Введение к работе
I.I. Актуальность проблемы. Существующие диспропорции между объемами производства сельскохозяйственной продукции и доведения продуктов питания до потребителя обусловлены в значительной степени количественными и качественными потерями в различных звеньях агропромышленного комплекса. В области послеуборочной обработки и хранения зерна и семян зерновых и масличных культур острой проблемой продолжает оставаться сохранение их урожая - сырья пля перерабатывающей промышленности и получение высококачественных, высокоурожайных семян для будущих посевов.
Реальным решением проблемы является поиск и разработка высокоэффективных способов сохранения сельскохозяйственной продукции, базирующихся на принципиально новых технологических и технических решениях. Одной из таких перспективных технологий явля-зтся хранение в регулируемых газовых средах (РГС).
Необходимость ее разработки и практической реализации была рекомендована Продовольственной программой СССР и решениями ря-ца последующих Пленумов ЦК КПСС.
В нашей стране разработка проблемы хранения зерна и семян в 3ГС была начата в Московском технологическом институте пищевой ірошшленности (МТИПП), Всесоюзном заочном институте пищевой промышленности (ВЗИШ1), Всесоюзном научно-исследовательском институте зерна (БН»Ш) и Всесоюзном научно-исследовательском институте шров (ВШ1ИЖ). Известны также зарубежные исследования в этой об-іасти - в Италии, Австралии, США, Франции и некоторых других стра-іах.
Степень изученности технологических, биохимических и микро-іиологических процессов в зерне и семенах, хранящихся в РГС, до шстоящего времени недостаточна для широкого промышленного при-іенения этой технологии. Отсутствие научно обоснованных предста-ілений о закономерностях процессов формирования в хранилище меж-іерновой газовой атмосферы и ее влияния на качество зерна и се-іян существенно затрудняют разработку конкретных параметров тех-юлогии и оптимизацию режимов хранения зернового и масличного сы-іья в регулируемых газовых средах. Одна из причин сложившегося вложения - отсутствие в настоящее время системного подхода к нализу сложных биотехнологических процессов, определяющих ус-:овия хранения зерна и семян в РГС.
В связи с этим в промышленной практике еще не сформировались общие типовые схемы хранения в РГС зерна и сеыян промышленного и семенного назначения. Отсутствуют технические решения, гарантирующие сохранение полевой-всхожести длительно хранящихся семян, не разработаны требования к качеству зерна и семян, предназначенных для длительного (многолетнего) хранения, не выяснены причины изменения качества и жизнеспособности зерна и семян при хранении в газовых средах различного состава.
С 1972 г. в Московском ордена Трудового Красного Знамени технологическом институте пищевой промышленности были начаты исследования в области хранения сельскохозяйственной продукции, семян и кормов в регулируемой газовой среде с повышенным содержанием азота. В 1974 г. для расширения и углубления исследовани{ в этом направлении была создана проблемная научно-исследовательская лаборатория биохимических методов обработки и хранения пищевых продуктов (ШИЛ БХМО и ХПП МШШ).
В решение различных аспектов хранения в РГС большой вклад внесли кандидаты наук В.й.Сыроедов и Ю.И.Репников, доктора наук профессора Н.И.Назаров, Е.Д.Казаков, А.П.Нечаев, кандидаты наук В.Д.Скверчак, В.С.Кривцов и др., предложившие ряд технических решений по использованию газовой среды с повышенным содержанием азота для хранения и послеуборочной обработки сельхозпродукции и семян (А.с. СССР Ю 486520, 547616, 673238, 673237 и др.).
Автором диссертационной работы проанализирован и обобщен большой экспериментальный материал в области хранения в РГС зерна и семян, полученных в проблемной научно-исследовательской лаборатории биохимических методов обработки и хранения пищевых продуктов МТИПП (1975-1985 гг.) и Северо-Кавказском филиале Всесоюзного научно-исследовательского института жиров (СКФ ВНЙМЖ) ШО "Масложирпроы" (1986-1988 гг.) в соответствии с координациоі ними планами важнейших народнохозяйственных проблем ГКНТ СССР и ВАСХНМЛ.
Решение задач защищаемой диссертационной работы базируется на фундаментальных трудах в области биохимии и технологии первичной обработки и хранения зерна и семян В.Л.Кретовича, Е.Д.Казакова, Л.А.Трисвятского, работах В.И.Анискина, М.Г.Голика, Г.А, Егорова, В.В.Ключкина, Е.П. и Н.П. Козьминых, Б.И.Леончика, Б.Е, Мельника,Е.М.Мельникова, А.П.Нечаева, М.П.Попова, С.П.Пункова,
В.А.Резчикова, В.П.Ржехина, Н.И.Соседова, И.Г.Хорошайлова, В.Г. Щербакова, а также исследованиях Shei&a (Италия), Вап/еА (Австралия).
Экспериментальные результаты исследований по теме диссертации были получены в соавторстве с сотрудниками, аспирантами и соискателями: в ПНЙЛ МШІП - Н.И.Блохиной, В.В.Кирдяшкиным, Ы.К. Муртазалиевой (Джелиловой), Н.И.Назаравой, Н.А.Теребулиной, С.Д. Терешкиной, А.А.Якушевой; в СКФ ВНИИ! - М.Ю.Алексеевой и А.А.Щербак, работавшими под руководством автора. Отдельные фрагменты работы выполнены совместно с сотрудниками других вузов, специализированных научно-исследовательских и проектно-конструкторских организаций: Е.Р.Карташевой, А.Ф.Лебедевой (кафедра физиологии и иммунологии клетки МГУ им.Ломоносова) ,Л.Г.Пискуновой (Украинский НИИ растениеводства, селекции и генетики им.В.Я.Юрьева), А.И.Апродом, А.Д.Белоглазовым (ВНИИ риса), В.В.Ключкиным, Б.А. Вороненко (НПО "МасложирпромЧ, Л.Н.Чекадовым, О.Г.Талакиным (НПО "Криогешаш"), А.П.Ветровым, А.Б.Боровским (Краснодарский политехнический институт), М.С.Рагуликым, Г.С.Горшковым (ВНИИ кормов им. В.Р.Вильямса).
Актуальность проблемы, решению которой посвящена диссертационная работа, нашла отражение в Постановлениях ГКНТ СССР Ш 371-75 г., 535-75 г., 415-79 г.
-
Цель работы. Создание теоретических и экспериментальных основ, разработка, опытно-промышленное внедрение и совершенствование технологии кратковременного и длительного хранения в регулируемых газовых средах семян масличных (подсолнечника и рапса) и зерна злаковых (риса) культур.
-
Задачи исследования:
изучение на клеточном уровне биохимических процессов, обеспечивающих сохранение жизнеспособности и технологического качества зерна и семян при хранении в РГС;
анализ на уровне целого организма (органа) физиологических реакций живых объектов зерновой массы - зерна (семян) и сопутствующей микрофлоры - на газовый состав среды хранения, определяющих устойчивость к воздействиям повреждающих факторов;
выявление на уровне экологической подсистемы "Семена (зерно) - микрофлора" закономерностей физико-химических и биологических процессов, происходящих при хранении в РГС;
обобщение закономерностей функционирования биотехнологи-
ческих процессов в системе "Хранилище - семенная (зерновая) масса";
разработка технологии хранения свежеубранных семян и зерна сельскохозяйственных культур промышленного и семенного назначения в РГС, включая технические предложения по средствам обеспечения рекомендуемой технологии;
опытно-промышленное внедрение и технико-экономическая оценка технологии хранения зерна и семян в РГС;
оптимизация структуры послеуборочной обработки зерна (семян) с использованием РГС по технико-экономическим критериям.
1.4. Научная новизна. В ходе исследования:
установлена направленность биохимических превращений ли-пидов и белков семян подсолнечника, рапса и зерна риса под влиянием стационарной низкокислородной и направленно изменяемой газовой среды, на основании которых определены диапазоны варьирования параметров среды хранения и предложены рекиыы, обеспечиващие длительное сохранение семенами и зерном различной влажности, жизнеспособности и технологического качества;
выявлена перестройка путей окислительного метаболизма и переход семян при хранении в газовых средах с поникенным содержанием кислорода преимущественно на пентозофосфатный путь дыхания
и продуцирование восстановителя никотинамидадениндинуклеотидфо-сфата НАДШ-Ш+ (на примере семян подсолнечника);
установлены и описаны изменения, происходящие в эпифитной микрофлоре семян и зерна в условиях гипоксии;
предложено математическое описание кинетики дыхательного газообмена свежубранных зерна и семян при хранении в газовых средах, на основе которого оптимизированы режимы хранения;
разработаны математические модели, адекватно описывающие тепло- и газообмен зерновых (семенных) масс, а также изменения качества зерна и семян при хранении в РГС, положенные в основу методов прогнозирования сроков безопасного хранения семян и зерна промышленного и семенного назначения при комплексном влиянии внешних и внутренних факторов;
дано обоснование параметров послеуборочного хранения семян и зерна различного целевого назначения, при влажности выше критической с учетом физиологического состояния при уборке и прогнозируемой продолжительности хранения;
на основе математических описаний биотехнологических про-
цессов в системе "Хранилище - семенная (зерновая) масса", предложена имитационная система моделирования технологии хранения семян (зерна) в РГС, позволяющая в комплексе анализировать ее функционирование и оптимизировать режимы формирования среды хранения в широком диапазоне внешних факторов и с учетом исходного состояния семян.
1.5. Практическая значимость и реализация результатов исследования. Разработана экологически чистая технология послеуборочной обработки и хранения свежеубранного зерна и семян в РГС, обеспечивающая сохранение их технологического и семенного качества, увеличение рабочего периода зерносушилок и снижение расхода топливно-энергетических ресурсов.
Применение предлагаемой технологии обеспечивает снижение до минимума потерь сухих веществ риса-зерна и семян масличных культур; предотвращает попадание в зерно и семена токсичных веществ, используемых при химическом консервировании и обеззараживании, а также при тепловой сушке; исключает возможность самосогревания партий зерна (семян) при хранении; ингибирует в ходе хранения рост и развитие основной массы плесневых грибов, предотвращает накопление микотоксинов и других чужеродных соединений, недопустимых в сырьевых ресурсах пищевого назначения; угнетает жизнедеятельность вредителей зерновых запасов; для зерна продовольственного и кормового назначения, направляемого на первоочередную технологическую переработку, исключает необходимость высушивания зерна и семян перед хранением до влажности ниже критической.
Полученные математические описания изменений технологических и посевных свойств семян подсолнечника, рапса и зерна риса в процессе хранения в РГС рекомендованы для оперативного управления и прогнозирования качества зерна и семян в рамках АСУ ЇЇЇ послеуборочной обработки и хранения.
Оригинальность и новизна технических решений диссертационной работы подтверждена пятью авторскими свидетельствами СССР и патентами Японии (1333624), ФРГ (3203701), Франции (2521402) и стран СЭВ - ГДР (230144 и 237414), ЧССР {?У3006-82), НРБ (56403-82).
Ка основании исследований разработана нормативно-техническая документация на предложенную технологию хранения зерна (семян) в РГС, утвержденная Госагропромом СССР.
Состояние реализации основных результатов работы на 01.06. 1989 г. приведено ниже (табл.1):
Таблица I
Основные разработки, рекомендации и предложения
Состояние реализации
I. Технология кратковременного сохранения свехеубран-ных семян подсолнечника, рапса и риса (консервация) в РГС с повышенным содержанием азота. Технология защищена. А.с. Щ 770321, I0II077, II09972.
2. Исходные требования и
технические задания на
проектирование и изготов
ление опытно-промышлен
ных установок для хране
ния семян различных культур
в РГС. Установки защищены
совместными авторскими
свидетельствами МТИПП и
НПО "Криогенмаш". А.с.
3. Способ хранения семян
хлопчатника в РГС с повы
шенным содержанием азота.
4. Техническое задание на проектирование опытно-промышленного хранилища для семян хлопчатника в РГС, получаемой на основе"от-бросного"азота от криогенного предприятия.
5. Рекомендации по технологии хранения семян овощных культур в РГС с повышен-
Проведена с положительными результатами опытно-промышленная проверка в производственных подразделениях НПО по масличным культурам и ШИИриса.
Показана высокая технологическая и экономическая эффективность рекомендуемого способа в период массовой уборки и заготовки семян продовольственного и семенного назначения с целью рационального использования сушильного оборудования.
Установки изготовлены НПО "Криогенмаш" и использованы в практической работе институтами:
ШИИриса
НПО по масличным культурам
СКФ ШИШ (НПО "Масложирпром")
ВНИИкормов.
Проведена с положительными результатами широкая проверка на Госсор-тоиспытагельных участках в элитно-семеноводческом хозяйстве "Кзыл-Рават" и колхозе"Узбекистан" Тура-курганского района Наманганскои обл. Уз!сСР.
На основании разработанного в 1989 г. Росгипропищепромом проекта (согласно подготовленному нами техническому заданию) осуществлено строительство хранилища для семян хлопчатника в экспериментальном хозяйстве "Кзыл-Рават" (Наманганская обл.). В 1980-84 гг. в этом хранилище проведены производственные испытания хранения в РГС семян хлопчатника. Разработаны исходные трбования на типовое промышленное хранилище семян хлопчатника с использованием РГС.
Переданы в Сортсемпром; совхоз "Рига* Латвийской ССР; во ШИИССОК.
Продолжение табл.I
ным содержанием азота (утверждены зам.директора ВНИИССОК 1980 гГ)
Переданы во ШЙИриса, Ш ШИИстан-дартизации, Госплан СССР
Переданы в OCX "Березанское ШО по масличным культурам, КФ БНШстан-дартизации, Госплан СССР
Переданы в Госагропром СССР и ВАСХНИЛ для внедрения
Переданы в Госагропром СССР и
ВАСХНйЛ для внедрения
-
Рекомендации по технологии хранения семян риса в РГС с повышенным содержанием азота (утверждены проректором ЫТШ от 10.02.1981 г. и от II.II.1982 г.)
-
Рекомендации по технологии хранения семян подсолнечника в РГС с повышенным содержанием азота (утверждены проректором МТЙПП от II.II.1982 г.)
-
Временные рекомендации по хранению риса-зерна в РГС с использованием блока создания атмосферы с пониженной концентрацией кислорода (утверждены в Госагропроме СССР от 05.02:86 г.)
-
Временные рекомендации по хранению семян подсолнечника в РГС с использованием блока создания атмосферы с пониженной концентрацией кислорода (утверждены в Госагропроме СССР от 05.02.86 г.)
На основании решения ГКНТ Грузинской ССР от 04.12.85 г. и Госагро- прома СССР от 11.06.86 Институт "Кавказгипромсельстрой" в качестве генерального проектировщика разработал ТОО и проект экспериментального комплекса
Хранилище смонтировано в 1989 г.
-
Техническое задание на проектирование и создание экспериментального комплекса по использованию отбросного азота Рустав-ского металлургического завода для хранения семян, зерна, кормов, плодов, овощей и вторичных ресурсов в Гардабанском РАПО Грузинской ССР
-
Создание зернохранилища с РГС объемом до 3,6 тыс.м для зерна и семян риса и других с/х культур в ОДА "Ордынский" (Красно-царский край)
Государственная экспертная комиссия Госплана СССР в соответ-
ствии с приказом Госплана СССР от 06.03.1986 г. № 34 провела экспертизу и дала положительную оценку результатам научных исследований и производственных проверок хранения сельскохозяйственной продукции, включая семена, в регулируемой газовой среде и рекомендовала их к широкому внедрению в СССР (заключение экспертной комиссии Госплана СССР от 17.04.1986 г.).
Хранение сельскохозяйственной продукции, включая семена, в РГС (изобретения №№ 770321, 895386, 96II73, I0II077, II09972... и др.) включено в Государственный план экономического и социального развития СССР на Ш пятилетку в раздел 2.51.2.045 (0.51.16/ 01; 02; 03; 04; 05; 06; TI5).
1.6. Апробация работы. Основные результаты работы доложены на конференциях и совещаниях: УП международной конференции по подсолнечнику (г.Краснодар; 1976 г.); научно-техническом Совете шнсельхоза СССР (г.Москва, 17.05.1978 г.); Всесоюзном научно-методическом совещании ВАСХНИЛ "Итоги научных исследований по хранению и переработке картофеля, овощей.плодов и винограда за 1976-1980 гг. и задачи на XI пятилетку" (г.Симферополь, 17.II. 1980 г.); научно-практической конференции "Пути повышения эффективности использования семян подсолнечника" (г.Краснодар, 1980 г.); ежегодных научных конференциях МТШП 1977-1982 гг.; научной конференции "Ученые МТИПП - Продовольственной программе"(г.Москва, 1983 г.); УІ международнм симпозиуме "Системные фунгициды и про-тивогрибные соединения" (ГДР г.Рейнхардсбрун, 1983 г.); Всесоюзной научной конференции "Пути совершенствования технологических процессов и оборудования для производства, хранения и транспортировки продуктов питания" (г.Москва, 1984 г.); "Пентозофосфат-ный путь превращения углеводов, его механизмы и регуляция" (г.Калинин, 1984 г.); Объединенном научно-техническом Совете шнсельхоза СССР, Миняивмаш, Госкомсельхозтехники (г.Вильнюс, 1984 г.); координационном совещании по планам НИОКР в области масложировой промышленности на 1984-1985 гг. (г.Ленинград, 9.01-10.01.84 г.); Совещании у зам. Председателя Госплана СССР 17.09.1985 г.; заседаниях Ученого совета МТШП в 1980, 1984, 1985 гг.; научно-техническом семинаре "Задачи научно-технической общественности пищевой промышленности в ускорении научно-технического прогресса в свете Постановлений апрельского (1985 г.) Пленума ЦК КПСС", организованном Краевым правлением НТО пищевой промышленности (г.Краснодар, 27.II.1985 г.); Совещании у Председателя ГКНТ Грузинской
ССР (г.Тбилиси, 04.12.1985 г.); Совещании специалистов СЭВ по темам I и 3 соглашения о сотрудничестве в создании и внедрении новой техники и технологии переработки масличных семян (г.Ленинград, 25.03-27.03.1986 г.); научно-техническом Совете НПО "toac-ложирпром" (г.Ленинград, 1985, 1986, 1988 г.).
Отдельные результаты работы экспонировались на 9 выставках, организованных ВДНХ, Минвузом СССР и РСФСР, Госпланом СССР, одна из разработок награждена бронзовой медалью ВДКХ, три - грамотами и дипломами выставок.
1.7. Публикация результатов исследования. По материалам работы опубликовано 3 брошюры, 68 научных статей, получено 5 авторских свидетельств СССР и 6 патентов (Япония, ФРГ, Франция, ГДР, ЧССР, НРБ).
