Обробка зернової маси сільськогосподарських культур в сильних електричних полях сприяє вирощуванню екологічно безпечної продукції

     Зерновий сектор України — стратегічна галузь економіки держави, що визначає обсяги пропозиції та вартість основних видів продовольства для населення країни, зокрема продуктів переробки зерна і продукції тваринництва, формує істотну частку доходів сільськогосподарських виробників, валютні доходи держави за рахунок експорту, визначає стан і тенденції розвитку сільських територій. Збільшення виробництва і підвищення якості продукції рослинництва можливе шляхом зменшення втрат врожаю від фітопатогенної мікрофлори та максимального використання потенційних біологічних можливостей насіннєвого матеріалу. 

     Мікрофлора зернової маси майже повністю складається з анаеробних мікроорганізмів. На поверхні одного зерна зосереджено від 40 до 800 тис. бактерій, а у зерновій масі різних культур зустрічаються до 60 видів пліснявих грибів. Близько 85% збудників найбільш небезпечних хвороб злакових культур представлено грибами, з них 80% — токсичні. Особливо швидко зростає зараженість зерна злакових культур грибами, що утворюють токсини Fusarium, Alternaria, Реnісilium, Mucor, Cladosporium та ін. 
     Ураження цими грибами виводять товарне зерно з категорії продовольчого, а при наявності токсинів, утворених цими грибами більше 5 мг на 1кг, воно стає непридатним навіть для кормових цілей. Під час зберігання (від 3 до 6 місяців) в несприятливих умовах поверхневе зараження зерна грибами може збільшитися в 35 - 40 разів, внутрішнє — в 3-4. 
     Це викликає щорічно втрату 2-3 мільйонів тонн зерна і значне зниження біологічної повноцінності ще багатьох партій. 
    Властивість даних патогенів змінювати біохімічний склад зерна, а також забруднювати його мікотоксинами, створює серйозну проблему для підприємств харчової промисловості. Ситуація ускладнюється тим, що на сьогоднішній день не існує біологічно прийнятних і економічно ефективних способів детоксикації зерна. 

     Небезпека токсинів полягає ще і в тому , що вони стійкі до дії температури і не руйнуються при кип'ятінні. Тобто при випічці хліба і виготовленні інших продуктів харчування, з неякісної сировини, мікотоксини не знищуються, а потрапляють в організм. Крім того, використання токсичних кормів для сільськогосподарських тварин призводить до потрапляння токсинів в продукцію тваринництва і відповідно в організм людини. Особливість мікотоксинів ще й у тому, що вони здатні накопичуватися в організмі. І якщо за один прийом їжі отруєння не відбувається через малі дози токсинів, то накопичуючись, вони з часом призводять до негативних наслідків. По-перше, це порушення концентрації, абсорбції та обміну в організмі поживних речовин. По-друге, — зміни в ендокринній і нейроендокринної системах. І по-третє, найважливіше, — пригнічення імунної системи організму.
     Відомо, що 25 % світового виробництва зерна забруднено мікотоксинами. Внаслідок цього втрати досягають близько 5 млрд. євро в країнах ЄС, 2,5 млрд. дол. — у США і близько 1 млрд. — в Канаді. 
     Тому знезараження насіння від грибів і бактерій є однією з важливіших задач в підвищенні врожайності сільськогосподарських культур, стійкості зерна при зберіганні та безпеки харчових продуктів.
     Для попередження розвитку зернової мікрофлори існують хімічні, біологічні та фізичні методи. Сьогодні обробка зерна здійснюється переважно хімічними засобами. Але разом з досягненням позитивних результатів, їх використання має ряд негативних наслідків, серед яких забруднення навколишнього середовища отрутохімікатами і їх накопичення —як у ґрунті, так і у продукції рослинництва а це створює загрозу для здоров’я людей та тварин, трудомісткість при виконанні робіт. 

     У науково-дослідному інституті електроенергетичних систем Національного університету біоресурсів і природокористування України розроблено способи обробки зернової маса в електричному полі високої напруженості.

     Досліджуючи зернову масу під дією електричного поля високої напруженості нами були встановлені раніше невідомі електрофізичні процеси, що мають науково-практичну цінність в електротехнології обробки зерна. Це стосується часткових розрядів, що супроводжуються іонізаційними процесами в повітряних проміжках зернової маси. Результатом іонізаційних процесів є утворення озону, який відомий своїми бактерицидними властивостями. 

     Озонування, як метод знезаражування добре вивчено з санітарно-гігієнічної сторони. Він отримав схвалення санітарно-медичних установ всіх передових країн світу (США, Німеччини, Японії, Франції і т.д.). Важливо зазначити, що після здійснення знезаражуючої дії озон розкладається не залишаючи продуктів розпаду. Дослідження з впливу озону на мікрофлору зерна свідчать про високу ефективність його дії, але існуючі технічні засоби і способи обробки не забезпечують потрібного ефекту.

      На даному етапі розвитку цих технологій для обробки зернового матеріалу використовуються озонатори. Але при подачі озону від генератора до зернової маси він в значній мірі розкладається в перших шарах зерна, що не забезпечує контакту озону з усією продукцією. В результаті такі установки мають низький ККД, що перешкоджає їхньому широкому впровадженню.

      Встановлення процесу утворення озону у всьому об’ємі зернової маси під дією електричного поля високої напруженості відкриває нові технологічні можливості для екологічно чистої знезаражувальної та передпосівної обробки зерна різних сільськогосподарських культур. 
     Розроблений спосіб для стимулюючої та знезаражуючої обробки зерна в електричному полі високої напруженості призначено для екологічно безпечної передпосівної обробки насіння з метою підвищення посівних якостей і знешкодження шкідливої мікрофлори та знезараження продовольчого і фуражного зерна при зберіганні і переробці в харчовій промисловості. Спосіб запропонованої обробки зернових базується на двох групах факторів: перший — вплив на фізичні процеси безпосередньо в зернині, що призводить до біологічного стимулювання; другий - вплив на мікроорганізми, які знаходяться на поверхні зерна, з метою знешкодження їхньої згубної діяльності.

     Запропонована технологія має низьку енергоємність та дозволяє екологічно чисто обробляти продукцію.
     Виробничими дослідженнями встановлено, що обробка зерна в електричному полі високої напруженості дозволяє збільшити врожайність зернових культур на 15…20 %.

     Лабораторними дослідженнями встановлено, що запропонований спосіб дозволяє знешкодити близько 85% спор твердої сажки. Слід відзначити, що дослідження проводилися на пшениці із штучним фоном. Концентрація спор сажки становила близько 500 штук на пробу зерна. У природному фоні ця цифра значно менша (близько 10).

Установка для передпосівної обробки насіння сільськогосподарських культур в сильних електричних полях

   Сорго сорту Одеський 205                Гречка сорту Оранта          

Сила росту проростків насіння гречки сорту:  1. - Вікторія; 2. - Оранта; 3. - Антарія.
                     1 — контроль; 2 — оброблено в електричному полі високої напруженості

Ефект від застосування: збільшення врожайності сої на 27...34 %, ячменя — на 18…40 %, пшениці — на 17…35 %, термін окупності становить 1 рік, затрати електроенергії на обробку тонни зерна — 3…5 (кВт•год)/т.

Установка для знезараження в сильних електричних полях зернових при зберіганні і переробці

           

Насіння без обробки і оброблене в електричному полі високої напруженості

                                                                                    Ураженість проростків сорго Одеський 302

            Ураженість проростків гречка сорту Оранта

     Ефект від застосування: зниження розвитку грибних патогенів до 90%, термін окупності становить 1 рік, затрати електроенергії на обробку тонни зерна — 2…4 (кВт•год)/т.