Впервые в России Южно-Уральский госуниверситет предложил установку для обеззараживания зерна за счет гибридного воздействия на него атмосферной холодной плазмы и ультрафиолетового излучения. Установку разработала и создала междисциплинарная научная команда кафедр «Пищевые и биотехнологии» и «Оптоинформатики» ЮУрГУ.
В отличие от химической обработки, предлагаемый способ экологически безопасен, позволяет сохранить естественную пользу зерна, блокировать микроорганизмы и увеличить срок его хранения.
Впервые речь о создании такого устройства зашла после 2023 года, когда осенью в Челябинской области прошли тропические дожди, вызвавшие ухудшение качества урожая.
В рамках глобальных климатических изменений, считают учёные, актуальным является сохранение продовольственных ресурсов и поиск инновационных подходов, что позволит обеспечить устойчивость АПК на региональном и федеральном уровне. Это соответствует целям и задачам национального проекта «Технологическое обеспечение продовольственной безопасности».
В условиях изменения климата весомая доля собранного зерна может утрачивать качество и безопасность: поражённое опасными видами плесени сырье становится непригодным для использования. В то же время к качеству продукции растениеводства предъявляются высокие требования, поэтому любой способ обеззараживания должен быть безопасным и рентабельным, а также не изменять технологических и физиологических свойств зёрен. Основные трудности в ходе разработки установки обеззараживания возникали при расчёте параметров воздействия с учетом многоплановости критериев конечных результатов.
Ученые кафедры пищевых и биотехнологий определили методики исследований и массив лабораторных экспериментов. Это позволило добиться эффективности метода обеззараживания при вариативности входных показателей зерновой массы.
– С учетом созданного пилотного варианта установки появляется уникальная возможность расширить пул задач текущего года в области минимизации рисков присутствия маскированных форм вторичных метаболитов токсигенных плесени и других токсичных видов микробиома зерна за счет гибридного воздействия атмосферной холодной плазмы и ультрафиолетового излучения, – поделилась научный руководитель проекта Ирина Потороко. – Наша группа определила рациональные параметры обработки, при которых проявляются наиболее значимые эффекты обеззараживающего действия.
«Мы исследовали несколько вариантов обработки сырья, вплоть до экспериментов с сильноточными низкоэнергетическими электронными пучками, – рассказал доцент кафедры оптоинформатики ЮУрГУ Артем Лейви. – Плесени под их воздействием погибали бескомпромиссно, однако снижалась и природная полезность зерен, поскольку электронные пучки являются объемным источником энергии и проникают вглубь зерна. Атмосферная холодная плазма является поверхностным источником энергии и показала свою стопроцентную безопасность и эффективность, обрабатывая только поверхность зерна, сохраняя естественные свойства и качество».
Предлагаемый способ обеззараживания зернового сырья позволяет продлить срок хранения обработанного продукта с сохранением физиологических качеств. Ученые отмечают, что малопригодные для продовольственных целей объемы зерна после обеззараживания применимы для дальнейшего посева и в качестве фуражного зерна.
«Принцип работы установки относительно прост, – уточнил Артем Лейви. – Генерация холодной плазмы осуществляется за счет отрицательного коронного разряда при импульсном напряжении с разностью потенциалов 10 кВ и частотой 100 Гц; плазмообразующим веществом выступает атмосферный воздух при нормальных условиях обработки в течение 20–30 секунд, что делает такой подход экономически целесообразным и безопасным».
Оборудование легко масштабируется и адаптируется под производственные нужды предприятия. В зависимости от размера конвейерной ленты установка способна обрабатывать от 10 до 500 кг зерна в час. Окупаемость оборудования, по словам исследователей, около 6–8 месяцев в зависимости от объемов переработанного зерна.
Задачи использования нетепловых методов воздействия для обеззараживания зерновых челябинские ученые решали в рамках реализации регионального Гранта РНФ 24-16-20028.
По информации пресс-службы ЮУрГУ
Фотограф: Екатерина Больных
