Современные приборы и способы для обнаружения и определения скрытой зараженности продовольственного зерна и семян

УДК: 631.362.36:57.087.3

Современные приборы и способы

для обнаружения и определения скрытой зараженности продовольственного зерна и семян

С.Е. Уланин, С.Н. Рассоха, канд. экон. наук, Е.В. Шалыгина, канд. техн. наук, К. Б. Гурьева, канд. техн. наук, С. Л. Белецкий, канд. техн. наук, Е.В. Иванова

ФГБУ НИИПХ Росрезерва

Проблема сохранения хлебных запасов без потерь и снижения их качественных показателей была и остается одной из важнейших задач, касающихся продовольственного государственного резерва.

Наличие в зерновой массе зерен или семян со скрытой зараженностью насекомыми значительно снижает стойкость зерна при хранении, особенно при длительном хранении. Зерно, зараженное насекомыми, является носителями микробиологических очагов, увеличивает количество зерновых и сорных примесей, производственных потерь и снижает выход качественной продукции. При хранении, в результате жизнедеятельности, вредители наносят ущерб хлебопродуктам, снижают их качество, загрязняют личинками, шкурками, телами погибших особей, экскрементами, при этом уменьшается масса добро-

Рис. 1. Присутствие насекомого в зерне

качественных продуктов. Наличие живых насекомых в партиях зерна в скрытой форме при возникновении благоприятных условий (повышение температуры выше 10....12 °С) может привести к порче всей партии, вплоть до необходимости полной утилизации такого зерна, так как зерно, в большой степени поврежденное насекомыми, является токсичным и теряет свой технологический потенциал [1].

Очень важно выявить скрытое заражение зерна при поступлении его на хранение, а также проводить контроль на всех этапах хранения. Ранняя диагностика скрытой зараженности при принятии соответствующих мер (дезинсекция, радисекация и другие меры по борьбе с вредителями хлебных запасов) может спасти партию зерна от дальнейшей ее порчи и вернуть ей товарный класс. В соответствии с требованиями СТО Росре-зерв для длительного хранения зараженность вредителями в активной и скрытой формах не допускается.

Федеральным государственным бюджетным учреждением Научно-исследовательский институт проблем хранения Федерального агентства по государственным резервам в текущем году в Федеральной службе по интеллектуальной собственности были получены несколько патентов по выявлению и определению скрытой зараженности продовольственного зерна и семян [2 - 4].

Патент К11 № 2624322 относится к определению в зерновых культурах и семенах скрытой зараженности, обусловленной повреждением насекомыми вредителями, с помощью рентгенографии. Под зерновыми

культурами в данном случае понимаются пшеница, рожь, ячмень, рис, овес. Рентгеновский метод, обеспечивающий непрерывную запись результатов и позволяющий с высокой эффективностью выявлять яйца, личинки и куколки, не разрушая при этом пробы зерна, относится к наиболее точному лабораторному ускоренному методу.

Запатентованный способ определения скрытой зараженности насекомыми партий семян и зерновых культур характеризуется тем, что исследуемые образцы зерен или семян помещают в потоке рентгеновского излучения, проводят экспозицию рентгеновским излучением, регистрируют визуализацию рентгеноо-браза на носителе с последующим считыванием информации и ее компьютерной обработкой. Разработка методики проводилась совместно со специалистами ФГБНУ АФИ (Архипов М.В., Жеудков А.А.).

По предложенному способу из партии предварительно отбирают пробы образцов зерен или семян, фиксируют в один слой на 10 прободер-жателях (не менее чем по 100 шт. на каждом) с расстоянием не менее 1 мм между зернами или семенами. Далее прободержатели поочередно помещают между источником и приемников рентгеновского излучения, затем выполняют обработку каждого полученного рентгенообраза на сканере с одновременным переносом на компьютер.

Вид дефекта на негативе при выявлении дефектов поврежденно-сти и заселенности насекомыми-вредителями: на светлом фоне неповрежденного эндосперма полость в виде темных полос выделяется более светлое изображение насекомого. Если насекомое уже покинуло зерно, канал имеет равномерную темную окраску с округлым или лин-зовидным более темным окончанием

При анализе дефекта на первом этапе производится обнаружение зерна на электронном изображении. Полученное изображение сохраняют, после чего передают пакет электронных изображений в количестве не менее 10 шт. в программу «Агротест - Зерно» (Свидетельство № 2016612920, правообладатель ФГБУ НИИПХ Росрезерва) и запускают анализ. По окончании анализа программа выдает сводную информацию по скрытым дефектам зерна,

в том числе по скрытой зараженности, в виде файлов с расширениями 1x1 или х!б.

При идентификации программой хотя бы одного зараженного зерна насекомыми просматривают все фотографии на предмет наличия в полостях зерен личинок и куколок насекомых. При визуальном выявлении внутри зерна личинок и куколок насекомых из 10 прободержателей отбирают те, которые содержат такие зерна.

Большие трудности возникали при разработке программного обеспечения для определения нахождения вредителя в зерне. Зерно, повреждённое насекомыми - это семена, внутри которых находятся ходы вредителей. Здесь можно наблюдать несколько вариантов повреждения: первый - в зерновку отложено яйцо насекомого (как правило, амбарного или рисового долгоносика), яйцо может быть живым или мёртвым; второй - в зерновке хорошо наблюдается выгрызанное личинкой пространство, в пространстве может не быть насекомого, или же может находиться живая или мёртвая личинка, или же куколка (очень редко внутри зерновки обнаруживается взрослая особь насекомого - как правило, мёртвая). Быстро распознать живое или мёртвое яйцо отложено в зерновку, живая или мёртвая куколка находится в зерне - очень трудно. Для этого необходимо вырастить вредителя до стадии, когда он может двигаться, а это может занять несколько дней. Определить же живую или мёртвую личинку или же взрослую особь проще; для этого необходимо сфотографировать поражённую зерновку с личинкой или жуком, а далее выдержать такое зерно около получаса при температуре близкой к 40 °С (но не выше, чтобы не убить насекомое), и потом сделать повторный снимок. Если особь окажется живой, то на фотографиях до и после нагрева ее положение внутри полости будет разной.

По разработанному способу на втором этапе для активизации движения живых насекомых прободержатели с зерном выдерживаются в термошкафу при оптимальных условиях: температуре 37...40 °С в течение 4 -6 мин. Затем проводится повторное помещение прободержателей в поток рентгеновского излучения. Наличие живых вредителей внутри зерна при двукратном испытании можно определить визуально по изменению позы насекомого внутри зерна:

• зерно с личинкой или куколкой, не изменившей свое положение после воздействия повышенной темпе-

MODERNIZATION OF FOOD INDUSTRY

ратуры, относят к зерну, поврежденному насекомыми;

• зерно, в которой личинка поменяла свое положение после темперирования, считается зараженным, а исследуемая партия такого зерна несет в себе скрытую зараженность и не может быть принята на длительное хранение без соответствующей обработки.

Данное изобретение может быть использовано при исследовании качества партий продовольственного зерна или семян, предназначенных для товарных операций: купля - продажа качественного зерна, в зерно-перерабатывающей промышленности и семеноводстве.

Выявление скрытой зараженности зерна проводится с помощью запатентованных устройств и приборов, разработанных совместно кафедрой электронных приборов и устройств СПбГЭТУ «ЛЭТИ». Научные разработки привели к созданию усовершенствованного прибора типа ПРДУ с компьютерной визуализацией рент-генобразов и с автоматизированным программным обеспечением. В результате получен патент на полезную модель № 166175 «Устройство для исследования зараженности и повреждений насекомыми образцов партий зерновых культур». Устройство содержит рентгенозащищенный корпус, внутри которого по обе стороны от съемного прободержателя закреплены источник рентгеновского излучения и узел визуализации рентгеновского изображения в виде многоразовой фоточувствительной пластины с цифровым устройством, снабженным панорамным и цефо-лометрическим датчиками для получения электронных фотографий с разрешением не менее 2400^3000. Устройство (передвижная рентгено-диагностическая установка ПРДУ-02) показано на рис. 2.

Установка не опасна с точки зрения радиационных излучений. Рекомендуемая аппаратура в соответствии с п. п. 1.7 - 1.8 ОСПОРБ - 99 освобождается от радиационного контроля, учета и от необходимости оформления специального разрешения (лицензии) для работы с ней.

Прободержатель для зерна выполнен с возможностью установки на нем не менее 100 образцов зерен с интервалом не менее 1 мм. Выход узла визуализации соединен со входом сканера. Узел визуализации может обеспечивать увеличение размера образца пробы не менее чем в 3 раза при одновременной съемке.

«Прибор портативный для исследования проб зерна и семян» зарегистрированный как промышленный

Рис. 2. Передвижная рентгенодиагностическая установка ПРДУ-02

1 - пульт управления, 2 - рентгенозащитная камера, 3 - источник излучения, 4 - предметный столик, 5 - поверхность приемника изображения

Рис. 3. Портативный рентгенодиагностический комплекс ПРДУ-02.1:

1 - ручной рентгеновский аппарат «ПАРДУС-Р»;

2 - устройство для визуализации «РЕНТГЕНОВИДЕОГРАФ»;

3 - ноутбук

образец (патент на № 104685) представлен на рис. 3.

Применение разработанного способа имеет практическое применение и позволяет повысить уровень контроля качества продовольственного зерна при приемке на длительное хранение и в период хранения. С целью получения более полных характеристик по показателям качества и безопасности разработанный новый способ может быть рекомендован в качестве дополнительного к традиционным испытаниям зара-

женности зерна вредителями стандартными методами.

ЛИТЕРАТУРА

1. Мачихина, Л. И. Научные основы продовольственной безопасности зерна (хранение и переработка)/Л. И. Мачихина, Л.В. Алексеева, Л.С. Львова - М., ДеЛи принт, - 2007.

2. Патент на изобретение Ри № 2624322

3. Патент на полезную модель Ри № 166175 «Устройство для исследования зараженности и повреждений насекомыми образцов партий зерновых культур».

4. Патент на промышленный образец № 104685 «Прибор портатив-

ный для исследования проб зерна и семян».

5. Архипов, М. В. Методика рентгенографии в земледелии и растениеводстве/ М. В. Архипов, Д. И. Алексеева, Н.Ф. Батыгин и др. - М.: РАСХН, -2001 г.

6. СП 2.6.1.799 - 99 Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ-99).

REFERENCES

1. Machikhina L.I., Aleksee-va L.V., L'vova L.S. Nauchnye osnovy prodovol'stvennoi bezopasnosti zerna (khranenie i pererabotka) [Scientific fundamentals of grain food security

(storage and processing)]. Moscow, DeLi print, 2007. MaHHXHHa, ^.M.

2. Patent RF No. 2624322.

3. [Device for the study of infection and damage by insects samples of batches of cereal crops]. Patent RF No. 166175.

4. [Portable device for the study of grain and seed samples]. Patent RF No. 104685.

5. Arkhipov M.V., Alekseeva D.I., Batygin N.F. et al. Metodika rentgenografii v zemledelii i rastenievodstve [Method of radiography in agriculture and plant growing]. Moscow, RAAS Publ., 2001.

6. SP 2.6.1.799-99 Basic sanitary rules for ensuring radiation safety

Современные приборы и способы для обнаружения и определения скрытой зараженности продовольственного зерна и семян

Ключевые слова

вредители хлебных запасов, зараженность, зерно, прибор, семена, скрытая рентгенография, способ, устройство

Реферат

Наличие в зерновой массе зерен или семян со скрытой зараженностью насекомыми значительно снижает их стойкость при длительном хранении. Также нежелательно наличие в зерновой массе таких скрытых дефектов, как: трещиноватость различной степени, повреждение зерна сосущими насекомыми и, особенно, клопом вредная черепашка, повреждение грибами зародыша, скрытое прорастание зародыша, механические травмы зерна и, в частности, зародыша, повреждение зерна насекомыми (изъеденное зерно), энзимомикозное истощение зерна, щуплое и невыполненное зерно. Разработан и запатентован способ определения в зерновых культурах и семенах скрытой зараженности, обусловленной повреждением насекомыми вредителями, с помощью рентгенографии. Данное изобретение может быть использовано при исследовании качества партий продовольственного зерна или семян, предназначенных для хранения, а также для товарных операций: купля - продажа качественного зерна, в зерноперерабатывающей промышленности и семеноводстве. Такие дефекты трудно выявляются классическими методами, на которые уходит достаточно много времени. Методом микрофокусной рентгенографии возможно за непродолжительное время (порядка одного часа) выявить и выразить в числовом (процентном) виде основные скрытые дефекты, не разрушая при этом сами зёрна. В ФГБУ НИИПХ Росрезерва задействована передвижная рентгенодиагностическая установка ПРДУ-02. Этот комплекс предназначен для лабораторий и не представляет угрозы здоровью работающим на нём специалистам. Институт получил в пользование перспективный портативный рентгенодиагностический комплекс ПРДУ-02.1. Этот комплекс предназначен для небольших по размерам фрагментов растений, семян непосредственно в поле, лесу или на предприятии, т. е. вне лаборатории. Данное аналитическое оборудование может быть успешно применено зерноперерабаты-вающими предприятиями для более глубокого контроля качества зерна.

Авторы

Уланин Сергей Евгеньевич Рассоха Сергей Николаевич, канд. техн. наук Шалыгина Екатерина Викторовна, канд. техн. наук Гурьева Ксения Борисовна, канд. техн. наук Белецкий Сергей Леонидович, канд. техн. наук Иванова Елена Викторовна

Научно-исследовательский институт проблем хранения Федерального агентства по государственным резервам 111033 г. Москва, ул. Волочаевская, дом 40 корп.1 5296932@mail.ru, rassoha-alt@mail.ru, info@niipkh.rosreserv.ru, guroc1@mail.ru, grain-miller@yandex.ru, niipkh-lkhp@rosreserv.ru

Modern Instruments and Methods for Detection and Determination of Hidden Infestation of food Grains and Seeds

Key words

grain, seeds, pests of grain stocks, hidden contamination, radiography, method, device, device

Abstracts

The presence in the grain weight of the grains or seeds with a hidden infestation by insects significantly reduces their durability during long-term storage. It is also desirable presence in the grain weight of such hidden defects as: cracks varying degrees, the grain damage by sucking insects and, especially, bedbug harmful bug, damage by fungi of the embryo, the hidden germination of the embryo, the mechanical injury of grains and, in particular, germ, the grain damage by insects (moth grain), enzymatic depletion of grain, shriveled and broken grain. Developed and patented method of determination in cereals and seeds of latent infection due to the damage of insect pests by x-ray. The present invention may be used to study the quality of batches of food grains or seeds intended for storage and also for commodity operations: purchase and sale of grain quality, grain processing industry and seed. However, such defects are difficult to identify by classical methods, which takes a lot of time. The method of microfocus x-ray maybe for a short time (about one hour) to identify and Express in a numerical (percentage) of the main latent defects, without destroying the grain. Today, for this study at the Institute involved in the mobile x-ray diagnostic installation PRDU-02. This system is designed for laboratories and does not pose a threat to the health of working it professionals. Recently the Institute has received in the use of promising, in our opinion, portable x-ray complex PRDU-02.1. This system is designed for small-sized fragments of plants, seeds directly in the field, forest or enterprise, i. e. outside the laboratory. This analytical equipment can be successfully applied in the grain processing enterprises for deeper quality control of grain.

Authors

Ulanin Sergey Evgenyevich

Rassokha Sergey Nikolaevich, Candidate of Technical Science Shalygina Ekterina Viktorovna, Candidate of Technical Science Guryeva Kseniya Borisovna, Candidate of Technical Science Beletsky Sergey Leonidovich, Candidate of Technical Science Ivanova Elena Viktorovna

Research Institute of Storage Problems of the Federal Agency for State Reserves, 40, bldg.1, Volochaevskaya St., Moscow, 111033 5296932@mail.ru, rassoha-alt@mail.ru, info@niipkh.rosreserv.ru, guroc1@mail.ru, grain-miller@yandex.ru, niipkh-lkhp@rosreserv.ru