i rednicy, liczby rzdów ziarna oraz ziaren w rzdzie (tab. 1). 48

3 Tabela 1. Charakterystyka kolb kukurydzy cukrowej badanych odmian Table 1. Sweet corn cobs characteristics for the examined varieties Wyszczególnienie Długo kolb kukurydzy rednica kolb kukurydzy Liczba rzdów ziarna Liczba ziaren w rzdzie Masa kolb bez lici okrywowych Gsto usypowa ziarna Udział ziarna w kolbie kukurydzy Wilgotno ziarna kukurydzy Jedn. miary cm cm szt. szt. g g dm -3 % % Odmiana Candle Helena Jubilee 19,9 4, ,1 635,5 71,6 74,4 22,5 4, ,4 586,9 70,4 75,7 21,4 5, ,5 617,3 72,2 72,8 Nastpnie przygotowane kolby poddawano procesowi odcinania ziarna od ich rdzeni. Po jego odciciu oznaczano zawarto wilgoci w ziarnie, za rdzenie waono i mierzono ich rednic. Podczas procesu odcinania zmieniano prdko ktow głowicy z noami tncymi. Na tej podstawie okrelano jej wpływ na wielko poboru energii oraz ilo odcitej masy ziarna dla badanych odmian. Dla kadej prdkoci głowicy z noami wykonywano pomiary w trzech powtórzeniach. Pomiary energochłonnoci procesu odcinania przeprowadzano na stanowisku badawczym, w skład, którego wchodziła obcinarka ziaren oraz przetwornik czstotliwoci prdu z rejestratorem mocy i zuycia energii elektrycznej. Wyniki pomiarów zapisywano w pamici komputera, a nastpnie poddano analizie statystycznej. Pomiary iloci odcitej masy ziarna od rdzeni kolb przeprowadzono na stanowisku badawczym. W czasie bada głowica noowa otrzymywała napd od silnika o mocy 1,1 kw, natomiast podajnik kolb napdzany był silnikiem o mocy 0,65 kw. Prdko głowicy z noami zmieniano w przedziale 167,5-301,2 rad s -1, za prdko podajnika kolb była stała i wynosiła 0,31 m s -1. W celu okrelenia jakoci procesu odcinania ziarna od rdzeni kolb kukurydzy cukrowej przeprowadzono pomiary długoci i masy odcitych ziaren, w zalenoci od prdkoci podawania kolb oraz prdkoci ktowej głowicy noowej. Natomiast na podstawie zeskanowanej powierzchni cicia ziarna analizowano jego jako. Za wskanik jakoci cicia przyjto stan przekroju odcitego ziarna kukurydzy cukrowej. Jako cicia była uznana za dobr, gdy przekrój ziarna był gładki i nie było ubytków masy. Kady inny przekrój uwaano jako ziarno gorszej jakoci. Wyniki bada i ich analiza W ocenie technologii produkcji kukurydzy cukrowej uwzgldniono nakłady pracy oraz energii mechanicznej i elektrycznej ponoszone na upraw roli i nawoenie, siew nasion i pielgnacj rolin oraz zbiór, transport i obróbk kolb. Najwysze nakłady pracy ponoszono na zbiór kolb (80%), natomiast pozostał cz na upraw roli z nawoeniem, siew nasion i pielgnacj rolin (9%) oraz transport i obróbk kolb (11%). Na rysunku 1 przedstawiono struktur nakładów pracy ponoszonych w technologii produkcji kukurydzy cukrowej, przy 49

4 rcznym zbiorze kolb. Wysokie nakłady przypadajce na zbiór wynikały std, e oberwane kolby były wynoszone na skraj pola przez zbieraczy i ładowane na rodki transportu. Nakłady energii mechanicznej i elektrycznej (rys. 2) były mniej zrónicowane w poszczególnych zabiegach, aczkolwiek znaczna ich cz przypadała na upraw roli (51%), za pozostała na nawoenie z ochron rolin i siew nasion (23%) oraz transport i obróbk kolb (26%). Zwizane to było ze stosowaniem tradycyjnej technologii uprawy i rcznym zbiorze kolb. T 3% O 8% U 5% N S 3% 1% U N S Z T O Z 80% Rys. 1. Struktura nakładów pracy w badanej technologii produkcji kukurydzy cukrowej: U uprawa gleby, N nawoenie i ochrona rolin, S siew nasion, Z zbiór rczny kolb, T transport kolb, O obróbka kolb Fig. 1. The labour expenditure structure in the examined technology of sweet corn growing: U soil cultivation, N fertilization and plant protection, S sowing, Z manual cob collection, T cob transportation, O cob processing N 16% S 7% Z 0% T 15% O 11% Z T O U N S U 51% Rys. 2. Struktura nakładów energetycznych w badanej technologii produkcji kukurydzy cukrowej: U uprawa gleby, N nawoenie i ochrona rolin, S siew nasion, Z zbiór rczny kolb, T transport kolb, O obróbka kolb 50

5 Fig. 2. The energy expenditure structure in the examined technology of sweet corn growing: U soil cultivation, N fertilization and plant protection, S sowing, Z manual cob collection, T cob transportation, O cob processing Na podstawie danych przedstawionych na rysunku 3 mona stwierdzi, e wystpuje znaczne zrónicowanie wartoci jednostkowego poboru energii zarówno pomidzy odmianami, jak i w ramach kadej odmiany. Wzrost prdkoci ktowej głowicy noowej w badanym zakresie powodował spadek poboru energii o 47,4% dla odmiany Candle, 56,2% dla odmiany Helena i 56,0% dla odmiany Jubilee. 3,0 Energia, [10-4 kwh/kolb] 2,5 2,0 1,5 1,0 Candle Helena Jubilee 0,5 167, ,6 268,1 301,2 Prdko głowicy noowej, [rad/s] Rys. 3. Wielko poboru energii cicia ziarna w zalenoci od prdkoci ktowej głowicy noowej Fig. 3. The size of energy consumption at seed cutting depending upon the angle speed of knife head Równie wzrost prdkoci głowicy noowej powodował zwikszenie iloci odcitej masy ziarna kukurydzy o 20,5% dla odmiany Candle, 16,5% dla odmiany Helena i blisko 10% dla odmiany Jubilee (rys. 4). 51

6 75 Stopie odcitej masy ziarna, [%] Candle Helena Jubilee , ,6 268,1 301,2 Prdko ktowa głowicy noowej, [rad/s] Rys. 4. Stopie odcitej masy ziarna w zalenoci od prdkoci ktowej głowicy noowej Fig. 4. Cut off seed weight degree depending upon the knife head angle speed Wzrost prdkoci głowicy noowej w zakresie od 167,5 do 301,2 rad s -1, przy stałej prdkoci podajnika kolb (0,31 m s -1 ) wpłynł na zmniejszenie udziału ziarna gorszej jakoci w zalenoci od długoci jego cicia (rys. 5). W przypadku odcitego ziarna o długoci poniej 4 mm udział ten zmniejszył si zaledwie o 0,3%, natomiast dla ziarna o długoci 4-8 mm o blisko 6,7% i dla ziarna o długoci powyej 8 mm o ponad 5,5%. Reasumujc naley stwierdzi, e prdko ktowa głowicy noowej miała bardzo duy wpływ na zwikszenie iloci odcitej masy ziarna oraz na zmniejszenie energochłonnoci procesu odcinania ziarna i udziału ziarna gorszej jakoci. Struktura klas ziarna, [%] ,5 rad/s 224,6 rad/s 301,2 rad/s < 4 mm 4-8 mm > 8 mm Przedziały długoci odcitego ziarna Rys. 5. Struktura klas ziarna gorszej jakoci w zalenoci od prdkoci ktowej głowicy noowej i długoci jego cicia Fig. 5. Lower quality seed class structure depending upon the angle speed of the knife head and the cutting length 52

7 Wnioski Wielko nakładów pracy przy rcznym zbiorze kolb stanowiła ponad 80% nakładów ponoszonych na proces produkcji kukurydzy cukrowej, tj. około 140,5 rbh ha -1. Ze wzgldu na wysok pracochłonno zbioru rcznego kolb moe on by stosowany na małych powierzchniach uprawy. Natomiast najwysze nakłady energetyczne ponoszone na produkcj ziarna kukurydzy dotyczyły uprawy gleby i wynosiły 340 kwh ha -1, co stanowiło około 51% łcznych nakładów. Zmiana prdkoci głowicy noowej powodowała wzrost poboru energii elektrycznej w czasie biegu jałowego o 33% oraz jego spadek w procesie odcinania ziarna o 74%. Całkowity pobór energii elektrycznej podczas oddzielania ziarna od kolb kukurydzy przy najwyszej prdkoci głowicy zmniejszył si o około 18%. Spowodowane to było mniejszymi oporami cicia ziarna i krótszym czasem trwania tego procesu. Na podstawie uzyskanych wyników bada stwierdzono, e wzrost prdkoci głowicy noowej wpływał na zwikszenie iloci odcitej masy ziarna kukurydzy o 10-20% oraz na zmniejszenie udziału ziarna gorszej jakoci o 5-7%, którego długo cicia przekraczała 4 mm. Zalenoci te mona tłumaczy wikszym odkształceniem plastycznym ziaren o wysokiej wilgotnoci, które przy niszych prdkociach głowicy noowej ulegały wikszemu odkształceniu w trakcie odcinania. Duy wpływ na jako i ilo odcinanej masy ziarna miały take odmiany i cechy fizyczne kolb kukurydzy cukrowej. Bibliografia Gieroba J., Dreszer K., Niedziółka I Proces mechanicznego oddzielania ziarna od kolb kukurydzy. Post. Nauk Rol., 1, Marr Ch., W., Tisserat N Sweet corn. Hort. and Lands., 11, 1-8. Niedziółka I Technika zbioru kolb kukurydzy cukrowej. Tech. Rol., Ogrod., Le., 4, Niedziółka I., Szymanek M Wpływ warunków zbioru i przechowywania na jako kolb kukurydzy cukrowej. Kukurydza, 2(20), Niedziółka I., Szymanek M., Rybczyski R Metodyczne aspekty procesu cicia ziarna kukurydzy cukrowej. Acta Agrophysica, cz. II, 83, Szymanek M Analiza właciwoci mechanicznych ziarna kukurydzy cukrowej oraz procesu jego oddzielania od rdzeni kolb. Rozprawa dokt., Kat. Maszyn. Rol. AR Lublin. Waligóra H., Dubas A., Swuliska-Katulska A Kukurydza cukrowa. Wyd. Multum, Pozna. Warzecha R Słodki smak kukurydzy. Owoce, Warzywa, Kwiaty, 6,

8 Technology of production and processing of sweet corn cobs Summary The results of investigations on the production and cutting kernels off sweet corn cobs were presented. The analyses pertained to the qualification of physical properties of sweet corn cobs and kernels of chosen varieties. The expenditures of labour and energy in practical technology of production, quality and energy consumption of cutting as well as the quantity of the cut off kernel mass during its separation from cobs was studied also. The investigations confirmed the considerable influence of the angular speed of the knife head on the analysed parameters of the kernels cutting process. With increasing speed of the knife head, increased the amount of kernels of longer cut and larger weight, that is the losses of kernels and nutrients were lower. Key words: sweet corn, cobs, kernels, production technology, process of cutting kernels, energy consumption of cutting 54

9 Spis tabel i rysunków do artykułu, pt. Technologia produkcji i obróbki kolb kukurydzy cukrowej Tabela 1. Charakterystyka kolb kukurydzy cukrowej badanych odmian Rys. 1. Struktura nakładów pracy w stosowanej technologii produkcji kukurydzy cukrowej: U uprawa gleby, N nawoenie i ochrona rolin, S siew nasion, Z zbiór rczny kolb, T transport kolb, O obróbka kolb Rys. 2. Struktura nakładów energetycznych w stosowanej technologii produkcji kukurydzy cukrowej: U uprawa gleby, N nawoenie i ochrona rolin, S siew nasion, Z zbiór rczny kolb, T transport kolb, O obróbka kolb Rys. 3. Wielko poboru energii cicia ziarna w zalenoci od prdkoci ktowej głowicy noowej Rys. 4. Wielko odcitej masy ziarna w zalenoci od prdkoci ktowej głowicy noowej Rys. 5. Struktura klas ziarna gorszej jakoci w zalenoci od prdkoci ktowej głowicy noowej i długoci jego cicia 55