CC BY
325
УДК 621.384.52
UDC 621.384.52
СПОСОБЫ СТЕРИЛИЗАЦИИ ПРОДУКТОВ РАСТЕНИЕВОДСТВА И КОРМОСМЕСЕЙ
WAYS OF STERILIZATION OF PRODUCTS OF PLANT GROWING AND FEEDING MIXTURES
Шевченко Андрей Андреевич доцент, [email protected]
Сапрунова Елена Анатольевна доцент, [email protected]
Челебиев Степан Юрьевич студент, [email protected] Кубанский государственный аграрный университет, Краснодар, Россия
Статья посвящена обоснованию применения электроозонатора для стерилизации растительных субстратов и фуражного зерна в процессе биотехнологического производства
Ключевые слова: ОЗОНОВОЗДУШНАЯ СМЕСЬ, СТЕРИЛИЗАЦИЯ КОРМОПРОДУКТОВ, ГЕНЕРАТОР ОЗОНА
Shevchenko AndreyAndreevich associate professor, [email protected]
Saprunova Elena Anatolyevna
associate professor, [email protected]
Chelebiyev Stepan Yuryevich student, [email protected]
Kuban state agrarian university, Krasnodar, Russia
The article is devoted to justification of application of an electroozonizer for sterilization of vegetable substrata and fodder grain in the course of biotechnological production
Keywords: OZONE AND AIR MIXTURE, STERILIZATION OF FEEDING PRODUCTS, OZONE GENERATOR
Стерилизация субстратов и фуражного зерна имеет высокое значение для биотехнологического производства, так как обеззараженное сырье является основой для выращивания биомассы и получения биологически активных добавок [1].
В качестве стерилизатора различных сред исследовались облучение альфа и бетта-частицами, электромагнитные поля различного диапазона (рентгеновское, гамма-излучение, видимое оптическое, ультрафиолетовое, инфракрасное, радиочастотное, свч-излучение, электрическое и магнитное поле), гравитационным воздействием, ионами различных элементов, озоном и т.д. Но каждый из приведенных факторов должен обеспечиваться своеобразным спецоборудованием, часто дорогостоящим и сложно устроенным [2]. Помимо этого использование физических способов не всегда оправдано другими факторами. Например, рентгеновское и гамма облучение опасны для жизни человека и потому мало пригодны для использования в непосредственной близости от человека. Поэтому, применение рентгеновского и гамма облучений в зернохранилищах
сельхозпроизводителей не возможно. По таким же причинам не желательно использовать в качестве дезинфицирующей обработки - бетта-и радиочастотное, ультрафиолетовое, оптическое видимое облучения [6].
В последнее время для борьбы с патогенными грибами находит широкое применение так называемая термическая обработка. Исследования по угнетению болезнетворной микрофлоры и обеззараживанию зерна проводились во многих научных учреждениях России. Например, известны исследования, которые проводятся в Красноярском государственном аграрном университете под руководством профессора Цугленок Н.В. В этом ВУЗе были определены режимы СВЧ обработки и получены положительные результаты для уничтожения микрогрибов, представленные в таблице 1 [3].
Необходимо отметить, что эти данные были получены в лабораторных условиях при обработке незначительного количества зараженного зерна. Результаты данного эксперимента не подтверждены испытаниями на производстве.
Таблица 1 - Результаты СВЧ обработки
Вари- ант Ре:*нмы Температура нагрева зерна^С Зараженность грибами, штук
Экспо- зиция, с Скорость нагрева, °С/с Азрег^І- ІЛ15 Репісії- ІІ1ІШ Ри загінні Аіїег- пагіа Афло- ТОЕСИНЫ
1 90 о=з 35 0 0 0 0 н-'о
2 60 0=6 65 0 3 0 1 н'о
3 30 0=4 43 50 42 49 19 прнсуг.
контроль 50 43 39 17 прнсут.
Одной из новейших разработок является сверхвысокочастотная установка для тепловой обработки зерновых семян зерновых культур «Микронизатор-1». Эта установка выпускается в г. Зернограде ВНИПТИМЭСХ. Внешний вид установки представлен на рисунке 1. http://ej.kubagro.ru/2014/04/pdf/21.pdf
Семенной материал (подвергающийся обработке) подается в загрузочный бункер установки, в котором происходит термическая обработка паром. Следующим шагом семена под действием сил притяжения поступают в нижнюю камеру СВЧ обработки, где за счет электрического поля сверхвысокой частоты происходит нагрев влаги внутри капилляров и на поверхности до состояния кипения, при этом происходит уничтожение вредителей зерна и микроорганизмов. Производительность такой установки до 200 кг/ч. Однако, необходимо отметить, что токсины микробного происхождения - афлотоксины - не разрушаются при тепловой обработке. К тому же, такая обработка процесс очень дорогостоящий, прежде всего из-за стоимости электроэнергии и других энергоносителей(120-160 кВт/т) [7].
Рисунок 1 - Внешний вид установки «Микронизатор-1»
В лаборатории Ставропольского государственного аграрного университета были проведены исследования по влиянию биопрепарата
«Биофит-3» различных концентраций на энергию всхожесть, прорастания и на патогенную микрофлору зерна. Результаты опыта сведены в таблицу 2 [2].
Таблица 2 - Изменение микрофлоры зерна озимой пшеницы, обработанной «Биофит - 3», при различных сроках хранения
Сроки Незаселен. Заселен. Altemaria Penicillium Fusarium Aspergillus
Контрольные образцы без обработки
1 мес. 0 100 19 17 39 25
3 мес. 0 100 20 25 40 28
6 мес. 0 100 24 28 44 33
Опытные образцы - Биофит-З
1 мес. 70 30 4 6 11 9
3 мес. 76 24 л 3 5 9 7
6 мес. 82 18 2 3 7 6
Для снижения бактериальной обсемененности кормов в современной ветеринарии для птицы используются различные физические методы обработки [6]:
■ сушка зерносушилками (ДСП-32,РД 2х25),
■ очистка зерна с помощью вибрационных и воздушно-ситовых сепараторов;
■ конвекторно-кондукторный нагрев при температуре 250-300
0С;
■ гранулирование при давлении паром 0,2-0,3 МПа;
■ обработка в экструдере (КМЗ-2);
■ обработка УФ-излучением мощностью 500 вт;
■ обработка ИК-излучением плотностью 35-50 квт/м .
Как правило, при любом из названных способов достигается практически 100% обеззараживание комбикорма от поверхностной микрофлоры (за исключением использования ситовых и вибрационных
средств для зернового сырья,зерносушилок). Но практически все из этих способов имеют необходимость наличия подготовленных технических кадров,высокую стоимость оборудования, потери качества корма и др. Так же необходимо отметить, что данные способы не подходят для стерилизации субстратов, так как изменяют структуру кормов.
Известно, что озоновоздушная смесь обладает бактерицидным действием, позволяющим развиваться биологическим организмам, при 0,15-110 мг/м улучшающим параметры воздушной среды помещения, вследствие чего активизируется протекание биохимических процессов в организме человека и животных. Однако время воздействия, дозы и концентрации озоновоздушной смеси в различных источниках литературы часто противоречат друг другу и не дают четких рекомендаций к применению, на основании чего можно сказать о необходимости проведения дополнительных исследований в данной области. Озон является чистым веществом с точки зрения экологии и его применение позволит снизить количество фармацевтических препаратов и дорогостоящих био-химических способов стимуляции.
Озон имеет многие свойства: бактерицидные, фунгицидные,
дезодорирующие, и инсектицидные, стимулирующие др. Это многообразие свойств, открывает большие возможности его широкого применения в сельском хозяйстве. В ВНИТИ птицеводства были проведены ряд опытов с озоном [7]:
1. Дезинфекция пищевых и инкубационных яиц озоном: в результате достигается высокая степень обеззараживания скорлупы от различных видов микрофлоры, в том числе от сальмонелл. Применение иных средств для обеззараживания яиц опасно для здоровья: хлор дает побочные эффекты, формалин канцерогенен, многие моющие препараты содержат ПАВ и обладают кумулятивным действием. В этой связи на сегодняшний
день наилучшим средством для обеззараживания пищевых яиц является обработка их озоном.
2. Стимуляция эмбрионального развития: обработка яиц озоном
увеличивает вывод молодняка с последующей высокой жизнеспособностью. В процессе инкубации яиц в замкнутом пространстве инкубатора возникает вероятность кислородного голодания эмбрионов, а отсутствие естественного фона аэроионов снижает газообмен. Озон, как производная кислорода, являясь первичным аэроионом улучшает воздушную среду в инкубаторе и проникая сквозь скорлупу питает эмбрионы кислородом. Данные эксперимента представлены в таблице 3
[4].
Таким образом при обработке яиц озоном повышается вывод молодняка и его сохранность на 0,8-2,0%, достигается 92-98% эффект дезинфекции. В настоящее время применение озона для дезинфекции яиц внедрено более чем на 150 птицеводческих предприятиях с общим годовым объемом инкубации более 300 млн. яиц.
3. Обеззараживание кормов. Плесневые грибки и микрофлора в частности вырабатывают токсины, которые создают угрозу здоровью птицы. Стерилизация кормов озоном позволяет значительно снизить наличие в них токсинов и микрофлоры, повышает биологическую ценность кормов. Данные эксперимента представлены в таблице 4 [5].
Таблица 3 - Влияние озона на вывод молодняка различных видов кур
Вид птицы К-во микрофлоры на скорлупе, кл/см2 Вывод молодняка, % Сохранность поголовья, %
озон без озона озон без озона озон без озона
Куры яичные 12 780 86,4 83,9 97,8 97
Куры мясные 24 913 81,8 79,4 94,8 93,9
Таблица 4 - Влияние озона на обеззараживание кормов
Показатель Пшеница Комбикорм
исходный озонированный исходный озонированный
Микрофлора, кл/г 946 63 27840 91
Токсины, мг/кг 5,11 0,12 4,87 0,18
Так же проводились исследования в Московском государственном агроинженерном университете им. В.П. Горячкина под руководством профессора Тарушкина В.И., которые представлены в таблице 5.
Профессор Тарушкин В.И. высказал мнение, что обеззараживание семян озоном имеет продолжительное действие и максимального значения достигает после двухнедельного хранения зерна [7]. Так же по его мнению наиболее эффективным режимом обеззараживания, озоновоздушной смесью является обработка при концентрации озона от пятидесяти до тысячи мг/м3.
Таблица 5 - Эффективность обеззараживания озоном семян пшеницы
Московская 39
Время, мин. 0 1 15 30 45 60
Концентрация Озона, мг/м3 Зараженность грибами рода Акегпапа, Ригапит, Некпйозрошт, %
50 40 35 18 15 10 3
500 40 30 12 10 4 0
1000 40 28 6 0 0 0
Таблица 6 - Действие озоновоздушной смеси на токсины и
микроорганизмы на зерно в течение 60 мин
Концентрация озона, мг/л Содержание плесневых грибков, колоний в мт вытяжки
до обработки после обработки
0,48 54 27
0,63 87 3
1,36 74 0
1,48 63 0
2,57 37 0
Известен способ обработки зерна, в котором используется озоновоздушная смесь с концентрацией озона 4...10 мг/м . Указывается, что применение этого способа ускоряет сушку и обеспечивает обеззараживание семян.
Установлено сильное противогрибковое действие озона, в том числе на семенах и зерне. При десятиминутной экспозиции и концентрации озона 2,5 мг/л гибель плесени и спор составляет 95 %. Подобные результаты получены и зарубежными исследователями при дозе 0,5.50 мг озона на 1 кг продукта (горох, зерно, бобы и т.д.) при обработке в течение часа. Кроме того обнаружено, что семена удерживают озон длительное время (несколько месяцев), препятствуя развитию микрофлоры. В таблице 6 приведены данные, полученные при обработке семян ячменя озоновоздушными смесями [1].
Воздействие озона даже в минимальных дозах значительно снижает жизнеспособность плесени. В таблице 7 приведены результаты обработки зерна озоном.
Таблица 7 - Результаты обработки фуражного зерна озоном
Концентрация озона, мг/м3 Время обработки, ч Микробиальная загрязненность зерна, колонии в 1 мл вытяжки
Общая обсемененность Плесневые грибы
7.5 10 796 150
18.9 7 859 96
47.4 5 384 127
245.6 4 112 49
483.7 2 97 18
893.4 0,5 63 15
2127.6 0,5 7 0
Контроль без озона 844 143
Также исследования по обеззараживанию зерна озоном проводились научно-внедренческой компанией ООО «Жемчужина Руси». Было установлено, что обработка комбикорма и зерна зараженного плесневыми грибами и патогенной микрофлорой озоном (200 мг/м3) в течение одного часа снижает содержание колоний плесневых грибков в 1мл вытяжки зерна в 3 раза, во столько же раз снижается содержание токсинов, вырабатываемых этими грибами. В результате ценность корма повышается, его усвоение птицей увеличивается примерно на 15% [2].
Проведенные исследования демонстрируют эффективность применения технологии обработки озоном растительных субстратов и фуражного зерна, являющихся основой для производства биологически активных добавок, использующихся в качестве биологических стимуляторов процессов жизнедеятельности сельскохозяйственных животных. Но нет однозначных данных параметров озоновоздушной
обработки, что затрудняет выбор генератора озона и установки для стерилизации фуражного зерна. Так же установлено, что исследования в области озоновоздушной обработки растительных субстратов не проводились. Таким образом, исследования в области стерилизации фуражного зерна и субстратов являются актуальной проблемой [6].
Традиционной считается многочасовая температурная обработка при повышенном давлении в аппаратах периодического действия, в частности, в вакуумных котлах (котлах-утилизаторах Лапса). Внешний вид данной установки представлен на рисунке 2.
Технологический процесс приготовления БАД при использовании стандартной технологии заключается в следующем: растительный
субстрат помещается в стерилизатор растворов 2, где обрабатывается паром в течении 5 часов, при этом затрачивается 120 кВт- ч электроэнергии; затем субстрат помещается вферментер, где на поверхность субстрата высевается полезная микрофлора, в результате роста которой получается БАД.
К недостаткам традиционной технологии следует отнести следующее: в результате многочасовой термообработки белковая часть протеинов, подвергается глубоким изменениям, что значительно снижает их кормовую ценность; длительность переработки (несколько часов); энергоемкость: для работы установок помимо электроэнергии необходимы пар и горячая вода; экологическая не безупречность: термообработка сопровождается, как правило, вредным и жутким запахом.
Рисунок 2 - Внешний вид установки для производства биологически активных добавок оснащенной термостерилизующим устройством
Структурная схема данной установки представлена на рисунке 3:
пар
Рисунок 3 - Структурная схема установки для производства биологически активных добавок оснащенной термостерилизационным устройством где 1 - парогенератор; 2- стерилизатор растворов; 3- ферментер; 4- стерилизатор газов.
Для того, чтобы избавиться от всех этих недостатков традиционной технологии обработки кормов, нами было решено заменить процесс термообработки на озоновоздушную обработку. Структурная схема с замещениями представлена на рисунке 4.
готовый
продукт
Рисунок 4 - Структура измененного технологического процесса для производства биологически активных добавок где О3 - электроозонатор.
В предлагаемом технологическом процессе предполагается замена парогенератора, использующегося для стерилизации на электроозонатор, при этом не нарушая стандартный технологический процесс.
Предполагаемый положительный эффект при использовании генератора озона:
1) сохраняются все полезные свойства корма;
2) после обработки сырье не имеет посторонних запахов;
3) снижаются энергозатраты на стерилизацию сырья;
4) снижается время приготовления биодобавок.
Литература
1. Нормов Д.А. Обеззараживание зерна озонированием / Д.А. Нормов, А.А. Шевченко, Е.А. Федоренко // Комбикорма - М.: Фолиум, 2009. - № 4. - С. 44.
2. Нормов Д.А. Озон против микотоксикозов фуражного зерна / Д.А. Нормов, А. А. Шевченко, Е.А. Федоренко // Сельский механизатор. - М.: 2009. - № 4. - С. 24-25.
3. Нормов Д.А. Влияние озоновоздушной обработки на фитопатогенную микрофлору в овощехранилище / Д.А. Нормов, А.А. Шевченко // Труды Кубанского государственного аграрного университета. - Краснодар: КубГАУ. - 2008. - № 13. - С. 208-210.
4. Нормов Д.А., Шевченко А.А., Шхалахов Р.С., Квитко А.В. Способ обработки яиц в инкубаторах / Патент на изобретение RUS 2343700. 08.10.2007
5. Потапенко И.А., Усков А.Е., Шевченко А.А., Квитко А.В. Устройство для предпосевной обработки семян / Патент на полезную модель RUS 97237. 13.10.2009
6. Шевченко А.А. Воздействие озоновоздушной смеси на популяцию плесневых грибов / А.А. Шевченко, Е. А. Денисенко // Труды Кубанского государственного аграрного университета. - Краснодар: КубГАУ. - 2011. - Т. 1. № 29. - С. 191-195.
7. Шевченко А.А. Дезинфекция субстратов озоновоздушной смесью перед приготовлением биопрепаратов / А.А. Шевченко, Денисенко Е.А. // Научное обозрение. - М.: ООО «АПЕКС 94». - 2013. - № 1. - С. 102-106.
References
1. Normov D.A. Obezzarazhivanie zerna ozonirovaniem / D.A. Normov, A.A. Shevchenko, E.A. Fedorenko // Kombikorma - M.: Folium, 2009. - № 4. - S. 44.
2. Normov D.A. Ozon protiv mikotoksikozov furazhnogo zerna / D.A. Normov, A.A. Shevchenko, E.A. Fedorenko // Sel'skij mehanizator. - M.: 2009. - № 4. - S. 24-25.
3. Normov D.A. Vlijanie ozonovozdushnoj obrabotki na fitopatogennuju mikrofloru v ovoshhehranilishhe / D.A. Normov, A.A. Shevchenko // Trudy Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - Krasnodar: KubGAU. - 2008. - № 13. - S. 208210.
4. Normov D.A., Shevchenko A.A., Shhalahov R.S., Kvitko A.V. Sposob obrabotki jaic v inkubatorah / Patent na izobretenie RUS 2343700. 08.10.2007
5. Potapenko I.A., Uskov A.E., Shevchenko A.A., Kvitko A.V. Ustrojstvo dlja predposevnoj obrabotki semjan / Patent na poleznuju model' RUS 97237. 13.10.2009
6. Shevchenko A.A. Vozdejstvie ozonovozdushnoj smesi na populjaciju plesnevyh gribov / A.A. Shevchenko, E.A. Denisenko // Trudy Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - Krasnodar: KubGAU. - 2011. - T. 1. № 29. - S. 191-195.
7. Shevchenko A.A. Dezinfekcija substratov ozonovozdushnoj smes'ju pered prigotovleniem biopreparatov / A.A. Shevchenko, Denisenko E.A. // Nauchnoe obozrenie. -M.: OOO «APEKS 94». - 2013. - № 1. - S. 102-106.
