Обзор СВЧ-установок для предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур

Введение . Основной задачей овощеводства является постоянное и достаточное снабжение населения всеми видами овощей, в том числе зеленными и пряно-вкусовыми культурами. В структуре валовой продукции овощеводства Сибири все еще беден ассортимент выращиваемых зеленых культур не только в общественном, но и в индивидуальном секторе. Потребность в них удовлетворяется далеко не полностью, наблюдается сезонность, низкая урожайность и достаточно низкое качество продукции. Причинами их ограниченного выращивания являются несколько взаимосвязанных факторов: консерватизм культуры питания, недостаточность информации для населения по их пищевым и лечебным свойствам, недостаточное количество сортов, узкий ассортимент листовых зеленных овощей, предлагаемых товаропроизводителями [1]. Кроме того, причиной низкого потребления населением Сибири в зимний период зеленных растений (укроп, петрушка, салат, лук, сельдерей и др.) является их высокая стоимость – 1 кг стоит 300 руб. и выше.

Доказана уникальная роль зеленных растений в поддержании жизненного тонуса организма человека и снижении степени риска его поражения многими патогенами [1]. Ценность зеленных растений заключается в том, что многие из них являются дешевым, в первую очередь в летнее время, источником большой группы биологически активных соединений, воздействующих на процессы жизнедеятельности человека, в том числе на защитные силы организма.

Выращивание зеленных и пряно-вкусовых растений с повышенным содержанием биологически активных веществ и антиоксидантов, а также экологизация технологий их возделывания, устранит дефицит производства полноценной экологически чистой продукции [1]. В свою очередь, снижение себестоимости производства зеленных и пряно-вкусовых культур приведет к снижению цены реализации продукции и повышению их потребления населением Сибири, что скажется на здоровье населения.

Зеленые культуры, такие, как укроп и петрушка, холодостойки, их высевают рано, но они долго всходят из-за наличия в семенах эфирных масел. Для улучшения всхожести и повышения урожайности необходимо применять современные электротехнологические способы обработки семян.

До настоящего времени российскими и зарубежными учеными, такими, как М.Г. Евреинов, А.С. Гинзбург, Л.Г. Прищеп, И.Ф. Бородин, С.П. Лебедев, А.М. Басов, Ф.Я. Изаков, В.И. Тарушкин, А.М. Худоногов, Н.В. Цугленок, Г.И. Цугленок, а также их научными школами, выполнялись научно-исследовательские работы по обработке семян различных сельскохозяйственных культур в электромагнитном поле высокой частоты (ЭМПВЧ) и сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ). Результаты исследований дали положительный результат [2, 3]. Основными физическими факторами, оказывающими воздействие на семена, являются температура их нагрева, зависящая от напряжённости ЭМПСВЧ и времени обработки, время отлежки до посева, норма высева и т.д. (внешние факторы). Многие исследователи указывают на стабильное повышение урожайности семян, прошедших такую обработку [4]. Это объясняется тем, что улучшаются их посевные качества (повышается энергия прорастания, всхожесть, сила роста) [4].

Цель исследований . Обзор СВЧ-установок и технологий, предназначенных для предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур, оценки целесообразности их использования, предпосевной обработки семян зеленых культур.

Методика и результаты исследований . В настоящее время промышленностью и различными конструкторскими бюро предлагается множество установок для обработки сыпучих материалов, в том числе семян сельскохозяйственных культур [5–12]. ООО «Энергополис» (г. Днепропетровск) разработана установка АСТ-3 (рис. 1) [5]. Она предназначена для удаления влаги из сыпучих материалов посредством микроволновой сушки и применяется для получения заданной влажности семян зерновых и масличных культур, в том числе семенного фонда, а также производит дезинфекцию, обеззараживание продукта сушки от вредных бактерий, грибков, в том числе плесени. Продукт сушки подается в активную зону через засыпной бункер. Проходя через активную зону сверху вниз, продукт разогревается токами СВЧ на 25–35°С выше температуры окружающей среды. В этот момент происходит разогрев и интенсивное выделение влаги на поверхности продукта [5]. Данная установка может быть использована для предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур.

Предлагаемая ООО «Авирон СВЧ-технологии» (г. Харьков) технология сушки [6] (рис. 2) основана на замене энергии топочных газов на СВЧ-энергию. Следует отметить, что техническая и научная база для создания прототипа серийной сушильной машины и ее ключевых элементов хорошо развита. В 2011 году создан и прошел испытания прототип сушильной машины для сушки льна. Разработаны и используются собственные источники питания магнетрона.

Рис. 1. Установка микроволновая для сушки зерновых и масличных культур модели АСТ-3 [5]

Рис. 2. СВЧ-устройство для обработки сыпучих материалов [6]

Учеными Нижегородского государственного университета С.Д. Кутис и Т.Л. Кутис (руководитель лаборатории профессор Михаил Волский) разработана установка для предпосевной стимулирующей обработки семян "ЦИКЛОН-7" [7] (рис. 3). Семена обеззараживаются и прогреваются за счет просыпания через элек- тромагнитную трубу. Производственная компания «Ингредиент» (г. Санкт-Петербург) предлагает ряд микроволновых установок для СВЧ-обработки различных материалов [8].

СВЧ-установка для предпосевной обработки «Ламинария» (рис. 4) [8] выполнена в виде вращающегося металлического барабана, с торцов которого установлены микроволновые генераторы. На продукт одновременно воздействует микроволновое излучение и теплый воздух. Воздух поступает от системы охлаждения магнетронов. Для изменения времени нахождения внутри установки и удельной плотности микроволновой мощности в конструкции предусмотрена возможность изменения угла наклона барабана к горизонтали.

Микроволновая установка туннельного типа серии «Арабис» (рис. 5) [8] предназначена для дефроста-ции, тепловой обработки, улучшения микробиологических показателей продукции, обеззараживания. Все указанные технологические процессы не требуют распаковки продуктов и материалов, если они находятся в радиопрозрачной таре (крафт-мешки, картон, полиэтиленовая упаковка и т.п.). Установка представляет собой микроволновую закрытую камеру с рольганговым транспортером внутри. На блоке управления устанавливают количество работающих генераторов и таймером задают время нахождения материала в камере. Время процесса обработки зависит от выбранных режимов, которые могут регулироваться, и количества загруженного продукта.

Микроволновая установка "БАРХАН-3"» (рис. 6) [8] предназначена для жарки и сушки продуктов, а также для предпосевной обработки семян. Обрабатываемая продукция по транспортеру (в состав установки не входит) подается в теплообменник, где осуществляется его предварительная подсушка. Далее непрерывно с заданной скоростью продукт поступает в микроволновый модуль установки. Перемещаясь внутри модуля, он подвергается нагреву до необходимой температуры, после чего выгружается из установки. Регулировки температуры нагрева и скорости перемещения внутри микроволнового модуля обеспечивают возможность получения готового продукта с различными степенями зажарки и конечной влажности.

Рис. 3. Установка для предпосевной стимулирующей обработки семян "ЦИКЛОН-7"[3]

Рис. 4. Установка микроволновая «Ламинария» [8]

Рис. 5. Микроволновая установка туннельного типа серии «Арабис» [8]

Рис. 6. Микроволновая установка ”БАРХАН-3"[8]

Компания "Сизар" (г. Одесса) разработала оборудование для предпосевной обработка семян "Микро-стим-2М" (рис. 7) [9]. Предлагается к использованию в аграрном производстве новая технология микроволновой предпосевной обработки-стимуляции семян различных агрокультур.

Установка обеспечивает комплекс показателей, важнейшими из которых являются повышение всхожести семян и урожайности сельскохозяйственных растений, при этом выделяются 3 уровня: энергетический, функциональный и информационный. Их суммарное воздействие на семена обуславливает изменения обменных процессов в семенах, связанных с их биоэнергетикой, всхожестью, силой роста и в дальнейшем с вегетацией растений и их урожайными свойствами.

Рис. 7. Установка микроволновая «Микростим-2М» [9]

Лабораторией сильноточной электроники Белорусского государственного университета разработано несколько типов оборудования (рис. 8–10) для микроволновой предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур на основе микроволновых модулей [10]. Характеристики модуля излучения подбираются индивидуально для каждого растения.

Рис. 8. Оборудование для предпосевной биофизической обработки семян овощных и технических культур [10]

Рис. 9. Установка для микроволновой сушки и стерилизации продуктов [10]

Рис. 10. Оборудование для микроволновой стерилизации [10]

В основе технологии лежит информационное воздействие микроволновой энергии малого уровня мощности на биологические объекты. Это воздействие повышает энергию прорастания семян и иммунитет растений. Применение микроволновой технологии предпосевной обработки семян позволяет уничтожить семенную инфекцию, повысить энергию прорастания семян, усиливает развитие корневой системы, увеличивает фотосинтезирующий аппарат растений, способствует более быстрому развитию растений и более раннему плодоношению. В конечном счете увеличивается урожайность на 10–12 % [10]. Все представленные установки имеют СВЧ модуль и могут использоваться для предпосевной обработки.

В Красноярском государственном аграрном университете разработано, запатентовано и изготовлено устройство для термической обработки сыпучих диэлектрических материалов (рис. 11) [11], которое может использоваться в сельском хозяйстве, например, для обработки семян сельскохозяйственных культур.

В установке транспортирующее устройство выполнено в виде радиопроницаемого цилиндра, на поверхности которого по винтовой линии с разрывом установлены металлические лопатки из немагнитного материала с возможностью изменения угла наклона. Предлагаемое устройство обеспечивает равномерность нагрева. Кроме того, изменяя угол наклона лопаток, обеспечивается регулировка времени нахождения обрабатываемого материала в рабочей зоне.

Компания «Синергис» (г. Санкт-Петербург) предлагает установку микроволновой термической обработки «Поток» (рис. 12) [12].

Рис. 11. Установка для термической обработки сыпучих диэлектрических материалов [11]

Рис. 12. Установка микроволновой термической обработки «Поток» [12]

Установки «Поток» выпускаются в различных модификациях в зависимости от применения – жарка, сушка, снижение микробиологической обсемененности, микронизация зерна и круп, высокотемпературная обработка. Установка имеет высокую производительность (до 500 кг/ч) в режиме предпосевной обработки различных семян. Проведенные исследования специалистов компании «Синергис» совместно с НИИ лесного хозяйства г. Санкт-Петербурга показали, что незначительный нагрев семян хвойных перед посевом инициирует биологические процессы и позволяет увеличить энергию роста, устойчивость к заболеваниям и даже всхожесть семян.

Заключение . Представленные в обзоре СВЧ-установки рассчитаны на большой объем обрабатываемого семенного материала и не могут отвечать требованиям для выполнения предпосевной обработки семян зеленых культур. Технология посева зеленных культур в рамках одного хозяйства не предполагает единовременного использования больших объемов посевного материала, поэтому следует разработать СВЧ-установку с требуемыми параметрами, а также необходимо исследовать режимы электрофизического воздействия ЭМПСВЧ на семена зеленных культур для последующей разработки производственной СВЧ-установки, наиболее полно отвечающей требованиям сельхозпроизводителя.