Способы стерилизации продуктов растениеводства и кормосмесей

Стерилизация субстратов и фуражного зерна имеет высокое значение для биотехнологического производства, так как обеззараженное сырье является основой для выращивания биомассы и получения биологически активных добавок [1].

В качестве стерилизатора различных сред исследовались облучение альфа и бетта-частицами, электромагнитные поля различного диапазона (рентгеновское, гамма-излучение, видимое оптическое, ультрафиолетовое, инфракрасное, радиочастотное, свч-излучение, электрическое и магнитное поле), гравитационным воздействием, ионами различных элементов, озоном и т. д. Но каждый из приведенных факторов должен обеспечиваться своеобразным спецоборудованием, часто дорогостоящим и сложно устроенным [2]. Помимо этого использование физических способов не всегда оправдано другими факторами. Например, рентгеновское и гамма облучение опасны для жизни человека и потому мало пригодны для использования в непосредственной близости от человека. Поэтому, применение рентгеновского и гамма облучений в зернохранилищах сельхозпроизводителей не возможно. По таким же причинам не желательно использовать в качестве дезинфицирующей обработки — беттаи радиочастотное, ультрафиолетовое, оптическое видимое облучения [6].

В последнее время для борьбы с патогенными грибами находит широкое применение так называемая термическая обработка. Исследования по угнетению болезнетворной микрофлоры и обеззараживанию зерна проводились во многих научных учреждениях России. Например, известны исследования, которые проводятся в Красноярском государственном аграрном университете под руководством профессора Цугленок Н. В. В этом ВУЗе были определены режимы СВЧ обработки и получены положительные результаты для уничтожения микрогрибов, представленные в таблице 1 [3].

Необходимо отметить, что эти данные были получены в лабораторных условиях при обработке незначительного количества зараженного зерна. Результаты данного эксперимента не подтверждены испытаниями на производстве.

Таблица 1 — Результаты СВЧ обработки.

Одной из новейших разработок является сверхвысокочастотная установка для тепловой обработки зерновых семян зерновых культур «Микронизатор-1». Эта установка выпускается в г. Зернограде ВНИПТИМЭСХ. Внешний вид установки представлен на рисунке 1.

Семенной материал (подвергающийся обработке) подается в загрузочный бункер установки, в котором происходит термическая обработка паром. Следующим шагом семена под действием сил притяжения поступают в нижнюю камеру СВЧ обработки, где за счет электрического поля сверхвысокой частоты происходит нагрев влаги внутри капилляров и на поверхности до состояния кипения, при этом происходит уничтожение вредителей зерна и микроорганизмов. Производительность такой установки до 200 кг/ч. Однако, необходимо отметить, что токсины микробного происхождения — афлотоксины — не разрушаются при тепловой обработке. К тому же, такая обработка процесс очень дорогостоящий, прежде всего из-за стоимости электроэнергии и других энергоносителей (120−160 кВт/т) [7].

В лаборатории Ставропольского государственного аграрного университета были проведены исследования по влиянию биопрепарата «Биофит-3» различных концентраций на энергию всхожесть, прорастания и на патогенную микрофлору зерна. Результаты опыта сведены в таблицу 2 [2].

Рисунок 1 — Внешний вид установки «Микронизатор-1».

Таблица 2 — Изменение микрофлоры зерна озимой пшеницы, обработанной «Биофит — 3», при различных сроках хранения.

Для снижения бактериальной обсемененности кормов в современной ветеринарии для птицы используются различные физические методы обработки [6]:

• § сушка зерносушилками (ДСП-32,РД 2×25),
• § очистка зерна с помощью вибрационных и воздушно-ситовых сепараторов;
• § конвекторно-кондукторный нагрев при температуре 250−300 ⁰С;
• § гранулирование при давлении паром 0,2−0,3 МПа;
• § обработка в экструдере (КМЗ-2);
• § обработка УФ-излучением мощностью 500 вт;
• § обработка ИК-излучением плотностью 35−50 квт/м².

Как правило, при любом из названных способов достигается практически 100% обеззараживание комбикорма от поверхностной микрофлоры (за исключением использования ситовых и вибрационных средств для зернового сырья, зерносушилок). Но практически все из этих способов имеют необходимость наличия подготовленных технических кадров, высокую стоимость оборудования, потери качества корма и др. Так же необходимо отметить, что данные способы не подходят для стерилизации субстратов, так как изменяют структуру кормов.

Известно, что озоновоздушная смесь обладает бактерицидным действием, позволяющим развиваться биологическим организмам, при 0,15−110 мг/м³ улучшающим параметры воздушной среды помещения, вследствие чего активизируется протекание биохимических процессов в организме человека и животных. Однако время воздействия, дозы и концентрации озоновоздушной смеси в различных источниках литературы часто противоречат друг другу и не дают четких рекомендаций к применению, на основании чего можно сказать о необходимости проведения дополнительных исследований в данной области. Озон является чистым веществом с точки зрения экологии и его применение позволит снизить количество фармацевтических препаратов и дорогостоящих биохимических способов стимуляции.

Озон имеет многие свойства: бактерицидные, фунгицидные, дезодорирующие, и инсектицидные, стимулирующие др. Это многообразие свойств, открывает большие возможности его широкого применения в сельском хозяйстве. В ВНИТИ птицеводства были проведены ряд опытов с озоном [7]:

• 1. Дезинфекция пищевых и инкубационных яиц озоном: в результате достигается высокая степень обеззараживания скорлупы от различных видов микрофлоры, в том числе от сальмонелл. Применение иных средств для обеззараживания яиц опасно для здоровья: хлор дает побочные эффекты, формалин канцерогенен, многие моющие препараты содержат ПАВ и обладают кумулятивным действием. В этой связи на сегодняшний день наилучшим средством для обеззараживания пищевых яиц является обработка их озоном.
• 2. Стимуляция эмбрионального развития: обработка яиц озоном увеличивает вывод молодняка с последующей высокой жизнеспособностью. В процессе инкубации яиц в замкнутом пространстве инкубатора возникает вероятность кислородного голодания эмбрионов, а отсутствие естественного фона аэроионов снижает газообмен. Озон, как производная кислорода, являясь первичным аэроионом улучшает воздушную среду в инкубаторе и проникая сквозь скорлупу питает эмбрионы кислородом. Данные эксперимента представлены в таблице 3 [4].

Таким образом при обработке яиц озоном повышается вывод молодняка и его сохранность на 0,8−2,0%, достигается 92−98% эффект дезинфекции. В настоящее время применение озона для дезинфекции яиц внедрено более чем на 150 птицеводческих предприятиях с общим годовым объемом инкубации более 300 млн. яиц.

3. Обеззараживание кормов. Плесневые грибки и микрофлора в частности вырабатывают токсины, которые создают угрозу здоровью птицы. Стерилизация кормов озоном позволяет значительно снизить наличие в них токсинов и микрофлоры, повышает биологическую ценность кормов. Данные эксперимента представлены в таблице 4 [5].

Таблица 3 — Влияние озона на вывод молодняка различных видов кур

Таблица 4 — Влияние озона на обеззараживание кормов.

Так же проводились исследования в Московском государственном агроинженерном университете им. В. П. Горячкина под руководством профессора Тарушкина В. И., которые представлены в таблице 5.

Профессор Тарушкин В. И. высказал мнение, что обеззараживание семян озоном имеет продолжительное действие и максимального значения достигает после двухнедельного хранения зерна [7]. Так же по его мнению наиболее эффективным режимом обеззараживания, озоновоздушной смесью является обработка при концентрации озона от пятидесяти до тысячи мг/м³.

Таблица 5 — Эффективность обеззараживания озоном семян пшеницы Московская 39.

Таблица 6 — Действие озоновоздушной смеси на токсины и микроорганизмы на зерно в течение 60 мин.

Известен способ обработки зерна, в котором используется озоновоздушная смесь с концентрацией озона 4…10 мг/м³. Указывается, что применение этого способа ускоряет сушку и обеспечивает обеззараживание семян.

Установлено сильное противогрибковое действие озона, в том числе на семенах и зерне. При десятиминутной экспозиции и концентрации озона 2,5 мг/л гибель плесени и спор составляет 95%. Подобные результаты получены и зарубежными исследователями при дозе 0,5…50 мг озона на 1 кг продукта (горох, зерно, бобы и т. д.) при обработке в течение часа. Кроме того обнаружено, что семена удерживают озон длительное время (несколько месяцев), препятствуя развитию микрофлоры. В таблице 6 приведены данные, полученные при обработке семян ячменя озоновоздушными смесями [1].

Воздействие озона даже в минимальных дозах значительно снижает жизнеспособность плесени. В таблице 7 приведены результаты обработки зерна озоном.

Таблица 7 — Результаты обработки фуражного зерна озоном.

Также исследования по обеззараживанию зерна озоном проводились научно-внедренческой компанией ООО «Жемчужина Руси». Было установлено, что обработка комбикорма и зерна зараженного плесневыми грибами и патогенной микрофлорой озоном (200 мг/м³) в течение одного часа снижает содержание колоний плесневых грибков в 1мл вытяжки зерна в 3 раза, во столько же раз снижается содержание токсинов, вырабатываемых этими грибами. В результате ценность корма повышается, его усвоение птицей увеличивается примерно на 15% [2].

Проведенные исследования демонстрируют эффективность применения технологии обработки озоном растительных субстратов и фуражного зерна, являющихся основой для производства биологически активных добавок, использующихся в качестве биологических стимуляторов процессов жизнедеятельности сельскохозяйственных животных. Но нет однозначных данных параметров озоновоздушной обработки, что затрудняет выбор генератора озона и установки для стерилизации фуражного зерна. Так же установлено, что исследования в области озоновоздушной обработки растительных субстратов не проводились. Таким образом, исследования в области стерилизации фуражного зерна и субстратов являются актуальной проблемой [6].

Традиционной считается многочасовая температурная обработка при повышенном давлении в аппаратах периодического действия, в частности, в вакуумных котлах (котлах-утилизаторах Лапса). Внешний вид данной установки представлен на рисунке 2.

Технологический процесс приготовления БАД при использовании стандартной технологии заключается в следующем: растительный субстрат помещается в стерилизатор растворов 2, где обрабатывается паром в течении 5 часов, при этом затрачивается 120 кВт· ч электроэнергии; затем субстрат помещается вферментер, где на поверхность субстрата высевается полезная микрофлора, в результате роста которой получается БАД.

К недостаткам традиционной технологии следует отнести следующее: в результате многочасовой термообработки белковая часть протеинов, подвергается глубоким изменениям, что значительно снижает их кормовую ценность; длительность переработки (несколько часов); энергоемкость: для работы установок помимо электроэнергии необходимы пар и горячая вода; экологическая не безупречность: термообработка сопровождается, как правило, вредным и жутким запахом.

Структурная схема данной установки представлена на рисунке 3:

Рисунок 2 — Внешний вид установки для производства биологически активных добавок оснащенной термостерилизующим устройством.

Рисунок 3 — Структурная схема установки для производства биологически активных добавок оснащенной термостерилизационным устройством: 1 — парогенератор; 2 — стерилизатор растворов; 3 — ферментер; 4 — стерилизатор газов.

Для того, чтобы избавиться от всех этих недостатков традиционной технологии обработки кормов, нами было решено заменить процесс термообработки на озоновоздушную обработку. Структурная схема с замещениями представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 — Структура измененного технологического процесса для производства биологически активных добавок О3 — электроозонатор.

В предлагаемом технологическом процессе предполагается замена парогенератора, использующегося для стерилизации на электроозонатор, при этом не нарушая стандартный технологический процесс.

Предполагаемый положительный эффект при использовании генератора озона:

• 1) сохраняются все полезные свойства корма;
• 2) после обработки сырье не имеет посторонних запахов;
• 3) снижаются энергозатраты на стерилизацию сырья;
• 4) снижается время приготовления биодобавок.

озон стерилизация биологический корм.

• 1. Нормов Д. А. Обеззараживание зерна озонированием / Д. А. Нормов, А. А. Шевченко, Е. А. Федоренко // Комбикорма — М.: Фолиум, 2009. — № 4. — С. 44.
• 2. Нормов Д. А. Озон против микотоксикозов фуражного зерна / Д. А. Нормов, А. А. Шевченко, Е. А. Федоренко // Сельский механизатор. — М.: 2009. -№ 4. — С. 24−25.
• 3. Нормов Д. А. Влияние озоновоздушной обработки на фитопатогенную микрофлору в овощехранилище / Д. А. Нормов, А. А. Шевченко // Труды Кубанского государственного аграрного университета. — Краснодар: КубГАУ. — 2008. № 13. — С. 208−210.
• 4. Нормов Д. А., Шевченко А. А., Шхалахов Р. С., Квитко А. В. Способ обработки яиц в инкубаторах / Патент на изобретение RUS2343700.08.10.2007
• 5. Потапенко И. А., Усков А. Е., Шевченко А. А., Квитко А. В. Устройство для предпосевной обработки семян / Патент на полезную модель RUS97237.13.10.2009
• 6. Шевченко А. А. Воздействие озоновоздушной смеси на популяцию плесневых грибов / А. А. Шевченко, Е. А. Денисенко // Труды Кубанского государственного аграрного университета. — Краснодар: КубГАУ. — 2011. — Т. 1.№ 29. — С. 191−195.
• 7. Шевченко А. А. Дезинфекция субстратов озоновоздушной смесью перед приготовлением биопрепаратов / А. А. Шевченко, Денисенко Е. А. // Научное обозрение. — М.: ООО «АПЕКС 94». — 2013. -№ 1. — С. 102−106.