CC BY
2УДК 636.086.1.67
Гамага В. В., Родионов С. Н., Юдаев И. В., Родионова С. А.
Gamaga V. V., Rodionov S. N., Yudaev I. V., Rodionova S. A.
О ПОВЕДЕНИИ ИОНОВ МАГНИЯ В СМОЧЕННОМ БИШОФИТОМ ЗЕРНЕ ПРИ ЕГО ЭЛЕКТРООБРАБОТКЕ
ABOUT THE BEHAVIOR OF MAGNESIUM IONS IN BISHOFIT MOISTENED GRAIN DURING ITS ELECTROPROCESSING
В настоящее время одним из перспективных методов предкормовой подготовки к скармливанию растительного сырья, в том числе и фуражного зерна, является обработка исходного материала разнообразными электрофизическими способами.
При этом сталкиваются с необходимостью снизить высокое сопротивление обрабатываемой зерновой массы, что с успехом осуществляется за счет ее предварительного смачивания.
Одним из перспективных вариантов является применение для этих целей раствора бишофита, который параллельно является минеральной добавкой в рационах животных.
Понимание механизмов, происходящих в обрабатываемом материале, и исследование процессов взаимодействия растительного сырья с компонентами используемых растворов может дать возможность планировать заранее прогнозируемый результат - улучшить усвояемость корма или повысить его питательность.
С этой целью была предпринята попытка выяснить, проникают ли ионы магния, находящиеся в растворе би-шофита, в эндосперм зерна путем прямой диффузии при воздействии на обрабатываемый материал импульсным высоковольтным напряжением.
Исследования проводились с растительным сырьем (зерна пшеницы, ячменя, овса), смоченным раствором бишофита, с массовой долей растворенного вещества 2 %, 4 %,10 %, как без обработки, так и в сочетании с импульсным воздействием высоким напряжением.
Анализ результатов экспериментальных данных показал, что принципиальной разницы между данными по количеству магния в эндосперме, плодовых и семенных оболочках зерна, обработанного раствором бишофита, и зерна, обработанного раствором бишофита и высоковольтными импульсами напряжения, не наблюдается.
Следовательно, обработка зерна импульсным напряжением с удельной энергией обработки 65,1 кДж/кг не способствует проникновению магния в эндосперм зерна (пшеницы, ячменя, овса). Весь магний остается на плодовых оболочках зерна.
Поэтому для понимания механизма внутренних изменений, происходящих в зерне, необходимо проведение исследований по изучению конкретного отдельного влияния электрообработки на внутреннюю структуру материала.
Ключевые слова: импульсные высоковольтные воздействия, зерно, магний, бишофит, семенные оболочки, эндосперм.
Currently, one of the promising methods of preparation before feeding to plant material feeding, including feed grains, is the treatment of a source material variety by electrophysical methods.
At the same time there is need to reduce the treated grain mass high resistance, that is successfully carried out due to its pre-wetting.
One of the promising options is to use for these purposes bischofite solution that is simultaneously a mineral additive in animal rations
Understanding of the mechanisms that takes place in the treated material and study of the vegetable raw materials interaction with the used solutions components, may give an opportunity to plan in advance the predicted result - that is to improve the feed digestibility or improve its nutritional value.
For this purpose, there was carried out an attempt to find out whether magnesium ions penetrate in the bishofit solution into grain endosperm by direct diffusion, while exposed material being processed with pulsed high voltage.
The studies were conducted with vegetable raw materials (wheat, barley, oats) moistened with a bischofite solution, with a mass fraction of solute of 2 %, 4 %, 10 %, both without treatment, and in combination with the high-voltage pulse impact.
The experimental data analysis showed that there is not observed the fundamental difference between the data on the magnesium amount in the endosperm, grain fruit and seed coats treated with a bischofite solution and grain treated with a bischofite solution and high-voltage pulse.
Therefore, the pulse voltage grain processing with a specific energy of 65,1 kJ/kg does not promote the magnesium penetration into the grain endosperm (wheat, barley, oats). All magnesium remains on the grain fruit shells.
Therefore, to understand the mechanism of internal grain changes it is necessary to carry out studies on specific individual electroprocessing influence on the internal material structure.
Key words: pulsed high voltage impact, grain, magnesium, bischofite, seed shell, the endosperm.
Гамага Варвара Валерьевна -
кандидат биологических наук, доцент кафедры экологии и наук о Земле Московский государственный гуманитарный университет им. М. А. Шолохова г. Москва
Тел.: 8(925) 208-99-75 E-mail: harrissa2000@mail.ru
Родионов Сергей Николаевич -
кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник лаборатории «Анализ кормов и продукции животноводства»
Gamaga Varvara Valeryevna -
Ph.D in Biological Sciences,
associated professor of Ecology and earth sciences department
Sholokhov Moscow State University for the Humanities Moscow
Tel.: 8(925) 208-99-75 E-mail: harrissa2000@mail.ru
Rodionov Sergei Nikolaevich -
Ph.D in of Agricultural Sciences, senior researcher of Analysis of feed and livestock products laboratory
16
,,„ „„„„, Jj Ставрополья
научно-практическии журнал
Волгоградский государственный аграрный университет
г. Волгоград
Тел.: 8(927) 520-30-19
E-mail: rodion_68@mail.ru
Юдаев Игорь Викторович -
доктор технических наук, профессор кафедры
«Энергетика», заместитель директора по научной
работе Азово-Черноморского инженерного института
Донской государственный аграрный университет
г. Зерноград
Тел.: 8 (86359) 41-1-61
E-mail: etsh1965@mail.ru
Родионова Светлана Анатольевна -
специалист по учебной работе инженерно-технологического факультета
Волгоградский государственный аграрный университет г. Волгоград Тел.: 8(909) 389-31-93 E-mail: rodionova-s-@mail.ru
Volgograd State Agrarian University Volgograd, Russia Tel.: 8 (927) 520-30-19 E-mail: rodion_68@mail.ru
Yudaev Igor Viktorovich -
Doctor in Technical Sciences, professor of Energy department, Azov-Black Sea Engineering Institute Don State Agrarian University Zernograd
Tel.: 8(86359) 41-1-61 Е-mail: etsh1965@mail.ru
Rodionova Svetlana Anatolyevna -
academic affairs specialist of the Engineering and technology faculty Volgograd State Agrarian University Volgograd
Tel: 8 (909) 389-31-93 E-mail: rodionova-s-@mail.ru
Для лучшего и полного поедания животными, а также достижения эффекта максимальной усвояемостиими комбикормов особое значение имеет разработка новых и совершенствование имеющихся способов предкормовой обработки входящих в состав комбикормовых смесей компонентов, как например, фуражного зерна. Одним из технологически эффективных и перспективных способов, используемых при производстве кормов, а также подготовке последних к скармливанию или кон-сервированиипри длительном хранении в настоящее время считается применение электрической энергии для обработки, как исходного первичного сырья, так и уже готового продукта [1, 3, 4, 5, 6].
Проведенные лабораторные исследования и эксперименты в условиях ведения промышленного птицеводства по изучению влияния предкормовой электрообработки зерна смоченного бишофитом на откорм и выращивание цыплят-бройлеров и перепелов позволили получить положительные результаты, как по привесу птицы, так и по сокращению сроков ее откорма[4]. Применение бишофита в данном случае позволяет снизить общее электрическое сопротивление обрабатываемой зерновой массы и вместе с этим улучшить рацион животных за счет использования минеральной добавки природного происхождения. Вместе с тем достигнутый эффект без осмысления и понимания механизма протекающих внутренних процессов в обрабатываемом материале (зерне), не позволяет заранее прогнозироватьположительные результаты. Поэтому одной из задач исследований было определено изучение и оценка взаимодействия элементов внутренней структуры зерна и ионов, находящихся в растворе бишо-фита как под действием факторов электромагнитной природы, так и без них.
Растительное сырье является гетерогенной средой, которая обладает неоднородностями по структуре и плотности тканей, поэтому у исследователей и возникает необходимость из-
учения вопроса обизменении химического состава различных тканей разнообразных видов зерна (пшеницы, ячменя, овса) при смачивании его раствором бишофита и обработке импульсным высоким напряжением. Взяв за основу постулат, что изменение химического состава разных тканей зерна обусловлено электрохимическими свойствами хлорида магния, являющимся основным компонентом бишофита, а это почти 96 % его массовой доли, было принято решениеизучить и экспериментально проверить некоторые предположения.
Целью проведенных исследований являлось изучение следующих положений:
1. Определить проникают ли ионы магния раствора бишофитапод плодовые и семенные оболочки у различных видов зерна (ячменя, пшеницы, овса) путем прямой диффузии.
2. Определить проникают ли ионы магния под плодовые и семенные оболочки зерна (ячменя, пшеницы, овса) при обработ-кеих импульсными электрическимивоз-действиями.
Методика исследований. Наличиемагни-яи оценкаего количества в разных тканях различного вида зерна (ячменя, пшеницы, овса) определялось методом капиллярного электрофореза с использованием лабораторно-исследовательской системы «Капель 105» по методике измерения массовой доли катионов в кормах, комбикормах и растительном сырье,используемом для их производства (М-65-2010), разработчиком которой является ООО «ЛЮМЭКС» (г. Санкт-Петербург). Все исследования проводились в троекратной по-вторности.
Результаты исследования и обсуждения.
Эксперимент проводился в несколько этапов. Для определения количества магния в разных тканях необработанного зерна (пшеницы, ячменя, овса) из одинаковых его партиймассой по 100 грамм были отобраны порции по 10 зерен.
Препаравальными иглами, которые были предварительно заточены специальным обра-
зом, отделялись плодовые оболочки и семенные пленки с зерен. Плодовые оболочки, семенные пленки и эндосперм с зародышем зерна (пшеницы, ячменя, овса) отдельно исследовались на количество катионов магния. Результаты проведенных исследований представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Массовая доля магния(%) в эндосперме и зародыше, в плодовых и семенных оболочках зерна (пшеницы, ячменя, овса) без обработки
Вид зерна КатионМд
Зерно ячменя (эндосперм+зародыш) 0,150
Зерно пшеницы (эндосперм+зародыш) 0,150
Зерно овса (эндосперм+зародыш) 0,210
Зерно ячменя (плодовые и семенные оболочки) 0,650
Зерно пшеницы (плодовые и семенные оболочки) 0,390
Зерно овса (плодовые и семенные оболочки) 0,380
источника высокого постоянного напряжения-использовали промышленно выпускаемый аппарат СКАТ-70. Формирующий импульсное напряжение блок был разработан и изготовлен по типовой схеме генератора импульсного напряжения с возможностью управлять числом воздействующих импульсов, как в ручном, так и в автоматическом режимах. Энергия обработки определялась количеством импульсов, воздействующих на массу зерна, а энергия единичного импульса регулировалась за счет изменения напряжения зарядки конденсатора разрядного контура. Зерно (пшеницы, ячменя, овса) обрабатывалось контактным способомза счет воздействия на него импульсным высоким напряжением с общей удельной энергией обработки 65,1 кДж/кг. После обработки зерно исследовалось по ранее описанной методике.
Таблица 2 - Массовая доля магния(%) в эндосперме и зародыше, плодовых
и семенных оболочках зерна (ячмень, овес, пшеница) смоченного раствором бишофитаразной концентрацией
На следующем этапе изучения, отобранное зерно (пшеницы, ячменя, овса) массой 100 г смачивалось раствором бишофитаразличной концентрации 2 %,4 %, 10 % при комнатной температуре (21 °С). При смачивании зерна раствор бишофита окрашивался в зеленый цвет, причем визуально его окраска становилась менее интенсивной с увеличением концентрации раствора. Предположительно из исследуемого зерна переходили в раствор какие-то пигменты. Далее зерно в естественных условиях лабораторного помещениявысушивалось сутки при комнатной температуре (21 °С), после чего оно досушивалось в сушильном шкафу, но уже при температуре 60 °С до постоянной массы зерна. Плодовые оболочки и семенные пленки отделялись от эндосперма (пшеницы, ячменя, овса) и отдельно друг от друга исследовались на наличие катионов магнияи их количество. Результаты исследований представлены в таблице 2.
На третьем этапе исследований зерна (пшеницы, ячменя, овса) помещали для электрообработки в рабочую ячейку, изготовленную в форме параллелепипеда из электроизоляционного материала, в верхней и нижней части которой размещались электроды из нержавеющей стали марки типа Х18Н10Т. Зерновую массу перед обработкой смешивали в заданной пропорции с раствором бишофитас концентрациями 2 %,4 %,10 % при комнатной температуре (21 °С) и помещали в рабочую ячейку. На неподвижный нижний, с размещенной на нем зерновой массой, и регулируемый по высоте верхний электроды подавали высоковольтное импульсное напряжение с разрядного контура генератора импульсного напряжения. В качестве
Вид зерна Раствор бишофита
2 % 4 % 10 %
ячмень (эндосперм+зародыш) 0,250 0,240 0,260
овес (эндосперм+зародыш) 0,260 0,270 0,310
пшеница (эндосперм+зародыш) 0,150 0,260 0,250
ячмень (плодовые и семенные оболочки) 1,450 2,000 3,570
овес (плодовые и семенные оболочки) 1,000 1,880 2,390
пшеница(плодовые и семенные оболочки) 1,320 1,770 3,200
В процессе проведения опытов по электроимпульсной обработке зерна (пшеницы, ячменя, овса) главным задаваемым параметром являлась удельная энергия обработки. Во время исследований давление между электродами рабочей ячейки на зерновую массу поддерживалось постоянным. Изменение температуры после электрообработки фуражного зерна фиксировалось при помощи термометра и изменялось незначительно в пределах М = 0-12 °С. Результаты проведенных исследований представлены в таблице 3.
Растительное сырье является гетерогенной средой, обладающей неоднородностями по внутренней структуре и плотности тканей, а также содержанию растворимых веществ и состоянию их диссоциации [2].
Наружные покровы зерна -плодовые и семенные оболочки - состоят из клетчатки с геми-целлюлозами, образуемыми главным образом за счет комбинации с лигнином и минеральными солями. Плодовые оболочки, образовав-
18
,,„ „„„„, Jj Ставрополья
научно-практическии журнал
Таблица 3 - Массовая доля магния (%) в эндосперме и зародыше, плодовых и семенных оболочках зерна (ячмень, овес, пшеница) смоченного раствором бишофитапри разных концентрациях и обработанного импульсным напряжением с удельной энергией обработки
65,1 кДж/кг
Вид зерна 2 % Раствор бишофита + высоковольтный импульс 4 % Раствор бишофита +высоко-вольтный импульс 10 % Раствор би-шофита +высоко-вольтный импульс
ячмень (эндосперм+зародыш) 0,345 0,275 0,360
овес (эндосперм+зародыш) 0,445 0,365 0,540
пшеница (эндосперм+зародыш) 0,225 0,450 0,395
ячмень (плодовые и семенные оболочки) 1,660 2,375 3,300
овес (плодовые и семенные оболочки) 1,150 2,100 4,250
пшеница (плодовые и семенные оболочки) 1,650 1,650 4,500
шиеся из стенок завязи, состоят из нескольких слоев клеток. Подплодовыми лежат семенные оболочки. В состав плодовых и семенных оболочек входят 3,5-4,5 % минеральных веществ (золы). Под плодовыми и семенными оболочками лежит алейроновый слой, который по химическому составу и строению клеток отличается как от оболочек, так и от эндосперма. Клетки алейронового слоя по мере приближения к зародышу уменьшаются и затем исчезают, так что зародыш покрыт только плодовыми оболочками. Зольность алейронового слоя колеблется от 8 до 11 %,он легко поглощает воду из окружающей среды, но задерживает соли. Химический состав эндосперма отличается от состава всех других частей зерна, при этом характерным является малое содержание в нем золы (0,3-0,5 %) [2].
При смачивании зерна (пшеницы, ячменя, овса) раствором бишофита с разной концентрацией (2 %,4 %,10 %) количество магния в эндосперме зерна осталось неизменным. Количество магния в наружных покровах зерна, смоченных раствором бишофита с разной концентрацией(2 %,4 %,10 %) изменилось по сравнению с необработанным зерном, пропорционально возрастанию концентрации рас-творабишофита, которым смачивали зерно. Следовательно, ионы магния из наружных покровов зерна не проникают в его эндосперм путем прямой диффузии и остаются на плодовых оболочках зерна.
При обработкезерна, смоченного раствором бишофитас разными концентрациями, импульсным высоким напряжением с общей
удельной энергией обработки 65,1 кДж/кг количество магния в эндосперме зерна также оста-лосьпрактически неизменным по сравнению с необработанным зерном.
На плодовых оболочках зерна, обработанного импульсным напряжением, количество магния возрастает с увеличением концентрации раствора бишофита, которым смачивали зерно.
Принципиальной разницы между данными (эндосперм, плодовые и семенные оболочки) по зерну, обработанному раствором бишофита и зерну, обработанному раствором бишофита и импульсным высоким напряжением, не наблюдалось. Следовательно, обработка зерна электрическими импульсами током с удельной энергией обработки 65,1 кДж/кг не способствует проникновению магния в эндосперм зерна (пшеницы, ячменя, овса). Весь магний остается на плодовых оболочках зерна.
Поэтому для понимания механизма внутренних изменений, происходящих в зерне, необходимо проведение исследований по изучению конкретного отдельного влияния электрообработки на внутреннюю структуру материала.
Но при этом примечателен тот факт, что через 1,5 года хранения было обнаружено, что образцы, смоченные бишофитом и обработанные импульсным напряжением, не были поражены амбарным долгоносиком, в отличииот образцов, не обработанных и только смоченныхби-шофитом. Что подтверждает тезис о возможности использования электрической энергии для обработки растительных материалов с целью борьбы с амбарными вредителями при длительном хранении корма и сырья для него.
Литература
1. Баран А. Н. Технологическое действие электрического тока и оптимизация его параметров при обработке соломы в щелочных средах: автореф. дис. ... канд. техн. наук. М. : ВИЭСХ, 1984. 24 с.
2. Казаков Е. Д. Биохимия зерна и хлебопродуктов: учебное пособие для вузов. Изд. 3-е перераб. и доп. СПб. : ГИОРД, 2005. 512 с.
References
1. Baran A. N. Technological processes of electric current and optimization of its parameters in the straw processing in alkaline media: author. dis ... cand. tehn. science. M. : VIESH,1984. 24 p.
2. Kazakov E. D. Biochemistry of grain and bread: a manual for schools; univ. 3rd revised and enlarged. S-Pb. : GIORD, 2005. 512 p.
3. Кардашов П. В., Лицкевич Е. И. Основы механизма электрообработки фуражного зерна // Материалы международной научно-технической конференции, посвященной 50-летию агроэнергетическо-го факультета БГАТУ, 22-23 ноября 2007 г. Минск / ред. М. А. Прищепов [и др.]. Минск, 2007. С. 235-237.
4. Кардашов П. В., Николаенок М. М., Пашин-ский В. А. Электрообработка повышает переваримость корма // Сельский механизатор. 2008. № 10. С. 38-39.
5. Корко В. С. Разработка электрогидротер-мического способа обработки фуражного зерна: автореф. дис. ... канд. техн. наук. М. : ВИЭСХ, 1984. 24 с.
6. Родионов С. Н. Повышение эффективности кормления цыплят-бройлеров при использовании кормов, обработанных электрофизическими методами: автореф. дис. ... канд. с.-х. наук. Волгоград, 2011. 21 с.
3. Kardashov P. V., Litskevich E. I. Fundamentals mechanism of feed grain electroprocessing // Proceedings of the International Scientific Conference dedicated to the 50th anniversary of the agrifuelsfaculty of BSATU, November 22-23, 2007, Minsk / Ed. M. A. Prish-chepov [et al.]. Minsk, 2007. P. 235-237.
4. Kardashov P. V., Nikolaenok M. M., Pashin-sky V. A. Electric treatment increases digestibility // Rural mechanic. 2008. № 10. P. 38-39.
5. Korko V. S. The development of method of feed grain hydro-electric thermal processing: author. dis ... cand. tehn. science. M. : VIESH, 1984. 24 p.
6. Rodionov S. N. The improving of broiler chickens feeding efficiency using feed treated with electro methods: author. dis ... cand. agricultural. Volgograd, 2011. 21 p.
