Post-harvest Processing Technology for Cultivated Berries
Laen...
Kuupäev
2018
Kättesaadav alates
Autorid
Ajakirja pealkiri
Ajakirja ISSN
Köite pealkiri
Kirjastaja
Eesti Maaülikool
Abstrakt
Blueberries belong to a group of horticultural products that have one
of greatest growth potentials in Estonia. Modern post-harvesting
processing lines handle various operations, but, one of these is the
processing of blueberry fruits that are harvested by a berry rake or by
mechanical harvesting, where they are fractionated for industrial and
table blueberry fruits, although such equipment may be too expensive
for small and medium-sized farmers. The aim of this thesis was to
increase the productivity, Ws, of the blueberry fruits fractionation
equipment by increasing the usage factor of total work time, τ, which
depends upon the required adjusting time, ta, and ease of adjustment
when changing the cultivar of the processed blueberry fruit. This
doctoral thesis is based on four original publications and two
intellectual properties. This thesis also concentrated mainly on postharvest
processing technology for cultural blueberries that have been
grown on small or medium-sized farms.
During the process of completing this thesis, an overview was
compiled of the available literature in regard to the topic in question -
the mathematical modelling of the dimensional characteristics of the
blueberry fruit. One example of the findings was, that the most
accurate evaluations for the volume of the blueberry fruit, Vb, were
obtained when this was estimated using mathematical equations that
take into account the mass of the blueberry fruit, mb, and the mass of
the blueberry fruit, mb, can be estimated using mathematical equations
that take into account the geometric dimensions of the blueberry fruit.
During tests, the volume parameter, εv, of the blueberry fruit remained
within the range εv = 0.54–0.92 mg mm–3 and the shape factor, εs, of
the blueberry fruit remained within the range εs = 0.67–0.96. This
indicated that the blueberry fruit is oblate in shape. Based on the
information obtained from the literature overview, the principle
structure of the MPC was proposed for small or medium-sized
blueberry farms. During the development of post-harvest technology
for blueberry fruits, the belt sorter was selected as being the most
suitable fractionation device for the MPC. In order to decrease the
time required to adjust the belt sorter, ta, and to increase the
productivity of the belt sorter, Ws, two novel technical solutions were
introduced to make the belt sorter adjustable (patent 05642 B1, for the
1st generation solution and patent EE 05798 B1, for the 2nd generation
solution). Test results and calculations with parameters given in the discussion section of the current thesis showed that adding the 1st
generation solution to the belt sorter would increase the productivity
of the belt sorter, Ws, by 48.2 kg h-1.
The technical peculiarities of the 1st and 2nd generation solutions were
studied through comparative tests. Test results showed that the 2nd
generation solution has some technical benefits. For example, the
average backlash B2 value for the 2nd generation solution with 3Dprinted
key structure components was smaller than for the 1st
generation solution by a total of 8.22 mm. CNC milled and turned key
structure components for the 2nd generation solution reduced even
further the average value for the backlash B2. Thanks to this, the belt
sorter prototype with its 2nd generation CNC solution was used in
fractionation tests. Test results showed that the overall uniformity, K,
of fractionated fractions was K = 82.67%, and the decrease in
uniformity, K, of fractionated fractions was connected to an increase in
the width, wb, of the fractionation slot between the belt sorter’s belts.
Mostly it influenced the uniformity, K, of the larger blueberry fruits
fraction.
According to the results obtained and the complex construction of the
2nd generation solution, the upgraded 1st generation solution was
developed, lowering the value of the backlash B2 by 3.01 mm on
average when compared to the 1st generation solution. Additional
fractionation tests were carried out in order to test the upgraded 1st
generation solution. For that purpose, the belt sorter was used with the
length, lf ,of its fractionation area increased and an option added to
change the inclination angle of the fractionation area, a. Test results
showed that the improvements raised the uniformity, K, of the third
fraction (the fraction of large blueberry fruits) by 35% when compared
to previous results.
The greatest novelties in this thesis are the determined connections
between the dimensional characteristics of blueberry fruits, the
proposed blueberry post-harvest processing technology for small and
medium-sized blueberry farms, and the patented technical solutions
which will make the belt sorter adjustable.
Mustikad kuuluvad nende marjade hulka, mille kasvatamist peetakse Eestis kõige perspektiivikamaks. Marjakammiga korjatud või masinkoristatud mustikate nüüdisaegsed koristusjärgsed töötlemisliinid, kus lisaks muudele toimingutele sorteeritakse mustikad suuruse järgi tööstusmarjaks ja lauamarjaks, ei pruugi olla taskukohased mustikaid kasvatavate keskmise ja väikese suurusega ettevõtete jaoks. Doktoritöö eesmärk oli suurendada mustikasorteeri tootlikkust Ws, suurendades kasulikku tööaega ts, mis sõltub mustikasordi vaheldumisel mustikasorteeri ümberseadistamisele kuluvast ajast ta ja ümberseadistamise lihtsusest. Töö põhineb autori neljal publikatsioonil ja autori kahel patendil. Käesoleva doktoritöö raames uuriti väikese ja keskmise suurusega mustikakasvatustes kasvatatud mustikate koristusjärgset töötlemistehnoloogiat. Doktoritöö raames koostati kirjanduse ülevaade ning modelleeriti mustikamarja matemaatiliselt. Näiteks leiti, et mustika marja mahtu on võimalik hinnata kõige täpsemalt selle massi järgi ja mustika marja massi on võimalik kõige täpsemalt hinnata selle gabariitmõõtmete järgi. Käesolevas doktoritöös jäi mustika marja kujutegur vahemikku εs = 0,67–0,96 ja mahuparameeter piiridesse εv = 0,54–0,92 mg mm–3. Mustikate koristusjärgse töötlemistehnoloogia arendamisel valiti sobilikuks mustikate sorteerimisseadmeks rihmsorteer, mille ümberseadistamise aja vähendamiseks marjasordi vahetamisel ja sel viisil rihmsorteeri tootlikkuse suurendamiseks arendati välja reguleeritava rihmatrumli kaks versiooni (15.04.2013 avaldatud patent EE 05642 B1 ehk I põlvkond ja 15.09.2017 avaldatud patent EE 05798 B1 ehk II põlvkond). Katsetulemuste ja arvutustes kasutatud algandmete põhjal leiti, et reguleeritava rihmatrumli lisamisega suurenes rihmsorteeri tootlikkus Ws 48,2 kg h-1 võrra. I ja II põlvkonna reguleeritava rihmatrumli tehniliste iseärasuste väljaselgitamiseks võrreldi neid erinevates katsetes ja leiti, et II põlvkonna reguleeritaval rihmatrumlil on teatud tehnilised eelised. Näiteks oli 3D printeriga prinditud detailidega II põlvkonna rihmatrumli rihmaseibide pendellõtk B2 keskmiselt 8,22 mm võrra väiksem võrreldes I põlvkonna rihmatrumli rihmaseibide pendellõtkuga. CNC lõiketöötlemise teel valmistatud II põlvkonna detailidega vähenes pendellõtk B2 veelgi. Seetõttu viidi mustikate sorteerimiskatsed läbi rihmsorteeriga, millele oli paigaldatud II põlvkonna reguleeritav rihmatrummel CNC lõiketöötlemise teel valmistatud detailidega. Sorteerimiskatsete tulemuseks saadi, et sorteeritud marjafraktsioonide keskmine puhtus oli 82,67%. Katsetulemuste analüüsimisel selgus, et rihmsorteeri fraktsioneerimispilu laiuse suurendamine II põlvkonna reguleeritava rihmatrumliga mõjutab sorteeritud marjafraktsioonide puhtust negatiivselt, kusjuures kõige enam avaldas see negatiivset mõju suurte marjade fraktsiooni puhtusele. Katsetulemuste ja II põlvkonna reguleeritava rihmatrumli tehniliste iseärasuste tõttu otsustati täiendada I põlvkonna reguleeritava rihmatrumli tehnilist lahendust, mille tulemusena vähenesid rihmaseibide pendellõtkud B2 keskmiselt 3,01 mm võrreldes esialgsete I põlvkonna pendellõtkudega B2. Lisaks suurendati rihmsorteeri sorteeriva ala pikkust lf ning lisati võimalus muuta sorteeriva ala kaldenurka kuni α = 10 kraadi. Mustikate sorteerimise täiendavad katsed näitasid, et eelnimetatud täiendustega suurenes suurte marjade fraktsiooni puhtus võrreldes esialgsete tulemustega 35%. Doktoritöö uudsusteks on tulemused, mis saadi mustikamarja matemaatilisel modelleerimisel, välja pakutud mustikate koristusjärgne töötlemistehnoloogia väikese ja keskmise suurusega mustikakasvatustele ning rihmsorteeri reguleeritava rihmatrumli kaks patenteeritud tehnilist lahendust.
Mustikad kuuluvad nende marjade hulka, mille kasvatamist peetakse Eestis kõige perspektiivikamaks. Marjakammiga korjatud või masinkoristatud mustikate nüüdisaegsed koristusjärgsed töötlemisliinid, kus lisaks muudele toimingutele sorteeritakse mustikad suuruse järgi tööstusmarjaks ja lauamarjaks, ei pruugi olla taskukohased mustikaid kasvatavate keskmise ja väikese suurusega ettevõtete jaoks. Doktoritöö eesmärk oli suurendada mustikasorteeri tootlikkust Ws, suurendades kasulikku tööaega ts, mis sõltub mustikasordi vaheldumisel mustikasorteeri ümberseadistamisele kuluvast ajast ta ja ümberseadistamise lihtsusest. Töö põhineb autori neljal publikatsioonil ja autori kahel patendil. Käesoleva doktoritöö raames uuriti väikese ja keskmise suurusega mustikakasvatustes kasvatatud mustikate koristusjärgset töötlemistehnoloogiat. Doktoritöö raames koostati kirjanduse ülevaade ning modelleeriti mustikamarja matemaatiliselt. Näiteks leiti, et mustika marja mahtu on võimalik hinnata kõige täpsemalt selle massi järgi ja mustika marja massi on võimalik kõige täpsemalt hinnata selle gabariitmõõtmete järgi. Käesolevas doktoritöös jäi mustika marja kujutegur vahemikku εs = 0,67–0,96 ja mahuparameeter piiridesse εv = 0,54–0,92 mg mm–3. Mustikate koristusjärgse töötlemistehnoloogia arendamisel valiti sobilikuks mustikate sorteerimisseadmeks rihmsorteer, mille ümberseadistamise aja vähendamiseks marjasordi vahetamisel ja sel viisil rihmsorteeri tootlikkuse suurendamiseks arendati välja reguleeritava rihmatrumli kaks versiooni (15.04.2013 avaldatud patent EE 05642 B1 ehk I põlvkond ja 15.09.2017 avaldatud patent EE 05798 B1 ehk II põlvkond). Katsetulemuste ja arvutustes kasutatud algandmete põhjal leiti, et reguleeritava rihmatrumli lisamisega suurenes rihmsorteeri tootlikkus Ws 48,2 kg h-1 võrra. I ja II põlvkonna reguleeritava rihmatrumli tehniliste iseärasuste väljaselgitamiseks võrreldi neid erinevates katsetes ja leiti, et II põlvkonna reguleeritaval rihmatrumlil on teatud tehnilised eelised. Näiteks oli 3D printeriga prinditud detailidega II põlvkonna rihmatrumli rihmaseibide pendellõtk B2 keskmiselt 8,22 mm võrra väiksem võrreldes I põlvkonna rihmatrumli rihmaseibide pendellõtkuga. CNC lõiketöötlemise teel valmistatud II põlvkonna detailidega vähenes pendellõtk B2 veelgi. Seetõttu viidi mustikate sorteerimiskatsed läbi rihmsorteeriga, millele oli paigaldatud II põlvkonna reguleeritav rihmatrummel CNC lõiketöötlemise teel valmistatud detailidega. Sorteerimiskatsete tulemuseks saadi, et sorteeritud marjafraktsioonide keskmine puhtus oli 82,67%. Katsetulemuste analüüsimisel selgus, et rihmsorteeri fraktsioneerimispilu laiuse suurendamine II põlvkonna reguleeritava rihmatrumliga mõjutab sorteeritud marjafraktsioonide puhtust negatiivselt, kusjuures kõige enam avaldas see negatiivset mõju suurte marjade fraktsiooni puhtusele. Katsetulemuste ja II põlvkonna reguleeritava rihmatrumli tehniliste iseärasuste tõttu otsustati täiendada I põlvkonna reguleeritava rihmatrumli tehnilist lahendust, mille tulemusena vähenesid rihmaseibide pendellõtkud B2 keskmiselt 3,01 mm võrreldes esialgsete I põlvkonna pendellõtkudega B2. Lisaks suurendati rihmsorteeri sorteeriva ala pikkust lf ning lisati võimalus muuta sorteeriva ala kaldenurka kuni α = 10 kraadi. Mustikate sorteerimise täiendavad katsed näitasid, et eelnimetatud täiendustega suurenes suurte marjade fraktsiooni puhtus võrreldes esialgsete tulemustega 35%. Doktoritöö uudsusteks on tulemused, mis saadi mustikamarja matemaatilisel modelleerimisel, välja pakutud mustikate koristusjärgne töötlemistehnoloogia väikese ja keskmise suurusega mustikakasvatustele ning rihmsorteeri reguleeritava rihmatrumli kaks patenteeritud tehnilist lahendust.
Kirjeldus
A Thesis
for applying for the degree of Doctor of Philosophy
in Engineering Sciences
Märksõnad
dissertatsioonid, dissertations, marjakasvatus, mustikas, sorteerimine, seadmed, berry growing, blueberry, grading