CC BY
92
***** ИЗВЕСТИЯ *****
№ 4 (40), 2015
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА:
НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
УДК 631.6.03:544.6.018.2
ОСОБЕННОСТИ РЕЛАКСАЦИИ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИ АКТИВИРОВАННОЙ ВОДЫ В ОТКРЫТЫХ И ЗАКРЫТЫХ СИСТЕМАХ С ПОЛИМЕРНОЙ ОБОЛОЧКОЙ
FEATURES OF THE RELAXATION OF ELECTROCHEMICALLY ACTIVATED WATER IN OPEN AND CLOSED SYSTEMS WITH POLYMER SHEATH
С.Я. Семененко1, доктор сельскохозяйственных наук, профессор
В.Ф. Лобойко2, доктор технических наук, профессор
М.Н. Лытов1, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент А.Н. Чушкин1, научный сотрудник
S.Y. Semenenko, V. F. Loboiko, M.N. Lytov, A.N. Chushkin
Поволжский НИИ эколого-мелиоративных технологий 2Волгоградский государственный аграрный университет
1 Volga Research Institute of Ecological and reclamation technologies 2Volgograd State Agricultural University
Цель исследований сводилась к изучению динамики восстановления свойств электрохимически активированной оросительной воды с оценкой последующего использования полученных данных при проектировании систем капельного орошения с ЭХА-модулем. Методологической основой исследований явилась постановка и проведение натурных экспериментов, по результатам которых был получен экспериментальный материал и установлены особенности релаксационных процессов электрохимически активированной природной воды в открытых и закрытых системах с полимерной оболочкой. Установлено, что общий период релаксации окислительно-восстановительного потенциала электрохимически активированной воды (со стабилизацией параметров) в открытых системах не превышает 36 часов, тогда как в закрытых - достигает 96 часов. Подтверждено, что динамика изменения окислительновосстановительного потенциала электрохимически активированной воды неравномерна и в наибольшей степени проявляется в первые часы после электрохимической обработки. Получены данные, которые подтверждают, что на начальном этапе динамика изменения окислительно-восстановительного потенциала электрохимически активированной воды в закрытых системах в 2,7-8,5 раз ниже, чем в открытых. В частности, анолит в течение первого часа после электрохимической обработки теряет не более 7,0 % своего активационного потенциала и еще 8,4 %, - в течение следующих трех часов. Окислительно-восстановительный потенциал католи-та в течение первого часа после обработки воды изменяется не более, чем на 7,9 % активационного уровня. В совокупности это позволяет принципиально решить проблему применения электрохимически активированной воды для полива сельскохозяйственных культур.
The aim of the research was to study the dynamics of the recovery properties of electro-chemically activated water irrigation with the assessment of future use of the data obtained in the design of drip irrigation systems with ECHO-module. The methodological basis of the research was setting up and conducting field experiments in the laboratory of the Institute the results of which was the experimental material and the features of the relaxation processes of natural electrochemically activated water in open and closed systems with a polymeric shell. It is established that the total period of the relaxation redox potential of electrochemically activated water (stabilization of parameters) in open systems should not exceed 36 hours, whereas in closed - reaches 96 hours. It is confirmed that the dynamics of changes in the redox potential of electrochemically activated water is uneven and is most evident in the first hours after the electrochemical treatment. The data confirming that at the initial stage dynamics of changes in oxide-inflammatory-reduction potential of the electrochemically activated water in the indoor systems in a 2.7-8.5 times lower than in the open. In particular, the anolyte within a first hour after electrochemical treatment loses not more
175
***** ИЗВЕСТИЯ *****
№ 4 (40), 2015
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА:
НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
than 7.0 % of its activation capabilities and 8.4 % in the next three hours. The redox potential of the catho-lyte within the first hour after treatment the water is changed not more than 7.9% of the activation level. Together, this allows to solve the problem of application of electrochemically activated water for irrigation of agricultural crops.
Ключевые слова: электрохимическая активация, анолит, католит, релаксация параметров, закрытые системы, открытые системы.
Key words: electrochemical activation, anolyte, catholyte, relaxation parameters, closed systems, open systems.
Введение. Решение проблемы повышения продуктивности сельскохозяйственных культур с сохранением экологического равновесия агроландшафтов является приоритетным направлением современной аграрной науки [7, 6, 3, 4, 5]. В последние годы для решения этой проблемы активно используются новые, экологически совершенные методы, включая применение воды с измененным окислительно-восстановительным потенциалом [8, 1, 2]. Проблема использования электрохимически активированной воды для полива сельскохозяйственных культур состоит, прежде всего, в трудностях сохранения активационного потенциала оросительной воды в процессе доставки ее от электролизера к корнеобитаемым горизонтам почвы [9-10]. Неравновесное состояние электрохимически активированной воды подвержено процессам релаксации, динамика которых может существенно снизить активационный потенциал, а, следовательно, - и эффективность применения. Поэтому при оптимизации параметров технологии применения электрохимически активированной воды для полива важно учитывать закономерности изменения активационного потенциала электрохимически активированной воды с течением времени.
Материалы и методы. Исследования закономерностей релаксации электрохимически активированной воды проводились в лабораторных условиях. Для электрохимической активации природной воды использовался модуль экспериментальной активационной установки проточного типа с эксплуатационными характеристиками, приведенными в таблице 1.
Таблица 1 - Технические данные усовершенствованного модуля активации
оросительной воды АВМ.02.000
№ Наименование показателей Значение
1 Обозначение АВ.02.000
2 Масса, кг, не более 7
Габаритные размеры, мм, не более:
3 ширина 433
глубина 550
высота 906
4 Напряжение питания, В, + (5-10) % < 70
5 Наибольший рабочий ток, А < 10
Параметры католита:
6 рН 7,5-12
ОВП, мВ 0...-1000
Параметры анолита:
7 рН 2,7-4,5
ОВП, мВ +(150-1000)
8 Давление воды на входе, МПа 0,1-0,8
9 Сумма потерь напора, МПа 0,02-0,03
176
***** ИЗВЕСТИЯ *****
№ 4 (40), 2015
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА:
НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Программа эксперимента включала следующие варианты: вар. 1 - анод-обработанная природная вода (анолит) в открытых системах; вар. 2 - катод-обработанная природная вода (католит) в открытых системах; вар. 3 - анод-обработанная природная вода (анолит) в закрытых системах; вар. 4 - катод-обработанная природная вода (католит) в закрытых системах. Для имитации условий нахождения электрохимически активированной воды в закрытой системе, полученный на выходе из электролизера анолит и католит помещали в бутыли с заполнением на 100 % и последующим завинчиванием крышки. Учитывая широкое использование полимерных материалов для изготовления большинства узлов и конструкций закрытых стационарных систем орошения (в частности, капельного), в опытах применяли емкости (бутыли) из полиэтилентерефталата (ПЭТ).
Для исследований использовалась природная вода с окислительновосстановительным потенциалом +235 мВ и рН= 7,43. Систематические замеры окислительно-восстановительного потенциала и рН электрохимически активированной воды в опыте проводились в течение 72 часов - при использовании открытых систем и 118 часов, - при использовании закрытых систем. Результаты замеров запротоколированы и обработаны с использованием известных статистических методов корреляционного и регрессионного анализа.
Таблица 2 - Динамика изменения параметров электрохимически активированной воды _____________в открытых и закрытых системах с полимерной оболочкой__________
Ва рианты 1-2: открытые системы Варианты 3-4: закрытые системы
Время релаксации, t, час Католит Анолит t, час Католит Анолит
Редокс- потенциал, мВ рН Редокс- потенциал, мВ рН Редокс- потенциал, мВ рН Редокс- потенциал, мВ рН
0,1 -650 10,5 840 3,9 0,1 -650 10,5 840 3,9
1 -460 10,1 472 4,97 1 -580 10,43 797 4,12
3 -383 9,48 409 5,46 2 -595 10,32 767 4,24
4 -375 9,46 376 5,53 3 -560 10,24 746 4,41
5 -365 9,46 363 5,6 4 -480 10,11 717 4,58
7 -250 9,4 352 5,72 5 -526 10,12 696 4,65
8 -220 9,33 334 5,79 6 -519 9,98 677 4,74
9 -190 9,25 312 5,87 8 -474 9,71 647 4,88
11 -170 9,11 309 5,89 10 -432 9,65 614 5,02
12 -145 8,94 315 6,01 12 -383 9,41 593 5,22
14 -109 8,72 316 6,25 18 -315 9,18 530 5,46
24 -31 8,45 272 6,43 22 -269 9,11 493 5,64
36 45 8,14 252 6,81 46 30 8,72 397 6,32
48 102 7,97 245 6,82 70 150 8,44 345 6,75
72 157 7,95 245 6,82 94 210 8,21 287 6,81
118 214 7,88 252 6,85
Результаты и обсуждение. Опыты показали, что лабораторный модуль экспериментальной установки для электрохимической активации по природной воде позволяет на выходе из анодной камеры получать анолит с окислительно-восстановительным
177
***** ИЗВЕСТИЯ *****
№ 4 (40), 2015
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА:
НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
потенциалом +840 мВ, рН = 3,9, и католит с окислительно-восстановительным потенциалом (-650) мВ, рН = 10,5 при производительности 1,0 м3/час (таблица 2). Увеличение потенциалов активации связано с необходимостью дополнительной минерализации природной воды (в частности, за счет введения водных растворов минеральных удобрений, или снижения производительности установки).
На рисунке 1 приведены усредненные результаты лабораторного эксперимента и теоретические кривые - аппроксимации полученного экспериментального материала.
электрохимически активированной воды в открытых (а) закрытых (б) системах
178
***** ИЗВЕСТИЯ *****
№ 4 (40), 2015
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА:
НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Из рисунка видно, что общий период релаксации окислительновосстановительного потенциала электрохимически активированной воды (со стабилизацией параметров) в открытых системах не превышал 36 часов, а в закрытых - 96 часов. Однако динамика падения окислительно-восстановительного потенциала неравномерна и изменяется с течением времени. Например, в открытых системах анолит уже в течение первого часа теряет свыше 60 % своего активационного потенциала, еще 15,9 % - в течение следующих трех часов и до 93,9 % - в течение суток.
Схожая картина наблюдается и по католиту. В течение первого часа окислительно-восстановительный потенциал католита изменялся на 190 мВ, что составляет 21,5 % от значения активационного потенциала. В течение следующих трех часов окислительно-восстановительный потенциал католита снижался еще на 9,6 %, и на 69,9 % - в течение суток.
Столь динамичное снижение активационных потенциалов анолита и католита в открытых системах в первые после обработки часы и последующее замедление релаксационных процессов на вторые и третьи сутки хорошо описывается логарифмическими кривыми:
ОВПА = -85,26 • ln(t) + 533,8, R2 = 0,94 (1)
ОВПк = 130,4 • ln(t) - 467,5, R2 = 0,92 (2)
Динамика изменения окислительно-восстановительного потенциала в закрытых системах носила иной характер, для описания которого было достаточно простых полиномов 3-й и 4-й степени:
ОВПА = 2 -10 5 • t4 - 0,0057 • t3 + 0,56 • t2 - 24,9 • t + 835, R2 = 0,99 (3)
ОВПк = 4 • 10 4 • t3 - 0,16 • t2 + 20,1 • t - 647, R2 = 0,99 (4)
Построенные по полученным данным теоретические кривые характеризуются заметно меньшей динамикой изменения окислительно-восстановительного потенциала. Например, анолит в течение первого часа терял не более 7,0 % своего активационного потенциала и еще 8,4 % - в течение следующих трех часов. Окислительновосстановительный потенциал католита в течение первого часа после обработки воды изменялся не более, чем на 70 мВ, что составляет 7,9 % активационного уровня. В течение последующих трех часов окислительно-восстановительный потенциал католита терял еще около 11,3 % от активационного уровня и до 43,5 % - в течение первых суток.
Закономерности изменения рН активированной воды полностью отражали динамику изменения окислительно-восстановительного потенциала как в открытых, так и в закрытых системах.
Заключение. Таким образом, в закрытых системах релаксация параметров электрохимически активированной воды характеризуется меньшей динамикой, чем в открытых системах. Это позволяет эффективно использовать закрытые оросительные системы из полимерных материалов (таких, как капельное орошение) и дает принципиальное решение проблемы использования электрохимически активированной воды для полива сельскохозяйственных культур.
Библиографический список
1. Влияние католита на росторегулирующую способность гумата калия при некорневой обработке озимой пшеницы [Текст]/ Э.А. Александрова, Г.А. Шрамко, Т.В. Князева, Я.С. Черных // Труды Кубанского государственного аграрного университета. - 2012. - Т. 1. - № 38. -
С.113-117.
179
***** ИЗВЕСТИЯ *****
№ 4 (40), 2015
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА:
НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
2. Использование электрохимически активированной воды при возделывании ярового ячменя [Текст]/ И.М. Осадченко, И.Ф. Горлов, О.В. Харченко, В.Н. Чурзин // Кормопроизводство. - 2007. - № 8. - С. 26-28.
3. Кружилин, И.П. Экологические ограничения при выращивании кукурузы на орошаемых землях Нижнего Поволжья [Текст]/ И.П. Кружилин, Н.В. Кузнецова // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. -2007. - № 2. - С. 135-139.
4. Кузнецова, Н.В. Эффективность орошения лука репчатого на светло-каштановых почвах Волго-Донского междуречья [Текст] / Н.В. Кузнецова, Л.Н. Маковкина // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2010. - № 3. - С. 76-83.
5. Лобойко, В.Ф. Роль факторов среды и антропогенного воздействия в формировании современной экосистемы Цимлянского водохранилища [Текст]/ В.Ф. Лобойко, И.А. Зубов // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2009. - № 2. - С. 26-31.
6. Методы повышения урожайности овощных культур на мелиорируемых землях юга России [Текст]/А.С. Овчинников, В.С. Бочарников, М.П. Мещеряков, О.В. Бочарникова, А.А. Пахомов // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2014.- № 1 (33). - С. 5-8.
7. Овчинников, А.С. Стратегия комплексного развития сельских территорий и эффективного функционирования АПК Волгоградской области в условиях ВТО [Текст]/ А.С. Овчинников, Н.Н. Балашова, Н.В. Иванова // Экономика сельскохозяйственных и перерабатывающих предприятий. - 2014. - № 1. - С. 16-20.
8. Прилуцкий, В.И. Электрохимически активированная вода: аномальные свойства, механизм биологического действия [Текст]/ В.И. Прилуцкий, В.М. Бахир. - М.: ВНИИМТ, 1995. -228 с.
9. Семененко, С.Я. Оросительные системы с модулем активации воды [Текст]/ С.Я. Се-мененко, В.Г. Абезин // Научная жизнь. - 2012. - № 3. - С. 126-131.
10. Эффективность возделывания томатов при капельном орошении с использованием электрохимически активированной воды [Текст]/С.Я. Семененко, Е.И. Чушкина, М. Н. Лытов, А. Н. Чушкин // Плодородие. - 2014. - № 2. - С. 38-41.
Literature list:
1. Catholite impact on growth-regulating ability of potassium humate in the foliar treatment of winter wheat [Text]/ Е.А. Aleksandrova, GA. Shramko, Т.У. Knyazeva, Y.S. Chernyh // Proceedings of the Kuban State Agrarian University. - 2012. - Т. 1. - № 38. - P. 113-117
2. The use of electrochemically activated water in the cultivation of spring barley [Text]/ 1.М. Osadchenko, I.F. Gorlov, О.У. Harchenko, V.N. Churzin // Grassland. - 2007. - № 8. - P. 26-28.
3. Kruzhilin, I.P. Environmental restrictions on the cultivation of maize in irrigated areas Lower Volga [Text]/ I.P. Kruzhilin, N.V. Kuznetsova // News Nizhnevolzhskiy agricultural university complex: Science and Higher Vocational Education. - 2007. - № 2(6). - P. 135-139.
4. Kuznetsova, N.V. Irrigation efficiency of onion on a light-brown soils of the Volga-Don interfluve [Text]/ N.V. Kuznetsova, L.N. Makovkina // News Nizhnevolzhskiy agricultural university complex: Science and Higher Vocational. - 2010. - № 3(19). - P. 76-83.
5. Loboiko, V.F. The role of environmental factors and anthropogenic influence in the formation of modern ecosystem Tsimlyansk reservoir [Text]/ V.F. Loboiko, 1.А. Zubov // News Nizhnevolzhskiy agricultural university complex: Science and Higher Vocational. - 2009. - № 2(14). - P. 26-31.
6. Methods for increasing the yield of vegetable crops on the reclaimed lands of southern Russia [Text]/А.S. Ovchinnikov, V.S. Bocharnikov, МЯ. Metscheryakov, О/V. Bocharnikova, А.А. Pahomov // News Nizhnevolzhskiy agricultural university complex: Science and Higher Vocational Education. - 2014. - № 1 (33). - P. 5-8.
180
***** ИЗВЕСТИЯ *****
№ 4 (40), 2015
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА:
НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
7. Ovchinnikov, A.S. The strategy of integrated rural development and effective functioning of the agro-industrial complex of the Volgograd region in the WTO [Text]/ A.S. Ovchinnikov,
N.N. Balashova, N.V. Ivanova // Economics of Agricultural and Processing Enterprises. - 2014. -№ 1. - P. 16-20.
8. Prilutskiy, V.I. The electrochemically activated water: anomalous properties, mechanism of biological action [Text]/ V.I. Prilutskiy, V.M. Bahir. - М.: ARSIIMT, 1995. -228 p.
9. Semenenko, S.Y. Irrigation systems with water activation module [Text]/ S.Y. Semenenko, V.G. Abezin // Scientific Life. - 2012. - № 3. - P. 126-131.
10. Efficiency of cultivation of tomatoes under drip irrigation using electrochemically activated water [Text]/S.Y. Semenenko, E.I. Chushkina, М. N. Lytov, А. N. Chushkin // Fertility. - 2014. -№2. - P. 38-41.
E-mail: pniiemt@yandex.ru
УДК 637.521.47 + 546.15
ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЦЕПТУРЫ ПОЛУФАБРИКАТОВ РУБЛЕНЫХ В УСЛОВИЯХ ЙОДОДЕФИЦИТА
OPTIMIZATION OF THE COMPOUNDING OF SEMI-FINISHED PRODUCTS CHOPPED IN THE CONDITIONS OF IODINE DEFICIENCY
В.Н. Храмова1,2, доктор биологических наук, профессор В.А. Коновалов1, магистрант И.В. Мгебришвили1, ассистент
V. N. Hramova, V.A. Konovalov, I.V. Mgebrishvili
волгоградский государственный технический университет
2Поволжский научно-исследовательский институт производства и переработки мясомолочной продукции, г. Волгоград
Volgograd State Technical University 2Volga region Meat and Diary Products Processing Research Institute
Статья посвящена проблеме расширения ассортимента функциональной продукции из мяса. Обоснована необходимость разработки рецептур продуктов питания, обогащенных незаменимыми микронутриентами. Научно обоснован и экспериментально доказан положительный эффект от применения обогащенных белковых добавок растительного происхождения, а именно нутового экструдата в технологии производства мясных полуфабрикатов. Помимо этого, изложены технологические основы производства полуфабрикатов рубленых с использованием йодированных добавок. Целью исследования являлось получение готовой продукции, обогащенной таким незаменимым микроэлементом, как йод. Опытные образцы вырабатывали по традиционной технологии на кафедре «Технология пищевых производств» ВолгГТУ при использовании производственных мощностей КЦ УНЦ «Технолог». Вносимой добавкой являлся экструдат из бобов нута, получаемый на базе ФГБНУ Поволжского научно-исследовательского института производства и переработки мясомолочной продукции, путем предварительного проращивания в растворе йодистого калия. Добавку вносили в фарш после измельчения и гидратировали в соотношении, согласно рецептуре. Далее образцы отправляли на формование и дальнейшее замораживание. В ходе эксперимента исследована динамика изменения содержания йода в процессе хранения замороженных полуфабрикатов, проведены органолептические испытания готовой продукции, определено остаточное количество йода в полуфабрикатах.
Article is devoted to a problem of expansion of the range of the functional production from meat. Need of development of compoundings of the food enriched with irreplaceable micronutrients is proved. The positive effect from application of the enriched proteinaceous additives of a phytogenesis, namely a extrudate of chick-pea, in the production technology of meat semi-finished products is
181
