RESEARCH PAPER
The cracking mechanisms of the legume seeds
 
More details
Hide details
1
Instytut Agrofizyki PAN, ul. Doświadczalna 4, 20-290 Lublin 27
Publication date: 2020-04-30
 
Acta Agroph. 1998, (13), 3–96
KEYWORDS
ABSTRACT
The seed quality is greatly affected by methods of harvesting and handling. In these operations, seeds are subjected repeatedly to many impacts on metal surfaces and against other seeds. The mechanical properties at different moisture content of cotyledon and seedcoat are needed and should be clearly understood before determining cracking mechanism. However, in the study of stress cracking, there is additional need, specially in the legume seed industry, to find the optimum combination of drying parameters which will minimize seedcoat damage. The major problem in the drying of legume seeds with heated air is the splitting of the seedcoat affected by the temperature and moisture. In this study, the change of shape as well as the characteristic geometrical values of seed and seedcoat at various moisture contents, during seed swelling and drying were determined. More distinctly effects of moisture content on seed dimensions were observed in the initial phase of swelling. Further seed's filling, leads to the seedcoat tensioning till its disruption. A preliminary study was conducted to establish the time required for strain of seedcoat after being dried to final moisture content. The second series of drying tests was conducted to evaluate the effect of drying parameters on the stress and strain development of the seedcoat. The resistance of seedcoat to tension was studied for all seeds at wide range of moisture. The shrinkage of the seedcoat during drying achieved value more than 26 % for all seeds. The air temperature seems to be the most influential factor affecting the shrinkage and split of seedcoat. Resuming, the measuring of geometrical changes of seed and seedcoat during swelling and drying shoved that decrease of moisture content involves shrinkage and leads to its stress. The results obtained in all experiments concerning with strength of seedcoat proved that frequently the stress was higher than strength of seedcoat. Probably, it is one of the most important reason of the seedcoat cracking during drying. The rapid decrease of air temperature during drying and the values of shrinkage stress higher than strength of the seedcoat is the most important reason of the seedcoat cracking during drying. The additional shrinkage of seedcoat, clarifies the origin of the cracking after disconnection of the heating set in dryers, observed in practice. On the other hand, the seed strain (under 30%) leads shape deformation without stress in the coat. However, for large deformation of non-elastic wet seeds mechanical strength is mainly connected with the resistance of seedcoat to tension.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Mechanizmy powstawania uszkodzeń nasion roślin strączkowych
nasiona roślin strączkowych, łupina, pękanie, suszenie, deformacja, szczep, stres
Rośliny strączkowe uprawiane są od kilku tysięcy lat na różnych kontynentach kuli ziemskiej. Do najbardziej rozpowszechnionych należą: fasola (Phaseolus vulgaris), soja (Glycina max.), groch (Pisum sativum) i w mniejszym stopniu bób (Vicia faba), czy soczewica (Lens esculenta). W żywieniu ludności stosowane są potrawy z nasion świeżych jako warzywa bądź suchych poddanych obróbce termicznej. Spożycie potraw z roślin strączkowych w dużej mierze uzależnione jest od tradycji i zwyczajów żywieniowych. W Europie wysokie spożycie nasion roślin strączkowych obserwuje się wśród ludności krajów Bałkańskich, gdzie w Bułgarii kształtuje się na poziomie 5 kg rocznie na osobę, a w Turcji sięga nawet do 14 kg. W Polsce już w latach 1950-1960 spożycie roczne osiągało średnio wartości 3 do 4 kg rocznie na osobę. Skład chemiczny nasion roślin uprawnych zależy od gatunku i odmiany jak też od warunków uprawy, stadium dojrzałości a także długości okresu wegetacyjnego. Wśród wszystkich roślin uprawnych najwięcej białka zawierają suche nasiona roślin strączkowych (fasola – 17-32%, groch – 20-34%, soja – 27-40%). Dla porównania nasiona zbóż zawierają od 9 do 18% białka, a bulwy roślin okopowych zaledwie od l do 2% białka. Wskaźniki wykorzystania białka netto (NPU białka) ulegają podwyższeniu po poddaniu nasion obróbce termicznej (NPU białka soi –70.5%, NPU białka grochu żółtego – 61.9%, NPU białka grochu zielonego 64.5%, NPU białka fasoli – 56.2%, NPU białka roślin zbożowych – 35.0-40.0%). W przetwórstwie spożywczym i w przemyśle farmaceutycznym znaj duj ą zastosowanie określone formy preparatów białek roślinnych głównie soi w postaci mąki, kaszki, koncentratów i izolatów białkowych, białka uwłóknionego, ekstrudowanych wyrobów białkowych, analogów mięsa oraz preparatów dietetycznych. Soja dodatkowo zawiera około 20% tłuszczu, stąd nasiona tej rośliny znalazły zastosowanie w produkcji tłuszczu jadalnego. Pozostałe nasiona roślin strączkowych zawierają niewielką ilość tłuszczu w zakresie 1.4-1.6%. Węglowodany nasion występują w trzech formach: skrobi i związków polisacharydowych, monosacharydów i oligasacharydów. Zawartość skrobi w ziarnach fasoli, grochu, bobu wynosi ok. 40% podczas gdy w ziarnach soi nie ma skrobi. Nasiona roślin strączkowych są dobrym źródłem witamin z grupy B, jak witaminy B1-tiaminy, witaminy B2-ryboflawiny, witaminy B6-pirodoksyny oraz niacyny. Świeże nasiona są również źródłem β-karotenów i witaminy C. Reasumując, nasiona roślin strączkowych takich jak: fasola, soja, groch, soczewica, bób, bobik, stanowią jedno z głównych źródeł białka roślinnego w żywieniu człowieka i zwierząt. Wśród roślin warzywnych rośliny strączkowe zajmują ponad 1/3 ogólnej powierzchni upraw plantacji nasiennych w Polsce. Produkcja nasion roślin strączkowych w coraz większym stopniu jest zmechanizowana. Stosowany dawniej zbiór wieloetapowy został prawie całkowicie zastąpiony w pełni zmechanizowanym zbiorem kombajnowym w większości upraw nasiennych. Coraz częściej stosowane są również kombajny specjalistyczne przeznaczone do zbioru nasion tylko jednego gatunku. Nasiona podczas zbioru i omłotu poddawane są obciążeniom mechanicznym, a przekroczenie deformacji krytycznej wywołuje często powstawanie naprężeń niszczących. Okrywa nasion roślin strączkowych ulega uszkodzeniu również podczas suszenia nasion w nieodpowiednich warunkach. W przypadku eksportu wysokie normy sięgające często zaledwie 2-3% uszkodzeń dyskwalifikują całkowicie olbrzymie partie cennych nasion. Procent uszkodzonych nasion świadczy nie tylko o obniżeniu plonu globalnego i decyduje o klasyfikacji materiału nasiennego, ale również odpowiada za zdrowotność nasion a uszkodzenia okrywy nasiennej są główną przyczyną przedostawania i rozprzestrzeniania się chorób grzybowych. W trakcie zbioru nasiona poddawane są wielokrotnym obciążeniom, najczęściej podczas omłotu oraz przemieszczania w podajnikach ślimakowych. Nasiona roślin strączkowych narażone są na uszkodzenia; w szczególności na uszkodzenia okrywy, zarówno podczas zbioru jak również podczas ich suszenia. Uszkodzenia powstają w wyniku naprężeń wywołanych mechanicznymi obciążeniami lub zmianą wilgotności czy temperatury. Overhults i inni zaobserwowali, że głównym problemem podczas suszenia nasion soi jest występowanie nasion o pękniętej okrywie. Przyczyny powstawania pęknięć tłumaczą gwałtownymi spadkami wilgotności podczas suszenia powietrzem o wysokiej temperaturze. W dotychczasowych badaniach nasion roślin strączkowych oprócz autora, Liu i inni, Mensah i inni, Misra i inni , Palusen i inni oraz White i inni zajmowali się problemem uszkodzeń okrywy, lecz prace te prezentowane w czasopismach amerykańskich takich jak Transaction of the ASAE, dotyczyły głównie soi - rośliny ważnej dla rynku Ameryki. Wcześniejsze prace dotyczące opisu zachowania nasion o kształcie kulistym, jakimi są nasiona grochu i rzepaku pozwoliły na wyznaczenie naprężeń powstających w okrywie podczas ściskania całych nasion. Zaobserwowano również, że zmiana kształtu nasion soi może wywoływać naprężenia w okrywie, a wytrzymałość okrywy może istotnie wpływać na wytrzymałość całych nasion grochu. Stworzyło to podstawę do opracowania metod określania przyczyn powstawania uszkodzeń nasion roślin strączkowych. Prawidłowa ocena przyczyn powstawania uszkodzeń nasion roślin strączkowych wymaga poznania właściwości fizycznych nasion i ich okrywy w szerokim zakresie zmian wilgotności. W pierwszym rzędzie najistotniejsze wydaje się sprawdzenie zachowania się nasion w warunkach obciążeń mechanicznych dla odmian polskich będących w Rejestrze Odmian,, tak aby uzyskane informacje mogły służyć hodowcom w doborze nowych odmian przydatnych do mechanicznego zbioru. Poznanie mechanizmów powstawania uszkodzeń nasion roślin strączkowych może poważnie ograniczyć straty materiału nasiennego, poprawić jego jakość, zależną często od metod zbioru i dalszej obróbki, co powinno wpłynąć na ich wartość handlową, a niejednokrotnie ratować cenne partie nasion przed ich dyskwalifikacją jako materiału siewnego.
eISSN:2300-6730
ISSN:1234-4125