Совершенствование методов электрического и опти­ ческого контроля качества яблок при созревании и хранении

На правах рукописи

РОДИКОВ Сергей Афанасьевич СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО И ОПТИ­ ЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ЯБЛОК ПРИ СОЗРЕВАНИИ И ХРАНЕНИИ Специальность 05.20.02 – электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Мичуpинск-наукоград РФ 2010

Работа выполнена в ГНУ Всероссийский НИИ садоводства им.И.В.Мичурина и ФГОУ ВПО «Мичуринский государственный аграрный университет»

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Гордеев Александр Сергеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Судник Юрий Александрович доктор технических наук, профессор Погонин Василий Александрович член-корреспондент РАСХН, Заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Утков Юрий Андреевич

Ведущая организация: Государственное научное учреждение Всероссийский научно исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии)

Защита диссертации состоится « » 2010 года в 10:00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 220.041.03 при ФГОУ ВПО “Мичуринский государствен­ ный аграрный университет” по адресу: 393760, Тамбовская область, г.Мичуринск, ул.

Интернациональная, д.101, зал заседаний диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО “Мичуринский государ­ ственный аграрный университет”.

Автореферат размещен на сайте http://www.vak.ed.gov.ru/ и разослан « » 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент Н.В.Михеев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В технологии производства и хранения плодов на сего­ дняшний день существуют проблемы, которые до сих пор решены не полностью: опре­ деление 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 фи­ зиологическую 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 доро­ гостоящего оборудования, например при определении этилена в плодах: газожидкостно­ го 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 контроли­ ровать электрические и оптические показатели плодов. По электрическим характеристи­ кам ткани плодов это разработки Н.И. Кожановой, А.С. Гордеева, А.Е. Михалева, по оп­ тическим показателям качества плодов разработки А.С. Гордеева, В.И. Старовойтова, А.М. Башилова и др. Все эти методы рассматривали плод с позиции механического по­ вреждения его поверхности, что достаточно для автоматизированного сортирования.

Анализ существующих методов и устройств определения качества плодов позво­ лил выделить несколько направлений, по которым проводились исследования.

Методы определения качества яблок спектрозональными способами в види­ 1.

мой 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 флу­ 2.

оресценции и измерения спектров излучения флуоресценции (А.М. 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 ис­ 3.

следуемый 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 про­ цесса созревания плодов с применением электрических и оптических методов, опреде­ лению оптимальных сроков съема в саду и с хранения, прогнозу потерь при хранении.

Для того, чтобы решить вопросы, связанные с данными задачами, необходимо усовер­ шенствовать приборы и оборудование, адаптировав их к новым требованиям, а также методы контроля зрелости яблок, основанные на их физических показателях: электриче­ ском сопротивлении ткани, отражении света поверхностью плода, флуоресценции по­ верхности плода. Данные методы позволяют проводить оценку функционального состо­ яния плода неразрушающим способом, получать ответ в реальном масштабе времени для принятия решения о дальнейшем действии по срокам съема плодов, прогнозе забо­ леваний, что позволит контролировать качество плодов, начиная при съеме и далее при хранении.

Выполнение данной работы в частности осуществлялось в соответствии с програм­ мами: постановление Государственного комитета СССР по науке и технологиям № 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 № 7453ф от 6 января 1995 г. Министерства науки и технической поли­ тики РФ о выделении ассигнований из республиканского бюджета на создание автома­ тизированного 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 элек­ трического сопротивления их ткани, отражения света и флуоресценции поверхностью плодов.

Объект исследований. Процесс созревания плодов в саду и при хранении, техно­ логии уборки и закладки на хранение, послеуборочной обработки плодов для повыше­ ния их сохранности.

Предмет исследования. Методы электрического и оптического контроля качества яблок при созревании и хранении, установление взаимосвязи и зависимости между фак­ торами и явлениями, характеризующими качество плодов.

Задачи исследования.

Сопоставить методы оценки зрелости плодов и выявить наиболее эффектив­ 1.

ные 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 последую­ щем их использовании.

Обосновать целесообразность использования физических методов в техноло­ 2.

гии 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, характе­ ризующие зрелость плодов.

Определить структуру основных физических показателей зрелости с целью 3.

использования их для определения оптимальных сроков съема плодов в саду и с хране­ ния, отличающихся тем, что они должны быть достаточно чувствительными к измене­ ниям созревания плодов, что также предполагает их высокую информативность;

опреде­ лить место их использования в технологическом процессе контроля созревания плодов.

Провести экспериментальные исследования методов контроля зрелости 4.

яблок при их созревании в саду и во время закладки на хранение, а также во время хра­ нения для оценки их качества и сроков хранения;

разработать алгоритм использования физических показателей для эффективной оценки степени зрелости плодов.

Определить погрешности методов, характеризующихся как инструменталь­ 5.

ные, 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 каче­ ства плодов.

Исследовать влияние температуры воздуха и солнечного излучения на опти­ 6.

ческие и электрические характеристики плодов. Разработать методы определения опти­ мальных сроков съема плодов для хранения, а так же с хранения с помощью физических показателей таких, как: электрическое сопротивление ткани плодов, коэффициенты флу­ оресценции, отражения поверхности плодов для последующего хранения с минималь­ ными потерями качества.

Разработать методы раннего прогноза величины потерь плодов при хранении 7.

и времени их хранения с целью своевременного принятия решения по их использова­ нию;

разработать принципы построения системы контроля процессами созревания с ис­ пользованием физических показателей зрелости.

Провести производственные испытания методов контроля, дать рекоменда­ 8.

ции к практическому применению системы контроля и оценить ее экономическую эф­ фективность.

Научная новизна работы.

Обоснованы физические методы контроля зрелости яблок, основанные на 1.

использовании отношения коэффициентов отражения поверхности яблок в видимой об­ ласти спектра, отношения электрических сопротивлений ткани яблока при прохождении через них попеременно электрического тока двух частот: 1 и 10 кГц, отношения коэффи­ циентов флуоресценции на двух длинах волн красной области спектра, а также индук­ ции флуоресценции красной области спектра, позволяющие контролировать процесс со­ зревания плодов.

Обоснована целесообразность совместного использования электрических и 2.

оптических свойств ткани плодов для контроля зрелости яблок, которые повышают точность в определении оптимальных сроков съема плодов, снижающие потери при хра­ нении.

3. 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 электросопро­ 4.

тивления ткани и отражения света поверхностью плодов в ходе их созревания, позволя­ ющие повысить точность прогнозирования оптимального срока съема плодов с погреш­ ностью 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 об­ работки плодов защитными препаратами используются в хозяйствах ЗАО «Агрофирма «имени 15 лет Октября», Липецкой области, ЗАО «Агрофирма «Сад-Гигант», Красно­ дарского 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. Раз­ работанные методы позволяют осуществить ранний прогноз загара яблок, сроки съема плодов в саду и с хранения. В научную и производственную практику внедрены следую­ щие 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 осуществле­ ния (патент № 2137103);

Способ определения срока съема плодов яблони с хранения (патент № 2365088).

Апробация. Основные положения и результаты исследований доложены на мето­ дических и научно-технических советах ВНИИ садоводства им.И.В.Мичурина, 1989 2005 гг., на Всесоюзном научно-техническом симпозиуме «Проблемные вопросы авто­ матизации 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 биоло­ гические компоненты агроценозов и их применение в АПК», Москва, 1989 г., Всесоюз­ ной 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 из­ лучения в биологии (БИО-ЭМИ-2000)», Калуга, 3-5 октября 2000, Международной науч­ но-методической конференции «Прогрессивные методы хранения плодов, овощей и зер­ на»: 27-28 апреля 2004 г., Мичуринск, VIII Международной научной экологической кон­ ференции «Актуальные проблемы сохранения устойчивости живых систем», Белгород.

27-29 сентября 2004 г., на научной сессии РАСХН «Роль научного наследия И.В.Мичу­ рина в повышении эффективности отечественного садоводства» (к 150-летию со дня ро­ ждения И.В.Мичурина), 13-16 сентября 2005 г., Мичуринск, научно-практическая кон­ ференция «Научно-практические достижения в садоводстве и овощеводстве и инноваци­ онные пути их развития».

Публикации. Основные положения диссертационной работы отражены в 37 науч­ ных публикациях, монографии (грант РФФИ № 09-08-07005), в том числе 11 – в рецен­ зируемых изданиях, рекомендуемых экспертным советом ВАК, 2 – авторских свидетель­ ства, 4 – патента на изобретения. Общий объем публикаций составляет 27,8 п.л., из ко­ торых 27,4 п.л. принадлежит лично соискателю.

На защиту выносятся следующие основные положения диссертации:

Методология контроля зрелости яблок с использованием физических методов в 1.

технологии уборки плодов в саду и хранения в холодильнике, основанных на принципах целостности ткани яблок во время анализа;

определение оптимальных состояний зрело­ сти для длительного хранения при анализе процесса созревании яблок, при котором по­ казатели зрелости подвержены периодическим изменениям.

Физические методы контроля зрелости яблок, основанные на использовании от­ 2.

ношения коэффициентов отражения поверхности яблок в видимой области спектра, от­ ношения электрических сопротивлений ткани яблока при прохождении через них по­ переменно электрического тока двух частот: 1 и 10 кГц, отношения коэффициентов флу­ оресценции на двух длинах волн красной области спектра, а также индукции флуорес­ ценции красной области спектра, позволяющие контролировать процесс созревания пло­ дов.

Методика учета периодических процессов в изменении электросопротивления 3.

ткани плодов и отражения света поверхностью плодов в ходе их созревания, позволяю­ щая их прогнозировать при определении оптимальности сроков съема плодов, а также повышать точность в их определении.

Принципы построения технологического процесса, в котором предусмотрена 4.

система контроля, обеспечивающая эффективность ее применения при съеме плодов в саду и при их хранении.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, библиографического списка, включающего 279 наименований, и приложе­ ний, включающих 42 таблицы на 22 страницах. Основной текст изложен на 328 листах машинописного текста, содержит 152 рисунка, 32 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложена актуальность работы, сформулированы научная проблема, цель и объект исследования, научная новизна и основные положения, выносимые на за­ щиту. Предложена методология контроля зрелости яблок с использованием физических методов в технологии уборки плодов в саду и хранения в холодильнике, основанных на экспресс-анализе качества яблок;

сформулированы принципы определения оптималь­ ных состояний зрелости плодов для длительного их хранения, при котором показатели зрелости подвержены периодическим изменениям, что делает важным их контроль при принятии решения об оптимальности.

В первой главе дана общая характеристика процесса созревания и хранения яблок, определены показатели качества яблок при созревании и хранении, показаны физиче­ ские методы контроля качества при созревании и хранении яблок, а именно: контроль качества яблок по полному электрическому сопротивлению их ткани, контроль качества яблок по спектрам отражения их поверхности, контроль качества яблок по флуоресцен­ ции их поверхности.

Под контролем качества плодов понимают действия, осуществляемые при оценке их зрелости физическими методами и при отклонении ее от оптимального значения, компенсация с помощью защитных препаратов недостаточности зрелости и последствий с этим связанных, а также прогноз качества плодов во время хранения в зависимости от исходного состояния их зрелости, которое может быть следующим: недозрелость, съем­ ная зрелость, потребительская зрелость, перезревание.

Анализ качества плодов проводится за некоторый период до их съема с дерева, когда уже начинается процесс созревания, невидимый глазу (рис. 1). В этот момент на­ рабатывается статистический материал для последующей оценки степени зрелости пло­ дов и принимаются решения о предварительных сроках их съема. Оптимальность сро­ ков съема определяется по комплексу физических показателей, которыми характеризу­ ется зрелость плодов.

Анализ физических показателей плодов Определение сроков Определение сроков съема плодов съема плодов Послеуборо Созревание Съем Транспорти Хранение Реализация чная плодов плодов ровка плодов плодов обработка Метеоролог Обработк Метеорологиче Организац Сорти ические Режим Хране а плодов ские условия, ия уборки, условия, ровка, Транс для ы ние у агротехнически качество организаци порти хранен потреб лучшей я уборки, е приемы транспорт ровка Упако качество повышения ировки сохранно ия ителя вка уборки качества плодов плодов сти плодов … … t1 t2 t3 tn Т О С У Т Созревание … Съем плодов … Хранение … Потребление … Рис. 1. Схема технологического процесса производства и хранения плодов.

Учитывая, что период съема плодов продолжается несколько дней, а уборка созна­ тельно начинается раньше того времени, когда плоды достигнут съемной зрелости, для плодов раннего срока съема принимается решение о дополнительной послеуборочной обработке защитными препаратами или ингибиторами созревания для предохранения плодов во время хранения от физиологических расстройств.

Зрелость плодов определяется в частности состоянием клеток ткани плода. Разме­ ры клеток, прочность мембран, их проницаемость для ионов, наличие межклеточного пространства, заполненного воздухом влияет на электрическое сопротивление (ЭС) тка­ ни. Переменный ток может проходить через мембраны как через ёмкости, обладающие реактивным сопротивлением. Ток низких частот идёт в основном по клеточным стен­ кам, так как активное сопротивление мембран протопластов больше, чем сопротивление клеточных стенок. При повреждении клеток электрическое сопротивление стенок уменьшается в результате увеличения в них концентрации ионов, так как увеличивается проницаемость мембран (Fensom D. S., Hayden R. J. и др.). Известно также, что при про­ хождении через ткани яблока переменного тока, мембраны клеток служат ёмкостями, влияние которых увеличивается с увеличением частоты. Также ЭС зависит от количе­ ства содержащихся в их порах раствора и концентрации в нём ионов.

В дополнение к мембранной теории, Вагнером разработана теория поляризации ди­ электриков, в основу которой положена гипотеза Максвелла о слоистой структуре ди­ электриков. В этом случае живая клетка рассматривается как гетерогенная система, со­ стоящая из слоев с различной проводимостью и поляризация может быть во всем объеме клетки. Клетка представляется как система, состоящая из нескольких слоев с разной электрической проводимостью. При внешнем электрическом поле на границе раздела слоев диэлектрика начинает накапливаться заряд, что в свою очередь вызывает изменение поля и токов в слоях. Поляризация достигает максимума при выравнивании токов в слоях.

Учитывая, что измерения происходят при переменном токе, следует рассмотреть влияние температуры на механизм поляризации. Под действием внешнего электриче­ ского поля в соответствии с проницаемостью мембран на внутренней и наружной сторо­ не ее индуцируются ионы противоположного знака. При этом получается конденсатор, в котором мембрана является диэлектриком. Внутри клетки образуется поляризационное поле, противодействующее внешнему полю и в результате компенсации внешнего поля при достижении максимальной поляризации движение ионов прекращается. Полное электрическое сопротивление определяется емкостью мембраны, а также мембранной и внутриклеточной электропроводностью.

Молекула при воздействии электрического поля приобретает электрический мо­ мент и становится упругим диполем. При наличии в клетке дипольных молекул послед­ ние располагаются в направлении силовых линий. Ориентационная поляризация моле­ кул в результате их поворота в электрическом поле определяется временем релаксации (рис. 2), зависящим от величины полярного момента, вязкости среды и температуры.

Для проведения измерений электрического сопротивления яблоки снимают с дере­ ва за час-два до начала измерений в одно и то же время суток. Для проведения темпера­ турной коррекции электрического сопротивления измеряют температуру воздуха (пло­ да) в помещении, где проводятся измерения.

При измерениях электроды датчика поочередно вводят в ткань солнечной и тене­ вой сторон яблока на глубину 5 мм. Расстояние между электродами 5 мм.

Известно, что качество плодов по мере роста, развития и созревания достигает определенного функционального состояния, после которого начинается спад, старение и разрушение тканей.

I I Б А f f Рис. 2. Схема влияния частоты внешнего переменного напряжения на величину тока, проходящего через ткань плода. А – время релаксации диполей меньше частоты внешнего элек­ трического поля;

Б – время релаксации диполей равно частоте внешнего электрического поля. 1 – электрический ток, создаваемый внешним электромагнитным полем, 2 – электрический ток, проходящий через диполи.

Известно, что большая часть видимого света, поглощённого фотосинтетическими пигментами, хлорофиллами и каротиноидами, используется в фотосинтезе для фотохи­ мического преобразования. Небольшая часть абсорбированного света переиспускается в виде тепла или как красная флуоресценция хлорофилла, характеризующаяся двумя мак­ симумами в области 685 и 735 нм при воздействии синего света с длиной волны 470 нм.

Облучение поверхности яблока светом с длиной волны 470 нм во времени также приво­ дит к индукции флуоресценции на длине волны 685 нм и ее изменениям Iхл =(Fm-Fs)/Fs.

Отношение Fхл=F685/F735 используется в качестве указателя содержания хлорофилла, а по­ казатель Iхл =(Fm-Fs)/Fs – изменения фотосинтетической активности, где Iхл изменение флуоресценции от времени при действии возбуждающего излучения.

В основу контроля качества плодов положена концепция использования неразру­ шающего метода при контроле функционального состояния плодов, к которому отно­ сятся методы, использующие оптические, электрические (условно неразрушающие) и другие методы, при которых не происходит разрушения ткани объекта и, таким образом, появляется возможность отслеживать в них ход физиологических процессов. Показате­ ли, полученные с помощью данных методов, являются интегральными, т.е. учитывают влияние, в частности, метеорологических и агротехнических факторов. Возможность прогнозировать изменение зрелости плодов во время хранении позволяет управлять ка­ чеством плодов. Кроме того, для корректировки качества плодов применяются различ­ ные способы их обработки химическими веществами. Необходимость обработки и кон­ центрация препаратов определяются состоянием зрелости плодов: при меньшей зрело­ сти увеличивается доза корректирующего воздействия.

Наиболее существенными факторами, влияющими на изучаемый объект, являются метеорологические условия: температура, освещенность, водообеспеченность, мине­ ральное питание. На качество хранения яблок влияют следующие факторы: время отры­ ва плода от дерева, предыдущая история воздействия на яблоки метеорологических условий, температура и влажность в помещении, где содержатся плоды.

Учитывая, что внешнее воздействие на процесс созревания является периодиче­ ским (температура, освещение), предположено, что и функциональное состояние плодов оцениваемое по физическим показателям, также будет подвержено периодическим про­ цессам. Таким образом, рассмотрены ряд способов и устройств, принцип использования которых позволяет анализировать их с одной стороны как неразрушающие, с другой стороны предполагающие качество и в том числе зрелость плодов с позиции их функци­ онального состояния.

Использование физических показателей при оценке зрелости плодов позволит точ­ но определить оптимальные сроки съема плодов в саду и с хранения, в результате чего увеличится выход с хранения качественных плодов.

В результате анализа состояния существующих разработок в области контроля ка­ чества яблок, показана недостаточность проработки физических методов контроля в технологическом процессе выращивания, уборки и хранения плодов. В настоящей рабо­ те предлагается разработать научно-методические основы контроля качества яблок в процессе созревания и закладки на хранение на базе электрического сопротивления их ткани, отражения света и флуоресценции поверхностью плодов. Для чего необходимо:

1. Сопоставить методы оценки зрелости плодов и выявить наиболее эффектив­ ные 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 последую­ щем их использовании.

2. Определить структуру основных физических показателей зрелости с целью их использования для определения оптимальных сроков съема плодов в саду и с хране­ ния, отличающихся тем, что они должны быть достаточно чувствительными к измене­ ниям созревания плодов, что также предполагает их высокую информативность;

опреде­ лить место их использования в технологическом процессе контроля созревания плодов.

3. Определить погрешности методов, характеризующихся как инструменталь­ ные, так и методические, связанных с неоднородностью плодов по зрелости;

разрабо­ тать методы, позволяющие снизить погрешность от неоднородности плодов;

оценить точность взаимосвязи физических показателей с физиологическими показателями каче­ ства плодов.

4. Исследовать влияние температуры воздуха и солнечного излучения на опти­ ческие и электрические характеристики плодов. Разработать методы определения опти­ мальных сроков съема плодов для хранения, а также с хранения с помощью физических показателей, таких как: электрическое сопротивление ткани плодов, коэффициенты флу­ оресценции, отражения поверхности плодов для последующего хранения с минималь­ ными потерями качества.

5. Разработать методы раннего прогноза величины потерь плодов при хранении и времени их хранения с целью своевременного принятия решения по их использова­ нию;

разработать принципы построения системы контроля процессами созревания с ис­ пользованием физических показателей зрелости.

Во второй главе рассмотрены теоретические основы контроля качества плодов на основе их физических характеристик на стадии съема в саду, описаны методология и методы контроля качеством плодов. В основу методологии положено представление о связи процесса созревания плодов и их физических характеристик, что дает возмож­ ность по изменению физических показателей судить о зрелости плодов. Контроль зрело­ сти яблок осуществляется по коэффициенту отражения и полному электрическому со­ противлению. В качестве внешнего воздействия внешних условий показано влияние солнечного излучения на оптические характеристики поверхности плода, температуры воздуха на полное электрическое сопротивление ткани плода, выявлены периодические процессы показателей качества. Контроль зрелости яблок происходит на стадиях роста, съема и хранения плодов.

Процесс производства плодов, съем с дерева и их хранение есть контролируемый процесс. Необходимо рассматривать каждый этап в процессе обеспечения качества, т.к.

оптимальные условия каждого этапа создадут, в конечном счете, высокое качество пло­ дов. В процессе контроля различные параметры, определяющие качество плодов, срав­ ниваются с оптимальными для данного сорта.

Информация о несоответствии уровня качества оптимальным (сигнал рассогласо­ вания) поступает в базу данных (контролируемый элемент) и с помощью обрабатываю­ щего устройства (ЭВМ) данные анализируются, и принимается решение о съеме или продолжении роста плодов до той поры, пока отклонения не станут минимальными, т.е.

параметры, определяющие качество плодов, приблизятся к оптимальным.

Контроль качества плодов предполагает прежде всего их оценку по выбранному критерию, по которому определяют насколько в данной партии плодов низкого, опти­ мального или высокого для данных условий качества.

Необходимо определить оптимальные значения физических показателей (это будет оптимальная модель) на которые влияют внешние параметры (температура, осадки, сол­ нечное излучение), а отклонение этих параметров рассматривать как внешние воздей­ ствия, формирующие сигнал рассогласования в физических показателях. Сигнал рассо­ гласования в значениях физических показателей влияет на срок съема плодов, сроки их хранения.

С помощью уменьшения сигнала рассогласования корректируются сроки съема.

Возможно появление некоторой составляющей, возникающей ввиду влияния на объект неучитываемых факторов, влияние которых трудно установить, что также должно учи­ тываться при определении последующего качества либо его прогнозирования. В каче­ стве физических показателей качества могут быть представлены электрическое сопро­ тивление ткани плода, коэффициенты отражения поверхности плода, коэффициенты флуоресценции поверхности плода как вместе, так и по отдельности.

Оптимальную модель процесса формирования качества плодов при выращивании представим в виде функций:

К1 f T опт, Оопт, СЭопт, соб, К 2 f T опт, Оопт, СЭопт, соб, К 3 f Tопт, Оопт, СЭопт, соб, где К1 – показатель качества по отношению электрического сопротивления ткани пло­ да;

К2 – показатель качества по отношению коэффициентов отражения поверхности плода;

К3 – показатель качества по отношению коэффициентов флуоресценции поверхно­ сти плода;

Топт – оптимальная сумма активных температур воздуха вегетационного периода, равная среднегодовому значению за вегетационный период;

Оопт – оптимальная сумма осадков вегетационного периода, равная среднегодовому значению за вегетационный период;

СЭопт – оптимальная сумма солнечной энергии вегетационного периода, равная среднегодовому значению за вегетационный период;

соб – неучтенные физиологические процессы плода, влияющие на показатели каче­ ства.

Плоды исследуют с солнечной и теневой стороны дерева, с солнечной и теневой стороны плода, для чего плоды выбирают с заведомо выраженной солнечной и теневой стороной. В день измерения, плоды снимают с дерева и в кратчайшие сроки проводят измерения. Яблоко прикладывают поверхностью к измерительной площадке и для ис­ ключения попадания в сферу постороннего света накрывают светонепроницаемым кол­ паком.

Энергия поступает к плодам в виде солнечной радиации и потока теплоты от окру­ жающей среды. Поступившая энергия рассеивается тремя путями: излучением, конвек­ цией содержащегося тепла и расходованием скрытой теплоты при транспирации.

Отсюда энергетический баланс яблока складывается следующим образом:

QS QV QDL QR QI QV QE QF, где, QS – общая солнечная радиация, Дж;

QV – теплообмен с окружающей средой путем адвекции, Дж;

QDL – длинноволновая радиация из внешней среды, Дж;

QR – отражаемая плодами радиация, Дж;

QI – радиация, излучаемая плодами, Дж;

QV – теплообмен с окружающей средой путем конвекции, Дж;

QE – скрытая теплота, теряемая при транспирации, Дж;

QF – энергия, используемая на метаболические процессы, в основном на фотосинтез, Дж.

Формула кинетики нагрева яблока, на которое падает поток света, выглядит следу­ ющим образом:

Q t S k 1 e mc T, T (6.2.2) S Тябл – температура поверхности яблока, оС;

где k – корректирующий коэффициент теплоотдачи и потока радиации, дости­ гающей поверхности яблока, отн.ед.;

m – масса яблока, кг;

с – удельная теплоемкость яблока (воды), 4,19 кДж/(кг К);

– коэффициент теплоотдачи, 5.6+4v Вт/(м2 К);

S – площадь половины яблока, м2;

t – время действия светового потока, ч.

Твозд – температура воздушной среды, оС;

Поток тепла от солнца к яблоку составляет от 540 до 1000 Вт/м2 (Д. Гайнике) и ме­ няется в зависимости от времени суток. Скорость ветра в саду принята равной v = 1 м/с.

Масса плода, исходя из среднего диаметра яблок 0,075 м, составляет 0,14 кг.

Установлено, что основной теплообмен происходит через теплоотдачу между ябло­ ком и окружающей средой:

QV S t T T, – коэффициент теплоотдачи, 5,6+4v Вт/(м2 К);

где S – площадь поверхности, через которую происходит теплоотдача, м2;

t – продолжительность процесса теплоотдачи, с;

Tябл – температура поверхности яблока, оС;

Tвозд – температура окружающей среды (воздуха), оС.

На рис. 3 приведена зависимость нагрева яблока от температуры воздуха, как с сол­ нечной стороны яблока, так и внутри кроны. В отдельных случаях при переменной об­ лачности солнечное излучение может вызывать перепады температуры ткани плода.

При высокой интенсивности света в полуденные часы происходит ингибирование фото­ синтеза.

Солнечная и теневая стороны яблока испытывают воздействие солнечного излуче­ ния, причем на солнечную сторону воздействуют как прямые солнечные лучи, так и рас­ сеянные, на теневую сторону яблока только рассеянные.

Анализ температуры воздуха и динамики разрушения хлорофиллов показывает, что на созревание плодов влияет весь вегетационный период. Увеличение продолжи­ тельности воздействия температуры приводит к снижению отношения коэффициентов отражения R750/R700 поверхности яблок (рис. 4). По физическим показателям при прове­ дении измерений в течение нескольких дней определяется динамика созревания по фи­ зическим показателям и находятся оптимальные сроки съема. При хранении плоды это­ го срока съема будут обладать наилучшими органолептическими свойствами самое про­ должительное время из всех других сроков съема. Во время хранения температурные ре­ жимы влияют на сохранность, что влияет на оптические и электрические характеристи­ ки ткани яблок.

45 1. y = 0.0309x - 0.4147x + 21.149 Температура яблока, оС 1. R2 = 0. R2 = 0. 35 1. R750/R700, отн.ед.

30 1. R2 = 0. 25 1. R2 = 0. 1. 20 y = 0.0216x - 0.1398x + 15. R2 = 0.97 R2 = 0. 1. 2 5 R = 0. 1. 2000 2100 2200 2300 2400 2500 2600 2700 10 15 20 25 30 35 Сумма активных температур, о С Температура воздуха, оС Рис. 3. Зависимости нагрева яблока от Рис. 4. Зависимости отношения коэффи­ температуры воздуха. 1 – солнечной стороны циентов отражения R750/R700 поверхности яблока, 2 – теневой. яблока от температуры воздуха вегетаци­ онного периода по годам: 1 – 5 – 2003-07 гг.

В качестве рабочих гипотез для определения зрелости плодов выдвинуты следую­ щие:

1. Оптимальные сроки съема плодов можно определять по величине отношения электросопротивлений r1/r10, где высокий уровень отношения показывает более высокий потенциал плодов по функциональному состоянию для хранения.

2. Снижение отношения коэффициентов отражения R750/R700 в кожице плодов до определенного уровня показывает оптимальность срока съема для хранения, при кото­ ром плоды меньше всего будут поражаться физиологическими расстройствами.

3. Изменение показателей по электросопротивлению и отношению коэффициентов отражения R750/R700 сопровождается определенными периодами, влияющими на качество плодов и определяющими оптимальность сроков съема плодов, и зависящими от того, на какой стороне яблока проводятся измерения: солнечной или теневой.

4. Снижение отношения коэффициентов отражения R750/R700 в кожице плодов до определенного уровня при хранении показывает время окончания хранения.

5. Снижение отношения коэффициентов флуоресценции F685/F735, индукции флуо­ ресценции Iхл =(Fm-Fs)/Fs до минимального значения показывает оптимальность срока съема для хранения.

Изменение отношения коэффициентов отражения R750/R700 в плодах происходит по нелинейному закону, представленному на рис. 5. Плавное снижение содержания отно­ шения коэффициентов отражения R750/R700 до определенного уровня, например: 10%, по­ кажет оптимальный срок съема. Имеются две критические точки t1 и t2. Также контроли­ руется изменение электрического сопротивления (рис. 6).

Установлены многоэкстремальные периодические процессы, отражаемые физиче­ скими показателями во время созревания плодов. Данные процессы характерны для всех физических показателей. Так при изменении электрического сопротивления ткани пло­ дов наблюдаются аналогичные периодические процессы. Установлено, что при дости­ жении максимумов электрического сопротивления плоды имеют оптимальную степень зрелости, причем t2 t1, где t2 – наиболее оптимальный срок съема. В течение двух не­ дель до предполагаемого съема проводится измерение отношения коэффициентов отра­ жения R750/R700 поверхности плодов.

Снижение уровня отношения коэффициентов отражения R750/R700 до минимума на теневой стороне, примерно до 5-10% относительно солнечной стороны, может характе­ ризовать оптимальный срок съема. По распределению значений хлорофилла в кожице яблок определяют количество яблок, склонных к поражению загаром и его интенсив­ ность.

Б Б R750 /R700, отн.ед.

r 1 /r 10, отн.ед.

А А Б Б t t1 t t 0 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 Вре мя, дни Вре мя, дни Рис. 5. Изменение отношения коэффици­ Рис. 6. Изменение электрического сопро­ ентов отражения R750/R700 поверхности тивления ткани плодов при их осеннем плодов при их осеннем созревании. созревании.

Плод, находясь на дереве, подвергается многочисленным воздействиям внешней среды и к моменту уборки достигает определенного физиологического состояния. Тор­ можение полного созревания под действием низких температур начинается с этого мо­ мента. 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 созре­ вание в холодильной камере может быть неодинаковым.

Контроль качества плодов происходит каждый день при их созревании. Во время хранения отношение коэффициентов отражения R750/R700 изменяется по определенной зависимости, которая в основном нелинейна и асимптотически достигает минимального уровня. И это может служить окончанием сроков хранения. Изменение температуры мо­ жет привести к уменьшению срока хранения.

Анализ показал, что в основном используются два метода: измерение оптических и электрических характеристик ткани плодов. Причем оптические методы подразделяют­ ся на два основных: измерение коэффициентов отражения и флуоресценции. Анализи­ руя зрелость плодов по двум показателям: электросопротивлению ткани плодов и отра­ жению их поверхности, следует отметить, что по каждому показателю можно опреде­ лить оптимальную степень зрелости. По электросопротивлению – это будет максимум отношений коэффициентов электросопротивления, по отражению – минимум отноше­ ния коэффициентов отражения.

Преимуществом разработки и использования приборов экспресс-анализа является то, что для их реализации используются неразрушающие методы, позволяющие в реаль­ ном масштабе времени оценить качество плодов и своевременно принять решение по управлению процессом уборки.

В третьей главе определены показатели объектов исследования, приборы и обору­ дование, изложено планирование экспериментов, а также методики анализа качества плодов во время хранения и измерения физических показателей.

Объектом исследования являлись плоды Антоновки обыкновенной, снятые в раз­ ное время в саду. В период созревания плодов в саду измерения проводились через 5- дней, а при достижении предполагаемого оптимального срока съема - ежедневно. Для анализа использовались плоды двух вариантов: солнечная сторона плода, теневая сторо­ на плода солнечной стороны дерева. Измерения проводились не позднее 30 минут после съема. Отражение регистрировали при разрешающей способности не более 0,3 нм на двухлучевом спектрофотометре Specord м40 с использованием фотометрического шара с внутренним диаметром 110 мм (рис. 6) или с помощью приставки к спектрофотометру СФ-26 (рис. 7) на длинах волн: 485, 678, 700, 750 нм.

А Б Рис. 7. Схема (А) фотометрической сферы (Б) для измерения коэффициентов отра­ жения поверхности плода.

1 – сферическое зеркало, 2 – луч потока сравнения, 3 - плоское оборотное зеркало, 4 - измерительная пло­ щадка, 5 – сферическое зеркало, 6 – луч образцового потока, 7 – плоское оборотное зеркало, 8 – измерительная площадка для проб сравнения, 9 - фотоумножитель, 10 – ловушка для устранения блеска.

А Б Рис. 8. Схема (А) приставки (Б) к спектрофотометру СФ-26 для измерения коэффи­ циентов отражения поверхности яблок.

1 – световод, 2 – общий конец световода, 3 – бленда, 4 – объект измерения (яблоко), 5 – приёмный отводок световода, 6 – щель спектрофотометра СФ-26, 7 – выходной отводок световода, 8 – фотоэлемент СФ-26, 9 – при­ способление для крепления общего конца световода, 10 – прижимное устройство объекта измерения, 11 – фикси­ рующее устройство приёмного отводка световода, 12 - фиксирующее устройство выходного отводка световода, – кюветное отделение СФ-26.

В качестве эталона 100% отражения использовали сульфат бария. Плоды исследо­ вались с солнечной и теневой сторон дерева, с солнечной и теневой сторон плода, для чего плоды выбирались с заведомо выраженной солнечной и теневой сторонами. После измерений рассчитывают два показателя отношения коэффициентов отражения: R750/ R700, (R485-R678)/R750.

При измерениях флуоресценции использовали блок монохроматоров с дифракци­ онной решеткой спектрофлуориметра JY 3 CS, в качестве источника света применялась ксеноновая лампа и фотоумножитель R928S для регистрации флуоресценции (рис. 9).

Флуоресценцию возбуждали светом с длиной волны 470 нм, излучение регистрировали после 650 нм.

С целью разработки прибора по измерению коэффициентов флуоресценции поверх­ ности плодов разработана приставка на основе (рис. 10).

А Рис. 9. Фото спектрофлуориметра с при­ Рис. 10. Фото приставки для измерения ставкой (А) для измерения флуоресцен­ флуоресценции поверхности яблок.

ции поверхности яблок.

Для исследования электрических свойств яблок использовался широкополосный синфазный мост переменного тока, генератор синусоидальных сигналов ГЗ-7А, осцил­ лограф С1-48Б, датчик с посеребренными электродами (рис. 11), а также мост универ­ сальный Е7-4 (рис. 12). Электроды датчика погружались в исследуемый объект, и на ча­ стотах 1, 5, 10, 50, 100, 200, 250 кГц определялись сопротивление и ёмкость соответ­ ствующих плеч моста по минимальному сигналу осциллографа, служащего индикато­ ром балансировки моста.

R2 R R1-я С1-я С1 R1 R4 С О Г Рис. 11. Схема моста для измерения элек­ Рис. 12. Фото моста универсального, гене­ трического сопротивления ткани яблока. ратора сигналов и контрольной аппарату­ R2, R3, R4 –сопротивления плеч моста, R1-я – сопротив­ ры для измерения полного электрическо­ ление яблока, С4 – емкость плеча моста, С1-я – емкость го сопротивления ткани яблока яблока, С1, R1 - подстроечные емкость и сопротивле­ ние для начального уравновешивания моста, О – ос­ циллограф, Г – генератор.

Отклонение среднего значения при количестве измерений от 4 до 10 максимально на длинах волн в диапазоне 500–700 нм, до 2% и минимально при длинах волн 500 и нм, от 0,6 до 1,1%. Установлено, что количество измерений можно ограничить 10-15, при которых погрешность минимизируется. Для того, чтобы коэффициент детермина­ ции был не менее 0,7, нужно, чтобы опыты продолжались в сезон не менее 15 дней. Ко­ личество опытов в сезоне не менее 10. В каждом опыте не менее 10 измерений.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований опти­ ческих характеристик плодов на стадии созревания, хранения, а также при воздействии внешних условий, исследованы методы созревания плодов на основе измерения элек­ трического сопротивления их ткани.

На рис. 13 показаны спектры солнечной и теневой сторон яблока. Видно, что на те­ невой стороне яблока происходит интенсив­ ное поглощение в красной области спектра с максимумом 678 нм. На солнечной сторо­ не яблока, подвергавшейся интенсивному Отражение, % солнечному облучению, вследствие разру­ шения хлорофилла, поглощения в данной области практически не наблюдается.

Рис. 13. Спектр отражения в видимой области спектра поверхности яблока. 1 – сол­ 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 нечная сторона яблока, 2 – теневая.

Длина волны, нм Для разработки метода измерения коэффициентов отражения поверхности яблока, а также, для того чтобы определить неоднородность поверхности яблока по коэффици­ енту отражения, были проведены измерения по периметру яблока поперечного макси­ мального диаметра. Измерения проводились на пяти длинах волн: 485, 550, 678, 700 и 750 нм. На рис. 14 показана схема воздействия на плоды яблони солнечного излучения.

Установлено, что коэффициенты отражения поверхности, которая имеет желтую окрас­ ку на длинах волн 678 и 700 нм имеют большее значение, что характеризуется большим разрушением хлорофилла, а это свойственно солнечной стороне яблока.

Таким образом, в целях снижения разброса значений ко­ эффициента отражения, целесообразно учитывать зоны по­ 4 верхности, которые подвергаются оценке. Исходя из рисунка, 1 таковыми являются с одной стороны поверхность яблока, об­ лученная солнцем, с другой – диаметрально противоположная – теневая сторона яблока.

Рис. 14. Схема воздействия на плоды яблони солнечного излучения. 1 – солнечная сторона дерева, солнечная сторона яблока, 2 – сол­ нечная сторона дерева, теневая сторона яблока, 3 – теневая сторона дерева, теневая сторона яблока, 4 – теневая сторона дерева, солнечная сторона яблока.

Установлено, что дисперсия коэффициента отражения различна в зависимости от стороны яблока и от длины волны. Так на длинах волн 400-420 нм дисперсия более зна­ чительна, чем на теневой, вследствие большей разнородности яблок, так как степень об­ лученности яблок солнцем различна. В то же время яблоки по коэффициенту отражения на длине волны 678 нм более однородны по солнечной стороне, чем по теневой. Также на длинах волн 550, 700 и 750 нм точность опыта более высокая, чем на длинах волн и 678 нм.

Если измерения проводить в случайном порядке не выделяя группы измерений по солнечной и теневой сторонам, то получим другие значения среднего, которые будут на­ ходиться в диапазоне значений средних, если бы было проведено предварительное раз­ деление плодов на группы с солнечной и теневой сторонами. При измерении показателя зрелости R750/R700 поверхности яблок как с разделением на солнечную и теневую сторо­ ны в 4 случаях из 19 доверительные вероятности средних показателя зрелости R750/R солнечной и теневой сторон яблок пересекаются. Это показывает то, что нужно тща­ тельней подходить к отбору яблок по солнечной стороне.

Разделение необходимо для того, чтобы исключить в отдельных случаях влияние тех или иных факторов, например: солнечной радиации. Таким образом, для того чтобы повысить точность измерения коэффициента отражения необходимо проводить измере­ ния с учетом стороны яблока, подразделяя их на солнечную и теневую стороны. Метод разделения яблок при измерении величин отношения коэффициента отражения солнеч­ ной и теневой сторон яблок с предварительным их отбором дает большую точность (по доверительному интервалу), особенно по теневой стороне, чем со случайным располо­ жением при измерении. Величина доверительного интервала среднего уменьшается при измерениях на теневой стороне яблок с предварительным их отбором от 2,1 до 3,7 раз по сравнению со случайным расположением при измерении.

Точность при данных методах измерения и рассчитанном количестве повторностей не превышает 5%. Установлено, что изменение стандартного отклонения коэффициента отражения в спектральном диапазоне от 350 до 750 нм имеет минимальное стандартное отклонение в диапазонах спектра 430-500 нм и 700-750 нм.

Установлено, что предварительное разделение яблока на стороны дает распределе­ ние значений, характерное для каждой стороны, причем распределение значений коэф­ фициента отражения, полученных на теневой стороне, имеет меньший разброс. Если солнечная сторона четко выражена, то значения имеют небольшой разброс в распреде­ лении значений и величины значений будут меньше, чем величины значений теневой стороны.

Отражение кожицы и ткани отличается на солнечной и теневой сторонах на длине волны 750 нм. Теневая кожица пропускает 43,1, 49,6, 53,1% на длинах волн 555, 700, нм соответственно, а солнечная 35,8, 48,5, 47,2%, т.е. теневая кожица пропускает и поглощает больше света вследствие того, что она тоньше и в ней находится больше хло­ рофилла. При большей глубине свет с теневой стороны имеет большую возможность от­ разиться от клеток на глубине ткани и высветиться обратно с поверхности яблока. Отра­ жение света (за исключением поглощенного пигментами и растраченным на тепло) со­ ставляет то диффузное отражение поверхности плода, которое происходит как от по­ верхности, так и с различных глубин ткани яблока. Установлено, что свет проникает в ткань яблока в основном (95%) на глубину 5-7 мм.

На солнечной стороне дерева солнечная сторона яблока имела отражение на 3% меньше, чем теневая. Это может быть связано с большей степенью зрелости, от уровня накопления восков на поверхности яблок и более плотной структуры ткани. Предпола­ гается также, что отражение лучистой энергии в области 725 нм осуществляется только структурными элементами ткани, и наличие пигментов в них не изменяет величины ко­ эффициента отражения. На рис. 15 и 16 представлены спектры отражения кожицы с тка­ нью разной толщины солнечной и теневой сторон плода сорта Антоновка обыкновен­ ная. Из рис. 16 и данных, полученных на тканях, отдельно от кожицы (на рисунке не по­ казаны), следует, что хлорофилл находится не только в кожице яблока (в большей степе­ ни), но и в ткани.

В области спектров, характерных для каротиноидов, поглощение от времени увели­ чивалось, солнечная сторона яблока адсорбировала в среднем на 5% больше, чем тене­ вая, что, по-видимому, связано с большим содержанием каротиноидов. Отражение света в области спектра поглощения хлорофиллов несколько снизилось и стабилизировалось на уровне 55 % в варианте солнечная сторона яблока и дерева. Отражение теневой сто­ роны яблока достигло несколько меньшей величины (около 50 %) уже во время хране­ ния, тогда как плоды более позднего срока съёма достигли такой же величины ещё в саду.

80 70 Отражение, % Отражение, % 3 40 30 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 Длина волны, нм Длина волны, нм Рис. 15. Спектры отражения кожицы с тка­ Рис. 16. Спектры отражения кожицы с тка­ нью солнечной стороны плода сорта Анто­ нью теневой стороны плода сорта Антоновка новка обыкновенная, дата съема 20 сентября обыкновенная, дата съема 20 сентября 2004 г., дата анализа 28 января 2005 г. г., дата анализа 28 января 2005 г.

1 – кожица 0.3 мм, 2 – кожица с тканью 1.2 мм, 3 - ко­ 1 – кожица 0.25 мм, 2 – кожица с тканью 1.1 мм, 3 - ко­ жица с тканью 3.5 мм, 4 - кожица с тканью 7.3 мм, 5 - жица с тканью 2.2 мм, 4 - кожица с тканью 4.3 мм, 5 кожица с тканью 18 мм. кожица с тканью 7 мм.

Образцы кожицы с тканью толщиной до 20 мм на длине волны 750 нм на теневой стороне яблока и на солнечной пропускают свет одинаково. Установлено, что свет про­ никает в ткань яблока в основном до 5-7 мм. На длине волны 700 нм теневая сторона яблока пропускает на 4-5% больше. На длине волны 555 нм, наоборот, солнечная сторо­ на яблока пропускает на 2-4% больше. Установлено, что плоды сортов Лобо, Россо­ шанское полосатое и Карповское имеют толщину кожицы равную 151,8±6,0, 150,8±3,5 и 147,7±3,9 мкм на солнечной стороне яблока и 151,5±7,4, 128,3±3,5 и 132,8±3,9 мкм на теневой стороне соответственно. Известно, что толщина кожицы плода сортов Джона­ тан и Старкинг равна в пределах 20-70 мкм. У плодов сорта Антоновка обыкновенная толщина кутикулы 19-23 мкм, толщина поверхностного воска 3 мкм.

Учитывая, что при прогнозе качества плодов во время съема, возможна некоторая погрешность метода, то в связи с этим в течение 2-3-х месяцев после начала хранения производится контроль качества и его дальнейший прогноз с целью уточнения и коррек­ тировки сроков съема с хранения. Таким образом, осуществляется контроль качества плодов во время хранения. Для определения методики контроля качества на ранней ста­ дии хранения проведены эксперименты в течение всего периода хранения с целью выяв­ ления и установления прогнозирующих зависимостей.

На рис. 17 представлено изменение функции коэффициента отражения R750/R700 по­ верхности яблок и 1-й производной функции коэффициента отражения R750/R700 поверх­ ности яблок во время хранения сортов яблок Флорина, Мутцу и Корей.

По достижению производной нулю, т.е. когда изменение коэффициента отражения R750/R700 поверхности яблок прекратилось и яблоки исчерпали свой запас к дозреванию, следует считать временем съема плодов с хранения. Так в данном случае для сорта Фло­ рина это будет 18 января, для сорта Мутцу – 15 января, для сорта Корей – 18 апреля, а для сорта Ренет Симиренко – 28 мая.

Проведены исследования по обоснованию выбора частот электрического тока, па­ раметров датчика электрического сопротивления, приведены результаты исследований влияния созревания плодов на электрическое сопротивление их ткани, влияния сроков съема плодов на электрическое сопротивления их ткани, а также результаты экспери­ ментов по исследованию влияния времени хранения плодов на электрическое сопротив­ ление их ткани.

0, 2, Б А 0, 1,8 0, R750 R700, отн.ед.

0, dF/dt 1, 3 0, 4 1,4 0, 5 0, 1,2 1 0, 1, 7 авг 6 сен 6 окт 5 ноя 5 дек 4 янв 3 фев 5 мар 4 апр 4 май 26 сен 15 ноя 4 янв 23 фев 14 апр 3 июн Вре мя, дни Вре мя, дни Рис. 17. Изменение функции отношения коэффициентов отражения R750/R700 по­ верхности яблок (А) и ее 1-й производной во время хранения (Б).

1 – сорт Флорина, 2 – сорт Мутцу, 3 – сорт Гранни Смит, 4 – сорт Корей, 5 – сорт Ренет Симиренко.

Для расчета погрешности измерения электрического сопротивления при таком недопогружении электродов не только из-за естественной кривизны поверхности яблока как сферы, но и от разницы в размерах радиуса яблока используем зависимость 0. R1 85.157 5 r1 r12 l полученную при частоте электрического тока 1 кГц и дли­ не электродов 5 мм. Показано, что погрешность не превышает 1% при расстоянии меж­ ду электродами до 6 мм. На рис. 18 показаны зависимости электрического сопротивле­ ния от глубины погружения электродов датчика в ткань яблока.

Рис. 18. Зависимость электрического сопро­ y = 85.1566x-0. Электрическое сопротивление, R, 60 R2 = 0. тивления ткани яблока от глубины погружения в y = 58.906x-0. нее электродов при фиксированном расстоянии 40 R2 = 0. 2 y = 52.909x-0. между электродами.

кОм R2 = 0. 1, 2, 3 – сопротивление на частотах переменного элек­ трического тока 1, 10 и 20 кГц соответственно.

Установлено, что наибольшую ёмкостную 0 2 4 6 8 10 12 Глубина погружения электродов, S, мм составляющую имеет неповрежденная ткань яблока с кожицей, затем ткань и небольшую ёмкость имеет кожица плода (табл. 1).

Электрическое сопротивление (ЭС) ткани плодов достигает максимума, когда в плодах образуется в том числе больше углекислого газа, который характеризует момент подъема климактерического дыхания. При максимальном ЭС транспирация плодов ми­ нимальная. Т.е. следует предположить, что воды в плодах мало. С увеличением содер­ жания воды в поверхностной ткани плодов, ЭС – снижается.

Таблица 1. Зависимости емкости ткани плода от частоты тока.

Уравнение зависимости емкости (мкФ) Вариант Коэффициент детерминации ткани от частоты тока (кГц) R2 = 0, Ткань яблока с кожицей C = -0,39·ln f + 2,1 (f = 0,1…200 кГц) R2 = 0, Ткань яблока C = -0,07·ln f + 0,39 (f = 0,1…200 кГц) R2 = 0, Кожица C = -0,2·ln f + 1,09 (f = 0,1…200 кГц) При измерениях электросопротивления ткани яблока электроды датчика поочеред­ но вводят в ткань солнечной и теневой сторон яблока на глубину около 5 мм. Расстоя­ ние между электродами 5 мм. В качестве показателя качества яблока определяют отно­ шение электрических сопротивлений двух частот: К = r1/r10, где r1 – электрическое со­ противление на частоте 1 кГц, Ом, r2 – электрическое сопротивление на частоте 10 кГц, Ом.

В качестве основного внешнего фактора, влияющего на электрическое сопротивле­ ние, рассматривают температуру. Определяют зависимость электрического сопротивле­ ния от температуры и проводят перерасчет электрического сопротивления или отноше­ ния Кпр для того, чтобы исключить влияние температуры. Например, приводят все полу­ ченные значения к температуре 18 оС по формуле: К пр К изм а в Т изм К18, где Кизм – измеренное отношение электрического сопротивления;

а, в – коэффициенты регрессии калибровочного уравнения, полученного по результатам предварительного исследова­ ния;

Тизм – температура плодов в момент измерения электрического сопротивления;

К18 отношение электрического сопротивления при температуре плода 18 оС.

Проведен расчет погрешности от частоты электрического тока при измерении элек­ трического сопротивления ткани яблока. Для ткани яблока с кожицей электрическое со­ противление рассчитывалось по формуле:

r 2,0338 ln f 12,771 ( f = 0,1…200 кГц).

Для ткани яблока по формуле:

r 4,1588 ln f 25,766 ( f = 0,1…200 кГц).

Рассчитывались доверительные интервалы средних значений и определялись ча­ стоты, при которых не происходило пересечения их доверительных интервалов.

Экспериментально установлено, что доверительный интервал среднего значения электрического сопротивления снижается при изменении частоты от 0,1 кГц до 15 кГц с 2,5 до 2 кОм. Из расчетов следует, что средние значения электрического сопротивления ткани яблока на частотах 1 и 10 кГц отличаются с вероятностью 100%. Например, на ча­ стоте 1 кГц электросопротивление ткани яблока r = 29,0 ± 3,4 кОм, измеренное на сол­ нечной стороне яблока и 30,1 ± 3,2 кОм – на теневой стороне, для частоты 10 кГц r = 18,2 ± 1,5 кОм – на солнечной стороне яблока и 18,3 ± 1,7 кОм на теневой стороне. В ка­ честве доверительного интервала показано утроенное значение стандартного отклоне­ ния.

С целью обоснования метода контроля качества яблок проведены эксперименты по анализу различных структур плода: ткань с кожицей, ткань и кожица (рис. 19). Учиты­ вая, что изменение электрического сопротивления на низких частотах несколько превос­ ходит электрическое сопротивление на высоких частотах, представляется возможным выбрать две частоты: низкую и высокую, где высокая частота может служить опорной частотой.

0,5 2. 0, Проводимость, См 0,4 ткань с кожицей Ёмкость, х10-3 мкФ 0, R2 = 0, 1 - кожица плода, 0,3 1.5 2 - ткань плода, R2 = 0, 3 - ткань плода с кожицей.

0,25 R2 = 0, ткань 0,2 0,15 кожица 0,1 0. 0, 0 0 50 100 150 200 250 0 50 100 150 200 250 Частота, кГц Частота, кГц Рис. 19. Электрические характеристики различных структур плода.

Установлено, что с увеличением частоты проводимость исследуемых объектов воз­ растает, причём у неотделённой ткани с кожицей возрастание проводимости более зна­ чительно, чем по отдельности. Наибольшую проводимость имела ткань плода вместе с кожицей, наименьшую – ткань плода.

Проведен анализ плодов на содержание в них внутритканевых газов, содержание кальция, замерялась твердость ткани плодов, их масса. Получены зависимости между электрическим сопротивлением ткани плодов и данными основными показателями их качества. Установлена наиболее значимая взаимосвязь между электрическим сопротив­ лением ткани и углекислым газом (r = 0,6) и кальцием (r = 0,8), содержащимися в пло­ дах. Кальций, влияя на прочность мембран клеток, косвенным образом увеличивает электрическое сопротивление ткани плодов, межклеточное пространство, заполненное соком и растворенным в нем углекислым газом также способствует увеличению элек­ трического сопротивления плодов. Процессы дыхания плодов во время созревания, из­ меняющие содержание углекислого газа в ткани способствуют изменению их электриче­ ского сопротивления. Этилен и кислород, как более нейтральные в электрическом отно­ шении газы, в меньшей степени связаны с электрическим сопротивлением ткани. Пока­ зательно, что кислород имеет обратную зависимость по отношению к углекислому газу.

В пятой главе исследованы периодические процессы коэффициентов отражения поверхностной ткани плодов и полного электрического сопротивления ткани плодов, определены их характеристики.

Максимальная степень зрелости плодов сопровождается увеличением электриче­ ского сопротивления ткани. На рис. 20 показано изменение отношения электрических сопротивлений r1/r10 в период созревания. Видно, что также наблюдаются периоды в из­ менении электрического сопротивления, аналогичные во все годы исследований. Из ри­ сунка видно, что к моменту оптимального созревания показатель r1/r10 достигает макси­ мального значения.

2. Рис. 20. Изменение отношения элек­ 1. трических сопротивлений r1/r10 ткани плода 1. 1. R1/R10, отн. ед.

в период созревания.

1. 1. 1. Практически каждый год при измере­ 1. ниях коэффициентов электрического со­ 1. 1. противления ткани плодов, отражения и 1. флуоресценции F685 поверхности плодов во 26 авг 31 авг 5 сен 10 сен 15 сен 20 сен 25 сен Вре мя, дни время их созревания наблюдались измене­ ния данных коэффициентов по сложной не­ линейной зависимости (рис. 21, 22). Воспроизводимость подобного явления позволила предположить, что плодам свойственны периодические процессы, наличие которых можно фиксировать по изменению физических показателей.

При анализе данных сделан вывод, что величины периодов в изменении физиче­ ских показателей находятся в пределах 5-10 дней. Таким образом, данные периодиче­ ские изменения в зрелости плодов приходятся на период уборки и повторяются 2-3 раза.

Наблюдаются и более продолжительные периоды в 30 дней при измерении электриче­ ского сопротивления ткани яблока. Сравнительный анализ физических методов между собой показывает, что периоды по каждому из показателей соизмеримы. Развитие по­ терь плодов от загара во время хранения тоже происходит неравномерно в зависимости от дня съема, т.е. на каждый день созревания яблок на него воздействуют различные внешние условия.

В результате проведения анализа данных по коэффициенту отражения спектраль­ ным анализом Фурье получены периоды изменения коэффициента отражения. Из анали­ за следует, что период в изменении отношения коэффициентов отражения R750/R700 по­ верхности яблок Антоновки обыкновенной на теневой стороне яблока равен в среднем 6,1 дням. Или от 5,4 до 6,8 дней. На солнечной стороне коэффициент отражения меняет­ ся от 5 до 5,2 дней.

В распределении погрешности среднего, т.е. в изменении неоднородности плодов по флуоресценции хлорофилла существует периодичность. Причем, неоднородность возрастает при увеличении среднего значения интенсивности флуоресценции. Здесь так­ же наблюдается совпадение периодов, связанных с интенсивностью и погрешностью.

Периоды за сентябрь во время созревания составили: 9,3 и 14 дней, во время хранения:

41,9 и 62,8 дней, что в 4,5 раза больше, чем во время созревания. Это может быть пока­ зателем того, на сколько замедляются процессы созревания во время хранения.

1. 1, 1. А Б 1. 1, R750/R700, отн.ед.

1. r1/r10, отн.ед.

1, 1. 1. 1, 1. 1, 1. 1. 1, 1. 1, 1. 26 авг 29 авг 1 сен 4 сен 7 сен 10 сен 13 сен 16 сен 19 сен 1, 10 авг 15 авг 20 авг 25 авг 30 авг 4 сен 9 сен 14 сен 19 сен Время, дни Вре мя, дни Рис. 21. Изменение отношения электрических сопротивлений r1/r10 (А) ткани плода и коэффициентов отражения R750/R700 (Б) поверхности плода в период созревания.

Рис. 22. Изменение флуоресценции Интенсивность флуоресценции, F685 поверхности плода в период созрева­ ния.

нм, отн.ед.

Определен переходный процесс по электрическому сопротивлению ткани пло­ да после помещения яблока из температур­ ных условий хранения Т=3-4 оС в темпера­ турные условия Т=18-20 оС. Установлено, 13 авг 23 авг 2 сен 12 сен 22 сен Вре мя, дни что значение периода гармоники, которая наиболее приближена к графику, равно дням. Для оценки периодичности переходного процесса электрического сопротивления в течение одного дня получены основной период равный 4 часам и две гармоники с пе­ риодами: 1 час 20 мин и 2 часа.

Во время роста и созревания плодов наблюдаются периодические процессы в изме­ нении электрического сопротивления. Рассмотрены некоторые свойства плодов, кото­ рые могли бы влиять на данный показатель. Показано изменение электрического сопро­ тивления ткани яблок и убыли массы плодов во время созревания в июле-сентябре.

Установлено, что плоды, имеющие наибольшую транспирацию, имеют наименьшее электрическое сопротивление.

Сравнивая зависимости переходного процесса с зависимостями изменения электри­ ческого сопротивления ткани яблока в вегетационный период, т.е. на дереве, следует от­ метить совпадение размаха колебаний по амплитуде. На дереве изменения электриче­ ского сопротивления ткани яблока происходят с периодом приблизительно 30 дней.

Известно, что на созревание плодов влияют метеорологические условия, которые изменяются с определенной периодичностью. Физические показатели, оценивающие зрелость плодов, регистрируют возникающие периодические процессы в плодах. Дан­ ные процессы наблюдаются и при изменении содержания крахмала в плодах и их транс­ пирации.

Учет данных периодических процессов позволяет своевременно отслеживать уро­ вень зрелости плодов – она нелинейна, и своевременно принимать решения о начале съема плодов, повышая точность оценки зрелости, а также контролировать процесс по­ следующего созревания плодов во время хранения, прогнозируя и планируя время хра­ нения плодов.

В шестой главе рассмотрена практическая реализация системы контроля в технологическом процессе созревания, уборки и хранения яблок, модель прогнозирования качества плодов, прогноз оптимальных сроков съема плодов в саду, развития загара плодов во время хранения, оптимальных сроков съема плодов с хранения, разработан алгоритм системы контроля качества плодов, осуществлена техническая реализация системы контроля качества яблок.

Основные задачи, решаемые при контроле качества плодов, определены алгорит­ мом контроля зрелости и качества плодов. Основными неуправляемыми факторами, влияющими на созревание плодов являются: температура окружающей среды, солнеч­ ное излучение, осадки. Для того, чтобы определить оптимальные сроки съема плодов в саду и с хранения, разработаны методы их расчета с использованием измерения коэффи­ циента отражения R750/R700.

Учитывая, что содержание основных пигментов в плодах, в частности, хлорофилла зависит от климатических условий, которые в основном определяют созревание плодов, проводилось измерение коэффициента отражения R750/R700, как интегрального показате­ ля созревания яблок. Плоды непосредственно в саду до начала рабочего дня анализиру­ ют в нескольких точках на солнечной и теневой сторонах по коэффициенту отражения Rхл = R750/R700 кожицы, коэффициенту электрического сопротивления К = r1/r10, коэффи­ циенту флуоресценции F = F685/F735.

Во время съема также прогнозируют по коэффициенту отражения R750/R700 кожицы теневой стороны яблока степень поражения плодов загаром при хранении (рис. 23). По распределению значений измерения коэффициента отражения R750/R700 при каждом из­ мерении рассчитывается процент предполагаемого загара и его интенсивность. По полу­ ченному прогнозу принимается решение об уборке плодов. Если прогноз загара значи­ телен, более 10%, то уборка откладывается до следующего дня или принимается реше­ ние об обработке ингибитором загара с соответствующим расчетом концентрации пре­ парата.

Рис. 23. Прогноз потерь плодов от загара по отношению коэффициентов от­ R = 0, ражения R750/R700.

Загар, % После съема яблок в саду в этот же день проводят первое измерение отраже­ 30 Расчет Факт ния кожицы выборки яблок и по формуле K = f(R678 – R485)/R750 определяют К сол­ 1.000 1.050 1.100 1.150 1.200 1.250 1. нечной и теневой сторон яблока, после чего яблоки закладывают на хранение, R750/R700, отн.ед.

где отмечают всю партию яблок данного срока съема и в течение первых двух месяцев хранения еженедельно проводят измере­ ние отражения кожицей одной и той же выборки яблок каждого дня съема. Учитывая, что яблоки с хранения начинают реализовать с декабря, до этого времени проводят ана­ лиз плодов, 2 – 4 раза в месяц по каждому сроку съема. По полученным данным опреде­ ляют зависимость времени хранения Дхр = а +b Кпр от значений коэффициента отраже­ ния, причем в качестве предельного значения будет являться значение коэффициента от­ ражения Кпр. Где a и b – коэффициенты регрессии, полученные по данным за первые 2- месяца хранения. Для различных сортов плодов, различающихся по степени созревания, устанавливают свои предельные значения коэффициента отражения Кпр.

На рис. 24 показано определение оптимального срока съема плодов сорта Антонов­ ка обыкновенная в саду по коэффициенту отражения R750/R700. Штриховыми гори­ зонтальными линиями показан уровень коэффициента отражения R750/R700 солнечной стороны яблок по каждому году анализа.

На рис. 25 (кривая 1) показано время хранения плодов Антоновка обыкновенная в зависимости от сроков съема в саду по Rхл-кар, определяемым в области спектра поглоще­ ния хлорофиллов и каротиноидов кожицей яблока на их теневой стороне. По данным рис. 16 можно определить, что оптимальными сроками съема для длительного хранения будут: 27 августа – 6 сентября. У яблок во время хранения при съеме после 6 сентября начинается процесс старения, это показано увеличением некоторого количества отходов плодов в результате их разложения (кривая 2). При отходах более 10% хранить плоды не рекомендуется.

Рассмотрена методика расчета погрешности среднего показателя зрелости, которая составляет ±sср, это 2·sср единиц на день. Т.е. зрелость двух соседних дней практически будет одинакова. Таким образом, точность определения зрелости в днях будет состав­ лять ±0.5 дня. Погрешности, например, значений показателя зрелости двух соседних дней пересекаются, следовательно, зрелость этих дней одинакова. Если изменение зре­ лости за сутки составляет более 2·sср, то плоды имеют разную степень зрелости.

300 1. Время хранения плодов, 250 1. Разложение, % 200 R750 /R 700, отн. ед.

1. дни 150 1. Загар, % 100 1. 3 50 1. 2 1 3 0 1. 17 авг 22 авг 27 авг 1 сен 6 сен 11 сен 16 сен 21 сен 26 сен 22 авг 27 авг 1 сен 6 сен 11 сен 16 сен 21 сен 26 сен 1 окт Сроки съема плодов в саду, дни Вре мя, дни Рис. 24. Определение оптимального срока Рис. 25. Определение времени хранения пло­ съема плодов сорта Антоновка обыкновенная дов по отношению коэффициентов отраже­ в саду по коэффициенту отражения R750/R700. ния их поверхности в зависимости от сроков Сроки съема: 1 – 7 сентября 2005 г., 2 – 12 сентября съема в саду. 1 – время хранения плодов, 2 – разло­ 2007 г., 3 – 16 сентября 2006 г., 4 – 22 сентября 2004 г., жение плодов, 3 – потери плодов от загара.

5 – 27 сентября 2003 г.

Учитывая, что каждый сорт яблок имеет свой уровень содержания хлорофилла в кожице, определенный генетически, для расчета оптимальной даты съема была разрабо­ тана унифицированная методика определения даты съема для каждого сорта яблок.

По зависимости изменения Rхл Антоновки обыкновенной:

Rхл 0,00669329 D 254,66206880, рассчитано значение Rхл на 31 августа. Оно равно Rхл = 1,227. Таким же образом по зависимостям табл. 2 рассчитаны значения Rхл для каждого сорта на 31 августа. Из зна­ чения Rхл = 1,227, как базового, вычитают значения Rхл для каждого сорта. Это и будет поправочный коэффициент при расчете сроков съема (табл. 3). По данным зависимо­ стям рассчитаны оптимальные даты съема плодов в саду (рис. 26).

Таблица 2. Динамика созревания плодов по уравнению регрессии, рассчитанного по отношению коэффициентов отражения R750/R700.

Сорт Уравнение регрессии Сорт Уравнение регрессии Ренет золотой Rхл = 0,00426956 D + 162,89810700 Кортланд, Rхл = 0,00475250 D + 181, курский, 80 кв. 33 квартал Северный си­ Rхл = 0,00389483 D + 148,94413706 Апрельское, Rхл = 0,00588656 D + 224, нап, 83 квартал 83 квартал Лесостепное, 83 Rхл = 0,00871395 D + 331,64866957 Россошанское Rхл = 0,00555506 D + 211, квартал полосатое, 83 кв.

Таблица 3. Результаты расчетов оптимальных сроков съема плодов.

Поправочный ко­ Оптимальная дата съема Помологический сорт, Расчет Rхл на эффициент отно­ номер квартала 31 августа сительно Rхл Ан­ Нижняя граница Верхняя граница тоновки Апрельское, 83 квартал 1,791 -0,563 18 сентября 23 сентября Кортланд, 33 квартал 1,261 -0,034 22 сентября 28 сентября Россошанское полосатое, 83 квар­ 1,495 -0,268 23 сентября 27 сентября тал Ренет золотой курский, 80 квартал 1,219 0,009 25 сентября 1 октября Лесостепное, 83 квартал 1,853 -0,626 1 октября 4 октября Северный синап, 83 квартал 1,464 -0,237 1 октября 7 октября 1. Рис. 26. Схема расчета оптимальной даты съе­ ма плодов в саду.

1. 1 – Лесостепное, 2 – Северный синап, 3 – 1. R750/R700, отн.ед.

Ренет золотой курский, 4 – Антоновка обыкновен­ 1. ная, 5 – Апрельское, 6 – Кортланд, 7 – Россо­ 1. шанское полосатое.

1. 7 y = 1. 1. Показано, что при снижении r1/r10 y = 1. 1. ткани плодов развитие на поверхности 1. плодов загара снижается (рис. 27). По­ 22 авг 27 авг 1 сен 6 сен 11 сен 16 сен 21 сен 26 сен 1 окт сле достижения r1/r10 одного из макси­ Время, дни мальных значений, происходит сниже­ ние отношения r1/r10, что характеризует начало периода созревания. При достижении по­ требительской зрелости отношение r1/r10 достигает минимального значения.

Рис. 27. Зависимость развития зага­ ра яблок в декабре от отношения элек­ трических сопротивлений r1/r10 их ткани Загар, % во время съема.

40 y = -1106,27x2 + 3918,40x - 3383, R2 = 0, Во время хранения яблоки поража­ ются побурением поверхности (загаром). На рис. 28 показано данное 1,500 1,550 1,600 1,650 1,700 1,750 1,800 1,850 1,900 1, явления в зависимости от степени сол­ R /R, отн. ед. 1 нечного облучения яблок. Плоды, сня­ тые в саду в оптимальный срок съема через несколько месяцев хранения будут иметь здоровый вид. Данная зависимость коррелирует с отношением коэффициентов отраже­ ния, что предполагает совместное их использование.

Рис. 28. Развитие побурения кожицы (загар) зе­ леных яблок (без антоциановой окраски) во время хранения проявляется исключительно на теневой их стороне.

Экспериментально установлено неизвестное ранее явление избира­ тельного воздействия солнечного из­ лучения на развитие побурения по­ верхностной ткани яблок, заключаю­ щееся в том, что в зависимости от направленности солнечного излуче­ ния на яблоки, содержащие в кожи­ це два основных пигмента: хлорофиллы и каротиноиды, на их поверхности, подверг­ шейся воздействию прямых солнечных лучей, не развивается побурения кожицы яблок при холодном хранении через 2-4 месяца. Видимо, данное явление обусловлено повы­ шением антиокислительных свойств поверхностной ткани яблок, в то время, как на по­ верхности яблока, облученной рассеянным солнечным светом, наблюдается возможное развитие побурения, тогда как, кожица яблок, имеющая в своем составе, кроме хлоро­ филлов и каротиноидов, антоцианы, может быть подвержена побурению после облуче­ ния прямыми солнечными лучами. Предполагается, что это является следствием экрани­ рования солнечного света определенных длин волн (М.Н.Мерзляк, О.Б.Чивкунова, 2000), который, по-видимому, ответствен за синтез веществ, обладающих антиокисли­ тельными свойствами.

Система контроля качества плодов при созревании и хранении предполагает полу­ чение информации о состоянии плодов с помощью приборов в процессе созревания и хранения и создание условий хранения с помощью оборудования, предназначенного для повышения качества яблок. В процессе созревания после получения информации о сте­ пени зрелости плодов при недостижении ими оптимальной зрелости для хранения при­ нимается решение о досрочном их съеме с целью обеспечения непрерывного и необхо­ димого съема плодов. В связи с этим определяется степень зрелости и производится об­ работка препаратами, которые рассчитываются в необходимой для этого концентрации, защищающими от физиологических расстройств плоды раннего съема,. На рис. 29 при­ ведена структурная схема системы контроля качества яблок в процессе их созревания. В саду во время роста и созревания плодов на них воздействуют внешние факторы вн в виде погодных условий, включающих в себя в основном температуру воздуха, солнеч­ ное излучение и водообеспеченность.

В виде с на плоды действуют неучтенные факторы, результатом которых могут яв­ ляться, например, различной природы периодические процессы, протекающие в плодах.

В это время производится контроль зрелости яблок по электрическим и оптическим по­ казателям. В результате организационной или иной необходимости яблоки могут быть сняты раньше оптимального времени. Для предохранения плодов от физиологических заболеваний, применяется обработка их защитными препаратами. Данные плоды закла­ дываются на хранение и по отношению коэффициентов отражения производится контроль состояния зрелости и определяется время окончания хранения плодов.

вн с вн с Созревание Созревание вн с в саду в саду Контроль Контроль Съем Созревание оптимальный при хранении Съем Обработка препаратами ранний Съем с Контроль хранения Рис. 29. Структурная схема системы контроля качества яблок.