Определение зараженности зерна методом удаленного мониторинга

Хлеб, макаронные изделия, крупы _ продукция переработки зерна. Их безопасность и качество напрямую связаны с зерном. Насекомые и плесневые грибы - враги хранящегося зерна [1-3]. Большинство насекомых устремляются в верхний слой зерновой насыпи [4-6]. Теплый влажный воздух, образующийся при плесневении и самосогревании зерновой массы, также поднимается в верхние ее слои.

В металлических силосах ночью, когда температура воздуха опускается к нулевым отметкам, быстро охлаждаются крыша и верхние участки стен. Во время вентилирования зерна с целью его охлаждения влага поднимающегося из зерна теплого воздуха конденсируется на холодном металле и стекает на зерно. Поэтому при мониторинге особое внимание надо уделять верхнему, наиболее критичному участку насыпи зерна.

ГОСТ 13586.6-93 [7] предусматривает определение зараженности вредителями в средней пробе зерна. Для ее отбора в складах насыпь зерна условно разбивают на секции по 200 м2. В каждой секции выемки отбирают с помощью зернового щупа.
В силосах железобетонных элеваторов могут быть два варианта определения состояния зерна.

После полной загрузки зерном сначала с помощью зернового щупа отбирают из верхнего слоя 1кг зерна. Затем перекачивают Ют зерна и от струи берут еще 1 кг. Обе пробы объединяют в среднюю пробу (2кг). Если силос загружен зерном не полностью, перекачивают 20т зерна и среднюю пробу (2кг) отбирают из струи зерна.

В металлических силосах согласно Инструкции по хранению зерна, маслосемян, муки и крупы №9-7-88 «отбор проб ... проводится из верхнего слоя насыпи (при наличии лазового люка и внутренней лестницы с соблюдением правил техники безопасности), из нижних воронок, при перемещении части зерна в свободный силос».

Стоит обратить внимание, что при отборе средней пробы в перемещаемые 20т зерна зачастую не попадает верхний, наиболее проблематичный слой зерна, в связи с чем нет истинной картины опасного состояния партии зерна.
Инструкция №9-7-88 требует проводить проверку зерна на зараженность вредителями при температуре 5 °С и ниже 1 раз в месяц, при температуре выше 5 °С - 2 раза в месяц.
По оценкам Сибирского филиала ВНИИЗ [8, 9] отбор проб для одного анализа в одном складе требует затрат до 30 человеко-часов.

Расчет показывает, что для соблюдения инструкции №9-7-88 и ГОСТ 13586.6-93 предприятия должны каждые 15-30 сут отбирать сотни средних проб зерна и проводить их анализы на зараженность вредителями.'Это в современных условиях для предприятий проблематично. И нередко мы сталкиваемся с запоздалыми оценками зараженности и потерями зерна из-за непринятия соответствующих мер по предотвращению катастрофического увеличения численности насекомых в зерновых массах.

Пункт 643 Правил безопасности взрывопожароопасных производственных объектов хранения и переработки растительного сырья от 21 ноября 2013 г. №560 (ПБ-560) гласит: «Хождение по насыпи зерна или других продуктов хранения запрещено». Поэтому ручной отбор проб зерна, связанный с хождением по насыпи, оказывается нелегитимным и представляет опасность для жизни людей.

Анализ данных, приведенных в [10], показал, что перемещение зерна по технологическим линиям, в том числе для отбора проб, приводит к увеличению количества битых зерен в размере около 2% и количества прохода сита 1мм до 0,5%. По ГОСТ Р 52554-2006 50% массы битых и изъеденных зерен относят к зерновой примеси, а весь проход сита 1мм - к сорной примеси. Это означает, что однократное перемещение зерна вызывает потерю около 1,5% его массы.

При 6-месячном хранении для определения зараженности зерна с соблюдением инструкции №9-7-88, ГОСТ 13586.6-93 и ПБ-560 потребуется 12 раз переместить часть зерна, что равносильно потере 18% (1,5% х 12 раз) массы перемещаемого зерна. Для каждого силоса элеватора вместимостью 200т зерна пшеницы эти потери составляют 3,6т или 1,8% (20т х 12 раз х 1,5%).

Помимо стандартного существует набор других методов выявления насекомых в зерновой массе. Большинство их предполагает отбор и анализ пробы зерна. Среди этих методов: улавливание шума от насекомых [11, 12]; гальванометрия [13]; рентгеноскопия [12]; окрашивание входных отверстий насекомых [7]; химическая индикация гемолимфы насекомых [14] и др. В работах [4-6] предложено определять количество насекомых в зерне с помощью ловушек без отбора проб зерна.

Для выявления очагов самосогревания предприятия ориентируются на показания термоподвесок. Однако эта затея малоперспективна в силу крайне низкой теплопроводности и температуропроводности зерновой массы, что доказано исследованиями еще в далекие 70-е годы прошлого столетия [15, 16]. В обобщенном виде вывод гласит «...около 85% выделившейся в очаге энергии концентрируется в его границах. Через 10 сут температура в центре очагов повышается примерно на 10 °С, на границе их -на 6...5 °С, а на расстоянии, удаленном на 0,5 м от этой границы, - всего лишь на 0,8-1,1 °С; причем из последнего приращения 0,6 °С - результат воздействия теплового фона окружающего массива» [17].

Из теории дыхания известно, что при окислении Сахаров живыми компонентами зерновой массы помимо тепла выделяются влага и углекислота [3]. Поэтому надежность обнаружения очагов плесневения и самосогревания можно увеличить, если дополнительно регистрировать динамику относительной влажности межзернового воздуха.

Актуальная задача контроля состояния зерновой массы в хранилищах с исключением негативных сторон существующих методов решена путем разработки системы удаленного мониторинга.

Создан измеритель параметров зерновой массы (ИПЗМ) в виде двухканального зонда длиной 1 м. В верхнем и нижнем перфорированных участках одного канала установлены датчики температуры и относительной влажности воздуха. Другой канал предназначен для сбора информации о насекомых.

Информация от ИПЗМ передается на компьютер, где отображаются значения пяти измеряемых параметров: температуры зерна, относительной влажности межзернового воздуха и зараженности насекомыми, а также скорость их изменения и направленность вектора изменения. Измеряемые данные отображаются на компьютере в виде численных значений и графиков. Предусмотрена запись собираемых параметров в базу данных с отметками времени и с возможностью анализа за длительные интервалы времени по критериям.

В составе ИПЗМ также разработаны алгоритм передачи информации о величине и динамике указанных показателей в реальном времени и программы обработки полученной информации и визуализации ее на дисплее персонального компьютера, в том числе с указанием: «нормально», «тревожно», «опасно».

Система может быть установлена в хранилищах любого типа (склады, элеваторы, металлические силосы и др.). Состав ее при поставке на одно предприятие включает один персональный компьютер с программным обеспечением, один интерфейс с многоточечным подключением датчиков, 5-9 датчиков на каждое хранилище и одно устройство для крепления и перемещения датчиков на каждое хранилище.

Система позволяет отслеживать состояние и безопасность контролируемой партии зерна из любой точки земного шара.

ЛИТЕРАТУРА

1. Закладной, Г. А. Вредители хлебных запасов: Издание второе, доп./Г. А. Закладной // Защита и карантин растений. Приложение. -2006. - №6. - С. 81 (1) - 104 (24).
2. Закладной, Г. А. Вредители хлебных запасов/Г. А. Закладной // Защита и карантин растений. Приложение. -1999. - №8. - 16 с.
3. Фейденгольд, В. Б. Меры борьбы с потерями зерна при заготовках, послеуборочной обработке и хранении на элеваторах и хлебоприемных предприятиях/В. Б. Фейденгольд [и др.]. -М.: ДеЛи принт, 2007. - 302 с.
4. Закладной, Г. А. Новые способы дезинсекции зерна/Г. А. Закладной [и др.]. - М.: ЦНИИТЭИ Минзага СССР, 1982. - 46 с.
5. Закладной, Г. А. Обнаружение насекомых в зерне без отбора проб: Обзорн. инф. Серия «Элеваторная промышленность»/Г. А. Закладной, В. И. Саулькин. - М.: ЦНИИТЭИ ВНП0 «Зернопродукт», 1991. - 56 с.
6. Закладной, Г. А. Современные направления защиты хранящегося зерна от насекомых: дис... д-ра биол. наук/Г. А. Закладной. - М., 1985. -426 с.
7. ГОСТ 13586.4-83. Зерно. Методы определения зараженности и поврежденности вредителями. - Введ. 1984-07-01. - М.: Госстандарт СССР: Изд-во стандартов, 1984. - 4 с.
8. Разработка технических требований на механизированный пробоотборник для отбора проб из насыпи зерна в складах: отчет о НИР (промежуточный). Шифр 8.05.01. № Гр 74018333/Сибирский филиал Всесоюзн. науч.-иссл. ин-та зерна и продуктов его переработки. - Новосибирск, 1973. - 134 с.
9. Уточнение методики отбора проб из большегрузных автомашин, из складов, при отгрузках и поступлении зерна в вагонах. Исследование и разработка переносного пробоотборника для механизированного отбора проб из насыпи зерна в складах: отчет о НИР (промежуточный). Шифр 8.05.01. № Гр 74018333/Сибирский филиал Всесоюзн. науч.-иссл. ин-та зерна и продуктов его переработки. -Новосибирск, 1974. - 86 с.
10. Тухватуллин, М. М. Совершенствование оборудования и улучшение сохранности продуктов зерноперерабатывающих предприятий за счет использования полимерных материалов/М. М. Тухватуллин. - М.: Издательский комплекс МГУПП, 2003. -314 с.
11. Закладной, Г. А. Спектральные характеристики акустического шума вредителей хлебных запасов и прибор для определения зараженности зерна/Г. А. Закладной [и др.] // Труды ВНИИЗ. - 1971. -№71. - С. 64-71.
12. Osuji, F. N. С. Radiographic studies of the development of Callosobruchus maculates Fabricius (Coleoptera: Bruchidae) in cowpea seeds // J. stored Prod. Res. - 1982. - V. 18. - P. 1-8.
13. A. c. 987519 СССР. Автоматический регистратор скрытой зараженности зерна/Г. А. Чаусовский (СССР). -№3338995/30-15; заявл. 04.08.81; опубл. 1983, Бюл. №1.
14. Dennis, N.M., Decker R. W. A method and machine for detecting living internal insect infestation in wheat // J. Econ. Entomol. - 1962. -V. 55. - N 2.
15. Уколов, В. С. Тепловой режим зерновой насыпи с очагами повышенного тепловыделения/В. С. Уколов // Труды ВНИИЗ. -1980. - №93. - С. 49-55.
16. Шумский, О.Д. Результаты экспериментальных исследований теплового режима греющейся зерновой насыпи/0. Д. Шумский, B.C. Уколов, B.C. Сергунов // Хранение и переработка зерна. Серия «Элеваторная промышленность». - М: ЦНИИТЭИ Минзага СССР. - 1972. -С. 17-20.
17. Fesus I., MolnarJ. Elektroakustikai modszez a rakttari kartevok okozta fertozes kum u latatasara // Novenyvedelem. - 1975. - V. 11. -N 10. - P. 452-462.

 

---