Kutatás / Research
M E Z Õ G A Z D A S Á G I G É P E S Í T É S I TA N U L M Á N Y O K A G R I C U LT U R A L E N G I N E E R I N G R E S E A R C H
Kiadó: Dr. Fenyvesi László igazgató
FVM Mûszaki Intézet közleménye Bulletin of the Hungarian Institute of Agricultural Engineering XLI. évfolyam, 2. sz. / Vol. XLI. No. 2
Szerkesztõ: Dr. Csermely Jenõ tud. igazgatóhelyettes
KERTÉSZEI TERMÉKEK MECHANIKAI ÉS MINÕSÉGI JELLEMZÕI MECHANICAL AND QUALITY CHARACTERISTICS OF HORTICULTURAL PRODUCES
Írta: Dr. Borsa Béla Dr. Fekete András Dr. Felföldi József
Gödöllõ, 2002 1
Kutatás / Research
FVM MÛSZAKI INTÉZET 2100 Gödöllõ Tessedik S. u. 4. Tel.: (28) 511-611 Fax: (28) 511-680 E-mail:
[email protected]
Készült a Földmûvelésügyi és Vidékfejlesztési Minisztérium Oktatási, Kutatási és Fejlesztési Fõosztály támogatásával Published by the assistance of the Department of Educational, Research and Development of the Ministry of Agriculture and Regional Development
HUNGARIAN INSTITUTE OF AGRICULTURAL ENGINEERING H-2100 Gödöllõ Tessedik S. u. 4. Tel.: +36 (28) 511-611 Fax: +36 (28) 511-680 E-mail:
[email protected] Hungary 2
Kutatás / Research
M E Z Õ G A Z D A S Á G I G É P E S Í T É S I TA N U L M Á N Y O K A G R I C U LT U R A L E N G I N E E R I N G R E S E A R C H
Kiadó: Dr. Fenyvesi László igazgató
FVM Mûszaki Intézet közleménye Bulletin of the Hungarian Institute of Agricultural Engineering XLI. évfolyam, 2. sz. / Vol. XLI. No. 2
Szerkesztõ: Dr. Csermely Jenõ tud. igazgatóhelyettes
KERTÉSZEI TERMÉKEK MECHANIKAI ÉS MINÕSÉGI JELLEMZÕI MECHANICAL AND QUALITY CHARACTERISTICS OF HORTICULTURAL PRODUCES
Írta: Dr. Borsa Béla Dr. Fekete András Dr. Felföldi József
Gödöllõ, 2002 3
Kutatás / Research
Tudományos fõosztályvezetõ: Dr. Hajdú József
Közremûködõk: Deákvári József Dr. Jakovác Frigyes Kovács László Pumb György Seres László
Lektorálta: Dr. Balla Csaba Dr. Fenyvesi László
Szövegszerkesztés: Dr. Borsa Béla Dr. Felföldi József Seres László
Korrektúra: Benkóné Pongó Dóra
Tördelés, nyomdai elõkészítés: Pálinkás Gábor
Szerkesztõ: Dr. Csermely Jenõ, tud. igazgatóhelyettes
Felelõs kiadó: Dr. Fenyvesi László, igazgató FVM Mûszaki Intézet
ISSN 0521-422X ISBN 963 611 402 1 © FVM Mûszaki Intézet, 2002 4
SUMMARY There is plenty of information available for the operator/driver of the up-to-date harvesting machines concerning the operation of the machine. However there is no information on the quality, ripeness and firmness of the produce to be harvested. The harvesting process has a considerable influence on the quality of the produce and on that of the product processed. The quality control and quality assurance should be started on the field. This requires appropriate measurement techniques, including methods for measurement, data processing and evaluation of the results. The objective of the work reported herein is to show − methods and instruments used for measurement of fruit and vegetable firmness − quasi-static and dynamic methods and instruments developed at the Hungarian Institute of Agricultural Engineering and the Physics–Control Department of SzIE University − method developed for the estimation of the rupture stress − model developed for the estimation of the damage probability based on drop/impact tests and − the results of our experiments performed with different test methods and the conclusions. Portable instrument was developed for rapid and nondestructive firmness measurement of horticultural produces. The MGA-1091 portable firmness tester was suitable for determining the firmness, ripeness and quality change during storage of apple, pear, apricot, peach, cherry, sour cherry, melon, tomato, radish, cucumber and onion. As the result of several experiments the average value, the 95 % confidence interval and the standard deviation were determined for the rupture stress and the coefficient of elasticity of definite apple and pear cultivars. On the basis of these results expert system was developed for the determination of the firmness values for ripeness “suitable for picking” and for ripeness “suitable for eating”. Consequently the appropriate date for harvesting can be predicted and determined. The developed dynamic firmness measurement system is suitable for acoustic and impact firmness testing of horticultural products under laboratory and field conditions. The acoustic method was suitable for firmness measurement of fruits (apple, pear, apricot, peach, melon) and vegetables (tomato, onion, red beet, potato) having globe like shape and not too soft texture. The method is nondestructive and the reproducibility is excellent. The application of the impact method has no limit. This is a nondestructive and rapid firmness test method with several products (including pepper and mushroom, among others). The reproducibility of this method is similar to the different compression test methods. The introduction of the partial correlation coefficient provides with method to determine the rupture stress of a definite produce from firmness characteristics measured by nondestructive methods. The experiments show that the acoustic stiffness coefficient and the coefficient of elasticity can be used for the purpose when the coefficients are taken into account with respect of the weighted proportion of their partial correlation coefficients to estimate the rupture stress of the produce. Logistic function approximation was used to evaluate the results of the drop/impact tests performed with tomatoes and a model was developed to estimate the probability of damage. By the means of such a model two different tomato cultivars were distinguished and the tomatoes from two different harvest dates were distinguished as well.
ÖSSZEFOGLALÁS A korszerű betakarítógépek, így a kertészeti betakarítógépek jelentős részén számos fontos információ áll a gépkezelő rendelkezésére, de ezek elsősorban a gép működésére vonatkoznak és nem a termény minőségére, érettségére, vagy keménységére. A kertészeti termények betakarításakor jelentős mértékben befolyásolható a termény, valamint az abból feldolgozott termék minősége. Ezért a minőségellenőrzést és minőségbiztosítást már a szántóföldön meg kell kezdeni. Ez megköveteli a megfelelő méréstechnikát: a feladathoz alkalmas mérési, adatfeldolgozási és értékelési módszert, valamint mérőeszközt. Munkánk célja az volt, hogy bemutassuk: − a gyümölcs és zöldség keménységének mérésére kidolgozott módszereket és műszereket, − a termény gyors, roncsolásmentes mérésére kialakított kvázi-statikus és dinamikus módszereinket és műszereinket, − a roncsolási feszültség becslésére kidolgozott módszerünket, − az ütközési/ejtési kísérleteknél a sérülési valószínűség becslésére kialakított modellünket, valamint − a különböző módszerekkel végzett kísérleteink eredményeit és az azokból levonható következtetéseket. Műszert fejlesztettünk ki termény keménységének gyors és roncsolásmentes mérésére. A kialakított MGA-1091 típusú hordozható keménységmérő műszert sikeresen alkalmaztuk gyümölcsök – alma, körte, kajszi barack, őszibarack,
5
cseresznye, meggy, dinnye –, valamint zöldség félék – paradicsom, retek, uborka, hagyma – keménységének, érési és utóérési folyamatának, továbbá pedig tárolás közbeni minőségváltozásának leírására. Kísérleteink eredményeként meghatároztuk bizonyos alma- és körtefajták roncsolási feszültségének és rugalmassági tényezőjének átlagértékét, 95 %-os konfidencia intervallumát és szórását. Ezek alapján olyan szakértői rendszert dolgoztunk ki, amely megadja a vizsgált fajták roncsolási feszültségének és a rugalmassági tényezőjének az értéktartományát mind a szedésre, mind pedig a fogyasztásra érett állapotra. Ez segítséget nyújt további fajták szedési és fogyasztási keménységének az értékelésére. A kialakított dinamikus keménység mérő rendszer kertészeti termények akusztikus és ütési keménységvizsgálatára alkalmas laboratóriumi és terepi körülmények között. Az akusztikus vizsgálati módszert sikeresen alkalmaztuk számos gyümölcs (alma, körte, kajszi, őszibarack) és zöldség (paradicsom, sárgadinnye, hagyma, cékla, burgonya) általában gömbszerű és nem túl puha termények - keménységének mérésére. A módszer roncsolás-mentes és reprodukálhatósága kiváló. Az ütési keménységmérési módszernek gyakorlatilag nincs alkalmazhatósági korlátja. Ezzel a módszerrel is gyorsan és roncsolás-mentesen mérhető a termények igen széles köre (a fentiek mellett paprika, gomba), de ismétlési hibája a hagyományos kompressziós módszerekével azonos nagyságrendű. A parciális korrelációs tényező bevezetésével lehetőség nyílt arra, hogy a roncsolási feszültséget roncsolásmentes módszerekkel mért jellemzőkből határozzuk meg. Ebből következően előnyös a rugalmassági tényező és az akusztikai keménységi tényező értékeit a parciális korrelációs tényezőik arányában súlyozva figyelembe venni a roncsolási feszültség kétváltozós regresszióval történő meghatározásához. Paradicsomfajtákkal végzett ütközési/ejtési kísérletek eredményeit logisztikus függvénnyel közelítettük pontbecslésként, majd megadtuk az intervallumbecsléseket és így értékeltük. Továbbá modellt dolgoztunk ki a sérülési valószínűség becslésére. Ez utóbbival sikerült a sérülési valószínűség különbségének intervallum-becslése alapján egyrészt két fajtát, másrészt egy fajta két különböző időpontban betakarított egyedeit megkülönböztetni.
6
TARTALOMJEGYZÉK Summary
oldal 3
Összefoglalás
4
1.
Bevezetés és cél
6
2.
A termény mechanikai jellemzése
7
3.
Keménységmérési módszerek és műszerek 3.1. Kvázistatikus keménységmérés nyomófeszültséggel 3.2. Kvázistatikus keménységmérés nyírófeszültséggel 3.3. Dinamikus keménységmérés 3.4. Egyéb módszerek 3.5. Keménységmérési módszerek és műszerek értékelése
10 11 17 19 22
4. Kutatási és fejlesztési eredmények 4.1. Hordozható keménységmérő műszer 4.2. Szakértői rendszer a keménység értékelésére 4.3. Dinamikus mérési módszerek 4.4. Roncsolási feszültség becslése 4.5. Ütközési/ejtési kísérletek és a sérülési valószínűség becslése 5. Következtetés és javaslat
75
Felhasznált irodalom
76
50
