Прогрессивные методы хранения фруктов
Хранение фруктов имеет большое значение для экономики плодоводческих хозяйств, поскольку позволяет реализовывать продукцию по более выгодным ценам.
В настоящее время в плодоводческих хозяйствах нашей страны в основном используется обычное холодильное хранение. Значительно более эффективной является технология хранения продукции в регулируемой атмосфере (РА). Ее суть заключается в том, что плоды хранят в герметичных холодильных камерах с пониженной концентрацией кислорода (1,0-2,5 %) и повышенной концентрацией СО2 (1 - 2 %). Такие условия значительно замедляют метаболические процессы, протекающие в плодах, что обеспечивает продление сроков хранения и лучшую сохранность их исходного качества. Создание и поддержание нужных соотношений компонентов атмосферы обеспечивается с помощью герметичности камеры и технологического оборудования - генератора азота, адсорбера углекислого газа.
Развитие технологии РА привело к созданию ряда ее разновидностей: регулируемая атмосфера с ультранизким содержанием кислорода (0,8-1,2 %); динамическая регулируемая атмосфера (ступенчатое снижение концентрации кислорода до заданного уровня); адаптивная регулируемая атмосфера (поддержание концентрации кислорода на минимально допустимом для сорта уровне на основе контроля метаболических процессов, протекающих в плодах в период хранения).
Существующие технологии хранения плодов не обеспечивают гарантированную их защиту от поражения многими физиологическими заболеваниями, сохранение их качества (свежесть, хрустящая консистенция, питательная ценность) при хранении и на этапе доведения до потребителя.
Основной причиной снижения качества и развития многих заболеваний плодов при хранении является избыточное накопление этилена. Этилен - основной гормон созревания; он синтезируется плодами и овощами, активизирует их созревание, перезревание, преждевременное старение, развитие многих физиологических заболеваний плодов яблони и груши (загар, мокрый ожог, распад от старения, побурение сердцевины, внутреннее побурение, маслянистость кожицы и др.). Участие этилена в регуляции роста растений было открыто русским ученым Д. Н. Нелюбовым в Санкт-Петербургском государственном университете еще в 1901 году.
Физиологической основой хранения плодов является эффективное ингибирование биосинтеза этилена и его биологического действия. Эти фундаментальные знания позволили разработать эффективную систему хранения плодов в регулируемой атмосфере (РА). Основные преимущества этого метода хранения: интенсивное замедление процессов послеуборочного созревания и старения, что позволяет хранить плоды многих зимних сортов в течение 8-11 месяцев, т.е. до нового урожая; возможность хранения плодов осенних и осенне-зимних сортов в течение 4-6 месяцев; сохранение исходного качества плодов (твердость, сочность, питательная ценность).
Однако и эта технология хранения имеет существенные недостатки: высокие единовременные капитальные затраты на строительство фруктохранилища с РА (16-18 руб. на кг плодов); окупаемость затрат обеспечивается только через 2-3 года при закладке высококачественных плодов; значительные затраты на реконструкцию обычных фруктохранилищ (6-8 руб. на кг плодов) при установке генератора азота и аппарата очистки; не гарантируется защита плодов от загара без обработки антиоксидантами, чаще наблюдается усиление развития этого заболевания; при существенных отклонениях от рекомендуемых условий хранения (несвоевременное создание рекомендуемой атмосферы и температуры, значительные колебания факторов хранения) качество плодов снижается из-за преждевременного развития физиологических и грибных болезней. Кроме того, после выгрузки плодов из камер с РА при доведении до потребителя сохраняется значительная доля риска снижения их качества - быстрое перезревание, потеря твёрдости, сочности и вкуса, поражение различными заболеваниями. Это происходит из-за резкой смены атмосферы с низким уровнем кислорода (1,5 - 2,0%) на обычную атмосферу (ОА), содержащую высокий уровень кислорода (21%), что стимулирует биосинтез этилена.
Учёные разных стран мира постоянно ведут поиск новых более надёжных методов ингибирования этилена на стадии хранения и доведения до потребителя.
В первой половине 90-х годов ХХ века было установлено, что эффективными ингибиторами действия этилена являются циклопропен и его алкильные производные. Обработка плодов газообразными производными циклопропена в ничтожно низких концентрациях (0,2 – 2,0 ppm) приводит к выключению механизма их созревания и практически полностью предотвращает потери плодоовощной продукции при ее последующей транспортировке и хранении.
В 2005 году началось промышленное производство и применение препарата Фитомаг (Россия), генерирующего 1-метилциклопропен. Это соединение было синтезировано учеными Российского Химико-Технологического Университета им. Д. И. Менделеева
Комплексные исследования, проведённые во Всероссийском НИИ садоводства им. И. В. Мичурина, подтвердили, что препарат «Фитомаг» эффективно ингибирует биосинтез этилена и обеспечивает защиту многих видов плодов от преждевременного их созревания, старения, поражения физиологическими и грибными болезнями, продление сроков хранения и гарантирует максимальное сохранение исходного качества не только при хранении, но и на этапе доведения до потребителя.
Механизм действия активного компонента состоит в следующем: 1-метилциклопропен прочно присоединяется к рецепторам этилена на клеточной мембране, т.е. занимает его место, поэтому этилен уже не способен присоединиться к рецепторам и образовывать активные комплексы. В этом случае предотвращается действие этилена не только выделяемого плодами и овощами (эндогенного), но и экзогенного, биологического и небиологического происхождения.
Проведённые исследования и производственная проверка подтвердили, что использование препарата «Фитомаг» наиболее эффективно при обработке климактерических плодов (яблоки, груши, слива, алыча, абрикос, персик, нектарины, бананы, хурма, кабачки, капуста, томаты, огурцы, арбузы, дыни, зеленые культуры и др.)
Суть новой технологии состоит в обработке плодов газообразным ингибитором этилена «Фитомаг» в крайне низких концентрациях (0,5 - 1 ppm). Обработку проводят в герметичных камерах в течение суток, используя портативные генераторы ингибитора биосинтеза этилена.
После обработки плоды и овощи приобретают эффективную защиту от отрицательного действия как эндогенного, так и экзогенного этилена и способны длительное время храниться и транспортироваться без потери их качества.
Одновременно возможна обработка любого количества продукции. Данная технология освоена и показала высокую эффективность в Агрофирме ЗАО «Сад-Гигант» Краснодарского края, ЗАО «15 лет Октября», СХПК «Агроном» Липецкой области и других. На примере многих сортов (Ренет Симиренко, Голден Делишес, Гала, Ред Чив, Гранни Смит, Бреберн, Старкримсон, Флорина, Антоновка обыкновенная, Айдаред, Лобо и др.) показана высокая эффективность препарата.
В применяемых концентрациях препарат безопасен для здоровья человека и окружающей среды, на его применение имеется разрешение Роспотребнадзора. В настоящее время препарат проходит регистрацию в других странах СНГ.
Практическое освоение новой технологии позволило выявить основные преимущества использования препарата «Фитомаг»:
· резко снижается или исключается развитие многих физиологических заболеваний плодов (загар, мокрый ожог, распад от старения, внутреннее побурение тканей, побурение сердцевины, побурение и маслянистость кожицы от старения, побурение и разложение тканей от механических повреждений), снижаются потери от грибных гнилей и естественной убыли плодов при хранении в ОА и РА;
· надёжно сохраняется твёрдость, сочность, свежесть, хрустящая консистенция, вкус плодов в период хранения в ОА и РА и доведения до потребителя при разрыве холодильной цепи (товарная обработка, транспортировка, реализация), так как «Фитомаг» присоединяясь к акцепторам этилена плодов, контролирует биосинтез этилена и его отрицательное действие и после выгрузки плодов из камер на стадии доведения до потребителя;
· качество плодов многих поздне-осенних и зимних сортов яблок при хранении в ОА в течение 4-5 месяцев не ниже, чем при хранении в РА, что значительно повышает эффективность хранения плодов в ОА и продлеваются сроки хранения и надёжно сохраняется их качество, снижаются объёмы хранения в РА;
· снижается отрицательное действие
стрессовых условий хранения плодов (несвоевременное создание рекомендуемой
температуры и состава атмосферы, значительные колебания этих параметров), что
исключает или резко снижает риск поражения плодов многими заболеваниями;
при запаздывании с созданием рекомендуемой РА в камерах на 2-3 недели качество
плодов было эквивалентно качеству плодов, хранившихся в камерах, в которых
рекомендуемые условия были созданы своевременно, что позволяет повысить
эффективность хранения плодов в камерах с РА без использования генератора
азота;
· эффективен при транспортировке климактерических плодов автомобильным, железнодорожным и водным транспортом.
Действие препарата аналогично природным веществам, что гарантирует безвредность для обрабатываемых продуктов, человека и окружающей среды.
Максимальная эффективность новой технологии хранения плодов достигается при её комплексном освоении:
· формировании однородных и лёжкоспособных партий с учётом почвенных, погодных и агротехнических условий, сортовых особенностей, возраста, конструкции насаждений, урожайности, сроков съёма;
· выборе способа, условий и сроков хранения с учётом лёжкоспособности партий, сорта, технических возможностей хранилищ.
Технологии хранения плодовой продукции в регулируемой атмосфере более высокого уровня могут быть реализованы только с использованием автоматической системы управления технологическим процессом (АСУ).
Централизованная автоматическая система управления работой оборудования для создания и поддержания регулируемой атмосферы в камерах фруктохранилища предназначена решать следующие основные задачи:
· периодически проводить анализ атмосферы заданных камер на основе измерения в них концентраций О2 и СО2;
· в соответствии с результатом обработки данных газового анализа осуществлять управление работой генератора азота и адсорбера углекислого газа
· осуществлять визуализацию параметров газового состава камер фруктохранилища и работы оборудования на мониторе компьютера и их архивацию;
· в случае аварийных ситуаций останавливать работу оборудования и сигнализировать оператору об аварии и ее причине;
· периодически проводить автоматическую корректировку показаний газоанализаторов.
В общем виде состав АСУ включает 3 основных компонента: логический блок, блок газового анализа, блок оперативного управления и мониторинга (Рис.1.).
Рис.1. Принципиальная схема функционирования АСУ.
Логический блок представляет собой комплекс модулей, обеспечивающих логику управления технологическим процессом.
Для автоматизации работы технологического оборудования оптимальным по техническим характеристикам и стоимостному фактору прибором является программируемый логический контроллер (ПЛК) модульного типа. ПЛК представляет собой блок, имеющий определенный набор входов и выходов для подключения датчиков и исполнительных механизмов. Логика управления описывается программно на основе микрокомпьютерного ядра. Модульность построения позволяет наращивать систему при увеличении количества управляемых объектов (камер, единиц технологического оборудования и контрольно-измерительных приборов).
Логика управления технологическим процессом может быть основана на различных принципах. Например, жесткое регулирование - включение или выключение соответствующего оборудования напрямую зависит от концентрации контролируемого параметра на момент его измерения в каждой камере. А именно, после включения, оборудование, продолжает работать до того момента, когда во время очередного газового анализа в камере значения контролируемого параметра не изменятся до уровня уставки. Другой вариант управления - пропорциональное регулирование - предполагает расчет рассогласования значения контролируемого параметра и уставки. Оборудование работает на камеру в течение времени, которое пропорционально этому рассогласованию.
Разработка алгоритмов управления осуществляется методом визуального прикладного проектирования при помощи специализированных программных комплексов. В настоящее время одним из самых мощных, функционально полных инструментов программирования ПЛК стандарта МЭК 61131-3 (Международной электротехнической комиссии) является комплекс CoDeSys фирмы 3S (Smart Software Solutions)[9].
Блок газового анализа обеспечивает измерение контролируемых параметров атмосферы камер фруктохранилища. Он включает: систему забора, транспортирования и подготовки газовой пробы; газоанализаторы для измерения концентрации кислорода и углекислого газа.
Концентрация кислорода является самым ответственным параметром РА особенно для технологий высокого уровня - ULO, и поэтому необходимо обратить особое внимание на точность его измерения. Наиболее приемлемым для требований РА являются газоанализаторы, основанные на парамагнитных свойствах О2. Этот способ имеет хорошую избирательность к кислороду и обеспечивает высокую точность измерения (абсолютная погрешность не более 0,1%). Газоанализаторы с электрохимическими ячейками проще в конструктивном исполнении и значительно дешевле парамагнитных. В связи с этим такие приборы имеют наибольшее распространение, хотя и уступают парамагнитным в точности и долговечности (абсолютная погрешность - около 0,2%, срок службы измерительных ячеек - 3-5 лет).
Для измерения концентрации СО2 наиболее приемлемыми являются газоанализаторы, основанные на свойствах этого газа поглощать ИК излучение определенной длины волны. Они обладают достаточно высокой точностью (абсолютная погрешность измерения около 0,2%) и не чувствительны к другим сопутствующим газам. Газоанализаторы, реализующие термокон-дуктометрический принцип измерения, значительно дешевле инфракрасных, однако они менее точны и на их показания влияют пары воды и концентрация О2.
Блок оперативного управления и мониторинга представляет собой персональный компьютер, оснащенный специальным программным обеспечением. Диспетчерское управление и мониторинг технологических параметров осуществляется с помощью программного обеспечения, реализующего человеко-машинный интерфейс. Это различные SCADA-системы - системы сбора данных и оперативного диспетчерского управления.
SCADA-система предоставляет оператору удобный интерфейс для контроля за технологическим процессом. Оператор может вводить значения установок контролируемых параметров, осуществлять внеочередные анализы газового состава камер и калибровки газоанализаторов, принудительно включать и выключать технологическое оборудование для работы на конкретные камеры.
Оператор имеет возможность не только наблюдать за параметрами газового состава в камерах и работой оборудования в режиме реального времени, но и обращаться к архиву данных. Данные архивируются в двух вариантах: в форме тренда (графическое представление данных) и в форме рапорта для печати (табличное представление данных). Помимо контроля концентраций О2 и СО2 в камерах фруктохранилища, АСУ может обеспечивать мониторинг и архивацию других параметров технологического процесса, например, температуры и влажности воздуха, содержание этилена и т.д.
Кроме управления режимами хранения система обеспечивает контроль за работой основных технологических единиц оборудования, генератора азота и адсорберов, информировать об отклонении от оптимальных режимов функционирования, а также отключать соответствующее оборудование при аварийных ситуациях.
АСУ осуществляет подсчет суммарного времени работы оборудования и по истечении установленного периода сигнализирует о необходимости проведения очередного технического обслуживания.
Информационная коммуникация всех блоков АСУ осуществляется по шине данных.
Автоматизация работы оборудования РА является актуальным направлением совершенствования технической базы для длительного хранения плодовой продукции. АСУ позволяет исключить влияние человеческого фактора при создании и поддержании режимов хранения и реализовывать прогрессивные технологии хранения плодовой продукции в регулируемой атмосфере.