METODY OCENY STRAT ILOŚCIOWYCH BULW ZIEMNIAKA PODCZAS OBIERANIA

Transkrypt

1 ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 530: METODY OCENY STRAT ILOŚCIOWYCH BULW ZIEMNIAKA PODCZAS OBIERANIA Piotr Nawara, Barbara Krzysztofik Katedra Techniki Rolno-SpoŜywczej, Uniwersytet Rolniczy im. H. Kołłątaja w Krakowie Wstęp Bulwy ziemniaka przeznaczone do przerobu na produkty spoŝywcze i do bezpośredniego spoŝycia, powinny charakteryzować się cechami zewnętrznymi takimi m.in. jak: właściwy kształt, wielkość czy głębokość oczek. Cechy te decydują o wydajności produkcji oraz stratach powstających w procesach obierania i cięcia [TRĘTOWSKI, WERNER 1985]. Kształt bulw ziemniaka jest cechą charakterystyczną dla danej odmiany i przez wielu autorów w sposób umowny charakteryzowany za pomocą róŝnych wskaźników. BYSZEWSKI i HAMAN [1977] proponują wskaźniki kształtu określać jako stosunek największej powierzchni rzutu bryły na płaszczyznę, do powierzchni koła opisanego na tym rzucie. Najczęściej do charakterystyki kształtu bulw stosowany jest współczynnik wydłuŝenia W a (określony jako stosunek długości bulwy do jej grubości). GILEWICZ [1979] uwaŝa jednak, Ŝe drugim istotnym wskaźnikiem kształtu jest współczynnik spłaszczenia bulw W c (określony jako stosunek szerokości bulwy do jej grubości). KaŜdy ziemniak ma określoną grubość, szerokość i długość, a więc i charakterystyczny wzajemny dla tych wymiarów stosunek. Wskaźniki W a i W c są charakterystykami kształtu bulw najbardziej przydatnymi w analizie procesu sortowania. Charakteryzują one w naturalny sposób kształt, wskazując stopień odchylenia kształtu bulwy od kształtu kulistego, wchodząc jednocześnie w niezmienionej postaci do procesów rozdzielczych [GILEWICZ 1979]. Kształt bulw ziemniaka moŝna wyrazić definiując bryłę geometryczną posiadającą formalny opis w postaci równań analitycznych. Pozwalają one na określenie płaskich figur geometrycznych opisujących z wystarczającą dokładnością przekroje ortogonalne bryły. Większą dokładność odwzorowania powierzchni przekroju poprzecznego bulw zapewnia model z krzywą drugiego stopnia, jaką jest elipsa. Największą dokładność opisu powierzchni przekrojów za pomocą elipsy, stwierdzono dla odmian o przekrojach charakteryzujących się największymi wartościami współczynnika wydłuŝenia [SKWARSKI 1996]. Pomiar parametrów liniowych bulw i innych materiałów roślinnych, jak równieŝ typowych zanieczyszczeń (np. bryły ziemi i kamienie) oraz pola powierzchni maksymalnego ich rzutu na płaszczyznę jest moŝliwy z wykorzystaniem metod wideokomputerowych. Otrzymany obraz w postaci cyfrowej umoŝliwia analizowanie parametrów geometrycznych i obliczenie na ich podstawie odpowiednich współczynników i wskaźników [BUDYN 1995; TYLEK 1995, 2003].

2 344 P. Nawara, B. Krzysztofik Wymagania co do kształtu (a więc pojęcie kształtu najlepszego), są róŝne, zaleŝnie od kraju i czasu, sposobu obierania, uŝytkowania i technologii uprawy. Obecnie, ekonomicznie najbardziej przydatne do obierania mechanicznego okazują się bulwy o kształcie zbliŝonym do owalnego i o małym spłaszczeniu. Dodatkowym aspektem wynikającym z kształtu bulw jest związek z odpornością na uszkodzenia mechaniczne. Bulwy o róŝnym kształcie mają inną odporność na obciąŝenia statyczne, przy czym odporność wzrasta w kierunku; bulwy podłuŝne, okrągło-owalne, okrągłe [MARKS, DĘBSKI 1986]. Wg ZARZYŃSKIEJ [1993] kształt bulw związany jest nie tylko z odmianą, ale równieŝ z ich masą, w miarę wzrastającej masy bulw następuje wzrost współczynnika wydłuŝenia. Celem badań było określenie kształtu bulw ziemniaka odmiany Salto z wykorzystaniem dwóch metod: organoleptycznej i na stanowisku pomiarowym (konstrukcji własnej) oraz zmian parametrów bulw (wymiarów i objętości) kształtnych i zdeformowanych podczas obierania. Materiał i metody Materiał badawczy stanowiły bulwy kształtne, które oznaczono ZZN (zgodne z normą) i pozostałe (dzieciuchowate, butelkowate, nerkowate, zazielenione, uszkodzone przez owady, pęknięcia fizjologiczne, odgniecenia od kamieni) oznaczone NZN (niezgodne z normą) odmiany ziemniaka Salto. Zebrany plon handlowy (bulwy powyŝej 40 mm) z doświadczeń polowych załoŝonych metodą długich łanów (20 redlin o długości około 50 m) rozdzielono pod względem kształtu wzrokowo (organoleptycznie). Tak przygotowane obiekty poddano ponownie ocenie kształtu na stanowisku pomiarowym, którego schemat przedstawiono na rysunku 1. Rys. 1. Stanowisko do pomiaru wybranych parametrów bulw ziemniaka: 1 - komputer, 2 - kamera, 3 - źródło światła (halogen), 4 - obiekt, 5 - silnik, 6 - białe tło Fig. 1. Stand for measurement of chosen potato parameters: 1 - computer, 2 - camera, 3 - light, 4 - object, 5 - engine, 6 - white background W skład stanowiska wchodzi kamera połączona z komputerem klasy PC, która rejestruje film sporządzony dla badanego obiektu (bulwy). Zapisany film pozwala na odczyt wybranych parametrów bulw ziemniaka takich jak długość, szerokość, grubość i objętość. Przedstawione stanowisko pomiarowe zostało przekalibrowane zgodnie z

3 METODY OCENY STRAT ILOŚCIOWYCH BULW procedurą podaną w pracy NAWARY, KRZYSZTOFIK [2007]. Do określenia kształtu bulw ziemniaka z wykorzystaniem przedstawionego stanowiska pomiarowego pobrano próbę 30 szt. z kaŝdego rodzaju kształtu (nie uwzględniono bulw zazielenionych i uszkodzonych przez owady). Do oceny strat ilościowych, bulw obieranych ręcznie pobrano próbę równą połowy wsadu do obieraczki mechanicznej, tj. około 4 kg bulw kaŝdego kształtu. Próby przed obieraniem zostały umyte, osuszone i zwaŝone. Następnie obrano je noŝykiem o szczelinie 1,7 mm do czystego ziemniaka i ponownie zwaŝono. Dokładność pomiaru wynosiła 0,05 kg. Mechanicznie bulwy obierano w ustalonym eksperymentalnie czasie równym 2 min (czas potrzebny do usunięcia perydermy) a następnie, doczyszczono ręcznie. Obieranie bulw wykonano obieraczką ścierną typ OZ8.A, dla której minimalny wsad wynosi 8 kg. Na podstawie uzyskanych wyników obliczono ubytek objętości bulw wyraŝony w procentach oraz zmianę maksymalnego promienia bulwy. Na rysunku 2 przedstawiono sposób pomiaru i obliczeń wypełnienia kuli przed i po obraniu dla badanych obiektów (bulwy ZZN i NZN). Rys. 2. Fig. 2. Wypełnienie kuli: a - przed obieraniem, b - po obieraniu Volume filling: a - before peeling, b - after peeling Stopień wypełnienia kuli, tj.: objętość zajmowaną przez bulwę przed i po obraniu w stosunku do kuli opisanej na maksymalnej średnicy bulwy obliczono za pomocą wzoru 1. V 2 _ K = % V 1 gdzie: ε K wypełnienie kuli (%), V 1 objętość bulw ziemniaka przed i po obraniu określoną metodą wideo-komputerową (mm 3 ), V 2 objętość kuli z największego wymiaru bulwy ziemniaka (mm 3 ). Badania prowadzono w trzech kolejnych latach ( ) o zróŝnicowanych pod względem klimatycznym warunkach, które przedstawiono w tabeli 1. Średnie opady, temperatury powietrza oraz współczynniki Sielianinowa w badanych okresach wegetacji ziemniaków ( Average rainfall, temperature and Sielianinow coefficient in the researched Tabela 1; Table 1

4 346 P. Nawara, B. Krzysztofik Miesiąc; Month periods of potato wegetation ( Opady; Rainfall (mm) Temperatura Temperature ( C) Współczynnik Sielianinowa Coefficient Sielianinow* Kwiecień; April 82,1 71,2 63,5 14,4 16,4 14,6 1,91 1,45 1,45 Maj; May 56,4 64,9 61,7 17,2 18,7 19,8 1,06 1,12 1,01 Czerwiec; June 46,4 76,4 50,0 15,3 19,1 18,2 1,01 1,33 0,92 Lipiec; July 59,6 76,5 56,8 18,2 22,1 19,2 1,06 1,12 0,96 Sierpień; August 35,3 85,0 62,2 21,7 21,7 18,2 0,53 1,26 1,10 Wrzesień; September 58,5 70,1 51,9 15,1 18,3 15,4 1,29 1,28 1,13 Suma opadów; Total rainfall Średnia; Average 56,9 64,0 57,7 17,0 18,9 17,6 1,15 1,13 1,08 * współczynnik Sielianinowa, który jest liczony ze średnich temperatur i sum opadów za miesiąc wegetacji od kwietnia do września, wskazuje o stanie wilgotności gleby: do 0,5 susza, 0,6-1,0 posucha, 1,1-2,0 wilgotno, > 2,0 - mokro; Sielianinow coefficient which is calculated from the mean temperatures and rainfall for the vegetations month from April till September shows the soil humidity: up to 0.5 drought, dry spell, humid, > wet Wyniki badań Analiza uzyskanych wyników dotycząca jakości zebranego plonu (tab. 2) wskazuje, Ŝe udział bulw kształtnych w plonie był róŝny w latach badań, a występujące róŝnice były statystycznie istotne. Bulwy kształtne stanowiły średnio 41%, zaś w latach badań ich udział był zróŝnicowany. Najwięcej bulw kształtnych odnotowano w 2004 r. gdzie ich udział stanowił ponad 64%. Rok ten charakteryzował się najbardziej korzystnym przebiegiem warunków pogodowych w okresie wegetacji o czym świadczą wyrównane współczynniki Sielianinowa wskazujące, Ŝe był to okres średnio wilgotny sprzyjający prawidłowemu rozwojowi bulw. Pozostałe bulwy to głównie o kształcie nerkowatym, ich udział w plonie osiągał ponad 64% masy (rok 2003, 2005) oraz bulwy o kształcie butelkowatym (maksymalny ich udział odnotowano w roku 2004 i wynosił 7,57% masy). Niewielki procent plonu (poniŝej 2% masy) stanowiły bulwy dzieciuchowate oraz zazielenione. Bardzo trudnymi z punktu widzenia obierania tak ręcznego jak i mechanicznego są bulwy uszkodzone przez owady. W dalszych badaniach bulwy zazielenione i uszkodzone zostały pominięte. Przeprowadzona analiza statystyczna wyników (analiza wariancji w klasyfikacji pojedynczej) wskazuje, Ŝe występujące róŝnice udziału bulw kształtnych i zdeformowanych oraz udziały bulw o kształcie butelkowatym, nerkowatym i z innymi wadami pomiędzy badanymi latami były istotne. NajwyŜsze współczynniki zmienności uzyskanych wyników (v) dotyczą udziału bulw o kształcie nerkowatym (ponad 74%) oraz kształtnych (ponad 48%). Charakterystyka plonu (% masy) Characteristics of yield (% weight) Tabela 2; Table 2 Lata Years Kształtne (ZZN) Shaped Zdeformowane (NZN); Misshaped (NZN) dzieciu- butelko- nerko- zaziele- uszkodzone inne

5 METODY OCENY STRAT ILOŚCIOWYCH BULW chowate childish wate bottleshaped wate kidneyshaped nione greenish in colour przez owady damaged by insects ,8 1,88 5,06 64,3 0,90 22,6 3, ,2 1,23 7,57 6,35 0,58 24,5 10, ,9 1,92 5,12 64,3 0,95 22,6 3,74 Średnia; Average 41,3 1,68 5,92 45,0 0,81 23,2 5,93 v (%) 48,0 23,1 24,2 74,4 24,8 4,78 64,7 other F 0 46,2* 2,78 6,46* 108* 3,01 0,28 53,5* * istotne na poziomie 0,05; significant at 0.05 v współczynnik zmienności (%); variability ratio (%) F 0 obliczona wartość statystyki; calculated statistic value Bulwy Potato tubers Procent wypełnienia kuli przed i po obieraniu mechanicznym oraz ręcznym - metoda wideo-komputerowa (%) Percent of volume fulling before and after mechanical and manual peeling - video-computer method (%) obieranie mechaniczne mechnical peeling Przed obieraniem Before peeling obieranie ręczne manual peeling obieranie mechaniczne mechanical peeling Tabela 3; Table 3 Po obieraniu After peeling obieranie ręczne manual peeling Kształtne (ZZN); Shaped (ZZN) 58,2 58,1 80,1 86,3 Zdeformowane (NZN); Misshaped (NZN) Dzieciuchowate; Childish 53,9 53,6 84,4 79,2 Butelkowate; Bottle-shaped 54,6 54,1 80,5 77,3 Nerkowate; Kidney-shaped 54,5 54,6 77,7 76,1 Inne; Other 54,4 53,8 83,4 78,6 Średnia; Average 54,4 54,0 81,5 77,8 F 0 0,85 0,77 0,38 0,44 * istotne na poziomie 0,05; significant at 0.05 F 0 obliczona wartość statystyki; calculated statistic value Analiza kształtu i zajmowanej objętości wykazuje, Ŝe bulwy kształtne przed obraniem wypełniały kulę w około 58% (tab. 3), natomiast bulwy zdeformowane tylko w około 54%, a spośród nich najniŝszy procent wypełnienia odnotowano w próbie bulw dzieciuchowatych (około 53%). Procent wypełnienia kuli wzrastał po obieraniu. Procent wypełnienia kuli bulw kształtnych wynosił około 80% po obieraniu mechanicznym i 86% po obieraniu ręcznym. Bulwy zdeformowane (NZN) w mniejszym procencie zbliŝone były do kształtu kulistego. Procent wypełnienia kuli wynosił około 81% po obieraniu mechanicznym i około 78% po obieraniu ręcznym. Kształty najbardziej odbiegające od kuli odnotowano w próbie bulw o kształcie nerkowatym, zaś bulwy dzieciuchowate wypełniały kulę w około 84% po obieraniu mechanicznym i około 79% po obieraniu ręcznym. Analiza zmian objętości bulw ZZN po obraniu (tab. 4) wskazuje, Ŝe róŝnica objętości wynosi po obieraniu mechanicznym około 9%, natomiast w próbie bulw NZN róŝnica była wyŝsza i wynosiła ponad 10%. WyŜsze wartości zmian objętości

6 348 P. Nawara, B. Krzysztofik odnotowano gdy bulwy obierano ręcznie i wynosiły one odpowiednio 12,6% w próbie bulw ZZN i 13,8% u bulw NZN. Spośród bulw NZN największe zmiany objętości odnotowano u bulw o kształcie dzieciuchowatym. Wynosiły one 11,3% po obieraniu mechanicznym i 14,2% po obieraniu ręcznym. Obliczona wartość stosunku promieni bulw po obraniu do promieni bulw przed obraniem jest wyŝsza w próbie bulw obieranych mechanicznie. Wynosi ona 0,90 u bulw ZZN oraz 0,86 u bulw NZN. Po obieraniu ręcznym wartości były niŝsze i wynosiły u bulw ZZN 0,76, a w próbie bulw NZN 0,74. Statystyczna analiza wyników wskazuje, Ŝe występujące róŝnice objętości podczas obierania mechanicznego były istotne. Tabela 4; Table 4 Zmiany objętości bulw obieranych mechanicznie i ręcznie (%) oraz stosunek promieni po i przed obieraniem - metoda wideo-komputerowa Changes of tuber volume peeled mechanically and manually (%) and the radius ratio before and after peeling - video-computer method Bulwy Potato tubers Obieranie mechaniczne Mechanical peeling straty objętości losses volume r 2/r 1 straty objętości losses volume Obieranie ręczne Manual peeling Kształtne (ZZN); Shaped (ZZN) 9,1 0,90 12,6 0,76 Zdeformowane (NZN); Misshaped (NZN) Dzieciuchowate; Childish 11,3 0,86 14,2 0,73 Butelkowate; Bottle-shaped 10,7 0,85 13,8 0,76 Nerkowate; Kidney-shaped 10,9 0,89 13,7 0,74 Inne; Other 10,8 0,85 13,6 0,75 Średnia; Average 10,9 0,86 13,8 0,74 F 0 47,9* 0,73 0,25 0,78 * istotne na poziomie 0,05; significant at 0.05 F 0 obliczona wartość statystyki; calculated statistic value r 1 maksymalny promień przed obieraniem; maximum radius before peeling r 2 maksymalny promień po obieraniu; maximum radius after peeling Wnioski 1. Podczas obierania mechanicznego i ręcznego poza zmianami masy następuje zmiana kształtu, objętości i wymiarów bulw. 2. Bulwy niezgodne z normą (NZN) a wśród nich bulwy dzieciuchowate traciły znacznie więcej na objętości w porównaniu z bulwami kształtnymi. 3. Obrane bulwy kształtne zmniejszyły swoją objętość o około 9%, a zdeformowane o około 10%, zmieniając przy tym kształt na zbliŝony do kulistego (zwłaszcza obierane mechanicznie). 4. Bulwy przed obieraniem wypełniały kulę tylko w około 54% zaś po obieraniu około 80%. WyŜsze wartości procentu wypełnienia kuli odnotowano w próbie bulw kształtnych. 5. Zastosowana metoda wideo-komputerowa do oceny parametrów bulw ziemniaka wykazuje duŝą dokładność pomiaru i moŝe być wykorzystana do badań innych obiektów o nieregularnych kształtach. r 2/r 1

7 METODY OCENY STRAT ILOŚCIOWYCH BULW Literatura BUDYN P Pomiar metodą wideo-komputerową parametrów geometrycznych bulw i typowych zanieczyszczeń plonu ziemniaków. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 426: GILEWICZ K Analiza kształtu i wymiarów kłębów ziemniaczanych jako cech rozdzielczych w procesie sortowania. Roczn. Nauk Rol. Ser. C: BYSZEWSKI W., HAMAN J Gleba-maszyna-roślina. PWN Warszawa: MARKS N., DĘBSKI J Kształtowanie się uszkodzeń mechanicznych w zaleŝności od kształtu i strefy obciąŝenia bulw ziemniaka. Zesz. Nauk. AR Kraków 18: NAWARA P., KRZYSZTOFIK B Pomiar metodą wideo-komputerową parametrów geometrycznych bulw ziemniaka. Acta Agroph. 147, 9(2): SKWARSKI B Modelowanie kształtu bulw ziemniaka. Zesz. Probl. Nauk Roln. 443: TRENTOWSKI J., WERNER E Ziemniak jadalny, w: Biologia ziemniaka. PWN Warszawa: TYLEK P Analiza obrazu komputerowego w określeniu podstawowych wielkości planimetrycznych nasion. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 426: TYLEK P Kształt jako cecha rozdzielcza nasion. InŜynieria Roln. 11(53): ZARZYŃSKA K ZaleŜność między masą bulw odmian jadalnych a ich wymiarami i kształtem. Biuletyn Inst. Ziemniaka 43: ZARZYŃSKA K Czynniki wpływające na kształt i wielkość bulw ziemniaka. Ziemniak Polski 4: 4-9. Słowa kluczowe: bulwa, kształt, objętość, kula, metoda wideo-komputerowa Streszczenie Bulwy ziemniaka przeznaczone do przerobu na produkty spoŝywcze i do bezpośredniego spoŝycia powinny charakteryzować się cechami zewnętrznymi takimi m.in. jak: właściwy kształt, wielkość czy głębokość oczek. Cechy te decydują o wydajności produkcji oraz stratach w procesach obierania i cięcia. Celem badań było określenie kształtu bulw ziemniaka odmiany Salto z wykorzystaniem dwóch metod: organoleptycznej i na stanowisku pomiarowym (konstrukcji własnej) oraz zmian parametrów bulw (wymiarów i objętości) o róŝnym kształcie podczas obierania. Uzyskane wyniki badań wskazują, Ŝe podczas obierania mechanicznego i ręcznego poza zmianami masy następuje zmiana kształtu, objętości i wymiarów bulw. Obrane bulwy kształtne zmniejszyły swoją objętość o około 9%, a zdeformowane o około 10%, zmieniając przy tym kształt na zbliŝony do kulistego (zwłaszcza te obierane mechanicznie). Zastosowana metoda wideo-komputerowa do oceny parametrów bulw ziemniaka wykazuje duŝą dokładność pomiaru i moŝe być

8 350 P. Nawara, B. Krzysztofik wykorzystana do badań innych obiektów o nieregularnych kształtach. ESTIMATION METHODS OF QUANTITATIVE LOSSES OF POTATO TUBERS IN THE PROCESSES OF PEELING Piotr Nawara, Barbara Krzysztofik Department of Agricultural and Food Technology, Agricultural University, Kraków Key words: potato, shape, volume, sphere, video-computer method Summary Potato tubers assigned for processing for food products or direct consumption should be characterized by the following external features such as the proper form, size or the depth of mesh. These traits affect the production effectiveness as well as losses in the process of potato peeling and cutting. The aim of the investigation was the determination of the shape of cv. Salto potato tubers by organoleptic method and using measuring stand (our own construction) as well as the assessment of changes of potato tuber parameters (size and volume) of various shape during peeling. The obtained results show that during mechanical and hand pelling, apart from the weight change, there are also changes in the shape, volume and size of tubers. Peeled shaped tubers decreased their volume by 9% while misshaped by about 10% changing their shape into more spherical (especially those peeled mechanically). The applied video-computer method for the evaluation of potato tuber parameters shoves a high precision of the measurement and may by used for the evaluation of other objects of irregular shape. Dr inŝ. Piotr Nawara Katedra Techniki Rolno-SpoŜywczej Uniwersytet Rolniczy im. H. Kołłątaja ul. Balicka 116B KRAKÓW piotrnawara@wp.pl