Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Методы контроля качества яблок при созревании и хранении 20
1.1. Общая характеристика процесса созревания и хранения яблок 22
1.2. Показатели качества яблок при созревании и хранении 36
1.3. Физические методы контроля качества при созревании и хранении яблок
1.3.1 Контроль качества яблок по полному электрическому сопротивлению их ткани 42
1.3.2. Контроль качества яблок по оптическому отражению их поверхности 48
1.4. Периодические процессы в изменении физических показателей
зрелости яблок 59
Выводы по главе 1
Глава 2. Теоретические основы контроля качества яблок с использованием электричических и оптических методов 62
2.1. Методология разработки модели контроля качества яблок 62
2.2. Модель контроля качества яблок на основе их электрических и оптических характеристик во время съема в саду 70
2.3. Контроль качества яблок во время хранения 76
2.4. Исследование коэффициента отражения и полного электрического сопротивления яблок в зависимости от внешних условий
2.4.1 Влияние солнечного излучения и температуры внешней среды на оптические характеристики поверхности яблок при созревании 81
2.4.2 Влияние температуры на полное электрическое сопротивление ткани яблок 102
2.5. Периодические процессы при анализе электрических и оптических показателей качества яблок 106
2.6. Обоснование наиболее эффективных электрических и оптических методов для анализа зрелости яблок 109
Выводы по главе 2 113
Глава 3. Методика, приборы и оборудование для проведения исследований физических показателей качества яблок 115
3.1. Объект исследования 115
3.2. Приборы и оборудование 117
3.3. Планирование экспериментов 125
3.4. Методика анализа качества плодов во время хранения 130
3.5. Методика измерения коэффициентов отражения поверхностной ткани яблок 137
3.6. Методика измерения полного электрического сопротивления ткани яблок 138
3.7. Интерпретация результатов экспериментов 139
Глава 4. Экспериментальное исследование методов контроля качества яблок 149
4.1. Обоснование выбора длин волн коэффициентов отражения для контроля процесса созревания яблок 149
4.2. Результаты экспериментальных исследований влияния структуры поверхностной ткани яблок на их коэффициенты отражения 153
4.3. Результаты экспериментальных исследований оптических характеристик яблок на стадии созревания 170
4.4. Результаты экспериментальных исследований качества яблок во время хранения 178
4.5. Результаты экспериментальных исследований оптических характеристик яблок при воздействии внешних условий 182
4.6. Влияние созревания яблок на флуоресценцию их поверхности при анализе их качества 189 4.7. Обоснование выбора частот электрического тока при измерении электросопротивления ткани яблок 201
4.8. Обоснование параметров датчика электрического сопротивления 211
4.9. Электрическое сопротивления ткани яблок во время их созревания.. 216
4.10. Контроль созревания яблок на основе измерения электрического сопротивления их ткани 221
Выводы по главе 4 227
Глава 5. Влияние периодических процессов, происходящих в яблоках, на их физические показатели 229
5.1. Влияние периодических процессов на коэффициенты отражения поверхностной ткани яблок 229
5.2. Влияние периодических процессов на коэффициенты флуоресценции поверхностной ткани яблок 237
5.3. Влияние периодических процессов на изменение полного электрического сопротивления ткани яблок 238
5.4. Сравнительный анализ физических методов контроля периодических процессов 245
Выводы по главе 5 247
Глава 6. Практическое использование системы контроля качества яблок при созревании и хране нии 248
6.1. Место системы контроля в технологическом процессе созревания, уборки и хранения яблок 248
6.2. Модель прогнозирования качества яблок 249
6.2.1. Прогноз оптимальных сроков съема яблок в саду 249
6.2.2. Прогноз развития интенсивности загара яблок во время хранения.. 254
6.2.3. Прогноз оптимальных сроков съема яблок с хранения 261
6.3. Алгоритм контроля качества яблок 264
6.4. Расчет точности оценки зрелости и прогноза качества яблок 270
6.5. Апробация методов контроля качества яблок 278
6.6. Система контроля качества яблок при созревании и хранении 281
6.7. Обоснование требований для прибора по измерению коэффициентов отражения поверхности яблок 286
6.8. Экономическая эффективность системы контроля качества яблок при созревании и хранении 291
Выводы по главе 6 294
Выводы и предложения 296
Список литературы 299
- Физические методы контроля качества при созревании и хранении яблок
- Модель контроля качества яблок на основе их электрических и оптических характеристик во время съема в саду
- Методика анализа качества плодов во время хранения
- Сравнительный анализ физических методов контроля периодических процессов
Введение к работе
Актуальность проблемы. В технологии производства и хранения плодов на сегодняшний день существуют проблемы, которые до сих пор решены не полностью: определение оптимальных сроков съема, прогноз потерь плодов некоторых сортов яблони во время хранения.
Оптимальные сроки съема характеризуются показателями, при которых плоды вполне развились и оформились, достигли характерной для сорта величины. Плоды в данный момент находятся в предклимактерическом периоде и имеют минимальную физиологическую активность. Существующие биохимические методы с одной стороны не дают достаточной точности о состоянии зрелости, например: содержание крахмала в ткани яблок, с другой - трудны в методическом исполнении и требуют сложного и дорогостоящего оборудования, например при определении этилена в плодах: газожидкостного хроматографа. Кроме того, для проведения массовых анализов, например: определить зрелость плодов нескольких сортов, кварталов, использование данного оборудования не позволит провести анализ в короткие сроки для принятия своевременного решения по использованию плодов.
За последние годы были разработаны приборы и методы, позволяющие контролировать электрические и оптические показатели плодов. По электрическим характеристикам ткани плодов это разработки Н.И. Кожановой, А.С. Гордеева, А.Е. Михалева, по оптическим показателям качества плодов разработки А.С. Гордеева, В.И. Старовойтова, A.M. Башилова и др. Все эти методы рассматривали плод с позиции механического повреждения его поверхности, что достаточно для автоматизированного сортирования.
Анализ существующих методов и устройств определения качества плодов позволил выделить несколько направлений, по которым проводились исследования.
-
Методы определения качества яблок спектрозональными способами в видимой и инфракрасной области (А.С. Гордеев, О.Н. Будаговская, Д.А. Выродов, А.П. Вы-родова, В.К. Андрющенко, П.Н. Жужа, В.В. Скрыпник, В.М. Найченко, А.В. Мельник, Г.С. Гайдай, Н.М. Осокина).
-
Способ контроля качества плодов, осуществляемый путем возбуждения флуоресценции и измерения спектров излучения флуоресценции (A.M. Башилов, А.Т. Гра-дюшко, А.Л. Замотаев, А.Е. Михалев, В.И. Старовойтов, А.Д. Хилько).
-
Способ неразрушающего контроля объектов, состоящий в том, что через исследуемый объект пропускают электрический ток (Б.Н. Тарусов, В.И. Тарушкин, А.Е. Михалев, В.И. Старовойтов, А.Д. Хилько, А.Т. Градюшко, А.С. Гордеев, Н.И. Кожанова, Г.Г. Снапян, А.В. Жучков, С. Гринхем).
Вместе с тем, на данный момент отсутствуют работы, посвященные контролю процесса созревания плодов с применением электрических и оптических методов, определению оптимальных сроков съема в саду и с хранения, прогнозу потерь при хранении. Для того, чтобы решить вопросы, связанные с данными задачами, необходимо усовершенствовать приборы и оборудование, адаптировав их к новым требованиям, а также методы контроля зрелости яблок, основанные на их физических показателях: электрическом сопротивлении ткани, отражении света поверхностью плода, флуоресценции поверхности плода. Данные методы позволяют проводить оценку функционального состояния плода неразрушающим способом, получать ответ в реальном масштабе времени для принятия решения о дальнейшем действии по срокам съема плодов, прогнозе заболеваний, что позволит контролировать качество плодов, начиная при съеме и далее при хранении.
Выполнение данной работы в частности осуществлялось в соответствии с программами: постановление Государственного комитета СССР по науке и технологиям № 1339 от 24 октября 1991 г. о проведении дополнительных научно-исследовательских и опыт-
но-конструкторских работ в области агропромышленного комплекса, распоряжение № 1637 от 13 мая 1993 г. Министерства науки, высшей школы и технической политики РФ о выделении ассигнований из республиканского бюджета, распоряжение № 714ф от 16 марта 1994 г. и № 745 Зф от 6 января 1995 г. Министерства науки и технической политики РФ о выделении ассигнований из республиканского бюджета на создание автоматизированного стенда для комплексных исследований электрофизических и оптических характеристик плодов, программа «Разработка прогрессивных экологически безопасных технологий подготовки к хранению плодов» от 1999 г.
Цель исследования. Повышение эффективности методов электронно-оптического контроля качества яблок в процессе созревания и закладки на хранение на основе электрического сопротивления их ткани, отражения света и флуоресценции поверхностью плодов.
Объект исследований. Процесс созревания плодов в саду и при хранении, технологии уборки и закладки на хранение, послеуборочной обработки плодов для повышения их сохранности.
Предмет исследования. Методы электрического и оптического контроля качества яблок при созревании и хранении, установление взаимосвязи и зависимости между факторами и явлениями, характеризующими качество плодов.
Задачи исследования.
-
Сопоставить методы оценки зрелости плодов и выявить наиболее эффективные с точки зрения контроля процесса созревания, отличающиеся оперативным съемом информации, характеризующие физиологическое состояние объекта и позволяющие оценить необходимый объем возможных вариантов для принятия решения о последующем их использовании.
-
Обосновать целесообразность использования физических методов в технологии уборки плодов в саду и хранения в холодильнике, сформулировать методологию контроля качества физическими методами; установить научно-методические основы их использования в процессе созревания плодов, исследовать физические методы, характеризующие зрелость плодов.
-
Определить структуру основных физических показателей зрелости с целью использования их для определения оптимальных сроков съема плодов в саду и с хранения, отличающихся тем, что они должны быть достаточно чувствительными к изменениям созревания плодов, что также предполагает их высокую информативность; определить место их использования в технологическом процессе контроля созревания плодов.
-
Провести экспериментальные исследования методов контроля зрелости яблок при их созревании в саду и во время закладки на хранение, а также во время хранения для оценки их качества и сроков хранения; разработать алгоритм использования физических показателей для эффективной оценки степени зрелости плодов.
-
Определить погрешности методов, характеризующихся как инструментальные, так и методические, связанные с неоднородностью плодов по зрелости; разработать методы, позволяющие снизить погрешность от неоднородности плодов; оценить точность взаимосвязи физических показателей с физиологическими показателями качества плодов.
-
Исследовать влияние температуры воздуха и солнечного излучения на оптические и электрические характеристики плодов. Разработать методы определения оптимальных сроков съема плодов для хранения, а так же с хранения с помощью физических показателей таких, как: электрическое сопротивление ткани плодов, коэффициенты флуоресценции, отражения поверхности плодов для последующего хранения с минимальными потерями качества.
-
Разработать методы раннего прогноза величины потерь плодов при хранении и времени их хранения с целью своевременного принятия решения по их использованию; разработать принципы построения системы контроля процессами созревания с использованием физических показателей зрелости.
-
Провести производственные испытания методов контроля, дать рекомендации к практическому применению системы контроля и оценить ее экономическую эффективность.
Научная новизна работы.
-
Обоснованы физические методы контроля зрелости яблок, основанные на использовании отношения коэффициентов отражения поверхности яблок в видимой области спектра, отношения электрических сопротивлений ткани яблока при прохождении через них попеременно электрического тока двух частот: 1 и 10 кГц, отношения коэффициентов флуоресценции на двух длинах волн красной области спектра, а также индукции флуоресценции красной области спектра, позволяющие контролировать процесс созревания плодов.
-
Обоснована целесообразность совместного использования электрических и оптических свойств ткани плодов для контроля зрелости яблок, которые повышают точность в определении оптимальных сроков съема плодов, снижающие потери при хранении.
-
Разработана новая методика контроля зрелости яблок с учетом солнечной и теневой сторон их поверхности, позволившая обнаружить неизвестное ранее явление побурения кожицы неокрашенных яблок во время хранения исключительно на теневой их стороне. Методика позволит снизить погрешность определения оптимальных сроков съема плодов и прогноза их побурения во время хранения.
-
Выявлены 6-8 дневные периодические процессы в изменении электросопротивления ткани и отражения света поверхностью плодов в ходе их созревания, позволяющие повысить точность прогнозирования оптимального срока съема плодов с погрешностью до двух дней.
Практическая значимость. Разработанные методы контроля позволяют:
планировать сроки уборки плодов в саду и съем их с хранения, определять со
став и регламент использования применяемых при уборке машин и оборудования;
- сохранить потери продукции до 30%.
Реализация результатов исследований. Разработанные методы и устройства обработки плодов защитными препаратами используются в хозяйствах ЗАО «Агрофирма «имени 15 лет Октября», Липецкой области, ЗАО «Агрофирма «Сад-Гигант», Краснодарского края, КСП Светлогорское Краснодарского края, методы контроля качества плодов перед закладкой на хранение реализованы в плодовом хозяйстве Центрально-Черноземной Плодово-Ягодной Компании Воронежской области.
Результаты исследований приводят к новым обобщениям относительно природы загара плодов и роли периодических процессов при определении качества плодов. Разработанные методы позволяют осуществить ранний прогноз загара яблок, сроки съема плодов в саду и с хранения. В научную и производственную практику внедрены следующие результаты:
Методы контроля оптических и электрических характеристик яблок.
Устройства для обработки плодов защитными препаратами (А.с. № 1528418, 1630754, патент № 2085085, патент № 2190331);
Способ отбора внутритканевых газов из плодов и устройство для его осуществления (патент № 2137103);
Способ определения срока съема плодов яблони с хранения (патент № 2365088).
Апробация. Основные положения и результаты исследований доложены на методических и научно-технических советах ВНИИ садоводства им.И.В.Мичурина, 1989-2005 гг., на Всесоюзном научно-техническом симпозиуме «Проблемные вопросы автоматизации производства», Воронеж, 1987 г., на третьей и четвертой областных научных конференциях молодых ученых «Проблемы интенсификации садоводства», Мичуринск, 1989, 1990 гг., научно-практической конференции «Действие СВЧ-излучений на биологические компоненты агроценозов и их применение в АПК», Москва, 1989 г., Всесоюзной конференции по «Теоретической и прикладной карпологии», Кишинев, 1989 г., Международной конференции «Научные основы устойчивого садоводства в России», 11-12 марта 1999 г., Мичуринск, Международной конференции «Электромагнитные излучения в биологии (БИО-ЭМИ-2000)», Калуга, 3-5 октября 2000, Международной научно-методической конференции «Прогрессивные методы хранения плодов, овощей и зерна»: 27-28 апреля 2004 г., Мичуринск, VIII Международной научной экологической конференции «Актуальные проблемы сохранения устойчивости живых систем», Белгород. 27-29 сентября 2004 г., на научной сессии РАСХН «Роль научного наследия И.В.Мичурина в повышении эффективности отечественного садоводства» (к 150-летию со дня рождения И.В.Мичурина), 13-16 сентября 2005 г., Мичуринск, научно-практическая конференция «Научно-практические достижения в садоводстве и овощеводстве и инновационные пути их развития».
Публикации. Основные положения диссертационной работы отражены в 37 научных публикациях, монографии (грант РФФИ № 09-08-07005), в том числе 11 - в рецензируемых изданиях, рекомендуемых экспертным советом ВАК, 2 - авторских свидетельства, 4 - патента на изобретения. Общий объем публикаций составляет 27,8 п.л., из которых 27,4 п.л. принадлежит лично соискателю.
Физические методы контроля качества при созревании и хранении яблок
До сих пор существует представление, что общее определение качества плодов трудно сформулировать, т.к. это определение субъективно и проводится на основании совершенно различных критериев [116]. Садовод заинтересован в получении плодов, однородных по форме, размеру, окраске и зрелости. Требование торговли: сохранение твердости, запас дозаривания в течение определенного времени [68]. А покупателю нужны здоровые плоды хорошего вкуса. Под качеством продукции понимают "совокупность свойств продукции, обусловливающих ее пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее назначением" [67].
Качество плодов характеризуется различными признаками — как биологическими, например величина, форма, окраска, вкус, аромат, так и различными дефектами кожицы вследствие различных повреждений. Яблоки должны быть вполне развившимися, свежими, здоровыми, не иметь постороннего запаха и привкуса [70, 75, 196, 209, 214]. Более подробно показатели качества изложены в приложении, табл. 1.
Садоводов и специалистов по хранению интересуют в первую очередь съемная и потребительская зрелости. Первая, для того чтобы определить сроки съема плодов в саду и вторая - чтобы определить время хранения. В табл. 2 приложения перечислены характеристики плодов основных исследуемых сортов яблони, включающие их периоды созревания и хранения. Существуют основные факторы, оказывающие влияние на рост растений, физиологию и качество плодов. Следует отметить, что при анализе физиологического состояния плодов необходимо учитывать климатические условия. Из внешних факторов особенно влияет на рост растений температура воздуха, солнечное излучение, влагообеспеченность почвы, влажность воздуха, минеральное питание. Эти факторы неуправляемы и необходимо установить зависимости между ними и показателями, характеризующими состояние исследуемого объекта. Другие факторы - и это в основном агротехнические, могут быть управляемыми, например: обрезка деревьев, система содержания почвы и фиксированными, так например: деревья одного квартала, ряда, может быть даже отдельные деревья, плотность посадки, влияние которых на яблоки определенно на протяжении всего периода исследований.
На рис. 1.1.1 представлен технологический процесс производства плодов, их хранения до реализации. Анализ зрелости плодов начинается за некоторый период до их съема с дерева, когда уже начинается процесс созревания, невидимый глазу. В этот момент нарабатывается статистический материал для последующей оценки степени зрелости плодов и принимаются решения о предварительных сроках их съема.
Оптимальность сроков съема определяется по комплексу физических показателей, которыми характеризуется зрелость плодов. Учитывая, что период съема плодов продолжается несколько дней, от t2 до t3, а уборка сознательно начинается раньше (U) того времени, когда плоды достигнут съемной зрелости (t2 -13), для плодов раннего срока съема принимается решение о дополнительной послеуборочной обработке защитными препаратами отдельно каждого плода [12, 13, 18, 32, 33, 89, 90] или в контейнерах [20, 23, 24, 88, 145] или ингибитором этилена [269] для предохранения плодов во время хранения от физиологических расстройств и для замедления созревания. Или регулирования факторов внешней среды при созревании, например, для обеспечения максимальной фотосинтетической продуктивности растений [151]. Съем осуществляется вручную в контейнеры емкостью 230 кг.
Хранение плодов осуществляется при пониженных температурах в двух режимах: в обычной и в регулируемой атмосфере, - в зависимости от помологических сортов яблок (нет смысла хранить яблоки 3-4 месяца в дорогостоящей регулируемой атмосфере) и коммерческих задач, осуществляемых хозяйством (необходимо обеспечить равномерную разгрузку холодильника в течение всего периода хранения с учетом конкуренции со стороны производителей плодов других стран).
Во время хранения на начальных этапах проводится анализ процесса созревания плодов с целью определить сроки хранения каждой партии плодов, которые характеризуются их сроками съема в саду. При хранении плодов устанавливаются и контролируются температурные и влажностные режимы в камере хранения для различных групп помологических сортов яблок. После окончания хранения осуществляется сортировка и упаковка плодов в картонную тару для последующей транспортировки в основном автомобильным транспортом на оптовые базы, с последующей реализацией через магазины, и розничным потребителям. Срок окончания хранения прогнозируется с запасом последующего дозревания у потребителя.
Известно, что во время созревания плодов выделение ими углекислого газа при достижении съемной зрелости замедляется, затем следует небольшой подъем интенсивности выделения углекислого газа, характеризующего потребительскую зрелость и далее спад интенсивности, определяющий перезревание плодов (рис. 1.1.2).
В оптимальной зрелости, пригодные для длительного хранения, находятся плоды в доклимактерической (съемной) стадии дыхания и отличаются низкой физиологической активностью [107]. В климактерической стадии физиологических процессов, т. е. более интенсивных, находятся плоды потребительской зрелости.
Модель контроля качества яблок на основе их электрических и оптических характеристик во время съема в саду
Увеличение отражательной способности между 550 и 740 нм сопровождало разложение индуцированное старением хлорофилла (Хл), в то время как в диапазоне 400-500 нм оно осталось низким в связи с сохранением кароти-ноидов (Кар). Было обнаружено, что как старение листьев, так и созревание фруктов влияют на различие между отражательной способностью (R) около 670 и 500 нм (R678 - &50о)» в зависимости от композиции пигмента. Нашли, что индекс отражательной способности стареющих листьев в форме (R s -R.5oo)/R75o чувствителен к соотношению Кар/Хл и использовался для количественного измерения старения листа и созревания плода. Индекс изменялся в течение старения листа и естественного и индуцированного этиленом созревания плодов. Этот новый индекс может быть использован для оценки начала, стадии, как относительный показатель скорости и кинетики процессов старения и созревания [127, 241, 245, 249, 258, 265].
Изучались плоды двух сортов яблок Антоновка обыкновенная и Жигулевское, отличающихся по их способности вырабатывать антоцианиновые пигменты после экспозиции солнечным светом, с использованием спектроскопии отражения. Сравнение спектров показало, что яблочные антоцианины "ш vivo" обладают симметричной полосой поглощения в 500-600 нм с максимумом около 550 нм. Антоцианины значительно увеличивают поглощение света яблоками. Яблоки сорта Жугулевское, созревающие на дереве, аккумулируют высокое количество антоцианиновых пигментов, содержимое хлорофилла в освещенных солнцем и затененных сторонах плодов в основном одинаково. Напротив, часто значительно меньшее содержание хлорофилла определено в освещенной солнцем стороне по сравнению с затененными сторонами яблок сорта Антоновка, которое обладает низким потенциалом для формирования антоцианина. Солнечный свет также вызывает увеличение содержания каротиноидов более чем хлорофиллов и накопления веществ, ответственных за поглощение света в диапазоне 350-400 нм. Интенсивность осветления хлорофилла, индуцированное сильным светом в красных зонах плода, содержащего антоцианины — значительно ниже, чем в зеленых зонах и уменьшается с увеличением содержания пигментов. Антоцианины показывают большую стабильность к облучению, чем хлорофиллы. Предполагается защитная функция антоцианинов против развития болезней яблок, которые действуют как эффективная внутренняя ловушка света, заполняющая недостаток абсорбции хлорофилла в зелено-оранжевой части спектра [264]. Исследования последних лет при анализе качества плодов в основном были ориентированы на обнаружение пятен механических повреждений (ушибов, сдиров кожицы) [2, 29, 34, 46, 61, 62, 65, 66, 72, 97, 98, 139]. Для этого были исследованы спектральные характеристики отражения поверхности яблок в основном в ближней инфракрасной области видимого спектра. Вместе с тем ряд работ были посвящены получению информации по флуоресценции поверхности плодов [4, 27, 41, 140, 142]. Установлено, что помологическая окраска не влияет на коэффициент отражения на длине волны 750 нм. Приведены спектры отражения в диапазоне длин волн 400 — 750 нм поверхностей плодов различного качественного состояния, но данные исследования не были связаны со зрелостью плодов.
Для того, чтобы оценивать степень зрелости плодов при осеннем созревании, необходимо контролировать его имеющимися средствами и методами. Основными методами, не разрушающими ткань яблока и позволяющими таким образом оценивать их физиологическое состояние, связанное со зрелостью, - это физические методы. Для рассмотрения возможности создания единого процесса отслеживания качества плодов на всем этапе его производства и хранения с целью управления процессами созревания, при котором происходит своевременная корректировка процесса, для чего используется системный подход, как методологическая основа при исследовании методов контроля качества плодов [138].
Для этого рассматривается весь комплекс мероприятий, методов и средств, составляющих технологический процесс, включающий в себя контроль процесса созревания плодов, определение сроков съема в саду, послеуборочную обработку плодов при необходимости, хранение в холодильнике и определение времени хранения каждой партии плодов.
Под управлением качеством плодов, на данном этапе, понимают действия, осуществляемые при контроле зрелости физическими методами и при отклонении ее от оптимального значения, производят компенсацию отклонения от зрелости и последствий с этим связанных, с помощью обработки плодов защитными препаратами, а также при невозможности произвести корректирующие действия, производится прогноз качества плодов во время хранения в зависимости от исходного состояния их зрелости. Что предполагает корректировку сроков хранения плодов данной партии. Оптимальным критерием в данном случае являются минимальные потери плодов при хранении.
На рост и созревание яблок в основном влияют температура воздуха, температура от нагрева солнечной радиацией, солнечный свет, увлажненность окружающей среды, почвы. Исходя из этого, предполагается, что яблоко на солнечной и теневой сторонах будет иметь разный уровень отношения электрических сопротивлений К = гі/гю, отношения коэффициентов отражения R75o/R675 И ІІХл-кар = ( 678 І 485) 7503 ОТНОШЄНИЯ КОЭффиЦИеНТОВ флуОреС ценции FXJ, = F685/F735 а также то, что данный показатель является интегрированным, на величину которого влияют все факторы внешней среды, которые и формируют определенную зрелость яблока на определенный день. Таким образом, отношение коэффициентов отражения R750/R675 является физическим выражением зрелости яблока.
Методика анализа качества плодов во время хранения
Плод, находясь на дереве, подвергается многочисленным воздействиям внешней среды и к моменту уборки достигает определенного физиологического состояния. Торможение полного созревания под действием низких температур начинается с этого момента. Развитие плодов, предшествующее этому состоянию, каждый год протекает по разному вследствие метеорологических колебаний и изменений агротехники. Рано или поздно убранный плод имеет различную физиологическую стадию развития; его поведение в холодильной камере может быть неодинаковым. Процесс обмена веществ в плодах при пониженных температурах протекает по-разному. Нарушения равновесия состава химических веществ могут не только изменить естественный ход созревания плодов, но и привести к появлению серьезных физиологических расстройств, которые сопровождаются отмиранием поверхностных и внутренних участков тканей [115].
Во время хранения хлорофиллы продолжают разрушаться и коэффициент отражения R750/R700 начинает изменяться по определенной зависимости (рис. 2.3.1), которая в основном может быть нелинейна. Известно, что некоторые сорта имеют сильно выраженную зеленую окраску (предопределенную генетически), например, такие как: Гранни Смит, Ренет Симиренко, другие более светлую: Мутцу, Флорина. При хранении хлорофиллы разрушаются, и у отдельных сортов коэффициент отражения R750/R700 постепенно асимптотически достигает минимального уровня. На рис. 2.3.2 показано изменение отношения коэффициентов отражения (R s - 1 485)/К-750 которое является двух-компонентной системой, учитывающей контроль двух пигментов: хлорофил-лов и каротиноидов.
Контроль качества плодов происходит каждый день при их созревании. Исходя из рисунков 2.3.1 и 2.3.2, следует предположить, что динамика изменения коэффициентов отражения поверхности плодов каждого дня съема и соответственно показатели качества будут изменяться во время хранения.
Производная функции R750/R700, с учетом того, что она изменяется по нелинейному закону, асимптотически приближаясь к оси абсцисс, во время хранения равная нулю может служить окончанием сроков хранения. Таким образом, определяя сроки съема плодов с дерева по данному показателю, можно так же прогнозировать сроки хранения плодов.
Допустим, что оптимальным сроком съема будет день, когда значение R750/R700 равно 1,15, а показателем окончания срока хранения будет значение R750/R700 равным 1,05 (рис. 2.3.1). Тогда прямые 4 и 5, которые являются линейной аппроксимацией значений R750/R700 во время хранения, будут характеризовать плоды с минимальным сроком хранения, а прямые 2 и 3 - будут характеризовать плоды с более продолжительным сроком хранения.
Примерно то же происходит при использовании отношения R-хл кар = (Кб75_ R485)/R-7503 но в данном случае окончанием времени хранения служит значение отношения (R is - R48s)/R750 не более 0,5, как упоминалось ранее, это предельное значение, которое может достигать это отношение при полном созревании плодов (рис. 2.3.2). Фактически это значение, определяемое R№Kap солнечной стороны яблока, оно будет меньше 0,5.
На рис. 2.3.4 показан график расчета продолжительности хранения плодов по показателю (R678 _ R485)/R-750 и определение оптимальных сроков хранения с использованием лимитирующих факторов: физиологических расстройств от раннего съема и отходов от гнили, как следствие позднего съема плодов. Предварительно по теневой стороне яблока определяют уравнение регрессии времени хранения Dxp от отношения коэффициентов отражения Rxn-Kap- Например, для срока съема 21 августа 2001 г. оно будет равно:
Определение времени хранения плодов по изменению коэффициента отражения R750/R700 в них в зависимости от температуры хранения. Стрелкой показан момент перепада температур, Т2 TV
Продолжительность хранения яблок, определенная по коэффициенту отражения поверхности плодов R750/R700 (кривая 1) и предполагаемое ограничение при оптимизации сроков хранения по количеству отходов плодов от гнили, разложения (кривая 2) и отходов плодов по загару (кривая 3). А для солнечной стороны определяют уровень отношения коэффициентов отражения Rjoi-кар» он будет равен для данного срока съема плодов 0,36. Подставляют в данное уравнение вместо RXJI-Kap значение 0,36 и получают время окончания хранения яблок. Оно будет приходиться на дату 31 января или в днях это составит 163 дня. Рассчитывают также погрешность хранения. Погрешность рассчитывают по погрешности коэффициента отражения. Для этого рассчитывают значения коэффициентов отражения с учетом погрешности и строят свои уравнения регрессии для минимального отклонения и максимального. Далее по этим значениям рассчитывают свои уравнения регрессии и в соответствие с вышеуказанной методикой рассчитывают свои сроки окончания хранения. Причем, следует учесть, что для солнечной стороны яблока в качестве предельного значения используют значения с учетом погрешности в минимальном значении. И во всех случаях расчета используют только это значение. Таким образом, определяют минимальные и максимальные сроки хранения.
Сравнительный анализ физических методов контроля периодических процессов
Результаты записываются в табл. 42 (см. приложение). После съема яблоки в количестве 5 шт. разрезаются пополам поперек оси плодоножка-чашечка и одна половина опускается на несколько секунд в йодный раствор. По интенсивности реакции крахмала с йодом определяют количество крахмала в ткани плода в баллах по 8 —ми бальной шкале. Во время хранения один раз в неделю проводятся измерения отражения поверхности тех же яблок, что были проанализированы при съеме с дерева. При анализе качества яблок использовались стандартные методики, изложенные в разработках ВНИИ садоводства им. И.В.Мичурина и других институтов [159, 160].
При оценке качества плодов во время хранения необходимо подсчитывать количество плодов, поражённых болезнями, например: загаром, подкожной пятнистостью, гнилью и т.д. При хранении плодов из физиологических расстройств наиболее часто встречается загар. Сорта, поражаю 131 щиеся загаром: Антоновка обыкновенная, Мартовское, Северный синап,
Синап орловский, Богатырь, Ренет Черненко, Ренет курский золотой, Карликовое, Голден Делишес, Делишес, Ред Делишес, Ренет Симиренко, Гранни Смит, Мутцу, Ред Чиф, Старкрымсон, Корей. Ранее при изучении лежкости плодов по изменению степени побурения использовалась трёхбалльная шкала: слабое, среднее и сильное побурение [159]. Предлагается новая методика оценки степени поражения плодов побурением кожицы во время хранения. Нами определено [190], что плоды изученных сортов поражаются загаром только с теневой стороны яблока, так что плоды, освещенные солнцем, могут иметь только половину поражённой поверхности яблока, тогда как яблоки, находившиеся в теневой области кроны дерева могут быть поражены по всей поверхности яблока. Поражение кожицы загаром по поверхности яблока происходит пятнами, при сильном побуре-нии поражение более сплошное. Следует отметить, что яблоки, растущие на солнечной стороне кроны, имеют на теневой стороне более интенсивный загар, чем яблоки в другой области кроны. Кроме того, в зависимости от метеорологических условий года и, как нами предварительно установлено, от интенсивности метаболических процессов, яблоки могут и не поражаться загаром.
Результаты записываются в табл. 3.4.1. Расчеты заносятся в табл. 3.4.2. Для оценки зависимости величины загара от размера плодов необходимо отсортировать их на фракции определённого диаметра (графа 1, табл. З.4.1.). Степень поражения оценивается площадью поражения поверхности плодов: одна восьмая поверхности (0,125), одна четвёртая (0,25) и т.д. Данные, полученные в результате сортировки, заносят в табл. 3.4.1 (графы 2-8), где, кроме того, указывают помологический сорт, вариант исследования, дату съёма и дату анализа [184].
В зависимости от требуемого результата можно рассчитать загар от количества поражённых плодов, что в настоящее время в исследовательских учреждениях и хозяйствах делается: даже если плоды поражены на одну восьмую для реализации это так же важно, как поражение их наполовину и более. При разработке новых технологий и способов, предохраняющих плоды от загара, во время исследований важно знать: в какой степени плоды поражаются и как это зависит, например, от их размера.
Для этого рассчитывается количество здоровых и поражённых загаром плодов в процентах (заполняются графы 2-7, табл. 3.4.2).
Для оценки площади поражения плодов загаром пересчитывают предыдущие данные с учётом площади поражения, используя коэффициенты: 0,125, 0,25, 0,5, 0,75, 1, для чего значения граф (3-7) умножают соответственно на данные коэффициенты и переносят рассчитанные значения в графы (9-13). Для получения общих результатов рассчитывают соответствующие суммы, как по горизонтали, так и по вертикали (строка: Сумма, табл. 3.4.2 и графы 8,14, табл. 3.4.2). Если не разделять плоды на фракции, то данные расчётов соответствуют строке: по общему количеству плодов, табл. 3.4.2 (данные для расчётов из табл. 3.4.1, строка: Сумма).
