K. J. KAFFKA and A. CZABAFFY

Átírás

1 Acta Alimentaria, Vol. 10 (1), pp (1981) NÉHÁNY CSONTHÉJAS GYÜMÖLCS MINŐSÉGI PARAMÉTEREI ÉS KÖZELI INFRAVÖRÖS ÖSSZETÉTELELEMZŐ KÉSZÜLÉKKEL MEGHATÁROZOTT OPTIKAI ÁTERESZTŐKÉPESSÉGE KÖZÖTTI KORRELÁCIÓ K. J. KAFFKA and A. CZABAFFY (Benyújtva: 2 February 1980; elfogadva: 5 April l980) Előzetes vizsgálatokat folytattunk cseresznye, meggy, kajszibarack és szilva mintákon azzal a céllal, hogy megállapítsuk, hogyan határozhatóak meg a minőségi paraméterek OD mérések segítségével, ill. hogy felmérjük, mennyire pontos a fenti csonthéjas gyümölcsök minőségi paramétereinek az említett műszeres eljárás alkalmazásával történő meghatározása. Az érési időszak három különböző szakaszából származó minták vizsgálatára Neotec 6450 típusú, kutatási célokra való összetételelemző készüléket használtunk. Minden egyes alkalommal 4 különböző érettségi fokú gyümölcsöt viszgáltunk (minden érettségi fokúból 5 5 darabot). Meghatároztuk a négy gyümölcsfajra jellemző hullámhosszpárokat és a jellemző hullámhosszaknál mért transzmissziós OD értékekből származtatott minőségi paramétereket a megadott minőségi paraméter értékekkel összehasonlítva a mérés szórását. A meggy esetén lehetséges volt az érettségi adatok meghatározása az 585 nm es és a 700 nm es hullámhosszaknál végzett mérések során kapott OD értékeket felhasználva, 2,89 % - os szórással. (A mérés szórása az érzékszervileg meghatározott érettségi százalék szubjektív hibáját is magában foglalja.) A szárazanyagtartalmat 0,44 tömegszázalék szórással tudtuk meghatározni az 585 nm nél és 725 nm nél mért OD értékek alapján. A savtartalom 0,08 tömegszázalék szórást mutatott, az 588 nm es és 717 nm es hullámhosszaknál mért OD értékekből kiszámítva. Végezetül a cukortartalmat (a refrakciós index alapján) az 585 nm nél és 610 nm nél mért OD értékekből 0,85 % szórással határoztuk meg. A fent részletezett mérések alapján arra a következtetésre jutottunk, hogy a csonthéjas gyümölcsök esetén a legfontosabb minőségi paramétereket meg lehet határozni gyors, pontos és nem-destruktív műszeres eljárás segítségével, néhány jellemző hullámhossznál mért OD értékeket felhasználva. Magyarországon a csonthéjas gyümölcsök termesztése egyre növekvő jelentőségű, különösen hogy 1980-tól kezdve az évi plusz 1000 hektár miatt a termelés további növekedése várható. A mennyiségi növekedés mellett a piac minőségi követelményei is egyre magasabbak. Ahhoz, hogy a különféle fogyasztók különböző igényeinek meg tudjunk felelni, szükséges a minőségi paraméterek gyors, objektív módszerrel történő meghatározása. A termesztők már régen kifejezték igényüket egy gyors, pontos, nem-destruktív műszeres eljárás iránt, amellyel meghatározhatóak lennének a csonthéjas gyümölcsök minőségi paraméterei az érés különböző szakaszaiban, az érettség fán belüli eloszlása, továbbá a vegyszeres kezelések, a gépi betakarítás, a szállítás és a tárolás hatása. Magyarországon a négy legfontosabb csonthéjas gyümölcsfaj a cseresznye, a meggy, a kajszibarack és Acta Alimenlaria 10, 1981

2 76 KAFFKA & CZABAFFY: QUALITY AND OPTICAL TRANSMITTANCE OF STONE FRUITS a szilva. Előzetes vizsgálataink során ezzel a négy gyümölcsfajjal foglalkoztunk azzal a céllal, hogy gyors, nem-destruktív minőségmeghatározásra használható eljárásokat és egyfunkciós készülékeket fejlesszünk ki. Az Egyesült Államokban, a Mezőgazdasági Minisztérium Mezőgazdasági Kutatóközpontjának Gépesítési Kutatólaboratóriumában, Beltsville-ben már sok évvel ezelőtt megkezdődött a gyümölcsök műszeres, nem-destruktív minőségmeghatározásával kapcsolatos kutatómunka. Publikációikban a beltartalmi minőség, az érettség, a pigment-tartalom, a belső romlás és egyéb jellemzők meghatározása terén elért eredményekről számoltak be. SIDWELL és munkatársai (1961) Elberta őszibarack érettségi állapotát és klorofilltartalmát mérték fényáteresztési technikák segítségével. BIRTH és OLSEN (1964) Delicious alma minőségének meghatározása céljából különböző hullámhosszakon OD méréseket végeztek. BITTNER és NORRIS (1968) a gyümölcsök érettsége és optikai tulajdonságai közötti korrelációról szóló tanulmányokat közölt. McCLURE és munkatársai (1975) egy olyan nagysebességű osztályozógépről számoltak be, melynek működése a különböző hullámhosszakon mért OD értékeken alapszik. WATADA és munkatársai (1976) fényelnyelési technikák alkalmazását javasolták gyümölcsök és zöldségek klorofill- és karotinoid-tartalmának meghatározására. WORTHINGTON és munkatársai (1976), valamint WANG és WORTHINGTON (1979) Eldorado és Bartlett körték érését vizsgálták a transzmissziós és reflexiós tulajdonságok mérésének segítségével. Ezzel párhuzamosan a bulgáriai Plovdivban, a Konzervipari Kutatóintézetben is intenzív munka folyt gyümölcsök és zöldségek minőségének olyan, nem-destruktív műszeres eljárással történő meghatározásával kapcsolatban, amely különböző hullámhosszaknál mért OD értékeket használ fel. A kutatómunka eredményeképpen számos készüléket fejlesztettek ki, majd használtak nagyteljesítményű osztályozó-berendezésekben. KIROSHIEV (1974), illetve KIROSHIEV és munkatársai (1977) publikáltak a Plovdivban elért eredményekről. A nem-destruktív műszeres minőségellenőrzéssel foglalkozó kutatók legtöbbje két jellemző hullámhossznál mért OD értékek különbségének felhasználását javasolja az érettségi állapot meghatározására. Van néhány kutató, aki egyes gyümölcsökre vonatkozólag beszámolt két jellemző hullámhosszról, viszont nem adta meg a regressziós egyenletet, a korrelációs együtthatót és a szórást, amik a meghatározás minőségét jellemeznék. Kivételként említést kell tennünk KIROSHIEV és CHALUKOVA kutatókról, akik jelen szerzőknek átadták azon tanulmányukat, melyben a javasolt jellemző hullámhosszak és a korrelációs együtthatók is fel vannak sorolva különböző gyümölcsfajokra, és a fajokon belül különböző fajtákra vonatkozólag. Míg egyes kutatók a gyümölcsök optikai tulajdonságai és minőségi jellemzői közötti korreláció meghatározásával kapcsolatban tevékenykedtek, még

3 KAFFKA & CZABAFFY: QUALITY AND OPTICAL TRANSMITTANCE OF STONE FRUITS 77 nagyobb ütemben folyt a látható és a közeli infravörös tartományban az anyagok transzmissziós és reflexiós adatainak meghatározására szolgáló mérési eljárások kidolgozása. MASSIE és NORRIS (1971) egy olyan, számítógéppel felszerelt, nagyteljesítményű spektrofotométerről számolt be, amely élelmiszerek minőségének vizsgálatára használható. CHEN és NATTUVETTY (1977) már be is mutatott egy olyan hordozható, egyfunkciós, száloptikás készüléket, amely alma, narancs és paradicsom érettségi állapotának meghatározására való. Jelen tanulmány azzal a céllal készült, hogy felhasználható adatokat nyújtson egy olyan egyfunkciós gép tervezéséhez, amely a csonthéjas gyümölcsök különös tekintettel a Kárpát-medencében termesztett fajok minőségi paramétereinek meghatározására alkalmas. Ebből a célból a regressziós egyenlet legmegfelelőbb formáját és a jellemző hullámhosszakat kellett megtalálni. 1. Anyagok és módszerek A gyümölcsmintákat a budapesti Gyümölcs- és Dísznövénytermesztési Kutatóintézettől (a továbbiakban: GYDKI) kaptuk az 1979-es tenyészidőszak folyamán. A gyümölcsmintákat az érettség három különböző szakaszában szedték, a minták négy érettségi állapotot képviseltek, minden egyes gyümölcstípusból 5-5 darabot gyűjtöttek be. Így minden egyes fajból (mindig ugyanabból a fajtából származó) 60 gyümölcsmintát vizsgáltunk. A kapott cseresznye Dunakesziről származott ( G-1 fajta), a meggy Budaörsről ( P-141 fajta), a kajszibarack szintén Budaörsről ( M-L fajta), a szilva pedig Zsámbékról ( Beszterce-K fajta). A gyümölcsmintákon a GYDKI-ban feltüntették a hagyományos, szabványos eljárásokkal kapott négy minőségi paramétert. Ezek a következők voltak: érettségi százalék, szárazanyag-tartalom, savtartalom és refrakciós index. Az érettséget érzékszervi úton becsülte egy jól-képzett szakértő, és a teljes érettség százalékában fejezte ki; a szárazanyagtartalmat a 70 C-on, szilárd tömegig történő szárítás előtti és utáni tömeg különbségéből számították, és tömegszázalékban fejezték ki; a savtartalmat titrálással határozták meg és citromsav-százalékként (w/w) számították ki; a refrakciós indexet pedig Abbe-refraktométerrel mérték. A gyümölcsminták optikai tulajdonságait 6450-es típusú Neotec kutatási összetételelemző készülékkel mértük. A transzmissziós méréseket úgy végeztük, hogy a fénysugarat az egész intakt gyümölcsön átvezettük. A fény sugara a gyümölcsminta tengelyével párhuzamos volt. A cseresznyéhez és meggyhez használt diaframga átmérője 13 mm volt, a szilváé 20 mm, a kajszibaracké pedig 35 mm. A spketrumanalizátor a nm-es tartományban dolgozott. Minden egyes mintáról 20 OD spektrumot vettünk (ez 8 másodpercet igényelt), és átlagukat a további kiértékelés és feldolgozás céljából floppy-lemezen tároltuk.

4 78 KAFFKA & CZABAFFY: QUALITY AND OPTICAL TRANSMITTANCE OF STONE FRUITS A különböző hullámhosszaknál kapott OD értékeket a spketrumanalizátor a minta nélkül, ill. minta jelenlétében a detektoron mért fényenergia arányának logaritmusaként fejezte ki. Az adatfeldolgozást a kutatási összetételelemző készülékbe beépített NOVA III típusú számítógéppel végeztük. Az egyes minták különböző hullámhosszaknál mért OD értékei és a GYDKI-ban szabványos módszerekkel meghatározott négy minőségi paraméter közötti korrelációt különböző matematikai egyenletek formájában vizsgáltuk. A számítógép meghatározta a különböző hullámhosszaknál mért OD értékekhez tartozó regressziós egyenletek együtthatóit, csakúgy mint az így meghatározott minőségi paramétereket és ezek korrelációs együtthatóit. Végül a korrelációs spektrumokat a hullámhossz függvényében ábrázolta. Az első jellemző hullámhosszat a korrelációs spektrum maximális értéke közelében választottuk ki. A második jellemző hullámhosszat pedig ott határoztuk meg, ahol a többtényezős korrelációs együttható maximumot ért el. A számítógép listázta a minőségi paraméterek GYDKI-ban kapott értékeit és a regressziós egyenletekből kiszámított értékeket, melyekbe a jellemző hullámhosszaknál mért OD értékek és azok különbsége be volt helyettesítve. Mindezek alapján meghatározta a szórást. A szórás definíciója a következő: Ahol n a minták száma, Q s az adott minőségi paraméter, hagyományos szabványos módszerekkel meghatározva, Q c ugyanaz a minőségi paraméter a regressziós egyenletből kiszámolva, p a regressziós egyenlet tényezőinek száma. A tanulmány további részében a fő hangsúlyt a meggyel kapcsolatos vizsgálatok során elért eredmények ismertetésére helyezzük. 2. Eredmények A különböző érettségi fokú cseresznye minták transzmissziós OD spektrumai az 1. ábrán láthatóak, a meggy mintákéi a 2. ábrán, míg a szilvákéi a 6.ábrán és a kajszibarackéi a 4. ábrán. A 3., ill. 5. ábrák a különböző érettségi fokú minták OD spektrumai közötti különbségeket mutatják a legkevésbé érett mintára vonatkoztatva meggy, ill. kajszibarack esetén. Az ábrákon világosan látható, hogy bár a négy gyümölcsfaj OD spektrumai alapjában véve hasonlóak, megfigyelhetőek köztük bizonyos jellegzetes különbségek. Nyilvánvaló, hogy a minőségi paraméterek meghatározására használható ún. jellemző hullámhosszak a különböző gyümölcsfajok esetén különbözőek.

5 KAFFKA & CZABAFFY: QUALITY AND OPTICAL TRA.NSMITTANCE OF STONE FRUITS I ! g ! ] l Cherry G-1 1. ábra: 60, 80 és 100 % - os érettségi fokú cseresznye minták (Dunakeszin termesztett G- 1 fajta) transzmissziós OD spektrumai. A diafragma átmérője 13 mm. A megvilágítás a gyümölcs tengelyével párhuzamos Sour-cherry P ábra: 70, 80 és 90 % - os érettségi fokú meggy minták (Budaörsön termesztett P-141 fajta) transzmissziós OD spektrumai. A diafragma átmérője 13 mm. A megvilágítás a gyümölcs tengelyével párhuzamos A spektrumok alakja azt mutatja, hogy nemcsak az ordináta irányában vannak eltérések (OD), hanem az abszcissza irányában is (λ); pl. a 4. ábrán ahogy az érettség változott, a maximumok eltolódtak a nagyobb hullámhosszak felé. Ugyanazokkal a gyümölcsmintákkal végzett ismételt vizsgálatok igazolták, hogy az OD spektrumok megismételhetősége akkor a legjobb, ha a gyümölcs tengelye a fénysugárral párhuzamos; a tengely körüli elfordulás szinte egyáltalán nem befolyásolta a spektrumokat. Mindenesetre az OD spektrumok reprodukálhatóságának meghatározása nagyon nehéz, hiszen a hullámhosszaktól, OD értékektől és néhány további tényezőtől is függ. Mindamellett elmondható, hogy az egész alkalmazott hullámhossztartományban a maximális szórás kevesebb, mint 0,5 OD volt egy az OD spektrális vizsgálatok céljából ismételten a készülékbe helyezett meggy minta esetén. A kutatási összetételelemző készülék minden egyes gyümölcsfaj mintájának különböző hullámhosszaknál mért

6 80 KAFFKA & CZABAFFY: QUALITY.AND OPTJCAL TRANSMITTAKCE OF STOKE FRUITS i 90'/. Sour-cherry P-141 I O O I I,,, " ;\(nm) 3.ábra: 70, 80 és 90 % os érettségi fokú meggy minták relatív transzmissziós OD spektrumai a 60 % os érettségi fokú minta spektrumaihoz viszonyítva (Budaörsön termesztett P-141 fajta) Apricot M-L r -----, ,---, A.(nm) 4. ábra: 60, 80 és 100 % - os érettségi fokú kajszibarack minták (Budaörsön termesztett M-L fajta) transzmissziós OD spektrumai. A diafragma átmérője 35 mm. A megvilágítás a gyümölcs tengelyével párhuzamos OD spektrális értékei és a GYDKI-ból kapott minőségi paraméterek között a következő két egyenlet formájában keresett korrelációt: (1) ahol Q 1 és Q 2 minőségi paraméterek, k 0,...,k 4 együtthatók (ill. konstansok), λ 1,...,λ 4 jellemző hullámhosszak. Az érettségre utaló jellemző hullámhossz keresése során a készülék meghatározta a gyümölcsminták érettségi százaléka és a vizsgált (2)

7 KAFFKA & CZABAFFY: QUALITY AND OPTICAL TRANSMITTANCE OF STONE FRUITS Apricot M-L o O A.(n m) 5. ábra: 70, 80 és 90 % os érettségi fokú kajszibarack minták relatív transzmissziós OD spektrumai a 60 % os érettségi fokú minta spektrumaihoz viszonyítva (Budaörsön termesztett M-L fajta) Plum B-K 6. ábra: 80, 90 és 100 % - os érettségi fokú szilva minták (Zsámbékon termesztett B-K fajta) transzmissziós OD spektrumai. A diafragma átmérője 20 mm. A megvilágítás a gyümölcs tengelyével párhuzamos hullámhossztartományban 0,5 nm-es lépésenként mért OD értékei kö zötti korrelációt. Ezután a műszer a korrelációs együtthatókat a hullámhossz függvényében ábrázolta, ahogy ez a 7. ábrán a meggy esetében látható. A készülék ezután hasonló módon meghatározta a második jellemző hullámhosszat is, az elsőt rögzítettnek tekintve. A további minőségi paraméterek, úgy mint szárazanyagtartalom, savtartalom, refrakció mérésére használható jellemző hullámhosszpárokat ugyanezzel a módszerrel határoztuk meg. Az 1. táblázatban összefoglaltuk a P-141 es meggyfajtára jellemző hullámhosszpárokat, a regressziós egyenletek együtthatóit, az ezekkel a regressziós egyenletekkel kiszámított minőségi paraméter értékek szórását és a többtényezős korrelációs együtthatókat. 6

8 82 KAFFKA & CZABAFFY: QUALITY AND OPTICAL TRANSMITTANCE OF STONE FRUITS Sour-cherry P ábra: A meggy (Budaörsön termesztett P-141 fajta) érettsége és a különböző adott hullámhosszaknál mért vonatkozó OD értékek közötti kapcsolatot leíró korrelációs együtthatók spektruma 1. táblázat: A meggy ( P-141 fajta) minőségi paraméterei és a két jellemző hullámhosszon mért OD értékek közötti korreláció Érettség Szárazanyag tartalom Savtartalom Refrakció Érettség Szárazanyag tartalom Savtartalom Refrakció A csillaggal (*) jelölt adatok pontatlanul meghatározott hullámhosszakat jelölnek (itt a korrelációs együtthatók spektrumai laposak), ami azt jelenti, hogy hasonló eredményeket kaptunk más hullámhosszaknál mért OD értékek felhasználásával is. Az érettség mértékegysége a teljes érettség százaléka. A szárazanyag- és a savtartalom mértékegysége tömeg %. A cukortartalmat refraktometriásan mértük. A szórásokat ugyanezekben a mértékegységekben fejeztük ki.

9 KAFFKA & CZABAFFY: QUALITY AND OPTICAL TRANSMITTANCE OF STONE FRUITS 83 A 2. táblázatban a 60 meggymintának a GYDKI képzett szakértője által érzékszervileg becsült érettségi értékei és a vonatkozó, az (1)-es alakú regressziós egyenlet alapján kapott értékei, továbbá ezek különbsége van felsorolva. 2. Táblázat A 60 meggyminta érzékszervileg becsült, ill. OD mérések alapján meghatározott érettségi százalékának részletes listája Érettségi százalék minta becsült, meghatározott, különbség No, minta becsült, meghatározott, különbség No, 6* Acta Alimlmtaria 10, 1981

10 84 KAFFKA & CZABAFFY: QUALITY AKD OPTICAL TRANSMITTAKCE OF STONE FRUITS 3. Következtetések Előzetes vizsgálataink, melyeket a négy csonthéjas gyümölcsfajon, a cseresznyén, a meggyen, a kajszibarackon és a szilván végeztünk, megerősítették azt a szakirodalomból jólismert megállapítást, miszerint a gyümölcsök érettsége a transzmissziós spektrum két jellemző hullámhosszánál mért OD értékek alapján meghatározható. Az 1. táblázát adatainak elemzése alapján arra jutottunk, hogy a csonthéjas gyümölcsök minőségi jellemzőinek az OD értékek mérése alapján történő meghatározása esetén a regressziós egyenlet két alakja gyakorlatilag ugyanazt az eredményt adja. Ahogy az az 1. táblázatban látható, a különböző minőségi paraméterek meghatározására használható hullámhosszpárok igen közel esnek egymáshoz. Minden egyes hullámhosszpár két hullámhossza közül az egyiknél mért OD értékeket az antociántartalom nagyban befolyásolja. Az érettség meghatározása során kaptuk a legjobb korrelációs együtthatókat. Következésképpen az érettség (amely jól korrelál az antociántartalommal) az, ami az antociántartalom alapján van meghatározva, míg a másik három minőségi paraméter amelyek természetesen nem függetlenek az érettségtől meghatározása indirekt, és emiatt esetleges is lehet. KIROSHIEV tanulmányaiban hasonló jellemző hullámhosszakat talált szilvára és kajszibarackra vonatkozólag, viszont a vizsgált fajták az itt leírt fajtáktól eltérőek voltak. Cseresznyéről és meggyről szóló beszámolót eddig nem találtunk a szakirodalomban. A szerzők ezúton szeretnének köszönetet mondani a budapesti Gyümölcs- és Dísznövénytermesztési Kutatóintézet senior tudósainak, Dr. KEMENES Magdának és Dr. KOLLÁR Gábornak, akik a kutatásokat elindították, továbbá a vizsgálati projekt kidolgozásában értékes segítséget nyújtottak, ezenkívül ők látták el a szerzőket a reprezentatív gyümölcsmintákkal, melyeken a megfelelő minőségi paramétereket feltüntették, valamint konzultáció lehetőségét is biztosították számunkra a mérések és a kiértékelés során egyaránt. Köszönet illeti ASCHENBRENNER Katalint és NÁDASI Magdát a mérések végrehajtása és az adatfeldolgozás során nyújtott lelkiismeretes technikai segítségükért. Irodalom CHEN, P. & NATTUVETTY, V. R. (1977): Light transmittance through a region of.an intact fruit. ASAE paper, No BIRTH, G. S. & OLSEN, K. L. (1964): Non-destructive detection of water core in Deliciaus apples. Prae. Am. Sac. Horti. Sci., 85, BIT'TNER, D. R. & NORRIS, K. H. (1968): Opticai properties ofselected fruits vs. maturity. Trans. Am. Sac. agric. Engrs, 11, KRIVOSHIEV, G. P. (1974): Automatisches Farbsortieren von Tomatenfruchten. Confructa,. 19, KRIVOSHIEV, G. P., CHALUKOVA, R., SLAVCHEV, V., PENCHEV, E. & VATEV, P. (1977): Gyümölcsök és zöldségfélék automatikus osztályozása szín és érettség alapján Bulgáriában. (Automatic sorting of fmite and vegetables on the basis of colour and ripeness in Bulgaria.) Konzerv Paprikaipar, (4),

11 KAFFKA &. CZABAFFY: QUALITY AND OPTICAL TRANSMTTANCE OF STONE FRUITS 85 MASSIE, D. R. & NORRIS, K. H. (1971): A high intensity spectrophotometer interfaced with a computer for food quality measurements. ASAE paper, No MCCLURE, W. F., RORBACH, R. P., KUSHMAN, L. J. & BALLINGER, 'V. E. (1975): Design of a high-speed fiber optic blueberry sorter. Trans. Am. Sac. agric. Engrs, 18, SIDWELL, A. P., BIRTH, G. 8., ERNEST, J. V. & GOLUMBIC, C. (1961): The use of light transmittance techniques to estimate the chlorophyll content and stage of matu ration of Elberta peaches. Fd Technol., 1.5, WANG, C. Y. & WORTHINGTON, J. T. (1979): A non-destructive method for measuring ripeness and detecting core breakdown in Bartlett pears. J. Am. Sac. Hortic. Sci., 104, WATADA, A. E., NORRIS, K. H., WORTHINGTON, J. T. & MASSIE, D. R. (1976): Estima tion of chlorophyu and carotenoid contents of whole tomato by light absorbance technique. J. Fd Sci., 41, WORTHINGTON, J. T., ZWETT, T. & KElL, H. L. (1977): Reflectance and light transmit tance technique for measuring maturity and ripening of Eldorado and Bartlett pears. Acta Hortic., 69, A szerzők címe: Dr. Károlv J. KAFFKA Mr. András CZABAFFY Központi Élelmiszerkutató Intézet H-I022 Budapest, Herman Ottó út 15. Hungary