metody oceny strat ilościowych bulw ziemniaka podczas obierania

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 530: 343-351
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 Wa (określony jako stosunek długości bulwy do jej grubości). GILEWICZ
[1979] uwaŜa jednak, Ŝe drugim istotnym wskaźnikiem kształtu jest współczynnik
spłaszczenia bulw Wc (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 Wa i Wc 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].
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
METODY OCENY STRAT ILOŚCIOWYCH BULW ...
345
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.
V2
_K = ----- ⋅100%
V1
gdzie:
εK
wypełnienie kuli (%),
V1
objętość bulw ziemniaka przed i po obraniu określoną metodą wideo-komputerową (mm3),
V2
objętość kuli z największego wymiaru bulwy ziemniaka (mm3).
Badania prowadzono w trzech kolejnych latach (2003-2005) o zróŜnicowanych
pod względem klimatycznym warunkach, które przedstawiono w tabeli 1.
Tabela 1; Table 1
Średnie opady, temperatury powietrza oraz współczynniki Sielianinowa
w badanych okresach wegetacji ziemniaków (http://www.imigw.pl)
Average rainfall, temperature and Sielianinow coefficient in the researched
P. Nawara, B. Krzysztofik
346
periods of potato wegetation (http://www.imigw.pl)
Miesiąc; Month
Opady; Rainfall
(mm)
Temperatura
Temperature
(°C)
Współczynnik
Sielianinowa
Coefficient Sielianinow*
2003
2004
2005
2003
2004
2005
2003
2004
2005
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
338
444
346
-
-
-
-
-
-
56,9
64,0
57,7
17,0
18,9
17,6
1,15
1,13
1,08
Średnia; Average
*
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, 0.6-1.0 dry spell, 1.1-2.0 humid, > 2.0 - 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%).
Tabela 2; Table 2
Charakterystyka plonu (% masy)
Characteristics of yield (% weight)
Lata
Years
Kształtne
(ZZN)
Shaped
Zdeformowane (NZN); Misshaped (NZN)
dzieciu-
butelko-
nerko-
zaziele-
uszkodzone
inne
METODY OCENY STRAT ILOŚCIOWYCH BULW ...
347
chowate
childish
wate
bottleshaped
wate
kidneyshaped
nione
greenish
in colour
przez owady
damaged by
insects
other
2003
29,8
1,88
5,06
64,3
0,90
22,6
3,69
2004
64,2
1,23
7,57
6,35
0,58
24,5
10,4
2005
29,9
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
F0
46,2*
2,78
6,46*
108*
3,01
0,28
53,5*
*
v
F0
istotne na poziomie 0,05; significant at 0.05
współczynnik zmienności (%); variability ratio (%)
obliczona wartość statystyki; calculated statistic value
Tabela 3; Table 3
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 (%)
Bulwy
Potato tubers
Przed obieraniem
Before peeling
Kształtne (ZZN); Shaped (ZZN)
Po obieraniu
After peeling
obieranie
mechaniczne
mechnical
peeling
obieranie
ręczne
manual peeling
obieranie
mechaniczne
mechanical
peeling
obieranie
ręczne
manual
peeling
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
F0
0,85
0,77
0,38
0,44
*
F0
istotne na poziomie 0,05; significant at 0.05
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
P. Nawara, B. Krzysztofik
348
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
Kształtne (ZZN); Shaped (ZZN)
Obieranie mechaniczne
Mechanical peeling
Obieranie ręczne
Manual peeling
straty objętości
losses volume
r2/r1
straty objętości
losses volume
r2/r1
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
*
F0
r1
r2
Średnia; Average
10,9
0,86
13,8
0,74
F0
47,9*
0,73
0,25
0,78
istotne na poziomie 0,05; significant at 0.05
obliczona wartość statystyki; calculated statistic value
maksymalny promień przed obieraniem; maximum radius before peeling
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.
METODY OCENY STRAT ILOŚCIOWYCH BULW ...
349
Literatura
BUDYN P. 1995. Pomiar metodą wideo-komputerową parametrów geometrycznych bulw i
typowych zanieczyszczeń plonu ziemniaków. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 426: 29-36.
GILEWICZ K. 1979. Analiza kształtu i wymiarów kłębów ziemniaczanych jako cech
rozdzielczych w procesie sortowania. Roczn. Nauk Rol. Ser. C: 74-1.
BYSZEWSKI W., HAMAN J. 1977. Gleba-maszyna-roślina. PWN Warszawa: 112-118.
MARKS N., DĘBSKI J. 1986. Kształtowanie się uszkodzeń mechanicznych w zaleŜności od
kształtu i strefy obciąŜenia bulw ziemniaka. Zesz. Nauk. AR Kraków 18: 87-95.
NAWARA P., KRZYSZTOFIK B. 2007. Pomiar metodą wideo-komputerową parametrów
geometrycznych bulw ziemniaka. Acta Agroph. 147, 9(2): 443-448.
SKWARSKI B. 1996. Modelowanie kształtu bulw ziemniaka. Zesz. Probl. Nauk Roln. 443:
365-373.
TRENTOWSKI J., WERNER E. 1985. Ziemniak jadalny, w: Biologia ziemniaka. PWN
Warszawa: 255-264.
TYLEK P. 1995. Analiza obrazu komputerowego w określeniu podstawowych wielkości
planimetrycznych nasion. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 426: 183-189.
TYLEK P. 2003. Kształt jako cecha rozdzielcza nasion. InŜynieria Roln. 11(53): 213-222.
http://www.imgw.pl/wl/internet/zz/pogoda/tempsred.html
ZARZYŃSKA K. 1993. ZaleŜność między masą bulw odmian jadalnych a ich wymiarami i
kształtem. Biuletyn Inst. Ziemniaka 43: 57-63.
ZARZYŃSKA K. 1997. Czynniki wpływające na kształt i wielkość bulw ziemniaka. Zie-
mniak 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
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
30-149 KRAKÓW
e-mail: [email protected]