Озонирование картофеля в овощехранилищах закромного/навального типов

Авторы: Тышкевич Е.В., Шабин С.А., Виноградова Н.Л.

Кто с озоном дюжит, тот с картошкой дружит.

Исследования Единой технологии хранения картофеля и моркови с использованием озоновоздушного агента проводились в овощехранилищах закромного/навального типов по заданию Россельхозакадемии 09.02.02.01. Регистрационный номер 15070.4414000436.11.5.001/001.

Одним из наиболее прогрессивных современных технологических процессов, направленных на создание экологически чистых, комфортных условий труда и жизнедеятельности человека, является озонирование.

Успешно продвигаемые климат-контроль технологии длительного хранения картофеля предусматривают применение системы активной вентиляции, где в основной период хранения температурный режим поддерживается в диапазоне 1...4 гр. Цельс., а влажность окружающего воздуха – в пределах 89…96%. В условиях интенсивного механизированного производства для обеспечения удовлетворительной сохранности плодоовощной продукции поддержание температурно-влажностного режима в заданных параметрах или создание оптимального «климата» оказывается не достаточным.

Разумное использование озоновоздушного агента во время процедуры активного вентилирования позволяет существенно снизить потери при длительном хранении картофеля и овощей, уменьшить затраты ручного труда, увеличить сроки реализации продукции при минимальных затратах энергии.

Озон обладает ярко выраженными дезинфицирующими свойствами, он способен подавлять бактерии, вирусы, гнилостные и плесневые грибки, а также различные микроорганизмы. Особенно эффективна обработка озонированным воздухом плодоовощной продукции в лечебный период, непосредственно после закладки ее на хранение, когда необходимо в течение короткого периода времени подавить патогенную микрофлору и подготовить продукцию к длительному хранению.

Основными достоинствами использования озона являются:
- высокий окислительный потенциал;
- возможность получения озона из кислорода воздуха на месте потребления;
- простота и доступность получения озона в электрических аппаратах;
- безотходность производственного процесса;
- экономическая целесообразность применения озона по сравнению с другими известными окислителями;
- экологическая совместимость озона с окружающей средой.

Эффективность хранения картофеля можно повысить за счет подачи в систему активной вентиляции озонированного воздуха, обладающего ярко выраженными дезинфицирующими свойствами. Несмотря на высокий окислительный потенциал озона, взаимодействует он чрезвычайно селективно. Причиной этого является полярное строение его молекулы, или точнее - позитивно поляризованный атом кислорода, который придает всей молекуле электрофильный характер. На практике, даже малые концентрации озона, находящегося в воздухе, оказывают эффективное воздействие на сохранность картофеля в течение длительного периода хранения.

Применение озона в качестве активной среды позволяет уменьшить потери при длительном хранении картофеля, моркови и других овощей, снизить затраты ручного труда на переборку и отбраковку, увеличить сроки реализации продукции, а также минимизировать энергетические затраты.

Конструктивные особенности овощехранилищ в значительной степени определяются зоной их применения. Системы активной вентиляции в разных климатических районах имеют свои особенности по устройству, типам используемых вентиляторов и воздухораспределительных устройств. На территории нечерноземной зоны Российской Федерации в основном используются овощехранилища следующих типов: контейнерные, закромные, навальные и комбинированные. Вместимость большинства типовых хранилищ составляет 150 … 2000 тонн.

За последние 10…15 лет количество контейнерных овощехранилищ в регионе резко сократилось. Это связано с тем, что в овощехранилищах контейнерного типа используются электромеханические подъемные устройства – электрокары или автокары, обслуживание которых значительно увеличивает себестоимость сельскохозяйственной продукции. Поэтому экономически целесообразно использование овощехранилищ закромного или навального типов, которые не требуют дорогостоящих средств механизации.

Современные технологии длительного хранения картофеля предусматривают применение активного вентилирования сельскохозяйственной продукции воздушным потоком через насыпной слой при условии соблюдения оптимальных режимов температуры и влажности окружающего воздуха. Хранение подразделяют на следующие периоды - послеуборочный (лечение и дозревание), основной (глубокий вынужденный покой) и весенний (НТП АПК 1.10.12.001-02).

В данном способе используется принцип активного вентилирования закрома, в который заложена продукция, путем нагнетания воздуха центробежным вентилятором в вентиляционные каналы. Через эти каналы воздух под давлением подается в нижнюю часть закрома, откуда по направлению снизу вверх он проходит через насыпной слой по воздушным каналам, образованным внутри массы обрабатываемой продукции, и затем выбрасывается наружу в верхней части насыпного слоя. Величина скорости воздушного потока через насыпную массу зависит от избыточного давления воздуха вентиляционной системы, высоты насыпного слоя и скважности фракции заложенной продукции, при отсутствии потерь воздушного потока в конструкции закрома. Эффективность обработки плодоовощной продукции непосредственно связана со скоростью и объемом воздуха, пропущенного через воздушные каналы биомассы. Например, норма расхода воздуха на единицу массы заложенной продукции в различные периоды обработки картофеля находится в широком диапазоне от 45м3/тонн до 100м3/тонн и выше.

В действительности, в результате девиации скважности фракции биомассы эффективная площадь поперечного сечения отдельно взятых воздушных каналов межклубневого пространства отличается одна от другой в десятки раз. Это значит, что интенсивности прохождения локальных процессов обработки плодоовощной продукции по всему объему значительно отличаются друг от друга. Когда высота насыпного слоя достигает 2…2,5м, то появляется вероятность перекрытия воздушных каналов, например, в результате засоренности биомассы или некорректного распределения продукта. Это приводит к тому, что скорость воздушного потока в каналах падает до нуля, то есть, в объеме массы заложенной продукции образуются зоны, недоступные для обработки движущимся потоком воздуха.

Обработка тупиковых зон становится практически невозможной, эффективность подавления бактерий, вирусов, грибковой микрофлоры и другой патогенной среды резко снижается, поэтому в объеме биомассы через некоторое время образуются очаги скоропортящейся продукции. Проблему сохранности в данном случае можно решить только с помощью ручной переборки, то есть путем дополнительных трудозатрат.

Для того, чтобы получить максимальный эффект от использования озоновоздушного агента в качестве активной среды, необходимо изучить динамические режимы воздушной обработки картофеля в овощехранилищах закромного типа.

Функциональная схема опыта представлена на Фиг.1.

Установка, имитирующая конструкцию закрома, представляет собой вертикальную разборную конструкцию. Она состоит из корпуса 1, разделенного в нижней части горизонтальной перфорированной перегородкой 6, через которую свободно проходит воздушный поток, центробежного вентилятора 5 и шибера 8. Между нижней частью корпуса 1 и перфорированной перегородкой 6 конструктивно образована процессорная камера 7, которая с одной стороны соединена воздушным каналом с центробежным вентилятором 5, а с другой стороны соединена с шибером 8. Корпус 1 может наращиваться вертикально для удобства загрузки и выгрузки продукции 2. Высота корпуса 1 достигает 2,5…2,8м.

Центробежный вентилятор 5 нагнетает воздух из окружающей атмосферы в процессорную камеру 7, создавая в ней избыточное давление. Из процессорной камеры 7 воздух под давлением через воздухопроницаемую перегородку 6 проходит через насыпную массу заложенной продукции 2.

Шибер 8 необходим для защиты электродвигателя центробежного вентилятора 5 от перегрузок или избыточного давления в нагнетающей магистрали, возникающего при большом сопротивлении воздушному потоку заложенной продукции 2. Максимальное давление воздуха контролируется амперметром 3, подключенным к одной из электрических цепей, питающих обмотки статора электродвигателя центробежного вентилятора 5. В опыте используется центробежный вентилятор среднего давления ВЦ14-46, 1200…1250 Па.

Картофель 2, предназначенный для обработки, закладывается внутрь корпуса 1 на перфорированную перегородку 6 дискретными порциями, отдельными равновеликими слоями. Высота отдельного слоя составляет 190…210мм. Поверхность каждого слоя выравнивается в горизонтальном направлении для того, чтобы исключить перепады высот насыпи продукции 2.

После закладки очередного слоя продукции 2 включается центробежный вентилятор 5 и непосредственно в верхней части насыпи в нескольких точках с помощью анемометра 4 производиться измерение скорости воздушного потока (5…7 замеров). Полученные данные необходимы для определения средней скорости потока воздуха через насыпь или обнаружения тупиковых зон.

На Фиг.2 представлены линейные диаграммы результатов проведенных исследований (три варианта) зависимости средней скорости воздушного потока через насыпной слой картофеля от его высоты.

Из диаграмм видно, что скорость воздушного потока через насыпной слой картофеля резко падает при значениях высоты насыпи 0,6…1,2м.

Второй вариант показывает снижение скорости воздушного потока до нулевого значения. Это значит, что при достижении высоты насыпного слоя картофеля в закроме 2,4м возникает вероятность полного перекрытия воздушных каналов межклубневого пространства.

В настоящее время, учитывая проблемы в области обеспечения продовольственной безопасности Российской Федерации, разработка современных технологий хранения плодоовощной продукции в овощехранилищах становится чрезвычайно актуальной.

На производственных базах ГНУ Костромской НИИСХ, Товарищества на вере «Мир» Нижегородской области Городецкого района и ООО «Мечта» Костромской области Костромского района были проведены испытания технологии хранения картофеля с использованием озоновоздушного агента в хранилищах закромного и навального типов.

Исследования проводились с помощью установки озонирования воздуха ОВоД-01 ТУ3614-001-00668867-2007, разработанной и изготовленной ГНУ Костромской НИИСХ, согласно функциональной схеме, представленной на Фиг.3.

Установка ОВоД-01 предназначена для обработки сельскохозяйственной продукции озоновоздушным агентом с целью повышения её сохранности, дезодорации и дезинфекции воздуха, подавления бактерий, вирусов, гнилостных и плесневых грибков любого происхождения, а также оптимизации климата внутри помещений. Конструкция ОВоД-01 защищена патентами на изобретения: RU 2302370, RU 2307787, RU 2352521.

Установка ОВоД-01 или озонатор 9 размещался в вентиляционной камере 10, из которой озоновоздушный агент с помощью центробежного вентилятора 5 подавался в процессорную камеру 7, и затем через перфорированную перегородку 6 пропускался сквозь насыпной слой плодоовощной продукции 2.

- Испытания проводились на картофеле сортов «Бронницкий», «Скарб», «Удача» и «Невский».
- Проведенные опыты имели 4-х кратную повторность.
- Контрольные и опытные образцы картофеля согласно традиционной технологии подвергались сушке, лечебной обработке и охлаждению.
- Контрольные образцы обработке озоном не подвергались.
- Время однократной обработки озоновоздушным агентом составляло 12…24 час.
- Концентрация озоновоздушного потока для каждого варианта на выходе озонатора ОВоД-01 составляла 5,2…6,8мг/м3.
- Скорость озоновоздушного потока через насыпной слой для всех вариантов обработки находилась в пределах 0,07…0,25 м/сек.
- Периодичность обработки озоном:
а) Лечебная обработка проводилась два раза по 12…24час.
б) Обработка в основной период - один раз в месяц для всех вариантов по месяцам: октябрь, ноябрь, декабрь, январь, февраль, март. Время обработки – 12…24час.
в) Обработка в весенний период – два раза в течение 18…24 часов с промежутком в 7…10 дней.
- Оптимальное время обработки определялось оператором (технологом) в зависимости от состояния сохраняемой продукции.
- Температура окружающего воздуха при хранении поддерживалась в диапазоне 2…4 гр.Цельс.
- Относительная влажность – 89… 95%.
- Хранение для всех вариантов обработки и контрольного варианта осуществлялось до мая месяца.
- В конце срока хранения определялись суммарные потери, включая убыль массы, для каждого варианта по стандартным методикам.

Снижение потерь определялось по следующей формуле:
СП = 100 ( ПК – ПО ) / ПК (%); где
ПК – приведенные потери контрольного варианта хранения
ПО – приведенные потери опытного варианта хранения
Приведенные потери – суммарные потери при хранении, выраженные в килограммах, отнесенные на одну тонну заложенной продукции.

Усредненные результаты опытов, проведенных на различных сортах картофеля, показаны в Таблице 1.

Таблица 1 демонстрирует положительные результаты проведенного озонирования картофеля. Опыты показывают, что периодическая обработка картофеля озоновоздушным агентом в течение 10…24 часов обеспечивает снижение потерь при хранении в течение семи месяцев на 10,9%...19,6%.

Основными преимуществами технологии озоновоздушной обработки являются ее высокая эффективность, экологичность, адаптивность и низкая энергоемкость. Один озоногенератор «ОВоД-01» способен обрабатывать одновременно 120…150 тонн плодоовощной продукции, при этом потребление электрической энергии составляет 45…60Вт.

Проведенные исследования позволяют эффективно применять технологию длительного хранения картофеля в овощехранилищах закромного или навального типов на основе использования озона.