Przechowalnictwo i przetwórstwo
O
O
O
P
P
P
T
T
T
Y
Y
Y
M
M
M
A
A
A
L
L
L
N
N
N
E
E
E
W
W
W
Y
Y
Y
K
K
K
O
O
O
R
R
R
Z
Z
Z
Y
Y
Y
S
S
S
T
T
T
A
A
A
N
N
N
I
I
I
E
E
E
P
P
P
O
O
O
W
W
W
I
I
I
E
E
E
T
T
T
R
R
R
Z
Z
Z
A
A
A
A
A
A
T
T
T
M
M
M
O
O
O
S
S
S
F
F
F
E
E
E
R
R
R
Y
Y
Y
C
C
C
Z
Z
Z
N
N
N
E
E
E
G
G
G
O
O
O
D
D
D
O
O
O
U
U
U
T
T
T
R
R
R
Z
Z
Z
Y
Y
Y
M
M
M
A
A
A
N
N
N
I
I
I
A
A
A
W
W
W
Y
Y
Y
M
M
M
A
A
A
G
G
G
A
A
A
N
N
N
E
E
E
G
G
G
O
O
O
M
M
M
I
I
I
K
K
K
R
R
R
O
O
O
K
K
K
L
L
L
I
I
I
M
M
M
A
A
A
T
T
T
U
U
U
W
W
W
P
P
P
R
R
R
Z
Z
Z
E
E
E
C
C
C
H
H
H
O
O
O
W
W
W
A
A
A
L
L
L
N
N
N
I
I
I
dr Zbigniew CzerkoIHAR, Zakład Przechowalnictwa i Przetwórstwa Ziemniaka w Jadwisinie 05-140 Serock, e-mail: z.czerko@ihar.edu.pl
ziemniakach złożonych po zbiorze do przechowalni zachodzą intensywne procesy życiowe. Bulwy oddychają, pobiera-jąc z otoczenia tlen i wydzielapobiera-jąc dwutlenek węgla oraz wodę. W czasie oddychania wy-dzielają duże ilości ciepła. Część ciepła jest wykorzystywana w procesach biochemicz-nych bulwy, ale jego nadmiar powinien zo-stać odprowadzony na zewnątrz, aby nie doprowadzić do nadmiernego wzrostu tem-peratury w pryzmie. Ponadto, niezależnie od procesu oddychania, ziemniaki intensywnie transpirują, wydzielając duże ilości wody z całej swojej powierzchni. Intensywność pro-cesów życiowych na początku przechowy-wania jest duża, a w późniejszym okresie słabnie i ich poziom zależy od temperatury utrzymywanej w przechowalni.
Poziom temperatury w przechowalni zale-ży od kierunku uzale-żytkowania ziemniaków. Zalecana temperatura dla ziemniaków prze-znaczonych do przetwórstwa wynosi 8oC, dla jadalnych 5oC, dla sadzeniaków 3oC. Do odprowadzania ciepła, dwutlenku węgla i wody z przechowalni oraz doprowadzania do niej tlenu konieczny jest system wentylacyj-ny.
Systemy wentylacyjne do utrzymania wymaganej temperatury ziemniaków w prze-chowalni wykorzystują przede wszystkim powietrze atmosferyczne o odpowiednich
parametrach. Powietrze powinno mieć tem-peraturę niższą niż wymagana dla danego kierunku użytkowania ziemniaków oraz wy-soką wilgotność względną, powyżej 85%. W okresach, w których temperatura powietrza zewnętrznego jest za wysoka i nie może być ono użyte do wentylacji, trzeba stosować urządzenia chłodnicze. Jednak, w celu obni-żenia kosztów przechowywania, wentylację przechowalni powinno się przeprowadzać z maksymalnym wykorzystaniem powietrza zewnętrznego, bez włączania urządzeń chłodniczych. Ponadto w przechowalniach o składowaniu w paletach skrzyniowych może być zastosowana wentylacja naturalna, ogra-niczająca nakłady energii do 40% (Czerko 2002).
Biorąc powyższe pod uwagę, za cel pracy przyjęto wskazanie optymalnych terminów rozpoczynania i kończenia przechowywania ziemniaków w warunkach klimatycznych Polski, z uwzględnieniem wymagań ziemnia-ków przeznaczonych na różne kierunki użyt-kowania.
Systemy wentylacji do utrzymania wymaganych warunków
mikroklimatycznych w przechowalni
Ze względu na sposób składowania i sposób przepływu powietrza w złożu bulw wyodręb-nia się dwa sposoby wietrzewyodręb-nia:
wy i opływowy. System przepływowy instalu-je się przede wszystkim w przechowalniach o składowaniu luzem. Odpowiednia kon-strukcja palety skrzyniowej także umożliwia wentylację przepływową, ale w Polsce ten typ palet nie jest powszechnie stosowany.
Powietrze tłoczone przez wentylatory przedostaje się przez warstwę ziemniaków składowanych luzem lub w paletach wolnymi przestworami między bulwami, następnie jest usuwane przez wyrzutnię na zewnątrz. Strumień powietrza jest równomiernie rozło-żony na całej powierzchni pryzmy, a ochło-dzenie bulw następuje od dołu do góry. W wysokich pryzmach jest duża różnica tempe-ratur między poziomem górnym i dolnym. W skład systemu wentylacji do składowania luzem wchodzą następujące podstawowe zespoły: budka wentylacyjna z wentylatorem i klapami, główny kanał wentylacyjny, kanał rozprowadzający, wyrzutnia powietrza oraz system sterujący.
System opływowy stosowany jest w
prze-chowalniach przy składowaniu ziemniaków w ażurowych paletach skrzyniowych (ze szcze-linami na wszystkich bokach i podłodze). Powietrze podczas wietrzenia przepływa z dużą prędkością między paletami. Następuje intensywna wymiana powietrza w warstwie przyściennej palety, natomiast w środku jest ona minimalna. Temperatura różnicuje się między środkiem a warstwą przyścienną palety. W skład systemu wentylacji wchodzą podstawowe zespoły: zespół wentylacyjny, w którym umieszczone są: wentylator i ewen-tualnie urządzenia nawilżające, czerpnia powietrza zewnętrznego, czerpnia powietrza wewnętrznego, rury nadmuchowe oraz wy-rzutnie umieszczone w ścianie przechowalni.
Głównym procesem technologicznym re-alizowanym w przechowalni jest utrzymanie temperatury wymaganej dla danego kierunku użytkowania ziemniaków (przypomnijmy: ja-dalne 5oC, sadzeniaki 3oC, do przetwórstwa 8oC) przez odprowadzanie ciepła za pomocą systemu wentylacji. Przyjmując dostępny dzienny czas optymalnych warunków do wentylacji wynoszący 5-6 godzin, zalecana dawka wentylacyjna dla przechowalni o składowaniu luzem powinna wynosić 90 m3/t·h, a dla przechowalni o składowaniu w paletach skrzyniowych 120 m3/t·h (Czerko 2004a). Codzienna wentylacja potrzebna jest
także do obniżenia nadmiernego stężenia CO2 w przechowalni (Czerko 2004b).
Dla celów przechowalnictwa ziemniaków warunki klimatyczne mogą być rozpatrywane w następujących aspektach:
● optymalny termin rozpoczynania i koń-czenia sezonu przechowalniczego,
● przebieg zmian temperatury i wilgotności powietrza zewnętrznego w sezonie prze-chowalniczym wykorzystywanego do wenty-lacji,
● dobowy rozkład temperatury i wilgotności przydatny do wybrania najlepszych godzin do wentylacji.
Optymalne terminy początku
i zakończenia sezonu przechowalniczego w różnych rejonach Polski
Możliwość utrzymania wymaganej tempera-tury i wilgotności powietrza przez system wentylacji zależy głównie od warunków kli-matycznych w danym rejonie kraju. Warunki klimatyczne Polski sprzyjają przechowywa-niu ziemniaków. Jesienią, we wrześprzechowywa-niu, na-stępuje równomierny spadek temperatury atmosferycznej, w okresie zimy warunki do przechowywania są dobre i pozostają takie aż do początków wiosny (Bac i in. 1993). Zwykle dopiero w kwietniu duży wzrost tem-peratury zewnętrznej powoduje przekrocze-nie wymaganej temperatury przechowywa-nych bulw (rys. 1). Rysunek 1 przedstawia przebieg temperatury zewnętrznej w Jadwi-sinie z zaznaczonymi terminami przekrocze-nia temperatury wymaganej dla ziemprzekrocze-niaków do przetwórstwa (8oC), ziemniaków jadal-nych (5oC) i sadzeniaków (3oC) w okresie długotrwałego przechowywania.
Na podstawie wieloletnich (20 lat) analiz przebiegu temperatury atmosferycznej od września do kwietnia określono optymalne terminy (uwzględniające wszystkie okresy przechowywania), w których ziemniaki po-winny być dostarczane do przechowalni po zbiorze oraz terminy zakończenia wywania. Złożenie ziemniaków do przecho-walni w terminie wcześniejszym, niż wynika to z przebiegu temperatury, oznacza wyższą temperaturę przechowywania i wzrost strat, natomiast późniejsze załadowanie przecho-walni może sprawić, że nie uzyska się
od-powiednio wysokiej temperatury bulw w pierwszym okresie przechowywania.
Optymalny termin rozpoczęcia sezonu przechowalniczego ziemniaków przeznaczo-nych do przetwórstwa rozciąga się od 16 do 30 września w zależności od rejonu kraju, przy czym dla 87% powierzchni kraju termin
ten sprowadza się do 21-25 września. Ziem-niaki przeznaczone do przetwórstwa mogą być przechowywane do 26 kwietnia – 15 maja. W największej części Polski (99%) ziemniaki na ten kierunek przechowuje się do pierwszej dekady maja.
-5 0 5 10 15 20 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 Tem p er a tur a ( oC) IX X XI XII I II III IV przetwórstwo sadzeniaki jadalne
Rys. 1. Uśredniony dekadowy przebieg temperatury powietrza atmosferycznego w sezonie przechowalniczym z zaznaczonymi wymaganymi temperaturami przechowywania
(Jadwisin 1998-2003)
Sezon przechowalniczy ziemniaków ja-dalnych powinien rozpoczynać się w Polsce w terminie od 16 września do 5 października. Na zachodzie kraju na 12% powierzchni optymalny termin rozpoczęcia przechowy-wania to 1-5 października, a na wschodzie i południowym wschodzie (8% powierzchni) 16-20 września. W zasadniczej części kraju (80%) optymalny termin rozpoczęcia prze-chowywania ziemniaków jadalnych zawiera się w przedziale 21-30 września. Zakończe-nie przechowywania ziemniaków jadalnych w największej części Polski (97%) wypada w terminie 6-20 kwietnia. Na północnym wschodzie, w rejonie Suwałk i Kętrzyna, optymalny termin zakończenia sezonu prze-chowalniczego ziemniaków jadalnych wydłu-ża się do 20-30 kwietnia.
Optymalny termin rozpoczęcia przecho-wywania sadzeniaków to okres od 16 wrze-śnia (w rejonie Suwałk) do 10 października (w rejonie Słubic, Szczecina i Ustki). W za-chodnich rejonach Polski przechowywanie
sadzeniaków powinno się rozpoczynać 1-5 października, a w pozostałej, zasadniczej części kraju (77% powierzchni) w dniach 21--30 września. Optymalne terminy zakończe-nia sezonu przechowalniczego sadzezakończe-niaków w rejonie południowo-zachodnim to 20-31 marca, a w rejonie północno-wschodnim 11- -15 kwietnia. W pozostałej części kraju (77%) optymalny termin występuje w pierw-szej dekadzie kwietnia.
Długość sezonu przechowalniczego podyktowana potrzebami gospodarczymi a długość sezonu możliwa ze względu na warunki klimatyczne
Początek sezonu przechowalniczego w prze-chowalniach ziemniaków przeznaczonych do przetwórstwa ze względów gospodarczych (biorąc pod uwagę wykorzystanie młodych ziemniaków od 15 lipca do 10 września) po-winien przypadać na początku II dekady września. Optymalne dla rozpoczęcia sezo-nu warunki klimatyczne pojawiają się w
dniach 20-25 września, czyli około 10 dni później, niż wskazywałyby potrzeby gospo-darcze. Sezon przechowalniczy dla tych ziemniaków z punktu widzenia gospodar-czego powinien kończyć się 30 czerwca. Następne 15 dni są przeważnie wykorzysty-wane w fabryce na przerwę remontowo- -urlopową (zależnie od planu zakładu).
Optymalne warunki do przechowywania sadzeniaków kończą się 1-10 kwietnia, a w rejonie północno-wschodnim do 15 kwietnia.
Przygotowanie sadzeniaków wymaga przy-najmniej pobudzenia bulw do kiełkowania. Okres ten powinien trwać 2-3 tygodnie, więc termin, w którym można utrzymać wymaga-ną temperaturę w przechowalni, w zasadzie pokrywa się z potrzebami wynikającymi z terminów sadzenia ziemniaków, przypadają-cych w Polsce na cały kwiecień.
Zakończenie sezonu przechowalniczego w przetwórstwie, wynikające z warunków klimatycznych, zasadniczo wypada w I de-kadzie maja. Pozostaje okres około dwóch miesięcy (maj i czerwiec), kiedy warunki kli-matyczne uniemożliwiają utrzymanie wyma-ganej temperatury w przechowalni. Odpo-wiednie warunki termiczne do przechowy-wania ziemniaków przeznaczonych do prze-twórstwa w okresie od 10 maja do 15 czerw-ca mogą być osiągnięte dzięki zastosowaniu urządzeń chłodniczych.
W praktyce początek sezonu przechowal-niczego ziemniaków jadalnych zaczyna się 10-20 września. Optymalne warunki do osią-gnięcia wymaganej dla nich temperatury w sezonie zaczynają się 20-30 września. Wcześniejsze rozpoczęcie przechowywania może spowodować wzrost temperatury w przechowalni powyżej wymaganej i wydłu-żenie okresu przygotowawczego. Skutkiem tego będą większe ubytki naturalne.
Zakończenie sezonu przechowalniczego ziemniaków jadalnych powinno nastąpić w końcu I dekady czerwca, gdyż w tym czasie zaczynają się pojawiać na rynku ziemniaki młode. Warunki klimatyczne Polski umożli-wiają osiągnięcie optymalnej temperatury w przechowalni dla ziemniaków jadalnych do 5-20 kwietnia. W okresie od 10 kwietnia do 10 czerwca w celu utrzymania wymaganej temperatury powinny być zastosowane urządzenia chłodnicze.
Okres przechowywania sadzeniaków, szczególnie odmian wczesnych, powinien zacząć się 1 września. Ten termin dotyczy jednak tylko około 10% odmian. Optymalny termin rozpoczęcia przechowywania zasad-niczej masy sadzeniaków, wynikający z przebiegu temperatury, występuje w zależ-ności od rejonu kraju od 20 września do 5 października.
Przebieg temperatury zewnętrznej w sezonie przechowalniczym
Badania prowadzone w Jadwisinie wskazują, że temperatura od jesieni do wiosny nie jest ustabilizowana i nie zawsze jest odpowied-nia do wentylacji. W analizowanych sezo-nach przechowalniczych (1998-2003) wystą-piły dni, kiedy temperatura zewnętrzna w ciągu doby była wyższa od wymaganej dla dobrego przechowywania ziemniaków na poszczególne kierunki użytkowania.
W długotrwałym okresie przechowywania ziemniaków przeznaczonych do przetwór-stwa odnotowano 4 dni (średnia dla 5 sezo-nów), w których minimalna temperatura do-bowa była powyżej 7,5oC (temperatura nie
nadająca się do wentylacji schładzającej). Te niekorzystne dni wystąpiły na początku se-zonu, w październiku, i na końcu sezonu – w kwietniu.
W okresie przechowywania ziemniaków jadalnych występowały dni, w których mini-malna temperatura nie spadała do 4,5o
C. W badanych sezonach było ich od 2 w 1999/ 2000 do 7 w 2000/2001. Średnio dla 5 sezo-nów takich dni było 5.
Przebieg temperatury zewnętrznej wyma-ganej dla sadzeniaków jest najmniej korzyst-ny w porównaniu z pozostałymi kierunkami użytkowania. W badanym 5-leciu wystąpiły sezony z 4 (1998/99) do 21 (2000/01) dniami z minimalną temperaturą dobową nie osiąga-jącą 2,5o
C. Średnio z 5 lat dni z nieodpo-wiednią temperaturą było 11. Liczba dni nie-odpowiednich do wentylacji w różnych rejo-nach Polski będzie różnić się od analizowa-nego rejonu Warszawy (Jadwisin). Analiza przebiegu temperatury w miesiącach prze-chowywania w innych stacjach meteorolo-gicznych pokazuje, że warunki korzystniej-sze niż w Warszawie wystąpiły przykładowo w Rzeszowie, Białymstoku i Chojnicach, a mniej korzystne we Wrocławiu, Koszalinie i Opolu.
Przebieg wilgotności powietrza w sezonie przechowalniczym
W celu utrzymania niskiego poziomu ubyt-ków naturalnych w przechowalni wentylację powinno się przeprowadzać wtedy, kiedy temperatura zewnętrzna jest niższa o 2-3oC
od temperatury bulw, a wilgotność powietrza jest powyżej 80% Rh. W całym sezonie przechowalniczym występują okresy, kiedy
niska wilgotność wentylowanego powietrza istotnie wpływa na wzrost ubytków natural-nych. Takimi okresami są pierwsze tygodnie przechowywania, kiedy z niedojrzałych bulw intensywnie odparowuje woda (3-5 razy wię-cej niż w długotrwałym okresie przechowy-wania), oraz ostatnie, kiedy bulwy intensyw-nie kiełkują, przyczyniając się do wzrostu ubytków naturalnych. 40 50 60 70 80 90 100 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 IX X XI XII I II III IV Wil gotn o ść (% )
Rys. 2. Uśredniony dekadowy przebieg wilgotności powietrza atmosferycznego w sezonie przechowalniczym (Jadwisin 1998-2003)
W tym właśnie czasie należy szczególnie zadbać o wentylację przy wysokiej wilgotno-ści powietrza. Średnia wilgotność powietrza atmosferycznego na początku przechowy-wania, we wrześniu, oraz pod koniec, od początku kwietnia, jest najniższa w całym sezonie przechowalniczym (rys. 2). Zasto-sowanie wentylacji z nawilżaniem przez sztuczne podniesienie wilgotności powietrza może znacznie obniżyć poziom ubytków naturalnych (Czerko 2007).
Dobowy rozkład temperatury i wilgotności
System wentylacji zapewniający wysoki wy-datek powietrza (zalecany obecnie przy bu-dowie przechowalni) jest wykorzystywany przez kilka godzin w ciągu doby, dlatego
powinien być załączany w porze o najko-rzystniejszych parametrach powietrza at-mosferycznego. Przy zalecanej dawce wen-tylacyjnej o natężeniu 90-120 m3/h na 1000
kg bulw średni czas pracy wentylacji wynosi 5-6 godzin na dobę (Czerko 2004). Najko-rzystniejsza do wentylacji pora doby wystę-puje przy najniższej temperaturze i najwyż-szej wilgotności.
Analizując dobowy rozkład temperatury i wilgotności, zauważa się występowanie wy-sokiej wilgotności w godzinach od 1.00 do 7.00 przy najniższej dobowej temperaturze (rys. 3). Jesienią wilgotność w tych godzi-nach utrzymuje się na poziomie 90-93% Rh. Jest to wilgotność odpowiednia do wentylacji przechowalni ziemniaków. Podobnie prze-biega dobowy rozkład temperatury i
wilgot-ności względnej w porze wiosennej. W okre-sie zimowym ze względu na niską tempera-turę zewnętrzną wentylacja może być pro-wadzona o każdej porze doby, gdyż dobór odpowiedniej proporcji między ilością powie-trza zewnętrznego i wewnętrznego podczas wentylacji mieszanej umożliwia wentylację nawet przy temperaturze zewnętrznej -10o
C.
Systemy wentylacji o z założenia niższej dawce wentylacyjnej (np. 40 m3/t·h) wyma-gają dłuższego czasu pracy w ciągu doby. W miarę wydłużania dobowego czasu wentyla-cji temperatura zewnętrzna wzrasta a wilgot-ność spada, przyczyniając się do pogorsze-nia warunków przechowywapogorsze-nia ziempogorsze-niaków.
Rys. 3. Uśredniony dobowy rozkład temperatury i wilgotności powietrza atmosferycznego
5 6 7 8 9 10 11 12 14 16 18 20 22 24 2 4 6 8 10 12 godziny Temp e ratu ra ( o C) 40 50 60 70 80 90 100 Wil g ot no ść ( % ) temp. wilgot. Jadwisin (październik 1993-1997) Podsumowanie
1. Warunki klimatyczne Polski umożliwiają osiągnięcie wymaganej temperatury i wilgot-ności powietrza do wentylacji przechowalni ziemniaków.
2. Należy liczyć się z tym, że w czasie sezonu przechowalniczego może wystąpić kilka dni z temperaturą zbyt wysoką, nie na-dającą się do wentylacji przechowalni.
3. Najłatwiej jest utrzymać wymagane warunki przechowywania ziemniaków prze-znaczonych dla przetwórstwa (8oC), a naj-trudniej – sadzeniaków (3oC).
4. W przechowalniach ziemniaków prze-znaczonych do przetwórstwa w maju i czerwcu do utrzymania wymaganej tempera-tury w przechowalni powinny być używane urządzenia chłodnicze.
5. Optymalnie dobrana wydajność sys-temu wentylacyjnego w przechowalni pozwa-la ograniczyć wietrzenie do 5-6 godzin na
dobę, co umożliwia wykorzystanie powietrza atmosferycznego o wysokiej wilgotności.
6. Nawilżanie powietrza w przechowalni jest niezbędne tylko w miesiącach o najniż-szej wilgotności powietrza atmosferycznego, tzn. we wrześniu, październiku, kwietniu i maju.
Literatura
1. Bac S., Koźmiński C., Rojek M. 1993.
Agromete-orologia. PWN Warszawa; 2. Czerko Z. 2002. Ograni-czenie nakładów energii na wentylację mechaniczną w przechowalni ziemniaków przez zastosowanie wenty-lacji naturalnej. – Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 489: 65--72; 3. Czerko Z. 2004a. Czynniki wpływające na dobór dawki wentylacyjnej w przechowalniach ziem-niaków. – Biul. IHAR 232: 219-225; 4. Czerko Z.
2004b. Zmiany stężenia CO2 w dwóch typach prze-chowalni. – Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 500: 439-446;
5. Czerko Z. 2007. Straty podczas przechowywania
ziemniaków w przechowalni z nawilżaniem i bez nawil-żania. – Biul. IHAR 243: 245-250
