ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH

(1)

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW

NAUK ROLNICZYCH

Z e s z y t 586

2016

Wydział Nauk o Żywności

Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

(2)

RADA REDAKCYJNA Andrzej Lenart – przewodniczący André Chwalibog (Dania) Rui Costa (Portugalia) Marco Dalla Rosa (Włochy) Frédéric Debeaufort (Francja) Jesus Frias (Irlandia)

Józef Horabik

Tadeusz Kudra (Kanada) Jan Łabętowicz

Jan Niemiec Edward Pierzgalski

KOMITET REDAKCYJNY

Dorota Witrowa-Rajchert – redaktor naczelna Mirosław Słowiński – zastępca redaktor naczelnej Ewa Gondek – sekretarz

ADRES REDAKCJI

Wydział Nauk o Żywności SGGW w Warszawie ul. Nowoursynowska 159c

02-776 Warszawa

Opracowanie redakcyjne – Anna Dołomisiewicz, Violetta Kaska

Czasopismo w postaci wydrukowanej jest wersją pierwotną

ISSN 0084-5477

Wydawnictwo SGGW, ul. Nowoursynowska 166, 02-787 Warszawa tel. 22 593 55 20 (-22; -25 – sprzedaż), fax 22 593 55 21

e-mail: wydawnictwo@sggw.pl www.wydawnictwosggw.pl

Druk: POLIMAX s.c., ul. Nowoursynowska 161 L, 02-787 Warszawa

(3)

Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych nr 586, 2016, 3–10

augusta@univ.edu.pl

OCENA WYBRANYCH CECH JAKOŚCI TUSZEK I MIĘSA KURCZĄT BROJLERÓW Z CHOWU BEZ DOSTĘPU ORAZ Z DOSTĘPEM DO WYBIEGU

Anna Augustyńska-Prejsnar

, Małgorzata Ormian, Zofi a Sokołowicz

Uniwersytet Rzeszowski

Streszczenie. Celem badań jest ocena jakości tuszek oraz mięśni piersiowych kurcząt brojlerów Ross 308 odchowywanych na ściółce, bez dostępu do wybiegu oraz z dostępem do zielonych wybiegów. W celu oceny jakości tuszek dokonano: pomiaru barwy skóry, obliczono wydajność rzeźną i dysekcyjną. Ocena jakości surowego mięsa obejmowała:

pomiar kwasowości czynnej (pH₁₅, pH₂₄), barwy, wodochłonności, wycieku termicznego i oznaczanie składu chemicznego. W mięśniach piersiowych kurcząt po obróbce termicznej dokonano pomiaru barwy, siły cięcia oraz przeprowadzono ocenę sensoryczną. Stwierdzo- no, że mniejszą zawartość tłuszczu sadełkowego oraz ciemniejszą barwę skóry miały tuszki kurcząt pochodzące z chowu z dostępem do wybiegu. Mięśnie piersiowe kurcząt bez dostę- pu do wybiegu cechowały się większym wyciekiem termicznym, jaśniejszą barwą mięśni i mniejszą siłą cięcia (lepszą kruchością). W ocenie sensorycznej mięsa poddanego obróbce termicznej wykazano, że większą odczuwalnością smaku i zapachu charakteryzowały się mięśnie piersiowe kurcząt utrzymywanych z dostępem do wybiegu.

Słowa kluczowe: kurczęta, system chowu, tuszka, mięśnie piersiowe, jakość

WSTĘP

Podstawowym surowcem rzeźnym w produkcji mięsa drobiowego w Polsce są kur- częta brojlery. Wiodącym systemem utrzymania kurcząt brojlerów jest chów na ściółce, bez dostępu do wybiegu. Prowadzony w pomieszczeniach zamkniętych system chowu bez dostępu do wybiegu sprzyja powstawaniu stresu u kurcząt, który może mieć wpływ na jakość tuszek oraz jakość pozyskiwanego mięsa [Michalczuk i in. 2013]. Alternatyw- nym wobec chowu intensywnego jest chów z dostępem do wybiegu, bardziej przyjazny dla ptaków [Castellini 2008].

(4)

4 A. Augustyńska-Prejsnar, M. Ormian, Z. Sokołowicz

Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych Skala produkcji żywca drobiowego w Polsce prowadzona w alternatywnych dla intensywnego systemach chowu jest niewielka. Znaczna część konsumentów uważa jednak, że mięso kurcząt z chowu z dostępem do wybiegu charakteryzuje się lepszymi wła- ściwościami sensorycznymi i jest smaczniejsze [Fanatico i in. 2005, Fanatico i in. 2007].

Wobec rosnącego zainteresowania konsumentów mięsem kurcząt z chowu z dostępem do wybiegu nasuwa się pytanie, czy i w jakim stopniu jakość mięsa drobiowego zależy od systemu chowu.

Celem badań jest ocena wybranych cech jakości tuszek oraz mięśni piersiowych szybko rosnących kurcząt brojlerów odchowywanych na ściółce bez dostępu do wybiegu oraz z dostępem do zielonego wybiegu. W ocenie mięsa kurcząt brojlerów uwzględniono jakość mięsa świeżego oraz poddanego obróbce termicznej.

MATERIAŁ I METODY

Materiał doświadczalny stanowiły tuszki i mięśnie piersiowe kurcząt Ross 308 utrzymywanych w warunkach chowu bez dostępu do wybiegu – grupa I, i chowu z dostępem do wybiegu – grupa II. Chów kurcząt z obydwu grup prowadzono na ściółce, obsada wynosiła 14 szt.·m^–2. Kurczęta z grupy II miały dostęp do zielonego wybiegu o powierzchni 5 m² na 1 ptaka. Ptaki żywiono do woli standardową mieszanką dla kurcząt brojlerów (Starter, Grower i Finisher), zapewniając im stały dostęp do wody. Stosowane mieszanki pocho- dziły z zakupu.

W celu oceny jakości tuszek i mięsa z każdej grupy wybrano losowo po 10 kurcząt o wadze zbliżonej do średniej masy w grupie. Uboju dokonano w 42. dniu życia ptaków.

Po uboju i patroszeniu tuszki ważono i poddano procesowi schładzania w temperaturze +4°C przez 24 h. Na podstawie masy przed ubojem i po uboju (bez podrobów) wyliczo- no wydajność rzeźną [%]. Po 15 min i 24 h od uboju dokonano pomiaru kwasowości czynnej (pH₁₅i pH₂₄) mięśni piersiowych przy użyciu pehametru Hanna (typ HI99163).

Elektrodę umieszczano pod kątem 45°w połowie grubości mięśni. Pomiaru barwy skóry tuszek dokonano przy użyciu kolorymetru odbiciowego CR-400 firmy Konica Minolta.

Wyznaczono parametry barwy dla oświetlenia zgodnego z iluminatorem D₆₅. Odczytu wyników pomiarowych i przeliczania w czasie rzeczywistym dokonano w układzie ko- lorymetrycznym CIE L*a*b*, gdzie L* oznacza jasność, a* czerwień i b* żółć. Każdy wynik był średnią z czterech pomiarów na powierzchni skóry, tj. na ćwiartce przedniej, po prawej i lewej stronie grzbietu, 2 cm od pasa barkowego oraz na ćwiartce tylniej, po lewej i po prawej stronie grzbietu, 2 cm od stawu biodrowego. Następnie tuszki poddano uproszczonej analizie dysekcyjnej według Ziołeckiego i Doruchowskiego [1989].

Po oddzieleniu mięśni piersiowych od kości, na ich wewnętrznej powierzchni dokonano pomiaru barwy mięsa z wykorzystaniem kolorymetru CR-400 (Konica Minolta) w skali L^*a^*b^*(standardowy obserwator 2°,źródło światłaD₆₅). W ocenie właściwości fizykoche- micznych uwzględniono: wodochłonność mięśni według metodyki podanej przez Grau’a i Hamma [1953], wyciek termiczny [Tyburcy 2006] oraz skład chemiczny: zawartość azotu metodą Kjeldahla (zestaw Kjell-Foss Automatic 16210), przeliczano na białko, mnożąc przez współczynnik 6,25; tłuszczu metodą Soxhleta (aparat Soxlet System HT 1043); popiołu metodą suszenia [Rak i Mokrzyk 2002].

(5)

Ocena wybranych cech jakości tuszek i mięsa kurcząt brojlerów... 5

nr 586, 2016

W celu obróbki termicznej próbki mięsa o wyrównanej gramaturze (100 g) zważo- no z dokładnością do 0,1 g. Próbki gotowano w wodzie o temperaturze 90°C do osią- gnięcia wewnątrz próbki temperatury 82°C. Kruchość mięsa oceniono, wykorzystując wieloczynnościową maszynę wytrzymałościową firmy Zwick/Roell GmbH&Co.KG (BT1-FR1.0TH.D14). Próbę cięcia wykonano na schłodzonych próbkach (+4°C), o wy- miarach 10 × 10 × 50 mm, układem tnącym jednonożowym Warnera-Bratzlera, przy prędkości głowicy 100 mm·min^–1i sile wstępnej 0,2 N. Wyniki pomiaru siły cięcia opra- cowano z wykorzystaniem programu Test Xpert II. Ocenę sensoryczną mięsa poddanego obróbce termicznej przeprowadzono w skali pięciopunktowej, przy czym 1 pkt oznaczał najmniejszą pożądalność cechy, 5 pkt największą pożądalność. Ocenianymi wyróżnikami były: ogólna pożądalność, zapach, smak, kruchość i soczystość.

W opracowaniu statystycznym wyników uwzględniono średnie arytmetyczne i odchylenia standardowe. Istotność różnic między wartościami średnimi oznaczonych parame- trów weryfikowano testem t-Studenta, na poziomie istotności p ≤ 0,05 z wykorzystaniem programu Statistica 12.5 PL.

WYNIKI I DYSKUSJA

W przeprowadzonych badaniach wykazano, że warunki chowu (dostęp do wybiegu) nie wpłynęły na końcową masę ciała i wydajność tuszek kurcząt brojlerów (tab. 1). Po- dobne wyniki uzyskali Michalczuk i inni [2013], oceniając wyniki wydajności rzeźnej kurcząt wolno rosnących w zależności od warunków chowu. Skomorucha i Sosnówka- -Czajka [2015] również nie wykazały wpływu dostępu do wybiegu na końcową masę ciała 42-dniowych brojlerów Ross 308. Mikulski i inni [2011] podają, że kurczęta szybko rosnące bez względu na dostęp do wybiegów miały większą masę ciała i wydajność rzeźną w porównaniu do kurcząt wolno rosnących. W badaniach własnych nie wykazano istotnego wpływu dostępu do wybiegu na udział mięśni piersiowych oraz mięśni nóg w tuszkach szybko rosnących kurcząt brojlerów (tab. 1), co jest zgodne z wynikami badań Mikulskiego i innych [2011]. Castellini i inni [2002] wykazali w swoich badaniach, że tuszki kurcząt utrzymywanych z dostępem do wybiegu charakteryzowały się większym procentowym udziałem mięśni piersiowych oraz podudzi, a także mniejszą zawartością tłuszczu w jamie brzusznej. W badaniach własnych istotnie (p ≤ 0,05) mniejszą zawartość tłuszczu sadełkowego i skóry wraz z tłuszczem podskórnym stwierdzono w tuszkach kurcząt pochodzących z chowu z dostępem do wybiegu. Wykazano również, że tuszki kurcząt z chowu wybiegowego charakteryzowały się istotnie (p ≤ 0,05) większym udzia- łem skrzydeł ze skórą oraz szkieletu z mięśniami grzbietu. Barwa skóry tuszek kurcząt była zróżnicowana w zależności od systemu chowu (tab. 1). Skóra tuszek kurcząt pocho- dzących z chowu z dostępem do wybiegu była ciemniejsza, o czym świadczy istotnie (p ≤ 0,05) mniejsza wartość parametru L* oraz istotnie (p ≤ 0,05) wyższy wskaźnik wy- sycenia barwy żółtej b*. Zróżnicowane wyniki parametrów barwy skóry tuszek kurcząt w badanych systemach mogły być konsekwencją dostępu ptaków do wybiegu i możliwo- ści korzystania z pasz zielonych. Połtowicz [2006], Fanatico i inni [2005] oraz Fanatico i inni [2008] podają, że pigmentację skóry kurcząt brojlerów zwiększa wolno wybiegowy system chowu, a różnice między barwą skóry tuszki kurcząt korzystających w ciągu dnia

(6)

Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych z zielonego wybiegu i odchowywanych w budynku dotyczą przede wszystkim jasności (L*) i wysycenia barwy w kierunku żółci (b*). Z kolei w badaniach Połtowicz i Doktor [2011] wykazano, że dostęp kurcząt do wolnego wybiegu nie miał wpływu na barwę skóry tuszek kurcząt brojlerów.

Badania przeprowadzone przez Skomoruchę i Sosnówkę-Czajkę [2015] wykazały wpływ systemu utrzymania na poziom zakwaszenia (pH₂₄) mięśni piersiowych kurcząt Ross 308, czego nie potwierdzono w badaniach własnych (tab. 2). Parametrem służą- cym ocenie przydatności przetwórczej mięsa jest ilość wycieku po obróbce termicznej.

W badaniach własnych wykazano, że ilość wycieku termicznego z mięśni piersiowych kurcząt z chowu bez dostępu do wybiegu była istotnie większa (p ≤ 0,05) w porównaniu do wycieku z mięśni piersiowych kurcząt mających dostęp do wybiegu (tab. 2). Uzy- skane wyniki są zbliżone z wynikami badań uzyskanymi przez Michalczuk i innych [2014]. Zdaniem Pietrzak i innych [2013] ubytki termiczne są niepożądane ze względu na straty rozpuszczalnych składników mięsa, zmniejszenie jego soczystości oraz straty ekonomiczne.

Barwa jest istotnym wskaźnikiem określającym świeżość oraz przydatność techno- logiczną mięsa jako surowca [Milan i in. 2011]. Na podstawie uzyskanych wyników pomiaru barwy (tab. 2) można stwierdzić, że mięśnie piersiowe kurcząt utrzymanych z dostępem do wybiegu charakteryzowały się ciemniejszą barwą niż mięśnie piersiowe kurcząt pochodzących z chowu intensywnego, o czym świadczą istotnie mniejsze (p ≤ 0,05) wartości składowej barwy L*. Skomorucha i Sosnówka-Czajka [2015] wyka- zały, że mięśnie piersiowe kurcząt Ross 308 mających dostęp do wybiegu odznaczały się intensywniejszą barwą czerwoną w stosunku do mięśni kurcząt z systemu bezwybiego- wego (przy p ≤ 0,05). Z kolei Michalczuk i inni [2014] nie stwierdzili różnic w barwie mięsa kurcząt odchowywanych z dostępem do wybiegów i bez dostępu do wybiegu. Po- łtowicz i Doktor [2011] podają z kolei, że w wybiegowym systemie utrzymania dostęp

Tabela 1. Wydajność rzeźna, dysekcyjna i wartości składowych barwy skóry kurcząt brojlerów Table 1. Slaughter, dressing performance and components of skin colour of broiler chickens

Wyszczególnienie – Specification Grupa I – Group I Grupa II – Group II Masa ciała przed ubojem – Body weight before slaughter [g] 2142,63 ±121,32 2221,61 ±61.00 Wydajność rzeźna – Dressing percentage [%] 71,84 ±1,08 70,54 ±1,21

Szyja bez skóry – Neck skin free [%] 3,11 ±0,83 3,89 ±0,92

Skóra wraz z tłuszczem podskórnym – Skin with external fat [%] 12,01 ±1,05a 8,65 ±1,21b

Mięśnie piersiowe – Breast muscles [%] 28,16 ±1,87 25,95±1,63

Mięśnie nóg (mięśnie udowe, podudzie) – Leg muscles (thigh

muscles, drumstik muscles) [%] 21,56 ±1,43 22,87 ±1,10

Skrzydła ze skórą – Wings with skin [%] 8,98 ±084a 10,98 ±0,62b

Szkielet z mięśniami grzbietu – Skeleton and muscle back [%] 23,56 ±2,56a 26,54 ±2,14b

Tłuszcz sadełkowy – Abdominal fat [%] 2,32 ±0,74a 0,98 ±0,62b

Parametry barwy – Colour parameters L* 75,45 ±2,65a 60,88 ±3,52b

a* 2,69 ±1,61 4,48 ±1,88

b* 3,86 ±0,76a 7,65 ±1,27b

a, b – średnie oznaczone różnymi literami w wierszach różnią się istotnie (p ≤ 0,05) – means with different letters in lines differ significantly (p ≤ 0.05).

(7)

nr 586, 2016

do zielonych wybiegów sprzyja dostarczaniu większych ilości karotenoidów, przez co parametr barwy b* jest intensywniejszy. Tong i inni [2015] podają, że okres przebywania ptaków na wybiegu nie wpływa istotnie na barwę mięsa.

Nie odnotowano statystycznie istotnych różnic w składzie chemicznym mięśni piersiowych kurcząt brojlerów w badanych systemach utrzymania (tab. 2). Uzyskane wyniki są zbieżne z badaniami uzyskanymi przez Pietrzak i innych [2013], dotyczącymi kurcząt szybko rosnących. W badaniach Skomorucha i Sosnówka-Czajka [2015] oraz Wang i inni [2009] nie stwierdzono wpływu dostępu do wybiegów na skład chemiczny mięsa.

Kruchość mięsa drobiowego należy do najbardziej pożądanych cech jakościowych mięsa po obróbce termicznej. Uzyskanie mięsa o prawidłowej kruchości uwarunkowane jest wieloma czynnikami, w tym szczególnie wiekiem ptaków, sposobem ich żywienia, warunkami odchowu, stopniem umięśnienia i otłuszczenia, aktywnością mięśni, skła- dem tkankowym oraz zmianami poubojowymi [Połtowicz i Doktor 2011, Naveena i in.

2013, Tougan i in. 2013]. W przeprowadzonych badaniach własnych wykazano istotny wpływ systemu utrzymania na kruchość mięsa, mierzoną siłą cięcia. Istotnie (p ≤ 0,05) większą siłą cięcia (gorszą kruchością) charakteryzowały się mięśnie piersiowe kurcząt, które miały dostęp do wybiegu. Większą siłę cięcia mięśni kurcząt z chowu z dostępem do wybiegu w porównaniu do kurcząt utrzymywanych bez dostępu do wybiegu wykazali Michalczuk i inni [2014]. Wang i inni [2009] nie stwierdzili natomiast różnic w sile cięcia kurcząt odchowywanych bezwybiegowo i utrzymywanych z dostępem do wybiegu.

Istotnymi parametrami jakości mięsa drobiowego w ocenie konsumenckiej są: sma- kowitość, soczystość i kruchość [Kwiecień i in. 2014]. Jak podaje Kołczak [2007], w do- ustnej ocenie smakowitości produktów mięsnych określa się oddzielnie takie wyróżniki sensoryczne, jak natężenie oraz pożądalność smaku i zapachu. Przeprowadzona ocena sensoryczna wykazała, że mięśnie piersiowe poddane obróbce termicznej pochodzące od kurcząt utrzymywanych z dostępem do wybiegu charakteryzowały się większą odczu- walnością smaku i zapachu (p ≤ 0,05) w porównaniu z mięśniami kurcząt pochodzącymi Tabela 2. Fizyczne i chemiczne wyróżniki jakości mięśni piersiowych kurcząt brojlerów

Table 2. Physical and chemical quality factors of broiler chickens breast muscles

Wyszczególnienie – Specification Grupa I – Group I Grupa II – Group II

pH₁₅ 5,84 ±0,04 5,94 ±0,06

pH₂₄ 5,76 ±0,05 5,86 ±0,09

Wodochłonność – Water holding capacity [%] 18,68 ±1,35 19,26 ±1,26 Wyciek po obróbce termicznej – Termal leakage [%] 10,87 ±1,02a 8,56 ±0,98b Parametry barwy – Colour parameters L* 60,68 ±3,65a 56,59 ±4,52b

a* 2,74 ±0,52 3,87 ±0,98

b* 5,42 ±1,56 5,86 ±0,64

Białko ogólne – Crude protein [%] 24,06 ±0,59 23,19 ±0,82

Tłuszcz – Fat [%] 1,21 ±0,11 1,16 ±0,17

Popiół – Ash [%] 1,15 ±0,07 1,26 ±0,09

Siła cięcia – Shear force [N] 19,20 ±4,34a 26,58 ±3,02b

(8)

Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych z chowu bez dostępu do wybiegu (tab. 3). Zdaniem Horsted i innych [2012] mięso pocho- dzące od kurcząt z dostępem do zielonych wybiegów ma bardziej pożądane przez konsu- mentów smak i zapach.

Tabela 3. Wyniki oceny sensorycznej mięśni piersiowych kurcząt po obróbce termicznej (pkt.) Table 3. Results of sensory evaluation of chicken breast muscles after thermal treatment (points)

Wyszczególnienie – Specification Grupa I – Group I Grupa II – Group II

Natężenie zapachu – Intensity odour 3,78 ±0,40a 4,84±0,49b

Natężenie smaku – Intensity flavour 3,68±0,32a 4,89±0,24b

Pożądalność zapachu – Desirability odour 3,31 ±0,34 4,27±0,36 Pożądalność smaku – Desirability flavour 3,85±0,34 4,25±0,27

Soczystość – Juiciness 4,44 ±0,51 3,64,±0,74

Kruchość – Tenderness 3,80 ±0,57 3,54±0,63

WNIOSKI

1. Mniejszą zawartością tłuszczu sadełkowego, skóry z tłuszczem podskórnym oraz ciemniejszą barwą skóry charakteryzowały się tuszki kurcząt z chowu z dostępem do wybiegu.

2. Mięśnie piersiowe kurcząt z chowu z dostępem do wybiegu charakteryzowały się istotnie mniejszym wyciekiem termicznym i ciemniejszą barwą, lepszą kruchością, mie- rzoną siłą cięcia, cechowały się natomiast mięśnie piersiowe kurcząt utrzymywanych bez dostępu do wybiegu.

3. W ocenie sensorycznej mięsa poddanego obróbce termicznej wykazano, że ko- rzystniejszymi walorami smakowymi i zapachowymi charakteryzowały się mięśnie piersiowe kurcząt utrzymywanych z dostępem do wybiegu.

4. Przeprowadzone badania wskazują na konieczność kontynuowania badań nad wpływem warunków chowu kurcząt brojlerów na jakość kulinarną oraz przydatność technologiczno-przetwórczą od niego pozyskanego.

LITERATURA

Castellini C., Berri C., Le Bihan-Duval E., Martino G., 2008. Qualitative attributes and consumer perception of organic and free-range poultry meat. World’s Poult. Sci. J. 64, 4, 500–512.

Castellini C., Mugnai C., Cal Bosco A., 2002. Effect of organic production system on broiler carcass and meat quality. Meat Sci., 60 219–225.

Fanatico A.C.P.B., Cavit J.L., Pillai L.C., Owers C.M., Emmert J.F., 2005. Evaluation of slower- -growing broiler genotypes grown with and without outdoor access: Meat quality. Poult.

Sci. 84, 1785–1790.

(9)

nr 586, 2016

Fanatico A.C.P.B, Pillai P.B., Emmert J.L., Owens C.M., 2007. Meat quality of slow- and fast- -growing chicken genotypes fed low-nutrient or standard diets and raised indoors or with outdoor access. Poult. Sci. 86, 2245–2255.

Fanatico A.C.P.B., Pillai L.C., Hester C., Falcone J.A., Owers C.M., Emmert J.F., 2008. Perfor- mance, livability and carcass yield of slow and fast growing chicken genotypes fed low-nutrient or standard diets and raised indoors or with outdoor access. Poult. Sci. 87, 1012–1021.

Grau R., Hamm R., 1953. Eine einfache Methode zur Bestimmung der Wasserbindung im Muskel.

Naturwiss. 40, 29–30.

Horsted K., Allesen-Holm B., Hermansen J., Kongsted A., 2012. Sensory profiles of breast meat from broilers reared in an organic niche production system and conventional standard broilers. J. Sci. Food Agr. 30, 92, 258–265.

Kołczak T., 2007. Smakowitość mięsa. Gospodarka Mięsna 12, 26–28.

Kwiecień M., Winiarska-Mleczan A., Krusiński R., Kwiatkowska K., 2014. Ocena sensoryczna mięśni piersiowych kurcząt brojlerów otrzymujących chelat Fe z glicyną. Probl. Hig.

Epidem. 95, 134–137.

Michalczuk M., Łukasiewicz M., Wnuk A., Damaziak K., Niemiec J., 2013. Wpływ dostępu do wybiegów na wyniki produkcyjne oraz wartość rzeźną kurcząt wolno rosnących Hub- bard JA 957. Rocz. Nauk. Pol. Tow. Zoot. 9, 2, 23–31.

Michalczuk M., Łukasiewicz M., Zdanowska-Sąsiadek Ż., Niemiec J. 2014. Comparison of selected quality attributes of chicken meat as affected by Reading systems. Pol. J. Food Nutr. Sci. 64, 2, 121–126.

Mikulski D., Celej J., Jankowski J., Majewska T., Mikulska M., 2011. Growth performance, carcass traits and meat quality of slower-growing and fast-growing chickens raised with and without outdoor access. Asian-Aust. J. Anim. Sci. 10, 24, 1407–1416.

Milan R., Hansgeorg H., Klaus D., 2011. Meaning of the pH value for the meat quality of broilers.

Fleischwirtschaft 91, 1, 89–93.

Naveena B.M., Kiran M., Mendiratta S.K., 2013. Post harvest technologies to deal with poultry meat toughness, with reference to spent birds. World’s Poult. Sci. J. 69, 3, 553–568.

Pietrzak D., Michalczuk M., Niemiec J., Mroczek J., Adamczyk L., Łukasiewicz M., 2013. Porów- nanie wybranych wyróżników jakości mięsa kurcząt szybko i wolno rosnących. ŻNTJ 2, 687, 30–38.

Połtowicz K., 2006. Wpływ systemu chowu na jakość mięsa drobiowego. Polskie Drobiarstwo 4, 34–38.

Połtowicz K., Doktor J., 2011. Effect of free-range raising on performance, carcass atributer and meat quality of broiler chickens. Anim. Sci. Pap. Rep. 29, 2, 139–149.

Rak L., Mokrzyk K., 2002. Chemiczne badanie mięsa. Wyd. AR we Wrocławiu, Wrocław.

Skomorucha I., Sosnówka-Czajka E., 2015. Wpływ systemu utrzymania kurcząt brojlerów na kształtowanie się wybranych parametrów jakości mięsa. Rocz. Nauk. Zoot. 42, 1, 45–53.

Tong H.B., Cai J., Lu J., Wang Q., Shao D., Zou M., 2015. Effects outdoor access days on growth performance, carcass yield meat quality and lymphoid organ index of a local chicken breed. Poult. Sci. 94, 1115–1121.

Tougan P.U., Dahouda M., Salifou C.F., Ahounou S.G., Kpodekon M.T., Mensah G.A., Thewis A., Karim I.Y., 2013. Conversion of chicken muscle to meat and factors affecting chicken meat quality: a review. IJAAR 3, 8, 1–20.

Tyburcy A., 2006. Technologia mięsa i jaj. Charakterystyka właściwości technologicznych mięsa.

W: Wybrane zagadnienia z technologii żywności. red. M. Mitek, M. Słowiński.

Wyd. SGGW, Warszawa.

(10)

10 A. Augustyńska-Prejsnar, M. Ormian, Z. Sokołowicz

Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych Wang K.H.S.R., Shi S.R., Dou T.C., Sun H.J., 2009. Effect of a free-range raising system on growth

performance carcass field and meat quality of slow-growing chicken. Poult. Sci. 88, 2219–2223.

Ziołecki J., Doruchowski W., 1989. Metoda oceny wartości rzeźnej drobiu. COBRD, Poznań.

ASSESSMENT OF SELECTED QUALITY FEATURES OF THE CARCASS AND MEAT FROM BROILER CHICKENS REARED WITH OR WITHOUT ACCESS TO FREE RANGE

Summary. Growing consumer interests in meat from extensive farming systems has neces- sitated the need for studies to determine the impact of farming systems on the quality of slaughter chicken meat and carcass. The objective of the research study was to assess the quality of carcass and breast meat of fast-growing broiler chickens reared on litter without access to outside runs as well as in systems with access to free range. The study material was made up of carcasses and breast meat of Ross chickens. Skin coloration measurements (CIE L*a*b* – Konica Minolta), slaughter and dissection efficiency calculations were carried out in order to assess the carcass quality. Measurements to assess the raw meat quality included pH₁₅, pH₂₄, colour using the CIE L*a*b* (Konica Minolta), water absorption (WHC – Water Holding Capacity), thermal leakage, chemical composition (total protein content by Kjeldahl method, fat by Soxhlet method, ash and water by drying method) and sensory evaluations. It was observed that significantly (p ≤ 0.05) lower degree of fattiness, significantly lower content (p ≤ 0.05) of abdominal and skin subcutaneous fat as well as a darker skin colour were typical features of the carcass chicken reared without access to paddocks. No statistically significant differences in the chemical composition of breast meat were noted amongst the broiler chickens held in the systems understudied. The breast meat from chickens held without access to paddocks (p ≤ 0.05) were characterized by significantly higher (p ≤ 0.05) thermal leakages and lighter meat colour, a fact which is corroborated by the significantly higher (p ≤ 0.05) content of the L* pigment. Colour is an important indicator of freshness and technological suitability of meat as a raw material.

The sensory analysis of post thermally treated meat has indicated that significantly higher (p ≤ 0.05) intensity of taste and smell were typical of breast meat from chicken held with access to paddocks. The tenderness of poultry meat is one of the most sought after quality features of post thermally treated meat. The current studies have confirmed the impact of breeding systems on the intensity of cutting force of breast meat. The breast meat from chickens held without access to free range was characterized by significantly lower (p ≤ 0.05) cutting force, which translates to better tenderness.

Key words: chickens, rearing system, carcass, breast meat, quality

(11)

adam.figiel@up.wroc.pl

DRYING KINETICS AND TEXTURAL PROPERTIES OF PEARS DEHYDRATED BY COMBINED METHOD WITH APPLICATION OF VACUUM-MICROWAVES

Krzysztof Lech, Malwina Siudek, Anna Michalska, Adam Figiel

Wrocław University of Environmental and Life Sciences

Summary. Pear cubes were dehydrated by convective drying (CD) and by combined method consisting of convective pre-drying (CPD) and vacuum-microwave finish-drying (VMFD).

During combined method the time of CPD lasted for 15, 30 and 120 min. The VMFD of pear cubes was performed at magnetrons power of 240, 480 and 720 W. The drying kinetics of pear cubes was described using a modified Page model. The entire drying time of combined drying was reduced by earlier application of VMFD with higher microwave power. Pear cubes dried by the combined method had a lower density and crispier texture as compared to the samples dried only by convective method. An increase in pre-drying time resulted in a decrease in the density and compressive strength, whereas increase in microwave power reduced the density of the dried products.

Key words: Pyrus communis L., Page model, density, compressive strength

INTRODUCTION

Pear (Pyrus communis L.) is rich in many compounds that may be beneficial to hu- man health. They comprised of different types of phytochemicals including polypheno- lics [Borges et al. 2010]. Pear is known for its special flavour and crispiness of the fruit [Kolniak-Ostek 2016]. Usually pear fruits are consumed in a fresh form but they are also processed into different kind of products, i.e. compotes, conserved in a syrups, purees or they might be used as a food additives to bakery products [Lutovska et al. 2016]. Due to the fact that pear, like most of the fruits, are highly perishable their processing into a more stable form might provide other options for they longer availability on the market thorough the year. One of the most important preservation process that has been used for decades in food and chemical industries is drying [Doymaz and Ismail 2012].

(12)

12 K. Lech i inni

Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych Convective drying (CD) is one the most popular method applied to reduce the moisture content of a broad range of fruits and vegetables, including pears. However, this method has several disadvantages and limitations; for instance, it requires a relatively long time at low temperatures or high temperatures in order to reduce the processing time necessary to obtain relatively low moisture content of the final products. The con- tact of dried material with a hot air causes degradation of important flavour compounds and nutritional substances as well as colour alteration. Another disadvantage of this drying method is a shrinkage being a result of tissue collapse. Vacuum microwave drying (VMD) has been reported to reduce those inconveniences [Lin et al. 1998]. During VMD the energy of microwaves is absorbed by water located in the whole volume of the material being dried. This creates a large vapour pressure in the centre of the material and allows for a rapid transfer of moisture to the surrounding vacuum at the same time preventing from structural collapse. This process, known as the puffing phenomenon, creates a porous texture of the food and in this way it reduces its density [Sham et al. 2001]. The VMD technique has been already applied to reduce the moisture content of numerous plant materials, i.e. cranberries [Sunjka et al. 2004], strawberries [Krulis et al. 2005], bananas [Mousa and Farid 2002], apples [Sham et al. 2001], carrots [Lin et al. 1998], tomatoes [Durance and Wang 2002], garlic [Figiel 2006] and peanuts [Delwiche et al. 1986]. At the beginning of VMD the intensive water evaporation from the material may exceed the vacuum pump capacity. Therefore, a reduction in the weight of material subjected to drying or the application of a larger vacuum installation is required. This problem can be overcome by pre-drying of the material using convective drying with a hot air, which is very efficient in the initial stage of dehydration. As a result of pre-drying the mass loads of a VM equipment can be radically decreased [Hu et al. 2006]. Convective pre-drying (CPD) of the material before vacuum-microwave finish-drying (VMFD) may reduce the total cost of dehydration and might improve the quality of the final products [Durance and Wang 2002]. No scientific work has been yet reported on the drying of pear by combined CPD-VMFD with the examination of a pre-drying time and microwave power level. An appropriate application of combined CPD-VMFD could make a significant contribution to the fruit processing industry.

Therefore, the aim of this work is to determine the effect of microwave power and the time of convective pre-drying process on the drying kinetics and the textural properties of VMFD pear cubes in terms of density and compressive strength.

MATERIALS AND METHODS Drying

Pears (cv. ‘Conference’) were cut into 10 mm cubes. The cubes were subjected to a combined dehydration consisting of CPD (drier designed and built in the Institute of Agricultural Engineering, Wrocław, Poland) and VMFD (SM 200 Plazmatronika, Wro- claw Poland). Pre-drying using a hot air at velocity 4 m·s^–1 and temperature 55°C was performed for 15, 30 and 120 min. Three levels of microwave power were applied during VMFD: 240, 480 and 720 W. The pressure in the vacuum-drum ranged from 4 to 6 kPa

(13)

Drying kinetics and textural properties of pears dehydrated... 13

nr 586, 2016

and the drum was rotating at 6 rpm. The process of VMFD was interrupted for 60 s whenever the mass of dried cubes was measured, i.e. after 6, 3 and 2 min for 240, 480 and 720 W, respectively. The parameters of CPD and VMFD were established on the basis of the preliminary tests. The drying kinetics of pear cubes was determined by taking into account the mass losses of 60 g portions with 7.12 kg·kg^–1 dry matter (dm) of initial moisture content. Pear cubes dehydrated by CD at the same parameters as CPD were treated as control samples. Drying experiment was performed in triplicate.

Density

The density (ρ) of dried products was determined by calculating the ratio of pear cubes mass to their volume. The volume of the cubes was measured with a graduated cylinder that was filled with flax-seeds of 100 ml volume and pear samples. Then the cylinder was gently shaken to obtain the smallest volume of its contents. The volume of pears cubes was calculated by subtracting the initial volume of the seeds from the total volume (seeds + pears).

The mean values of ρ were calculated on the basis of three repetitions.

Texture

The texture of dried pear cubes was measured with an Instron 5566 strength-testing machine equipped with a strain gauge of 1 kN range (Instron, Bucks, UK). The individual cubes were compressed between two parallel plates of diameter 30 mm (upper plate) and 200 mm (bottom plate) with a speed of 60 mm·min^-1. The breaking stress was calculated on the basis of the mean of 10 measurements using equation (1):

max max

F

V S ⁽¹⁾

where:

σ_max – breaking stress [MPa], F_max – breaking force [N],

S – the surface of the cross section of the compressed sample [mm²].

STATISTICS

The results obtained in the study were subjected to the statistical analysis. Standard deviations were estimated by means of Microsoft Excel 2013. The one-way analysis of variance was performed by the Statistica v. 12.0 in order to find out if the differences in the mean values were significant. Homogeneous groups were determined with the HSD Tukey’s test at significance level α = 0.05. Table Curve 2D Windows v5.01 enabled mathematical modelling of the drying kinetics. The goodness of modelling was confirmed by the possible highest value of determination coefficient (R²) and lowest value of root mean square error (RMSE).

(14)

14 K. Lech i inni

Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych RESULTS

Drying kinetics

Drying kinetics of pear cubes dehydrated by combined method (CPD-VMFD) was shown in Figure 1.

Fig. 1. Drying kinetics of pear cubes (CPD for 15, 30 and 120 min and VMFD at microwave power 240, 480 and 720 W)

Rys. 1. Kinetyka suszenia kostek gruszki (podsuszanie konwekcyjne przez 15, 30 i 120 min oraz dosuszanie mikrofalowo-próżniowe przy mocy mikrofal 240, 480 i 720 W)

The process of decreasing of moisture ratio (MR) of pear cubes during dehydration by CD or VMFD was described using a modified Page model:

– ( – ')k ⁿ

MR A e ^{W W} ⁽²⁾

Parameter τ in equation (2) indicates the time of drying whereas τ’ denotes time of pre-drying with the convective method. Values of parameters A, k and n as well as fit parameters R² and RMSE were compiled in Table.

In the first phase of CD, water loss was relatively fast; however, subsequent water loss was slow and CD was found to be time-consuming which is typical for this dehydration process [Maskan 2000]. Application of VMFD enabled to shorten the total drying time. The time required to dry pear cubes by convection (down to a moisture content of 0.18 kg·kg^–1 db) was 180 min and this time was significantly reduced when VMFD was applied (32 min at 720 W). In general, the total drying time was shorter for short pre-drying times and a high microwave power of 720 W. Similar results were obtained by Figiel [2007], who found that increasing microwave power from 240 to 720 W during drying of apple cubes by the combined method (CPD-VMFD) considerably increased the rate of drying and, consequently, shortened the duration of the process.

(15)

nr 586, 2016

Table. Values of parameters A, k and n (eq. 2) of modified Page model describing the drying kinetics of pear cubes dehydrated by CD and VMFD at powers 240, 480 and 720 W after pre-drying times (τ’) 15, 30 and 120 min. R² – coefficient of determination, RMSE – root mean square error, τ – total time of drying, Mc – final moisture content

Tabela. Wartości parametrów A, k oraz n (równanie 2) zmodyfikowanego modelu Page’a opisującego kinetykę suszenia kostek gruszki odwadnianych metodą konwekcyjną (CD) i dosuszanych mikrofalowo-próżniowo przy mocy 240, 480 and 720 W po upływie czasu podsuszania (τ’) 15, 30 i 120 min. R² – współczynnik determinacji, RMSE – średni błąd kwadratowy, τ – całkowity czas suszenia, Mc – wilgotność końcowa

Drying parameters Parametry suszenia

A k n R² RMSE τ’ τ Mc

[min] [min] [%]

CD 1 0.0346 0.953 0.9950 0.0193 0 1 060 10.68

240W-15 0.611 0.0744 0.953 0.9963 0.0108 15 87 3.33

480W-15 0.597 0.1380 0.953 0.9939 0.0130 15 45 3.33

720W-15 0.594 0.1660 0.953 0.9808 0.0250 15 36 3.31

240W-30 0.413 0.0645 0.953 0.9887 0.0131 30 96 3.25

480W-30 0.394 0.1770 0.953 0.9902 0.0111 30 55 3.33

720W-30 0.395 0.2980 0.953 0.9942 0.0087 30 45 3.33

240W-120 0.046 0.1060 0.953 0.9524 0.0020 120 162 3.31

480W-120 0.046 0.3200 0.953 0.9772 0.0020 120 131 3.29

720W-120 0.046 0.4960 0.953 0.9553 0.0029 120 128 3.27

Density

The values of density (ρ) of pear samples dehydrated entirely by CD and those CPD for 15, 30 or 120 min and then VMFD at microwaves power of 240, 480 and 720 W were shown in Figure 2. It was concluded that the longer the time of convective pre-drying, the lower the density of the products. What is more, the increase in the power of magnetrons (up to 720W) resulted in the decrease of the density when compared to 240 W.

Shrinkage of pear samples dried with the combined method was substantially lower as compared with that of samples dried only with the convective method. This was indicated by lower values of density of VMFD samples. The smaller shrinkage of pears dried with VM as compared with CD samples was caused by the puffing phenomenon; similar results were observed in apples [Sham et al. 2001]. The positive effect of microwaves on the limitation of shrinkage was also confirmed in the case of other biological materials, i.e. tomatoes [Durance and Wang 2002], carrots [Lin et al. 1998] and bananas [Maskan 2000]. In the present study, an increase in pre-drying time and microwave power decreased the density of VMFD pear cubes and, consequently, decreased their shrinkage.

Although the differences between the appropriate mean values were not significantly different, these results showed that relatively low moisture content obtained by CPD at high microwave power during following VMFD could increase the expansion ratio and in this way improve the texture of the final product. This expansion ratio depended on the stiffness of the material undergoing the dual mechanism of the puffing phenomenon consist

(16)

16 K. Lech i inni

Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych in internal overpressure of the trapped air in relation to external vacuum and creation of vapour due to the internal temperature rise [Ressing et al. 2007] which results from the excess of the energy generated by dipoles of water under microwave radiation over the energy necessary for water evaporation [Figiel 2010]. Apparently, the stiffness of the material after 120 min of CPD was low enough to enable the effective puffing at relatively high internal pressure associated with increased temperature. The study performed on beetroot cubes revealed that the increasing the level of CPD increased the temperature rise during VMFD [Figiel 2010].

Compressive strength

Figure 3 showed the compressive strength (σ_max) of pear samples dehydrated only by CD and that of samples dried by the combination of CPD and VMFD.

Pear cubes dehydrated by CD were breaking under over six times higher compressive stress than VMFD samples. The VMFD pear cubes exhibited crispier texture due to the puffing phenomenon, which also decreased the density of the dried product. The positive effect of VMFD on the texture of dried product was confirmed by the studies on beetroot cubes [Figiel 2010]. The increase in the time of CPD of pear cubes decreased their compressive strength; however, this tendency was statistically confirmed only in few cases.

On the other hand, the effect of microwave power on compressive strength was entirely negligible.

Fig. 2. Density of pear cubes dehydrated by CD and combined method (CPD for 15, 30 or 120 min and VMFD at 240, 480 and 720 W). Different letters (a, b, c, d) at bars indicate significant differences between values (HSD Tukey’s test, p < 0.05) and vertical line seg- ments mean standard deviations

Rys. 2. Gęstość kostek gruszki odwadnianych konwekcyjnie oraz metodą kombinowaną (CPD przez 15, 30 i 120 min oraz VMFD przy 240, 480 i 720 W). Różne litery (a, b, c, d) przy słupkach oznaczają brak istotnych różnic między wartościami (test HSD Tukeya, p < 0,05), a pionowe odcinki wyrażają odchylenia standardowe

(17)

nr 586, 2016 CONCLUSIONS

1. A modified Page model described the drying kinetics of pear cubes with satisfac- tory parameters of fitting for all drying conditions used in the study.

2. Pear cubes dried with the combined CPD-VMFD showed a lower density and softer texture as compared to the samples dehydrated using only CD. The longer duration of CPD decreased the density and compressive strength, whereas the increase in microwave power during VMFD decreased the density of dried pear cubes.

3. A combination of CPD and VMFD is recommended in order to obtain dried pear cubes with a crispy texture at significantly shorter time when compared with CD.

REFERENCES

Borges G., Mullen W., Crozier A., 2010. Comparison of the polyphenolic composition and antioxidant activity of European commercial fruit juices. Food & Function 1, 73–83.

Delwiche S.R., Shupe W.L., Pearson J.L., Wilson D.M., 1986. Microwave vacuum drying effect on peanut quality. Peanut Sci. 13(1), 21–27.

Doymaz I., Ismail O., 2012. Experimental characterization and modelling of drying of pear slices.

Food Sci. Biotech. 21(5), 1377–1381.

Durance T.D., Wang J.H., 2002. Energy consumption, density, and rehydration rate of vacuum microwave- and hot-air convection-dehydrated tomatoes. J. Food Sci. 67(6), 2212–2216.

Figiel A., 2006. Drying kinetics and drying shrinkage of garlic subjected to vacuum – microwave dehydration. Acta Agroph. 7(1), 49–58.

Fig. 3. Compressive strength (σ_max)of pear cubes dehydrated by CD and combined method (CPD for 15, 30 or 120 min and VMFD at 240, 480 or 720 W). Different letters (a, b, c, d, e, f) at bars indicate significant differences between values (HSD Tukey’s test, p < 0.05) and vertical line segments mean standard deviations

Rys. 3. Naprężenia ściskające (σ_max) kostek gruszki odwadnianych konwekcyjnie oraz metodą kombinowaną (CPD przez 15, 30 i 120 min oraz VMFD przy 240, 480 i 720 W). Różne litery (a, b, c, d, e, f) przy słupkach oznaczają brak istotnych różnic między wartościami (test HSD Tukeya, p < 0,05), a pionowe odcinki wyrażają odchylenia standardowe

(18)

18 K. Lech i inni

Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych Figiel A., 2007. Dehydration of apples by a combination of convective and vacuum-microwave

drying. Pol. J. Food Nut. Sci. 57, 4(A), 131–135.

Figiel A., 2010. Drying kinetics and quality of beetroots dehydrated by combination of convective and vacuum-microwave methods. J. Food Eng. 98, 461–470.

Hu Q.G. Zhang, M., Mujumdar A.S, Xiao G.N., Sun J.C., 2006. Drying of edamames by hot air and vacuum microwave combination. J. Food Eng. 77, 977–982.

Kolniak–Ostek J., 2016. Chemical composition and antioxidant capacity of different anatomical parts of pear (Pyrus communis L.). Food Chem. 203, 491–497.

Krulis M., Kuhnert S., Leiker M., Rohm H., 2005. Influence of energy input and initial moisture on physical properties of microwave – vacuum dried strawberries. Eur. Food Res. Tech.

221, 803–808.

Lin T.M., Durance T.D., Scaman C.H., 1998. Characterization of vacuum microwave, air and freeze dried carrot slices. Food Res. Int. 31(2), 111–117.

Lutovska M., Mitrevski V., Pvkov I., Mijakovski V., Radojcin M., 2016. Mathematical modeling of thin layer drying of pear. Chem. Ind. Chem. Eng. Quar. 22(2), 191–199.

Maskan M., 2000. Microwave/air and microwave finish drying of banana. J. Food Eng. 44, 71–

–78.

Mousa N., Farid M., 2002. Microwave vacuum drying of banana slices. Dry. Tech. 20, 2055–

–2066.

Ressing H., Ressing, M., Durance, T., 2007. Modelling the mechanisms of dough puffing during vacuum microwave drying using the finite element method. J. Food Eng. 82, 498–508.

Sham P.W.Y., Scaman C.H., Durance T.D., 2001. Texture of vacuum microwave dehydrated apple chips as affected by calcium pretreatment, vacuum level, and apple variety.

J. Food Sci. 66(9), 1341–1347.

Sunjka P.S., Rennie T.J., Beaudry C., Raghavan G.S.V., 2004. Microwave – convective and microwave – vacuum drying of cranberries: a comparative study. Dry. Tech. 22(5), 1217–1231.

KINETYKA SUSZENIA I WŁAŚCIWOŚCI TEKSTUALNE GRUSZEK ODWODNIONYCH METODĄ KOMBINOWANĄ Z ZASTOSOWANIEM MIKROFAL POD OBNIŻONYM CIŚNIENIEM

Streszczenie. Kostki gruszki zostały wysuszone konwekcyjnie (CD) oraz metodą kombi- nowaną złożoną z podsuszania konwekcyjnego (CPD) i dosuszania metodą mikrofalowo- -próżniową (VMFD). Podczas suszenia metodą kombinowaną czas podsuszania wynosił 15, 30 i 120 min, a dosuszanie metodą mikrofalowo-próżniową zostało przeprowadzone przy mocy mikrofal 240, 480 i 720 W. Kinetyka suszenia kostek gruszki została opisa- na przy użyciu zmodyfikowanego modelu Page’a bez uwzględniania warunków suszenia.

Znacznemu skróceniu całkowitego czasu suszenia sprzyjało wcześniejsze zastosowanie dosuszania przy większej mocy mikrofal. Kostki gruszki wysuszone metodą kombinowaną wykazywały mniejszą gęstość i bardziej kruchą teksturę w porównaniu z próbkami wy- suszonymi wyłącznie metodą konwekcyjną. Wydłużenie czasu podsuszania spowodowało zmniejszenie gęstości i naprężenia ściskającego, a wzrost mocy mikrofal przyczynił się do zmniejszenia gęstości wysuszonego produktu.

Słowa kluczowe: Pyrus communis, model Page’a, gęstość, naprężenia ściskające

(19)

stefang@uwm.edu.pl

UŻYTKOWANIE EKOSYSTEMÓW TRAWIASTYCH A KSZTAŁTOWANIE ŚRODOWISKA

Stefan Grzegorczyk

Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie

Streszczenie. W pracy przedstawiono przegląd piśmiennictwa z zakresu roli ekosystemów trawiastych w kształtowaniu i ochronie środowiska. Obszary trawiaste typowe (z udziałem drzew i krzewów do 10%) i lesiste (z udziałem drzew i krzewów w granicach 10–40%) zajmują nieco ponad 40% lądu, a więc naturalnym jest stwierdzenie, iż odgrywają bardzo ważną rolę w środowisku przyrodniczym. Wpływają one na kształtowanie się mikroklimatu i makroklimatu, regulują bilans wodny w zlewniach, chronią gleby przed erozją wodną i wietrzną. Użytkowanie łąkowe zmeliorowanych torfowisk, pozwalające utrzymać wyższy poziom wody gruntowej, chroni gleby torfowo-murszowe przed degradacją i nadmierną mineralizacją. Darń łąkowa ma dużą zdolność zatrzymywania biogenów i jako doskonały filtr ogranicza eutrofizację wód. Użytki zielone stanowią niepowtarzalne środowisko ży- ciowe wielu rzadkich gatunków roślin i zwierząt, a zwłaszcza ptaków i motyli. Są cennym elementem krajobrazu oraz pozytywnie wpływają na doznania estetyczne człowieka.

Słowa kluczowe: obszary trawiaste, bioróżnorodność, gazy cieplarniane, ochrona przed erozją, gromadzenie wody

WSTĘP

Używane powszechnie na świecie pojęcie grasslandu oznacza teren pokryty roślin- nością zielną zdominowaną przez trawy, bezdrzewny lub z małym udziałem drzew. Do grasslandu zalicza się typowe obszary trawiaste z udziałem drzew i krzewów poniżej 10% oraz obszary trawiaste lesiste, gdzie udział drzew i krzewów mieści się w granicach 10–40%. Tak zdefiniowane obszary trawiaste zajmują na świecie 52,5 mln km², czyli 40,7% lądu [Suttie i in. 2005]. Najwięcej z nich znajduje się na kontynencie afrykań- skim – 17,3 mln km² [Gibson 2009]. Na świecie 10 krajów ma co najmniej 1 mln km² obszarów trawiastych (rys. 1). Oczywistym jest więc stwierdzenie, iż obszary trawiaste odgrywają bardzo ważną rolę w środowisku przyrodniczym. Są to złożone ekosystemy

(20)

20 S. Grzegorczyk

Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych o dużej różnorodności biologicznej, z bogactwem zbiorowisk flory i fauny, a ich wielo- funkcyjna rola w środowisku jest znana od dawna. W myśl stosunkowo nowej koncepcji usług ekosystemowych konieczny jest kompromis między funkcją produkcyjną ekosys- temów trawiastych a wynikającymi z ich funkcjonowania licznymi korzyściami środo- wiskowymi [Humphreys i in. 2014]. W ostatnich dekadach stale rośnie świadomość, że obszary trawiaste nie tylko są źródłem cennej paszy, ale też zapewniają wiele cenionych usług środowiskowych. Jest to widoczne m.in. w europejskiej wspólnej polityce rolnej [Isselstein i Kayser 2014].

1,00 1,29 1,31 1,46

1,53 1,67

3,17 3,38

3,92

6,26 6,58

0 1 2 3 4 5 6 7

Angola - Angola Sudan - Sudan Mongolia - Mongolia Argentyna - Argenna Brazylia - Brazil Kazachstan - Kazakhstan Kanada - Canada USA - United States Chiny - China Rosja - Russian Federaon Australia - Australia

Rys. 1. Kraje o największych zasobach obszarów trawiastych [mln km²]. Opracowanie własne na podstawie pracy Gibsona [2009]

Fig. 1. Countries with the largest grassland area [mln km²]. Own elaboration based on Gibson [2009]

Należy zdawać jednak sobie sprawę z poważnych zagrożeń dla naturalnych ekosys- temów na świecie. Prognozy FAO podają, iż między rokiem 2010 a 2050 liczba ludności wzrośnie o około 2,3 mld, a to oznacza, że światowa produkcja żywności będzie musiała wzrosnąć o około 70% [Galluzzi i in. 2010]. Obszary naturalne będą więc przekształcane w ziemie uprawne i w coraz większym stopniu będą narażone na oddziaływanie rozbu- dowywanej infrastruktury oraz zmian klimatycznych. Przewiduje się, że do 2050 roku (w stosunku do 2000 roku) nastąpi utrata 7,5 mln km² naturalnych ekosystemów i utrata kolejnych 11% bioróżnorodności ziemi [Dimas i Gabriel 2008].

Polska należy do krajów o stosunkowo małych zasobach trwałych użytków zielonych. Stanowią one 20,7% użytków rolnych, w tym 12,1% to łąki, a 8,6% to pastwiska [Rocznik statystyczny rolnictwa 2015]. Gospodarka łąkowo-pastwiskowa powinna być prowadzona według zasad rolnictwa zrównoważonego. Nie może ona zagrażać zdrowiu ludzi i zwierząt oraz musi uwzględniać ochronę środowiska, różnorodności biologicznej, krajobrazu, wartości kulturowych i dziedzictwa historycznego obszarów wiejskich.

W naszym kraju wiele obszarów trawiastych ze względu na wysokie walory przyrodnicze zasługuje na ochronę [Stypiński i Grzegorczyk 2005].

Celem pracy jest przedstawienie najważniejszych aspektów związanych z rolą eko- systemów trawiastych w kształtowaniu i ochronie środowiska.

(21)

Użytkowanie ekosystemów trawiastych a kształtowanie środowiska 21

nr 586, 2016

FUNKCJA KLIMATYCZNA

Zbiorowiska trawiaste wpływają na kształtowanie się mikroklimatu – znacznie zwięk- szają wilgotność powietrza, łagodzą wahania temperatury gleby i powietrza, mają istotny wpływ na ilość i rozkład opadów atmosferycznych, przyczyniają się do powstawania rosy, mgieł. W górach mówi się o tzw. efekcie chmurotwórczym łąk i pastwisk.

W ostatnim okresie w sposób szczególny podkreśla się rolę, jaką odgrywają ekosystemy trawiaste w kształtowaniu się makroklimatu poprzez wpływ na emisję gazów cieplarnianych [Czaplak i Dembek 2000, Janssens i in. 2005, Gibson 2009, Oleszczuk 2012, Pawlaczyk 2014, Soussana i in. 2014]. Ekosystemy trawiaste charakteryzują się dodatnim bilansem materii organicznej w glebie, co jest zauważalne nawet w krótkim czasie [Skuodiene i Tomchuk 2014], dlatego też odgrywają istotną rolę w sekwestracji węgla (rys. 2). W przeciwieństwie do lasów, gdzie roślinność jest podstawowym miej- scem składowania dwutlenku węgla, w ekosystemach trawiastych większość zapasów węgla zgromadzona jest w glebie. Chang i inni [2015] podają, iż europejskie użytki zielone pochłaniają z atmosfery 57 ±21 g·m^–2·rok^–1 C-CO₂, a sekwestracja węgla (C) oceniana jest na 15 ±7 g·m^–2·rok^–1.

Jednakże sprawa komplikuje się w przypadku torfowisk, gdzie kumulacja węgla ist- nieje tylko na torfowiskach naturalnych, z kolei w przypadku zmeliorowanych torfowisk następuje emisją CO₂ do atmosfery. Według Janssensa i innych [2005] średnia roczna emisja CO₂ z torfowisk w użytkowaniu łąkowym wynosi 4,4 t·ha^–1 (rys. 3).

Wielkość emisji zależy od rodzaju użytkowania [Pawlaczyk 2014]. W warunkach Polski największa emisja CO₂ z nieleśnych torfowisk występuje na łąkach zmiennowilgotnych o zaawansowaniu procesu murszenia (Mt I). Rocznie z tych terenów uwalniane jest do atmosfery 8,3 mln t CO₂ [Czaplak i Dembek 2000]. W przeliczeniu na 1 ha emisja CO₂ z łąk świeżych i suchych o zaawansowaniu procesu murszenia (Mt II) jest taka sama, jak z łąk zmiennowilgotnych (Mt I). Na łąkach świeżych i suchych (Mt III) wskaźnik ten jest niższy (rys. 4). Znaczącym źródłem emisji dwutlenku węgla mogą też być przekształ- cone obszary trawiaste, będące efektem m.in. pustynnienia czy też nadmiernej eksploata- cji, zwłaszcza wypasu [Owen 2008].

579

481

264 0

100 200 300 400 500 600 700

Obszary trawiaste - Grasslands

Lasy - Forests Agroekosystemy - Agroecosystems

Rys. 2. Średni szacunek glebowych zasobów węgla [Gt]. Opracowanie własne na podstawie pracy Gibsona [2009]

Fig. 2. Estimated soil carbon pools [Gt]. Own elaboration based on Gibson [2009]

(22)

22 S. Grzegorczyk

Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych -1,28

4,40

24,22

-5 0 5 10 15 20 25 30

Naturalne torfowiska Natural peatlands

Łąki i lasy Meadows and

forests

Grunty orne Arable land

Rys. 3. Średnia roczna emisja CO₂z torfowisk [t·ha^–1]. Opracowanie własne na podstawie pracy Janssensa i innych [2005]

Fig. 3. Average annual CO₂emissions from peatlands [t·ha^–1]. Own elaboration based on Jans- sens et al. [2005]

18,0 18,0

10,8

0 5 10 15 20

Mt I Mt II Mt III

Rys. 4. Roczna emisja CO₂ z 1 ha nieleśnych torfowisk Polski [t] w zależności od stopnia za- awansowania procesu murszenia (Mt I–Mt III). Objaśnienia w tekście. Opracowanie wła- sne na podstawie pracy Czaplaka i Dembka [2000]

Fig. 4. Annual CO₂ emissions per 1 ha of non-forest peatlands in Poland [t] subject to the stage of moorshifi cation (Mt I–Mt III). Explanations in the text. Own elaboration based on Czaplak and Dembek [2000]

2,8

1,6

6,3

0 1 2 3 4 5 6 7

Lasy Forests

Łąki słabo odwodnione Meadows poorly drained

Łąki silnie odwodnione Meadows strongly

drained

Rys. 5. Średnia roczna emisja N₂O na odwodnionych torfowiskach [kg·ha^–1]. Opracowanie wła- sne na podstawie pracy Pawlaczyka [2014]

Fig. 5. Average annual N₂O emissions from drained peatlands [kg·ha^–1]. Own elaboration based on Pawlaczyk [2014]

(23)

Użytkowanie ekosystemów trawiastych a kształtowanie środowiska 23

nr 586, 2016

Łąki na glebach torfowych są również źródłem podtlenku azotu [N₂O], zaliczanego do gazów cieplarnianych [Oleszczuk 2012]. Średnie wskaźniki emisji tego gazu kształtu- ją się na niskim poziomie [Pawlaczyk 2014], przy czym większe wartości przybierają w warunkach intensywnego odwodnienia (rys. 5).

Torfowiska o czynnym procesie torfotwórczym emitują to atmosfery metan. Szacuje się, iż są one źródłem około 22% światowej emisji tego gazu cieplarnianego [Oleszczuk 2012]. Odwodnienie torfowisk przerywa wydzielanie metanu, jednakże zjawisko to spo- tyka się także na zmeliorowanych łąkach. Proces emisji metanu do atmosfery nasilony jest wyraźnie na łąkach bagiennych [Pawlaczyk 2014] – rysunek 6.

FUNKCJA HYDROLOGICZNA

Intensyfikacja rolnictwa doprowadziła do zubożenia krajobrazu w elementy kontro- lujące obieg wody w środowisku. Zwiększeniu uległa powierzchnia pól uprawnych, zli- kwidowano wiele nieproduktywnych elementów krajobrazu, takich jak: miedze, zadrze- wienia śródpolne, zakrzaczenia, enklawy łąkowe czy też oczka wodne. Spowodowało to zwiększenie ilości i szybkości spływu powierzchniowego, zmniejszenie ilości wody wsiąkającej w glebę, co w efekcie ogranicza powierzchniową retencję wodną. W kształ- towaniu bilansu wodnego krajobrazu istotną rolę odgrywają łąki i pastwiska. Ich większy udział w strukturze użytków rolnych zwiększa zdolność krajobrazu do retencjonowania wody i obniżenia tempa odpływu powierzchniowego. Ubytek tych stabilnych ekosyste- mów, a zwłaszcza obszarów wodno-błotnych efektywnie regulujących odpływ, to jedna z głównych przyczyn niekorzystnych zmian w strukturze bilansu wodnego krajobrazu [Kędziora i in. 2014].

Użytki zielone stanowią swego rodzaju zbiorniki retencyjne. Mają one szczególną zdolność retencjonowania dużych objętości wody w okresie roztopów lub po dużych opadach atmosferycznych. Istotną rolę w przyrodzie odgrywają użytkowane łąkowo do- liny rzeczne. Znajdujące się tam łęgi w okresie wysokiej fali na rzekach mogą przyjąć ogromne masy wody i w ten sposób chronią inne obszary przed powodzią. Zalew nanosi namuły – użyźnia teren, w efekcie czego zwiększa się plonowanie łąk. Inne użytki na

39

4,5 0

0 10 20 30 40 50

Łąki bagienne Meadow marsh

Lasy Forests

Grunty orne Arable land

Rys. 6. Współczynniki rocznej emisji metanu na torfowiskach [kg·ha^–1]. Opracowanie własne na podstawie pracy Pawlaczyka [2014]

Fig. 6. Coeffi cients of annual methane emissions from peatlands [kg·ha^–1]. Own elaboration based on Pawlaczyk [2014]