способ термического обеззараживания семян люпина от возбудителя антракноза

Формула изобретения

1. 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, с последующим выдерживанием их при достигнутой температуре в течение определенного промежутка времени, отличающийся тем, что продолжительность теплового воздействия на слой семян толщиной, не превышающей 0,10-0,15 м, определяют по следующей зависимости:

[(341+1,74Wc)/(38+0,62Wc)]-0,1TB

опт=0,016·(TB-50)·10, ч,

где ТB - температура теплоносителя, продуваемого через слой семян, °С;

Wc - начальная относительная влажность семян.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что температуру теплоносителя выбирают в интервале 60-75°С.

Описание изобретения к патенту

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 (Савченко Л.Ф. Лабораторный метод термического обеззараживания семян люпина от возбудителя антракноза. ВНИИ фитопатологии. Большие Вязьмы. 1997). [1], включающий прогрев семян люпина с влажностью не выше 14% до температуры 70°С при конвективном либо кондуктивном подводе тепла и последующем выдерживании при достигнутой температуре в течение 7 часов, при низкой зараженности семян антракнозом, и выдерживании при заданной температуре 24 часа, при высокой зараженности антракнозом.

Известный способ реализуется в работе известных устройств: сушильных шкафов, шахтных сушилок СЗШ-16, М-819 и других. Этому способу присущи следующие недостатки.

Так, при подогреве теплоносителя, к примеру, от 20 до 70°С перед продуванием его через слой семян в шахтных сушилках его относительная влажность согласно J-d диаграммы влажного воздуха существенно снижается: с 50...60 до 5...10%.

При воздействии в процессе термообработки такого теплоносителя на семена люпина с влажностью до 14% они интенсивно теряют влагу. Влагообмен между подогревом до 70°С теплоносителем и семенами практически прекращается, когда влажность семян приближается к 2.0-2.5%. В этот момент наступает состояние термодинамического равновесия, парциальное давление у поверхности семян и в окружающем их теплоносителе выравнивается.

Таким образом, в известном способе влажность семян за короткое время - 60-70 минут снижается от исходной 14% до близкой к равновесной 2.0-2.5%. Скорость сушки в отдельные промежутки времени достигает 0.28%/мин. Для крупносемянных культур, которой является люпин, это может вызвать нежелательные изменения - "твердокаменность", разрушение наружной оболочки. В результате этого на поверхности семян возникают макро- и микротрещины. В итоге снижаются их посевные качества.

Кроме того, реализация известного способа с помощью шахтных зерносушилок, где толщина слоя семян, продуваемая теплоносителем, составляет обычно 0.2...0.5 м и более, не обеспечивает равномерности прогрева семян по толщине слоя, что сказывается на эффективности термообработки.

Еще выше неравномерность прогрева семян при использовании для термообработки сушильных шкафов. В этом случае обработку семян проводят обычно в мешочках. Семена, расположенные ближе к стенкам мешочков, быстрее прогреваются, пересыхают. Семена, расположенные в глубинных слоях, в связи с низкой теплопроводимостью семян прогреваются значительно медленнее, что также сказывается на эффективности термообработки.

Из известных к заявленному по технической сущности наиболее близок способ нагрева 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 увлажняют до содержания в нем влаги 60...90% перед продуванием его через слой семян. Толщину слоя семян регулируют таким образом, чтобы последующее нагревание семян было равномерным (WO 97/38734, 23.10.1997 г.), прототип, а температуру теплоносителя выбирают в зависимости от содержания начальной влажности семян и вида патогена [2].

Однако на эффективность обеззараживания и посевные качества семян в процессе термообработки существенное влияние оказывают продолжительность теплового воздействия и толщина продуваемого слоя.

Продолжительность термообработки, в свою очередь, зависит от температуры теплоносителя, исходной влажности семян и толщины продуваемого слоя.

Результаты опытов по термическому обеззараживанию семян при исходной влажности семян люпина от 6 до 15%, в тонком слое толщиной, не превышающей 0.10...0.15 м, и температуре нагрева теплоносителя 65°С приведены на фиг.1.

Например, в варианте с температурой теплоносителя 65°С и влажностью семян в течение всего периода обработки на уровне 15% продолжительность термообработки до получения практически полного обеззараживающего эффекта при условии сохранения посевных качеств семян составляет около 4 часов, при влажности семян 10% этот промежуток времени увеличивается до 9.5 часов, а при влажности 6% - до 21 часа.

Результаты опытов по обеззараживанию семян при исходной влажности семян 10-12% в тонком слое толщиной, не превышающей 0.10-0.15 м, и температуре теплоносителя, изменяющейся от 50 до 75°С, приведены на фиг.2.

Установлено, что с увеличением температуры теплоносителя, например, от 60 до 75°С продолжительность термообработки до получения практически полного обеззараживающего эффекта уменьшается с 21 часа при температуре 60°С до 1.7 часа при температуре 75°С.

По результатам экспериментальных исследований получена формула для определения оптимальной продолжительности термообработки до получения практически полного обеззараживающего эффекта при условии сохранения посевных качеств семян

где Т_В - температура воздуха, продуваемого через слой, °С;

W_H - относительная влажность семян, %.

Следовательно, чтобы повысить эффективность обработки, сохранить посевные качества семян и сократить энергозатраты, целесообразно оптимизировать продолжительность термообработки при продувании тонкого слоя семян, обеспечить практически полное их обеззараживание от антракноза при условии сохранения высоких посевных качеств.

Существует проблема создания такого технического решения.

Цель предлагаемого изобретения - повышение эффективности обработки, сохранение посевных качеств семян.

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, с последующим выдерживанием их при достигнутой температуре в течение определенного промежутка времени, продолжительность теплового воздействия на слой семян толщиной, не превышающей 0.10-0.15 м, определяют по следующей зависимости:

где Т_B - температура теплоносителя, продуваемого через слой семян, °С;

W_c - начальная относительная влажность семян, %.

Температуру теплоносителя выбирают в интервале 60...75°С.

Предлагаемый способ осуществляется на известной установке, включающей камеру с рециркуляционным контуром, имеющую нагреватель и вентилятор. Причем рециркуляционный контур снабжен увлажнителем воздуха, установленным на всасывающей линии контура после нагревателя непосредственно у всасывающего окна вентилятора.

Заявленный способ обеззараживания семян люпина от возбудителя антракноза удовлетворяет критерию охраноспособности "существенные отличия", поскольку цель повышения эффективности обработки и сохранения посевных качеств семян может быть достигнута только при совокупности признаков: продолжительность теплового воздействия до получения практически полного обеззараживающего эффекта должна быть на уровне величины, определяемой по следующей зависимости:

.

Причем нагрев семян до заданной температуры проводят в тонком слое, не превышающем 0.10-0.15 м.

Выполнение способа с нарушением хотя бы одного из указанных признаков совокупности не приводит к достижению поставленной цели. Так, увеличение продолжительности термообработки до величины, большей, чем полученная по соотношению, может привести к снижению посевных качеств семян, хотя практически полный обеззараживающий эффект (остаточная зараженность семян на уровне 0.001%) будет достигнут. Уменьшение же продолжительности термообработки по сравнению с величиной, полученной по соотношению, не дает ожидаемого обеззараживающего эффекта.

Пример конкретного выполнения заявленного способа термообработки семян люпина при температуре теплоносителя 65, 70 и 75°С, исходной влажности семян, близкой к кондиционной, толщине продуваемого слоя 0.10-0.15 м и исходной зараженности семян антракнозом 34% приведен в таблице 1.

Из таблицы следует, что заявленный способ позволяет обеспечить практически полное обеззараживание семян от антракноза в тонком слое, не превышающем 0.10-0.15 м, при фактической продолжительности теплового воздействия, близкой к расчетной. Посевные качества семян при этом сохраняются практически на исходном уровне.

Таблица 1
Влияние термического обеззараживания семян на зараженность их антракнозом и посевные качества
Температура теплоносителя, °С	Зараженность семян, %		Продолжительность термообработки, час		Всхожесть семян, %
	исходная	остаточная	расчетная по соотношению	фактическая	до термообработки	после термообработки
65	34.0	Не более 0.001	5.01	5.0	90.0	91.3
70	34.0	Не более 0.001	2.11	2.5	90.0	92.4
75	34.0	Не более 0.001	0.84	1.0	90.0	92.4

Полевые опыты в 2002 г показали высокую эффективность способа. На участках, где посев был проведен семенами зараженных антракнозом до уровня 14% и обработанных термически с применением заявленного способа при температуре 70°С с продолжительностью до 2.5 часов, накануне цветения растений антракноза не было обнаружено. На контрольном же участке, где посев выполнялся такими же семенами, но необработанных термически по предлагаемому способу, зараженность растений антракнозом в этот момент достигла 18.7%.

На опытных делянках в 2003 году, где посев был проведен семенами зараженных антракнозом при исходной влажности семян 10...11% с последующей их термической обработкой заявленным способом при температуре 75°С в течение 1.6 часа, в фазу стеблевания зараженных растений не обнаружено. На делянках без термической обработки процент зараженных растений составил 23.1%.

В фазу бутонизации отмечено незначительное увеличение зараженных растений как на контрольных делянках, так и на опытных соответственно 25.7 и 0.7%. В фазу цветения зараженность растений антракнозом на контрольных делянках без термической обработки возросла до 84.2%. В то же время на опытных делянках с термической обработкой не превысила 12.4%.

В итоге, если урожайность семян на контрольных делянках составила 1.5 ц/га, на опытных достигла 10.5 ц/га.

На фиг.1 приведены результаты термического обеззараживания семян люпина в тонком слое толщиной не более 0.10...0.15 м с различной относительной влажностью семян и температурой теплоносителя 65°С.

На фиг.2 - результаты термического обеззараживания семян при различной температуре и исходной влажности семян 10-12%.

На фиг.3 изображена схема устройства для реализации способа.

Устройство для осуществления способа включает герметизированную камеру 1 с рециркуляционным контуром 2, имеющим вентилятор 3, воздухонагреватель 4, увлажнитель подогретого воздуха 5.

Увлажнитель подогретого воздуха 5 соединен паропроводом 6 через электромагнитный вентиль 7 с всасывающей линией рециркуляционного контура 8. Камера 1 снабжена загрузочным 9 и выгрузным 10 люками. Внутри камеры предусмотрена решетка 11. Температура и влажность продуваемого через слой семян теплоносителя устанавливается и автоматически поддерживается на заданном уровне с помощью терморегулятора 12 и регулятора влажности 13. Для визуального контроля температуры и влажности теплоносителя предусмотрен психрометр 14.

Способ реализуется в работе устройства следующим образом. Семена с влажностью не выше 14% загружают через люк 9 камеры 1.

После запуска вентилятора 3 автоматически включается нагреватель 4 и увлажнитель 5. При доведении температуры теплоносителя до необходимой величины (60-75°С) с помощью терморегулятора 13 автоматически отключается нагреватель 4. Одновременно с помощью электромагнитного вентиля 7 включается подача водяного пара из увлажнителя 5 по паропроводу 6 во всасывающую линию рециркуляционного контура 8, где он захватывается лопастями вентилятора 3, смешивается с подогретым теплоносителем, подается в камеру 1 и далее продувается через сформированный на решетке 11 слой семян толщиной не более 0.10...0.15 м, прогревая их до заданной температуры.

После доведения влажности теплоносителя до заданной величины с помощью регулятора 13 автоматически отключается увлажнитель 5, уменьшая либо полностью прекращая подачу пара во всасывающую линию рециркуляционного контура 8.

Автоматическое включение нагревателя 4 и увлажнителя 5 происходит при понижении температуры и влажности теплоносителя в камере 1 ниже заданных величин.

Отработанный теплоноситель, покидающий слой семян, подается вновь во всасывающую линию 8 рециркуляционного контура 2 для повторного использования.

По завершении процесса термообработки через промежуток времени _опт, определяемый по соотношению:

вентилятор отключается. Прекращается также подача пара из увлажнителя. Обработанные семена выгружают через люк 10.

Таким образом, заявленный способ обеззараживания семян люпина от семенной инфекции антракноза способствует повышению эффективности обработки при условии сохранения посевных качеств семян.

Оптимизация продолжительности обеззараживания семян до получения практически полного обеззараживающего эффекта позволяет также снизить энергозатраты.

ЛИТЕРАТУРА

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

2. WO 97/38737, 23.10.1997 г. (прототип).