автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.01, диссертация на тему:РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ПОВЫШЕНИЯ СОХРАННОСТИ МАССЫ И КАЧЕСТВА КОРНЕПЛОДОВ САХАРНОЙ СВЕКЛЫ В УСЛОВИЯХ ЦЧР

с/-Ш&ґ

л

На правах рукописи

/

Капустников Юрий Александрович

УДК 663.63:631.563

РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ПОВЫШЕНИЯ СОХРАННОСТИ МАССЫ И КАЧЕСТВА КОРНЕПЛОДОВ САХАРНОЙ СВЕКЛЫ В УСЛОВИЯХ ЦЧР

Специальность: 06.01.09 - Растениеводство

05.18.01 - Технология обработки, хранения и переработки злаков, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградства

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Рямонь2003

Диссертационная работа выполнена во Всероссийском НИИ сахарной свеклы и сахара им. А.Л. Мазлумова

Научные руководители: доктор сельскохозяйственных наук, профессор,

член-корр. РАСХН, заслуженный деятель РФ Корниенко A.B.;

кандидат технических наук Апасов И.В.

Официальные оппоненты:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Манжесов В.И. кандидат сельскохозяйственных наук Сапронов Н.М.

Ведущая организация - Воронежская государственная технологическая академия (ВГТА)

Защита диссертации состоится 17 октября 2003 г, в 13.00 часов на заседании диссертационного совета Д 006,065.01 во Всероссийском НИИ сахарной свеклы и сахара им, А.Л. Мазлумова (ВНИИСС) по адресу: 396030, Воронежская область, Рамонский район, п. ВНИИСС.

С диооертацией можно ознакомиться в библиотеке Всероссийского НИИ сахарной свеклы и сахара им. АЛ. Мазлумова

Автореферат диссертации разослан 17 сентября 2003 г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность работы. Значительное сокращение объемов свеклосахарного производства, произошедшее в России за последние 10 лет, привело к тому, что уровень самообеспеченности страны сахаром в настоящее время не превышает 23-25%, данное положение является критическим с точки зрения продовольственной безопасности.

Одним из путей увеличения производства сахара из собственных сырьевых ресурсов является сокращение потерь свекломассы и сахара на стадии хранения корнеплодов и сохранение высоких технологических качеств свекловичного сырья, поступившего на завод для переработки.

Уровень потерь свекломассы в период хранения, несмотря на сокращение его сроков, более чем в два раза, за последние годы в среднем по отрасли не опускался ниже 5%, а в отдельные годы, с неблагоприятными климатическими условиями, достигал 10-12%, от общего количества уложенного на хранение сырья.

Причинами высоких потерь сахара и свекломассы на стадии хранения в современных условиях является: необоснованное расширение использования иностранных сортов, не обладающих качеством лежкоспособности; нарушения севооборотов; научно-обоснованных норм внесения минеральных удобрений и гербицидов; использование разнообразной свеклоуборочной техники, как отечественного, так и импортного производства, не всегда обеспечивающей требуемый ГОСТом уровень травмируе мости корнеплодов. К этим же последствиям ведет и значительная изношенность парка технических средств используемых уборки свеклы у сельхозтоваропроизводителей РФ.

Многолетняя производственная практика применения разнообразных способов повышения степени сохранности технологических качеств свеклы и снижения потерь сахара и свекломассы показала их относительную эффективность только при закладке на хранение кондиционных корнеплодов, при низком содержании в общей массе батластных примесей. Использование этих приемов на сырье с повышенным содержанием подвяленных, механически поврежденных корнеплодов, балластных примесей малоэффективно, а зачастую приводит к отрицательным результатам.

В связи с выше изложенным, задача совершенствования способов хранения сахарной свеклы остается актуальной и в настоящее время.

Анализ литературных данных выявил высокую эффективность использования, как с экономической, так и с технологической точек зрения, химических способов хранения сельскохозяйственной продукции, в том числе и с применением окислителей различной химической природы. Исследования В.А. Барановской (1976), H.H. Горбунова (1995), А.И. Гримма (1975), В. Тварожеха (1975), А,М. Казакевича (1975), B.C. Колодязной (1975), Ф.С. Линько (1991), Л.С. Микуловича 1994 и других, показали высокую эффективность применения озона в различных физических фазах и режимах при хранении фруктов и овощей, и в частности корнеклубнеплодов. Отсутствие о öb"ö"

возможности применения атомарного кислорода для хранения сахарной свеклы предопределило выбор направления настоящей работы.

Цель исследований заключалась в изучении воздействия озона на характер протекания физиологических, микробиологических, биохимических процессов при хранении корнеплодов сахарной свеклы и возможности использования его для повышения показателей их сохранности.

В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи исследований:

- изучить влияние озона на физиологические и микробиологические процессы при хранении корнеплодов сахарной свеклы;

- установить характер изменения качественных показателей корнеплодов сахарной свеклы в период хранения под влиянием обработок озоном в различных физических фазах и режимах;

- исследовать возможность применения озона с целью улучшения показателей сохранности корнеплодов сахарной свеклы имеющих сильные механические повреждения и различную степень подвяленности;

- изучить структурные и биохимические изменения в тканях корнеплодов сахарной свеклы, происходящие под воздействием озона;

- определить оптимальные режимы обработки корнеплодов сахарной свеклы при использовании озоно-воздушной смеси и озонированной воды;

- разработать способы повышения показателей сохранности и качества кор-

неплодов сахарной свеклы, с использованием озона. Научная новизна настоящей работы заключается в том, что впервые проведено исследование влияния озона, в различных физических фазах на комплекс физиолого-биохимических и микробиологических процессов протекающих при хранении корнеплодов сахарной свеклы, а также на изменение химического состава клеточного сока, в зависимости от режимов обработки и длительности хранения.

Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено эффективное влияние обработок озоно-воздушной смесью и озонированной водой сахарной свеклы на подавление патогенной микрофлоры, снижение ростовых процессов, интенсивности дыхания и улучшение показателей качества корнеплодов при хранении.

Впервые исследовано влияние озона на степень сохранности корнеплодов, имеющих сильные механические повреждения и различную степень подвяленности.

Установлена возможность использования озона для интенсификации защитных реакции и образования суберенизированного слоя на травмируемых поверхностях корнеплодов, что позволяет лучше сохранить их технологические качества, снизить потери от развития патогенной микрофлоры.

Разработаны способы практической реализации полученных результатов научных исследований, на два из которых поданы заявки для получения патентов РФ на изобретения.

Защищаемые положения:

- использование озона эффективно в качестве реагента способного подавлять развитие патогенной микрофлоры, а также позволяющего обеспечивать минимальную ростовую активность корнеплодов сахарной свеклы в процессе 1« хранения;

- применение обработок озоном корнеплодов сахарной свеклы, позволяет снижать интенсивность обменных процессов в них, за счет влияния на дыхательные ферментные системы, газовый состав окружающей среды я степень насыщения кислородом их тканей, тем самым, способствуя сохранению хозяйственно-биологических признаков свекловичного сырья;

- режим обработки корнеплодов сахарной свеклы озо но-воздушной смесью с концентрацией озона 6 г/м3 и экспозиции обработки 10 минут, является эффективным приёмом позволяющим снизить интенсивность ростовых процессов б срелнем на 40%, образование гнилой массы на 30%, снижению среднесуточных потерь сахара на 45%, в сравнении с необработанной свеклой, способствуя тем самым улучшению фитопатологического состояния и технологических качеств корнеплодов в процессе хранения;

- использования озонированной вода с концентрацией озона I мг/л для обработки сахарной свеклы, является эффективным приёмом позволяющим снизить при их хранении прорастание корнеплодов на 30%, образование пшдой массы в 1,5 раза, снизить среднесуточные потери сахара на 45%;

- применение данных способов позволяет эффективно улучшать показателя сохранности корнеплодов сахарной свеклы, имеющих сильные механические повреждения или подвяленных, со степенью потери влага до 15%;

- использование обработок сахарной свеклы озоно-воздуншой смесью и озонированной водой позволяет интенсифицировать в 3 - 5 раз защитные реакции и субериннзацню тканей корнеплодов, при механическом их повреждении, способствуя скорейшему выходу корнеплодов из состояния физиологического стресса и снижению дополнительных потерь сахара. Практическая значимость работы заключается в разработке способов

повышения сохранности корнеплодов сахарной свеклы, с использованием озо-но-воздутшюй смеси и озонированной ВОДЫ, позволяющих в среднем снизить на 40 - 50% среднесуточные потери сахара а на 0,7-1% в абсолютной величине обеспечить больший выход сахара при хранении до 90 суток, в сравнении с необработанными корнеплодами.

Применение данных способов позволяет снизить влияние таких вредных факторов как механические повреждения в подвялеккосгь свекловичного сырья, на условия и показатели его сохраЕшости.

Положительная особенность использования данных способов - это возможность гибкой их реализации, пластичность в режимах обработки, возможность проведение повторных обработок, комплексность действия, безопасность для окружающей среды.

Результаты исследований прошли производственную проверь в 2002 году на свеклоприемном пункте Алексееве кого сахарного завода (ОАО «Ритм», Белгородская область) и получили положительный отзыв производственной комиссии.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены на Международной научно - практической конференции молодых учёных и специалистов « Аграрная наука в начале 2] века » (Воронеж 2001), заседаниях Учёного совета ВНИИСС (Рамонь 1999 - 2001). По теме диссертации опубликовано 4 печатных работы. Направлено во ВНИИГПЭ две заявки на вьщачу патентов.

Объем диссертации. Диссертация изложена на 127 страницах машинописного текста, включает 16 таблиц и 9 рисунков. Состоит из введения, 7 глав, выводов и предложений. Список использованной литературы включает 135 наименований. Приложения содержат 40 таблиц.

Содержание диссертационной работы l.Oíhop литературы

В этой части работы анализируется современное состояние проблемы сохранения высоких технологических качеств свекловичного сырья от уборкя до переработки в России, одной из которых является выбор рациональных и эффективных способов хранения корнеплодов сахарной свёклы. Рассматривались вопросы биологии хранения сахарной свёклы, сложный комплекс протекающих при этом процессов, их влияние на изменение технологических качеств корнеплодов. Делается вывод о том, что успешное сбережение свекловичного сырья возможно только при комплексном подходе к оптимизации условий протекания процессов хранения корнеплодов сахарной свеклы, который не возможен без применения высоко эффективных способов и мероприятий повышения сохранности. Проведён анализ существующих химических способов хранения сахарной свёклы, как высоко эффективных и наименее затратных и дана их критическая оценка. Основными недостатками разработанных ранее химических способов является снижение их эффективности при ухудшении физического состояния заготавливаемого свекловичного сырья и неблагоприятных погодных условии в период его закладки на хранение. Делается вывод о целесообразности поиска новых, экологически безопасных и высоко эффективных способов повышения сохранности корнеплодов сахарной свёклы.

2.Методики исследований

Для реализации программы исследований по теме диссертации нами про-проводились опыты по хранению корнеплодов сахарной свёклы.

Для закладки опытов по хранению формировались пробы корнеплодов по 30 штук в каждой, идентичного фракционного состава по массе и размеру корнеплодов, одинакового физического состояния и качества, без механических повреждений, не подвяленные и с нормальной обрезкой листьев. Повторность в опытах была четырёхкратная. Влияния озона на корнеплоды сахарной свеклы оценивали, по их фитопатологическому состоянию и технологическим качествам до и после хранения.

Фитоггатологическое состояние свеклы определяли в соответствии с технологическим регламентом «Приёмка и хранение сахарной свеклы» (К)ев, 1989 г) Проведение химических анализов осуществлялось по методике Бугаекко И.Ф. «Технохимический контроль свеклосахарного производства» (М„ 1989),

На основании результатов анализа проб свеклы рассчитывался ожидаемый выход сахара, потерн в мелассе сахара и выход мелассы по методу Н.П. Силиной и И.П. Славтогородской «Методические указания по оценке качества сахарной свеклы» (Киев, ВНИИСП, 1981).

Используемые в опытах озоно-воздушную смесь и озонированную воду патучали с помощью озоногенераторной установки ОУ-0,01 и дополнительного оборудования (рис.1).

Контроль концентрации озона в воздушной смеси осуществлялся периодически газоанализатором «Озон - 3». Контроль за концентрацией озона в озонированной воде производился с помощью иодо-метрического титрования в соответствии с ГОСТом 18301-72,

Обработка проб корнеплодов озоно-воздушной смесью осуществлялась на открытом воздухе в плетёных полиэтиленовых мешках путем нагнетания её в масс)' свеклы. Обработка корнеплодов озонированной водой осуществлялась с помощью ручного опрыскивателя типа «Росинка», путем равномерного нанесения на поверхность корнеплодов пробы. Удельный расход раствора составлял 80-90 г на 10 кг корнеплодов или 8-9 л/т.

Опыты по хранению корнеплодов сахарной свеклы проводились по следующей схеме:

При обработке озоно-воздушной смесью: контроль без обработки

контроль с обработкой препаратом перекись водорода с жидким стеклом, (А.с.Ж738143)

варианты опыта экспозиции: 5,10, 15 минут

концентрации озона в озоно-воздушной смеси: 0,5,1,2,4,6,8мг/л (г/м3) При обработке озонированной водой: контроль обработка чистой водой варианты опыта

концентрации озона в воде: 0,5,1,2,4,6, 8 мг/л.

Анализ показателей сохранности в опыте с нормальной свеклой проводился по истечении 45 и 90 суток.

Схема установки для получения озоно - воздушной смеси и озонированной воды

Рис. 1

В опыте по исследованию влияния обработок озоном на сохранность механически поврежденных корнеплодов сахарной свеклы пробы формировались из 30 корнеплодов, разрезанных пополам вдоль, для имитации сильных механических повреждений. Анализ опытных проб проводился после 15 и 35-ти суточного хранения.

Интенсивность образования раневой защитной ткани в пробах корнеплодов оценивалась визуально по наблюдению площади её образования на срезе через каждые пять дней (1 -го, 5-го, 10-го),

Структурные и биохимические изменения, в механически поврежденных тканях корнеплодов, происходящие под воздействием озона наблюдались с помощью ручных микро срезов с приготовлением из них препаратов для микро-скопирования, по методике М.Н, Прозиной «Ботаническая микротехника» (М., 1965).

Микрокопирование и фотографирование препаратов осуществлялось на микроскопе JENAVAL немецкой фирмы Carl Zeiss при увеличении 0,8x12,5x100 (1000 раз). Подсчет толщины защитной ткани в микрометрах осуществлялся с помощью окуляр - микрометра, устанавливаемого в объектив микроскопа и последующим умножением снятого показателя на коэффициент 1,3.

В опытах по влиянию обработок на сохранность корнеплодов сахарной

свеклы с различной степенью увядания пробы формировались из корнеплодов, искусственно подвяленных до 10 и 15%. Определение степени потерь влаги корнеплодов проводилась по методу Шевченко. Анализ показателей сохранности свеклы производился после 55 суток.

Хранение корнеплодов сахарной свеклы проводилось ежегодно в стабильных идентичных температурных и влажностных условиях. Температурный режим составил в среднем 3-6°С, влажность колебалась в пределах 80-95%,

Полученные результаты исследований подвергались вариационно - статистической обработке методом дисперсионного анализа (Б. А. Доспехов, 1985),

3.8лияине озона на фіниолого - биохимические процессы хранения корнеплодов сахарной свеклы н іпмепешіе их технологических качеств.

Задачей первого этапа исследований было изучение степени влияния различных способов обработки озоном корнеплодов сахарной свеклы на изменение их хозяйственно - биологических качеств и протекание физиологе-биохимических процессов при хранении, а также выявление оптимальных режимов обработки. Применялись обработки корнеплодов перед хранением ОВС с концентрациями 0,5-8 г/м3 с вариационным шагом 2 г/м3 и экспозицией обработки 5,10,15 минут, а также ОВ с концентрацией озона 0,5-8 мг/л с вариационным шагом 2 мг/л. Контродями в опыте служили варианты: без обработки, обработка водой, обработка препаратом жидкое стекло с перекисью водорода (Ал. №1738143).

Анализ проб свеклы после 45 и 90 суточного хранения в условиях 1999 года выявил существенное влияние озона на комплекс показателей фито-патологического состояния и химического качества корнеплодов в сравнении с необработанной свеклой. Оценку эффективности и выбор оптимальных режимов обработок корнеплодов ОВС и ОВ проводили по основным показателям сохранности: прорастанию корнеплодов, массе гнили, потерям массы корнеплодов, сахаристости и ожидаемому выходу сахара, определяемому расчетным методом на основе химических анализов. Результаты опыта приведены на диаграммах (Рис 2-4).

Применение ОВС и ОВ при выше указанных режимах обработки обеспечивала характер корреляции по всем анализируемым показателям с ярко выраженными оптимумами: для ОВС концентрации озона 4-8 г/м3 и времени обработки 10 минут, для ОВ концентрации озона 0,5-4 мг/л.

Так применение ОВС и ОВ в выше указанных режимах обработки обеспечивала характер корреляции по всем анализируемым показателям с ярко выраженными оптимумами: для ОВС концентрации озона 4-8 г/м3 и времени обработки 10 минут, для ОВ концентрации озона 0,5-4 мг/л.

Влияние способа обработки озоном корнеплодов сахарной свёклы на потери сэекломассы, при 50 суточном хранении (1999 год)

в

а «

8 8 си Ы £ л £

5.«

5 ^

экспооиции о^ябшки ОЩ

минуїьі

-■' " - 35 И10И15; Ноз-наяводд

1 - кснтрогь без обработки, 2 - контроль обработка всдсй, 3 - контроль обработка г^епарэтом А с. №1738143; иоьцентраі^и озона в фиэтеской фазе; 4 - 0,5 мУд 5-1 и-/л, 6-2 мтИ, 3-4 ыг/л, в-бмліл, 9-8 м/л. Рис.3

Влияние способа обработки корнеплодов сахарной свёклы озоном на их сахаристость после 90 суток хранения ( 1999 год )

# 16,6

т о 16,4

Й

р 16,2

г о. 16

2

¡5 15,3

о в 15,6

¥

О. 1Ъ,4

<0

3 15,2

15

экспозиция обработки, минуты_

М5 И10 В15 Еоз-наявода

§

1 23456789 1 - контроль без обработки, 2 - контроль обработка водой, 3 - контроль обработка препаратом А.с.№ 1738143; концентрации озона в физической фазе: 4 - 0,5 мг/л, 5-1 мг/л, 6-2 мг/л, 7-4 мг/л, 8-6 мг/п, 9 - 8 мг/л.

Рис.4

£

яГ §

§

с 0>

х

I *

X

В

а 8£

1 - контроль без обработки, 2 - контроль обработка водой, 3 - контроль обработка препаратом А.с.Ыа 1738143; концентрации озона в физической фазе: 4 • 0,5 мг/п, 5 - 1 мг/л, 6-2 мг/л, 7-4 мг/п, 8-6 мгГл, 9-8 мг/л.

Рис, 2

Воздействие озона на корнеплоды при указанных выше оптимальных режимах обработки, в процессе 45 и 90 суточного хранения, способствовало снижению их ростовой активности, в сравнении с необработанной свеклой на 30 -40%, а также снижению их загнивания и меньшему образованию гнилой массы.

При 45 суточном хранении применение ОВС и ОВ способствовало полному отсутствию загнивших корнеплодов. В процессе 90 суточного хранения эффективность использования ОВС снижалась и была на уровне контроля. Использование ОВ при той же длительности хранення была большей и обеспечивала снижение образования гнидой массы в 1,5-4 раза, по сравнению с не обработанными корнеплодами.

Данные режимы способствовали в среднем при 45 и 90 суточном хранении: снижению потерь массы на 10-50%, среднесуточных потерь сахара на 2050% и большему выходу сахара из этой свеклы на 0,6-1%, в сравнении с контролем, как д ля ОВС, так и СО.

Причиной эффективного воздействия озона на улучшение показателей сохранности и технологических качеств сахарной свёклы заключается в снижении под его влиянием интенсивности и характера обменных процессов. Непосредственно это отражается в снижении расходования сухих веществ и в частности сахарозы на дыхание корнеплода. Внешнее поле и электрические заряды молекул озона корректируют проницаемость цитоплазменных мембран, что приводит к денатурации белковых веществ их органелл. Эти изменения и вызывают прекращение или снижение интенсивности обмена веществ в биологическом объекте. Механизм фунгицидного и бактерицидного действия озона

Влияние способа обработки озоном корнеплодов сахарной свёклы на их прорастание, при 90 суточном хранении (1999 год)

1234567Ї9

объясняется его влиянием на обмен веществ в живой клетке, при которой нарушается равновесие превращения активной сульфидной группы в инактивные дисульфидные формы.

Влияние озона на ростовую активность корнеплодов сахарной свёклы объясняется образованием в результате обработки в тканях корнеплодов веществ фенольной природы и продуктов их окисления являющихся ингибиторами прорастания.

Исследования, первого этапа показали, что обработки ОВС, с концентрацией озона 4-6 мг/л и экспозицией обработки 10 минут, и ОВ, с концентрацией озона 1-2 мг/л, эффективно воздействуют на интенсивность и характер физио-лого-биохимических и микробиологических процессов при хранении сахарной свеклы, снижают ростовую активность, тем самым, улучшая фитопатологиче-ские и химические показатели сохранности корнеплодов.

Полученные результаты согласуются с результатами, полученными ранее другими исследователями (Линько, 1991, Барановская, 1976, Горбунов, 1995, Гримм,1975, Тварожек,1975, Козакевич, 1975, Колодязная,1975, Микулович, 1994 и др.) проводивших свои работы, по данному вопросу, на других сельскохозяйственных культурах, а также с фундаментальными положениями по физиологии и биохимии растений (Метлитцкий,19б5, Рубин, 1961, 1975, Сисакян, 1954,1986).

Таким образом, в результате опытов по хранению первого года исследований с применением озона в различных физических фазах, была выявлена возможность использования данного реагента для повышения степени сохранности корнеплодов сахарной свёклы.

В результате первого этапа исследований диапазон поиска оптимальных режимов обработки озоном корнеплодов сахарной свеклы был сужен для ОВС до концентраций озона 5-8 мг/л и экспозиция обработки 10 минут, и для ОВ до концентраций озона в воде 0,5-3 мг/л.

Результаты опытов во второй и третий год исследований подтвердили правильность наших выводов и эффективность установленных режимов обработки ОВС и ОВ.

В среднем по трем годам исследований обработка озоно-воздушной смесью при 10 минутной экспозиции и концентрации 6 г/м3 способствовала снижению прорастания корнеплодов в процессе 45 суточного хранения на 40 %, а образованию гнилой массы на 50%.

При более длительном хранении (до 90 суток) эффективность влияния на данные показатели значительно снижалась (табл,1). Действие озонированной воды па улучшение фитопатологических показателей сохранности было более существенным и стабильным (табл.2). При всех сроках хранения, способствовало в среднем снижению: прорастания корнеплодов на 30%, образованию гнилой массы на 60-80%,

Таблица 1 - Влияние обработки корнеплодов сахарной свеклы озоно-вшдушной смесью на их качество при 90 суточном хранетш ___ в процентах к массе свеклы

Показатель До хранения Контроль без обработки Обработка озоно-воздушной смесью, г/м3 HCPos

5 6 7 8

Проросших - 51,3 453 40,3 37,5 37,7 2,7

Загнивших - 32,4 28,4 21,9 20,8 23,9 3,0

Масса гнили - 0,6 0,6 0,5 0,7 0,7 0,1

Потери массы - 4,8 3,7 3,4 3,7 4,6 0,3

Потери сахара среднесуточные - 0,018 0,011 0,009 0,012 0,013 -

Сахаристость 17,20 15,55 16,26 16,36 16,21 15,95 0,12

Чистота очищенного сока 91,1 87,6 87,7 88,9 88,2 88,2 -

Выход сахара 14,18 11,29 12,09 12,37 12,08 11,84 -

Сахар в мелассе 2,02 3,26 3,16 2,99 3,13 3,11 -

Таблица 2 - Влияние обработки корнеплодов сахарной свеклы озонированной водой на их качество при 90 суточном хранении

в процентах к массе свеклы

Показатель До хранения Обработка чистой ВОДОЙ Обработка озонированной водой, мг/л HCPas

0,5 1 2 3

Проросших - 57,8 38,0 41,4 36,7 41,7 3,0

Загнивших - 40,7 14,0 13,9 18Д 26,9 2,4

Масса гнили - 0,70 0,27 0,32 0,42 0,53 0,09

Потери массы - 4,6 3,6 3,6 3,8 4,6 03

Потери сахара среднесуточные - 0,016 0,011 0,010 0,013 0,015 -

Сахаристость 17,20 15,73 16,22 16,30 16,06 15,88 0,1

Чистота очищенного сока 91,1 88,0 88,6 88,8 88,4 88,0 -

Выход сахара 14,18 11,54 12,29 1232 12,04 11,77 -

Сахар в мелассе 2,02 3,19 2,93 2,98 3,02 3,11 -

Использование ОВС и ОВ позволяло снизить, как при 45, так и 90 суточном хранении, в среднем потери: массы на 20 - 25%, сахара на 45 - 50%, увеличить выход сахара на 0,8- 1% (табл. 1-2).

Для сравнительной оценки эффективности применения ОВС и ОВ в схему опыта был включён вариант с обработкой препаратом перекись водорода с жидким стеклом (А. с. № 1738143).

При всех сроках хранения, корнеплоды обработанные ОВС и ОВ отличались лучшими технологическими качествами. Так, в среднем потери массы были меньше на 15-25%, сахара на 15-20%, а его выход больше на 0,2-0,3%.

Таким образом, на основании полученных в опыте положительных результатов, очевидно, что обработка корнеплодов перед хранением озоно-воздушной смесью с концентрацией озона 6 мг/л и экспозицией 10 минут, и озонированной водой с концентрацией озона 1 мг/л, является эффективным приёмом снижения потерь сахара и сохранения высоких технологических качеств корнеплодов сахарной свёклы от уборки до переработки. Данные режимы обработки способствуют протеканию физиолого-биохимических и микробиологических процессов на уровне обеспечивающим оптимальные условия хранения сахарной свеклы.

б. Влияние озона на показатели сохранности корнеплодов сахарной свеклы различного физического состояния,

В связи с тем, что физическое состояние корнеплодов оказывает существенное влияние на степень эффективности используемых способов хранения, наша работа была посвящена изучению возможности применения обработок озоном корнеплодов сахарной свеклы, имеющих сильные механические повреждения. Так, в среднем, по годам исследований в пробах, обработанных ОВС (табл. 3) концентрациями 6 мг/л при 10 минутной экспозиции и ОВ (табл.4) с концентрацией озона 1 мг/л накопление гнилой массы было на 65-75% меньше уровня контроля.

В пробах корнеплодов сахарной свеклы опытных вариантов, обработанных перед хранением как ОВС, так и ОВ, при всех сроках хранения, отмечено меньшее содержание несахаров (редуцирующих веществ, щелочной золы и солей кальция). В среднем по вариантам, обработанным ОВС и ОВ чистота очищенного сока после хранения была больше в абсолютной величине на 0,6-1,9% чем в контроле.

Таким образом, данные режимы обработки обеспечивали в среднем наименьшие, в сравнении с контролем, потери массы на 25-30%, среднесуточные потери сахара на 35-40%, выход сахара при применении обоих способов был выше контроля на 0,7% в абсолютной величине.

Таблица 3 - Влияние обработки озоно-воздушной смесью сильно механически поврежденных корнеплодов сахарной свеклы на их качество при 35 суточном хранении

Показатель До хранения Контроль без обработки Обработка озоно-воздушной смесью, г/м3 НСРсл

5 6 7 8

Загнивших - 48,6 34,3 29,4 28,6 34,3 3,1

Масса гнили - 2,0 0,9 0,7 0,7 0,8 0,2

Потери массы - 8,6 6,9 6,2 6,5 7,0 0.4 |

Сахаристость 17,15 16,50 16,66 16,75 16,71 16,66 0,08

Редуцирующих веществ в свекле 0,082 0,378 0,332 олю 0,323 0332 0,01

Чистота очищенного сока 90,1 86,0 87,3 87,9 87,6 87,4 -

Зола в очищенном соке 0,431 0,704 0,690 0,670 0,680 0,695 -

Выход сахара 13,74 11,86 12,33 12,58 12,50 12,35 -

Сахар в мелассе 2,41 3,65 3,33 3,17 3,21 3,31 -

Таблица 4 - Влияние обработки озонированной водой сильно механически поврежденных корнеплодов сахарной свеклы на их качество при 35 суточном хранении

в процентах к массе свеклы

Показатель До хранения Обработка чистой водой Обработка озонированной водой, мг/л НСР05

0,5 1 2 3

Загнивших - 55,8 27,0 23,7 28,6 34,4 3,1

Масса гнили - 1,8 0,5 0,7 0,7 0,7 0,2

Потери массы - 7,7 6,7 6,5 7,0 7,9 0,3

Сахаристость 17,15 16,56 16,75 16,78 16,70 16,61 0,05

Редуцирующих веществ в свекле 0,082 0,354 0,308 0,322 0,332 0,349 0,004

Чистота очищенного сока 90,1 86,2 87,4 87,7 87,3 86,6 -

Зола в очищенном соке 0,431 0,725 0,672 0,685 0,714 0,740 -

Выход сахара 13,74 12,21 12,59 12,60 12,41 12,21 -

Сахар в мелассе 2,41 3,34 3,16 3,18 3,29 3,40 -

Большое значение для сохранности хозяйственно-биологических признаков сахарной свеклы на высоком уровне является создание оптимальных условий для протекания физиолого — биохимических процессов связанных с протеканием защитных реакции корнеплодов в ответ на механическое повреждение. Механизм данной реакции заключается в образовании на месте повреждения суберинизированной защитного слоя клеток,

В опытах, по хранению сильно механически поврежденных корнеплодов было отмечено, что обработки озоном существенно влияют на процесс образования новой защитной ткани на месте повреждения. В связи с этим проводились дополнительные гистологические наблюдения за структурными изменениями в тканях корнеплодов. Интенсивность образования раневой защитной ткани в пробе корнеплодов оценивалась визуально по наблюдению площади её образования на срезе через каждые пять дней (1-го, 5-го, 10-го).

Проведенные наблюдения показали, что в механически поврежденных тканях корнеплодов сахарной свеклы под воздействием однократных обработок ОВС и ОВ процессы, характерные для защитных реакций протекают более интенсивно, чем в корнеплодах без обработки. Об интенсивности процесса образования новой защитной ткани, судили по числу суберинизированных слоев клеток, и интенсивности отложения в них суберина, за определённый промежуток времени.

Наблюдения показали, что уже на 5 сутки толщина суберинизированных слоев клеток под воздействием обработок озоном, была в 4, а после 10 суток в 3,5 раза больше, чем в контроле без обработки:

Влияние обработки озоном на толщину суберенизированного слоя клеток защитной ткани, мкм

Дни Контроль без обработки Обработка ОВС

1 - 19,8

5 18,0 78,0

10 36,0 130,2

Отложение суберина при обработках озоном наблюдалось как в клетках, так и межклетниках и было интенсивней, чем в контроле. Наблюдается также проявление признаков опробковения клеточных стенок под воздействием озона,

В связи с тем, что интенсивность раневой реакции зависит от характера и места повреждения, физического состояния корнеплодов изучалось влияние обработок озоном на интенсивность образования защитной ткани по всей площади повреждения (на продольном срезе корнеплода пополам) при нормальном состоянии тургора и различной степени подвяленности (табл. 5).

Как видно из результатов опыта применение ОВС и ОВ способствует более быстрому образованию новой защитной ткани на месте повреждения по всей ее площади, независимо от характера и места повреждения, а также физи-

ческого состояния, в сравнении с контролем.

При обработке ОВС и ОВ не потерявших тургор корнеплодов интенсивность образования защитной ткани была в 5-6 раз больше, чем в контроле. При воздействии ОВС и ОВ на корнеплоды подвяленные до 10% потери влаги образование защитной ткани шло в 12 раз интенсивней чем в контроле. Увеличение степени подвяленности до 15% привело к некоторому снижению скорости формирования защитной ткани по всем вариантам, однако оставалось на высоком уровне и было в 10 раз больше, чем в контроле.

Таблица 5 — Влияние способов обработки на интенсивность образования защитной ткани у поврежденных корнеплодов сахарной свеклы

Состояние корнеплодов Контроль без обработки Обработка ОВС Обработка ОВ

Корнеплодов с полностью сформировавшейся защитной тканью, %

После 5 суток

Не потерявшие тургор 9,6 55,2 50,1

Подвяленные до 10% 3,3 50,2 56,8

Подвяленные до 15% — 32,7 70,1

После 10 суток

Не потерявшие тургор 15,5 100 96,6

Подвяленные до 10% 7,3 85,9 90,2

Подвяленные до 15% 5,1 65,2 78,1

Причиной эффективного воздействия озона на интенсификацию процессов суберин изации является следующее. Скорость данного процесса регулируется ферментами пероксидаза и полифенолоксидаза. Активатором данных ферментов является кислород. Разлагаясь с образованием кислорода озон и способствует интенсификации данных процессов. Параллельно под воздействием озона происходит дополнительное увеличение образования веществ фенольной природы и продуктов их окисления, которые являются основными компонентами суберинизированных слоев раневой паренхимы.

Таким образом, обработки озоном способны значительно интенсифицировать процессы защитных реакций ксрнеплодов сахарной свёклы в сравнении с не обработанными, в среднем в 5-10 раз, а суберинизацию в 3-5 раз. Эффективность действия озона сохраняется на высоком уровне не зависимо от физического состояния сырья. Более быстрое формирование защитной ткани на повреждённой поверхности, способствует также сокращению потерь сахара и

свекломассы, за счёт скорейшего выхода корнеплода из состояния повышенного уровня дыхательных процессов в ответ на механическое повреждение.

В нашей работе также исследовалась возможность применения обработок озоном (Табл.6-7) с целью улучшения условий сохранности корнеплодов, имеющих различную степень подвяленности (около 10и 15% потери влаги).

Таблица б - Влияние обработки озоно - воздушной смесью подвяленных до 16,2% корнеплодов сахарной свеклы на их качество при 55 суточном хранении

в процентах к массе свеклы

Показатель До хранения Контроль без обработки Обработка озоно-воздушной смесью, г/м3 НСР05

5 6 7 8

Степень увядания 16,2 23,9 21,0 20,1 20,9 21,7 -

Масса гнили - 0,7 0,6 0,7 0,7 0,7 0,1

Потерн массы 10,3 ]8,5 17,1 16,7 16,9 17,3 0,4

Сахаристость 17,05 15,43 15,62 15,73 15,68 15,57 0,11

Редуцирующих веществ в свекле 0,213 0,377 0,342 0,330 0,332 0,355 0,003

Чистота очищенного сока 88,5 85,5 87,0 87,5 87,2 86,7

Выход сахара 12,88 11,01 11,63 11,72 11,61 11,46 .....

Сахар в мелассе 3,17 3,41 2,99 3,01 3,06 3,10 -

Таблица 7 - Влияние обработки озонированной водой подвяленных до 15,2 % корнеплодов сахарной свеклы на их качество при 55 суточном хранении

в процентах к массе свеклы

Показатель До хранения Контроль обработка водой Обработка озонированной водой, мг/л НСРМ

0,5 1 2 3

Степень увядания 15,3 23,6 21,0 20,5 21,7 22,8 -

Масса гнили - 0,7 0,6 0,6 0,7 0,7 0,07

Потери массы 11,1 19,5 16,8 15,4 16,7 18,6 03

Сахаристость 17,05 15,51 15,90 15,92 15,81 15,73 0,14

Редуцирующих веществ в свекле 0,211 0,390 0,375 0,357 0,372 0,402 0,005

Чистота очищенного сока 88,9 85,3 86,1 86,6 86,0 85,4 -

Выход сахара 12,86 11,19 11,59 11,73 11,68 11,44 -

Сахар в мелассе 3,19 3,32 3,31 3,19 3,13 3,29 -

Применение ОВС и ОВ на подвяленных (до 10 и 15% потери влаги) корнеплодах при 55 суточном хранении способствовало снижению: образования гнидой массы в среднем на 20-40%, потери массы на 15-25%, потерь сахара на 20-30%, повышению выхода сахара на 0,7%, в сравнении с необработанными корнеплодами,

Существенное влияние обработки ОВС и ОВ оказали на уменьшение содержания в процессе хранения редуцирующих веществ, щелочной золы и других, вредных мелассообраэоватеяей по сравнению с контролем. Все это предопределяло более высокую чистоту соков из этой свеклы. Так, в варианте обработанным ОВС с концентрацией озопа 6 г/м3 в процессе хранения чистота очищенного сока снизилась на 2,2% и 1% против 2,4-3,0% в контроле, соответственно, с начальной степенью увядания 11,9 и 16,2%, Обработка озонированной водой позволила уменьшить темпы снижения чистоты очищенного сока до уровня 0,6% и 1,0% против 1,8 и 3,6% в контроле, соответственно с начальной степенью увядания 11,0% и 15,2%.

Таким образом, результаты проведенных опытов показывают высокую эффективность обработок озоном подвяленных до 15% корнеплодов сахарной свеклы, способствовать улучшению показателей их сохранности.

Принимая во внимание полученные в опытах высокие положительные результаты, можно рекомендовать использование ОВС с концентрацией озона 6 г/мэ при экспозиции 10 минут и ОВ с концентрацией озона 1 мг/л, как эффективный прием улучшения сохранности вороха свёклы с повышенным содержанием в нём сильно механически повреждённых и подвяленных корнеплодов.

Применение данных режимов обработки позволит снизить неблагоприятное влияние механических повреждений и подвяленности корнеплодов на показатели их сохранности.

7. Разработка способов хранения корнеплодов сахарной свеклы с использованием озона

Основываясь на положительных результатах проведенных исследований и установленной высокой эффективности применения ОВС и ОВ при хранении сахарной свеклы в 7 главе диссертации предложен регламент и технологическая схема практической реализации разработанного способа.

Возможность получения двух физических фаз озоно-воздушной смеси и озонированной воды, предполагает два варианта их использования.

Вариант 1

Предполагает объёмную обработку корнеплодов озонированной водой при укладке их в кагат, путем опрыскивания из форсунок смонтированных на стреле буртоукладчика.

Вариант 2

Обработка корнеплодов в кагатах озоно-воздушной смесью через каналы для активной вентиляции или специально уложенные трубопроводы в массе корнеплодов. С этой целью генерируемая с помощью озоногенераторной установки озоно- воздушная смесь подаётся в канал для активной вентиляции, смешиваясь с потоком вентилируемого воздуха, или нагнетается по перфорированным трубопроводам уложенным в массе сырья.

Экономическая эффективность предлагаемых способов повышения сохранности технологических качеств корнеплодов сахарной свеклы

Как показали расчеты, самые высокие потери сахара при хранении, а, следовательно, и наибольшая стоимость этих потерь в расчете на 100 т корнеплодов, приходится на вариант без использования каких-либо приемов хранения, Применение предлагаемых способов, то есть одноразовая обработка корнеплодов перед хранением ОВ и ОВС способствовало снижению стоимости потерь сахара в полтора раза.

Общие затраты на применение способов, как с использованием ОВС, так и ОВ в расчёте на 100 т свёклы включали в себя: кислород -3 руб., электроэнергию - 612 руб., вода - 3,3 руб., заработная плата машиниста и обслуживающего инженера - 445 руб, (с учетом 35% надбавки), итого - 1063,3 руб. С учетом 20% внутрихозяйственных расходов - 1276 руб. Для варианта с использованием ОВС дополнительные затраты на электроэнергию - 500 руб., итого 1776 руб.

Таким образом, условный доход от применения способов на 100т сырья состаатяет при использовании ОВС и ОВ соответственно 9624 и 12224 руб. (после 45 суточного хранения). При 90 суточном хранении эффект от обработки ОВС и ОВ составляет соответственно 14-424 и 14124 руб. (в ценах* 2002 г.).

Выводы:

1) Входе исследовании отмечено, что применение озона при хранении хорнеплодов сахарной свеклы эффективно в качестве реагента, способного влиять на физические и физиолого-биохимические процессы: потерю влаги, изменение массы, дыхание, прорастание, защитные реакции корнеплодов, микробиологическую активность. Воздействуя озоном на корнеплоды можно снижать интенсивность обменных процессов в них, за счёт влияния на дыхательные ферментные системы, газовый состав окружающей среды и степень насыщения кислородом их тканей, оптимизировать условия хранения, тем самым, способствуя сохранению хозяйственно-биологических признаков свекловичного сырья,

2) Установлено, что воздействие озона на корнеплоды сахарной свеклы вызывает интенсивное накопление в их тканях продуктов окисления фенодьнык веществ и в частности их конденсированных форм - лигнина и суберина. Дан-

ные вещества способны проявлять, в условиях хранения сахарной свеклы роль регуляторов ростовой активности, а также участвовать в качестве метаболитов в связанных с этим обменных процессах и структурных изменениях.

3) Выявлено эффективное влияние обработок озоно-воздушной смесью и озонированной водой корнеплодов сахарной свеклы на подавление развития патогенной микрофлоры и улучшение фитопатологических показателей при их хранении.

4) Установлены оптимальные режимы воздействия озона на сахарную свеклу. Обработка корнеплодов перед хранением озоно-воздушной смесью с концентрацией озона 6 г/м3 обеспечивает в процессе хранения в среднем снижению их прорастания на 40 %, образованию гнилой массы на 50%. Применение озонированной воды с концентрацией озона 1 мг/л способствует в среднем снижению: прорастания корнеплодов на 30%, образованию гнилой массы на 6080%, Использование озоно-возяушной смеси или озонированной воды позволяет снизить, при 90-то суточном хранении, в среднем потери: массы на 20-25%, сахара на 45-50%. Причиной эффективного влияния озона на улучшение показателей сохранности сахарной свеклы является снижение под его влиянием обменных процессов в тканях корнеплодов, что способствует уменыпеншо расходование на дыхание сухих веществ и в частности сахарозы;

5) Применение озона эффективно для улучшения сохранности корнеплодов имеющих различную степень травмированности и подвяленнности,

Обработка в оптимальных режимах озоно-воздушной смесью или озонированной ведой сильно повреждённых корнеплодов обеспечивает в среднем при 35-ти суточном хранении снижение: образования гнилой массы на 70%, потерь массы на 20-30%, потерь сахара на 30-40 %, в сравнении с контролем.

Применение обработок озоном на подвяленных (до 15% потери влаги) корнеплодах при 55-ти суточном хранении способствует снижению: образования гнилой массы в среднем на 30-40%, потери массы на 15-25%, потерь сахара на 20-30%, в сравнении с необработанными корнеплодами.

6) Применение озоно-воздушной смеси и озонированной воды при хранении интенсифицирует протекание защитных реакций корнеплодов при механических повреждениях в 3-5 раз по сравнению с необработанными корнеплодами, способствуя более быстрому выходу их из состояния физиологического стресса, и снижению дополнительных потерь сахара.

7) Использование способов обработки корнеплодов сахарной свеклы озоно-воздушной смесью и озонированной водой являются эффективными средствами для снижения потерь сахара и технологических качеств как кондиционного, так и некондиционного свекловичного сырья при хранении её в заводских кагатах.

8) Дана экономическая оценка разработанных способов. Уровень рентабельности обработок корнеплодов сахарной свеклы озоно - воздушной смесью - 542%, озонированной водой - 958% при краткосрочном (45 суток) и 812%, 1107% при длительном хранении (90 суток), соответственно, для свеклы кондиционного качества.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

В целях повышения эффективности использования свекловичного сырья, а также сокращения потерь свекломассы и сахара корнеплодов сахарной свеклы рекомендуется однократная обработка их перед хранением оэоно-воздушной смесью концентрацией б г/м3 в течении 10 минут, или однократная обработка их в процессе укладки в кагат озонированной водой с концентрацией озона I мг/л, при расходе 5-8 л/т корнеплодов.

Применение данных способов позволит организовать оптимальные условия сохранности высоких технологических качеств свекловичного сырья до подачи его в переработку, а также позволит снизить влияние на условия хранения таких вредных факторов, как механические повреждения и подвяленность корнеплодов.

Основные результаты исследовании опубликованы в следующих печатных работах:

1. Анализ современных проблем, связанных с сохранностью свекловичного сырья, и поиск путей их решения / И.В.Апасов, Ю. А. Капустин ков // Материалы международной науч. пракгич. конф. молодых ученых и специалистов: «Аграрная наука в начале XXI века»: Тез. докл. - Воронеж, 2001. -4,2. - с. 204.

2. О возможности повышения степени сохранности поврежденных корнеплодов сахарной свеклы на основе применения биологически активного препарата широкого спектра действия / И.В.Апасов, Ю.А.Капустаиков //Там же. -с.207

3. Правильно определить приоритеты / И.В.Апасов, А.В.Корниенко, С.Н.Серегин, Ю.А.Капустников // Сах. свекла. - 2001, -№5.-с.2.

4. Электронно-ионная технология при хранении сахарной свеклы / Ю,А.Капустников // Сах. свела. - 2002. - №9, - с,24.

Заказ №5844, Тираж 80 экз. Типография ВНИИСС 396030, Воронежская обл., Рамонский р-он, п. ВНИИСС, д.84

¡/<У

*U232