Теоретические аспекты промышленного хранения сахарной свеклы

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫХРАНЕНИЯИ ПЕРЕРАБОТКИ СЕЛЬХОЗПРОДУКЦИИ

УДК 633.63

Теоретические аспекты промышленного хранения сахарной свеклы

А. Н. МОРОЗОВ, канд. с.-х. наук; М. К. ПРУЖИН, д-р с.-х. наук, профессор; Г. С. КОСУЛИН, канд. с.-х. наук Российский научно-исследовательский институт сахарной промышленности, г. Курск

В последние годы Россия является мировым лидером по производству свекловичного сахара, объемы длительного хранения сахарной свеклы достигают 20 млн т. Это ставит задачу создания современных ресурсосберегающих технологий хранения сахарной свеклы, которые должны базироваться на теоретических аспектах, описывающих закономерности влияния различных факторов на протекающие при хранении процессы.

За последние 20—30 лет произошли существенные изменения, касающиеся как объекта хранения, так технологии и техники возделывания и хранения сахарной свеклы. На смену сортам многосемянной и односемянной сахарной свеклы отечественной селекции пришли современные высокопродуктивные импортные гибриды, которые отличаются не только химическим составом и технологическими качествами, но и свойствами, определяющими их способность к длительному хранению. При этом все зарегистрированные селекционные достижения различаются по способности к сахарона-коплению (тип гибрида), плоидности (количественному набору хромосом), заявленным срокам достижения технической спелости и другим признакам, характерным для любого гибрида сахарной свеклы [1]. Полностью обновилась и технология возделывания сахарной свеклы: механические способы борьбы с засоренностью посевов заменены только химическими средствами защиты растений с широким спектром действия; нашли широкое применение специализированные удобрения с макро- и микроэлементами, обеспечивающие сбалансированное минеральное питание сахарной свеклы в течение всего периода роста и развития [2]. Появилась высокопроизводительная уборочная и погрузочная техника, приведшая к изменению степени травмирования и загрязненности корнеплодов [3]. В технологии хранения сахарной свеклы для торможения физиолого-биохимических и подавления микробиологических процессов в корнеплодах при хранении стали использовать высокоэффективные препараты комплексного действия [4], а для снижения отрицательного влияния внешней среды на хранящееся в кагатах сырье — полимерные укрывочные материалы [5]. Перечисленные изменения совокупно могут оказывать неизвестное результирующее влияние на протекающие в корнеплодах процессы и эффективность хранения сахарной свеклы. Поэтому имеющийся обширный массив новых данных был систематизирован для дальнейшего развития теоретических основ хранения сахарной свеклы.

Известно, что сохранность сахарной свеклы в той или иной степени обусловлена влиянием различных факторов, связанных как с условиями хранения, так и со свойствами свеклы как объекта хранения. По общему механизму действия факторы относятся к эндогенным (обусловленным геномом и состоянием обменных процессов организма перед хранением) и экзогенным (обусловленным различным внешним воздействием окружающей среды на организм). В результате систематизации данных многолетних научных исследований нами выделены среди них значимые факторы, оказывающие существенное влияние на характер и интенсивность процессов, протекающих в корнеплодах и, в конечном итоге, определяющих сохранность сырья. Указанные факторы и характеризующие их показатели приведены на рис. 1.

К эндогенным факторам относятся селекционные особенности сахарной свеклы, которые характеризуются типом гибрида и его плоидностью, также эндогенным фактором является биологическая спелость корнеплодов в момент уборки, которая характеризуется сроком уборки. Указанные факторы через множество механизмов оказывают влияние на интенсивность физиолого-биохимических процессов, протекающих в корнеплодах при хранении и, соответственно, определяют сохранность сахарной свеклы. Одновременно решающее влияние на исход хранения, как правило, перекрывая влияние эндогенных факторов, оказывают экзогенные факторы: фитопатологическое состояние посевов; послеуборочное физическое состояние корнеплодов; физическая среда кагата.

Кроме приведенных факторов естественного происхождения влияние на сохранность сахарной свеклы оказывает антропогенный фактор — принудительное воздействие на объект хранения препаратами, регулирующими микробиологическое и физиолого-биохи-мическое состояние корнеплодов в кагате. Он выражается применением при хранении антисептических, ростингибирующих и физиологически активных препаратов, эффективность действия которых характеризуется такими показателями как содержание загнивших и проросших корнеплодов, активность ферментов сахарной свеклы.

Только учитывая и правильно управляя всеми значимыми эндогенными, экзогенными и антропогенными факторами сохранности сырья, можно эффективно решать технологические задачи хранения сахарной свеклы. Исходя из этого, в будущих технологиях хра-

Рис. 1. Факторы, обусловливающие сохранность сахарной свеклы

нения сахарной свеклы следует предусмотреть регулирование указанных факторов, обеспечивающих их положительное действие и учитывающих эффекты при их взаимодействии. При этом антропогенному воздействию непосредственно поддается часть факторов (выбор гибридов по селекционным особенностям, воздействие на корнеплоды препаратами), а другая часть — косвенно через сложную цепь взаимодействия природного и антропогенного влияния (фитопатоло-гическое состояние посевов, наступление биологической спелости, физическое состояние корнеплодов и физическая среда кагата). Однако, несмотря на отмеченное различие, возможно регулирование всех выделенных факторов. Это можно осуществить на основе знаний о влиянии и взаимодействии факторов на направленность и интенсивность процессов, протекающих в корнеплодах при хранении, изменение показателей их сохранности. Рассмотрим известную совокупность данных о направленности влияния, взаимодействия значимых факторов, аспектов их регулирования применительно к современным условиям изменения объекта и технологии хранения.

В достаточной мере известна и изучена направленность влияния на протекающие в корнеплодах при хранении процессы и сохранность сахарной свеклы таких значимых факторов, как фитопатологическое состояние посевов и биологическая спелость корнеплодов в момент уборки [6]. В этой связи наши многолетние исследования были сосредоточены на изучении таких факторов, как селекционные особенности гибридов, физическое состояние корнеплодов, физическая среда кагата и воздействие на корнеплоды препаратов.

Следует отметить, что создание стабильных и оптимальных условий физической среды кагата является важным элементом ресурсосберегающих технологий хранения сахарной свеклы. Вместе с тем, данный фактор является производным от других вышеперечисленных факторов, т. е. между ними имеется системная устойчивая взаимосвязь. Функциональная схема влияния основных факторов на физическую среду кагата

ФАКТОРЫ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ

Воздействие на корнеплоды препаратами

Физическая среда хранения

1

Сахарная свекла

Рис. 2. Влияние основных факторов на физическую среду при хранении сахарной свеклы

при длительном хранении сахарной свеклы представлена на рис. 2. Формируя тренды влияния, мы исходили из того, что хранение сахарной свеклы осуществляется на открытых площадках, на физическую среду в кагатах оказывают влияние, с одной стороны, факторы внешней среды через укрывочный материал, а с другой, — протекающие в корнеплодах процессы, обусловленные их состоянием перед хранением, а также ограниченные принудительным воздействием препарата.

Как видно, факторы внешней среды с постоянно меняющимися параметрами (температура и влажность наружного воздуха, солнечная радиация, атмосферные осадки) воздействуют на среду и объект хранения, а укрывочный материал обеспечивает защитное действие от атмосферных осадков и солнечной радиации, а также снижает влияние температуры и влажности наружного воздуха. Такие факторы внешней среды как температура и влажность наружного воздуха используются для направленного воздействия на параметры физической среды путем принудительного вентилирования кагата. Между сахарной свеклой и физической средой, в которой она хранится, происходит постоянное взаимодействие.

Исходным состоянием корнеплодов определяется уровень микробиологических и физиолого-биохими-

ческих процессов, оказывающих постоянное влияние на параметры физической среды. Воздействие на корнеплоды антисептическими, ростингибирующими и физиологически активными препаратами подавляет микробиологические процессы и тормозит физиоло-го-биохимические процессы, и тем снижает отрицательное влияние на физическую среду хранения.

Таким образом, основными способами воздействия на физическую среду с целью обеспечения благоприятных, близких к оптимальным, условий хранения сахарной свеклы являются применение укрывочных материалов, принудительное вентилирование кагатов и воздействие на корнеплоды препаратами. Соответственно, решение технологической задачи хранения сахарной свеклы по созданию стабильных и оптимальных условий в процессе хранения включает управление такими значимыми факторами, как физическая среда кагата и воздействие на корнеплоды препаратами.

Регулирование указанных факторов предлагается осуществлять с помощью комплекса взаимоувязанных приемов направленного температурно-влажностного, антимикробного и ингибиторного воздействия на хранящиеся в кагате корнеплоды путем интегрированного применения укрывочного материала многофункционального действия, принудительного вентилирования и химических препаратов. Применяемый укрывочный материал должен обладать рядом функциональных свойств: низкой теплопроводностью и хорошей светоотражающей способностью, позволяющими снизить влияние внешних метеорологических факторов на среду и объект хранения; заданной воздухо-паропро-ницаемостью для поддержания создаваемого системой принудительного вентилирования температурно-влаж-ностного и газового режима в кагате [7].

Принудительное вентилирование кагата направленно воздействует на параметры физической среды и обеспечивает отвод тепловой энергии, выделяемой свеклой при хранении, до выравнивания температурно-влажностных параметров в межкорневом пространстве с более благоприятными условиями внешней среды. В случае низкой относительной влажности атмосферного воздуха вентилирование производится увлаженным воздухом. При этом увлажнение вентиляционного воздуха может совмещаться с введением препаратов антимикробного и ингибиторного действия для подавления и торможения микробиологических и физиолого-био-химических процессов в корнеплодах. Также они могут как непосредственно вводиться в межкорневое пространство кагата с помощью систем вентилирования, так и быть введены в структуру укрывочного материала, действуя пролонгировано на протяжении всего периода хранения.

Комплекс приемов направленного температурно-влажностного, антимикробного и ингибиторного воздействия на корнеплоды позволит не только формировать с помощью принудительного вентилирования требуемые параметры физической среды, но и поддерживать их за счет применения укрывочного материала и препаратов, подавляющих микробиоло-

гические и тормозящих физиолого-биохимические процессы в корнеплодах. Создание оптимального режима на протяжении всего срока хранения позволит повысить сохранность корнеплодов и снизить потери массы свеклы и сахара. Это подтверждают результаты экспериментальной проверки разработанного нами режима длительного хранения сахарной свеклы, основанного на интегрированной системе направленного физического и антимикробного действия на межкорневое пространство кагата путем комплексного применения укрытия многофункционального действия и принудительного вентилирования. Так, в варианте с оптимальным режимом хранения основные физиолого-биохимические процессы в корнеплодах протекали на минимальном уровне, наблюдалась подавление микробиологических процессов и наилучшая сохранность сахарной свеклы, что позволило снизить потери массы свеклы на 1,04% и сахарозы на 0,57% по сравнению с хранением в условиях нерегулируемой физической среды без применения антимикробного препарата [8].

Результативность хранения сахарной свеклы также обусловлена селекционными особенностями гибридов и послеуборочным физическим состоянием корнеплодов, хотя системные данные по этому вопросу в научной литературе отсутствуют. Поэтому в наших исследованиях детально изучена направленность влияния и взаимодействие таких показателей значимых факторов, как тип гибрида, содержание травмированных и увядших корнеплодов, на протекание основных физиолого-биохимических процессов при длительном хранении в условиях оптимальной физической среды кагата и воздействия на корнеплоды антимикробным препаратом.

Установлено, что уровень протекания основных физиолого-биохимических процессов в корнеплодах снижался в ряду типов гибридов: сахаристые, урожайно-сахаристые, урожайные. При этом у гибридов урожайного типа наблюдалась лучшая сохранность корнеплодов, а потери массы свеклы и сахарозы были на 1,46 и 0,12% ниже норм естественной убыли, соответственно. Самый низкий уровень протекания основных физиолого-биохимических процессов и лучшие показатели сохранности сахарной свеклы также отмечались при хранении корнеплодов с отсутствием травмирования и минимальной степенью увядания. Так, в этих условиях у корнеплодов без механических повреждений потери массы свеклы были ниже на 1,21%, сахарозы — на 0,07% норм естественной убыли, у корнеплодов с минимальной степенью увядания потери массы свеклы и сахарозы были ниже норм естественной убыли на 2,00% и 0,25%, соответственно [9].

Полученные новые знания свидетельствуют, что сочетание положительного влияния значимых факторов позволяет получить наилучший эффект по результативности хранения сахарной свеклы. Следовательно, только направленное регулирование всех значимых факторов, имеющих разные механизмы положительного действия и эффекты при их взаимодействии, в

полной мере позволит обеспечить максимальную сохранность исходных технологических качеств сахарной свеклы с минимальным уровнем потерь массы свеклы и сахара.

Принимая во внимание, что такие значимые факторы как селекционные особенности гибрида, биологическая спелость, фитопатологическое состояние посевов и послеуборочное физическое состояние корнеплодов характеризуют исходное состояние сахарной свеклы перед хранением, управление этими факторами должно быть предусмотрено на этапе приемки сырья сахарным заводом. Указанные факторы можно регулировать, определяя показатели при приемке сахарной свеклы и направляя на длительное хранение сырье, соответствующее ограничительным

требованиям [10]. Примером ограничительных требований к сахарной свекле длительного хранения могут быть показатели значимых факторов: плоид-ность и тип гибридов; уровень поражения листового аппарата и корнеплодов болезнями; срок уборки; содержание корнеплодов с сильными механическими повреждениями; степень увядания корнеплодов; загрязненность.

Таким образом, рассмотренные теоретические аспекты влияния и взаимодействия значимых эндогенных, экзогенных и антропогенных факторов сохранности корнеплодов сахарной свеклы и предложенные подходы к регулированию этих факторов могут служить предпосылкой эффективного решения технологической задачи хранения сырья.

Литература

1. Апасов, И. В. Технологические качества гибридов сахарной свеклы различных селекционных направлений в условиях засухи / И. В. Апасов, Г. К. Фоменко, Л. Н. Пути-лина // Сахар. — 2011. — № 5. — С. 48-54.

2. Сапронов, Н. М. Минеральное питание и сортовые особенности как факторы определяющие структуру углеводного комплекса сахарной свеклы / Н. М. Сапронов, А. С. Бердников // Сахар. — 2009. — № 7. — С. 23-25.

3. Никитин, А. Ф. Исходное состояние и среднесуточные потери массы корнеплодов во время полевого хранения / А. Ф. Никитин // Сахарная свекла. — 2015. — № 8. — С. 41-44.

4. Путилина, Л. Н. Применение ингибиторов ЛпаЫов и 8ошпш при хранении сахарной свеклы в открытых кагатах / Л. Н. Путилина [и др.] // Сахар. — 2017. — № 1. — С. 48-52.

5. Сапронов, Н. М. Хранение сахарной свеклы с применением укрывочного материала, модифицированного антимикробным препаратом / Н. М. Сапронов [и др.] // Сахар. — 2013. — № 8. — С. 36-39.

6. Красюк, Н. А. Современные технологии производства и использования сахарной свеклы / Н. А. Красюк. — Минск: А. Н. Вараксин, 2010. — 502 с.

7. Сапронов, Н. М. Хранение сахарной свеклы в полевых кагатах под полимерным укрытием многофункционального действия/ Н. М. Сапронов [и др.] // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. — 2014. — № 6. — С. 73-74.

8. Сапронов, Н. М. Укрытие многофункционального действия и принудительное вентилирование для длительного хранения сахарной свеклы / Н. М. Сапронов [и др.] // Сахар. — 2015. — № 8. — С. 24-27.

9. Морозов, А. Н. Влияние селекционного направления и физического состояния сахарной свеклы на результативность хранения / А. Н. Морозов, Г. С. Косулин, С. В. Хлю-пина // Достижения науки и техники АПК. — 2016. — № 11. — С. 123-126.

10. Морозов, А. Н. Технология длительного хранения сахарной свеклы / А. Н. Морозов, М. К. Пружин, Л. Ю. Смирнова // Сахар. — 2016. — № 7. — С. 24-26.

References

1. Apasov I. V., Fomenko G. K., Putilina L. N. [Technological characteristics of sugar beet hybrids of different breeding directions under conditions of drought]. Sakhar, 2011, no. 5, pp. 48-54.

2. Sapronov N. M., Berdnikov A. S. [Mineral nutrition and varietal characteristics as factors determining the structure of carbohydrate complex of sugar beet]. Sakhar, 2009, no. 7, pp. 23-25.

3. Nikitin A. F. [Initial condition and average daily root weight loss during field storage]. Sakharnaya svekla, 2015, no. 8, pp. 41-44.

4. Putilina L. N. et al. [The use of Anabios and Somnus inhibitors in the storage of sugar beet in open kagata]. Sakhar, 2017, no. 1, pp. 48-52.

5. Sapronov N. M. et al. [Storage of sugar beet using a covering material modified with an antimicrobial preparation]. Sakhar, 2013, no. 8, pp. 36-39.

6. Krasyuk N. A. Sovremennye tekhnologii proizvodstva i ispol'zovaniya sakharnoi svekly [Modern technologies of production and use of sugar beet]. Minsk, A. N. Varaksin Publ., 2010. 502 p.

7. Sapronov N. M. et al. [Storage of sugar beet in field kagats under the polymeric shelter of multifunctional action]. Vestnik Rossiiskoi akademiiselskokhozyaistvennykh nauk, 2014, no. 6, pp. 73-74.

8. Sapronov N. M. et al. [Multifunctional shelter and forced ventilation for long-term storage of sugar beet]. Sakhar, 2015, no. 8, pp. 24-27.

9. Morozov A. N., Kosulin G. S., Khlyupina S. V. [Influence of selection direction and physical state of sugar beet on the effectiveness of storage]. Dostizheniya nauki i tekhniki APK, 2016, no. 11, pp. 123-126.

10. Morozov A. N., Pruzhin M. K., Smirnova L. Yu. [Technology of long-term storage of sugar beet]. Sakhar, 2016, no. 7, pp. 24-26.

Теоретические аспекты промышленного хранения сахарной свеклы

Ключевые слова

значимые факторы; принудительное вентилирование; регулирование факторов; сахарная свекла; теоретические основы хранения; укрывочный материал; физическая среда.

Реферат

Учитывая необходимость хранения значительных объемов сахарной свеклы в России, возрастает потребность в современных ресурсосберегающих технологиях ее хранения. Изложены основные этапы формирования теоретических основ хранения сахарной свеклы и обоснована необходимость их дальнейшего развития в условиях существенного изменения свойств корнеплодов. Проведена систематизация обширного массива данных многолетних научных исследований с выделением значимых эндогенных, экзогенных и антропогенных факторов сохранности сахарной свеклы. Рассмотрена направленность их влияния и взаимодействия, возможность регулирования. Сформирована схема влияния основных факторов на физическую среду кагата при длительном хранении сахарной свеклы с использованием укрывочного материала, принудительного вентилирования и воздействия на корнеплоды препаратами. Обоснована возможность управления такими значимыми факторами как физическая среда кагата и воздействие на корнеплоды препаратами с целью создания оптимальных условий хранения. Показана возможность регулирования указанных факторов с помощью комплекса взаимоувязанных приемов направленного температур-но-влажностного, антимикробного и ингибиторного воздействия на хранящиеся в кагате корнеплоды. Проведен анализ влияния и взаимодействия показателей эндогенных и экзогенных значимых факторов в условиях формирования оптимальной физической среды кагата и антимикробного воздействия на корнеплоды. Установлено, что направленное регулирование всех значимых факторов, имеющих разные механизмы положительного действия, позволяет получить наилучший результат при хранении сахарной свеклы. Предложено регулирование значимых факторов, характеризующих исходное состояние сахарной свеклы перед хранением, осуществлять путем соблюдения показателей ограничительных требований при приемке сырья.

Авторы

Морозов Александр Николаевич, канд. с.-х. наук;

Пружин Михаил Константинович, д-р с.-х. наук;

Косулин Геннадий Степанович, канд. с.-х. наук

Российский научно-исследовательский институт

сахарной промышленности,

305029, г. Курск, ул. Карла Маркса, д. 63,

xranenie46@yandex.ru

Theoretical Aspects of Industrial Storage of Sugar Beet

Key words

significant factors; forced ventilation; regulation of factors; sugar beet; theoretical storage basics; covering material; physical environment.

Abstract

Considering the need to store significant amount of sugar beet in Russia, it is required to create modern resource-saving technologies for its storage, based on an appropriate theoretical basis. The main stages of formation of theoretical bases of sugar beets storage are stated and the necessity of their further development in conditions of essential change of properties of a storage object is proved. A vast array data classification of longstanding scientific research with the identification of significant endogenous, exogenous and anthropogenic factors for the conservation of sugar beets has been carried out. Directional effect of their influence and interaction, the possibility of regulation are considered. An influence scheme of the main factors on the physical environment of the beet pile during long-term storage of sugar beet using covering material, forced ventilation, and preparation impact on root crops have been developed. The possibility of controlling such significant factors as the physical environment of the beet pile and the preparation impact on the roots with the aim of creating optimal storage conditions is justified. The possibility of regulating these factors with the help of set of interrelated methods of directed temperature-humidity, antimicrobial and inhibitory impact on the root crops stored in the beet pile is shown. The analysis of influence and interaction of endogenous and exogenous significant factors in the conditions of forming the optimal physical environment of the beet pile and the antimicrobial impact on root crops was carried out. It has been established that directed regulation of all significant factors having different mechanisms of positive action makes it possible to obtain the best effect on the effectiveness of sugar beet storage. The regulation of significant factors characterizing the initial state of sugar beet before storage is suggested, carried out by observing the limits of restrictive requirements when accepting raw materials.

Authors

Morozov Alexander Nikolaevich, Candidate of Agricultural Science; Pruzhin Mikhail Konstantinovich, Doctor of Agricultural Science; Kosulin Gennadiy Stepanovich, Candidate of Agricultural Science Russian Research Institute of the Sugar Industry, 63 Karl Marx st., Kursk, 305029, Russia, xranenie46@yandex.ru