ХЕРСОНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ХЕРСОНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
СТЕПАНЕНКО ДМИТРО СЕРГІЙОВИЧ
УДК 634.23: 631.56:537.523.3
ВПЛИВ ЕЛЕКТРОІОНІЗОВАНОГО ПОВІТРЯНОГО СЕРЕДОВИЩА НА ТРИВАЛІСТЬ ЗБЕРІГАННЯ ПЛОДІВ ЧЕРЕШНІ
05.18.03 – первинна обробка та зберігання продуктів рослинництва
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Херсон - 2005
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Інституті винограду і вина „Магарач”, УААН, м. Ялта.
Науковий керівник –доктор сільськогосподарських наук, професор, член-кореспондент УААН, Іванченко В’ячеслав Йосипович, Інститут винограду і вина „Магарач”, заступник директора з наукової роботи
Офіційні опоненти:
доктор сільськогосподарських наук, професор Колтунов Віктор Андрійович, професор кафедри товарознавства та експертизи продовольчих товарів, Київський національний торгово-економічний університет, Міністерство освіти і науки України;
кандидат технічних наук Ялпачик Володимир Федорович, доцент кафедри механізації переробки сільськогосподарської продукції, Таврійська державна агротехнічна академія, Міністерство агропромислового комплексу України.
Провідна установа:
Одеська національна академія харчових технологій, кафедра технології консервування, Міністерство освіти і науки України.
Захист відбудеться „27” жовтня 2005 року о 13.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 67.052.02 в Херсонському національному технічному університеті за адресою: 73008, м. Херсон, Бериславське шосе, 24.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Херсонського національного технічного університету за адресою: 73008, м. Херсон, Бериславське шосе, 24.
Автореферат розісланий „26” вересня 2005 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради Сумська О.П.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Вирішення задачі позасезонного постачання населенню плодів черешні як корисного продукту із високими дієтичними, смаковими та харчовими властивостями можливо лише за умови організації її ефективного зберігання: вибору науково-обґрунтованих способів, диференційованих режимів обробки для окремих сортів.
Поряд з удосконаленням традиційних методів зберігання плодів, пов’язаних з усілякими обробками, в основі яких лежать процеси нагрівання, охолодження або хімічного впливу, що найчастіше виявляються дорогими чи малоефективними або зовсім неможливими із-за псування плодів при транспортуванні і в умовах фруктосховищ, потрібна розробка нових, більш економічних, які дозволять знизити втрати при зберіганні, а також забезпечити більш високі біохімічні та дегустаційні показники якості продукції.
Одним із таких методів є використання іонізованого повітря для зберігання плодоовочевої сировини. Він не є енергоємним, може здійснюватися у поєднанні з будь-якими відомими технологіями зберігання та не потребує значних капітальних вкладень, що дозволяє широко використовувати цей спосіб безпосередньо у господарствах та на підприємствах.
Але недостатня вивченість даного способу зберігання плодів черешні стримує його застосування: відсутні науково-обґрунтовані режими обробки, невідома динаміка значень показників хімічного складу плодів черешні у процесі зберігання, недостатньо вивчений процес генерування іонної повітряної суміші і недосконалі технічні засоби для штучної іонізації повітря. Все це створює визначені труднощі у прогнозуванні строків зберігання та виходу продукції на кінцевому етапі із заданими органолептичними показниками та біологічною цінністю.
Виходячи з того, що відомості щодо зберігання плодів черешні з використанням електроіонізованого повітря у науковій літературі практично відсутні, проведення досліджень у даній галузі є актуальним.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами.
Дисертаційна робота виконана відповідно до тематичного плану Інституту винограду і вина “Магарач” (державний реєстраційний номер 0101U006740).
Особистий внесок автора полягає у визначенні факторів, що впливають на процес зберігання плодів черешні, науковому обґрунтуванні доцільності використання електроіонізованого повітряного середовища для їхнього зберігання і ефективності післязбиральної обробки плодів черешні електроіонізованим повітрям, розробці пристроїв для здійснення цього процесу.
Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є удосконалення технології зберігання плодів черешні з використанням повітря, іонізованого електричним струмом коронного розряду.
Для реалізації поставленої мети були сформульовані і вирішені задачі:
1. - розроблені, випробувані в умовах виробництва та запатентовані два пристрої для електронно-іонної обробки плодів на основі електроіонізації повітря у полі коронного розряду;
2. - підібрано оптимальні параметри електричного струму коронного розряду для іонізації повітряного середовища, що забезпечує високе зберігання товарних, смакових і харчових якостей плодів черешні;
3. - вивчено вплив електроіонізованого повітря на ступінь ураження плодів мікробіологічними та фізіологічними розладами;
4. - вивчено вплив електроіонізованого повітря на інтенсивність дихання, зміну біохімічних показників і фізико-механічних властивостей плодів черешні при зберіганні;
5. - визначено економічну ефективність від впровадження у виробництво способу зберігання плодів із застосуванням електроіонізованого повітря;
6. - з урахуванням результатів досліджень розроблена „Технологічна інструкція із зберігання плодів черешні у електроіонізованому повітряному середовищі”.
Об’єкт дослідження –зберігання плодів черешні у електроіонізованому повітряному середовищі.
Предмет досліджень – плоди черешні сорту Крупноплідна пізнього строку визрівання.
Методи досліджень. Поставлені задачі вирішувалися на основі вивчення, аналізу, зіставлення й узагальнення літературного матеріалу та отриманих результатів. Метод гіпотез застосовано при складенні схем досліду; для визначення товарного стану продукції використано морфологічний метод; для встановлення динаміки біохімічних показників застосовані біохімічні методи; для визначення уражень плодів мікробіологічними захворюваннями – мікробіологічні; метод синтезу – для формулювання висновків, узагальнень. Аналіз, обробка експериментальних даних та прогнозування кінцевого результату проводилися із застосуванням методів математичної статистики з використанням комп’ютерних програм “MS Offіce Excel 2000” і пакета “МаthCad” (S/N:VN800809DH0697) на персональному комп'ютері (Pentium IV 2.4).
Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що для зберігання плодів черешні у електроіонізованому повітряному середовищі з перевагою у ньому негативних іонів:
- визначені оптимальні параметри іонізації повітря електричним струмом коронного розряду;
- встановлено строки зберігання плодів, які дозволяють отримувати продукцію з мінімальними втратами і високими органолептичними й біохімічними показниками;
- запропонована математична модель, що дозволяє прогнозувати вихід плодів першого товарного ґатунку у залежності від параметрів електроіонізації повітряного середовища зберігання;
- запропоновано математичні моделі виявлених закономірностей, які дозволяють з високою точністю прогнозувати вміст біохімічних речовин у плодах черешні на будь-яких етапах зберігання.
Практичне значення одержаних результатів. Застосування повітря, іонізованого електричним струмом напругою 15000 В при експозиції 5 хвилин при зберіганні плодів черешні, дозволило отримати 97,24% продукції першого товарного ґатунку при максимальному збереженні її смакових якостей.
Розроблена та затверджена „Технологічна інструкція із зберігання плодів черешні у електроіонізованому повітряному середовищі” ТІ У 0310ПКФ4.051М-2004, Мелітополь, 2004 р. Результати даної роботи пройшли виробничі випробування у виробничо-комерційному кооперативі „Холод”. Економічний ефект від зберігання закладеної продукції склав 4245,47 грн. на тону продукції.
Особистий внесок здобувача. Автором особисто науково обґрунтована доцільність використання електроіонізованого повітряного середовища для зберігання плодів черешні. Обґрунтована ефективність післязбиральної обробки плодів черешні електроіонізованим повітрям та подальше їх зберігання у цьому середовищі. Отримані два патенти України на винахід.
Експериментальні дані, покладені в основу дисертації, отримані автором особисто.
Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідалися на засіданнях секції вченої ради з виноградарства ІВіВ “Магарач” (2001-2004 р.), на науково-технічних конференціях секції “Технологія переробки і зберігання продукції сільськогосподарського виробництва”, Таврійської державної агротехнічної академії (2001-2004 р.), на 3-й Міжнародній науково-технічній конференції аспірантів і студентів “Автоматизація технологічних об'єктів і процесів. Пошук молодих” у Донецькому національному технічному університеті (13-16 травня 2003 р.), на міжнародній науково-практичній конференції “Проблеми енергозабезпеченості і енергозбереження в АПК України” у Харківському державному технічному університеті сільського господарства ім. Петра Василенка (7 - 8 жовтня 2004 р.).
Публікація результатів досліджень. За матеріалами дисертації опубліковано 10 наукових праць, у тому числі 1 патент України на винахід, 1 патент на корисну модель.
Структура й обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, 4 розділів, висновків та 15 додатків. Повний обсяг дисертації складає 153 сторінки, з них 2 ілюстрації по тексту, ілюстрацій на 9 сторінках; 5 таблиць по тексту, 8 таблиць на 8 сторінках; 15 додатків на 118 сторінках, 305 найменувань використаних джерел (із них 28 на іноземних мовах) на 29 сторінках.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обґрунтовано актуальність роботи, сформульовано мету й задачі досліджень, визначено основні положення, що мають наукову новизну і практичну цінність.
У першому розділі виконано аналіз літературних джерел із питань використання електронно-іонної технології у різних галузях народного господарства, у тому числі для зберігання продукції, надано аналіз методів цієї технології.
У другому розділі наведено умови проведення досліджень, визначено об’єкти та методику проведення досліджень, що здійснювалися в період 2001-2003 рр. на базі Інституту винограду і вина „Магарач” (м. Ялта).
При дослідженні використовувалися плоди черешні сорту Крупноплідна пізнього строку визрівання, вирощені в степовій зоні півдня України (м. Мелітополь). Збір плодів, призначених для зберігання, робили в суху погоду, коли вони мали ще щільний м'якуш, але вже придбали характерне для даного сорту забарвлення. Для зберігання відбиралися плоди черешні, що досягли знімної зрілості, типові за забарвленням й формою відповідно ГОСТ 21922-76. Перед закладкою на зберігання була проведена їхня інспекція, сортування й калібрування. У досліді використовувалися плоди тільки першого товарного ґатунку, які перед закладкою на зберігання охолоджували при температурі 0 - +10 С протягом 15 годин. Упаковували плоди черешні по 1 кг у пакети розміром 25х40 см із поліетиленової плівки товщиною 0,05 мм. Обробка проводилася шляхом нагнітання в пакети з черешнею іонізованого повітря, отриманого за допомогою розробленого пристрою. Іонізація повітря проводилась електричним струмом коронного розряду напругою 5000 В, 10000 В, 15000 В експозицією 5, 10, 20 хвилин при кожній величині напруги. Пакети герметизували термозварюванням. Було закладено 9 варіантів досліду. Протягом усього періоду зберігання в сховищі підтримувалася температура +10±0,50С. Контрольні варіанти зберігалися в герметизованих поліетиленових пакетах без обробки при температурі +10С.
У ході наукових досліджень вивчався вплив електроіонізованого повітря на зміну товарних, деяких біохімічних, фізіологічних показників та фізико-механічних властивостей плодів черешні, які зберігалися. Добір і підготовка проб для аналізів, органолептична й технологічна оцінки, товарний аналіз проводили відповідно до „Методичних рекомендацій по зберіганню плодів, овочів і винограду” (1998 р.), інтенсивність дихання – за методом Толмачова І.П. (1950 р.); масову концентрацію цукрів – по Бертрану - ГОСТ 13192-73; масову концентрацію титруємих кислот - по ГОСТ 25555.0-82; вміст етилового спирту - по ГОСТ 25555.2-91; вміст ацетальдегіду – відповідно методиці по Є.П Широкову; вміст фенольних речовин – колориметричним методом по реактиву Фоліна-Деніса; вміст антоцианів - по методичним вказівкам Б.Б.Самородової-Біанки; зміну фізико-механічних властивостей згідно до „Методичних рекомендацій по зберіганню плодів, овочів і винограду” (1998 р.), із використанням приладу WOLPERT. Вивчався вплив електроіонізованого повітря на розвиток збудників мікробіологічних захворювань. У процесі мікробіологічного контролю визначали показники, рекомендовані міжнародними стандартами, а саме: загальну кількість мезофільних аеробних і факультативно-анаеробних мікроорганізмів (МАФАнМ), загальну кількість пліснявих грибів, загальну кількість бактеріальних мікроорганізмів на етапах зберігання плодів черешні.
Розрахунок економічної ефективності застосування електроіонізованого повітряного середовища при зберіганні плодів черешні проводився з урахуванням методики оцінки втрат у сфері агропромислового комплексу. Математична обробка результатів досліджень проводилася по Г. Ф. Лакіну. Кореляційний і регресійний аналізи - по Б. А. Доспєхову з використанням комп'ютерних програм “MS Offіce Excel 2000” і пакета “MathCad” (S/N:VN800809DH0697) на персональному комп'ютері (Pentium IV 2.4).
У третьому розділі зроблено короткий аналіз існуючих технічних засобів для штучної іонізації повітря, приведено принципову схему розробленого пристрою для підготовки продуктів до зберігання, в основу якого покладено фізичне явище коронного розряду у газовому середовищі. Надано принцип роботи пристрою та обґрунтування застосованих елементів конструкції. Встановлено, що пристрій дозволяє отримувати іонно-озонну суміш з високим вмістом іонів негативної полярності, яка визначається значною бактерицидною дією на патогенну мікрофлору повітряного середовища і поверхні плодів, а також сповільнює в них обмінні процеси.
Рис. 1. Принципова схема пристрою для підготовки продуктів до зберігання:
1- камера іонізації повітря; 2,3 - металеві електроди; 4 - джерело живлення; 5- підвищувальний трансформатор; 6 – фазоімпульсний регулятор напруги; 7 –діелектричний бар'єр; 8 – вентилятор; 9 – гнучкий металевий шланг; 10 – пакет із продукцією.
Досягнення позитивного ефекту при здійсненні даного технічного рішення підтверджується можливістю застосування пристрою для обробки рослинної сировини з різноманітними режимами. Продуктивність пристрою 9,3 кг/г, габаритні розміри - 200х130х130 мм, маса – 2 кг, собівартість – близько 60 грн., споживаний електричний струм – 30 мА при напрузі у мережі 220 В.
У розділі проаналізовано товарну якість плодів черешні, які зберігалися у електроіонізованому повітряному середовищі (ЕІПС), його вплив на інтенсивність дихання, зміну біохімічного складу та фізико-механічних властивостей, розвиток на поверхні плодів мікроорганізмів різноманітних таксономічних груп.
Для визначення оптимальних режимів електроіонізації повітряного середовища плодів черешні були проведені досліди, які довели доцільність і ефективність використання методу. Аналіз експериментальних даних (2001-2003 рр.) дозволяє стверджувати, що при застосуванні повітряного середовища, іонізованого електричним струмом визначених параметрів, можна значно продовжити термін зберігання плодів черешні без погіршення їх якості (табл. 1).
Отримані результати показують, що на 90 добу зберігання плодів в електроіонізованому повітряному середовищі вихід продукції першого товарного ґатунку у всіх варіантах досліду був значно вищим, ніж у контрольному (на 40 добу) на 41-50%.
Зберігання плодів черешні у електроіонізованому повітряному середовищі при застосуванні напруги іонізуючого електричного струму 5000 В дало можливість знизити середньомісячні втрати плодів у порівнянні з контрольним варіантом у 11,9 раз; при використанні напруги 10000 В – у 12,8 рази; при іонізації повітря електричним струмом напругою 15000 В – у 19,2 рази. Кількість плодів, уражених фізіологічними захворюваннями, у контрольному варіанті на кінець їхнього зберігання досягло 13,5%, тоді, як у дослідних зразках, оброблених електроіонізованим повітрям, воно коливалося від 0,48 до 1,96% у залежності від режиму обробки при значно більшому періоді зберігання.
Таблиця 1
Зміна товарних якостей плодів черешні при зберіганні у електроіонізованому повітряному середовищі (середні значення за 2001-2003 рр.)
Режим обробки | Строк
зберігання,
діб. | Перший
товарний ґатунок, % | Дегуста-ційна
оцінка, бал | Середньо-
місячні
втрати, % | Ушкодження | Мікро-біологічні, % | Фізіоло-гічні, % | 5000В; 5 хв.90 | 88,59±1,79 | 3,93 | 3,80 | 2,18±0,48 | 1,65±0,31 | 5000 В; 10 хв.90 | 88,91±2,92 | 4,01 | 3,70 | 2,08±0,12 | 1,31±0,20 | 5000 В; 20 хв.90 | 92,01±1,26 | 4,08 | 2,66 | 2,15±0,34 | 1,50±0,14 | 10000 В; 5 хв.90 | 89,65±1,52 | 4,15 | 3,45 | 1,99±0,22 | 1,42±0,23 | 10000 В;10хв.90 | 93,17±1,54 | 4,19 | 2,28 | 1,21±0,11 | 1,27±0,12 | 10000 В;20 хв.90 | 88,79±1,85 | 4,09 | 3,74 | 2,03±0,61 | 1,12±0,14 | 15000 В; 5 хв.90 | 97,24±1,81 | 4,40 | 0,92 | 0,79±0,05 | 0,48±0,03 | 15000 В;10 хв.90 | 96,02±1,28 | 4,37 | 1,33 | 1,08±0,23 | 0,73±0,04 | 15000 В;20 хв.90 | 87,74±2,10 | 3,98 | 4,09 | 2,95±0,72 | 1,96±0,18 | НСР05 | 4,854 | Контроль | 40 | 47,38±2,82 | 2,94 | 40,48 | 27,59±1,98 | 13,53±3,99 |
Результати проведеного експерименту показали, що на кінець строку зберігання кількість плодів контрольного варіанта, уражених збудниками мікробіологічних захворювань, досягало 27,6%. У зразках, що зберігалися у ЕІПС, кількість уражених плодів склала від 0,8 до 3%.
Найкраща збереженість плодів спостерігалася при напрузі іонізаційного струму 15000 В і експозиції 5 хвилин. У цих варіантах досліду отримані найкращі результати: вихід товарної продукції першого ґатунку становив до 97%.
При порівнянні результатів, отриманих у всіх досліджуваних варіантах, встановлено, що менш ефективним виявилося застосування обробки плодів іонізованим повітрям при двадцятихвилинній експозиції незалежно від напруги електричного струму іонізації.
Органолептична оцінка показала, що плоди черешні, оброблені електроіонізованим повітрям, не мали сторонніх присмаків та запахів, збереглися без ознак зів'янення й збурення, мали гармонійний смак, притаманний свіжим плодам. Електроіонізоване повітря активно сповільнювало розвиток фізіологічних і мікробіологічних захворювань, перезрівання, що дозволило збільшити тривалість зберігання, яке слід обмежити 90 добами, тому що у подальшому значно збільшується кількість плодів, уражених збудниками мікробіологічних та фізіологічних захворювань, різко погіршується зовнішній вигляд плодів, їх смак і якість.
У результаті проведеного експерименту нами було встановлено, що обробка плодів черешні електроіонізованим повітрям знижує рівень ураження мікробіологічними й фізіологічними захворюваннями, який залежить від режиму електроіонізації повітря.
Проведені кореляційний та регресійний аналізи отриманих експериментальних даних свідчать про те, що між режимами електроіонізації повітря й виходом продукції першого товарного ґатунку після зберігання існує криволінійна залежність у вигляді функції, яка визначається отриманим рівнянням:
, (1)
де Z – вихід продукції першого товарного ґатунку після зберігання, %;
x - напруга електричного струму іонізації, В;
y - експозиція, хв.
На рис. 2 представлена поверхня функції відгуку (відсоток виходу плодів черешні першого товарного ґатунку в залежності від режимів іонізації повітря), контурні криві якої показують, що оптимум наближається до області 5000-15000 В і часу обробки до 20 хвилин, подальше збільшення експозиції стає малоефективним.
За допомогою пакету MathCad була отримана оптимізація для нелінійної моделі, яка найбільш точно відображає залежність, що досліджується. В результаті визначено, що для напруги 5000 В рекомендується експозиція 17 хв., очікуваний вихід плодів – 92,03%; для напруги 10000 В – 10 хв. при очікуваному виході 91,86%; для напруги 15000 В- 5 хв., очікуваний результат – 97,15%.
Рис. 2. Залежність виходу плодів черешні першого товарного ґатунку від напруги електричного струму іонізації та експозиції
Оцінка достовірності параметрів моделі, здійснена за критерієм Стьюдента, з 95% імовірністю підтвердила можливість їх застосування для вирішення практичних задач, аналізу й прогнозування. Отримана математична модель із достатнім ступенем точності дає можливість прогнозувати вихід плодів черешні першого товарного ґатунку у залежності від застосованих режимів електроіонізації повітря.
В результаті проведених досліджень встановлено, що на кількість мікроорганізмів різних таксономічних груп значно впливає тривалість зберігання плодів, величина напруги іонізаційного електричного струму й експозиція обробки. Їхня кількість зменшувалась при збільшенні напруги струму й експозиції.
Вивчення мікробіологічного ураження плодів черешні показало, що у контрольному варіанті протягом терміну зберігання відбувалося постійне збільшення кількості мікроорганізмів. На 40 добу зразки були зняті із зберігання. При цьому кількість міцеліальних грибів перевищувала первісний вміст у 6, а бактеріальних мікроорганізмів – у 8 разів.
Динаміка чисельності мікроорганізмів різноманітних таксономічних груп дослідних варіантів у залежності від режиму іонізації була різною. Слід зазначити, що на деяких етапах зберігання було зафіксовано різке збільшення кількості мікроорганізмів із послідуючим поступовим її зменшенням. Це свідчить про те, що у іонізованому повітряному середовищі склались умови для скринінгу тільки найбільш пристосованих до них мікроорганізмів. Більшість їх видів була неспроможна розвиватися у даних умовах; спостерігалась незначна зміна кількості пліснявих грибів. Така динаміка є для них характерною, що обумовлено високою здібністю пристосовуватися до умов навколишнього середовища; після різкого зниження кількості бактеріальних мікроорганізмів відбувалося їх поступове зростання, що пояснюється пристосуванням тих, що залишилися, до умов, які склалися.
У більшості досліджуваних варіантів початок розвитку міцеліальних грибів приходився на 60 добу, де їхня кількість була значно меншою, ніж у контрольному варіанті на 40 добу.
Установлено, що на етапах тривалого зберігання плодів черешні у ЕІПС не виникало повного відмирання мікроорганізмів, але їхня кількість значно знижувалася. На пригнічення життєдіяльності мікроорганізмів при використанні у технології зберігання електроіонізованого повітря впливала затримка перезрівання плодів, викликана впливом негативних іонів, антисептичною дією озону, що утворюється у невеликих кількостях при коронному розряді, а також висушуванням живильного середовища електричним вітром.
Кращі результати отримано при застосуванні для іонізації повітря електричного струму напругою 15000 В і експозицією 5 хвилин, де на кінець періоду зберігання кількість міцеліальних грибів була майже у 5 разів, а бактеріальних мікроепіфітів у 6 разів меншою при значно більшому терміні зберігання, ніж у контрольному варіанті.
Математична обробка отриманих результатів показала, що характер залежності динаміки розвитку бактеріальних мікроепіфітів на поверхні плодів черешні від тривалості зберігання при напрузі 5000, 10000, 15000 В має ідентичний характер, але різні кількісні характеристики. Отримані рівняння регресії мають вигляд:
y = 0,1876x3 – 28,174x2 + 1772,102x + 1444,055 (напруга струму 5000 В) (2)
y = 0,1792x3 – 26,284x2 + 1275,643x + 3667,958 (напруга струму 10000 В) (3)
y = 0,2273x3 – 42,608x2 + 2248,9x + 6797,8 (напруга струму 15000 В), (4)
де у – кількість бактеріальних мікроепіфітів, пропагул/мм2;
х – тривалість зберігання, діб.
Отримані рівняння регресії для міцеліальних грибів мають вигляд:
y = 0,01791x2 + 7,0846x – 79,65076 (напруга струму 5000 В) (5)
y = 0,207x2+1,5947x – 71,489 (напруга струму 10000 В) (6)
y = -0,0023x3 + 0,3361x2 – 8,1613x + 7,7576 (напруга струму 15000 В), (7)
де у – кількість міцеліальних грибів, пропагул/мм2;
х – тривалість зберігання, діб.
При первинній таксономічній оцінці виділених грибів шляхом мікроскопування встановлено, що з поверхні плодів у всіх дослідних варіантах найбільш часто виділялися гриби родів Botrytis sp, Alternaria sp, Monilia sp, Trichoderma sp, Aspergilus sp, Mucor sp. Гриби виду Penicillium glaukum, поразка якими є характерною для плодів черешні, що зберігаються, виділені не були. Очевидно іонізоване повітря пригнічувало їхній розвиток.
У зразках дослідних і контрольного варіантів на жодному з етапів зберігання не було виявлено присутності дріжджеподібних грибів, у такий спосіб іонізоване повітря впливало на їхній розвиток.
Стосовно розвитку міцеліальних грибів на поверхні плодів черешні під час зберігання можна зробити висновок, що високий ступінь електроіонізації повітря з перевагою у повітрі зберігання негативних іонів попереджує розвиток грибних хвороб завдяки тому, що у такому середовищі складаються несприятливі умови для проростання спор.
Встановлено, що післязбиральна обробка плодів черешні ЕІП сприяє зменшенню чисельності бактеріальних мікроорганізмів на їх поверхні у 1,5-3,0 рази (у залежності від режиму обробки) і знищує грибну мікрофлору.
Оцінка мікробіологічного забруднення оброблених і контрольних плодів підтверджує бактеріостатичний ефект електроіонізованого повітря.
Клімактеричний підйом дихання у плодів більшості дослідних варіантів наступає на 90 добу зберігання (табл. 2). Виключенням є варіанти із застосуванням напруги іонізуючого електричного струму 5000 В, де клімактерикс спостерігався на 60 добу у всі роки проведення експерименту. У контрольному варіанті клімактеричний підйом дихання виникав на 40 добу, де його активність була у 2,4-5,0 рази вищою, ніж у кращих дослідних варіантах (напруга 15000 В, експозиція 5 і 10 хв.) на цьому ж етапі. Наприкінці зберігання дослідні варіанти характеризувались рівнем виділення СО2 у 1,2-1,6 (варіанти з використанням напруги іонізуючого електричного струму 5000 В) і у 1,3-1,5 рази (варіанти з використанням напруги іонізуючого електричного струму 10000 В і 15000 В) нижчим, ніж у контрольному варіанті.
Найменше значення цього показника зафіксовано у дослідних варіантах із використанням напруги іонізаційного струму 15000 В і експозиції 5 і 10 хвилин, що дозволяє значно знизити інтенсивність дихання плодів і затримати настання клімактериксу, тим самим продовжуючи термін їхнього зберігання.
Аналогічні закономірності були отримані і по інших дослідних роках.
Таблиця 2
Інтенсивність дихання плодів, черешні при зберіганні у ЕІПС (2003 р.)
Режим обробки | Інтенсивність дихання, мг СО2/кг/гТривалість зберігання, діб. | 0 | 20 | 40 | 60 | 90 | 5000 В; 5хв. | 42,646±0,39 | 26,4001,26* | 28,4311,58* | 69,0460,82 | 56,1850,61 | 5000 В; 10 хв. | 42,646±0,39 | 25,0461,03* | 27,7540,39* | 56,8621,03 | 41,2920,67 | 5000 В; 20 хв. | 42,646±0,39 | 25,7230,67 | 27,0771,23* | 50,7690,55 | 33,1690,61 | 10000 В; 5 хв. | 42,646±0,39 | 23,6920,27* | 25,0460,39* | 27,7540,27 | 50,0920,27 | 10000 В; 10хв. | 42,646±0,39 | 21,6621,03* | 25,7230,67* | 28,4310,82 | 51,4461,26 | 10000 В; 20хв. | 42,646±0,39 | 20,9851,03* | 32,6921,20* | 25,7231,13 | 64,9841,87 | 15000 В; 5 хв. | 42,646±0,39 | 16,2460,67* | 17,6000,61* | 18,9540,39 | 33,2620,51 | 15000 В; 10 хв. | 4
2,646±0,39 | 17,6001,03* | 18,2770,61* | 30,8120,38 | 39,2640,67 | 15000 В; 20 хв. | 42,646±0,39 | 18,9540,67* | 20,9850,89* | 24,3691,26 | 52,8002,12 | Контроль
(без обробки) | 42,646±0,39 | 27,754±0,47 | 43,323±0,61 | - | - | *- розходження достовірні при порівнянні з контролем, р<0,05
Рис. 2. Динаміка вмісту моноцукрів у плодах черешні при зберіганні у ЕІПС, %
(середні значення 2001-2003 рр., напруга струму іонізації 15000 В):
1 – контроль; 2 – експозиція 5 хв.; 3 - експозиція 10 хв.; 4 - експозиція 20 хв.
Результати наших досліджень доводять, що динаміка вмісту органічних кислот мала однотипний характер у всі роки проведення експерименту. У контролі (рис. 3) після 40 доби зберігання концентрація титрованих кислот у плодах зменшилася у 1,7 рази. У кінці зберігання вміст органічних кислот у варіантах, що зберігалися у електроіонізованому повітряному середовищі перевищувала цей показник у контролі в 1,01-1,54 рази при значно більшому періоді зберігання. Максимально збереглися кислоти у варіантах, де використовувалось повітря, іонізоване електричним струмом напругою 15000 В при експозиції 5 і 10 хвилин.
Рис. 3. Динаміка вмісту органічних кислот у плодах черешні при зберіганні у ЕІПС, % (середні значення 2001-2003 рр., напруга струму іонізації 15000 В):
1 – контроль; 2 – експозиція 5 хв.; 3 - експозиція 10 хв.; 4 - експозиція 20 хв.
Післязбиральна обробка плодів іонізованим повітрям позитивно впливає на вміст фенольних сполук під час зберігання. Встановлено, що у варіантах з обробкою плодів черешні повітрям, іонізованим електричним струмом напругою 5000 В, на кінець зберігання залишилась мінімальна кількість (у порівнянні з іншими дослідними варіантами) цих речовин (56,5-61,4%) від первісного значення.
В контрольному зразку на 40 добу остаточна кількість поліфенолів склала 43,5% від початкового вмісту. Більш за все фенольних сполук збереглося у плодах дослідних варіантів, де застосовували напругу іонізаційного електричного струму 15000 В і експозицію 5 і 10 хвилин. На кінець зберігання їх було 95% порівняно з їх первісною кількістю. Після 90 доби кількість фенольних сполук у дослідних варіантах різко знижується, що пояснюється їх інтенсивним руйнуванням при перестиганні плодів.
Результати кореляційного аналізу свідчать про криволінійну форму зв’язку між вмістом фенольних сполук і тривалістю зберігання. Отримані рівняння регресії мають вигляд:
у=-0,0005х3+ 0,0977х2-6,1308х+374,55 ( напруга струму іонізації 5000 В ) (8)
у=-0,0007х3+0,1025х2-4,4468х+372,686 (напруга струму іонізації 10000 В) (9)
у=-0,0005х3+0,0698х2-3,0016х+363,07 (напруга струму іонізації 15000 В), (10)
де у – вміст суми фенольних сполук, мг/%;
х – тривалість зберігання, діб.
Вміст антоціанів у плодах черешні на кінець зберігання при різних режимах обробки був неоднаковим, різним був і характер зміни їхньої кількості. У плодах контрольного варіанту на 40 добу кількість антоціанів складала 46% їх первісного значення. Плоди набули бурого забарвлення, смак і зовнішній вигляд значно погіршились. У всіх дослідних варіантах виявлено тенденцію до постійного зниження вмісту антоціанів до 60 доби і незначного підвищення до 90 доби. Після досягнення максимуму на 90 добу зберігання у всіх дослідних зразках вміст антоціанів зменшується з різною швидкістю, що супроводжується значним збуренням тканин і погіршенням смаку плодів. У кращих варіантах (напруга 15000 В, експозиція 5 і 10 хв.) схоронність антоціанів склала 95-97% їх первинного вмісту.
Отримані рівняння регресії дозволяють судити про зміну вмісту антоціанів у плодах черешні у залежності від терміну зберігання:
у=-0,0004х3+0,0664х2-4,014х+202,85 ( напруга струму іонізації 5000 В ) (11)
у=-0,0005х3+0,0755х2-3,3843х+205 (напруга струму іонізації 10000 В) (12)
у=-0,0003х3+0,0509х2-2,3117х+201,67 (напруга струму іонізації 15000 В), (13)
де у – вміст антоцианів, мг/%;
х – тривалість зберігання, діб.
Аналіз отриманих результатів показав, що у контрольному варіанті процес накопичення плодами продуктів неповного окислення – етилового спирту та ацетальдегіду, проходив у стислі строки. Вже на 40 добу зберігання вміст етилового спирту у них збільшився у 20, ацетальдегіду – у 36,8 разів у порівнянні з первісним значенням, що у 4,8-7,7 і в 2,1-20,1 разів, відповідно, перевищувало їх вміст у плодах дослідних варіантів, у яких через 90 діб зберігання вміст продуктів неповного окислення стає у 3,6-9,0 (етилового спирту)і у 2,6-9,3 (ацетальдегіду) разів більше початкового.
Кращими за даними показниками були варіанти з використанням для іонізації повітря напруги електричного струму 15000 В і експозиції 5 і 10 хвилин. Проведені кореляційний і регресійні аналізи отриманих експериментальних даних підтверджують, що між режимами іонізації повітря, тривалістю зберігання й вмістом продуктів неповного окислення існують залежності, рівняння регресії яких мають вигляд:
у=0,0024х2+0,3382х+4,8625 (напруга струму іонізації 5000 В ) (14)
у=0,0019х2+0,337х+7,0511 ( напруга струму іонізації 10000 В) (15)
у=0,0027х2+0,643х+9,5621 (напруга струму іонізації 15000 В), (16)
де у – вміст етилового спирту мг/%;
х – тривалість зберігання, діб.
у=4Е-0,6х3-0,0006х2+0,053х+0,0932 (напруга струму іонізації 5000В) (17)
у=4Е-0,6х3-0,0006х2+0,0483х+0,2209 (напруга струму іонізації 10000 В) (18)
у=3Е-0,6х3-0,0004х2+0,016х+0,0959 (напруга струму іонізації 15000 В), (19)
де у – вміст ацетальдегіду мг/%;
х – тривалість зберігання, діб.
Найбільші втрати щільності плодів спостерігалися у всіх варіантах дослідів при застосуванні експозиції 20 хвилин. Швидкість зміни цього показника у контрольних зразках значно вища, ніж у дослідних: на 40 добу зберігання опірність проколюванню у плодів контрольного варіанту зменшилась у 2,1 рази. У плодів дослідних варіантів на даному етапі зберігання цей показник практично не змінився. На кінець зберігання (90 доба) він зменшився у 1,2-1,8 рази у порівнянні з початковим значенням. Найкращі результати отримано у дослідах з застосуванням напруги іонізаційного електричного струму коронного розряду напругою 15000 В і тривалістю обробки 5 і 10 хвилин, де втрата плодами щільності складала 13-14%.
Аналіз гістологічних зрізів довів, що при зберіганні плодів черешні поряд із біохімічними змінами виникають зміни в їх клітинній структурі. Як показали результати наших досліджень, процес структурних змін менш за все торкнувся плодів, оброблених повітрям, іонізованим електричним струмом напругою 10000 і 15000 В. Доведено, що застосування електроіонізованого повітря при зберіганні плодів черешні дозволило їх зберегти без істотних порушень в організації клітин, що у значній мірі визначило якість плодів після зберігання.
У четвертому розділі приведений розрахунок економічної ефективності зберігання плодів черешні у ЕІПС, що дозволяє обґрунтувати доцільність їх обробки електроіонізованим повітрям (табл.3). Принцип розрахунку економічної ефективності зберігання плодів полягає в обліку і порівнянні витрат на зберігання продукції та приросту виручки від її реалізації у результаті зміни ціни.
Таблиця 3
Економічна ефективність зберігання плодів черешні у ЕІПС
(2001-2003 р.)
Режим обробки | Втрати при зберіганні,
грн. | Собівартість зберігання, грн./тЕкономічна ефективність, грн./т | Чистий прибуток, грн./т | Рівень рента-бельності,
%
Строк зберігання 90 діб
15000 В; 5 хв. | 126,00 | 5474,53 | 4245,47 | 3945,47 | 72,1
Контроль* | 1260,00 | 6608,53 | -1568,53 | -1851,83 | -23,4
* - дані на 40 добу зберігання
Застосування ЕІПС значно підвищує якість плодів на кінець періоду зберігання, а покращення органолептичних показників та збереження повноцінного запасу біологічно активних речовин, які складають цілющі властивості плодів, збільшують попит на таку продукцію.
Запропонована технологія впроваджена у виробничо-комерційному кооперативі „Холод”.
Матеріали досліджень покладені у основу „Технологічної інструкції із зберігання плодів черешні у електроіонізованому повітряному середовищі”.
ВИСНОВКИ
Результати проведених досліджень по зберіганню плодів черешні дозволяють зробити наступні висновки:
1. Розроблено, випробувано в умовах виробництва і запатентовано пристрої для електронно-іонної обробки плодів на основі електроіонізації повітря в полі коронного розряду, що забезпечують стабільне отримання необхідної концентрації іонів негативної полярності й озону.
2. Запропонований спосіб зберігання плодів черешні дозволив перейти до її тривалого (до 90 діб) зберігання.
3. Визначено режими зберігання плодів свіжої черешні. При зберіганні плодів черешні свіжої в герметично запаяних поліетиленових пакетах масою 1 кг при температурі +10С кращими параметрами іонізуючого електричного струму коронного розряду є: напруга 15000 В, експозиція 5 хв., при яких створюється іонізоване повітряне середовище з оптимальною для даного сорту плодів черешні концентрацією негативних іонів (32,2·105 – 38,4·105 іон/см3) і озону (порядку 2,0 мг/м3). Такі умови дозволили зберегти плоди черешні до трьох місяців з виходом товарної продукції першого ґатунку 97%, проти контролю – 47,4%.
4. Після збирання на поверхні плодів черешні виділені гриби родів Botrytis sp, Alternaria sp, Monilia sp, Trichoderma sp, Aspergilus sp, Mucor sp. Обробка плодів електроіонізованим повітрям будь-якої концентрації зменшувала кількість мікроорганізмів на їхній поверхні.
Встановлено, що чисельність епіфітної мікрофлори на поверхні плодів свіжої черешні при їхньому зберіганні із застосуванням електроіонізованого повітря залежить від величини напруги іонізуючого електричного струму, експозиції обробки, а також від тривалості зберігання.
Отримані теоретичні лінії регресії свідчать про те, що чисельність виявлених мікроепіфітів має тенденцію до збільшення від вихідного рівня з різною швидкістю в залежності від режиму іонізації повітря. Використання напруги електричного струму іонізації 15000 В і експозиції 5 хв. зменшувало загальне мікробіологічне забруднення у 2,2 рази.
5. При доведенні концентрації негативних іонів у середовищі зберігання до меж, що рекомендуються, в 2,25 раз збільшується тривалість зберігання, у 1,7 рази уповільнюються процеси дихання, в 3,21 рази знижується витрата цукрів, практично залишаються без змін органічні кислоти та фенольні сполуки, значно зменшується накопичення у тканинах плодів недоокислених продуктів.
6. Отримані математичні моделі виявлених закономірностей дозволяють з високою точністю прогнозувати вихід плодів першого товарного ґатунку в залежності від режимів іонізації повітря, вміст цукрів, фенольних сполук, антоціанів, етилового спирту та ацетальдегіду в плодах черешні на всіх етапах їх зберігання.
7. Запропонований спосіб зберігання дозволяє зберегти плоди з незначним зниженням їхньої механічної міцності. Якщо опірність плодів проколюванню в контролі вже на сорокову добу зменшилася в 2,1 рази, то на цей момент в плодах інших варіантів цей показник практично не змінився, вони залишалися щільними, без ознак зів'янення. До кінця зберігання опірність проколюванню зменшилася в 1,2 рази в порівнянні з первісною величиною.
8. Аналіз гістологічних зрізів довів, що при зберіганні плодів черешні поряд із біохімічними змінами виникають зміни в їхній клітинній структурі, які менш за все торкнулися плодів, оброблених іонізованим повітрям, що дозволило зберегти їх без істотних порушень в організації клітин і на 60-70 діб відсунути початок деструкційних процесів, що в значній мірі визначило транспортабельність плодів і їх якість після зберігання.
9. Оцінка економічної ефективності показала, що застосування при зберіганні електроіонізованого повітря дозволяє дістати прибуток 3945,47 грн. на 1 т продукції при незначному збільшенні її собівартості і збільшити рівень рентабельності процесу зберігання до 72,1%.
10. З урахуванням результатів досліджень розроблена і затверджена “Технологічна інструкція із зберігання плодів черешні в електроіонізованому повітряному середовищі”.
РЕКОМЕНДАЦІЇ ВИРОБНИЦТВУ
З метою збільшення тривалості зберігання плодів черешні, підвищення виходу продукції першого товарного ґатунку за рахунок зниження втрат від мікробіологічних і фізіологічних захворювань, рекомендується після попереднього охолодження обробляти плоди перед закладенням на зберігання повітрям, іонізованим електричним струмом напругою 15000 В, експозицією 5 хвилин. При цьому пропонується використовувати „Технологічну інструкцію із зберігання плодів черешні у електроіонізованому повітряному середовищі”.
Упровадження запропонованого способу зберігання забезпечує отримання високих прибутків і значно збільшує рівень рентабельності виробництва.
Список опублікованих праць:
1. Иванченко В.И., Степаненко Д.С. Влияние электроионизированной воздушной среды на изменение сахаров при длительном хранении плодов черешни сорта Крупноплодная //Виноградарство и виноделие: Сб. науч. тр. ИВиВ “Магарач”.- Ялта.- 2002.- №1.- С. 36-37. (Здобувачем отримані та оброблені дані впливу іонізованого повітря на динаміку вмісту цукрів у плодах черешні при зберіганні).
2. Иванченко В.И., Степаненко Д.С., Проскурня Т.О. Изменение товарных качеств черешни сорта Крупноплодная при хранении её в электроионизированной воздушной среде // Виноградарство и виноделие: Сб. науч. тр. ИВиВ “Магарач”.- Ялта.- 2003.- Т. ХХХІІІ.- С. 84-86. (Здобувачем отримані та оброблені дані про вплив іонізованого повітря на ураження плодів збудниками мікробіологічних та фізіологічних захворювань плодів черешні при зберіганні).
3. ИванченкоВ.И., Степаненко Д.С. Хранение черешни в электроионизированной воздушной среде // Виноградарство и виноделие: Сб. науч. тр. ИВиВ “Магарач”.- Ялта.- 2003.- С. 123-125. (Здобувачем отримані та оброблені дані про вплив іонізованого повітря на зміну деяких біохімічних показників плодів черешні і ступінь ураження їх збудниками мікробіологічних та фізіологічних захворювань при зберіганні).
4. Іванченко В.Й., Степаненко Д.С. Обґрунтування використання іонізуючого випромінювання для зберігання плодів// Праці /Таврійська держ. агротехнічна академія. - Мелітополь: ТДАТА. - 2001. - Вип.1.-Т.23. -С.68-72. (Здобувачем зібрано та проаналізовано матеріал про використання іонізуючого випромінювання для зберігання плодів).
5. Степаненко Д.С. Зміна товарних якостей плодів черешні сорту Крупноплідна при зберіганні у середовищі електроіонізованого повітря Праці /Таврійська держ. агротехнічна академія. – Мелітополь: ТДАТА. - 2002. - Вип.7.- С.72-76. (Здобувачем отримано експериментальні дані
