Повышение качества зерна на основе использования озоновоздушных смесей

УДК 631.22.628.8

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ЗЕРНА НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОЗОНОВОЗДУШНЫХ СМЕСЕЙ

© 2009 г. д-р техн. наук Н.В. Ксенз, канд. техн. наук К.Х. Попандопуло,

канд. техн. наук И.Г. Сидорцов

Азово-Черноморская государственная Azov-Blacksea State Agroengineering

агроинженерная академия, г. Зерноград Academy, Zernograd

В работе рассматриваются свойства озоновоздушных смесей и вопросы их применения в технологических процессах сельскохозяйственного производства. Рассмотрены вопросы использования озона для сушки и предпосевной обработки зерна. Представлены материалы по обработке кормовых смесей озоновоздушной смесью с целью их обеззараживания. Воздействие озона на зерновые материалы объясняется изменением их потенциальной энергии.

Ключевые слова: озон, озоновоздушная смесь, концентрация озона, стимуляция семян.

In the given article properties of air-ozone mixtures are considered. Resources of using ozone for drying grain and seed bed preparation are studied. Materials used for processing of fodder mixtures with air-ozone mixture (formula) for their disinfection are considered. Ozone influence on grain materials with a change of their potential energy is explained.

Key words: ozone, air-ozone mixture, concentration of ozone, seeds stimulation.

Одним из способов активации воздушной среды является

высоковольтный электрический разряд (барьерный разряд, коронный разряд).

Характерной особенностью

коронного разряда является наличие двух областей (коронирующей и внешней) в разрядном воздушном промежутке. В коронирующей области происходят процессы ионизации, диссоциации, возбуждения и т.д. молекул воздушной среды и протекание химических реакций, в результате которых получаются другие компоненты, в частности озон.

1. Использование озона для сушки зерна

Озон с давних пор применяется для обработки сельскохозяйственной

продукции с целью повышения сроков её хранения. Однако использование озона для сушки зерновых материалов началось лишь

в конце 70-х-начале 80-х годов прошлого столетия.

В работах [1, 2] указывается, что концентрация озона в озоновоздушной смеси при сушке зерна должна поддерживаться в пределах 2...40 мг/м в зависимости от начальной влажности и вида продукции. Авторами работ [2, 3] сделана попытка объяснить физику интенсификации процесса сушки за счёт применения озоновоздушной смеси. В первый период сушки часть озона вступает в окислительные реакции на поверхности зерна с органическими и неорганическими веществами, образуя при этом взрывчатые летучие вещества, очищая поверхность [2]. В результате этого сопротивление потоку влаги уменьшается.

С другой стороны часть поверхностной влаги расходуется на реакцию с образовавшимися озонидами.

При прохождении через зерновую массу озон разлагается на О2 и О, выделяя теплоту, равную 142 кДж/моль. Атомарный кислород связывает влагу

вокруг себя в виде гроздьев, которые уносятся потоком воздуха.

После удаления поверхностной влаги озон может воздействовать на проницаемость клеточных мембран, а присутствие атомарного кислорода способствует движению влаги из клеток наружу.

Следующий этап сушки - вывод сорбционно-связанной влаги. На этом этапе большую роль играют теплота, выделяющаяся при распаде озона, присутствие атомарного кислорода и ионов

различной полярности. Электрические силы могут способствовать ослаблению дипольных связей молекул воды со стенками поверхности. Всё это существенно влияет на скорость сушки зерна в этот период.

Для определения необходимой скорости сушки, концентрации озона, удельной подачи озоновоздушной смеси были проведены экспериментальные исследования при различной влажности зерна (рис. 1) [5].

Кинетические кривые сушки зерна

t, ч

Контроль

2,4

мг/м. куб Контроль

8,2

мг/м. куб

Рис. 1. Кинетические кривые сушки зерна

Результаты исследований показали, что при концентрации озона в озоновоздушной смеси, равной 2,4 мг/м3, влажность зерна за 8 часов сушки снизилась с 29% до 20,5%, что составляет 30%, а в контроле -с 29% до 21,5%, что составляет 25%. При концентрации озона в озоновоздушной смеси, равной 8,2 мг/м3, и влажности агента сушки, равной 60,8%, влажность зерна снизилась с 29,4% до 17%, что составляет 42%, а в контроле - с 29,4% до 17,5%, что составляет 40%.

На рисунке 2 приведены графики зависимости скорости сушки от времени. Анализ зависимости скорости сушки зерна от времени показал, что при удельном расходе озоновоздушной смеси 3,1 м /(ч-кг) и концентрации озона 2,4 мг/м скорость сушки в первый час равна 1,3%/ч, а в контроле - 1,0%/ч, т. е. на 23% ниже. Примерно до пяти часов сушки скорость сушки озоновоздушной смесью выше контроля на 13%/ч, а после практически выравнивается до 0,8%/ч.

Скорость сушки зерна

Опыт

Контрол

-Ь------

Рис. 2. Скорость сушки зерна

Для определения производительности озонаторной установки необходимо знать исходную концентрацию озона и константу скорости поглощения озона (рис. 3).

Зависимость скорости сушки зерна

Рис. 3. Зависимость скорости сушки зерна от концентрации озона

Анализ зависимостей скорости сушки от концентрации озона для ячменя и пшеницы (рис. 3) показывает, что увеличение концентрации озона в озоновоздушной смеси выше 7,0...8,0 мг/м3 является нецелесообразным, так как далее скорость сушки остаётся практически постоянной.

Таким образом, можно сделать вывод, что сушка озоновоздушной смесью при использовании электрокалориферных установок более экономична, чем сушка атмосферным воздухом.

2. Санитарная обработка зернового сырья озоном

Были проведены исследования по влиянию озона (до 4,0 мг/м ) и времени обработки (4,0 мин) на показатели химического состава зернового сырья (табл. 1). Исходя из результатов исследований, можно рекомендовать использование озона для улучшения санитарного состояния зернового сырья.

Производственное использование в рационе цыплят-бройлеров комбикормов, содержащих озонированное зерно, привело к увеличению живой массы птицы на

7,0...16,1% при значительном снижении затрат кормов на единицу привеса.

Таблица 1

Химический состав зернового сырья

О3, г/м Наименование показателей качества Виды зернового слоя

Кукуруза Пшеница Ячмень

2,0 Сырой протеин, % 9,52 10,90 10,81

Сырой жир, % 4,18 1,65 1,85

Перекисное число, % йода 0,36 0,30 0,20

Кислотное число, мг КОН 10,12 14,30 10,45

Йодное число, % 39,85 37,16 37,83

Витамин В1, мг/кг 3,91 4,11 3,63

Витамин В2, мг/кг 1,33 1,10 1,20

Витамин Е1, мг/кг 19,41 14,12 40,70

4,0 Сырой протеин, % 9,49 10,88 10,80

Сырой жир, % 4,13 1,60 1,70

Перекисное число, % йода 0,29 0,35 0,21

Кислотное число, мг КОН 39,12 37,08 37,41

Йодное число, % 9,72 14,37 10,61

Витамин В1, мг/кг 3,69 4,02 3,55

Витамин В2, мг/кг 1,25 1,06 1,12

Витамин Е1, мг/кг 18,98 14,03 40,12

По экспериментальным данным построены графические зависимости (рис. 4-11) представляющие собой зависимость грибковой обсеменённости зернового сырья от концентрации озона О3 и времени обработки t.

Анализ этих зависимостей показывает, что наиболее рациональным решением обработки является режим при

о

Оз=1,0 г/м и t=10,0 мин.

С, Аш/ш Г 1Q3 С, Am/m Г 1Q3

Изменение грибковой обсеменённости (фузариум) кукурузы от концентрации озона

2,0 мин

10,0 мин

Рис. 4

Изменение грибковой обсеменённости (аспергиллюс) кукурузы от концентрации

озона

2,0 мин 10,0 мин

Рис. 5

Сп, Аш/ш Г 1Q3 cn, Am/m Г 1Q3

Изменение грибковой обсеменённости (фузариум) пшеницы от концентрации озона

2,0 мин 10,0 мин

Изменение грибковой обсеменённости (фузариум) ячменя от концентрации озона

2,0 мин

10,0 мин

2 3

O3, г/м3

0

1

4

Рис. 7

С, Аш/ш Г 1Q3 ^ cn, Аш/ш Г 1Q3

Изменение грибковой обсеменённости (фузариум) пшеницы во времени

♦ 0,35 г/м. --КУО5 г/м.

куб

t, мин

[с. 8. Изменение грибковой обсеменённости (фузариум) пшеницы во времени

Изменение грибковой обсеменённости (фузариум) ячменя во времени

—♦—0,35 г/м.

--КУО3 г/м.

куб

t, мин

Рис. 9. Изменение грибковой обсеменённости (фузариум) ячменя во времени

3. Стимуляция семян озоном

При использовании озона при хранении сельскохозяйственной продукции отмечено, что замедляются процессы метаболизма в продуктах, уменьшается потребление кислорода, снижается активность ряда ферментов, что увеличивает срок их хранения.

Однако измерения дыхательного коэффициента, равного отношению скоростей выделения углекислого газа к поглощению кислорода, показали, что на протяжении периода обработки эта величина не меняется.

Это говорит о том, что сохраняются пути утилизации озона в тканях объекта обработки, указывающие на наличие эффектов стимуляции.

Для выяснения этих предпосылок нами были проведены экспериментальные исследования по влиянию озона на

всхожесть семян ярового ячменя «Мамлюк». Исследования проводились для двух концентраций озона О3=0,4 мг/м3 и О3=5,0 мг/м . Семена брались с начальной влажностью 14,1% и 25,2%. На рисунках 11-12 представлены графические зависимости, отражающие изменения всхожести семян от длительности обработки их озоном.

Анализ этих графических

зависимостей показывает, что обработка сухих семян ярового ячменя «Мамлюк» низкой концентрацией озона (О3=0,4 мг/м3) стимулирует их всхожесть с увеличением длительности обработки до 6,0...8,0 часов, а обработка влажных семян в обоих случаях снижает всхожесть по сравнению с контролем (t=0) во всём диапазоне обработки.

Изменение всхожести ярового ячменя "Мамлюк" от времени обработки озоном О3=0,4мг/м3

Рис. 10. Зависимость всхожести ярового ячменя «Мамлюк» от времени обработки озоном О3 = 0,4 мг/м3

Сухие семена стимулируются даже при концентрации озона О3=5,0 мг/м при часовой обработке.

В работе [4] представлены результаты обработки озоном семян гороха при концентрации озона О3=5,0±0,3 мг/м в

диапазоне от 0 до 2,0 часов. Эти данные также свидетельствуют о том, что всхожесть сухих семян гороха при длительности обработки озоном до 2,0 часов выше, чем в контроле.

Изменение всхожести ярового ячменя "Мамлюк" от времени обработки озоном Оз=5, 0мг/м3

—♦—14,10%

--25,20%

Рис. 11. Зависимость всхожести ярового ячменя «Мамлюк» от времени обработки озоном О3 = 5,0 мг/м

Влажные семена в пределах 30...40 минут обработки имеют всхожесть ниже контроля, а дальше - выше контроля. Для сухих семян стимулирующее действие озона на ростовые процессы сказывается только в диапазоне обработки до 1 часа, а в дальнейшем идёт угнетение, и даже ниже

контроля. Для влажных семян стимулирующий эффект проявляется только при обработке озоном в течение 90 минут, дальнейшее увеличение длительности обработки приводит к угнетению ростовых процессов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Обработка зерна с использованием озонатора //Комбикормовая промышленность. - 1997. - № 2. - С. 28.

2. Троцкая Т.П. Сушка зерна с помощью озоновоздушной смеси //Механизация и электрификация сел. хоз-ва. - 1985. - № 1. - С. 34.

3. Глущенко Н.Ф., Глущенко Н.А. Использование электроактивированного воздуха (ЭАВ) для сушки биологических объектов //Электронная обработка материалов. - 1987. -№ 3. - С. 44-48.

4. Грезчиков В.Г., Чурмасов А.В., Гаврилова А.А., Соколова Е.А. Влияние озона на прорастание семян гороха и облепихи // Техника в сельском хозяйстве. - 1998. - № 3.

5. Ксенз Н.В., Тимошенко В.Н., Андреев А.И. Интенсификация процесса сушки зерновых материалов электроозонированием //Результаты исследований и обработки производственных процессов в животноводстве. - Зерноград, 1992. - С. 93-99.