Совершенствование послеуборочной обработки и хранения топинамбура

Во введении сформулированы актуальность, новизна, вопросы,
выносимые на защиту.
В главе 1 «Анализ состояния производства, морфологические и
агробиологические особенности топинамбура» представлены: анализ состояния
производстватопинамбура,включающийпоявлениеираспространение
топинамбура в Европе и России (площадь под промышленными посадками
составляет около 3 тыс. га), приведены специальные зоны и конкретные
хозяйства, занимающиеся производством топинамбура; приведены сведения по
ботаническойхарактеристикемноголетнего,клубненосногорастенияиз
семейства Астровых (Asteráceae), насчитывающего более 200 видов, о
химическом составе надзесной части и клубней топинамбура. Представлены
требования к потребительским и технологическим показателям качества
топинамбура согласно цели его использования; одним из общих требований
является величина урожайности клубней – не менее 25,0 т/га, форма клубней
может быть округлая или грушевидная с минимальным числом углублений,
отсутствием деткования, клубни должны иметь период покоя длительный,
достаточный для выполнения цели назначения.
Предложенообоснованиетехнологическихпроцессовуборки,
послеуборочной обработки топинамбура. Проведен анализ технологических
операций, способов уборки и машин для скашивания ботвы, уборки клубней,
транспортировки клубней, сортировальных машин и пунктов или линий. Все
схемыпереработкиклубнейвключаютследующиеподготовительные
технологические операции: отделение земли и камней, калибровку, мойку,
сортировку, очистку и доочистку клубней от кожуры.
После выкапывания из почвы клубни плохо хранятся, быстро теряют
тургор и легко поражаются бактериальными болезнями из-за отсутствия в
кожице клубней пробкового слоя в отличие от клубней картофеля (Остриков
А.Н. и др., 2004; Манохина А.А., 2017; Аллаяров Ж.Ж. и др., 2019; Манохина
А.А. и др., 2020, 2021). В течение 10 дней хранения при температуре +17 …
+22°С масса клубней снижается на 7%, в течение 20 дней – на 14% (Манохина
А.А. и др., 2020). Для хранения клубней топинамбура в традиционных
хранилищах картофеля и овощей необходимо поддерживать низкую температуру и
оптимальнуювлажность.Технологияхранениятопинамбуравключает:
механизированнуюзагрузкуклубнейвхранилище,автоматическое
поддержание режимов хранения, исключение ручной переработки в процессе
хранения, механизированную выгрузку топинамбура для реализации и
подготовку семян к посадке весной.
В главе 2 «Программа и методика исследования процессов технологии
возделывания,послеуборочнойобработкиихранениятопинамбура»
представленыметодыисследования,включающиетеоретическиеи
экспериментальные лабораторные, полевые исследования и производственные
испытания. Полевые исследования проводили на экспериментальной базе
ФГБНУ ФИЦ картофеля имени А.Г. Лорха и на опытных полях ООО «ВИВА».
Закладка опыта, учеты и наблюдения проведены в соответствии с
требованиями методики полевого опыта (Манохина А.А. и др., 2016) и
Методики исследований по культуре топинамбура (Воронов Н.В. и др., 2020).
Сохранность клубней топинамбура определяли в динамике по методике
(Манохина А.А. и др., 2020). Дисперсионный анализ полученных данных
проведен по Б.А. Доспехову (Методика полевого опыта, 1985).
Хранение клубней топинамбура после обработки семенных клубней и
растений в период вегетации (2016-2018) осуществляли в полиэтиленовых
пакетах в хранилище при температуре +6-+8оС. Опыты по выявлению
продолжительности хранения клубней топинамбура, с покрытием клубней
защитными плёнками наноразмерной толщины, выполняли при температуре
хранения +5…+9°С в период хранения 2018-2019 перед закладкой на хранение
клубни сорта Новость ВИР всех вариантов были аналогично предыдущему
опыту. Затем клубни опытных вариантов погружали в растворы (Артафит;
Зеромикс; Милефунг; серосодержащие препараты) согласно схеме опыта, на
50-60 сек, вынимали на сито для удаления излишков раствора и укладывали в
ящики для хранения. Опыты проводили в РГАУ – МСХА имени К.А.
Тимирязева и в ФГБНУ «ФИЦ картофеля имени А.Г. Лорха». Опыты
выполняли в трехкратной повторности.
Планированиемногофакторногоэксперимента,выборзначимых
факторов, проведение эксперимента с получением результатов и оптимизации
технологическогопроцессамойкитопинамбура.Дляопределения
эффективности процесса мойки топинамбура исследовали влияние следующих
параметров: «Скорость транспортера», «Объем воды в ванне», «Диаметр
форсунок регистра», был спланирован эксперимент. В связи с трудоемкостью
проведения исследований планирование эксперимента является необходимым
дляобнаруженияипроверкипричиннойсвязимеждувходными
технологическими воздействиями (факторами) и выходными переменными
(откликами). Сорт топинамбура: Новость ВИРа. За факторы, определяющие
эффективность процесса мойки выбраны «Чистота вороха» после мойки и
«Степень повреждения клубней топинамбура» (таблица 1).

Таблица 1 – Интервалы и уровни варьирования факторов
Факторы, в
Факторы, в натуральном виде
кодированном виде
УровниА – Скорость
Б – Объем водыВ – Диаметр
транспортёра,х1х2х3
в ванне, м3форсунок, мм
м/час
верхний6046+1+1+1
основной12034000
нижний18022-1-1-1

Дляоптимизацииисследованийпринятнекомпозиционный
трехуровневый план Бокса-Бенкина. В развернутом виде матрица планирования
по плану Бокса-Бенкина второго порядка для кодированных факторов с числом
опытов 15 в рандомизированной последовательности. Некомпозиционные планы
для 3 факторов требуют постановки меньшего числа опытов по сравнению с
соответствующими ротатабельными центральными композиционными планами
второго порядка. В качестве отклика используется сохранность, убыль массы,
технические отходы топинамбура в 3-х кратной повторности.
ДляобработкиданныхиспользованапрограммаStatistica10,
современный пакет статистического анализа, в котором реализованы все
новейшие компьютерные и математические методы анализа данных.
В главе 3 «Исследование процессов технологии возделывания, хранения
топинамбура» подтверждено соответствие испытуемых сортов топинамбура
основным требованиям, предъявляемым к клубням разного назначения.
Валовая урожайность клубней достигает к концу октября 25,2 т/га (сорт
Новость ВИР), 27,1 т/га (Интерес), 44,4 т/га (Подмосковный); форма клубней –
грушевидная/грушевидная/овальная; поверхность клубня гладкая; период покоя
– длительный; устойчивы к грибным и бактериальным болезням.
При анализе данных валовой урожайности топинамбура получено, что
применение препарата с S в хелатной форме в среднем за три года дало
прибавку урожайности 1,93 т/га (+14%) по сорту Интерес и 0,73 т/га (+5%) по
сорту Подмосковный, по сравнению с контрольным вариантом; применение
препаратов с Fe, Zn, Mn, Cu, Mo, Сo, B в хелатной форме – 3,13 т/га (+23%) по
сорту Интерес и 0,87 т/га (+6%) по сорту Подмосковный. Общие потери при
хранении клубнеплодов зависят от условий хранения и от качества заложенных
на хранение клубней, что подтверждается полученными данными. В среднем за
три периода хранения клубней топинамбура наименьшие общие потери
оказались в вариантах выращивания с применением препарата с Fe, Zn, Mn, Cu,
Mo, Сo, B в хелатной форме – общие потери составили 7,4…7,5% при 29,1
(Интерес) и 44,9% (Подмосковный) в контроле. При применении препарата с S
в хелатной форме общие потери составили 25,7% и 40,6%, соответственно.
Для определения необходимости разработки моечной машины для
первичной обработки клубней топинамбура, нами проведены исследования (в
периоды хранения 2019-2020 гг. и 2020-2021 гг.) по хранению клубней. В опыте
было два варианта: клубни не мытые и клубни мытые (рисунок 1).

Рисунок 1 – Лежкость клубней топинамбура в зависимости от приема – «мойка
клубней» перед закладкой на хранение в открытых пищевых контейнерах
(среднее за два периода хранения), %
Результаты исследований показали целесообразность очистки клубней от
остатков налипшей почвы с помощью воды перед закладкой на хранение.
Отмечено, что потеря влаги и тургора клубней при хранении в открытых
пищевых контейнерах быстрее происходит у не мытых клубней в среднем по
двум сортам за два периода хранения на 1,5…5,0%; а при хранении в
полиэтиленовых пакетах – на 2,5…3,5%. Причём клубни, не прошедшие мойку
водой, начали быстрее поражаться склеротинией. И после 79-го дня хранения
оказались непригодными для использования. Полученные результаты дают
основание для необходимости разработки моечной машины для первичной
обработки клубней топинамбура.

Рисунок 2 – Динамика изменения массы клубней
(1 – контроль (без обработки); 2 – обработка Артафитом; 3 – обработка Зеромиксом; 4 –
обработка Милефунгом; 5 – обработка серосодержащими препаратами) сорта Новость ВИР и
накопления заболевания склеротинией (6 – контроль (без обработки); 7 – обработка
Артафитом; 8 – обработка Зеромиксом; 9 – обработка Милефунгом; 10 – обработка
серосодержащими препаратами) в течение хранения в открытых ящиках при температуре
воздуха +5…+9°С в зависимости от обработки препаратами перед закладкой на хранение

Обработка клубней топинамбура сорта Новость ВИРа перед закладкой на
хранение препаратами с фунгицидным эффектом оказала положительное
влияние на сохранность клубней при хранении в прохладном помещении при
температуре воздуха +5…+9°С (рисунок 2). При этом препараты Зеромикс и
серосодержащие препараты способствовали лучшему сохранению тургора
клубней и большему удержанию влаги в клубнях на 3-4% по сравнению с
препаратами Артафит и Милефунг, и на 8-11% по сравнению с контролем при
НСР05 = 2,6-4,2%.
В главе 4 «Исследование технологических процессов и оборудования для
послеуборочной обработки и товарной подготовки топинамбура» на основании
исследования вороха топинамбура, поступающего с поля после механизированной
уборки комбайнами предложена модель линии для послеуборочной обработки и
товарнойподготовкитопинамбура,включающаяприемныйбункер,
ворохоочиститель, калибровку, инспекционный стол, мойку барботированием,
подсушку, фасовку и упаковку, которая выполняет технические требования по
обработке и товарной подготовке топинамбура, подтверждает работоспособность
в производственныхусловиях(рисунок 3). Прииспользованиилинии
послеуборочной обработки, почвы на клубнях было не более 0,2%.

Рисунок 3 – Технологическая схема линии для послеуборочной обработки и
товарной подготовки топинамбура
1 – приемный бункер (готовый); 2 – пульт управления; 3 – загрузочный конвейер +
отделитель примесей (ЗК + ОП); 4 – переборочный стол; 5, 6 – сортировочные модули (СМ);
7 – машина сухой очистки (МСО); 8 – конвейер; 9 – моечная машина; 10 – калибрующая
машина; 11 – фасовочно-упаковочная машина (ФУМ)
Дляреализацииописаннойблок-схемыиспользованычастично
существующие машины и новые. За основу взят универсальный приемный
бункер Miedema SB1051, хотя могут использоваться и аналогичные бункеры
другихфирм,например,«Гримме»,скалибровкойисортировкой,
клубнеплодов, которые хорошо зарекомендовали себя в производстве.
С целью снижения повреждений клубней топинамбура выбран способ для
очистки от налипшей почвы – барботирование клубней в воде (рисунок 4).

Рисунок 4 – Линия мойки топинамбура барботированием
1 – компрессор; 2 – рессивер; 3 – ванна; 4 – транспортер ванны; 5 – регистр воздуха;
6 – форсунка душа; 7, 8 – транспортеры

Формула расчета скорости потока:
V = Q / S / 3600(1)
где: V – скорость потока, м/с; Q – расход воздуха, м /ч; S – суммарная площадь
сечения форсунок, м2.
Площадь сечения (S) форсунок определяется из формулы:
S=Nr x Mr x s(2)
где: Nr – количество форсунок по длине воздушного регистра, шт.;
Mr – количество форсунок по ширине воздушного регистра, шт.;
x –знак умножения;
s – площадь отверстия форсунки, м2.
Количество форсунок по длине воздушного регистра определяется по
формуле:
Nr =L / hф(3)
где: hф – шаг расположения форсунок по длине воздушного регистра, 0,1 м;
L – длина регистра, м.
Количество форсунок по ширине воздушного регистра определяется по
формуле:
Mr =H / hф(4)
где: hф – шаг расположения форсунок по длине воздушного регистра, 0,1 м;
H – ширина регистра, м.
Таким образом, суммарная площадь (S) форсунок:
S= (L / hф ) х (H / hф ) x πd2 /4(5)
где: d – диметр форсунки, мм.
Выбранные факторы: «Скорость транспортера», «Уровень воды в ванне»,
«Диаметр форсунок регистра» существенно влияют на качество топинамбура.
Зависимость качественных показателей работы моечной машины топинамбура
в зависимости от скорости транспортера показана на рисунке 5. На основании
полученных данных отмечено, что рациональный диаметр форсунок – 4-6 мм,
наилучшее качество работы обеспечивается при полной ванне воды емкостью
ванны – 1,0-1,4 м3, скорости 60 м/мин. На рисунке 6 представлены показатели
повреждения клубней топинамбура в зависимости от размера форсунок и
заполнения ванны водой.

Рисунок 5 – Поверхность откликаРисунок 6 – Поверхность отклика
(Чистота мойки топинамбура) в(Повреждения топинамбура, %)
зависимости от скорости движенияПовреждения топинамбура в зависимости от
транспортера А, наполненности ванны В, примассы воды в ванне В и диаметра форсунок, при
диаметре форсунок С=4 ммскорости транспортера, 60 м/мин
Установлено, что скорость струи воздуха должна быть не менее 10 м/с.
Расход воздуха – 600 м3/ч, что позволяет в воде интенсивно перемещать клубни
посредством воздуха и воды; налипшей почвы на клубнях было не более 0,03%,
клубни с налипшей почвой возвращались при финишной инспекции на
повторную мойку и таким образом топинамбур был чистым. Наилучший
диаметр форсунок 4 мм. При этом емкость ресивера должна обеспечивать
расход воздуха – 600 м3/ч.
Экспериментальные исследования технологической линии, проведенные
в осенний и весенний период уборки культуры представлены в таблице 2.
Исследования проводили на сорте Новость ВИРа.

Таблица 2 – Состав вороха (%) топинамбура после механизированной уборки
осенью (2019 г.) и весной (2020 г.)
Ворох после очистки
Ворох,от примесей наВорох после
Ворох после
поступающийтехнологической линиисухой
Состав ворохамойки
с поляпослеуборочнойочистки
обработки
осеньвеснаосеньвесна осень веснаосеньвесна
Клубни70,988,995,897,399,899,899,9599,97
Налипшая почва7,13,13,12,10,20,20,050,03
Комки почвы13,66,71,00,60,00,000
Корневища8,41,30,10,040,00,00500,001
Внешние
повреж-дения
2,31,40,20,10,060,050,010,01
клубней
топинамбура

Проведенные исследования технологии послеуборочной обработки и
товарной подготовки топинамбура показали, что разработанная линия
выполняет технические требования по обработке и товарной подготовке
топинамбура. Налипшей почвы на клубнях было не более 0,03%.
Вглаве5«Экономическаяэффективностьприменяемых
технологических приемов» представлен технико-экономический расчет линии
товарнойподготовкитопинамбура,включающейлиниюмойкис
барботированиемводы,сушильно-фасовочногостола,компрессора,
предложена смета списка комплектующих общей суммой – 152 тыс. руб.
Применение препаратов с микроэлементами в хелатной форме при
возделывании топинамбура сортов Подмосковный и Интерес в среднем
снизилосебестоимостьна0,29…1,40руб./кгиповысилоуровень
рентабельности на 2,0…8,1%. В среднем за три года после периода хранения
клубней варианта с применением препарата с Fe, Zn, Mn, Cu, Mo, Сo, B в
хелатной форме условный чистый доход составил 4,3…7,5 тыс. руб./т клубней
и уровень рентабельности – 59,2…59,3%
Прием «мойка клубней» до закладки на хранение в открытых контейнерах
повысилуровень рентабельностина 33,9…39,4%, а прихранениив
полиэтиленовых пакетах – на 27,5…27,7% и до 81,0% (таблица 3).

Таблица 3 – Экономическая эффективность влияния очистки водой клубней
перед закладкой на хранение (сорт Подмосковный / Интерес)
ЗатратыУсловный
Заложено Сохра- Выручка,Доход,Рента-
на хране-чистый
Вариантна хране- нилось,тыс.тыс.бельность,
ние, тыс.доход, тыс.
ние, ттруб./труб./ т%
руб./труб./т
Хранение в открытых контейнерах в течение 30 дней
Контроль,
не мытые1,0/1,00,53/0,62 10,6/12,4 7,54/7,543,1/4,90/028,9/39,2
клубни
Клубни
1,0/1,00,56/0,66 28,0/33,0 8,88/8,88 19,1/24,116,1/19,368,3/73,1
вымытые
среднее1,0/1,0 0,55/0,64—–
НСР050/00,02/0,02—–
Хранение в полиэтиленовых пакетах в течение 80 дней
Контроль,
не мытые1,0/1,00,90/0,91 18,0/18,2 7,58/7,58 10,4/10,60/057,9/58,4
клубни
Клубни
1,0/1,00,94/0,94 47,0/47,0 8,92/8,92 38,1/38,127,7/27,581,0/81,0
вымытые
среднее1,0/1,00,92/0,93—–
НСР050/00,02/0,02—–

Обработка клубней разными защитными препаратами с условием их
хранения в открытых контейнерах в течение 60 дней получено, что при
увеличениизатратна0,5…0,6тыс.руб./т,увеличиваетсяуровень
рентабельности на 3,1…5,4% (таблица 4).
Таблица 4 – Экономическая эффективность влияния обработки клубней
топинамбура до закладки на хранение в открытых пищевых контейнерах
ЗатратыУсловный
ЗаложеноВыручка
Сохра-наДоход,чистыйРента-
напо цене
Вариантнилось,хранение, тыс.доход, бельность,
хранение,20
ттыс.руб./ ттыс.%
труб./кг
руб./труб./т
1 Контроль2012,02205,75,3048,5
2 Артафит2013,42646,27,01,753,1
3 Зерамикс2013,82726,37,32,053,9
4 Милефунг2013,42566,26,61,351,6
5 препарат с S2013,82726,37,32,053,9
среднее2012,8—–
НСР0500,97—–

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Обзортехнологийитехническихсредств показал, чтонет
технологических линий для послеуборочной, товарной и предпосадочной
подготовки топинамбура. Отдельные технические средства для подготовки
картофеля наиболее близки по реализации технологических процессов
подготовки топинамбура и могут быть взяты за прототип.
2. На основании теоретических и экспериментальных исследований
результатов хранения клубней топинамбура, поступающего с поля после
механизированнойуборкикомбайнамипредложенамодельлинии,
описывающая входные параметры вороха, технологические воздействия
необходимые для получения выходных параметров с учетом возмущающих
параметровитребований,предъявляемыхкпродукции.Наоснове
предложенноймоделиразработанасхематехнологическойлинии
послеуборочной обработки и товарной подготовки топинамбура, включающая
оборудование:приемныйбункер,ворохоочиститель,калибровку,
инспекционный стол, мойку барботированием, подсушку, фасовку и упаковку,
которая выполняет технические требования по обработке и товарной
подготовке топинамбура.
3. Результаты исследований показали целесообразность очистки клубней
от остатков налипшей почвы с помощью воды перед закладкой на хранение.
Отмечено, что потеря влаги и тургора клубней при хранении в открытых
пищевых контейнерах быстрее происходит у не мытых клубней в среднем по
двум сортам за два осенне-зимних (2019-2020 и 2020-2021 гг.) периода хранения
на 1,5…5,0%; а при хранении в полиэтиленовых пакетах – на 2,5…3,5%. Причём
клубни, не прошедшие мойку водой, начали быстрее поражаться склеротинией.
И после 79-го дня хранения оказались непригодными для использования.
Полученные результаты дают основание для необходимости разработки моечной
машины для первичной обработки клубней топинамбура.
4. Обработка клубней топинамбура сорта Новость ВИРа перед закладкой
на хранение препаратами с фунгицидным эффектом, создающими на
поверхности клубней пленку наноразмерной толщины, оказала положительное
влияние на сохранность клубней при хранении в прохладном помещении при
температуревоздуха+5…+9°С.ПриэтомпрепаратЗеромикси
серосодержащие препараты способствовали лучшему сохранению тургора
клубней и большему удержанию влаги в клубнях на 3-4% по сравнению с
препаратами Артафит и Милефунг, и на 8-11% по сравнению с контролем.
5. Разработана система элементов и рабочих органов для эффективной
технологии послеуборочной обработки, хранения и товарной подготовки
топинамбура, включающая процессы приема топинамбура с поля, очистки,
калибровки,инспекцииитоварнойподготовки,мойкинаоснове
барботирования клубней в воде, обработки защитными серосодержащими или
серебросодержащими препаратами, создающими на поверхности клубней
защитную антимикробную пленку наноразмерной толщины, хранения в
полиэтиленовых пакетах при температуре +2…+9°С, фасовки и упаковки.
Установлена производительность линии – до 10 т/час, повреждения в линии –
не более 3%, налипшей почвы на клубнях не более 0,03%. При проектировании
мойки клубнеплодов на принципе барботирования, важной составляющей
становится необходимая скорость струи воздуха, которая должна интенсивно
перемещать клубни в воде. Установлено, что скорость струи воздуха должна
быть не менее 10 м/с, емкость ванны для воды – 4 м3. Расход воздуха до – 600
м3/ч, диаметр форсунок 4 мм, что позволяет в воде интенсивно перемещать
клубни за счет воздуха и воды.
6. Применение препаратов с микроэлементами в хелатной форме в
среднем снизило себестоимость продукции на 0,29…1,40 руб./кг и повысило
уровень рентабельности на 2,0…8,1%. После периода хранения клубней
варианта с применением препарата с Fe, Zn, Mn, Cu, Mo, Сo, B в хелатной
форме условный чистый доход составил 4,3…7,5 тыс. руб./т клубней и уровень
рентабельности – 59,2…59,3%.
7. Прием «мойка клубней» до закладки на хранение в открытых
контейнерах повысил уровень рентабельности на 33,9…39,4%, а при хранении
в полиэтиленовых пакетах – на 27,5…27,7% и до 81,0%.
8. При обработке клубней разными защитными препаратами с условием
их хранения в открытых контейнерах в течение 60 дней получено, что при
увеличениизатратна0,5…0,6тыс.руб./т,увеличиваетсяуровень
рентабельности на 3,1…5,4%.
РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ
1. Для послеуборочной, товарной и предпосадочной подготовки клубней
топинамбура могут использоваться машины и оборудование для подготовки
картофеля.
2. Выбираемые сорта топинамбура должны удовлетворять требованиям,
предъявляемым к клубням разного назначения, в том числе: семенного, для
потребления клубней в свежем виде, для переработки.
3. Для повышения коэффициента размножения клубней, урожайности
клубней и снижения общих потерь при хранении применять препараты с Fe, Zn,
Mn, Cu, Mo, Сo, B в хелатной форме.
4. Для повышения сохранности клубней целесообразно перед закладкой
на хранение вымыть клубни и обработать препаратом (Зеромикс, Артафит,
Милефунг, серосодержащие препараты). В крупнотоварном производстве
использовать разработанную нами линию для послеуборочной обработки и
товарной подготовки клубней топинамбура, охватывающую процессы приема
топинамбура с поля, очистки, калибровки, инспекции и товарной подготовки
мойки, обработки, фасовки и упаковки; включающую: приемный бункер,
ворохоочиститель, калибровку, инспекционный стол, мойку барботированием,
обработку защитными препаратами, подсушку, фасовку и упаковку, которая
выполняет технические требования по обработке и товарной подготовке
топинамбура.