Способ термического обеззараживания семян люпина от возбудителя антракноза

Изображения

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может найти применение в растениеводстве при подготовке семян люпина к посеву. Способ заключается в том, что обеззараживание семян люпина проводят путем их нагрева. Нагрев семян осуществляют до необходимой температуры при конвективном подводе тепла в потоке нагретого до необходимой температуры теплоносителя. Содержание влаги теплоносителя составляет 79...84%. Теплоноситель продувают через слой семян толщиной, не превышающей 0,10...0,15 м. Затем семена выдерживают в потоке теплоносителя при достигнутой температуре в течение 1,5...2,0 часов. Температуру теплоносителя определяют по следующим соотношениям: для семян желтого люпина - ТЖ min=114,70-0,016W 0 3+0,655W0 2-9,60W 0, TЖ max=122,50-0,021W0 3+0,806W0 2-11,28W0 ; для семян белого люпина - Tб min=112,20-0,017W 0 3+0,648W0 2-9,12W 0, Tб max=99,3-0,0094W0 3+0,351W0 2-5,39W0 , при этом Tmin Тдоп. Тmax, где W0 - исходная влажность семян, %; ТЖ min и ТЖ max - соответственно минимальная и предельная температура теплоносителя при термообработке семян желтого кормового люпина, °С; Т б max и Тб min - соответственно, минимальная и предельная температура теплоносителя при термообработке семян белого люпина, °С; Тдоп. - допустимая температура теплоносителя, °С. Изобретение позволяет повысить надежность технологического процесса, улучшить качество обеззараживания семян люпина от антракноза при условии сохранения посевных качеств семян. 2 ил., 5 табл.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может найти применение в растениеводстве для обеззараживания семян люпина от возбудителя антракноза.

Известен способ термического обеззараживания семян люпина от возбудителя антракноза [3] (WO 97/38737, 23.10.1997 г.), включающий нагрев семян до заданной температуры при конвективном подводе тепла в потоке теплоносителя, продуваемого через слой семян, с последующим выдерживанием их при достигнутой температуре в течение определенного промежутка времени, при этом нагретый до заданной температуры теплоноситель, перед продуванием его через слой семян, увлажняют до содержания в нем влаги 60...90%. Толщину слоя регулируют таким образом, чтобы последующее нагревание семян было равномерным, а температуру теплоносителя выбирают в зависимости от содержания начальной влажности семян и вида патогена (аналог).

Однако на эффективность термического обеззараживания семян существенное влияние оказывает экспозиция теплового воздействия, выбор которой должен быть научно обоснован. А, согласно данному способу, продуваемый слой семян выдерживают при достигнутой температуре определенное время. И, если это время окажется незначительной величиной, то, учитывая низкую теплопроводность семян люпина, мы можем не получить ожидаемого качества обеззараживания. Объясняется это тем, что продолжительность прогрева семян от температуры окружающей среды до некоторой заданной из-за весьма низкой их теплопроводности, в зависимости от температуры нагрева, составляет обычно 0,30...0,35 часа. И в случае, если экспозиция теплового воздействия будет установлена на уровне, к примеру, в пределах 0,5...1,0 час, то время на прогревание слоя семян и каждого зерна в отдельности от начальной до заданной температуры составит от 35 до 60% от общего времени теплового воздействия. В связи с этим патогены антракноза, находящиеся на семядолях (внутри зерен), могут выжить.

Другая часть патогенов, находящихся на поверхности семян, будет подвергнута необходимому тепловому воздействию с самого начала процесса, вероятнее всего погибнет, так как теплопроводность семян, а также размеры зерен на процесс теплового воздействия в данном случае практически, не влияют. В итоге качество обеззараживания семян, при условии сохранения их посевных качеств, снижается, снижается также надежность технологического процесса.

В случае, если экспозиция теплового воздействия будет значительной величиной, то влияние теплофизических характеристик семян на патогены, находящиеся на поверхности семян и на семядолях (внутри зерен), несколько сглаживается. Однако в этом случае возрастают энергозатраты на процесс, существенно снижается производительность технологического оборудования. В итоге термическое обеззараживание, в сравнении даже с химической обработкой семян фунгицидами, может оказаться неэффективной.

И, наконец, существенное влияние на качество обеззараживания семян оказывает такой важнейший фактор термической обработки, как температура теплоносителя, которую, согласно существующему способу, подбирают с учетом исходной влажности семян.

Однако отсутствие научно обоснованных рекомендаций и методических подходов к выбору оптимальной температуры теплоносителя не позволяет обеспечить надежность технологического процесса, установить рациональный режим обработки, обеспечивающий практически полное обеззараживание семян от антракноза при условии сохранения их посевных качеств. В итоге снижается качество обеззараживания семян.

Из известных к заявляемому по технической сущности наиболее близок способ термического обеззараживания семян люпина от возбудителя антракноза, включающий нагрев семян до заданной температуры при конвективном подводе тепла в потоке нагретого до заданной температуры теплоносителя с содержанием влаги 79...84%, продуваемого через слой семян толщиной, не превышающей 0,10...0,15 м, с последующим выдерживанием их при достигнутой температуре в течение определенного промежутка времени, определяемого по соотношению:

где Тв - температура теплоносителя, °С;

W0 - исходная влажность семян, %.

(Заявка №2002123444/12/(024763) (прототип) [2].

Этому способу присущи практически те же недостатки, которые есть и у аналога. Так один из основных недостатков состоит в том, что из факторов, оказывающих существенное влияние на процесс обеззараживания, температуру теплоносителя выбирают произвольно в интервале 60...75°С. Причем существует гипотеза, что чем выше температура, тем эффективнее процесс обеззараживания. При этом сокращается экспозиция теплового воздействия, снижаются энергозатраты.

Однако практически этого не происходит. Так, в случае выбора температуры теплоносителя, близкой к верхнему пределу, к примеру 75°С, и, в особенности при высокой влажности семян (14...16%), качество обеззараживания снижается. Связано это прежде всего с тем, что экспозиция теплового воздействия, определяемая, согласно способу, по соотношению, приведенному выше, может оказаться весьма незначительной величиной. А так как на прогревание зерен от исходной до заданной температуры, в связи с их низкой теплопроводностью, требуется определенное время, то патогены антракноза, находящиеся на семядолях (внутри зерен) и располагающиеся ближе к поверхности зерен, а тем более на их поверхности, оказываются в разных условиях теплового воздействия.

Часть патогенов, оказавшихся на семядолях, внутри зерен, попадают в более благоприятные условия для выживания: фактическая продолжительность теплового воздействия на эти патогены будет меньше на величину периода прогревания зерен.

Экспериментально установлено, что продолжительность прогревания зерен люпина из-за их низкой теплопроводности, в зависимости от температуры теплоносителя и размеров зерен, как отмечено при критике аналога, составляет 0,3...0,35 часа. И в случае, если расчетная продолжительность теплового воздействия, к примеру, окажется на уровне 0,5...1,0 ч, время на прогревание зерен от исходной до заданной температуры составит от 35 до 60% от общего времени теплового воздействия. В связи с этим патогены, находящиеся на семядолях (внутри зерен), могут выжить.

Другая часть патогенов, располагающихся ближе к поверхности зерен, а тем более на их поверхности, вероятнее всего погибнет, так как будет подвергнута необходимому тепловому воздействию с самого начала процесса. Теплопроводность семян, а также размеры зерен, на процесс теплового воздействия в данном случае практически не влияют.

Таким образом, чем короче продолжительность процесса тепловой обработки, тем большая доля времени затрачивается на прогревание зерен, а следовательно, тем значительнее влияние теплофизических характеристик семян люпина на качество их обеззараживания и надежность технологического процесса.

В случае выбора низкой температуры теплоносителя, близкой к нижнему пределу (65°С), продолжительность теплового воздействия, определяемая по известному соотношению, существенно возрастает. В этих условиях погибают патогены антракноза, находящиеся как на поверхности зерен, так и на семядолях, внутри семян, так как существенно сокращается доля времени на прогревании зерен. При этом повышается качество обеззараживания. Однако одновременно с этим возрастают энергозатраты на тепловую обработку, существенно снижается производительность технологического оборудования. В итоге термическое обеззараживание может оказаться неэффективным.

Существует проблема создания нового технического решения, более эффективного способа термической обработки семян, позволяющего, с учетом особенностей их геометрических и теплофизических характеристик, проводить высокоэффективную тепловую обработку в оптимальном режиме независимо от исходной влажности семян, их геометрических и других факторов, влияющих на процесс, в режиме, обеспечивающем практически полное их обеззараживание от антракноза при условии сохранения посевных качеств.

Таким образом известный способ термообработки семян люпина, где критерием оптимизации процесса является экспозиция теплового воздействия, имеет целый ряд недостатков, снижающих надежность технологического процесса и качество обеззараживания. Главным из этих недостатков является произвольный выбор температуры теплоносителя.

Экспериментально установлено, что качество обеззараживания семян, при условии сохранения их посевных качеств, в первую очередь зависит от разницы во времени теплового воздействия между продолжительностью процесса до практически полной гибели антракноза и продолжительностью до начала существенного снижения посевных качеств. Чем больше это различие, тем выше шанс для успешной тепловой обработки семян; обеспечение более высокого качества обеззараживания при одновременном сохранении посевных качеств семян, выше надежность технологического процесса.

На фиг.1 графически представлены результаты опытов по влиянию продолжительности теплового воздействия на содержание антракноза и всхожесть семян люпина при температуре теплоносителя 50 и 60°С. Так при температуре теплоносителя 50°С и прочих равных условиях начало снижения всхожести отмечено только через 10...12 часов теплового воздействия, в то время как практически полная гибель антракноза происходит уже через 4,5 часа.

Разница во времени между практически полной гибелью антракноза и началом снижения всхожести семян составляет 5,5 часа. В то же время при температуре 60°С эта разница составляет 0,8...1,0 час. И чем выше температура теплоносителя, тем меньше эта разница. При этом снижается и надежность технологического процесса, ниже шанс обеспечить практически полное обеззараживание семян, сохранив одновременно их посевные качества.

Таким образом, попытка интенсифицировать процесс обеззараживания путем повышения температуры теплового воздействия может привести к тому, что разница между продолжительностью теплового воздействия до момента практически полной гибели антракноза и началом существенного снижения посевных качеств семян будет сведена к нулю.

Это наглядно можно продемонстрировать данными экспериментальных исследований, приведенных в таблице 1.

Так при температуре теплоносителя 80°С (табл.1) уже через час теплового воздействия содержание антракноза снижается с 32,8% до 0,4%, однако сохранить при этом посевные качества на исходном уровне не удается: всхожесть семян уменьшается с 95,0 до 36,4%.

Практически полного обеззараживания семян от антракноза в этом опыте удалось достичь только через 1,5 часа, когда всхожесть не превышала 33,6%. Аналогичные результаты получены и при более низкой температуре - 78°С. Так уже через час теплового воздействия содержание антракноза снизилось более чем в 10 раз, с 32,8 до 3,0%. Однако и в этом опыте сохранить всхожесть семян на исходном уровне не удалось. Отмечено снижение этого показателя с 95,0 до 85,6%.

Ожидаемые результаты были получены при более низкой температуре теплоносителя - не выше 75°С. Так уже через час теплового воздействия содержание антракноза было снижено с 41,2 до 2,3% (табл.1).

За такой период времени гибнут прежде всего патогены, находящиеся на поверхности зерен, а практически полная гибель антракноза, это в конечном итоге патогены, находящиеся на семядолях (внутри зерен), обеспечивается только через 1,5...2,0 часа термообработки. Посевные качества семян при этом сохраняются на исходном уровне.

Установлено, чтобы свести к минимуму влияние на процесс термического обеззараживания семян от антракноза теплофизические и геометрические их характеристики, экспозиция теплового воздействия должна быть не менее 1,5...2,0 часов. Дальнейшее уменьшение этого параметра приводит к существенному увеличению доли времени от общей продолжительности термообработки, затрачиваемой на прогревание зерен. В итоге качество обеззараживания снижается.

Таким образом, с целью повышения надежности технологического процесса и улучшения качества обеззараживания семян, экспозиция теплового воздействия должна быть на уровне 1,5-2,0 ч, а в качестве критерия оптимизации процесса целесообразно принять температуру теплоносителя, которую с помощью современных контрольно-измерительных приборов можно контролировать в течение всего процесса обработки с высокой степенью точности, в автоматическом режиме.

В таблицах 2 и 3 приведены результаты экспериментальных исследований по термическому обеззараживанию семян желтого и белого видов люпина при температуре теплоносителя в интервале 55...75°С и исходной влажности семян в пределах от 8 до 16%.

Установлено, чем выше температура теплоносителя, тем ниже исходная влажность семян, при которой отмечена практически полная гибель антракноза при условии сохранения посевных качеств. Так для желтого люпина (табл.2) с влажностью семян не выше 9% температура теплоносителя должна быть на уровне 72,5°С. С повышением влажности семян до 10% температуру теплоносителя следует уменьшить до 70°С (опыт 3). И, наконец, при влажности семян 11...12% температура теплоносителя не должна превышать 67,5°С (опыт 4). При данной влажности семян и более высокой температуре теплоносителя 70,0...75,0°С всхожесть семян на исходном уровне сохранить не представляется возможности, хотя обеспечивается практически полное обеззараживание от антракноза.

Так, если при температуре теплоносителя 67,5°С и влажности семян 12% их всхожесть остается практически на исходном уровне, 90% (опыт 4), то уже при температуре теплоносителя 70°С всхожесть семян снижается до 70%, а при температуре 72,5°С до 68,0% (опыт 2).

При более высокой влажности семян 15...16% температура теплоносителя должна быть около 60°С (опыт 6).

Аналогичные результаты получены и для белого люпина (табл.3).

В результате анализа экспериментальных данных установлено, что предельную температуру теплоносителя, зная исходную влажность семян и выбрав рациональную экспозицию теплового воздействия, целесообразно устанавливать на уровне, обеспечивающем сохранность посевных качеств семян, допуская при этом незначительное снижение всхожести, не более 1,5...2,0%. При этом обеспечивается практически полная гибель антракноза. Такой методический подход к выбору режимов термообработки позволит повысить качество обеззараживания, обеспечить высокую надежность технологического процесса.

Таким образом по динамике всхожести семян в процессе термообработки экспериментально найдены величины минимальной и предельной температур теплоносителя, когда обеспечивается практически полная гибель антракноза, при условии сохранения всхожести семян (табл.4).

На фиг.2 эти результаты представлены графически. Кривые 1 и 2 описывают зависимости, соответственно, минимальной и предельной температур теплоносителя от исходной влажности семян в интервале 8...16% для желтого люпина, а кривые 3 и 4 - для белого.

Установлено, что характер кривых, отражающий влияние исходной влажности семян на температуру теплоносителя для желтого и белого видов люпина, аналогичен. Однако числовые значения минимальной и предельной температур теплоносителя для семян белого люпина на 1,5...2,0 градуса выше.

Полученные кривые (фиг.2) с высокой степенью точности можно описать с помощью трехчлена третьей степени. В итоге соотношения для определения, соответственно, минимальной и предельной температур теплоносителя для обеззараживания семян люпина будут иметь следующий вид:

- для семян желтого люпина

ТЖ min=114,70-0,016W0 3+0,655W0 2-9,60W0,

TЖ max =122,50-0,021W0 3+0,806W0 2-11,28W0;

- для семян белого люпина

Tб min=112,20-0,017W0 3+0,648W0 2-9,12W0,

Tб max=99,30-0,0094W0 3+0,351W0 2-5,39W0;

допустимая температура лежит в интервале между Tmin и Тmax

Tmin Тдоп. Тmax

Соотношения справедливы в интервале исходной влажности семян 8...16% и экспозиции теплового воздействия 2 часа.

Таким образом, в результате исследований научно обоснована величина одного из важнейших параметров тепловой обработки - экспозиции теплового воздействия, получены соотношения допустимой температуры теплоносителя, являющейся критерием оптимизации процесса.

Цель предлагаемого изобретения - повышение надежности технологического процесса и улучшение качества обеззараживания.

Указанная цель достигается тем, что в способе термического обеззараживания семян люпина от возбудителя антракноза, включающем нагрев семян до заданной температуры при конвективном подводе тепла в потоке нагретого до заданной температуры теплоносителя с содержанием влаги 79...84%, продуваемого через слой семян толщиной, не превышающей 0,10...0,15 м, с последующим выдерживанием в потоке теплоносителя при достигнутой температуре в течение определенного промежутка времени, согласно изобретению семена в потоке теплоносителя подвергают тепловому воздействию 1,5...2,0 часа, а температуру теплоносителя определяют по следующим соотношениям:

для семян желтого кормового люпина

ТЖ min=114,70-0,016W 0 3+0,655W0 2-9,60W 0,

TЖ max=122,50-0,021W 0 3+0,806W0 2-11,28W 0;

- для семян белого люпина

Tб min=112,20-0,017W0 3+0,648W 0 2-9,12W0,

Tб max=99,3-0,0094W0 3+0,351W0 2-5,39W0;

при этом:

T min Тдоп. Тmax,

где W - исходная влажность семян;

ТЖ min, ТЖ max - соответственно, минимальная и предельная температура теплоносителя, продуваемого через слой семян при термообработке желтого кормового люпина, °С;

Тб min., Тб max - соответственно, минимальная и предельная температура теплоносителя, продуваемого через слой семян при термообработке белого люпина, °С;

Тдоп. - допустимая температура теплоносителя, °С.

Способ осуществляется на известной установке, включающей камеру герметичную с циркуляционным контуром, имеющую нагреватель и вентилятор. Причем циркуляционный контур снабжен увлажнителем воздуха, установленным на всасывающей линии контура после нагревателя, непосредственно у всасывающего окна вентилятора [2].

Заявляемый способ обеззараживания семян люпина от возбудителя антракноза удовлетворяет условию патентоспособности - "изобретательский уровень", поскольку цель изобретения - повышение надежности технологического процесса и улучшение качества обеззараживания, при условии сохранения посевных качеств семян, может быть достигнута только при совокупности признаков: семена в потоке теплоносителя подвергают тепловому воздействию 1,5...2,0 часа, а температура теплоносителя при этом поддерживается на уровне, определяемом по полученным соотношениям.

При этом

Tmin Тдоп. Тmax,

Причем нагрев семян до допустимой температуры проводят в слое толщиной, не превышающей 0,10...0,15 м.

Выполнение способа с нарушением хотя бы одного из указанных признаков совокупности не приводит к достижению поставленной цели. Так, например, уменьшение экспозиции теплового воздействия по сравнению с обоснованной величиной не дает ожидаемого эффекта, приводит к ухудшению качества обеззараживания, снижает надежность технологического процесса.

Пример конкретного выполнения заявляемого способа термообработки семян люпина при экспериментально обоснованной экспозиции теплового воздействия, учитывающей теплофизические характеристики семян и соответствующей 2,0 часам, при исходной зараженности семян антракнозом 12,5%, приведен в таблице 5.

Из таблицы следует, что заявляемый способ позволяет обеспечить практически полное обеззараживание семян от антракноза в слое толщиной не более 0,10...0,15 м, в широком диапазоне исходной влажности семян от 8,0 до 16,0 при фактической температуре теплоносителя, лежащей в интервале между температурами Tmin и Т max, полученными с помощью соотношений. Посевные качества семян при этом сохраняются практически на исходном уровне.

Полевые опыты, проведенные в 2004 году, несмотря на благоприятные погодные условия для развития антракноза, показали высокую эффективность способа.

На опытных делянках, где посев был проведен семенами белого люпина с исходной влажностью 8,2%, зараженными антракнозом до уровня 4,8% и обработанными термически с применением заявляемого способа при экспозиции теплового воздействия 2,0 часа и фактической температуре теплоносителя 72,5°С, в фазу конца цветения - начало бобообразования, 15 июля 2004 года зараженность растений составила 16,0%. На контрольных делянках, без термической обработки, зараженность растений достигла 92,7%.

В итоге, если урожайность семян на контрольных делянках не превышала 4,0 ц/га, на опытных составила 15,2 ц/га, то есть в 3,8 раза выше.

Таким образом, заявляемый способ обеззараживания семян люпина от семенной инфекции антракноза позволяет повысить надежность технологического процесса, улучшить качество обеззараживания семян, способствует с учетом особенностей их теплофизических и геометрических характеристик, независимо от исходной влажности семян, проведению высокоэффективной тепловой обработки в оптимальном режиме, обеспечивающей практически полное их обеззараживание от антракноза при условии сохранения посевных качеств семян.

ЛИТЕРАТУРА

1. Савченко Л.Ф. Лабораторный метод термического обеззараживания семян люпина от возбудителя антракноза (ВНИИ фитопатологии. Большие Вязьмы, 1997).

2. Заявка №2002123444/12 (024763), 02.09.2002.

3. WO 97/38737, 23.10.1997.

Формула изобретения

Способ термического обеззараживания семян люпина от антракноза, включающий нагрев семян до необходимой температуры при конвективном подводе тепла в потоке нагретого до необходимой температуры теплоносителя с содержанием влаги 79...84%, продуваемого через слой семян толщиной, не превышающей 0,10...0,15 м, с последующим выдерживанием в потоке теплоносителя при достигнутой температуре в течение определенного промежутка времени, отличающийся тем, что семена в потоке теплоносителя подвергают тепловому воздействию в течение 1,5...2,0 ч, а температуру теплоносителя определяют по следующим соотношениям:

- для семян желтого кормового люпина

ТЖ min =114,70-0,016W0 3+0,655W0 2-9,60W0,

TЖ max =122,50-0,021W0 3+0,806W0 2-11,28W0,

- для семян белого люпина

Tб min=112,20-0,017W0 3+0,648W0 2-9,12W0,

Tб max=99,3-0,0094W0 3+0,351W0 2-5,39W0,

при этом

Tmin Тдоп Тmax,

где W0 - исходная влажность семян, поступающих на обработку, %;

ТЖ min и ТЖ max - соответственно минимальная и предельная температура теплоносителя при термообработке семян желтого кормового люпина, °С;

Тб min и Тб max - соответственно минимальная и предельная температура теплоносителя при термообработке семян белого люпина, °С;

Тдоп - допустимая температура теплоносителя, С.

MM4A - Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 29.03.2007

Извещение опубликовано: 20.06.2008        БИ: 17/2008

NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Дата, с которой действие патента восстановлено: 20.06.2008

Извещение опубликовано: 20.06.2008        БИ: 17/2008

MM4A Досрочное прекращение действия патента из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 29.03.2009

Дата публикации: 27.12.2011