Отчет о научно-исследовательской работе по теме: «Совершенствование технологий и средств термической обработки сельскохозяйственного сырья и продукции в электромагнитном поле»

3 Экспериментальные исследования процессов предпосевной обработки зерновых культур 3.1 Методические основы проведения экспериментальных исследований Комплекс проводимых экспериментальных научно-исследовательских работ по оценке влияния электромагнитных полей на семена и зерно, в конечном счете должен способствовать разработке методов и технических средств, обеспечивающих получение высококачественного посевного материала и сохранность продукции при обработке семян в электромагнитном поле СВЧ. Следует заметить, что , поскольку процессу СВЧ обработки семян и зерна присуще все многообразие взаимодействия электромагнитных полей с биологическими объектами, для реализации СВЧ технологий в промышленном с.-х. производстве необходимо выделить основные факторы, которые с достаточной степенью достоверности можно учитывать в технологическом процессе. Многообразие взаимосвязи физических процессов и внешних форм их проявления при СВЧ обработке семян охарактеризуем следующим: электромагнитное поле, характеризуемое биотропными параметрами (интенсивность потока СВЧ энергии, частота ЭМВ, напряженность ЭМП, модуляция, поляризация, экспозиция), оказывает электродинамическое и термическое воздействие на семена и зерно, которое внеше проявляется в биологическом (стимуляция, угнетение, изменение наследственных признаков) и физическом (нарушение оболочки, скорость СВЧ нагрева, конечная температура СВЧ нагрева) эффектах. Количественно результат СВЧ воздействия во многом будет определяться значениями электро- и теплофизических параметров семян, которые в определенных пределах достаточно хорошо коррелируются с их исходной влажностью. Кроме того, следует учитывать также и тот факт, что биологическим объектам свойственны защитные реакции, в зависимости от величины пороговых и резонансных значений параметров ЭМП данного объекта, т.е. эффект может достигаться лишь при достжении определенных уровней параметров воздействия ЭМП СВЧ. В связи с этим, для реализации СВЧ технологий предпосевной обработки, дезинфекции и дезинсекции семян необходимо проведение целого комплекса исследований, учитывающих параметры ЭМП СВЧ, исходные параметры семян перед обработкой, а также эффективность результирующего воздействия. Согласно структурной схеме исследований по изучению влияния ЭМП СВЧ на эффективность обработки семян необходимо установить взаимосвязь пежду параметрами ЭМП СВЧ, исходными параметрами семян и получаемым эффектом, чтобы оптимизировать полученные результаты и разработать наиболее простые, технологичные, легко управляемые и контролируемые процессы СВЧ обработки семян. С технологических позиций целесообразно выделить два основных момента: - взаимосвязь между параметрами ЭМП СВЧ, исходными параметрами семян и биологическими показателями эффективности СВЧ обработки семян – прямая связь; - взаимосвязь между термическим проявлением параметров воздействия ЭМП СВЧ, исходных параметров семян и биологическими показателями эффективности СВЧ обработки, т.е. взаимосвязь между скоростью, конечной температурой СВЧ нагрева и биологическими показателями эффективности СВЧ обработки семян – косвенная связь. Второй момент является важным еще и потому, что при наличии коррелированной взаимосвязи контроль режимов обработки достаточно просто может быть реализован по скорости и конечной температуре СВЧ нагрева семян. Для получения достоверных результатов материал исследований (семена) должен быть тщательно отобран, необходимо определение биологических показателей (влажность, энергия роста, всхожесть, зараженность и др.) семян до обработки по соответствующим стандартам и методикам. Исследования необходимо проводить в тесном сотрудничестве с лабораториями биологических институтов по специализированному профилю. В процессе эксперимента контролируются и регистрируются исследуемые факторы воздействия и отклика, дается оценка погрешностей измерений. Результаты исследований должны подвергаться математической статистической обработке и оформляться в виде протоколов, актов испытаний и т.д. Конечный результат комплекса проводимых исследований должен заключаться в следующем: - подтверждение или отрицание теоретических предположений; - разработка технологических режимов; - разработка исходных требований к оборудованию; - разработка методических рекомендаций по реализации технологий. 3.2 Экспериментальные исследования по оценке влияния нараметров ЭМП СВЧ на всхожесть семян при СВЧ обработке зерновых Экспериментальные исследования по оценке воздействия микроволновой энергии на семенное зерно проводились на семенах пшеницы. В соответствии с технологическими ограничениями (влажность зерна после уборки и допустимая влажность зерна при закладке на хранение) диапазон исследований по влажности составил 8-10%. Исследования показывают, что величина скорости СВЧ нагрева имеет существенное влияние на качество обработки семян. Причем, при СВЧ обработке семян не рекомендуется превышение скорости СВЧ нагрева более 0,5 оС/с. Поэтому несомненный интерес представляет изучение СВЧ облучения на посевные качества семян при скорости СВЧ нагрева 0,5 оС/с и выше. Теоретические исследования показывают, что скорость СВЧ нагрева в процессе СВЧ обработки не постоянна и имеет убывающий характер. Однако при оценке термического действия вполне целесообразно оперировать величиной средней за период обработки, скоростью нагрева, значение которой зависит от величины удельной поглощаемой СВЧ мощности, а также от электрофизических и теплофизических характеристик семян. СВЧ обработка семян осуществлялась на установке непрерывного излучения с СВЧ мощностью 0,5 кВт и частотой излучения 2450±50 МГц (рисунок 3.1). Семена облучались в радиогерметичной рабочей камере. При этом потери СВЧ энергии в окружающее пространство исключались и, следовательно, основная часть СВЧ мощности поглощалась в семенах. 1 - блок управления; 2 - блок питания иагнетрона;3 – магнетрон; 4 – излучатель; 5 - объект облучения Рисунок 3.1 - Структурная схема СВЧ установки Ниже в таблице 3.1 приведены результаты по оценке удельной мощности СВЧ воздействия Pуд (кВт/кг) и скорости нагрева семян Θ (0С/с). Таблица 3.1 - Результаты определения удельной мощности и скорости нагрева семян Общая масса, кг, m Масса балласта, кг, m0 Масса семян, кг, mc Экспоз., с, τ Нач. темпер., 0С, t0 Кон. темпер., 0С, tk Разн. темпер., 0С, Δt Уд. Мощ-сть, кВт/кг, Pуд Скор. Нагр., 0С/с, Θ 500 500 0 60 18 38 20 0,59 0,33 400 400 0 60 18 46 28 0,83 0,46 600 400 100 50 18 56 38 1,22 0,68 500 400 100 60 18 62 44 1,33 0,73 400 400 100 40 18 54 36 1,62 0,90 300 300 100 60 18 76 58 1,75 0,97 Экспериментальные исследования по влиянию СВЧ обработки на способность прорастания семян. В эксперименте исследовались семена пшеницы «Дар Черноземья» урожая 2012 года (влажность 10,25%)и «Прохоровка» урожая 2013 года (влажность 8,25%). Обработка семян проводилась в лабораторных условиях. Образцы семян помещались в резонаторную камеру соединенную с СВЧ источником мощностью 0,5 кВт и частотой излучения 2450±50 МГц. Влажность семян составляла 10,25%. Обработка образцов проводилась в соответствии с планом Коно для 2-х факторного эксперимента [20]. Кодированные значения и интервал варьирования воздействующих факторов приведены в таблице 3.2. При проведении исследований измерялась начальная и конечная температура зерна (использовался ртутный термометр ТЛ-2 ГОСТ215-73), а также фиксировалось время обработки (секундомер «Агат», погрешностью 0,2 с). Количество точек плана эксперимента и значения воздействующих факторов приведены в таблице 3.3. Таблица 3.2 - Значения факторов Наименование фактора Кодированные значения фактора Интервал варьирования, Δ -1 0 +1 Удельная мощность, кВт/кг, Х1 0,83 1,00 1,17 0,17 Экспозиция, с, Х2 40 50 60 10 Таблица 3.3 – Параметры воздействия при обработке пшеницы № Уд. Мощность, кВт/кг, Pуд Экспозиция., с, τ 1 0,83(-) 40(-) 2 1,17(+) 40(-) 3 0,83(-) 60(+) 4 1,17(+) 60(+) 5 0,83(-) 50(0) 6 1,17(+) 50(0) 7 1,0(0) 40(-) 8 1,0(0) 60(+) 9 1,0(0) 50(0) Оценка качества обработки семян на энергию прорастания и способность прорастания прводилась в «Испытательной лаборатории» ФГБОУ ВПО «БелГСХА имени В.Я.Горина» (протокол испытаний приведен в приложении 1.). Основные результаты эксперимента и показатели способности к прорастания для пшеницы «Дар Черноземья» 2012 г (влажность 10,25%) приведены в таблице 3.4. Таблица 3.4 - Результаты обработки пшеницы «Дар Черноземья» 2012 г. (влажность 10,25%) № Уд. Мощность Pуд, кВт/кг, Экспозиция τ, с Энергия, % Способность прорастания, % средняя Разница с контролем средняя Разница с контролем 1 0,83 40 95,5 +5,5 95,5 +2,5 2 1,17 40 93,5 +3,5 96,5 +3,5 3 0,83 60 95,0 +5,0 98,5 +5,5 4 1,17 60 80,0 -10 85,0 -8,0 5 0,83 50 94,5 +4,5 95,5 +2,5 6 1,17 50 69,5 -20,5 76,0 -17 7 1,0 40 95,5 +5,5 98,0 +6,0 8 1,0 60 88,5 -1,5 92,0 -1,0 9 1,0 50 94,5 +4,5 95,0 +2,0 1 Контроль 90,0 93,0 0 Основные результаты эксперимента и показатели способности к прорастания для пшеницы «Прохоровка» 2013 г. (влажность 8,25%) приведены в таблице 3.5. Анализ результатов показывает, величина удельной мощности воздействия и экспозиции по разному влияют на энергию и способность прорастания. Для качественной оценки ниже приведены диаграммы отклонений энергии и способности прорастания относительно контроля (необрабатываемое зерно). Таблица 3.5 - Результаты обработки пшеницы «Прохоровка» 2013 г. (влажность 8,25%) № Уд. Мощность Pуд, кВт/кг, Экспозиция τ, с Энергия, % Способность прорастания, % средняя Разница с контролем средняя Разница с контролем 1 0,83 40 94,0 -2,5 96,0 -2,0 2 1,17 40 95,5 -1,0 98,0 0 3 0,83 60 96,6 +0,1 98,5 +0,5 4 1,17 60 92,5 -4,0 94,0 -4,0 5 0,83 50 97,5 +1,5 98,0 0 6 1,17 50 91,5 -5,0 92,5 -5,5 7 1,0 40 90,0 -6,5 97,0 -1,0 8 1,0 60 82,0 -14,5 86,0 -12,0 9 1,0 50 85,5 -11,5 88,0 -10,0 10 Контроль 96,5 0 98,0 0 На рисунке 3.2 показаны диаграммы отклонений для пшеницы «Дар Черноземья» 2012 г, а также значения дозы облучения. Рисунок 3.2 - Экспериментальные значения способности прорастания пшеницы «Дар Черноземья» 2012 г (по вертикали) и значения дозы воздействия (по горизонтали) На рисунке 3.3 показаны диаграммы отклонений для пшеницы «Прохоровка» 2013 г, а также значения дозы облучения. Рисунок 3.3 - Экспериментальные значения способности прорастания пшеницы «Прохоровка» 2013 г (по вертикали) и значения дозы воздействия (по горизонтали) На рисунках видно, что если взять в качестве рабочей гипотезы, что эффективность обработки определяется дозой облучения (кДж/кг), то экспериментальные результаты свидетельствуют о том, что доза не является определяющим фактором, т.к. при одних и тех же значениях дозы облучения наблюдается различный эффект как для пшеницы «Дар Черноземья» 2012 г. так и для пшеницы «Прохоровка» 2013 г. Величина воздействующих факторов в эксперименте может создавать, как стимулирующий, так и угнетающий эффект, есть режимы в которых показатели энергии и способности прорастания остаются на уровне контроля. Наиболее сильно стимулирующий эффект проявляется на семенах «Дар Черноземья» 2012 г. Очевидно на семенах пролежавших после уборки более года и впавших в состояние покоя, электромагнитная обработка вызвала запуск механизма «пробуждения», что и сказалось на показателях прорастания. Так как обработка семян проводилась в соответствии планом двухфакторного эксперимента по плану Коно, то анализ полученных данных позволил получить регрессионные уравнения влияния величины удельной СВЧ мощности (кВт/кг) воздействия и времени воздействия (экспозиции, с) на способность прорастания семян пшеницы. Регрессионные уравнения в кодированных переменных для пшеницы «Дар Черноземья» 2012 г. имеют вид: Y = B0 + B1 X1 + B2 X2 + B12 X1 X2 + B11 X12 + B22 X22, (3.1) где У- способность прорастания, %, X1 – фактор удельной СВЧ мощности, X2 – фактор времени воздействия, B0 = 91,39, B1 = -5,33, B2 = -2,42, B12 = -2,42, B11 = -3,83, B22 =5,42 Регрессионные уравнения в кодированных переменных для пшеницы «Прохоровка» 2013 г. 2012 г. имеют вид: Y = B0 + B1 X1 + B2 X2 + B12 X1 X2 + B11 X12 + B22 X22, (3.2) где У- способность прорастания, %, X1 – фактор удельной СВЧ мощности, X2 – фактор времени воздействия, B0 = 88,94, B1 = -1,33, B2 = -2,08, B12 = -1,08, B11 = 5,83, B22 = 2,08 Коэффициенты, приведенные в уравнениях (3.1)-(3.2) являются значимыми, а сами математические модели удовлетворяют критерию Фишера на адекватность. На рисунке 3.4 представлены зависимости между значениями удельной мощности (кВт/кг) и экспозиции (с) для семян пшеницы «Дар Черноземья» 2012 г при различных постоянных значениях способности прорастания (%). Рисунок 3.4 – Зависимость между удельной мощностью и экспозицией для способности прорастания 93, 95, 98 % (контроль – 93%) Анализ полученных результатов показывает, что способность прорастания зависит как от величины удельной СВЧ мощности, так и времени воздействия. В целом для получения положительного результата обработки необходимо исходить из технических и технологических возможностей оборудования задаваясь одним из параметров и определять второй по номограмме требуемой способности прорастания.

Похожие:

	Отчет о научно-исследовательской работе «Разработка методов и средств... «Разработка методов и средств информационной поддержки образовательных процессов с применением перспективных технологий передачи...		Отчет №3 о научно-исследовательской работе по теме: «Грид-технологии» Разработка методов эффективного решения задач обработки, хранения, передачи и защиты информации
	Отчет о научно- исследовательской работе по теме: «сортоизучение... Департамент научно-технической политики и образования фгбоу впо белгородская государственная сельскохозяйственная		Отчет о научно-исследовательской работе Развитие, исследование и внедрение средств высокопроизводительных вычислений на основе технологий Грид с поддержкой гетерогенных,...
	Отчет о научно-исследовательской работе по теме: «Исследование вопросов... «Исследование вопросов применения новых технологий обработки больших данных в сфере информатизации культуры»		Отчет о научно-исследовательской работе по теме: «Совершенствование... Агрохолдинг, интеграция, экономическая эффективность, рейтинг, функциональный анализ
	Отчет о научно-исследовательской работе Гост 32-2001. Межгосударственный стандарт. Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Отчет о научно-исследовательской...		Отчет о научно-исследовательской работе Межгосударственный стандарт (гост 32-2001). Отчет о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления (редакция 2005...
	Общие положения отчет Отчет о научно-исследовательской работе (нир) документ, который содержит систематизированные данные о научно-исследовательской работе,...		Реферат Отчет о научно-исследовательской работе состоит Отчет о научно-исследовательской работе состоит из 33 рисунков, 8 разделов, 12 подразделов, 9 формул, 31 источника. Общий объем 48...
	Отчет о научно-исследовательской работе по теме: «комплекс организационно-хозяйственных,... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования		Отчет о научно-исследовательской работе по теме: «Исследование отрасли... Директор Областного государственного бюджетного учреждения «Электронный Ульяновск»
	Рабочая программа по дисциплине в 10. Технохимический контроль сельскохозяйственного... В 10. Технохимический контроль сельскохозяйственного сырья и продуктов переработки		Отчет о научно-исследовательской работе по теме: «Разработка научно... «Институт законодательства и сравнительного правоведения при Правительстве Российской Федерации» (ИЗиСП)
	Использование информационных технологий для исследования многокомпонентных... Руководство пользователя пакета программного обеспечения для управления сканирующим зондовым микроскопом и обработки изображений...		Отчет о научно-исследовательской работе «определение доступности... Ключевые слова: отчет, научно-исследовательская работа, заключительный отчет, кинопоказ, доступность, качество, цифровые технологии,...