4.3. Физические свойства картофеля, плодов и овощей и их значение при доработке и хранении

Сохранность плодов, овощей и картофеля в значительной степени определяется следующими физическими свойствами: теплофизически-ми и сорбционными, сыпучестью, самосортированием, скважистостью, механической прочностью, подверженностью замерзанию. Они регулируют интенсивность физиологических, биохимических и микробиологических процессов, протекающих в продукции при ее обработке и хранении.

Сыпучесть — это способность продукции самопроизвольно перемещаться относительно какой-либо наклонной поверхности или по отдельным экземплярам продукции (кочан по кочану, корнеплод по корнеплоду и т. п.).

Продукция, имеющая гладкую поверхность и округлую форму (вишня, абрикос, слива, персик), обладает большей сыпучестью. Примеси снижают сыпучесть. Травмированная продукция менее сыпуча. На сыпучесть влияет характер материала, состояние поверхности, по которой перемещается продукция.

Сыпучесть определяется углом трения и углом естественного откоса или ската. Угол трения — наименьший угол, при котором продукция начинает скользить по наклонной поверхности. Угол естественного откоса или ската — это угол между диаметром основания и образующей конуса, получающегося при свободном падении продукции на горизонтальную плоскость.

При загрузке хранилищ картофель и овощи через люки скатываются по наклонной поверхности только в том случае, если угол наклона ее более 40−50^о, т. е. превышает угол трения, указанный в табл. 4.3.

Таблица 4.3. Угол трения овощей и картофеля, град

Продукция	Деревянный настил	Транспортерная лента	Железный лист	Цементная плита
Картофель	21−24	22−26	21−23	24−29
Морковь	28−33	31−35	27−32	35−40
Свекла	23−27	25−28	23−25	25−30

Если картофель и овощи перемещают по транспортерной ленте, то ее устанавливают так, чтобы угол наклона был меньше угла трения. В противном случае они скатываются с транспортера в обратном направлении.

Угол естественного откоса (ската) у сочной продукции находится в пределах 40–45^о, его учитывают при размещении продукции насыпью в хранилище, при устройстве буртов. Чем меньше указанные углы, тем выше сыпучесть продукции.

Самосортирование — это неравномерное распределение компонентов массы продукции по отдельным участкам насыпи. Самосортированию способствует неоднородность продукции, ее разная сыпучесть. Оно наблюдается при перевозке продукции, передвижении ее по транспортерам, засыпке на хранение и в процессе выгрузки. Так, при механической загрузке хранилищ картофелем и овощами более крупные, с большей удельной массой экземпляры распределяются вблизи места падения, а мелкие, легкие отбрасываются к стенам хранилища, скатываются к основанию насыпи. Создаются участки насыпи с более мелкими, травмированными экземплярами, с большим содержанием легковесных примесей, а следовательно, с меньшей скважистостью и низким содержанием воздуха. Здесь активнее протекают физиологические и микробиологические процессы, появляются предпосылки возникновения самосогревания и задыхания продукции. Чтобы избежать самосортирования, на хранение следует закладывать продукцию, прошедшую сортирование и калибрование по форме и размерам, а также очищенную от примесей.

Скважистость — это отношение межклубневых, межкочанных и подобных пространств (пор, скважин) к общему объему, занятому продукцией. Иначе говоря, это объем промежутков между экземплярами в 1 м³ штабеля продукции, заполненных воздухом. Благодаря скважистости создается запас воздуха для жизнедеятельности продукции, идет тепло- и влагообмен в хранящейся продукции за счет воздухообмена, можно проводить активное вентилирование продукции, вводить в нее газ или пары различных отравляющих веществ для дезинсекции или дезинфекции.

Скважистость зависит от размера, формы, характера поверхности продукции, высоты загрузки, наличия в ней примесей. Так, скважистость в партии картофеля без примесей составляет 42–45 %, столовой свеклы — 50–55, моркови — 51–53 %. Чем больше скважистость, тем меньше объемная масса продукции. В итоге при большей скважистости и соответственно меньшей объемной массе продукции необходим больший объем хранилищ для ее размещения

Присутствие воздуха, перемещающегося по скважинам, способствует передаче тепла конвекцией и перемещению влаги в виде пара в межклубневых, межкочанных пространствах. Высота загрузки хранилищ зависит от вида продукции, формы, размеров, особенностей поверхности, наличия примесей. Скважистость с увеличением высоты загрузки уменьшается. Присутствие в продукции почвы, листьев и других примесей резко снижает скважистость и увеличивает сопротивление потоку воздуха при активном вентилировании. Для большинства овощей скважистость находится на уровне 45−55 %.

Сорбционные свойства (испарение и отпотевание). Сорбция — способность плодоовощной продукции поглощать из окружающей среды пары воды и газы. Она свойственна клубням, плодам, ягодам, луковицам. Сорбция молекул газов приводит к возникновению посторонних запахов в массе продукции при хранении. Поэтому нельзя хранить плоды с сильным ароматом (апельсины, лимоны, мандарины) с другими плодами, овощи с резким запахом (лук, чеснок, хрен) с другими овощами.

В практике хранения сочной продукции чаще встречается десорбция (испарение) водяных паров. Большие размеры клеток и межклеточников, высокое содержание воды в свободном состоянии, незначительная толщина верхнего кутинизированного слоя клеток, слабая водоудерживающая способность цитоплазмы (из-за малого содержания белков и других коллоидов), большая удельная поверхность (поверхность, приходящаяся на 1 г продукции) способствуют быстрому испарению влаги и увяданию плодов и овощей при низкой влажности и повышенной температуре воздуха в хранилищах или в окружающей среде.

Размер потерь воды у сочной продукции зависит от ее физического состояния. Влага теряется через кожицу, чечевички, ростки, порезы, ссадины, поврежденные болезнями и вредителями ткани. Особенно много воды теряют порезанные, раздавленные овощи и плоды. Незрелые клубни картофеля испаряют больше влаги, чем зрелые, так как поверхность у них более проницаемая. Зрелые клубни теряют много влаги только сразу после уборки.

Масса клубней, плодов и овощей при транспортировании и хранении уменьшается главным образом в результате испарения влаги. При одинаковых внешних условиях интенсивность испарения тем выше, чем больше удельная поверхность объектов. Поэтому из мелких клубней, плодов и овощей одного и того же вида и сорта при прочих равных условиях влаги испаряется больше, чем из крупных. Чем больше дефицит влажности, т. е. суше воздух, больше скорость его движения, тем быстрее теряется влага, снижается качество сочной продукции при хранении. Для основных видов плодов и овощей в хранилищах поддерживают влажность воздуха 90−95 %, для листовых овощей и пучковой продукции — 96−98 %. Исключение составляют репчатый лук, тыква и кабачки-цуккини, они лучше сохраняются при влажности воздуха 70−75 %.

Сорбционные свойства могут способствовать отпотеванию продукции, которое может происходить при высокой относительной влажности воздуха в хранилище. Отпотевание происходит также при незначительном снижении температуры, если в хранилище поддерживается высокая влажность воздуха и пониженная температура. Если охлажденную продукцию сразу переместить из холодильника в теплое помещение, может также произойти отпотевание. Оно происходит при разности температур по участкам насыпи продукции, а также — в массе продукции и окружающем воздухе.

При наличии капельножидкой влаги создаются благоприятные условия для внедрения спор фитопатогенов в ткани продукции через устьица и микроповреждения. И как следствие, идет плесневение и гниение продукции, появляются бактериозы. На сухой и здоровой поверхности овощей и плодов споры фитопатогенов лишены возможности прорастать и развиваться. Поэтому борьба с отпотеванием является первоочередной задачей во время хранения.

Для предупреждения отпотевания объектов хранения и их порчи применяют активное вентилирование. При отсутствии установок продукцию укрывают стружками, рогожами, соломой и другими теплоизоляционными материалами, обладающими большой гигроскопич- ностью. Конденсационную влагу, оседающую на укрытии, удаляют вместе с ним.

Подверженность замерзанию. При замерзании плодов и овощей сначала идет понижение температуры замораживаемого объекта на несколько градусов ниже нуля. При дальнейшем понижении температуры внутри клеток образуются кристаллы льда. Они быстро растут, выделяя теплоту, что ведет к повышению температуры. Она останавливается на некотором уровне ниже нуля. Это и есть температура замерзания плодов и овощей. Так, температура замерзания находится в пределах −1,3…−0,6 ^оС для картофеля; −1 ^оС — для моркови и капусты белокочанной поздней; −1,6…−0,9 ^оС — для свеклы; −1,8 ^оС — для лука репчатого острого; −1,5 ^оС — для лука полуострого и сладкого; −2,6…−1 ^оС — для чеснока; −0,7 ^оС — для томатов бурых и красных; −1…−0,5 ^оС — для огурцов; −2…−1,5 ^оС — для яблок летних и осенних сортов; −1,8 ^оС — для груш; −2,5…−1,7 ^оС — для вишни и черешни. Причем разные части объекта замерзают при разных температурах. Так, наружные зеленые листья кочана белокочанной капусты даже при воздействии температуры −5…−7 ^оС «отходят». Самой чувствительной является верхушечная почка, которая замерзает при температуре −0,8…−1,1 ^оС. Кочерыга капусты замерзает при температуре −1,5…−1,8 ^оС, а белые листья — при −2…−4 ^оС.

При подмораживании овощи и плоды темнеют и изменяют вкус. Гидролитические ферменты разрушают сложные вещества (крахмал, гликозиды) до более простых сахаров. По этой причине брусника, рябина, дикие яблоки, картофель становятся сладкими. Кроме того, плоды становятся мягче, так как протопектин после оттаивания гидролизуется до растворимого пектина. Замороженные яблоки после оттаивания буреют из-за окисления дубильных веществ до флобафенов.

Плоды и овощи, хранящиеся россыпью или в мелкой таре, охлаждаются значительно быстрее, чем при хранении толстым слоем или в крупной таре. Охлаждается продукция быстро, в течение 2 сут. Отепляют овощи и плоды после хранения при отрицательных и низких положительных температурах обязательно постепенно, за 5−30 сут. Это необходимо для того, чтобы избежать физиологических расстройств (потемнения мякоти плода). Отепление проводят атмосферным воздухом и считают законченным, когда температура продукции становится лишь на 4−5 ^оС ниже дневной температуры атмосферного воздуха.

Таким образом, в основном овощи и плоды замерзают в пределах температуры от −0,5 (огурцы, томаты) до −3 ^оС (свекла, морковь и др.), что крайне ограничивает возможность сохранения продукции в свежем виде. Нельзя допускать случайного подмораживания продукции, так как при этом идет резкое снижение ее качества.

Теплофизические свойства. К теплофизическим свойствам сочной продукции относят теплоемкость, теплопроводность, температуропроводность и термовлагопроводность. Они определяют температуру в массе продукции при ее хранении и скорость охлаждения продукции естественным путем или при активном вентилировании. Тепло в массе продукции передается путем кондукции (при соприкосновении плодов и клубней друг с другом) и конвекции (через воздух скважин).

Овощи, плоды и картофель обладают плохой тепло- и температуропроводностью. Они очень медленно охлаждаются и также медленно нагреваются. Интенсивность данных процессов замедляется и вследствие высокой скважистости хранимых объектов, так как воздух — плохой проводник тепла.

Теплоемкость характеризуется количеством тепла, необходимого для нагрева 1 кг продукции на 1 ^оС. Она выражается в ккал/(кг∙^оС), или в кДж/(кг∙^оС). С учетом того, что сочная продукция содержит большое количество воды, а скважины между отдельными экземплярами продукции заполнены воздухом, необходимо знать, что воздух имеет теплоемкость, равную 1,27кДж/(кг∙^оС); вода — 4,19 кДж/(кг∙^оС). Сочная продукция по величине этого показателя занимает среднее положение между воздухом и водой. Так, теплоемкость картофеля равна 3,52; капусты — 3,98; огурцов — 4,06 кДж/(кг∙^оС).

Теплопроводность — это способность продукции проводить тепло от более  нагретых к менее нагретым участкам. Сочная  продукция  имеет низкий коэффициент теплопроводност: 0,34–0,52 кДж/(м∙ч∙^оС). Для сравнения у меди он равен 1190–1430 кДж/(м∙ч∙^оС).

Температуропроводность характеризует скорость нагрева или охлаждения продукции. Коэффициент температуропроводности для сочной продукции также низок. Для примера укажем, что коэффициент температуропроводности картофеля, капусты и свеклы находится в пределах 12,24∙10⁻⁸–18,04∙10⁻⁸ м²/с. В связи с низкими величинами коэффициента температуропроводности плодоовощная продукция может сравнительно долго сохранять свою температуру на одном уровне, характеризуется большой тепловой энерцией.

Термовлагопроводность — это перемещение парообразной влаги в направлении потоков тепла. Движение идет от более нагретых к менее нагретым участкам. При этом происходит конденсация водяных паров в отдельных слоях насыпи и усиливаются физиологические и микробиологические процессы. Термовлагопроводность является основой пластового самосогревания.

Из-за низких тепло- и температуропроводности сочная продукция при хранении очень медленно охлаждается и нагревается. Если на хранение заложена продукция в охлажденном состоянии, то низкая ее температура сохраняется и в теплое время года.

Вследствие плохой тепло- и температуропроводности плодоовощной продукции тепло, выделяемое всеми живыми компонентами массы овощей, плодов и картофеля, аккумулируется в ней, при этом активизируется микрофлора и возникает самосогревание, приводящее к частичной или полной потере качества продукции. Теплофизические свойства овощей, плодов и картофеля учитывают при хранении в условиях активного вентилирования для расчета параметров хранилищ и скорости охлаждения продукции. Хранение овощей, плодов и картофеля с учетом их физических свойств позволяет значительно сократить потери и сохранить качество продукции.

Механическая  прочность характеризуется удельным сопротивле-нием клубней, корнеплодов, кочанов, плодов вдавливанию штампа площадью 1 см² (измеряется в килограммах на сантиметр квадратный) и усилием на раздавливание между двумя пластинами. Так, у картофеля удельное сопротивление колеблется в пределах 17–25 кг/см², усилие на раздавливание составляет 30–98 кг. Прочность продукции зависит от ее структуры, размера и массы.

На механическую прочность картофеля, овощей и плодов влияют также условия выращивания, уборки, доработки. Например, большую роль играет температура клубней картофеля во время уборки и сортировки. Более высокая повреждаемость клубней картофеля наблюдается при уборке и доработке при температуре ниже 10−12 ^оС. Снижение температуры на 1 ^оС увеличивает травмированность на 9–10 %. Это объясняется тем, что при понижении температуры накапливаются сахара и ткани клубней становятся менее эластичными. Крупные клубни травмируются сильнее, чем средние и мелкие. Клубни округлой формы имеют большую прочность.

Плодоовощная продукция, имеющая более прочные покровные ткани, повреждается меньше. Например, свекла прочнее, чем морковь, репа, редис.

Трещины на картофеле и овощах появляются при ударах о конструкции машин во время уборки и сортирования или при падении с большой высоты в период загрузки. Иногда трещины у клубней и корнеплодов возникают во время вегетации из-за неравномерности роста, что не связано с механическими повреждениями. Снижению механических  повреждений способствуют:  применение специализированных транспортных, средств; использование транспортеров, выгрузной конец которых меняет высоту по мере накопления емкости, и вставных полос из прорезиненного полотна, гасящих удар; покрытие лопастей, прутков сортировальных машин слоем резины или пластмассы, смягчающих удары.