Технологические свойства растений редиса

Овощеводство – важная отрасль сельского хозяйства, позволяющая не только получать ценную, богатую витаминами и микроэлементами продукцию для питания людей, но и способствующая повышению рентабельности использования посевных площадей. В России уровень потребления овощей на одного человека в среднем составляет 62–70 % от нормы, рекомендованной Институтом питания. При этом существенная часть реализуемой на отечественном рынке продукции выращивается за рубежом, что говорит о необходимости увеличения объемов отечественного производства овощных культур1 [1].

Особенностью овощеводства как сельскохозяйственной отрасли является то, что наибольшее количество продукции производится в личных и подсобных хозяйствах. Так, по данным РОССТАТа, в 2015 г. в сельскохозяйственных организациях России было произведено всего около 20,7 % (6484 тыс. ц) овощей, а остальная продукция производилась в «хозяйствах населения» (74,9 %) и в других организациях. Причем данную тенденцию можно считать устоявшейся, поскольку и двадцатью годами ранее, в 1995 г., соотношение было схожим ² .

В объемах производства овощеводческой продукции важное место занимают корнеплоды, к которым относятся растения различных семейств. Например, хрен, редис, репа и редька относятся к семейству капустных; свекла - к семейству марьевых; морковь, пастернак и сельдерей – к зонтичным; скорцонера и цикорий - к астровым. Наиболее ценной частью корнеплодов являются мясистые крупные корни. Они содержат в различных пропорциях клетчатку, 86-93 % воды, углеводы, белки, аминокислоты, омега-3 ненасыщенные жирные кислоты, пектин, гликозиды, фенолы, минеральные соли и витамины С, А, В, Е, РР, К. Для корнеплодов, в отличие от других типов овощей, характерны относительно низкая себестоимость производства, а также высокие показатели лежкости и транспортабельности ³ .

В технологиях возделывания корнеплодов, как и при возделывании большинства других сельскохозяйственных культур, одной из важнейших операций является уборка, сроки и качество выполнения которой существенным образом определяют эффективность всего предыдущего технологического цикла ⁴ . Поэтому разработку новых и совершенствование существующих корнеплодоуборочных машин можно считать перспективным направлением развития сельскохозяйственной техники, реализация которого будет способствовать решению части важных продовольственных и экономических задач.

Обзор литературы

В промышленном производстве из корнеплодов наибольшее распространение получили сахарная и кормовая свекла5, в меньшей степени - кормовая морковь. Именно для уборки этих культур и предназначено большинство серийно выпускаемых машин, имеющих достаточно проработанную конструкцию6 [2-4]. Ежегодно предприятиями сельхозмашиностроения выпускаются новые, все более мощные и производительные свеклоуборочные комбайны, весьма качественно реализующие необходимый набор операций. Машины для уборки столовых корнеплодов изначально были востребованы меньше, однако постепенное развитие технической оснащенности сельского хозяйства позволило при- ступить и к их производству. В СССР целенаправленные работы в данном направлении были инициированы еще в 1950 г.7, а с 1975 г. начались поставки из ГДР однорядной прицепной машины ЕМ-11, которая агрегатировалась с тракторами класса 1,4. При движении агрегата вдоль ряда специальный лемех машины подкапывал корнеплоды. Одновременно лежащая на земле ботва поднималась ботвоподъемниками, формировалась в пучок и подавалась в пространство между теребильными ремнями. Ремни извлекали подкопанные корнеплоды из почвы за ботву и подавали их к роторно-планчатому механизму. Здесь корнеплоды отделялись от ботвы и падали на сепарирующий элеватор, а сама ботва сбрасывалась отводным щитком на поверхность убранного поля. Корнеплоды после очистки на продольном и поперечном элеваторах подавались погрузочным транспорте- ром в кузов идущего рядом транспортного средства8.

С 1983 г. в СССР заводом «Лидсель-маш» начат выпуск однорядной уборочной машины ММТ-1, разработанной на базе машины ЕМ-11 совместно ВИС-ХОМом и ГСКБ по машинам для овощеводства. Несколько позже в ГДР начата реализация более производительной двухрядной машины Е-825 (рис. 1) ⁹ .

Приблизительно в это же время вы пускаются трехрядный морковоубо-рочный комбайн МУК-1,8 и свеклоуборочные комбайны КСТ-ЗА, КСТ-2А, КС-6Б ¹⁰ .

В странах Западной Европы для уборки столовых корнеплодов были широко распространены комбайны фирм «Mather and Platt» (Великобритания), FMC (США) и «Asa Lift» (Дания), принцип действия которых в основных чертах аналогичен рабочим процессам машин ЕМ, ММТ и под. ¹¹

Р и с. 1. Схема двухрядной машины Е-825

F i g. 1. The scheme of the two-row machine E-825

Сейчас как на отечественном, так и на зарубежном рынке широко представлены машины для уборки столовых корнеплодов таких компаний, как «Europa», «De Wulf», «Asa Lift», «Grimmе» и других ¹² . Большинство корнеплодоуборочных машин этих фирм предназначено для заготовки моркови, столовой свеклы, редьки, цикория и других культур со схожими технологическими свойствами. Исключением является одна из наиболее перспективных овощных культур – редис, который существенно отличается схемой посева, сроками созревания и физико-механическими свойствами корнеплода ¹³ .

Перспективность возделывания редиса обусловлена тем, что его плоды богаты аскорбиновой кислотой, эфирными маслами, лизоцимом, микроэлементами и другими биологически активными веществами. Его потребление стимулирует работу желудка, оказывает мочегонное действие, способствует подавлению вредной кишечной микрофлоры, благоприятно влияя на пищеварение в целом. К тому же редис – один из первых овощей открытого грунта, попадающий весной на стол14. Для его уборки приходится разрабатывать и внедрять в производство узкоспециализированные машины. Например, в СССР была спроектирована четырех- рядная редисоуборочная машина РУ-415, производство которой в перестроечные годы было прекращено. В США широко применялись навесные трех- и шестирядные машины фирмы FMC16. Сегодня европейским и российским сельхозпроизводителям больше известны редисоуборочные комбайны фирм «Grimme», «Koppert Machines» (рис. 2) и «Asa Lift» (рис. 3)17.

При этом все современные машины для уборки редиса, выпускаемые промышленно, рассчитаны на применение в полевых условиях. Они имеют высокую стоимость, значительную энерго-и материалоемкость и не подходят для использования в личных и подсобных хозяйствах ¹⁸ , хотя почти три четверти урожая редиса производится именно в них ¹⁹ . Разработки в области механизации уборки корнеплодов для хозяйств малых форм направлены, как правило, на уборку лука и плодов цилиндрической формы (моркови, пастернака и под.) [см., например, 5-8], и для заготовки редиса не подходят. В связи с этим повышение уровня механизации уборочных процессов при возделывании редиса в хозяйствах малых форм является актуальной и практически не исследованной задачей, решение которой позволит существенным образом повысить обеспеченность населения

Р и с. 2. Самоходный редисоуборочный комбайн «Koppert Selfdriven»

F i g. 2. The self-moving radish harvester Koppert Selfdriven

Р и с. 3. Прицепной редисоуборочный комбайн «Asa Lift»

F i g. 3. The trailed radish harvester Asa Lift

Vol. 29, no. 2. 2019 вкусной и полезной продукцией, повысить рентабельность ее заготовки.

Известно, что рациональные параметры и эффективные режимы работы практически всех сельскохозяйственных машин существенным образом зависят от технологических свойств объектов, на которые они воздействуют ²⁰ [9–11]. Поэтому в рамках исследования, посвященного разработке средств малой механизации уборки редиса, авторами было проведено определение его основных физико-механических свойств.

Материалы и методы

Исследование проводилось на растениях двух сортов (Селеста и Белокрайка, урожай 2017 г.), характерных для Южного и Северо-Кавказского федеральных окру- гов. По известным методикам21 [9–12] определялись размерные, массовые и фрикционные свойства редиса.

Измерение размерных характеристик редиса производилось на ста предварительно очищенных растениях каждого сорта электронным штангенциркулем (рис. 4, а). Для каждого размера были выявлены числовые зависимости и их основные статистические характеристики: средняя величина М , среднее квадратическое отклонение σ и коэффициент вариации V (табл. 1) ²² .

Помимо основных линейных размеров растений, для каждого сорта редиса определялись отношения некоторых наиболее характерных параметров, а также коэффициенты корреляции между

a)

b)

c)

Р и с. 4. Оборудование, применяемое при исследовании физико-механических свойств редиса: а) электронный штангенциркуль; b) установка ТМ-21 для определения фрикционных свойств; с) весы лабораторные ВСН-3/0,2-3

F i g. 4. The equipment used for studying the physical and mechanical properties of radish:

а) electronic calipers; b) TM-21 device for determination of frictional properties;

c) laboratory scales ВСН-3/0,2-3

ними ²³ . Полученные данные сводились в табл. 2.

В табл. 1; 2 приняты обозначения, указанные на рис. 5.

Коэффициенты трения (покоя и движения) редиса о стальную неокрашенную поверхность определялись по из- вестным методикам с использованием установки ТМ-2124 [9]. Для проведения исследования предварительно были изготовлены образцы – деревянные бруски, на которых закреплялись (накалывались и приклеивались соответственно) корнеплоды редиса и стебли ботвы

Р и с. 5. Схема для определения основных размерных характеристик редиса: L – общая длина растения, мм; l – длина корешка, мм; h_b – длина стеблей от головки корнеплода до листьев ботвы, мм; h – высота головки корнеплода, мм; d_{p 1} – диаметр головки корнеплода, мм; d_{p 2} – диаметр головки корнеплода (нормально к d_{p 1}), мм; d_b – суммарный диаметр стеблей у головки корнеплода, мм;

d_x – диаметр корешка у головки корнеплода, мм

F i g. 5. The scheme for determining the basic dimensional characteristics of radish: L – total length of plant, mm; l – length of radicle, mm; h_b – stem length from root to tops leaves, mm; h – height of the root, mm; d_{p 1} – diameter of the root, mm; d_{p 2} – diameter of the root (perpendicular to the d_{p 1}), mm;

d_b – total diameter of stems at the the root, mm; d_x – diameter of radicle at the root, mm

Р и с. 6. Бруски с закрепленными на них корнеплодами и стеблями ботвы редиса

F i g. 6. The bars with roots fixed on them and the stems of the radish top

Т а б л и ц а 1

T a b l e 1

	k?^	oo"	s
	b 2 b 8	oo"	°4
	^ i ^ 8	O,	OO' oo" Cxi
	k?^	О
			Cxf
	aS ^ 2^ 8	oo"	OO'
	<л^	о
	b^ ^|	O\ rxf (M	r^ 04
		o"	ГХ1
			^
	^1^8
		O^ 04	Si
		r^
	^2^8	oo, oo"	rxf
		O\	*
	b g b Д	V	*
	^"1 ^8	rxf	*
		O\	r^
	Ь 2 ь я	V
	^2^8	o,	o' rxl
		40
		°4 exf Cxi	OO'
	к 8 b g b 8	rxf	СП
		oo"	o< rxl
сЗ s Л о ^ сЗ p О О		s £ 8 55	ci Ss И

s § S 'o So ^° о ol ^H		о"	04
		r^	ОО
		rxl	о"
		3,	04
		о	S'
8-3 S О 4 N P, “ 8 О S oH	>	о	о"
		о"	Гх)
		r^	о
		о"	04
		о"	04
ci О		о н о и	сЗ о m сЗ )S сЗ Он о и

(рис. 6). Все измерения проводились в трехкратной повторности, полученные значения коэффициентов трения сводились в таблицу.

При определении массовых характеристик редиса сначала взвешивалось целое растение, затем отдельно – корнеплод и отдельно – корешок. Масса 100 штук каждого из элементов определялась трехкратно. Взвешивание проводилось с использованием лабораторных электронных весов ВСН-3/0,2-3 с точностью до 0,1 г.

Результаты исследования

Размерные характеристики растений редиса представлены в табл. 1.

Анализ данных, приведенных в табл. 1, позволяет сделать следующие выводы:

– редис сорта Селеста по линейным размерам в 1,2–2,1 раза крупнее редиса сорта Белокрайка;

– диаметр корнеплодов для обоих сортов является наиболее стабильным размером: коэффициент вариации составляет 13,2–13,9 %;

– высота головок корнеплодов варьируется в диапазоне 18,4–20,3 %, изменяясь при этом по среднему размеру от 29 до 45 мм. В общей длине растений высота головок корнеплодов занимает 12–14 %;

– диаметр пучка стеблей в месте предполагаемого среза составляет в среднем около 9–12 мм, при среднеква- дратическом отклонении около 2–3 мм. Диаметр корешка у предполагаемого места среза в среднем составляет 4–5 мм.

Характеристики зависимостей между размерами редиса сведены в табл. 2. При этом средний диаметр d_ср редиса для сорта Селеста определялся как среднее геометрическое d_{p 1} и d_{p 2} , для сорта Белокрайка d_cp = d_{p 1} .

Анализ данных, приведенных в табл. 2, позволяет заключить, что:

– корнеплоды редиса сорта Бело-крайка по форме приближаются к шару, в то время как у редиса сорта Селеста головки корнеплодов имеют вытянутую форму: их высота примерно в 1,4 раза больше среднего диаметра;

– соотношение диаметра пучка ботвы в предполагаемом месте среза и диаметра головки корнеплода у исследуемых сортов составляет 0,27–0,46, а диаметра корешков к диаметру головок – 0,13–0,19;

– для исследуемых сортов редиса между всеми рассмотренными размерами выявлено наличие прямой корреляции.

Коэффициенты трения отдельных частей растений редиса о неокрашенную сталь представлены в табл. 3.

Данные, приведенные в таблице, показывают, что головки корнеплодов отличаются более низкими (примерно в 1,25 раза) фрикционными показа-

Т а б л и ц а 3

T a b l e 3

Некоторые фрикционные характеристики редиса Some frictional characteristics of radish

Сорт редиса / Radish varieties		Селеста / Celeste	Белокрайка / Belokrayka
Коэффициент трения движения / The coefficient of the friction motion	Корнеплоды / Roots	0,58	0,44
	Стебли / Stems	0,69	0,61
Коэффициент трения покоя / The coefficient of the static friction	Корнеплоды / Roots	0,66	0,63
	Стебли / Stems	0,87	0,71

Т а б л и ц а 4

T a b l e 4

Массовые характеристики редиса The mass characteristics of radish

Сорт редиса / Radish varieties Селеста / Celeste Белокрайка / Belokrayka Показатель / Index Масса растения / Plant weight Масса корнеплода / Root weight Масса корешка / Rootlet weight Масса растения / Plant weight Масса корнеплода / Root weight Масса корешка / Rootlet weight Мm, г / Мm, g 35,5 28,3 0,2 19,3 10,1 0,1 σm, г / σm, g 3,3 3,5 – 2,9 1,7 – Vm, % 9,4 12,4 – 15,0 16,9 – mmax, г / mmax, g 43,9 35,3 – 24,2 13,4 – mmin, г / mmin, g 31,9 22,0 – 16,8 8,2 – телями, чем стебли. По исследуемым сортам редиса коэффициенты трения отличались существенно (примерно на 17 %), что может быть связано с разной степенью свежести растений. При этом коэффициенты трения движения в среднем были в 1,24 раза меньше коэффициентов трения покоя.

Статистические характеристики массы растений редиса и их отдельных частей представлены в табл. 4.

Из данных, приведенных в табл. 4 следует, что:

– на долю корешка приходится 0,5– 0,6 % от общей массы растения редиса; следовательно, при анализе производственных процессов массой корешка в расчетах можно пренебречь;

– отношение массы головки корнеплода к общей массе растения существенно варьируется в зависимости от сорта редиса и его состояния; в проведенных исследованиях эти соотношения изменялись от 0,52 до 0,9;

– масса всего растения редиса сорта Селеста больше массы растения редиса

Technologies and means of agricultural mechanization

сорта Белокрайка примерно в 1,8 раза; для головок корнеплодов аналогичное соотношение – 2,8 раза.

Обсуждение и заключение

Физико-механические свойства растений редиса существенным образом зависят от их сорта, степени созревания, свежести и других факторов, поэтому результаты исследования варьируются в значительных пределах. Например, проведенное исследование позволило установить, что редис сорта Селеста по линейным размерам в 1,2–2,1 раза крупнее редиса сорта Белокрайка и примерно в 1,8–2,8 раза тяжелее.

Масса головок корнеплодов (10– 28 г) в общей массе растения составляет 52–90 %, а масса корешков – 0,5–0,6 %. Соответственно, при аналитических расчетах массой корешка можно пренебречь.

Средний диаметр головок корнеплодов исследованных сортов составляет от 26,7 до 34 мм при коэффициенте вариации ( V ) около 13–14 %; высота головок корнеплодов составляет от 29 275

до 45 мм (при V ≈ 18–20 %). При этом корнеплоды редиса сорта Белокрай-ка по форме близки к шару, в то время как у редиса сорта Селеста высота головок корнеплодов примерно в 1,4 раза больше среднего диаметра. Для исследуемых сортов редиса выявлено наличие прямой корреляции между всеми рассмотренными размерами. Коэффициент трения покоя корнеплодов о неокрашенную сталь составляет 0,63– 0,66, движения – 0,44–0,58.

Диаметр пучка стеблей в месте предполагаемого среза в среднем составляет от 9 до 12 мм, диаметр корешка у предполагаемого места среза – 4–5 мм. Фрикционные показатели стеблей ботвы в среднем в 1,25 раза выше, чем фрикционные свойства головок корнеплодов.

Полученные в исследовании данные, несмотря на их вариативность, могут быть использованы в качестве исходной информации при проекти-

Том 29, № 2. 2019 ровании машин для уборки и первичной переработки редиса. Например, их можно применять при нахождении рациональной степени прижатия друг к другу несущих ременных транспортеров в зависимости от массы растений, суммарного диаметра стеблей и их фрикционных свойств; при определении оптимального расположения ножей относительно ремней транспортера в зависимости от линейных размеров растений (при заготовке обрезного редиса); при определении удельных энергозатрат резания с учетом площади стеблей ботвы и корешка в месте среза; при расчете суммарной мощности, потребляемой ботвообрезочной машиной заданной производительности и т. д. Особый интерес полученные данные могут представлять при разработке малогабаритных технических средств, применение которых было бы рентабельно в условиях личных и подсобных хозяйств.

Поступила 08.07.2018; принята к публикации 14.09.2018; опубликована онлайн 28.06.2019

Об авторах:

Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи