Основная страница: Перец
Выбор стадии плода для сбора зависит от конечного использования перца. Большинство свежих перцев собирают на стадии физиологической незрелости (садоводческой зрелости), в то время как для сушки или приготовления пюре нужны физиологически зрелые плоды. Для консервирования зеленого мексиканского перца переработчик требует, чтобы все стручки не имели красной окраски; это связано с тем, что по мере созревания стручка его «кожица» начинает слипаться, что затрудняет снятие кожуры. Кроме того, если плоды будут перевозиться на большие расстояния, необходимо позаботиться о снижении «полевого тепла», чтобы уменьшить дыхание и сохранить товарный вид плодов в месте назначения. Таким образом, урожайность зависит не только от условий выращивания и сорта, но и от времени сбора урожая.
Красный перец чили и паприка собираются преимущественно в физиологически зрелом состоянии, но также частично сушатся на растении. Большая часть урожая красного перца чили высушивается и измельчается в порошок; семенные линии выбираются таким образом, чтобы минимизировать потребность в энергии для сушки. Некоторые культуры паприки, включающие сорта с высокой пигментацией и низкой теплоемкостью, используются для производства живицы паприки, натурального красного красителя, используемого в качестве пищевого красителя. Цели селекционной селекции включают контроль содержания капсаицина и максимизацию цвета. Кайенский перец собирают, когда он сочный, но физиологически зрелый. Большая часть урожая кайенского перца перерабатывается в острые соусы. Урожай длинного зеленого перца чили собирают, когда плоды достигают полного размера, но физиологически незрелые. Зеленый перец чили либо перерабатывается в консервированный или замороженный продукт, либо продается непосредственно потребителям (Bosland and Walker, 2004). Большинство чили выращивается по контрактам, в которых указаны конкретные семенные линии, поскольку современные сорта оптимизированы для определенных областей применения. Двойное выращивание (красный после зеленого) стало редкостью для чили (Рой Пеннок, Bueno Foods, El Encanto, Inc., pers. com., 28 января 2010 г.), но продолжает практиковаться в производстве болгарского перца на свежем рынке.
Каждый вид перца может потребовать уникального решения для уборки. Из трех видов перца чили, выращиваемых на Юго-Западе, зеленый перец чили представляет наибольшую проблему для механизации, поскольку и на рынках свежих продуктов, и на консервных заводах порча продукта считается неприемлемой (Funk and Walker, 2010). Свежий болгарский перец и зеленый перец чили почти полностью собираются вручную, в то время как около 80% урожая кайенского перца и почти весь красный перец чили и паприка собираются механически (Винс Эрнандес, Biad Chile, перс. комм., 29 января 2010 г.). Большинство халапеньо, производимых в США, собираются механическим способом. Однако 95% потребностей США в переработке удовлетворяется за счет импорта плодов из стран, где халапеньо собирают вручную, так как они поступают в обезвоженном виде (Марвин Клэри, Border Foods, Inc., 29 января 2010 г.). Только одна американская компания в настоящее время использует технологию, позволяющую перерабатывать механически собранные халапеньо (Генри Родригес, 2010 г.).
Ручной сбор
Большинство перцев в мире собирают вручную. Основной причиной того, что промышленное производство перца в целом все еще основано на ручном сборе, является качество. Собранный вручную перец имеет более высокое качество, поскольку человек может мгновенно отбраковать заплесневелые, недозрелые, перезрелые или поврежденные стручки. Люди также выбирают меньше листьев и плодоножек при сборе урожая. Качество продукции не только выше при ручной уборке, но и увеличивается урожайность на единицу площади, так как человеческие сборщики наносят относительно небольшой ущерб растениям и стручкам при движении по полю или теплице. Машинные комбайны наносят больший ущерб растениям, чем человеческие, и они не приспособлены для работы в теплицах. Урожай, собранный машинным способом, также дольше восстанавливается и дает больше плодов.
Однако доступный человеческий труд становится дефицитным, особенно в развитых странах, и затраты на ручной сбор урожая могут возрасти до такой степени, что производство перца станет нерентабельным. Например, в Нью-Мексико, США, площади под выращивание перца чили сократились, несмотря на увеличение потребительского спроса. Целевая группа по чили в Нью-Мексико и Ассоциация чили в Нью-Мексико недавно обратились с ходатайством о выделении государственных средств на комплексный системный подход к решению проблемы сокращения производства перца (Funk and Walker, 2010). В результате законодательное собрание штата Нью-Мексико приняло сенатский законопроект 60, который выделил 1 миллион долларов США из общего фонда Совету регентов Университета штата Нью-Мексико, чтобы университетский колледж сельского хозяйства, потребительских и экологических услуг мог проводить исследования по генетике и производству чили, включая механизацию отрасли (Anon., 2008). Как следствие, большое количество опубликованных исследований, посвященных механизированной уборке перца, появилось в последнее время в Нью-Мексико. Продолжается тенденция к разработке более совершенных машин, которые могут собирать урожай перца с относительно небольшим повреждением растений или стручков. Поэтому большая часть этой главы будет посвящена разработке таких машин, а также селекции растений, способствующих механической уборке.
Хотя статистические данные отсутствуют, садоводы согласны с тем, что часть урожая остается на растении, поскольку рабочие бригады пропускают часть плодов из-за листвы или потому, что они пропускают участки непреднамеренно или чтобы сконцентрировать свои усилия на наиболее урожайных участках поля. Растения также могут быть пропущены, когда медленные работники или работники, идущие дальше от места сбора, пытаются догнать остальных членов бригады. Купер и др. (1983) попытались решить эту проблему с помощью устройства, которое перевозило двух рабочих на уровне земли для удобного сбора вручную, и имело конвейеры для подъема плодов с места в транспортные контейнеры.
Посторонние частицы могут быть непреднамеренно занесены на перерабатывающий завод вместе с собранными вручную плодами или из-за стимулов к быстрому наполнению ведер. Еще в 2009 году в окраине поля устанавливались очистительные машины, чтобы уменьшить количество посторонних частиц в собранном вручную чили. Бригады ручного сбора урожая несут ведра к мобильному пункту сбора, обычно это ящики для чили, уложенные на прицепы, которые тянет трактор в темпе сбора урожая, при этом бригада рабочих работает на нескольких рядах с каждой стороны. Физическое повреждение происходит во время загрузки бункера для сыпучих продуктов, когда перец падает на твердое дно бункера, вызывая ушибы или раскалывание (Jones et al., 2000). Как и при любом другом способе сбора урожая, дополнительные повреждения могут возникнуть во время транспортировки, если перцы не защищены от солнца. Поскольку перцы (Capsicum spp.) являются индетерминантными и цветут в течение нескольких недель, на растении могут быть как зрелые, так и незрелые плоды. Бригады, собирающие урожай вручную, могут выходить на поле несколько раз; обычно в течение 2-3 недель в полевых условиях или в течение нескольких месяцев в тепличных условиях, выборочно собирая плоды на нужной стадии развития. Решение о сборе урожая зависит от обязательств по контракту, мощности перерабатывающего предприятия, потребностей рынка, а также от погоды, состояния поля, растений и плодов.
Приспособления для уборки плодов
Некоторые уборочные машины, называемые «приспособлениями для уборки урожая», не убирают стручки с растений, а просто помогают людям во время уборки урожая. Стандартный тип приспособления для уборки урожая перевозит сборщиков по полю, избавляя их от необходимости ходить пешком. Каждый сборщик сидит на стуле и тянется вниз, чтобы собрать спелые плоды. Некоторые приспособления для сбора урожая оснащены конвейерными лентами, которые перемещают собранные фрукты от людей-сборщиков в центрально расположенный контейнер.
Машинная уборка
Затраты на оплату труда при уборке урожая составляют около 50% от общих производственных затрат в США при ручной уборке (Hawkes and Libbin, 2000), но снижаются до менее чем 10% от производственных затрат при механизированной уборке (Eastman et al., 1997). Хотя механизация кажется очевидным решением, существует несколько препятствий, которые еще предстоит преодолеть.
Поскольку человеческий труд может стать нерентабельным, исследовательские программы в нескольких странах пытались разработать механические средства или более совершенные механические средства для сбора урожая перца. В конце 1990-х годов Маршалл и Бозе (1998) подсчитали, что за предыдущие 40 лет исследований по этой теме было разработано и построено 230 машин для уборки перца, на которые было выдано 14 патентов и 30 концепций. Некоторые машины снимают плоды с растения, в то время как другие срезают все растение на уровне земли, а затем транспортируют растение к устройству, где плоды снимаются с каркаса растения. Механические комбайны сокращают участие человека в сборе урожая до водителя и нескольких человек, сортирующих стручки. Отсортированные плоды обычно подаются в контейнер на прицепе для транспортировки к переработчику.
Ни одна уборочная машина не будет оптимальной, учитывая различия в размере и форме плодов, содержании влаги, плотности, прочности стебля, физиологии растений и других качествах. Механизация сбора урожая требует системного подхода, при котором селекционируются сорта и изменяются методы производства для облегчения механизированного сбора урожая, а также разрабатывается оборудование перерабатывающих заводов для обработки урожая, который может содержать больше посторонних примесей, поступать в больших количествах и с еще прикрепленными плодоножками (Diemer et al., 2002).
Поскольку они часто ушибаются, перец, собранный машинным способом, в основном используется для переработки, а не для свежего рынка. Хотя ушибы не являются проблемой для переработчиков, поскольку они обычно перерабатывают собранный перец в течение 48 часов, они сокращают срок хранения свежих плодов. Перцы, предназначенные для переработки, включают халапеньо, красный чили и паприку.
Для машинной уборки перца было опробовано несколько различных методов. В Калифорнии модифицированные томатоуборочные комбайны были испытаны на болгарском перце, предназначенном для обезвоживания. Благодаря различным конструктивным изменениям, оригинальная встряхивающаяся станина томатоуборочного комбайна была заменена на очень агрессивную очищающую станину на основе противовращающихся резиновых роликов. Стебель растения срезался у земли, и растение переносилось к очистительному ложу, где несколько человек перемещали растения мотыгами, чтобы увеличить воздействие роликов. Также в Калифорнии комбайн с жесткими пластиковыми пальцами, выступающими из облицовочных ремней, был испытан на урожае новомексиканского типа стручковых (Lenker and Nascimento, 1982). Ни один из комбайнов не был использован после начальной стадии разработки.
Опять же в США, в Университете Джорджии пытались разработать машину для сбора перца пимьенто для переработки (Fullilove and Futral, 1972). Машина имела жесткие пальцы, которые прочесывали растения пимиенто в горизонтальном и вертикальном направлениях. Хотя от этой машины отказались (поскольку она выкорчевывала растения и вызывала неприемлемые повреждения стручков), ее инженеры продолжили разработку машины, в которой использовалась уборочная головка с двойной, двойной открытой спиралью (которая была признана удовлетворительной для уборки стручков типа пимьенто). Последующие модификации включали уборочную головку, основанную на вертикально ориентированной концепции двойной, одинарной открытой спирали, и машину с тремя вращающимися щеточно-пальцевыми стрипперами с вакуумным и нажимным усилием.
Было исследовано несколько других модификаций основной спиральной уборочной головки, включая тройные открытые спирали, большую горизонтальную открытую спираль и наклонную закрытую спираль. Также была предпринята попытка снизить агрессивность уборочной головки путем установки цилиндрической трубы внутри спирали таким образом, чтобы внешний диаметр трубы был равен внутреннему диаметру сформированной открытой спирали.
В Техасе Посселиус и Валео (1985) исследовали концепцию зонального сбора урожая, при котором стручки убираются в два горизонтальных слоя: с нижней части каждого растения во время одного сбора урожая и с верхней части каждого растения при последующем сборе урожая. Поскольку перцы созревают от основания растения вверх, в пологе растения существует диапазон зрелости. Посселиус и Валео (1985) успешно испытали укороченные спирали для первого сбора урожая, используя спирали, которые были на четверть, треть или половину длиннее, чем оригинальный, сварной, спиральный узел. Через несколько недель после успешного первого сбора нижних стручков оригинальная спираль полной длины была прикреплена к комбайну, чтобы можно было собрать оставшиеся верхние стручки.
Маршалл и Эш (1986) сообщили, что восстановление стручков в целом увеличивалось с увеличением скорости вращения спирали. Не было обнаружено последовательной связи между повреждением стручков и скоростью вращения спирали. По крайней мере, для типов стручков желтый колокольчик, горячий банан, горячая вишня или черешня, уровни восстановления и повреждения стручков не зависели от скорости движения комбайна от 0,5 до 3,0 км/ч. Уборка при более высокой скорости движения может быть неэффективной из-за увеличения объема продукции и мусора, ограниченной мощности оборудования для удаления мусора и дополнительного ручного труда, необходимого для сортировки материала. Подобные проблемы могут также ограничить количество рядов, одновременно убираемых машиной.
В дополнение к спиральной концепции, для уборки перца была применена конструкция гребенки. Были исследованы осевые гребни, идущие параллельно ряду, горизонтальные ротационные пальцевые гребни и наклонные ротационные планки с пальцами, прочесывающими назад и вверх. Также были исследованы наклонные драпировщики с пальцами, гребущими вверх, горизонтальные оси с радиальными пальцами, гребущими вверх, наклонный роторный конус с пальцами, устройство с пальцами, гребущими вертикально, и поперечные гребни, головки которых расположены поперек ряда растений перца.
Комбайн с наклонным, осевым, противовращающимся элементом с четырьмя параллельными круглыми планками был успешно использован Босланд и Иглесиас (1992) для уборки чили пикулей. Производство» чили-пики в Мексике — это в основном местное занятие, жители собирают плоды с диких растений в горах. В США все пикули чили импортируются, в основном из Мексики. Такой перец не выращивается в США в коммерческих целях из-за высоких затрат, связанных с ручным сбором маленьких плодов (длина которых составляет всего 1-2 см). Перец чили типа пикин, ‘NuMex Bailey Piquin’, был выведен для машинной уборки урожая. Лиственный признак плодов позволяет стряхивать плоды этого сорта с растущего растения. В испытаниях, проведенных Босланд и Иглесиас (1992), уборочная машина проходила через урожай, когда примерно 85% плодов были зрелого красного цвета (без предварительной обработки агентом для дозревания плодов). Комбайн стряхивал стручки с каждого растущего растения, после чего прикрепленный транспортер доставлял плоды в заднюю часть машины для сбора. Эта процедура встряхивания аналогична той, которая используется на некоторых ореховых деревьях, таких как пекан.
Другая конструкция для сбора урожая состояла из осевой универсальной цепи с перпендикулярными пальцами, которые зацеплялись за основания растений, внешние кончики пальцев поддерживались и перемещались вверх по наклонной рампе. Некоторые другие конструкции включали поперечный серповидный режущий аппарат с наклонными параллельными полосами, передняя часть которых была шарнирно закреплена, а задняя перемещалась вверх и вниз с помощью кривошипного механизма. При таком устройстве стебли растений перца срезаются серповидным брусом, затем два подпружиненных клиновых ремня переворачивают растения перед тем, как они подвергнутся усилию, направленному вниз (с помощью цилиндра с пальцевыми бичами).
Кормоизмельчитель был использован в Оклахоме, США, для выращивания багамского перца. Интересным и несколько иным подходом было использование вращающегося водяного распылителя высокого давления для сбора урожая перца Табаско. Было опробовано множество других конструкций, но Маршалл (1981), оценив множество концепций уборки урожая, счел, что двойная открытая спираль является наиболее приемлемой концепцией для уборки большинства основных видов стручкового перца, выращиваемого в коммерческих целях в США. Funk и Walker (2010) протестировали каждый из пяти различных механизмов уборки на пяти различных сортах зеленого чили типа Нью-Мексиканский стручковый (зеленый перец чили трудно адаптировать к механической уборке). В этом сравнении использование наклонной конструкции двойной спирали со встречным вращением, с низкой относительной скоростью наконечника и свободным путем для продукта, привело к самой высокой эффективности сбора урожая при наименьшем повреждении плодов.
Помимо собственно механической уборки стручков, для переработчиков очень важна механическая очистка стручков от плодоножек. Стебли считаются дефектом, поскольку они снижают качество продукции из перца. Инженеры Университета штата Нью-Мексико разработали серию прототипов для удаления плодоножек, с целевой производительностью 10 000 фунтов (около 4,5 т) в год (Herbon et al., 2010).
Технологические этапы механизированной уборки
Механическая уборка урожая состоит из нескольких отдельных этапов:
- разделение растений;
- отделение плодов;
- захват;
- перемещение в тару;
- очистка;
- транспортировка.
Разделение растений
Разделитель растений необходим для поднятия ветвей, находящихся у земли, отделения спутанных растений друг от друга и защиты растений от уборочного аппарата. Хотя это может показаться тривиальным, плохо спроектированный или неправильно расположенный делитель урожая может привести к значительной потере урожая, поскольку плоды падают на землю, где нет механизма для их захвата и транспортировки. Поскольку многие сорта еще не оптимизированы для механизированного сбора урожая, подъем плодов, висящих у земли, также может повысить эффективность сбора урожая. Одна из систем, разработанная для этого, состоит из рылец с щелевыми барабанами, которые позволяют вращающимся пальцам выступать в зону урожая, где они помогают питать механизм сбора (Boese, 2002).
Отделение плодов
Удаление плодов с растения перца может осуществляться путем встряхивания, вытягивания или подъема. Шейкеры были разработаны для уборки болгарского перца во Флориде еще в 1973 году (Fowler and Shaw, 1975; Shaw, 1975; Shaw and Ozaki, 1976). Хотя шейкерная жатка весом 5 г снимала 100% плодов и повреждала только 20%, однократный сбор урожая тогда не считался практичным из-за неопределенности растений. От встряхивателя отказались в пользу очесывающего аппарата (на основе косых граблей для сена), способного собирать урожай выборочно. Однако принцип встряхивания в настоящее время используется для разделения растений и плодов механическими перечными комбайнами, которые срезают растение на уровне земли и подают материал в колеблющийся, принудительно уравновешенный барабан встряхивателя, выложенный зубьями. Компания Pik Rite (Льюисбург, штат Пенсильвания) в настоящее время предлагает машину для уборки свежего болгарского, бананового, халапеньо и острого вишневого перца. Список доступных комбайнов представлен ниже в разделе «Текущее состояние».
Стебель естественным образом сопротивляется силе тяжести, направленной вниз, и боковым силам, вызванным ветром. Майлз и др. (1978) исследовали силы прикрепления плодоножки и обнаружили, что вращение плода в вертикальной плоскости относительно точки прикрепления значительно снижает силу удаления. Вертикальная сила, необходимая для снятия зрелого зеленого чили сорта Нью-Мексико 6-4, варьировалась от 4,5 до 40 Н (Ньютонов), в среднем составляя 21 Н; сила была выше для сухих красных плодов того же сорта (часто 65 Н), но изгиб плодоножки снижал силу, необходимую для отрыва, до 4 Н. Как правило, сборщики урожая в первую очередь поднимают плоды, чтобы согнуть плодоножку, пользуясь преимуществом уменьшения силы отрыва на порядок.
Первая попытка механической уборки перца чили была предпринята в Нью-Мексико в 1965 году с использованием двух параллельных наклонных валов с противовращающимися щетками или резиновыми заслонками (Riggs, 1971), похожих на хлопкоуборочный комбайн. Уитни и др. (1997) сообщили об использовании модифицированной хлопковой стрипперной машины для сбора сухой паприки для пищевого красителя в Оклахоме. Важным новшеством было устройство, подающее растения в механизм для сбора урожая. Наибольшего успеха они добились с тремя парами дисковых щеток с приводом. Были испытаны пять экспериментальных механизмов сбора урожая (спиральная щетка; закрытая спираль; короткие резиновые биты; длинные раздвоенные резиновые биты; и комбинированные биты и щетки). Они достигли эффективности уборки от 94% до 98% с валиками для снятия хлопка (короткие и длинные бичи), вращающимися со скоростью от 200 до 560 об/мин. Меньше мусора попадало в вал, когда скорость уборочного механизма составляла 200 об/мин. Кроме того, они обнаружили, что использование кормового вентилятора для транспортировки приводит к повреждению плодов.
Джентри и др. (1978) описали новый комбайн для уборки чили, который был на 80% эффективен при уборке зеленого и красного аризонского чили (с соответствующими изменениями расстояния между зубьями), состоящий из горизонтальных стальных стержней с пластиковыми наконечниками, которые поднимались вверх с обеих сторон полога культуры. Цепи, перемещающие планки крепления зубьев, были наклонены назад, чтобы синхронизировать видимое движение зубьев со скоростью движения комбайна, в результате чего траектория движения была чисто вертикальной.
Урич и Урич (1999) описали смещенное двухкривошипное устройство для уборки перца различных сортов. Их устройство имело резиновые пальцы, расположенные на удлиненных противоположных стержнях, которые наклонены относительно земли и перемещаются по круговой траектории с помощью дисков (паучьих колес) с осью, перпендикулярной земле (узел типа сенных граблей), таким образом, что противоположные пальцы зацепляют и поднимают растения по мере продвижения комбайна, отделяя плоды. Эффективное движение пальцев было параллельно земле и перпендикулярно направлению движения. Отделение плодов происходило в результате движения комбайна вперед по растению, когда пальцы были задействованы. Масси и Масси (2005) построили два самоходных трехрядных комбайна для уборки халапеньо, используя этот принцип. Они были названы комбайнами с «колорадской головкой»; версии с металлическими пальцами были протестированы Wilhoit el al. (1990). Компания Eaton разработала аналогичный механизм уборки для целевой группы по чили Университета штата Нью-Мексико (ок. 2004 г.). Конструкция Eaton, как и Massey, состояла из двух дисков, вращающих четыре прута с множеством резиновых пальцев, расположенных зеркально по обеим сторонам рядка. Она имела такой же приводной механизм, но ось вращения была параллельна земле, так что движение пальцев было преимущественно вертикальным, поднимая перцы от растений при включении и возвращая вниз при извлечении. Компактная версия этого механизма была испытана в 2008 году (Funk and Walker, 2010). Результаты были сбиты с толку ограниченным механическим зазором, что привело к чрезмерному повреждению плодов.
Ленкер и Насименто (1982) описали машину для уборки сухого красного чили, имеющую пару ремней, расположенных друг напротив друга по обе стороны от ряда растений, наклоненных под углом 45° по отношению к земле, перемещающих несколько рядов резиновых пальцев диаметром 7,6 см, расположенных на расстоянии 4,4 см друг от друга, вверх по растению по мере движения комбайна вперед. Эффективность уборки достигала от 78 до 86%. Сегодня резиновые пальцы, закрепленные на ремне, используются в комбайне для уборки перца чили Pik Rite (Льюисбург, штат Пенсильвания) (отличается от комбайна для уборки перца). В комбайне для уборки перца чили, который иногда называют «техасской головкой», ремни движутся по вертикальной траектории. Комбайн может собирать упавшие плоды, подметая землю.
Механизм вертикальной спирали был запатентован Креагером (1971) и еще раз Козимати (1998). В комбайне Creager использовались вертикальные открытые спирали, сформированные из стального стержня диаметром 13 мм в 4,5 оборота в катушке диаметром 20 см и высотой 66 см с каждой стороны растения. В головке каждого ряда располагалось восемь противовращающихся открытых спиралей, по четыре с каждой стороны, в ортогональном порядке. Герхарей Сварт, Уилкокс, штат Аризона, разработал аналогичный вертикальный механический комбайн с открытыми спиралями со сменными спиралями, установленный на комбайне для уборки перца Pik Rite Chile. Он может собирать плоды выборочно, сначала собирая плоды только с нижней части растения, а затем может быть перенастроен с помощью 12-дюймовых съемных секций для сбора нижней и средней части, а затем всего растения, или средней и верхней части, если плоды уже покраснели в нижней части (пер. с англ., 19 февраля 2010 г.).
Первыми наклонную противовращающуюся открытую спираль использовали Фуллилоув и Футрал в 1968 году, затем Кригер в 1971 году и Саггс в 1972 году. Первый патент был выдан МакКлендону (1981), а усовершенствования были сделаны Бойсом (1999, 2002). И McClendon, и Boese в настоящее время производят перцеуборочные комбайны. Маршалл (1979) утверждает, что все виды перца, выращиваемые в США, могут быть убраны механическим способом с помощью наклонной противовращающейся конструкции с открытой спиралью. Он добавил, что эффективность уборки составляет от 80 до 90% при повреждении от 1 до 10% плодов. Диллон (1981 г.) сообщил о 90-95%-ной эффективности при уборке халапеньо с помощью открытой спирали диаметром 15 см и резиновых летучих мышей диаметром 18 см. Маршалл (1981) измерил эффективность уборки бананов, болгарского перца и перца черри в зависимости от скорости вращения спирали. Эффективность уборки увеличивалась с увеличением скорости вращения спирали (от 152 до 758 об/мин) и уменьшалась с увеличением скорости движения комбайна. Повреждения не зависели от скорости вращения спирали, но увеличивались при увеличении скорости почвы.
Вольф и Альпер (1984) описали развитие механической системы уборки урожая в Израиле, начиная с 1968 года. Они приписывают Фуллилову и Футралу (1972) концепцию наклонной противовращающейся открытой спирали, которая оказалась успешной при уборке перца пименто. Они испытали три наклонные (30°) противовращающиеся двойные открытые спирали с зазором между элементами 4 см. Элементы работали в противофазе под углом 90°, чтобы увеличить удаление плодов путем встряхивания. Работая с линейной скоростью от 4 до 5 м/с, они получили одинаковые результаты со спиралями диаметром 20, 10 и 6,5 см. Эффективность уборки от 70 до 90% была получена при скорости движения по полю 3 км/ч (0,1-0,3 га/ч) с использованием спирали диаметром 10 см, изготовленной из трубы диаметром 1,2 см, при ветре 30°. Это устройство было запатентовано (Wolf and Alper, 1985) и в настоящее время доступно в компании Yung- Etgar (Bet-Lehem-Hglilit, Израиль). Насадка Yung Etgar оснащена пневматическими цилиндрами, которые сжимают спирали вместе, обеспечивая постоянную сжимающую силу, но при этом позволяя спиралям раздвигаться для размещения более толстой листвы.
Другие механизмы для сбора урожая перца включают в себя вал, расположенный над и параллельно ряду растений, с большой вращающейся спиралью (Rodriguez, 1980) или рядом рычагов (Cosimati, 1985, 1993), или вал, перпендикулярный ряду (Rodriguez, 2002, 2009), во всех случаях оснащенный петлями или крючками, которые захватывают и снимают плоды с растений.
Захват и перемещение в тару
Часто большое внимание уделяется конструкции механизма, снимающего плоды, но не так много внимания уделяется последующим этапам. Падение плодов на землю — это такая же потеря урожая, как и неспособность удалить плоды с растения. Уборочные механизмы могут выбрасывать плоды вперед (Dillon, 1981), что требует удлинения аппарата для сбора и транспортировки. Зазор, позволяющий растениям поступать в зону сбора урожая без выкорчевывания, должен быть достаточно узким, чтобы предотвратить потерю плодов, и достаточно гибким, чтобы учесть ошибки навигации. Участок, где растения выходят, также должен быть герметичным, чтобы предотвратить потерю плодов. Watenpaugh (1983) объединил принципы вертикальной и наклонной спирали в одной машине для уборки перца в полевых условиях, с колесами-звездочками для подъема низко висящих плодов и веток. Их патентная заявка включала нейлоновые фартуки для предотвращения потери земли.
Гентри и др. (1978) упомянули о проблеме, связанной с урожайностью, которая может составлять 38 000 кг/га даже при узких производственных рядах (0,75 м) при низкой скорости (0,8 км/ч) система транспортировки для каждого ряда должна собирать и перемещать 40 кг в минуту. Сегодня урожайность до 74 000 кг га не является чем-то неслыханным, и при более высоких скоростях движения (3,2 км/ч) с большим междурядьем системы транспортировки и очистки должны обрабатывать более 400 кг/мин. Объем, связанный с этим массовым потоком, зависит от плотности, размера и формы плодов.
Наиболее важным моментом для систем транспортировки является минимизация повреждения урожая. Шнеки могут быть приемлемы для шарообразных плодов, но они могут повредить удлиненные перцы. Лопасти могут сломать перцы, если они проходят через точки сдвига, а разгрузка с высоты может привести к ушибам. Один из принципов, выявленных в ходе испытаний комбайнов (Funk and Walker, 2010), заключается в важности обеспечения четкого пути транспортировки плодов после удаления, без возможности повреждения механическими частями.
Также необходимо избегать потерь продукта после удаления. Зазоры для очистки должны быть меньше, чем размер фруктов, а при изменении направления движения могут потребоваться защитные экраны от пролива. Мелкие детали могут иметь большое значение. Ветви имеют тенденцию пересекать любое пространство, где транспортные системы сужаются или меняют направление. Сохраняя доступ оператора и минимизируя узкие места, можно легче преодолеть заторы или избежать их. Системы транспортировки могут также включать разделение материала. Часто конвейерные ленты изготавливаются из параллельных стержней, что позволяет почве и мелкому мусору выпадать наружу. Избегая поверхностей, где почва и песок будут скапливаться и в конечном итоге мешать движущимся частям, можно уменьшить износ машин и истирание плодов.
Очистка и транспортировка
Очистка полей уменьшает количество материала, перевозимого на переработку, снижает стоимость транспортировки, уменьшает количество промышленных отходов, которые должны быть утилизированы переработчиками, и снижает затраты на оплату труда на перерабатывающих предприятиях. Диллон (1981) сообщил о системах очистки халапеньо, в которых использовался воздух, гребнечесальные ленты и вращающиеся против часовой стрелки проволочные ролики. Для очистки сухого красного чили была разработана наклонная вибрирующая лента. Она пропускала перцы вниз через маленькие пальцы, а листья и палочки, застрявшие между пальцами, поднимались вверх (Lenker and Nascimento, 1983).
Вольф и Альпер (1984) изобрели карточный очиститель, «серию однонаправленно вращающихся валов с квадратными резиновыми карточками и восьмипалыми резиновыми звездочками диаметром 150 мм». Аналогичное устройство, на которое укладываются квадратные пластиковые (UHMW или полипропиленовые) карты диаметром 150 мм и толщиной 5 мм, было разработано Джимом МакКлендоном из Тулии, штат Техас. Межкарточные промежутки от 15 до 25 мм используются для отделения листьев и других мелких материалов. Промежутки между картами от 40 до 80 мм позволяют доставлять ветки к месту выгрузки, а плоды сбрасывать на другой конвейер. Межвальное расстояние позволяет кардочесальным машинам на соседних валах перекрывать друг друга (Eaton and Wilson, 2005).
Спиральный катушечный очиститель, разработанный Уонделом Кригером из Салема, Нью-Мексико, состоит из нескольких 100-мм катушек, сделанных из 10-мм проволоки с 10-мм промежутками между ними. Мусор и палки затягиваются между витками, так как собранный материал проходит в осевом направлении через наклоненные вниз витки. Полевые испытания в Нью-Мексико, в которых кардо- и катушечные очистители работали в тандеме, удалили от 60 до 75% постороннего материала, в результате чего сухой красный чили содержал менее 10% веток в большинстве случаев, достаточно малое количество, чтобы имеющаяся на перерабатывающем предприятии ручная бригада смогла их удалить (Eaton and Wilson, 2005).
Вентиляторы использовались для воздушного разделения на нескольких коммерческих машинах, с регулировкой скорости вентилятора и размера отверстия для учета изменений в плотности листьев или продукта в поле и в течение дня. Многие системы также имеют сортировочные столы с конвейерной лентой, на которых рабочие удаляют плохие плоды и посторонние материалы. Эти системы могут оказывать большое влияние на количество требуемой рабочей силы. Трудозатраты на уборку были измерены для 13 механических комбайнов; шесть четырехрядных комбайнов в среднем составляли 5,9 человеко-часов на гектар, а семь двухрядных комбайнов в среднем составляли 3,6 человеко-часов на гектар (Abernathy and Hughs, 2006).
Разгрузочные конвейеры обычно загружают сухие плоды в прицепы для перевозки сыпучих грузов (с живым дном или самосвальные), сельскохозяйственные прицепы или паллетные ящики на плоских сельскохозяйственных прицепах. Свежие фрукты загружаются только в ящики на поддонах. При использовании ящиков на поддонах требуется труд для их равномерной упаковки. При использовании всех систем транспортировки, по крайней мере, один трактор и водитель используются для того, чтобы тянуть прицеп(ы) рядом с комбайном.
Тип плодов и габитус растений
Тип растения и тип стручка являются критическими факторами, влияющими на эффективность машинной уборки. Такие виды стручков, как халапеньо, оказались наиболее легко приспособленными к машинной уборке. По сравнению со многими другими типами стручков, этот тип стручков меньше, плотнее и менее подвержен повреждениям, и в результате почти все производство халапеньо, не требующее удаления стеблей, было механизировано в США (Funk and Walker, 2010). Важна высокая рама растения, позволяющая плодам располагаться относительно высоко на растении, чтобы уборочные головки могли легко перемещаться по растению. Растения также должны иметь узкие углы ветвей и рассеянное плодоношение (Paroissien and Flynn, 2004). Вопреки предыдущим предположениям, концентрированное плодоношение может привести к плохому механическому сбору урожая, так как стручки могут переплетаться на ветвях (Funk and Walker, 2010). Растения также должны иметь корневую систему, обеспечивающую хорошее крепление. Sundstrom et al. (1984) обнаружили, что, по крайней мере, для сорта стручкового перца Табаско, высокая норма азота и высокая плотность растений не только создают благоприятную структуру растений для машинной уборки, но и повышают урожайность красного перца, собранного машинным способом. Уолл и др. (2003) также рекомендовали высокую плотность посадки, рыхление почвы вокруг растений как часть культивации и использование сортов с относительно небольшим количеством базальных ветвей как средства повышения эффективности механизированной уборки.
Машинное удаление плодоножек
Машины для удаления плодоножек являются наиболее важной недостающей переменной, которая до сих пор не позволяет провести полную механизацию, поскольку механические комбайны только снимают плоды с растения и обычно не удаляют плодоножки, как это делают бригады ручного труда. В большинстве видов переработки (консервирование, соусы) плодоножка и чашечка считаются посторонними примесями и либо снижают ценность переработанного чили, либо делают его непригодным для продажи. Отсутствие технологии удаления плодоножек ограничило принятие механизации сбора урожая, поскольку она просто перенесла ручной труд с поля на перерабатывающий завод (Herbon et al., 2009). Попытки механического уничтожения халапеньо в 1977 году оказались неудовлетворительными (Dillon, 1981).
Удаление мусора
Перцы, собранные механическим способом, содержат больше листьев, веток растений, поврежденных или неправильной формы плодов и других посторонних предметов, чем перцы, собранные вручную. Такой мусор должен быть удален перед переработкой перца.
Проблема увеличения количества мусора при механической уборке должна решаться механически, чтобы минимизировать затраты труда и стоимость уборки. Для вспомогательного удаления растительного мусора было испытано несколько единиц оборудования. К ним относятся встряхиватель, вращающийся резиново-пальцевой стол, стационарный сортировочный конвейер, гладкий стальной ролик, вращающийся против стального ролика, намотанного спиралью, и различные цветовые сортировщики.
Эш и Маршалл (1987) определили эффективность и объем ущерба, наносимого четырьмя системами удаления мусора, на плодах вишни и желтого воскового стручка. Были протестированы противовращающиеся вальцы (двух размеров), гребенчатые ленты и резиновые звездообразные колеса. Эффективность противовращающихся вальцов была значительно повышена, если собранный перец сначала пропустить через гребнечесальные ленты с дифференциальной скоростью и двойными зубцами. Эш и Маршалл (1987) не обнаружили существенной разницы в повреждении плодов между испытанными методами удаления мусора. Использование комбинации из одного гладкого и одного спирально намотанного (диаметр 50,8 мм, шаг 50,8 мм) резинового валика оказалось наиболее успешным методом удаления мусора с минимальным повреждением перцев.
Очистительное устройство с однонаправленно вращающимися звездообразными колесами было использовано в Израиле для удаления легкого мусора (листьев, мелких веточек и плодов меньшего размера) из высушенного на поле красного перца сорта Нью-Мексикан. Однако во время полевых испытаний в Мичигане, США, с желтым восковым и вишневым типами, это устройство плохо справилось с удалением мусора (Esch and Marshall, 1987). Однонаправленные вращающиеся звездообразные колеса могут иметь потенциал в качестве полевого сортировщика по размеру для перца перерабатывающего типа.
Итон и Уилсон (2005) описали эффективность конструкций механических очистителей, которые были усовершенствованы и испытаны в течение двух сезонов. Механические очистители были разработаны для сбора урожая красного чили в Нью-Мексико, который обычно происходит в конце вегетационного периода. Авторы отметили, что одним из наиболее важных аспектов любой машины для механической очистки является необходимость ее регулировки, поскольку в течение длительного сезона сбора урожая характеристики растений резко меняются.
В 2002 и 2003 годах Целевая группа по чили Нью-Мексико в сотрудничестве с Центром производственных технологий и инжиниринга Университета штата Нью-Мексико и Юго-западной исследовательской лабораторией по хлопководству Министерства сельского хозяйства США (USDA) провели испытания трех различных цветосортировщиков на предмет их эффективности в удалении палочек из механически собранного красного чили. Исследователи определили, что, хотя сортировщики цветов очень хорошо справлялись с очисткой от мусора, они приводили к слишком большим потерям товарных стручков и не могли поддерживать приемлемую скорость подачи (Hebron и др., 2005).
По мере развития машинных комбайнов для уборки перца также разрабатывается оборудование и машины для автоматического удаления уборочного мусора, сортировки и сортировки перца.
Сортировка и калибровка
По сравнению с выполнением этих задач вручную, сортировка и сортировка перца с помощью машины должна быть более трудоемкой и экономичной. При упаковке перцев для свежего рынка их сначала сортируют по цвету и повреждениям. Затем приемлемые перцы отделяются для отправки в один из четырех-пяти классов в соответствии с их размером и формой. Машинное зрение открывает возможности для автоматизации многих ручных методов сортировки. Поскольку скорость микропроцессоров продолжает расти, а стоимость вычислений снижается, машинное зрение, безусловно, станет экономически эффективным решением. В США стандарты сортировки USDA предписывают осмотр всей поверхности перца. Различия в размере, форме и симметрии стручков делают практически невозможным механическое придание каждому стручку стандартной ориентации. Ширер и Пейн (1990) пришли к выводу, что для механической сортировки необходимо шесть ортогональных видов, чтобы адекватно охарактеризовать цвет и повреждения поверхности каждого стручка.
При сортировке перца по цвету используются критерии, которые варьируются от отбраковки стручков, имеющих слишком светлый оттенок зеленого, до отбраковки стручков, имеющих даже малейший намек на красный цвет. Бледно-зеленый или светло-окрашенный перец часто можно отнести к практике выращивания. Изменения цвета от легкого красноватого оттенка до ярко-красного являются прямым результатом старения. В любом случае, простая характеристика визуального спектра света, отраженного от поверхности перца, должна предоставить достаточно информации для принятия решения о приеме/отказе. Ширер и Пэйн (1990) сообщили, что при применении машинного зрения к задаче сортировки болгарского перца по цвету точность достигает 96%.
Механические повреждения
Повреждения перца включают шрамы, солнечные ожоги, заражение болезнями, повреждение градом и повреждения от механической уборки. Во время машинной уборки и послеуборочной обработки перцы подвергаются нескольким перемещениям, и каждое из них может привести к механическим повреждениям плодов. Механические повреждения, такие как ссадины, порезы, проколы и ушибы, не только снижают рыночный сорт перца, но и сокращают срок его последующей транспортировки. Опять же, Ширер и Пейн (1990) предположили, что, характеризуя цвет света, отраженного от поверхности перца, можно получить достаточно информации для поддержки решений о приеме/отказе в отношении этих поврежденных участков. Однако они сообщили, что определить повреждения оказалось сложнее, чем цвет стручков, и самая высокая точность, которую они смогли получить, составила 63%.
Алгоритмы — это команды или параметры, которые «говорят» сортировщику, находящемуся в поле зрения машины визуализации, является ли товар приемлемым или неприемлемым. Wolfe и Sandler (1985) сообщили о разработке алгоритма обнаружения стеблей, который основывался на анализе угловых моделей в коде граничной цепи цифровых изображений профиля. Когда алгоритм был протестирован на перце вишня, его эффективность была очень высокой, с коэффициентом ошибок всего в пределах 1,5%. Впоследствии Вульф и Сваминатан (1986) использовали круговое и линейное преобразования Хафа для обнаружения концов стебля и цветков болгарского перца. Затем эти места использовались для определения ориентации перцев на сортировочной машине, при этом средняя ошибка между измеренными и рассчитанными углами ориентации составила 8,1°. Затем для характеристики формы перца были использованы осевые градиенты и дисперсия медиальной оси.
Маршалл и Брук (1997) измерили воздействие на стручки болгарского перца, которое происходило в поле и на упаковочной линии, используя сферу с приборами. Они обнаружили, что перцы ушибаются в основном на плечах и что большинство ушибов на упаковочных линиях происходит в местах передачи между различными частями оборудования, когда перцы падают или сбрасываются с конвейеров на металлические пластины или ролики без амортизации. Основными проблемами на упаковочных линиях были чрезмерная разница в высоте между компонентами линии, отсутствие контроля скорости качения и отсутствие амортизации на твердых поверхностях.
Сила, необходимая для отрыва плодов от растений перца, в основном зависит от генотипа, особенно от контроля признаков плодоножки. Цветоножка перца, в отличие от плодоножки томата, не имеет слоя абсцисс. Маршалл (1981) обнаружил при машинной уборке сортов с различными характеристиками плодов, что плоды серрано легче всего отделяются из-за малого диаметра рубца плодоножки в месте прикрепления плода к плодоножке. При снятии плодов перца сила притяжения в месте прикрепления плодоножки коррелирует с диаметром рубца на плодоножке, причем прикрепление плодоножки обычно очень сильное у сортов с крупными плодами. Вернер и Хонма (1980) сообщили, однако, что легкость снятия плодов положительно коррелирует с длиной, диаметром и весом плода, и что сила отрыва плода является наследственным признаком. Setiamihardja и Knavel (1990) предположили, что если селекционеры хотят добиться низкой силы отрывания плодов, им следует отбирать длинные, узкие, подвесные плоды.
Сбор урожая красного перца
Одним из важных садоводческих аспектов машинной уборки перца является время сбора урожая. При производстве специи, известной как «красный перец» (или паприка), однократная или «одноразовая» механическая и разрушительная уборка может быть наилучшим вариантом, поскольку она эффективна и проста. Предоставление плодам красного перца возможности высохнуть естественным образом на растении до сбора урожая может снизить объемы транспортировки и хранения и уменьшить затраты энергии на искусственную сушку плодов в обезвоживающих установках. Однако если плоды остаются на растении слишком долго после созревания, возможно снижение урожайности. Коттер и Дикерсон (1984) обнаружили, что в американском штате Нью-Мексико урожайность зрелых красных плодов чили достигает пика в конце октября — начале ноября (до первых заморозков), а затем снижается до января. Также была замечена значительная потеря красного цвета урожая по мере того, как дата сбора урожая становилась все более поздней. Хотя однократный механический сбор зрелого красного перца или паприки в начале сезона может обеспечить максимальную урожайность, в результате получится смесь красных зрелых и зеленых незрелых плодов. Любой незрелый плод снизит ценность урожая, поскольку разбавит интенсивность красного пигмента в переработанном продукте. Лучше всего, чтобы все плоды созревали красными в одно и то же время.
Производственная практика
Производственная практика, подходящая для механизации, должна обеспечивать низкую силу прикрепления плодов и стройные, хорошо укорененные растения с небольшим количеством ветвей, дающих плоды, расположенные высоко над землей (Wolf and Alper, 1984). Palevitch и Eevy (1984) рекомендовали увеличить численность растений до 10 растений на метр. Это уменьшило количество боковых побегов и увеличило длину стебля от поверхности почвы до главной ветви. Эти результаты были подтверждены Paroissien и Flynn (2004), которые рекомендуют не менее 100 000 растений га или 10 растений м для уменьшения угла наклона главной развилки и увеличения высоты плода. Маршалл (1984a) обнаружил, что урожайность увеличивалась, а плоды плодоносили выше по мере приближения расстояния между растениями в ряду к 15 см.
Этефон (Ethrel, Bayer Crop Science, Research Triangle Park, Северная Каролина) давно используется при ручном сборе урожая для синхронизации созревания, в качестве дефолианта и для облегчения сбора за счет снижения силы прикрепления плодов. Использование этефона при механизированной уборке урожая может оказаться непродуктивным для некоторых сортов чили из-за того, что в результате происходит предуборочное опадание плодов с растений (Wall el al., 2003).
Современное состояние
Маршалл (1984b) отметил, что коммерческие машины от четырех производителей, использующие механизм с открытой спиралью, были доступны уже в 1978 году. Продажи, по-видимому, были ограничены из-за изобилия ручного труда. Он упомянул об импорте в 1980 году израильского комбайна для уборки чили в Нью-Мексико. Он также предупредил, что аппараты для очистки полей должны быть адаптированы к размеру и форме перца. Он подвел итог двух десятилетий исследований в области комбайнов для уборки перца, перечислив более 130 комбайнов, созданных 59 исследовательскими группами с использованием десятка принципов. Десять лет спустя он назвал 195 перечных комбайнов, созданных 75 различными группами (Marshall, 1994). В третий раз подсчет был пересмотрен в сторону увеличения и составил 230 машин по всему миру, использующих 30 концепций, защищенных 14 патентами, в попытке собрать урожай 20 видов перца (Marshall and Boese, 1998). Сегодня механические комбайны доступны от:
- Boese Harvester Co. (2929 River Street, Saginaw, MI 48601; (989) 754-2990; www. boese.ws) производит комбайны для уборки чили, использующие принцип наклонного удаления двойной открытой спирали, как в прицепном (двухрядном), так и в самоходном (четырехрядном) вариантах. Обе машины оснащены системами очистки поля и возможностью ручной сортировки.
- Компания Crown Farming Systems Inc. (2005 Burke Rd., Fas Cruces, NM 88007; (575) 5244972) в настоящее время предлагает к продаже двухрядный комбайн и соответствующие патенты (Cosimati, 1998), в котором используются вертикальные открытые спирали по обе стороны рядка. Этот самоходный комбайн включает в себя вращающийся барабан для очистки поля.
- Компания Massey Pepper Harvester, LLC (PO Box 316, Animas, NM, 88020; (575) 548-2434) разработала жатку для халапеньо (Massey and Massey, 2005). Это самоходное устройство использует резиновые пальцы, движущиеся по орбитальной траектории, и включает очистку поля с возможностью ручной сортировки. Имеются две машины: трехрядная, которая хранит плоды на борту для доставки в пункт сбора на краю поля, и четырехрядная, которая выгружает плоды в прицепы, которые тянутся рядом.
- Компания McClendon Pepper Co. (301 Southwest Second St., Tulia, TX, 79088; (806) 6819949, www.mcclendonpepper.com) в настоящее время производит самоходные агрегаты в двух-, четырех- и шестирядной конфигурации с двумя различными головками, наклонной двойной открытой спиралью для зеленого чили и резиновыми пальцами на двух параллельных наклонных валах со встречным вращением для сухого чили. Комбайны используют воздух для транспортировки и очистки, а также оснащены системами очистки полей карточного типа.
- Pik Rite Inc. (101 Fairfield Rd., Lewisburg, PA, 17837; (800) 326-9763; www.pikrite. com) предлагает механический комбайн для уборки перца для свежего болгарского, бананового, халапеньо и острого вишневого перца, а также механический комбайн для уборки перца чили для сухого красного перца. Для отделения свежих плодов от растительного материала в комбайне для уборки перца используется барабанный встряхиватель с принудительным балансом. Комбайн для уборки перца чили собирает сухие плоды с растений с помощью резиновых пальцев, закрепленных на ремне. Оба агрегата представляют собой двухрядные тягово-сцепные конструкции с очисткой в полевых условиях и возможностью ручной сортировки.
- Компания Rodriguez Co. (1448 Hwy 338, Animas, NM, 88020; (575) 548-2243) предлагает сбор урожая на заказ с помощью разработанных ими самоходных механических уборочных машин с вращающимися подбирающими элементами (Rodriguez, 2009). Это двухрядное устройство имеет встроенную систему очистки поля.
- Юнг-Этгар, Бет-Лехем-Хглилит, Израиль, производит наклонную двойную головку с открытой спиралью (в двух- и четырехрядном исполнении) для зеленого и сухого чили, установленную на раме GH-80 и продаваемую через Oxbo Corp, (ранее Pixall) (100 Bean St, Clear Lake, WI, 54005; (715) 263-2112; www.oxbocorp.com). Более новые устройства включают полевую очистку.
Уже начата работа по селекции паприки для отбора признаков, совместимых с механической уборкой, таких как плодоношение и сила отрыва (Walker et al., 2004). Тем не менее, в области механизации уборки перца предстоит провести еще много исследований. Немногие существующие исследования оценивали свежий рыночный перец (болгарский, зеленый чили). Сроки полива и удобрения могут влиять на детерминантность и прочность корней, что облегчает механизированный сбор урожая. Новые виды перца, такие как не жгучий халапеньо, используемый для приготовления сальсы, с плодоножками, которые легко удаляются без повреждения стручков или с минимальным повреждением, открывают возможности для разработки оборудования для обслуживания этой части отрасли.
Этефон
Один из возможных подходов к сокращению количества незрелых плодов — использование химического вещества для ускорения красной окраски стручков. Локвуд и Вайнс (1972) сообщили, что, хотя газ этилен не был эффективен для ускорения процесса развития зеленой окраски перца пимьенто, этефон (2-хлорэтилфосфорная кислота; Rhone-Poulenc) значительно ускорил этот процесс.
Действие этефона на созревание перца зависит от типа и сорта перца, концентрации внесения (Batal и Cranberry, 1982; Knavel и Kemp, 1983), количества внесений (Cantliffe и Goodwin, 1975), температуры воздуха (Knavel и Kemp, 1983) и зрелости культуры (Batal и Cranberry, 1982). Этефон был успешно использован для концентрации зрелости красных плодов (Cantliffe and Goodwin, 1975), но в качестве средства для дозревания плодов на перце он дал разные результаты. Во многих случаях происходила дефолиация и отпадение плодов, и эти изменения могут нивелировать благоприятное воздействие этефона на созревание плодов, снижая урожайность и качество. Известно, что цветочные бутоны болгарского перца абсциссируют в ответ на воздействие этефона (Tripp and Wien, 1989). Кан и др. (1997) предложили использовать однократное применение этефона (в дозе 2-3 мл I-1) в качестве контролируемого агента абсцедирования для увеличения процента собранных красных плодов при минимизации чрезмерного опадания цветков. Хотя такое применение увеличило процент общей массы собранных плодов, представленной товарными плодами, оно также снизило общую сухую массу собранных плодов. Применение этефона в концентрации 1500-3000 ppm вызвало дефолиацию и отпадение плодов у перцев пимьенто и паприка, особенно на поздних стадиях развития плодов (Batal and Cranberry, 1982). Ученые, ответственные за это исследование, предположили, что применение этефона в полевых условиях может быть включено в производственную практику в индустрии пимиенто и паприки. Этефон ускорял созревание плодов при применении к растениям на стадиях, близких к нормальной зрелости плодов, а также увеличивал отпадение плодов при применении на более поздних стадиях развития плодов. При однократном сборе урожая пимиенто и паприки такое концентрированное созревание привело к увеличению урожая пригодных для использования плодов с улучшенным качеством. Удаление зеленых или незрелых плодов до сбора урожая, безусловно, повысит эффективность механизированной уборки.
Кантлифф и Гудвин (1975) показали, что высокая однократная концентрация этефона, распыленного на растения перца, может вызвать больше хлороза, дефолиации и увядания плодов, чем повторное применение при более низких концентрациях, а общая урожайность может существенно снизиться. Кантлифф и Гудвин (1975) рекомендовали концентрацию этефона 100-200 ppm, применяемую три раза, чтобы обеспечить больший запас прочности, чем однократное опрыскивание высокой концентрацией. Этефон концентрировал зрелость для однократного сбора урожая, не уменьшая средний размер плодов и не увеличивая количество испорченных плодов.
Влияние температуры на вызванное этефоном созревание плодов у перца вызывает озабоченность. Высокие температуры после обработки эфифоном ускорили созревание плодов, дефолиацию и абсцесс, в то время как низкие температуры снизили или свели на нет действие эфифона. Многократное применение более низких концентраций этефона может компенсировать эти несоответствия.
Идеальное время сбора урожая зависит от типа выращиваемого перца. Например, зрелый зеленый стручок новомексиканского сорта, который будет использоваться для переработки или на свежем рынке, при сжатии кажется упругим, плоским (имеет две ячейки), гладким, толстокожим, тупоконечным и длиной около 17 см. В отличие от этого, хороший перец, собранный для паприки, будет полусухим на растении, без болезней и пятен, с высоким содержанием красного цвета.
Если используемый метод уборки не уничтожает урожай, «одноразовые» сборы относительно редки в производстве перца, многократные сборы являются обычным делом для большинства типов стручков. Даже те растения перца, которые собирают на стадии зрелого красного цвета (например, красный чили и паприка), часто собирают несколько раз из-за последовательного завязывания и созревания плодов.
Дефолианты или десиканты, такие как хлорат натрия, часто используются как для ускорения сушки плодов в сырую погоду, так и для облегчения сбора урожая. Этефон, как усилитель созревания, может как дефолианты, так и ускорить созревание. Этот химикат также усиливает цвет красного перца, собранного до заморозков.
Зрелость при сборе урожая
Послеуборочная обработка перца так же важна, как и выращивание урожая. Независимо от того, используется ли перец в свежем виде или перерабатывается, для получения качественного продукта необходима соответствующая послеуборочная обработка. После сбора урожая перец можно употреблять в свежем виде или консервировать, мариновать, замораживать, ферментировать, обезвоживать или получать живицу (краситель).
Независимо от того, предназначен ли перец для свежего рынка или для переработки, качество должно поддерживаться на всех этапах, от полевого производства до потребления. Выращивание высококачественного перца начинается с выбора подходящего сорта и покупки качественных семян. До начала послеуборочной обработки для получения высококачественного урожая необходимо придерживаться надлежащей культурной практики, такой как удобрение, орошение и борьба с болезнями на поле. Уровень стресса, которому подвергается культура в поле, влияет на урожайность, жгучесть, цвет плодов и развитие болезней. В целом, перец, собранный с плохо управляемых полей, будет иметь более низкое качество послеуборочной обработки (Wall andBosland, 1993).
Плоды сладкого перца собирают либо на стадии зеленой зрелости, либо на стадии окраски. Перцы, выращенные в полевых условиях, обычно собирают на стадии зеленой зрелости, в то время как перцы, выращенные в теплицах, собирают на стадии зеленой или полностью красной спелости (Bakker, 1989). Точное определение степени зрелости плодов сладкого перца при сборе урожая затруднено. Индекс зрелости урожая сладкого перца зависит от нескольких характеристик. Критерии зрелости зеленого перца включают размер плода, упругость и цвет. Для цветных перцев важен дополнительный критерий — наличие минимум 50% окраски. Как правило, плоды собирают в разной степени зрелости, и часть плодов может быть недозрелой. Одновременный сбор плодов перца разной степени зрелости является распространенной проблемой, даже если плоды могут иметь одинаковый цвет кожицы при сборе (Tadesse et al., 2002). Если плоды собраны незрелыми, то при созревании они могут не приобрести приемлемый вкус, что может привести к потере доверия потребителей. Более того, поскольку рост плодов продолжается до сбора урожая, размер незрелых плодов будет меньше, чем более зрелых, что приведет к потере урожая. Определение оптимальной зрелости выгодно потребителям и производителям. Оценка зрелости плодов Capsicum обычно основывается на субъективной оценке визуального цвета (Lin и др., 1993; Sanchez и др., 1993; Howard и др., 1994), размера, ручного нажатия для оценки упругости или дней от антезиса (Sanchez и др., 1993).
Имеется мало информации о физиологии роста и созревания плодов сладкого перца (Serrano et al., 1995). Болгарский перец — неклимактерический плод (Saltveit, 1977), хотя климактерическое поведение было зарегистрировано у cv. Domino (Tadesse et al., 2002), а также у сортов острого перца (Gross et al., 1986). Эмиссия этилена низкая (0,1-0,2 мкл/кг в час C2H4), как и чувствительность к этилену. Эмиссия этилена и производство углекислого газа (CO2) значительно различаются между сортами на стадиях зрелой зелени и красной (Villavicencio et al., 1999). Имеются некоторые данные о физических или химических признаках во время созревания и дозревания, например, об изменении содержания углеводов в плодах перца (Nielsen et al., 1991). Увеличение общего количества растворимых твердых веществ (TSS) сладкого перца во время созревания плодов, вероятно, является результатом повышенного накопления сахара гексозы во время созревания плодов (Nielsen et al., 1991). Кроме того, TSS и упругость плодов увеличиваются с возрастом плодов, как и толщина околоплодника.
Диаметр и длина плода были использованы для оценки объема сладкого перца (Marcelis и Hofman-Eijet, 1995). Tadesse и др. (2002) установили, что по диаметру и длине плода можно оценить его объем и, следовательно, предсказать свежий вес плода. Установление такой взаимосвязи указывает на возможность прогнозирования прекращения роста плодов, что сигнализирует о наступлении зрелости плодов. Кроме того, изменение цвета поверхности является ключевым показателем зрелости из-за его тесной связи с некоторыми другими признаками, такими как TSS и упругость плодов (Tadesse et al., 2002). Угол оттенка является хорошим индикатором изменения цвета от зеленого к желтому и красному. Это значение параллельно изменениям цвета, связанным с ферментативной деградацией хлорофиллов. Изменения цвета у сладкого перца соответствуют уменьшению количества хлорофилла и увеличению синтеза каротиноидов (Petrel et al., 1995), что отражает трансформацию хлоропластов в хромопласты. Соответственно, увеличение интенсивности цвета (хрома) происходит при уменьшении угла оттенка (Tadesse et al., 2002). Поскольку потребители предпочитают зрелые и достаточно упругие плоды, производители могут легко измерить как TSS, так и упругость плодов. По результатам исследования Tadesse et al. (2002) оптимальные значения зрелости для cv. Domino являются упругость 35 Н и минимум 6°Brix. Хранение болгарского перца при теплой температуре 20-25 °C с относительной влажностью (RH) более 90% является наилучшим способом для завершения созревания или изменения цвета. Однако правильное созревание урожая является ключом к адекватному сроку хранения и качеству созревших плодов (Gonzalez- Aguilar, 2003).
Показатели качества плодов
Для свежего рынка
Качественный зрелый свежий зеленый перец твердый, яркий на вид, с толстой мякотью и свежей зеленой чашечкой. Недозрелый перец обычно мягкий, податливый, тонкоплодный и бледно-зеленого цвета. Качественные стручки перца не имеют синяков и ссадин, бактериальных, грибковых и вирусных заболеваний, цветочной гнили и солнечного ожога. Стручки, собранные в дождливый период и отправленные влажными, скорее всего, быстро заболеют, особенно если их не охлаждать.
Основными показателями свежести стручков являются упругость и степень обезвоживания (Lownds et al., 1993). Свежий зеленый перец очень быстро теряет воду после сбора урожая и начинает сморщиваться и менять цвет в течение нескольких дней, если его не охлаждать. Если стебли остаются, они должны быть упругими и зелеными. Потемнение, сморщивание или гниение плодоножек указывает на то, что перец не был собран недавно. Чтобы обеспечить высокое качество плодов перца, плоды должны быстро и правильно охлаждаться. Все виды перца, но особенно новомексиканский зеленый перец, очень восприимчивы к потере воды, ожогам от солнца и тепловому повреждению. Эти проблемы могут возникнуть, если перцу позволить находиться более 1 ч под прямыми солнечными лучами (Boyette et al., 1990). Температура мякоти свежего перца, собранного летом, может превышать 32 °C. По этим причинам перец следует собирать рано утром, помещать в тень и охлаждать как можно быстрее. Если перцы не охладить в течение 1-2 часов, в них начнут появляться признаки потери воды и размягчения. По возможности собранные стручки следует предварительно охлаждать, перевозить в рефрижераторах и держать в прохладе до переработки.
Температура выше 21 °C значительно ускоряет созревание за счет дыхания и выработки этилена. Охлаждение продлевает срок хранения перца, уменьшая дыхание, потерю воды, изменение цвета и послеуборочное развитие болезней. Предпочтительными методами охлаждения перца являются принудительное воздушное охлаждение и охлаждение в помещении (Boyette et al., 1990). Комнатные холодильники могут быть разделены на секции. Собранный перец с высоким «полевым теплом» должен храниться отдельно от других частей холодильника, используемых для хранения ранее охлажденной продукции. Комнатные охладители можно относительно быстро и недорого переоборудовать в охладители с принудительной подачей воздуха, добавив дополнительные вентиляторы и перегородки (Boyette et al., 1989). При принудительном воздушном охлаждении вентиляторы протягивают холодный воздух через ящики или контейнеры с продукцией. Принудительное воздушное охлаждение является активным процессом охлаждения и гораздо быстрее удаляет тепло с поля, чем комнатное охлаждение (Boyette et al, 1989).
Большинство свежих перцев можно хранить в течение 2-3 недель при температуре 7-8 °C в прохладном месте. Оптимальная температура хранения — 7-10 °C, при относительной влажности 85-90%. Стручки перца очень чувствительны к повреждениям от замораживания и восприимчивы к повреждениям от охлаждения. Повреждение от охлаждения, которое происходит при температуре ниже 4 °C, вызывает размягчение, точечную коррозию и предрасположенность к гниению. Повреждение от замораживания происходит при 0 °C. Созревание плодов значительно ускоряется благодаря присутствию естественного гормона созревания — этилена. Перец никогда не следует хранить или перевозить вместе с такими культурами, как томаты, яблоки и дыни, которые вырабатывают относительно большое количество этилена. Перец также не следует хранить рядом с ананасами, поскольку по мере созревания в хранилище перец выделяет запах, который может быть поглощен ананасами.
Гамма-облучение при 2 кГр может улучшить как гигиеническое качество, так и срок хранения перца, не влияя на пищевые качества (Ramamurthy и др., 2004). Было установлено, что облучение при оптимальной дозе 2 кГр снижает начальную бактериальную нагрузку на два-три лог-цикла и устраняет колиформы Listeria и Yersinia. Химический анализ показал, что содержание аскорбиновой кислоты, каротиноидов и хлорофилла (первоначально 127,7, 0,11 и 775 мг/100 г соответственно) снижалось лишь незначительно, на 5-10%, при увеличении дозы облучения. Кроме того, при последующем хранении в течение 4 недель потери содержания витамина С и хлорофилла в облученных образцах в зависимости от температуры были меньше, чем в необлученных образцах.
Свежий перец обычно хранится и транспортируется в парафинированных гофрированных коробках (Boyette et al., 1990). Упаковка с модифицированной атмосферой, в которой поддерживается высокая относительная влажность, но обеспечивается газообмен, помогает при транспортировке перца (Lownds et al., 1994).
Болгарский перец поставляется в самых разных контейнерах: в Мексике часто используются 30- или 35-фунтовые (примерно 13,6- и 15,9 кг) коробки/ящики, а в Нидерландах распространены более мелкие 28-, 25- и 14-15-фунтовые ящики и 11-фунтовая плоская коробка. Ящики для халапеньо и желтых восковых стручков, как правило, относительно небольшие. В США существует три основных сорта свежего болгарского перца, но нет соответствующих (т.е. официальных федеральных) стандартов сорта для перца чили.
Для консервирования
Наиболее распространенными видами стручков для консервирования являются новомексиканский, пимьенто и халапеньо. Идеальный зрелый зеленый стручок новомексиканского типа, пригодный для консервирования, твердый, плоский (имеет две локулы), гладкий, толстомясистый, тупо заостренный, длиной около 15 см и шириной 4 см в плечах (Bosland, 1992). Пимиентос, предназначенные для переработки, должны быть полностью зрелыми, ярко-красными, толстостенными и твердыми. Вайзенфельдер и др. (1978) описали идеальный халапеньо для переработки как блестящий, светло-зеленый, длиной 7 см, шириной 2 см, с приблизительным содержанием капсаицина 1,6 мг на 100 г сухого веса. Перед консервированием новомексиканский зеленый перец очищают путем обжарки в пламени или с помощью пара, а пимиентос очищают с помощью щелочи (NaOH), пара или обжарки в пламени (Johnson, 1977; Flora and Fleaton, 1979).
Плоды перца обычно обрабатываются при температуре 100 °C, но длительное воздействие такой термической обработки или обработки под давлением может привести к чрезмерному размягчению плодов. Согласно требованиям Агентства по контролю за продуктами питания и лекарствами США, производитель должен термически обрабатывать подкисленные продукты в достаточной степени, чтобы уничтожить все вегетативные клетки микроорганизмов, представляющих опасность для здоровья населения (FDA, 1979). Значение pH 4,6 является верхним пределом для предотвращения образования токсина Clostridium botulinum (McKee, 1998). Подкисление продукта снижает pH ниже 4,6, уменьшает термостойкость микроорганизмов и позволяет консервному заводу сократить время термического воздействия и обрабатывать перец при атмосферном давлении (Powers et al., 1950). Поскольку естественный pF! перца варьируется между ранним и поздним урожаем и в зависимости от степени спелости (Powers et al., 1950, 1961; Flora et al., 1978; Flora and Fleaton, 1979; Sapers et al., 1980), концентрацию подкислителя, добавляемого в процессе переработки, необходимо тщательно регулировать. Правильно консервированные плоды перца обычно имеют максимальный срок хранения около 2 лет.
Лимонная кислота является наиболее распространенной кислотой, используемой для подкисления пимьентос, хотя фумаровая кислота также эффективна, и ее требуется меньше для достижения того же уровня рН (Powers et al., 1950; Flora and Heaton, 1979). pH обработанных пимьентос может повышаться во время хранения. Например, в исследовании Флоры и Хитона (1979) рН консервированных пимьентос изменился с начального уровня 4,37 до 4,59 после 12 месяцев хранения. Поэтому первоначальный pH консервированного продукта должен быть достаточно низким, чтобы компенсировать такое повышение pH во время хранения, хотя подкисление ниже pH 4,3 может создать нежелательный привкус (Supran et al., 1966). Методы очистки и переработки также влияют на требования к подкислению. Например, пимьенто, очищенные щелочью, которые содержат остатки NaOH, требуют большего подкисления, чем очищенные пламенем, а бланшированные пимьенто подкисляются быстрее, чем небланшированные (Flora et al., 1978).
В дополнение к соображениям pH, текстура плодов является одной из главных забот переработчиков. Размягчение консервированного перца можно свести к минимуму с помощью обработки кальцием. Хлорид кальция является предпочтительным источником кальция для пимиенто и халапеньо, хотя лактат кальция также приемлем (Powers et al., 1950, 1961; Saldana and Meyer, 1981). При консервировании пимьентос добавление в продукт как лимонной кислоты, так и хлорида кальция значительно повысило упругость и осушенный вес (по сравнению с результатами, когда использовалась только одна из этих процедур) (Powers et al., 1961). Упругость консервированных халапеньо была увеличена в два раза, без придания горечи, при добавлении в продукт 0,2% хлорида кальция, при этом более высокая концентрация не способствовала дальнейшему повышению упругости (Saldana and Meyer, 1981). В этих экспериментах гидроксид кальция был признан неприемлемым в качестве укрепляющего агента, поскольку он повышал рН и выпадал в осадок в банке.
Когда Чуах и др. (2008) подвергли шесть сортов перца различным методам приготовления, таким как микроволновый нагрев, жарка с перемешиванием и кипячение в воде, они не обнаружили существенных различий в общем содержании каротиноидов между сырым перцем и перцем, приготовленным (любым методом) в течение 5 минут. Тем не менее, вареный перец показал значительное снижение активности радикального поглощения, общего содержания полифенолов и содержания аскорбиновой кислоты при варке в кипящей воде в течение 5 минут, с дальнейшим снижением после кипячения в течение 30 минут. Длительное воздействие воды и тепла, вероятно, позволяет антиоксидантным соединениям вымываться из перца в воду для варки. Chuah и др. (2008) рекомендовали, чтобы получить оптимальную пользу от биоактивных соединений, содержащихся в перце, стручки следует есть сырыми или готовить в минимальном количестве воды (как при нагревании в микроволновой печи или жарке с перемешиванием), а воду, использованную для охлаждения, употреблять в пищу.
Халапеньо и сушеный копченый вид халапеньо под названием чипотле часто консервируют в рассоле под названием эскабече, который включает уксус (уксусную кислоту), масло, сахар и специи, при равновесном pH 3,7 (Saldana and Meyer, 1981). Изменения жгучести, связанные с консервированием, могут быть проблемой для халапеньо. Консервированные халапеньо, термически обработанные при 100 °C в течение 50 минут, содержали больше капсаицина, чем свежие образцы (Huffman et al., 1978). Однако в более позднем исследовании оказалось, что консервирование вдвое снижает содержание капсаицина в халапеньо (Harrison and Harris, 1985). Последние бланшировали в течение 3 мин при 100 °C, промывали, упаковывали в рассол (2% уксусной кислоты, 2% растительного масла, 0,2% NaCl) при 93 °C, а затем подвергали термической обработке при 100°C в течение 50 мин. Часть капсаицина могла выщелочиться в промывную воду или рассол.
Для маринования и соления
Виды перца, которые обычно маринуют, включают вишневый, восковой, пеперончини, халапеньо и серрано. Процесс соления или маринования включает добавление достаточного количества соли и уксусной кислоты для предотвращения микробной порчи (Daeschel et al., 1990). Текстурные качества перца, упакованного таким образом, превосходят качества консервированного перца. Процессы засолки перца аналогичны процессам засолки других распространенных овощей, таких как огурцы, бамия, морковь и цветная капуста. Основными факторами, влияющими на качество и срок хранения маринованного перца, являются исходное полевое качество, продолжительность времени между сбором урожая и маринованием, специфический химический состав рассола, условия хранения и окружающая среда, а также добавление консервантов, кроме соли и уксусной кислоты. Степень механического повреждения перед засолкой может повлиять на качество конечного продукта. Плоды перца, поврежденные и ушибленные во время сбора и обработки, или подвергшиеся воздействию высоких температур после сбора урожая, легко размягчаются. Кроме того, механически очищенные от плодоножек и разрезанные перцы более подвержены порче, чем очищенные вручную или целые перцы. Чтобы сохранить высокое качество, механическое удаление плодоножек, нарезка или измельчение должны производиться только после первоначального процесса рассола.
Эффективность рассола для сохранения связана со скоростью диффузии кислоты во все части плодов и временем, необходимым для достижения равновесного pH 4,6 или ниже. Проникновение кислоты происходит в основном через плодоножки, чашечки и плаценты (Daeschel et al., 1990). Внутренние стенки плодов закисляются в последнюю очередь, и весь процесс может занять не менее 6 дней. Поэтому первая неделя засолки является наиболее важной. Воздействие чистого кислорода перед рассолом может сократить время проникновения кислоты всего до 1 дня (Daeschel et al, 1990). Бланширование также может улучшить скорость проникновения кислоты в плоды и, следовательно, уменьшить изменчивость pH в каждом плоде (Stroup et al., 1985).
В большинстве коммерческих предприятий рассол для перца используется в два этапа. Свежие стручки перца помещают в первичный или начальный рассол, который укрепляет и консервирует их. После минимального периода в 2-8 недель (в зависимости от сорта и процесса) плоды извлекают из первичного рассола, моют, сортируют во второй раз, а затем снова упаковывают в финишный рассол. В отделочный рассол упаковывают только самые качественные плоды целиком или нарезанными. Уровень уксуса и соли в готовом рассоле может быть снижен, а для аромата могут быть добавлены специи. Финишный рассол обычно добавляется к плодам в последний контейнер, который затем герметично закрывается и упаковывается в горячем виде. Многие (менее качественные) стручки никогда не упаковываются во второй рассол, а вместо этого измельчаются и смешиваются с другими пищевыми продуктами после первоначального рассола.
Процедуры рассола зависят от производителя. В целом, первоначальный рассол имеет достаточно высокую концентрацию соли и уксусной кислоты, чтобы обеспечить сохранение жесткости и цвета плодов, а также предотвратить рост микроорганизмов. Начальный рассол должен иметь максимальный pH 3,8, с 1-1,5% уксусной кислоты по весу, и раствор должен быть насыщен пищевой солью или соленой солью (24-26% по весу). Чтобы убедиться, что рассол насыщен не менее чем на 98%, можно использовать солемеры или измерители удельного веса. Окончательный упаковочный рассол варьируется в зависимости от рецептуры производителя, но обычно он имеет рН не выше 4,2.
В начальном рассоле часто используются дополнительные консерванты, чтобы предотвратить размягчение и обесцвечивание фруктов. Бисульфит натрия (0,5-1% по массе) является наиболее распространенной добавкой при мариновании перца. Хотя это соединение является эффективным консервантом, оно придает перцу неприятный привкус (который должен быть выщелочен в готовом рассоле), а также связано с некоторыми пищевыми аллергиями, возникающими у астматиков. Хлорид кальция (0,25-0,50% по массе) может заменить бисульфит, но он менее эффективен для укрепления, может придавать горечь при более высоких концентрациях, может потемнеть цвет плодов и требует дополнительного количества соли для оптимальной жесткости плодов. Рассольные плоды перца можно производить без консервантов, кроме кислоты и соли, используя более дорогостоящий холодильный процесс. Холодная температура позволяет стручкам полностью пропитаться рассолом, замедляя при этом рост бактерий, которые могут вызвать размягчение. Первые 4-8 недель являются наиболее критическим периодом такого холодного брэндирования, и плоды могут размягчиться в течение этого времени, если условия не являются оптимальными. После 6-8 недель холодного хранения плоды достигают осмотического равновесия с рассольным раствором, и дальнейшего размягчения не происходит. Рассольные плоды без химических консервантов затем упаковываются в финишные рассолы с более высокой концентрацией уксуса и соли, чем при использовании бисульфита.
Плоды могут храниться в начальном рассоле до 9 месяцев перед упаковкой, хотя большинство из них хранятся всего 2-3 месяца. Маринованные перцы имеют длительный срок хранения, и большинство пищевых компаний в США не ставят на них сроки годности.
Для заморозки
Одним из современных способов сохранения перца после сбора урожая является его замораживание. В зависимости от типа собранных стручков подготовка продукта перед замораживанием может отличаться. Новомексиканские сорта стручкового перца перед замораживанием очищают от кожуры, а халапеньо и болгарский перец — нет. Болгарский перец и халапеньо перед замораживанием бланшируют. Для проверки достаточности бланширования используется тест на пероксидазу. Снятие кожицы с плодов перца типа «Нью-Мексиканский стручковый» является фактической формой бланширования. При замораживании перца консерванты не используются. Другой метод заморозки, известный как «индивидуальная быстрая заморозка» (IQF), используется для нарезанных кубиками стручков мексиканского, халапеньо и болгарского перцев.
Одной из самых больших проблем с замороженным зеленым перцем является потеря зеленого цвета, хотя бланшированный перец сохраняет свой цвет лучше, чем небланшированный. Срок хранения небланшированного продукта составляет 3-4 месяца, в то время как срок хранения бланшированного продукта составляет 12 месяцев (промышленный стандарт). Зачастую замороженный бланшированный перец остается в приемлемом состоянии более 24 месяцев при хранении при температуре от -32 до -35 °C, хотя для маркетинга продукт все равно маркируется 12-месячным сроком годности. В отличие от зеленых стручков, красные стручки сохраняют свой цвет при замораживании даже без бланширования. Когда халапеньо бланшировали в течение 3 мин, замораживали и хранили при -18 °C, в них сохранялась только половина капсаициноидов, присутствовавших в свежем виде (Harrison and Harris, 1985).
Другим важным фактором качества является аромат перца. Ингибирование активности ферментов (в частности, липоксигеназы) может усилить аромат обработанного перца. Азкарат и др. (2010) обнаружили, что бланширование и хранение в замороженном виде могут существенно повлиять на летучие вещества перца, причем ингибирование липоксигеназы помогает максимизировать концентрацию некоторых ароматических нот. Заморозка приводит к заметным ферментативным и химическим изменениям в ароматическом профиле небланшированного перца. Ароматический профиль бланшированного перца более стабилен в условиях заморозки, но общая концентрация летучих веществ снижается.
Кастро и др. (2007) изучали упругость зеленого болгарского перца при различных условиях обработки. Кинетика термической текстуры и деградации тканей перца при температуре от 75 до 95 °C может быть точно описана моделью дробного преобразования. Твердость предварительно обработанного перца увеличивалась, когда образцы подвергались нескольким видам предварительной обработки с использованием тепла и/или давления. Предварительное нагревание при 55 °C в течение 60 минут и обработка умеренным теплом/высоким давлением (200 МПа при 25 °C, в течение 15 минут) дали наилучшие результаты, которые еще более улучшились в сочетании с вымачиванием в кальции. Эти предварительные обработки значительно замедлили связанное с нагреванием ухудшение текстуры перца при 90 °C (типичная температура, используемая для бланширования перца перед замораживанием). Образцы, прошедшие предварительную обработку, показали значительное снижение упругости при замораживании обычным способом при давлении 0,1 МПа. Однако те же самые образцы не показали никаких изменений в упругости при замораживании с помощью сдвигового замораживания под высоким давлением при 200 МПа. При замораживании методом сдвига высокого давления перцы, предварительно обработанные давлением, показали лучшее сохранение текстуры после хранения при температуре -18 °C в течение 2,5 месяцев, чем перцы, обработанные теплом.
Для ферментирования
Разновидности острого перца C. annuum, C. frutescens и C. chinense придают бутилированным соусам из острого перца характерный вкус и жгучесть. Свежий перец обычно измельчают с солью (14-20% по весу), чтобы получить пюре, которое, в зависимости от рецепта соуса, либо используется сразу, либо выдерживается в течение нескольких месяцев или лет. В процессе выдержки происходит ферментация под воздействием микроорганизмов, которая способствует формированию уникального выдержанного вкуса пюре и, в конечном итоге, острого соуса.
Ферментация перца зависит от нескольких факторов, включая температуру, кислотность, концентрацию соли, растворенный воздух, микробную флору, углеводы и ферменты. Для улучшения вязкости сусла можно использовать цитрат кальция или хлорид кальция (Flores et al, 2007). Добавление кальция в виде хлорида кальция в количестве 8% или 15% по массе повлияло на ферментацию перечного пюре, вызвав высвобождение большего количества растворимых сахаров, повышение концентрации спирта и снижение рН (по сравнению с контролем или другими видами обработки), а также оказалось эффективным в борьбе с ростом микроорганизмов.
Соус Tabasco®, производимый компанией Mcllhenny Company из Луизианы, вероятно, является самым известным острым соусом. Он производится из плодов стручкового перца сорта Табаско (C. frutescens), пюре из которых выдерживается в дубовых бочках не менее 3 лет перед использованием в производстве соуса.
Для сушки
Большое количество высушенного перца используется в готовых блюдах, смесях приправ и в консервной промышленности. Высушенный перец производится из стручков таких сортов, как новомексиканский, кайенский, анчо, пасилья, мирасоль, пикин и де арболь (Bosland, 1992). Сушка стручков перца для хранения — это древнее искусство. Качество продуктов из красного перца и паприки определяется уровнем жгучести, экстрагируемым красным цветом и ароматом. Для сохранения высокого качества обезвоженный перец необходимо правильно обрабатывать и хранить. Красный перец и паприку обезвоживают и продают либо в виде целых стручков, либо измельчают в хлопья или порошок.
Традиционно перец обезвоживали путем сушки на солнце. Первоначально плоды раскладывали на крышах или даже на земле, но птицы и грызуны часто наносили им большой ущерб. Поэтому люди стали привязывать перец к веревкам (ристрам) и развешивать их вдоль стен. Этот метод был заменен контролируемой искусственной сушкой, которую сейчас практикуют практически все коммерческие переработчики в США. Сохранение красного цвета в основном зависит от предотвращения окислительного процесса, который уменьшает первоначальный цвет (Lease and Lease, 1956). Цвет может быстро потускнеть, если удалить слишком много влаги, а при высоком содержании влаги может вырасти плесень. Хотя существует рынок целых сушеных перцев с хорошим красным цветом, большинство стручков перед сушкой нарезают кубиками. Нарезанные кубиками плоды обычно сушат до влажности 4-6%, затем измельчают и досушивают до влажности 8-11%, что является оптимальным уровнем для хранения. Рекомендуется холодное хранение высушенных продуктов (при температуре 3 °C) (Lease and Lease, 1956).
Сохранение красного цвета является важным показателем качества паприки и порошка «красного перца» и, как и в случае с сушеными цельными стручками, зависит в основном от предотвращения окислительного воздействия (Lease and Lease, 1956). Содержание влаги, температура хранения и атмосфера, свет, условия и время сбора урожая, сорт и условия сушки — все это может повлиять на сохранение цвета. Из них наибольшее влияние оказывают сорт и температура хранения. Первоначальный цвет плодов перца при сборе урожая или после обезвоживания не является хорошим показателем скорости потери цвета при хранении (Lease and Lease, 1956). Поэтому сорта следует выводить и оценивать как по их первоначальному цвету, так и по свойствам сохранения цвета.
Как и в случае со свежим перцем, гамма-облучение может оказать положительное влияние на обезвоженный порошок перца. Например, доза облучения в 7 кГр эффективно сокращает популяцию микробов в таком порошке, не изменяя основные качественные характеристики, такие как тепло, красный цвет и аромат.
Разрушение каротиноидов происходит во время хранения. Содержание влаги, температура хранения и состав атмосферы являются критическими факторами в поддержании интенсивности пигмента (Chen and Gutmanis, 1968; Kanner et al., 1977; Lee et al, 1992). Регулирование содержания влаги, при котором обезвоженный продукт из перца первоначально хранится, может быть недорогим методом замедления потери цвета. Osuna-Garcia и Wall (1998) показали, что потеря цвета может быть сведена к минимуму во время хранения при температуре и влажности окружающей среды путем увеличения процентного содержания влаги. В засушливых регионах содержание влаги перед хранением на уровне 15% может снизить потерю цвета хранящегося молотого продукта как минимум на 50%.
Gallardo-Guerrero et al. (2010) обнаружили, что при традиционной сушке одной партии красного перца при относительно низких температурах происходила селекция и размножение микробной флоры, которая способствовала ферментативной активности полигалактуроназы, повышая долю пектата кальция в плодах и благоприятствуя сушке плодов (которые изначально имели низкое содержание растворимых пектинов и пектата кальция). При низких температурах биоактивные соединения в плодах, такие как капсорубин, капсантин и каротиноиды провитамина А, остались практически неизменными. Однако плоды, собранные на более поздней стадии спелости, которые при сборе имели относительно высокое содержание растворимых пектинов и пектата кальция, требовали более высоких температур для хорошей сушки, и такие температуры оказывали неблагоприятное, отрицательное воздействие на содержание каротиноидов.
Для ускорения процесса созревания можно использовать этефон (2-хлорэтилфосфорная кислота; Rhone-Poulenc). Дефолианты или десиканты, такие как хлорат натрия, часто используются как для ускорения высыхания плодов в сырую погоду, так и для помощи в сборе урожая. Этефон в качестве усилителя созревания может дефолиантировать, а также ускорить созревание и усилить цвет красного перца, собранного до заморозков.
Измерение цвета
Цвет перца можно оценить с трех различных точек зрения: поверхностный цвет; экстрагируемый цвет; и профили каротиноидов. Поверхностный цвет — это измерение визуального цвета, воспринимаемого зрителем. Иногда его называют отражающим цветом. Он зависит от сорта, условий выращивания, хранения (и, если используется) обезвоживания, а также, если стручки высушены и измельчены перед оценкой цвета, от крупности измельченных образцов. Измерения цвета поверхности особенно важны, когда обезвоженный перец планируется использовать в качестве специи для розничной продажи или покрытия продуктов питания.
Экстрагируемый цвет — это измерение общего содержания пигмента. Анализ такого цвета полезен при добавлении перца в качестве ингредиента или красителя в пищевые продукты на масляной основе, косметику или фармацевтические препараты. Измерения экстрагируемого цвета и цвета поверхности являются стандартными оценками качества в индустрии специй.
Аналитические методы, которые разделяют и количественно определяют отдельные каротиноиды перца, предоставляя профили пигментов, используются в основном для исследований и разработок. Наиболее точный из этих методов, высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ), все чаще используется производителями живицы, лекарств и витаминов для рутинного анализа.
Экстрагируемый цвет измеряется методом спектрофотометрии и для порошков перца обычно выражается в единицах Американской ассоциации торговли специями (ASTA) (ASTA, 1985). Как правило, чем выше значение цвета ASTA, тем больше влияние на яркость или насыщенность конечного продукта. Порошок перца со 120 цветовыми единицами ASTA придаст готовому продукту более яркий красный цвет, чем эквивалентное количество порошка с 80 цветовыми единицами ASTA. Другой термин, используемый для описания красного цвета в живице — стандартная международная цветовая единица (SICU), при этом 100 000 единиц SICU эквивалентны 2500 единицам ASTA.
Измерение цвета поверхности порошка перца или плодов основано на методе Хантера «L.a.b.» и измерителе цветовых различий (Conrad et al, 1987). В методе «L.a.b.» «L» — это степень белизны по шкале 100-0; «a» — мера красноты (при положительном значении) или зелени (при отрицательном), а «b» — мера желтизны (при положительном значении) и синевы (при отрицательном). Сорт, стадия развития при сборе урожая, гранулирование и переработка — все это факторы, влияющие на конечный внешний вид перца. В то время как экстрагируемый цвет влияет на яркость продукта, цвет поверхности оказывает большее влияние на оттенок. Оттенок определяет вид цвета, например, красный цвет может быть коричнево-красным, оранжево-красным или красно-красным по оттенку. Оранжево-красный сорт может иметь высокий уровень красных и желтых пигментов, что дает высокие показатели ASTA, но низкие показатели «L.a.b.».
Для получения максимального цвета, если перец будет обезвожен, стручки следует собирать, когда они частично высохли на растении (Lease and Lease, 1956). Красные, сочные стручки еще не полностью развили свой цвет, хотя стручки, собранные в конце сезона, чаще поражаются стручковой гнилью и солнечными ожогами. Температура хранения влияет на потерю цвета сушеных перцев больше, чем любой другой фактор окружающей среды (Lease and Lease, 1956). Потеря цвета ускоряется при повышении температуры, а любое воздействие света или кислорода ускоряет скорость обесцвечивания пигмента. Порошок перца, извлеченный из холодильной камеры, может быстро потерять цвет, что сокращает срок его хранения в розничной торговле. Для уменьшения потери цвета в продукт могут быть добавлены антиоксиданты, такие как этоксихин (Van Blaricom and Martin, 1951; Lease and Lease, 1956).
Поскольку молотый перец при хранении теряет цвет быстрее, чем целые стручки, сушеный красный перец часто хранят в виде хлопьев перед окончательным измельчением. Хлопья требуют меньше места для хранения, чем целые стручки, но сохраняют свой цвет лучше, чем молотый порошок. Наличие семян в молотом перце снижает первоначальный цвет продукта, но может фактически уменьшить скорость потери цвета при хранении. В одном из отчетов первоначальное содержание каротиноидов было самым высоким в целых стручках и крупном порошке без семян, но при хранении крупный порошок с семенами лучше сохранял цвет (Lee et al., 1992). Ранее, однако, Лиз и Лиз (1956) сообщили, что удаление семян из порошка красного перца не влияет на сохранение цвета.
Урожай
Перец, собранный механическим способом, обычно не пригоден для свежего рынка из-за повреждений, но может быть использован для переработки. Зрелые плоды обычно собирают вручную и аккуратно обрабатывают, чтобы избежать механических повреждений, которые могут вызвать обесцвечивание и проблемы с болезнями. При сборе урожая доля зрелых зеленых плодов, которые могут дозреть до приемлемого пищевого качества, должна быть выше, чем незрелых плодов. Уборка урожая в течение определенного времени максимизирует долю зрелых зеленых плодов, которые могут созреть до приемлемого качества, и минимизирует количество незрелых плодов. Зеленый болгарский перец часто собирают до созревания, чтобы он лучше переносил транспортировку и дольше хранился (Harris, 1998). Фрукты транспортируются в упаковочные цеха, хранилища или на погрузочные площадки в бункерах и полувагонах. Сортировка, сортировка, определение размеров, упаковка и укладка на поддоны обычно производятся на упаковочном предприятии, хотя эти операции могут выполняться и в поле. После сортировки фрукты поступают в холодильную установку. Мобильные упаковочные комплексы обычно перемещаются по полям на буксире. При упаковке в полевых условиях снижаются затраты на погрузочно-разгрузочные работы, поскольку количество этапов обработки меньше, чем в упаковочных цехах. Одной из трудностей при упаковке на полях является поддержание постоянного качества упакованного продукта (Cantwell and Kasmire, 2002). Полевая упаковка обычно не используется для товаров, требующих классификации по цвету и размеру. Груженые полевые автомобили должны быть припаркованы в тени, чтобы предотвратить нагревание плодов и повреждение от солнечных ожогов. Перцы можно разгружать вручную, сбрасывать сухим способом на наклонную, мягкую рампу или на движущиеся конвейерные ленты, или сбрасывать мокрым способом в резервуары с движущейся водой, чтобы уменьшить физические травмы (Cantwell and Kasmire, 2002). При сухой свалке происходят значительные механические повреждения; часто встречаются ушибы, царапины, истирание и раскалывание. Температура воды в резервуарах для мокрого сброса перца должна быть немного теплее (на 5 °C), чем температура продукта, чтобы предотвратить поглощение воды, заражение и колонизацию плодов микроорганизмами, вызывающими гниение (Showalter, 1979).
Предварительная сортировка, сортировка и отбор
Целью сортировки является устранение неправильной формы и других дефектных плодов и разделение продукции по цвету и размерам. Недостаточно крупные плоды удаляются вручную и направляются для использования в других целях или для переработки. Восковая обработка заменяет некоторые натуральные воски, удаляемые при мойке и очистке, уменьшает потерю воды и может улучшить внешний вид, но также может усилить бактериальную мягкую гниль. В воск могут быть добавлены фунгициды для снижения заболеваемости грибковыми инициированными болезнями. После сортировки на наличие дефектов и различий в цвете плоды разделяются на категории. Сортировка может производиться вручную или путем отвода брусков. Болгарский перец обычно взвешивается, заполняется в транспортные контейнеры по объему или упаковывается в транспортные контейнеры по количеству и помещается в бункеры для сыпучих продуктов. Перцы, которые упаковываются по месту (тепличные перцы), часто сортируются во время той же операции. Упакованные транспортные контейнеры при больших объемах операций укладываются на поддоны для отгрузки.
Условия предварительного охлаждения
После сбора урожая свежий товарный перец должен быть быстро охлажден до температуры не ниже 7 °C при высокой относительной влажности, чтобы уменьшить потерю влаги и высыхание. Потеря влаги может привести к порче, причем некоторые сорта более подвержены высыханию, чем другие. Для охлаждения зрелых зеленых перцев используются различные методы, включая принудительное воздушное, гидроохлаждение или вакуумное охлаждение (Gonzalez-Aguilar, 2003). Принудительное воздушное охлаждение обычно является наиболее используемой системой предварительного охлаждения перца. Для принудительного охлаждения требуется правильно вентилируемая картонная упаковка. Задержки с момента сбора урожая до принудительного охлаждения могут привести к чрезмерной потере воды. Cantwell и Thangaiah (2001) оценили влияние потери воды и задержки в охлаждении на качественные характеристики болгарского перца. Основными выводами этой работы являются:
- задержки в охлаждении снижают визуальное качество, блеск и упругость, а также усиливают видимые симптомы обезвоживания болгарского перца;
- приемлемые задержки в охлаждении зависят от температуры окружающей среды;
- задержки в охлаждении должны составлять менее 9 часов при 20-25 °C и менее 6 часов при 37 °C.
Если используется гидроохлаждение, необходимо позаботиться о предотвращении развития гнили. Гидроохлаждение перца привело к значительному увеличению веса, что не улучшило качество перца после хранения (Cantwell and Thangaiah, 2001).
Оптимальные условия хранения
Зрелый зеленый и спелый перец очень скоропортящийся, если подвергается холодильной травме (CI), и обычно не приспособлен к длительному хранению. Температура выше 13 °C ускоряет созревание и развитие бактериальной мягкой гнили. Диапазон температур 7,5-13 °C и 95-98% относительной влажности являются оптимальными условиями для хранения перца в течение 2-3 недель. Правильное управление температурой может эффективно контролировать скорость созревания зрелых плодов. Использование этилена для усиления созревания или изменения цвета не рекомендуется, так как он стимулирует дыхание и размягчение больше, чем окрашивание. Чтобы сохранить качество перца, плоды следует хранить вдали от плодов, выделяющих этилен, и помещений для дозревания (Gonzalez-Aguilar, 2003).
Потери качества после сбора урожая
На послеуборочную жизнь перца в основном влияют быстрое высыхание плодов, грибковые инфекции, вызванные грибами Botrytis cinerea и Alternaria alternata, и повреждение от охлаждения (CI) (Gonzalez-Aguilar et al., 1997).
Потеря воды
По сравнению с другими плодами аналогичной формы и размера, перец имеет высокое соотношение площади поверхности и свежего веса, поскольку плоды полые. Такое высокое соотношение площади поверхности плода и свежего веса делает перец особенно чувствительным к потере воды плодами или транспирации (Diaz-Perez et al., 2007). Качество болгарского перца после сбора урожая в значительной степени зависит от потери воды из плодов (Ben-Yehoshua et al., 1983). Чрезмерная потеря воды из плодов приводит к размягчению и сокращению срока хранения болгарского перца. Было описано, что хранение при высокой влажности, которая приводит к снижению транспирации плодов, оказывает более выраженный эффект в задержке старения, чем хранение при низких температурах (Lurie et al., 1986; Lownds et al., 1994). В исследовании, проведенном на различных сортах перца, транспирация через чашечку составляла лишь небольшую часть транспирации плодов (Kissinger et al., 2005). Однако, в соответствии с исследованиями на пасленовых культурах, у болгарского перца проницаемость водяного пара через чашечку или рубец стебля была выше, чем через кожицу (Diaz-Perez et al., 2007). Высокая скорость потери воды через чашечку болгарского перца указывает на то, что чашечка должна быть защищена от обезвоживания для продления послеуборочной жизни плодов. Использование воска и натуральных и синтетических полимерных пленок для покрытия плодов помогает снизить потерю воды плодами и сохранить их качество (Gonzalez and Tiznado, 1993). Рубцы чашечки или стебля также могут быть важными путями для диффузии O2, C2H4 и CO2. В болгарском перце 80-90% диффузии O2 и CO2 происходит через цветоножку и рубцы стебля (Bower et al., 2000). Упругость — важный признак качества болгарского перца (Lurie et al., 1986). Маленькие товарные плоды теряют упругость быстрее, чем крупные. Для товарного перца среднего размера самая низкая допустимая упругость плодов достигается на 8-й день, после того как плоды теряют около 4,5% от своего первоначального веса. Максимально допустимая потеря веса для болгарского перца составляет от 4,5 до 7% (Ben-Yehoshua, 1987; Diaz-Perez et al., 2007). Плоды сортов с высоким уровнем потери воды созревают и дозревают раньше, чем плоды сортов с низким уровнем потери воды (Kissinger et al., 2005).
Гниение
Еще одним фактором, влияющим на ухудшение качества сладкого перца во время хранения, является гниение, вызываемое в основном грибами B. cinerea и A. alternata и мягкими гнилями грибкового и бактериального происхождения (Snowdon, 1992). Серая плесень, вызываемая Botrytis, часто встречается на перце. Санитарная обработка полей и предотвращение ранений на плодах помогают снизить ее распространенность. Botrytis хорошо растет при рекомендуемых температурах хранения перца. Высокий уровень CO2 (>10%) может контролировать Botrytis, но повреждает перец. Обливание горячей водой при температуре 53-55 °C в течение 4 минут эффективно контролирует ботритис, не вызывая повреждения плодов (Gonzalez-Aguilar, 2003). Наличие черной гнили alternaria, особенно на конце стебля, является симптомом повреждения плодов холодом. Лучшим средством борьбы является хранение плодов при температуре 7 °C. Бактериальная мягкая гниль вызывается несколькими бактериями, которые поражают поврежденные ткани. Мясистая плодоножка перца очень восприимчива и часто является начальным пунктом поражения бактериальной мягкой гнили инфекцией Erwinia carotovora ssp. carotovora (Cerkauskas, 2004). Поражаться могут зеленые и спелые плоды. Первоначально поражения на плодах имеют светлый или темный цвет, пропитаны водой и немного впалые. Пораженные участки быстро увеличиваются, особенно при высоких температурах, и ткани теряют структуру. На более поздних стадиях из пораженных участков может появиться бактериальная слизь, а затем вторичные организмы, которые часто проникают в больные ткани. Послеуборочная мягкая гниль плодов перца возникает в следующих случаях: инфицированные плоды собираются вместе со здоровыми; контейнеры для сбора урожая заражены бактериями; плоды повреждаются во время упаковки; плоды подвергаются воздействию загрязненной воды для мытья, загрязненных поверхностей или остатков почвы. Раннее обнаружение симптомов, дезинфекция инструментов для обрезки, избегание ранения растений и соблюдение строгих санитарных норм позволят снизить заболеваемость и тяжесть болезни. Мягкая гниль может возникнуть на мытом или гидроохлажденном перце, если санитарная обработка воды была недостаточной. Послеуборочное использование хлорированной воды для мытья снижает популяцию бактерий мягкой гнили и риск заражения во время мытья. Это не уменьшит развитие мягкой гнили в плодах, зараженных бактерией до сбора урожая. Предоставление фруктам возможности тщательно просохнуть снижает заболеваемость мягкой гнилью. Во время упаковки и хранения фрукты должны содержаться в чистоте и храниться в прохладном, сухом месте.
Повреждение при охлаждении
Болгарский перец подвержен заболеванию CI во время хранения при температуре <7 °C. Развитие симптомов CI является основной послеуборочной проблемой во время хранения. ИЦ является кумулятивным, и его тяжесть зависит от температуры и продолжительности воздействия. Для перца воздействие температуры охлаждения ниже 7,5 °C в течение более 10 дней приводит к снижению развития цвета, ухудшению вкуса и усилению гниения. Симптомы повреждения перца холодом включают поверхностную точечную коррозию, ведущую к образованию больших впадин, подрумянивание семян, обесцвечивание чашечки, намокание тканей и повышенную восприимчивость к гниению, особенно к грибку Alternaria. Симптомы могут проявиться через несколько дней при 0 °C или через несколько недель при 5 °C. Чувствительность зависит от сорта, но в целом полностью созревшие или красные перцы менее чувствительны к холоду, чем зеленые перцы того же сорта (Lin et al., 1993). В дополнение к видимым симптомам, несколько биохимических и физиологических процессов изменяются в результате прямого воздействия низкой температуры на клеточные компоненты, такие как полиамин, который, как было показано, напрямую связан с устойчивостью к охлаждению под воздействием горячей воды (Gonzalez-Aguilar etal., 2000). Для обработки перца рекомендуются относительно более высокие температуры. Однако, поскольку повышение температуры приводит к потере воды, правильный выбор температуры является наиболее важным фактором хранения перца.
Предотвращение послеуборочных потерь
Потери качества
Предотвращение потери качества и послеуборочного гниения позволяет продлить период экспорта и внутреннего потребления. Наиболее распространенным методом сохранения качества и борьбы с гниением перца является быстрое охлаждение после сбора урожая с последующим хранением при низкой температуре и высокой относительной влажности (Hardenburg et al., 1990). Оптимальные условия хранения при температуре и относительной влажности, необходимые для ограничения биотической и абиотической деградации, составляют >7,5 °C и >90% (Gonzalez-Aguilar, 2003).
Контролируемая атмосфера (КА) и упаковка с модифицированной атмосферная (МА)
Болгарский перец получает небольшое преимущество от контролируемой и модифицированной атмосферы (Saltveit, 1997); растет число перцев, хранящихся в МА для распределения на дальние рынки. Перец классифицируется как товар с низкой скоростью дыхания (5-10 мл CO2 кг/ч при 5 °C) (Kader and Saltveit, 2003), и уровни O2 2-5% замедляют созревание и дыхание во время транспортировки и хранения, а менее 5% CO2 при оптимальных условиях температуры и относительной влажности, благоприятны для сохранения качества плодов болгарского перца (Wang, 1977; Polderdijk et al., 1993; Saltveit, 1997; Ozden and Bayindirli, 2002). Однако Хьюз и др. (1981) сообщили о незначительном или нулевом улучшении качества при хранении в КА. Уровни CO2, превышающие 5%, могут нанести вред, особенно если перец хранится при температуре ниже 10 °C, вызывая обесцвечивание чашечки, точечную коррозию и обесцвечивание кожицы, а также размягчение. Атмосфера 3% O2 + 5% CO2 более благоприятна для красного, чем для зеленого перца, который хранится при 5-10 °C в течение 3-4 недель. Красный перец также лучше переносит высокую атмосферу CO2, чем зеленый перец.
Перец также можно упаковывать в пакеты из пластиковой пленки, в которых используется МА для быстрого накопления СО2, образующегося при дыхании плодов. Пластиковая пленка ограничивает потерю воды и сохраняет упругость перца, и может использоваться на поздних стадиях реализации (примерно 2-3 недели). В исследованиях сообщалось о благотворном влиянии MA на болгарский перец в полимерных пленках как способе сохранения качества и продления срока хранения (Ben- Yehoshua et al., 1983; Miller et al., 1986; Gonzalez and Tiznado, 1993; Meir et al., 1995). Эти благоприятные эффекты могут быть объяснены МА, созданным внутри упаковки, а также уменьшением потери воды. Форни и Липтон (1990) сообщили, что упаковка плодов перца в полиэтиленовый пакет создает МА внутри упаковки, снижая их восприимчивость к КА. Исследования показали, что уровни CO2, превышающие 5%, вызывают появление мелких вмятин (питтинг) при температуре ниже 10 °C. Во избежание накопления CO2, превышающего 5%, рекомендуется использовать полимерные пленки с высокой проницаемостью. В этих условиях равновесие MA между скоростью дыхания перцев и проницаемостью пленки упаковки составляло 20% O2 + 2% CO2, и питтинга удалось избежать. Когда перцы упаковывались под макроперфорированные пленки (отверстия 8 мм), визуальное качество снизилось через 14 дней, и плоды были оценены ниже предела приемлемости даже при хранении при 10 °C, в то время как перцы, хранившиеся под MA, были приемлемы в конце периода хранения. Через 14 дней при 8 °C потеря воды перцами, хранившимися под MA, составила всего 0,2%, в то время как потеря воды плодами, хранившимися в макроперфорированной пленке, составила 4%.
Одним из главных преимуществ этой упаковки была высокая относительная влажность воздуха вокруг плодов (около 95%). Хотя MA снижает потерю воды, послеуборочные болезни могут усилиться из-за высокой относительной влажности в пакетах. При высокой относительной влажности даже небольшие изменения температуры могут привести к конденсации влаги, что является благоприятным условием для роста организмов мягкой гнили (Polderdijk et al., 1993). Заболеваемость гнилью плодов увеличивается с повышением уровня относительной влажности во время хранения (Polderdijk et al., 1993). Температура хранения влияет на потерю веса. Потеря веса плодов при 10 °C была выше, чем при 8°C. Однако послеуборочная жизнь перцев, хранившихся при 8 °C, составляла всего 2 недели из-за гниения. Через 21 день желтый перец был наиболее подвержен гниению (70%), в то время как зеленый перец подвергся гниению только на 10%, а красный перец занимал промежуточное положение между желтым и зеленым перцем (35% гниения). Степень гниения была выше при 10 °C, чем при 8 °C, а срок послеуборочной жизни при 10 °C был короче, чем при 8 °C.
Другие стратегии
Одной из областей послеуборочных технологий, на которой сосредоточились многие исследователи, является разработка различных стратегий сохранения, способных сохранить качественные характеристики и продлить срок послеуборочной жизни продукции. Что касается этих технологий, то сообщалось об эффективности различных видов тепловой обработки для сохранения качества сладкого перца после сбора урожая (Fallik et al., 1999). Окунание красного сладкого перца на 3 мин в воду, нагретую до 50 °C, значительно снижает гниль, вызванную B. cinerea и A. alternata (Fallik et al., 1996). Обработка горячей водой, которая, как было показано, эффективна против грибковых инфекций и развития гнили, оказывает умеренное негативное воздействие на органолептические и питательные свойства. Однако само по себе погружение в горячую воду не повлияло на чистоту плодов, и плоды оставались пыльными. Фаллик и др. (1999) сообщили об уникальном и быстром методе одновременного ополаскивания и дезинфекции болгарского перца, основанном исключительно на ополаскивании горячей водой вместе с чисткой щеткой. Было обнаружено, что оптимальная обработка для очистки и дезинфекции перца при сохранении качества плодов составляет 55 °C в течение 12 секунд. Эта обработка была эффективной после длительного хранения и реализации. В этих условиях такая обработка значительно улучшила общий вид плодов, снизила заболеваемость гнилью и сохранила упругость плодов. Обработка перцев горячей водой (53 °C) в течение 4 мин была эффективна для облегчения КИ и снижения гниения после 14 и 28 дней хранения при 8°C (Gonzalez-Aguilar et al., 2000). Симптомы гниения также значительно уменьшились, если сочетать обливание горячей водой и упаковку в пленку для зеленого болгарского перца с целью предотвращения гниения и снижения потерь качества при послеуборочной обработке (Gonzalez-Aguilar et al., 1997). Эти авторы показали, что упакованные плоды оставались зелеными после 28 дней хранения, тогда как необработанные плоды были зеленовато-желтыми. Тепловая обработка в сочетании с пленочной упаковкой сохраняла более высокий уровень спермина в перцах во время хранения по сравнению с контролем. Это указывает на то, что обработка горячей водой в сочетании с пленочной упаковкой может задерживать CI и гниение болгарского перца через механизм, включающий повышение уровня полиаминов (Gonzalez- Aguilar et al., 2000). Изменение цвета и заболеваемость, а не обезвоживание, стали ограничивающими факторами для продления срока хранения. Упаковка и обработка горячей водой не оказывают заметного негативного влияния на содержание антиоксидантов в сладком красном перце (Raffo et al., 2007). Было подтверждено, что упаковка в полиэтиленовый пакет является полезным инструментом для поддержания качества послеуборочного перца, предотвращая потерю воды и размягчение плодов, не оказывая заметного негативного влияния на большинство исследованных параметров качества и не усиливая послеуборочные заболевания (Raffo et al., 2007). В эксперименте по упаковке, проведенном с использованием аналогичной полиэтиленовой пленки, Гонсалес и Тизнадо (1993) наблюдали лишь незначительные изменения уровней O2 и CO2 внутри пакетов и приписали основное благоприятное воздействие упаковки повышению внутренней влажности. Можно предположить, что основную роль в поддержании качества играет сохранение влажности внутри пакетов, а изменения во внутренней атмосфере пакета отвечают за незначительные эффекты. Использование съедобного покрытия, такого как Semperfresh, в сочетании с холодным хранением значительно увеличило срок годности зеленого перца (Ozden and Bayindirli, 2002). Результаты Vicente et al. (2005) показывают, что обработка УФ-С может быть полезным способом снижения гниения и сохранения качества плодов болгарского перца, а также облегчения CI.
Свеженарезанный перец
Нарезанный и нарезанный кубиками перец — это свежий продукт, используемый в основном в секторе общественного питания. Свежесрезанный болгарский перец представляет собой интересную задачу, поскольку низкие температуры и модифицированная атмосфера являются двумя основными инструментами для сохранения качества. Приготовление свежесрезанного перца осложняется тем, что после сбора урожая продолжаются процессы размягчения и другие процессы созревания. Потеря жидкости во время хранения также является распространенной проблемой из-за воздействия неправильных температур и связана с гниением. Другими дефектами качества, помимо роста микроорганизмов, являются потеря текстуры и высыхание. Хотя этот метод можно рассматривать как способ использования продуктов не высшего сорта и второго сбора, требуется высококачественное сырье из-за повышенной скоропортящейся способности, вызванной подготовкой продукта, что делает ожидаемый срок хранения намного короче, чем для целых фруктов (Cantwell and Suslow, 2002). Разновидности, производственная практика, стадия зрелости, размер кусков и условия хранения — все это вносит свой вклад в изменение качества свеженарезанных продуктов. Подготовка свежесрезанного перца включает приемку и отбор сырья, предварительное охлаждение, очистку и мойку всего продукта, обрезку, окорку, нарезку, измельчение, упаковку и хранение свежесрезанного продукта при температуре 4 °C.
Основные требования к подготовке свеженарезанного перца включают, но не ограничиваются: оптимальные методы производства, высококачественное сырье, низкая температура во время обработки, очистка и мытье перед снятием кожуры, осторожный слив для удаления лишней влаги, выбор пластиковой пленки для обеспечения достаточного уровня О2, чтобы избежать ферментации, и правильная температура (0-5 °C) во время распределения и обработки (Cantwell and Suslow, 2002). Температура хранения перед нарезкой влияет на срок годности и качество упакованного, нарезанного перца. До нарезки перец следует хранить при температуре 7-10 °C. Было обнаружено, что более низкая температура хранения перед переработкой благоприятно сказывается на качестве упакованных ломтиков красного перца, поскольку цветные перцы не так чувствительны к охлаждению (Toivonen and Stan, 2000). После предварительного охлаждения внешняя поверхность должна быть сначала продезинфицирована, а затем плоды обрабатываются через куттер/слайсер или нарезаются вручную. Кусочки плодов после нарезки не нужно мыть, хотя было показано, что мытье удаляет соединения, связанные со стрессом, образующиеся во время нарезки, и их удаление может способствовать эффектам, полезным для сохранения качества (Toivonen and Stan, 2004). Сохранение упругости ломтиков перца при хранении при температуре 7 °C улучшалось в зависимости от количества промывок после нарезки. Свежесрезанный перец можно упаковать в пакеты или в жесткие контейнеры, обычно закрытые полиэтиленовой пленкой, которая позволяет развиваться МА. Однако для замедления роста микроорганизмов и гниения свежесрезанного перца необходима низкая температура. После нарезки свежесрезанный перец должен храниться при температуре 0-5 °C. Ломтики перца (зеленого и красного) можно хранить до 12 дней при температуре 5 °C, используя контролируемую атмосферу 3% O2 +10% CO2.
Оптимальная температура хранения свежесрезанного перца неясна. Cantwell и Suslow (2002) сообщили, что свежесрезанный перец следует хранить при температуре 0-5 °C для сохранения качества, безопасности продуктов и срока годности. Хотя неповрежденный перец чувствителен к охлаждению, в целом, низкие температуры замедляют скорость порчи больше, чем вызывают CI. Хранение при 0-5 °C необходимо для сохранения визуального качества нарезанного и нарезанного кубиками зеленого и красного перца, так как качество кубиков при 0 °C выше, чем у кусочков, хранившихся при 5 °C (Лопес-Гальвес и др., 1997). Другие исследования срока годности и качества нарезанного болгарского перца показали, что упакованный нарезанный зеленый перец сохраняет более длительный срок годности при температуре 10 °C по сравнению с 5 °C, так как зеленый перец восприимчив к CI при температуре ниже 7 °C (Kang and Lee, 1997). Тойвонен и Стэн (2000) отметили, что более высокие температуры хранения обычно считаются более безопасными, чем низкие, для всех перцев, независимо от того, зеленые они (незрелые) или цветные (зрелые). Наши наблюдения согласуются с рекомендациями El-Bassuoni и Cantwell (1994), которые советуют хранить свежесрезанный перец после срезки при температуре 0-5 °C, хотя он является фруктом, чувствительным к CI.
Благоприятный МА с уровнями 3% O2 + 5-10% CO2 может дополнить низкотемпературное хранение для снижения скорости порчи. Однако МА не может компенсировать неправильную температуру хранения. Было показано, что высокая атмосфера CO2 может улучшить срок хранения ломтиков зеленого перца при 10 °C, но высокие уровни CO2 привели к усилению размягчения при хранении при 0 и 5 °C (Lopez-Galvez et al., 1997). Cantwell и Suslow (2002) указали, что зеленый болгарский перец является одним из примеров, в котором условия МА, благоприятные для свежесрезанного продукта, существенно отличаются от условий, рекомендуемых для неповрежденного продукта. На неповрежденный перец воздействие высокого CO2 не оказывает существенного влияния, но от 5 до 10% CO2 сохраняет визуальное качество и замедляет развитие гнили в нарезанном и нарезанном кубиками перце, хранящемся при 5 и 10 °C (Lopez- Galvez et al., 1997). Это исследование также показало, что свежие кусочки, приготовленные из перцев, находящихся в стадии созревания или полностью созревших, обычно имеют лучший срок хранения, чем кусочки из зрелых зеленых плодов. Toivonen и Stan (2004) показали, что изменение атмосферы упаковки было меньше во всех «мытых» ломтиках, чем в «немытых». Сильная корреляция роста микробной популяции с развитием атмосферы с высоким содержанием CO2 в упакованном нарезанном зеленом перце была обнаружена Senesi и др. (2000). Мы наблюдали, что срок хранения зрелых ломтиков зеленого и красного перца был ограничен ростом микробной популяции до того, как стали заметны изменения качества. Ломтики перца (зеленого и красного) могут храниться до 8 дней при температуре 4 °C для замедления роста микроорганизмов.
В других исследованиях сообщалось, что болгарский перец пригоден для переработки в свеженарезанные готовые к употреблению продукты (Senesi et al., 2000; Jacxsens et al., 2002; Gonzalez-Aguilar et al., 2004). Однако во всех случаях долговечность продукта была ограничена гниением и ростом микроорганизмов. Срок годности может варьироваться от 4 до 21 дня, вероятно, из-за различий в сортах, условиях хранения и используемых упаковочных пленках (Raffo et al., 2008). Физиологическая зрелость является еще одним важным фактором, влияющим на качество хранения свежесрезанного перца: ломтики из частично или полностью окрашенного болгарского перца сохранили лучшее качество в СА, чем ломтики из зеленого болгарского перца (Lopez-Galvez et al., 1997). Что касается сенсорного качества, то потеря хрустящей корочки и текстуры, сопровождаемая недопустимой потерей воды, была признана важной проблемой, возникающей во время хранения. Jacxsens и др. (2002) обнаружили, что в смешанных (зеленых, красных и желтых) нарезанных перцах, хранившихся в холодильнике, микробиологический рост происходил быстрее, чем ухудшение внешнего вида и текстуры, а Gonzalez-Aguilar и др. (2004) сообщили, что срок хранения нарезанного зеленого болгарского перца, упакованного в MAP (1% O2 + 10 CO2), определялся гниением и микробиологическим ростом. Согласно Gonzalez-Aguilar и др. (2004), MA можно использовать для сохранения общего качества свежесрезанного перца в течение 21 дня при температуре 5 °C, в то время как вакуумная упаковка не рекомендуется из-за короткого срока хранения. Conesa и др. (2007) сообщили об ингибировании роста микроорганизмов порчи и хорошем качестве свежесрезанного перца, хранившегося в МА (80 или 50% O2 в сочетании с 15% CO2). Альтернативным методом, способным замедлить созревание и/или контролировать гниение и физиологические нарушения свежесрезанного перца, является тепловая обработка. Sgroppo и Pereyra (2009) отметили, что тепловая обработка (55-60 °C в течение 180 с) перед обработкой обеспечивает наилучшую сохранность свежесрезанного перца, поскольку она продлевает срок хранения благодаря сохранению внешнего вида, упругости, аромата, уменьшению вытекания сока и повышению уровня некоторых биологически активных соединений.
Живица
Живица, приготовленная из перца, популярна среди переработчиков пищевых продуктов и других отраслей, где требуется концентрированная жгучесть или добавка красного цвета. Если в процессе экстракции используется жгучий перец, продукт называется «живица капсикума». Этот продукт используется в медицинской и пищевой промышленности. Если используется не жгучий перец (паприка), продукт называется «живица паприки». Живица выпускается в двух основных формах: маслорастворимой и водорастворимой.
Живицу получают из высушенных околоплодников перца путем экстракции летучим неводным растворителем (часто гексаном), который затем удаляется из живицы путем выпаривания при умеренной температуре и в условиях частичного вакуума. Живица содержит аромат и вкус паприки или другого вида перца в концентрированной форме и обычно представляет собой вязкую жидкость или полутвердый материал.
Живица используется для стандартизации жгучести, цвета и вкуса пищевых продуктов. Поскольку они обладают всеми тремя характеристиками, живица не может быть включена в пищевые продукты, если ее не разбавить. Разбавление обычно достигается путем растворения живицы в соответствующем растворителе для получения эссенции; «живицу паприки» обычно разбавляют соевым маслом.
Содержание цвета в очень жгучем перце, используемом для получения «живицы капсикума», обычно не имеет значения, так как эта живица используется в основном как источник жгучести, для фармацевтических целей и противоопухолевых спреев, а также в некоторых пищевых продуктах.
Экстракторы живицы расположены во многих странах мира, но предприятия по производству «живицы капсикума» сосредоточены в Индии, Африке и Китае, в районах, где можно выращивать стручки очень жгучего перца по низким ценам. Основными производителями «живицы капсикума» являются Испания, Эфиопия, Марокко, Израиль, Индия, США, Мексика и ЮАР.
Жгучесть
Существует предпочтение к определенным уровням жгучести в продуктах из перца, продаваемых на международном рынке, и отсутствие жгучести в обычной паприке имеет большое значение. Качество продуктов из «красного перца» и паприки в основном определяется уровнем жгучести, экстрагируемым красным цветом и ароматом. Порошок, полученный из сушеного красного перца, обычно разделяют на пять категорий по степени жгучести: не жгучий или паприка (0-700 единиц теплоты Сковилла), слабо жгучий (700-3000), умеренно жгучий (3000-25000), сильно жгучий (25000-70000) или очень сильно жгучий (>80 000).
Литература
Bosland, Paul W. Peppers : vegetable and spice capsicums / Paul W. Bosland and Eric J. Votava. — 2nd ed. 2012.
Peppers : botany, production and uses/Vincent M. Russo, editor. 2011.
