Формирование управляемых жизненных микросред

Формирование управляемых жизненных микросред

1А.А. Амелькин

Московский государственный университет пищевых производств

Одна из важнейших задач пищевой и перерабатывающих отраслей АПК — разработка и внедрение прогрессивных технологических процессов,оборудования и систем управления, обеспечивающих повышение качества и биологической ценности продуктов питания. При этом значительная часть технологических процессов реализуется в ограниченном пространстве — микросреде, содержащей живые объекты (например, процесс хранения плодоовощной продукции в овощехранилищах, процессы транспортировки сельскохозяйственного сырья на большие расстояния в специализированном авто- и железнодорожном транспорте, процессы солодоращения и культивирования микроорганизмов и т. д.).

Актуальность настоящего проекта заключается прежде всего в обеспечении устойчивого развития предприятий пищевой промышленности и АПК, использующих в технологических процессах живые объекты, когда благодаря применяемым новейшим наукоемким технологиям формирования производственной микросреды не существует противоречия между задачами повышения технико-экономических показателей производства, формирования безопасности и качества сельскохозяйственного сырья и пищевых продуктов и поддержания улучшенных условий труда производственного персонала с точки зрения экологии. Типичным примером подобного подхода служит применение указанных технологий на плодоовощных предприятиях, где в ходе процесса хранения одновременно решается несколько задач: подавление метаболизма плодов и овощей, гнилостной микрофлоры, насекомых и плесневых грибов при хранении сельскохозяйственной продукции за счет ионизации воздуха по оптимальной программе; многоступенчатая очистка воздуха в производственных помещениях от различных пылеобразных и газообразных органических и неорганических загрязнителей воздуха (пыли, бактерий, низших грибов, клещей, озона, этилена и т. д.).

Основная задача настоящего проекта — проведение прикладных исследований с целью выявления возможностей практического применения электронно-

ионной технологии (ЭИТ) в пищевой промышленности и отраслях АПК, в ходе которых планируется использовать такие управляющие воздействия, как аэроионизация и озонирование технологических микросред для управления процессами хранения и стимуляции сельскохозяйственного сырья, замачивания и проращивания зерна, брожения, промышленного культивирования микроорганизмов и т. д. при разработке эффективных способов автоматического управления технологическими процессами производства пива, кондитерских производств, производства дрожжей, биосинтеза лизина и другими процессами, проводимыми в технологических микросредах, содержащих живые объекты. Другие приложения данного проекта — управление любыми аэробными живыми системами с целью стимуляции или ингибирования жизнедеятельности; лечебно-профилактическое приложение — оздоровление микроклимата в квартирах, больничных палатах, на общественном транспорте, в офисах и цехах, в аудиториях учебных заведений и т. д., а также профилактика и лечение различных заболеваний, таких, как аллергия, бронхиальная астма, и многих других патологий и расстройств.

Подсистемы автоматического управления технологической микросредой (ПАУТМ) и подсистемы формирования управляемой жизненной микросреды (ПФУЖМ), решающие вышеуказанные задачи, могут быть выполнены как в стационарном исполнении при больших объемах обрабатываемой продукции и больших производственных площадях и помещениях (таких, как хранилища, крупные цехи, крытые стадионы, актовые, концертные и спортивные залы, кинотеатры и т.п.), так и в переносном или транспортном исполнении в случае малых производственных мощностей, небольших складских помещений, а также для установки на транспортных средствах при перевозке сырья и продукции на большие расстояния, в салонах автомобилей и общественного транспорта и т. д. Помимо этого указанные подсистемы могут работать как в автономном режиме, так и в составе систем кондиционирования воздуха и вентиляции.

Управление живыми системами в данном проекте производится путем воздействия аэроионизированных сред на внутриклеточное дыхание с использованием УСГОВ (устройства для санитарно-гигиенической обработки воздуха, защищенного действующим патентом СССР № 1623346) в качестве основного исполнительного устройства. При этом решение задач оптимального управления предложено осуществлять на базе комплексной математической модели, описывающей живую систему на уровне отдельных внутриклеточных органелл (митохондрий) и на уровне взаимодействия живого объекта с микросредой (организменном уровне).

Принцип действия устройства для санитарно-гигиенической обработки воздуха (УСГОВ) заключается в многоступенчатой очистке воздуха с последующей его ионизацией. Поток обрабатываемого воздуха проходит последовательно про-тивопыльный фильтр, генератор озона, электропроводящие боковые обкладки, каталитический фильтр и ионизатор. При этом генератор озона и ионизатор снабжены собственным источником высокого напряжения, а поток воздуха может создаваться как путем установки в устройстве собственного вентилятора, так и централизованно в системах кондиционирования или вентиляции.

Таким образом, под действием принудительной вентиляции поток обрабатываемого воздуха сначала проходит через противопыльный фильтр (предфильтр или фильтр грубой очистки), на котором осаждаются пылеобразные загрязнители, в том числе твердые аэрозоли, входящие в состав дыма. После этого поток воздуха поступает в электрический или электростатический фильтр (генератор озона + электропроводящие обкладки), где под воздействием озона и электростатического поля высокой напряженности воздух обеззараживается и очищается от газообразных биологических и химических загрязнителей. Затем каталитический фильтр очищает воздух от остаточного озона и продуктов реакции озона с различными загрязнителями. При этом в зоне высокой напряженности генератора озона вредные примеси ионизируются и затем активно адсорбируются на поверхности электропроводящих боковых обкладок и каталитического фильтра. Напряжение на генератор озона и на электропроводящие обкладки, выполняющие функцию осадительных электродов, подается с разным знаком, что повышает эффективность процесса сорбции загрязнителей.

Медико-профилактическим направлением применения исполнительных устройств УСГОВ является их использование в ПФУЖМ с целью формирования управляемых жизненных микросред в жилых помещениях и офисах, на общественном и личном транспорте, в учеб-

ных и медико-профилактических учреждениях, в гостиницах и домах отдыха, в ресторанах и кинотеатрах, в клубах и домах культуры, в магазинах и других замкнутых жизненных пространствах.

При этом одна из основных задач — профилактика таких распространенных заболеваний, как аллергия, атопический дерматит и бронхиальная астма, путем использования УСГОВ для очистки воздуха от домашней пыли, пылевых клещей, низших грибов и микрофлоры с последующей его аэроионизацией. В докладе Л.Н. Ску-чалиной и других авторов «Значение микросреды в развитии аллергических заболеваний у детей», сделанном на I (V) Съезде детских врачей Республики Казахстан в 2001 г., сообщается о значительном росте аллергических заболеваний у детей в разных районах мира и указывается на то, что в развитии этой патологии большое значение имеет состояние жилища. В ходе эпидемиологических исследований авторами доклада был проведен анализ факторов риска микроэкологии жилища у 104 больных бронхиальной астмой, 107 больных атопическим дерматитом и 686 здоровых детей, которые составили группу контроля. Изучение состава домашней пыли в квартирах больных детей выявило ее многокомпонентность. В каждой квартире обнаружены клещи от 10 до 900 особей в 1 г пыли. Выявленное количество грибов колебалось от 20 до 520000 клеток в 1 г пыли, чаще в виде Penicillum и Aspergillus. Значительным был состав микробной флоры: 250 000-26 770 000 клеток в 1 г пыли. Авторами данной работы доказано, что все вышеперечисленные факторы относятся к управляемым и при уменьшении их воздействия снизится риск аллергической патологии, что указывает на необходимость широкого внедрения ПФУЖМ.

Преимущества используемого в подсистемах ПАУТМ и ПФУЖМ устройства для санитарно-гигиенической обработки воздуха УСГОВ: ионизация потока предварительно очищенного воздуха; модульность исполнения, позволяющая создавать стационарные и переносные устройства различной конфигурации и мощности, применять устройство в действующих системах вентиляции и кондиционирования и т.п.; использование при изготовлении и эксплуатации исключительно отечественных материалов и комплектующих; низкая потребляемая мощность, высокая степень очистки воздуха от пыли, газообразных загрязнителей и микроорганизмов, большой радиус действия; приемлемая стоимость расходных материалов, неограниченный срок их хранения; простота эксплуатации и обслуживания; выбор режимов аэроионизации и расхода воздуха в зависимости от типа объекта и цели воздействия (ин-гибирование или стимуляция); отсутствие выделения озона в окружающую среду; возможность обеспечения режима озонирования при отключении третьей ступени фильтрации, а также режима одновременного озонирования и аэроионизации при необходимости антисеп-тирования технологических помещений, камер хранилищ, технологического оборудования и транспортных средств (контейнеров, фургонов и т.п.); быстрое удаление озона из окружающей среды при отключении режима озонирования.

К настоящему времени создан опытный образец УСГОВ и разработан бизнес-план организации серийного производства устройств и систем на их основе. Проведены испытания на картофелехранилище: режим обработки клубней «ингибирование» позволил подавить эффект прорастания и увеличить количе-

ство стандартных клубней при хранении на 30 %; при режиме обработки клубней «активация» отмечен явный эффект стимуляции прорастания клубней. Проект по разработке и серийному производству устройств УСГОВ и систем на их основе поддержан Управлением плодоовощного хозяйства г. Москвы, получены предварительные заявки на приобретение ПАУТМ от ряда плодоовощных предприятий и других компаний. Подписан протокол о намерениях по возможному применению разработки на территории более 30 фермерских хозяйств Ярославской области. Получены положительные заключения Главного терапевта ГМУ г. Москвы и Института медико-биологических проблем РФ на производство УСГОВ лечебно-профилактической модификации. На Первом московском международном салоне инноваций и инвестиций (Москва, 7-10 февраля 2001 г.) устройство УС-ГОВ было удостоено серебряной награды. Результаты предварительных исследований по теме проекта опубликованы в отечественных журналах и сборниках и доложены на международных конференциях и симпозиумах.

ЛИТЕРАТУРА

1. Амелькин А.К., Смирнов В.Н., Михайлов В.Ю. Изобретение № 1623346 «Устройство для санитарно-гигиенической обработки воздуха». (Патентообладатель с 2000 г. Амелькин А.А.). — БИ №15, 1998. Класс F 24 F 3/16.

2. Амелькин А.А, Благовещенская М.М., Амелькин А.К. Разработка подсистем автоматического управления живыми объектами в пищевой и перерабатывающих отраслях АПК//Сб. науч. трудов. — М.: МГУПП. С. 440-452.

3. Скучалина Л.Н, Старосветова Е.Н., Сейтга-лиев Г.М. Значение микросреды в развитии аллергических заболеваний у детей (Акмолинская государственная медицинская академия)// Сб. докладов I (V) Съезда детских врачей Республики Казахстан. — Астана, 2001 и др.

2•2003

3