Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОЦЕНКИ СТЕПЕНИ ЗРЕЛОСТИ ПЛОДОВ ЗЕМЛЯНИКИ САДОВОЙ

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для объективной оценке степени зрелости плодов земляники садовой различных ботанических сортов, высокоточном отборе плодов необходимой стадии зрелости (для последующей транспортировки, хранении, реализации, отборе на семена), при оптимизации режимов хранения и транспортировки и т.п.

В процессе роста плоды земляники проходят следующие стадии созревания: 1 - зеленые; 2 - белые; 3 - бело-розовые; 4 - розовые с белым кончиком; 5 - розово-красные (съемная зрелость); 6 - красные (потребительская зрелость); 7 - темно-красные (перезревшие). Если начальные стадии развития - от зеленой до съемной зрелости хорошо различаются по цвету и легко детектируются визуально (что используется в российских и международных стандартах оценки качества плодов, потребляемых в свежем виде или идущих на переработку), то сортировка на последующие группы вызывает трудности. Плоды желательно собирать в стадии съемной зрелости и доставить до потребителя в стадии полной (потребительской) зрелости, не допуская перезревания и порчи.

При оптимизации агротехнических приемов выращивания, режимов хранения основное внимание уделяют их влиянию на длительность перехода плодов из стадии съемной зрелости к стадиям полностью зрелой и перезревшей.

Глазомерная оценка, даже при использовании специальных колориметрических таблиц [1], существенно зависит от индивидуальных особенностей зрения, освещенности, степени усталости оператора, трудоемка и не позволяет достоверно различать стадии съемной зрелости от полностью зрелой и стадию полностью зрелой от перезревшей у полностью окрашенных плодов.

Для получения объективной информации о зрелости плодов земляники прибегают к комплексному измерению твердости (текстуры), органолептической оценке и различным методам анализа биохимического состава, оценивая величину pH, содержание хлорофилла, антоцианов, сахаров, органических кислот, этилена [2-7].

Все указанные методы относятся к разрушающим, требуют специализированных биохимических лабораторий, профессиональных кадров и дорогостоящего оборудования. Значения биохимических показателей в большей степени зависят от ботанического сорта, нежели чем от зрелости плодов, что делает невозможным выявить универсальный критерий оценки степени зрелости.

Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является неразрушающий оптический метод оценки зрелости плодов земляники на базе цветовых индексов колориметрической системы L*a*b* [8-12].

Основным недостатком этого метода является чувствительность к качеству освещения, необходимость уточнения критериев для каждого ботанического сорта и низкая достоверность различий между следующими степенями зрелости: съемная - потребительская - перезревание.

Цель изобретения - повышение точности и эффективности диагностики степени зрелости плодов земляники посредством количественной оценки коэффициентов отражения в определенных участках видимого спектра и расчета их отношений.

Способ заключается в том, что проводят измерения оптических характеристик плодов, а определение степени зрелости плодов земляники осуществляют на основании установленной экспериментальным путем связи между зрелостью, спектром отражения в диапазоне длин волн 400-700 нм и отношениями коэффициентов отражения в следующих спектральных диапазонах: 670 нм и 630 нм. Коэффициенты отражения регистрируют с помощью портативного спектрофотометра, работающего в видимом диапазоне длин волн, а измеряемая зона поверхности плодов не должна иметь каких-либо видимых признаков болезней или механических дефектов. На фигуре 1 представлены типовые спектры отражения в диапазоне длин волн от 400 нм до 700 нм, характерные для 7 стадий зрелости плодов: 1 - зеленые; 2 - белые; 3 - бело-розовые; 4 - розовые с белым кончиком; 5 - розово-красные (съемная зрелость); 6 - красные (потребительская зрелость); 7 - темно-красные (перезревшие). О степени зрелости плодов земляники судят по показателю зрелости ПЗр, которые рассчитываются как:

где R₆₇₀ - коэффициент отражения на длине волны 670 нм, R₆₃₀ - коэффициент отражения на длине волны 630 нм.

Стадия незрелых плодов (от 1 до 4 включительно) характеризуется значениями ПЗр меньше 0,8.

Стадия съемной зрелости (5), характеризуется значениями ПЗр в диапазоне от 0,8 до 1.

Стадия полного созревания или потребительской зрелости (6) характеризуется значениями ПЗр в диапазоне от 1 до 1,4.

Стадия перезревания (7) характеризуется значениями ПЗр больше 1,4.

Разделение плодов на группы зрелости внутри каждой стадии проводят в соответствие со следующими критериями: чем больше параметр ПЗр - тем более зрелый плод.

Пример 1. Способ был применен для инструментальной оценки степени зрелости плодов земляники сорта Cabrillo, снятых с растений в различные фазы развития - от зеленых плодов до перезревших.

По визуальным признакам ягоды были разделены на 7 стадий зрелости. Затем случайным образом были отобраны по 5-6 плодов каждой стадии зрелости и проведены измерения оптических характеристик ткани плодов, а именно спектров отражения в диапазоне длин волн 400-700 нм и координат цветности L*a*b* с помощью портативного спектроколориметра Konica - Minolta CM-700d/600d в 1-3 точках поверхности каждого плода. Далее по формуле 1 были проведены расчеты показателя ПЗр и статистическая обработка данных.

Типовые спектры отражения, представленные на фигуре 1 для всех 7 стадий зрелости, демонстрируют существенное изменение спектра отражения в области длин волн 500-700 нм, что позволило выявить характерные длины волн - 670 нм и 630 нм, отношение коэффициентов отражения на которых отражает степень зрелости плода - чем больше отношение, тем более спелый плод. При этом плоды первых 4 групп - зеленые, белые, бело-розовые и розовые с белым кончиком имеют наименьшие величины показателя ПЗр от 0,6 до 0,65 и могут быть объединены в общую группу незрелых плодов. В стадии съемной зрелости этот показатель вырастает до 0,9. В стадии потребительской зрелости среднее значение ПЗр для сорта Cabrillo становиться равным 1,15 и вырастает до 1,88 при перезревании. Следует отметить, что координаты цветности L*a*b* а также абсолютные значения коэффициентов отражения R₆₇₀ и R₆₃₀ не дают столь однозначной картины.

Пример 2. Способ был применен для инструментальной оценки трех сортов земляники: Verity, Evis Deliht, Мигало, имеющих различный оттенок поверхности зрелых ягод. По визуальным признакам и плотности ягоды были разделены на 4 стадии зрелости - незрелые, съемная зрелость, потребительская зрелость и перезревшие. Затем случайным образом были отобраны по 8-10 плодов каждой стадии зрелости и проведены измерения оптических характеристик ткани плодов, а именно коэффициентов отражения на длинах волн 630 нм и 670 нм и координат цветности L*a*b* с помощью портативного спектроколориметра Konica - Minolta CM-700d/600d в 1-2 точках поверхности каждого плода. Далее по формуле 1 были проведены расчеты показателя ПЗр и статистическая обработка данных (табл. 3-5).

Результаты измерений, представленные в таблицах 1-5, убедительно демонстрируют, что независимо от ботанического сорта, прослеживается общая закономерность - по мере созревания увеличивается отношение R₆₇₀/R₆₃₀ и можно выявить общие границы диапазонов показателя ПЗр, соответствующие той или иной степени зрелости: у всех незрелых плодов значения ПЗр, как правило, не превышает 0,8 от.ед. Плоды съемной степени зрелости всех представленных сортов имеют довольно узкий, но однозначный диапазон значений Пзр от 0,8 до 1,0 от.ед. Потребительская стадия зрелости описывается показателем в диапазоне от 1,0 до 1,4, а все перезревшие плоды имеют значения ПЗр более 1,4.

Предлагаемый способ позволяет более достоверно различать стадии съемной зрелости полного созревания и перезревшие, чем колориметрический метод.

Анализ колориметрических критериев показывает, что по этому параметру можно уверенно сортировать ягоды земляники только на две стадии зрелости незрелые - зрелые, тогда как отношение коэффициентов отражения R₆₇₀/R₆₃₀ по мере созревания закономерно и монотонно увеличивается, позволяя выявить характерные критерии для каждой стадии зрелости. Благодаря этому, с помощью предлагаемого метода разделение на 4 группы зрелости (незрелые - съемная зрелость - потребительская зрелость - перезревшие) для всех 4 ботанических сортов происходит с высокой степенью вероятности (не менее 0,999). Использование колориметрических показателей требуют индивидуальных критериев зрелости для каждого сорта, так как разные сорта имеют различные цветовые оттенки. Достаточно большой разброс значений L*a*b* не позволяет достоверно оценивать зрелость плодов.

Использование отношение коэффициентов отражения на характеристических длинах волн позволяет проводить разделение по степеням зрелости более точно, при этом метод подходит как для оценки категории зрелости партии плодов земляники, так и для оценки степени зрелости отдельной ягоды. Так как в качестве критериев зрелости используются не абсолютные значения коэффициентов отражения, а их отношения, то предлагаемый метод оценки не зависит от качества источников освещения и применяемой аппаратуры регистрации спектра отражения.

Литература:

1. Бондарцев А.С. Шлака цветов. Пособие для биологов при научных и прикладных исследованиях. - М: Изд-во АН СССР, 1954. - 29 с.

2. Cheour F. et al. Foliar application of calcium chloride delays postharvest ripening of strawberry // Journal of the American Society for Horticultural Science. - 1990. - T. 115. - №.5. - C. 789-792.

3. Azodanlou R. et al. Changes in flavour and texture during the ripening of strawberries // European Food Research and Technology. - 2004. - T. 218. - №.2. - C. 167-172.

4. Jia H. F. et al. Abscisic acid plays an important role in the regulation of strawberry fruit ripening // Plant physiology. - 2011. - Т. 157. - №1. - C. 188-199.

5. Olsson M.E. et al. Antioxidants, low molecular weight carbohydrates, and total antioxidant capacity in strawberries (Fragariax ananassa): effects of cultivar, ripening, and storage // Journal of Agricultural and Food Chemistry. - 2004. - T. 52. - №.9. - C. 2490-2498.

6. Sturm K., Koron D., Stampar F. The composition of fruit of different strawberry varieties depending on maturity stage // Food chemistry. - 2003. - T. 83. - №. 3. - C. 417-422.

7. Блинникова О.M. Новикова, И.М., Елисеева, Л.Г., Ильинский, А.С. Сохранение качества ягод земляники при хранении в модифицированной атмосфере // Пищевая промышленность. - 2017. - №.10. - С. 46-50.

8. Sacks Е.J., Shaw D.V. Optimum allocation of objective color measurements for evaluating fresh strawberries // Journal of the American Society for Horticultural Science. - 1994. - T. 119. - №.2. - C. 330-334.

9. Miszczak A., Forney C.F., Prange R.K. Development of aroma volatiles and color during postharvest ripening of Kent' strawberries // Journal of the American Society for Horticultural Science. - 1995. - T. 120. - №.4. - C. 650-655.

10. Wrolstad R.E., Durst R.W., Lee J. Tracking color and pigment changes in anthocyanin products // Trends in Food Science & Technology. - 2005. - T. 16. - №.9. - C. 423-428.

11. Aday M.S., Caner C. The shelf life extension of fresh strawberries using an oxygen absorber in the biobased package // LWT-Food Science and Technology. - 2013. - T. 52. - №.2. - C. 102-109

12. Yoshida Y., Koyama N., Tamura H. Color and anthocyanin composition of strawberry fruit: Changes during fruit development and differences among cultivars, with special reference to the occurrence of pelargonidin 3-malonylglucoside // Journal of the Japanese Society for Horticultural Science. - 2002. - T. 71. - №.3. - C. 355-361.