CC BY
30
УДК 632.914
Определение зараженности зерна методом
удаленного мониторинга
Г. А. Закладной, д-р биол. наук, профессор, Ю. Ф. Марков, канд. техн. наук, А. Л. Догадин Всероссийский научно-исследовательский институт зерна и продуктов его переработки
Хлеб, макаронные изделия, крупы - продукция переработки зерна. Их безопасность и качество напрямую связаны с зерном. Насекомые и плесневые грибы - враги хранящегося зерна [1-3]. Большинство насекомых устремляются в верхний слой зерновой насыпи [4-6]. Теплый влажный воздух, образующийся при плесневе-нии и самосогревании зерновой массы, также поднимается в верхние ее слои.
В металлических силосах ночью, когда температура воздуха опускается к нулевым отметкам, быстро охлаждаются крыша и верхние участки стен. Во время вентилирования зерна с целью его охлаждения влага поднимающегося из зерна теплого воздуха конденсируется на холодном металле и стекает на зерно. Поэтому при мониторинге особое внимание надо уделять верхнему, наиболее критичному участку насыпи зерна.
ГОСТ 13586.6-93 [7] предусматривает определение зараженности вредителями в средней пробе зерна. Для ее отбора в складах насыпь зерна условно разбивают на секции по 200 м2. В каждой секции выемки отбирают с помощью зернового щупа.
В силосах железобетонных элеваторов могут быть два варианта определения состояния зерна.
После полной загрузки зерном сначала с помощью зернового щупа отбирают из верхнего слоя 1 кг зерна. Затем перекачивают 10 т зерна и от струи берут еще 1 кг. Обе пробы объединяют в среднюю пробу (2 кг). Если силос загружен зерном не полностью, перекачивают 20 т зерна и среднюю пробу (2 кг) отбирают из струи зерна.
В металлических силосах согласно Инструкции по хранению зерна, маслосемян, муки и крупы № 9-7-88 «отбор проб ... проводится из верхнего слоя насыпи (при на-
личии лазового люка и внутренней лестницы с соблюдением правил техники безопасности), из нижних воронок, при перемещении части зерна в свободный силос».
Стоит обратить внимание, что при отборе средней пробы в перемещаемые 20 т зерна зачастую не попадает верхний, наиболее проблематичный слой зерна, в связи с чем нет истинной картины опасного состояния партии зерна.
Инструкция № 9-7-88 требует проводить проверку зерна на зараженность вредителями при температуре 5 °С и ниже 1 раз в месяц, при температуре выше 5 °С - 2 раза в месяц.
По оценкам Сибирского филиала ВНИИЗ [8, 9] отбор проб для одного анализа в одном складе требует затрат до 30 человеко-часов.
Расчет показывает, что для соблюдения инструкции № 9-7-88 и ГОСТ 13586.6-93 предприятия должны каждые 15-30 сут отбирать сотни средних проб зерна и проводить их анализы на зараженность вредителями. Это в современных условиях для предприятий проблематично. И нередко мы сталкиваемся с запоздалыми оценками зараженности и потерями зерна из-за непринятия соответствующих мер по предотвращению катастрофического увеличения численности насекомых в зерновых массах.
Пункт 643 Правил безопасности взрывопожароопасных производственных объектов хранения и переработки растительного сырья от 21 ноября 2013 г. № 560 (ПБ-560) гласит: «Хождение по насыпи зерна или других продуктов хранения запрещено». Поэтому ручной отбор проб зерна, связанный с хождением по насыпи, оказывается нелегитимным и представляет опасность для жизни людей.
Анализ данных, приведенных в [10], показал, что перемещение зерна по технологическим линиям, в том числе для отбора проб, приводит к увеличению количества битых зерен в размере около 2% и количества прохода сита 1 мм до 0,5%. По ГОСТ Р 52554-2006 50% массы битых и изъеденных зерен относят к зерновой примеси, а весь проход сита 1 мм - к сорной примеси. Это означает, что однократное перемещение зерна вызывает потерю около 1,5% его массы.
При 6-месячном хранении для определения зараженности зерна с соблюдением инструкции № 9-7-88, ГОСТ 13586.6-93 и ПБ-560 потребуется 12 раз переместить часть зерна, что равносильно потере 18% (1,5% х 12 раз) массы перемещаемого зерна. Для каждого силоса элеватора вместимостью 200 т зерна пшеницы эти потери составляют 3,6 т или 1,8% (20 т х 12 раз х 1,5%).
Помимо стандартного существует набор других методов выявления насекомых в зерновой массе. Большинство их предполагает отбор и анализ пробы зерна. Среди этих методов: улавливание шума от насекомых [11, 12]; гальванометрия [13]; рентгеноскопия [12]; окрашивание входных отверстий насекомых [7]; химическая индикация гемолимфы насекомых [14] и др. В работах [4-6] предложено определять количество насекомых в зерне с помощью ловушек без отбора проб зерна.
Для выявления очагов самосогревания предприятия ориентируются на показания термоподвесок. Однако эта затея малоперспективна в силу крайне низкой теплопроводности и температуропроводности зерновой массы, что доказано исследованиями еще в далекие 70-е годы прошлого столетия [15, 16]. В обобщенном виде вывод гласит «.около 85% выделившейся в оча-
КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ
ге энергии концентрируется в его границах. Через 10 сут температура в центре очагов повышается примерно на 10 °С, на границе их -на 6...5 °С, а на расстоянии, удаленном на 0,5 м от этой границы, -всего лишь на 0,8-1,1 °С; причем из последнего приращения 0,6 °С -результат воздействия теплового фона окружающего массива»
[17].
Из теории дыхания известно, что при окислении сахаров живыми компонентами зерновой массы помимо тепла выделяются влага и углекислота [3]. Поэтому надежность обнаружения очагов плес-невения и самосогревания можно увеличить, если дополнительно регистрировать динамику относительной влажности межзернового воздуха.
Актуальная задача контроля состояния зерновой массы в хранилищах с исключением негативных сторон существующих методов решена путем разработки системы удаленного мониторинга.
Создан измеритель параметров зерновой массы (ИПЗМ) в виде двухканального зонда длиной 1 м. В верхнем и нижнем перфорированных участках одного канала установлены датчики температуры и относительной влажности воздуха. Другой канал предназначен для сбора информации о насекомых.
Информация от ИПЗМ передается на компьютер, где отображаются значения пяти измеряемых параметров: температуры зерна, относительной влажности межзернового воздуха и зараженности насекомыми, а также скорость их изменения и направленность вектора изменения. Измеряемые данные отображаются на компьютере в виде численных значений и графиков. Предусмотрена запись собираемых параметров в базу данных с отметками времени и с возможностью анализа за длительные интервалы времени по критериям.
В составе ИПЗМ также разработаны алгоритм передачи информации о величине и динамике указанных показателей в реальном времени и программы обработки полученной информации и визуализации ее на дисплее персонального компьютера, в том числе с указанием: «нормально», «тревожно», «опасно».
Система может быть установлена в хранилищах любого типа (склады, элеваторы, металлические сило-сы и др.). Состав ее при поставке на одно предприятие включает один персональный компьютер с программным обеспечением, один интерфейс с многоточечным подключением датчиков, 5-9 датчиков на каждое хранилище и одно устройство для крепления и перемещения датчиков на каждое хранилище.
Система позволяет отслеживать состояние и безопасность контролируемой партии зерна из любой точки земного шара.
ЛИТЕРАТУРА
1. Закладной, Г. А. Вредители хлебных запасов: Издание второе, доп./ Г. А. Закладной // Защита и карантин растений. Приложение. -2006. - № 6. - С. 81 (1) - 104 (24).
2. Закладной, Г. А. Вредители хлебных запасов/ Г. А. Закладной // Защита и карантин растений. Приложение. -1999. - № 8. - 16 с.
3. Фейденгольд, В. Б. Меры борьбы с потерями зерна при заготовках, послеуборочной обработке и хранении на элеваторах и хлебоприемных предприятиях/ В. Б. Фейденгольд [и др.]. -М.: ДеЛи принт, 2007. - 302 с.
4. Закладной, Г. А. Новые способы дезинсекции зерна/ Г. А. Закладной [и др.]. - М.: ЦНИИТЭИ Минзага СССР, 1982. - 46 с.
5. Закладной, Г. А. Обнаружение насекомых в зерне без отбора проб: Обзорн. инф. Серия «Элеваторная промышленность» / Г. А. Закладной, В. И. Саулькин. - М.: ЦНИИТЭИ ВНПО «Зернопродукт», 1991. - 56 с.
6. Закладной, Г. А. Современные направления защиты хранящегося зерна от насекомых: дис... д-ра биол. наук/ Г. А. Закладной. - М., 1985. -426 с.
7. ГОСТ 13586.4-83. Зерно. Методы определения зараженности и по-врежденности вредителями. - Введ. 1984-07-01. - М.: Госстандарт СССР: Изд-во стандартов, 1984. - 4 с.
8. Разработка технических требований на механизированный пробоотборник для отбора проб из насыпи зерна в складах: отчет о НИР (промежуточный). Шифр 8.05.01. № Гр 74018333 / Сибирский филиал Всесоюзн. науч.-иссл. ин-та зерна и продуктов его переработки. - Новосибирск, 1973. - 134 с.
9. Уточнение методики отбора проб из большегрузных автомашин, из складов, при отгрузках и поступлении зерна в вагонах. Исследование и разработка переносного пробоотборника для механизированного отбора проб из насыпи зерна в складах: отчет о НИР (промежуточный). Шифр 8.05.01. № Гр 74018333/ Сибирский филиал Всесоюзн. науч.-иссл. ин-та зерна и продуктов его переработки. -Новосибирск, 1974. - 86 с.
10. Тухватуллин, М. М. Совершенствование оборудования и улучшение сохранности продуктов зернопере-рабатывающих предприятий за счет использования полимерных материалов/ М. М. Тухвателлин. - М.: Издательский комплекс МГУПП, 2003. -314 с.
11. Закладной, Г. А. Спектральные характеристики акустического шума вредителей хлебных запасов и прибор для определения зараженности зерна /Г. А. Закладной [и др.] // Сб. науч. тр. Всесоюз. науч-иссл. ин-та зерна и продуктов его переработки. - 1971. -№ 71. - С. 64-71.
12. Osuji, F. N. C. Radiographic studies of the development of Callosobruchus maculates Fabricius (Coleoptera: Bruchidae) in cowpea seeds // J. stored Prod. Res. - 1982. - V. 18. - P. 1-8.
13. А. с. 987519 СССР. Автоматический регистратор скрытой зараженности зерна/Г. А. Чаусовский (СССР). -№ 3338995/ 30-15; заявл. 04.08.81; опубл. 1983, Бюл. № 1.
14. Dennis, N.M., Decker R. W. A method and machine for detecting living internal insect infestation in wheat // J. Econ. Entomol. - 1962. -V. 55. - N 2.
15. Уколов, В. С. Тепловой режим зерновой насыпи с очагами повышенного тепловыделения/В. С. Уколов // Сб. науч. тр. Всесоюз. науч-иссл. ин-та зерна и продуктов его переработки. -1980. - № 93. - С. 49-55.
16. Шумский, О. Д. Результаты экспериментальных исследований теплового режима греющейся зерновой насыпи/ О. Д. Шумский, В. С. Уколов, В. С. Сергунов // Хранение и переработка зерна. Серия «Элеваторная промышленность». - М: ЦНИИТЭИ Минзага СССР. - 1972. -С. 17-20.
17. Fesus I., Molnar J. Elektroakustikai modszez a rakttari kartevok okozta fertozes k u m u l a t a t a s a r a // Novenyvedelem. - 1975. - V. 11. -N 10. - P. 452-462.
QUALITY CONTRO
Определение зараженности зерна методом удаленного мониторинга
Ключевые слова
зараженность насекомыми; зерно; относительная влажность воздуха; температура; удаленный контроль
Реферат
Аналитический обзор выявил недостатки существующих методов контроля зараженности насекомыми и очагов самосогревания зерна. Зараженность зерна насекомыми выявляют путем ручного отбора выемок из струи перемещаемого зерна или из зерновой насыпи с помощью зерновых щупов, составления средней пробы, ее просеивания, идентификации и подсчета вредителей. Описанные процедуры трудо- и энергозатраты, жизненно опасны, вызывают потери до 1,5% массы перемещаемого зерна, малопредставительны, не учитывают закономерности распределения насекомых в зерновой насыпи, которые обычно мигрируют в ее верхние слои, где, как правило, инициируются также процессы плес-невения и самосогревания зерна.. Для выявления очагов самосогревания предприятия ориентируются на показания термоподвесок. Однако эта затея малоперспективна в силу крайне низкой теплопроводности и температуропроводности зерновой массы. Поэтому надежность обнаружения очагов зараженности насекомыми, плесневения и самосогревания можно увеличить, если мониторить верхний слой зерновой насыпи и дополнительно регистрировать динамику относительной влажности межзернового воздуха. Актуальная задача контроля состояния зерновой массы в хранилищах с исключением негативных сторон существующих методов решена путем разработки системы удаленного мониторинга. Создан измеритель параметров зерновой массы в виде двухканального зонда, в котором установлены датчики температуры, относительной влажности воздуха и насекомых. Информация датчиков передается на компьютер, где отображаются значения пяти измеряемых параметров: температура зерна, относительная влажность межзернового воздуха и зараженность насекомыми, а также скорость их изменения и направленность вектора изменения. Измеряемые данные отображаются на компьютере в виде численных значений и графиков. Предусмотрена запись собираемых данных в базу данных с отметками времени и с возможностью анализа данных за длительные интервалы времени по критериям. Система может быть установлена в хранилищах любого типа. Она позволяет отслеживать состояние и безопасность контролируемой партии зерна из любой точки земного шара.
Авторы
Закладной Геннадий Алексеевич, д-р биол. наук, профессор, Марков Юрий Федорович, канд. техн. наук, Догадин Алексей Львович, Всероссийский научно-исследовательский институт зерна и продуктов его переработки, 127434, Москва, Дмитровское шоссе, д. 11, vlaza@list.ru
Determination of Grain Infestation by Remote Monitoring Method Key words
grain; the remote control; infection by insects; temperature; the relative humidity of air
Abstracts
Instant analysis revealed deficiencies in the existing methods of the control of infestation by insects and the centers of spontaneous heating-up of grain. The infestation of grain by insects is revealed via the manual selection of samples from the jet of the moving grain or from the grain mound with the aid of the grain probes, the composition of all-level sample, its sifting, identification and calculation of pests. The described procedures need a lot of labor and electricity, are vitally dangerous, cause losses to 1,5% the mass of the moving grain, they are not representative, they do not consider regularities of the distribution of insects in the grain mound, which usually migrate into its upper layers, where are, as a rule, initiated also the processes of molding and spontaneous heating-up of grain. To reveal the centers of spontaneous heatings-up the enterprises are oriented toward the indications of thermo-suspensions. However, this undertaking is unpromising in view of extremely low thermal conductivity and thermal diffusivity of grain mass. Therefore the reliability of the detection of the centers of infestation by insects, molding and spontaneous heating-up can be increased, if to monitor the upper layer of grain mound and to additionally record the dynamics of the relative humidity of intergranular air. The urgent problem of the checking of the state of grain mass in the depositories with the exception of the negative sides of the existing methods is solved by developing the system of the remote monitoring. The gauge of the parameters of the grain mass is created in the form of the two-channel probe, in which the sensors of temperature, relative humidity of air and insects are established. The information of sensors is transferred to the computer, where the values of nine measured parameters are reflected: the temperature of grain, the relative humidity of intergranular air and infestation by insects, and also the speed of their change and the direction of the vector of change. Measured data are mapped onto the computer in the form of numerical values and graphs. The recording of collected information into the base data with the time marks and with the possibility of data analysis in the prolonged time intervals on the criteria is provided. System can be established in the depositories of any type. It makes it possible to track state and safety of the controlled lot of grain from any point of the terrestial globe.
Authors
Zakladnoy Gennadiy Alexeevich, Doctor of Biological Science Professor, Markov Yuriy Fyodorovich, Candidate of Technical Science, Dogadin Alexey Lvovich, All-Russian Research Institute of Grain and its Processing Products, 11, Dmitrovskoye Shosse, Moscow, 127434, vlaza@list.ru
Хлеб является самым покупаемым продуктом для россиян, потребление которого постоянно увеличивается, спрос всегда остается высоким. В то же время хлебопекарный бизнес сегодня не настолько прибыльный, каким мог бы быть. Но ситуацию нужно и можно изменить.
Издательский Дом «Сфера» совместно с Институтом холода и биотехнологий Университета ИТМО
и Центром дополнительного профессионального образования Университета ИТМО проводит Международную конференцию
«СОВРЕМЕННЫЙ ХЛЕБОЗАВОД. ИНГРЕДИЕНТЫ, ОБОРУДОВАНИЕ, ТЕХНОЛОГИИ».
Цель конференции -
определение консолидированной позиции всех участников производственного процесса хлебопекарной отрасли в области существующих бизнес-проблем и путей их решения в диалоге с властью, а также обмен передовыми знаниями внутри хлебопекарного сообщества.
Темы к обсуждению:
• Российское хлебопечение сегодня: анализ рынка и прогнозы
• Зерно: столкновение интересов и поиск механизмов взаимодействия
• Хлебопекарное сырье: реалии, тенденции, прогнозы
• Система технического регулирования в хлебопекарном производстве. Комментарии экспертов и практика применения
• Контроль качества сырья и готовой продукции
• Использование пальмового масла при производстве хлебобулочных и мучных кондитерских изделий
• Инновационные ингредиенты для улучшения качества изделий, продления свежести, снижения себестоимости
• Перспективные технологии в производстве хлеба и мучных кондитерских изделий
• Тренды хлебопекарного рынка в России и за рубежом
• Ассортиментная политика хлебопекарного предприятия в новых реалиях российского рынка
• Эффективные решения по упаковке
• Работа с ритейлерами.
К участию в конференции приглашены более 200 человек, среди которых профильные институты, НИИ, ассоциации, представители органов власти федерального и регионального уровней, руководители и ведущие специалисты крупных, средних и малых хлебопекарных предприятий, компаний-производителей и поставщиков оборудования, ингредиентов, материалов, торговые сети и другие заинтересованные представители предприятий отрасли.
Участие в конференции позволит Вам повысить свою квалификацию как специалиста отрасли с получением удостоверяющего документа государственного образца.
Сайт конференции www.bakery2016.sfera.fm
