Зменшення втрат маси цукрових буряків під час зберігання за допомогою магнітної обробки
Цукровий буряк — це рослина, корінь якої містить високу концентрацію сахарози і яка вирощується у комерційних цілях для промислового виробництва цукру. Після збирання цукрові буряки укладаються у кагати для довготривалого зберігання. Основна мета зберігання — максимально зберегти цукор із метою подальшого забезпечення рентабельності переробки буряків. Для збільшення виробництва цукру необхідно зменшити втрати цукру та маси буряків під час їх зберігання та підтримувати високі технологічні показники якості сировини, що поставляється на переробний завод, відповідно до державних стандартів якості бурякової сировини.
За матеріалами конференцій IOP «Наука про Землю та навколишнє середовище» («Earth and Environmental Science») на тему «Магнітна обробка цукрового буряка для зменшення втрати маси під час зберігання» («Magnetic treatment of sugar beet to reduce weight loss during storage»), 852 (2021).
Оптимальними умовами зберігання цукрових буряків є: температура 0-2°C, відносна вологість 90-95%, вміст вуглекислого газу 0,18-0,20% та вміст кисню 18-20%.
Із порушеннями оптимальних умов зберігання цукрових буряків, особливо в теплу пору року, відбувається швидка втрата вологи та в’янення, яке негативно впливає на життєво важливі процеси, фізіологічний стан, хімічний склад та стійкість коренів до ураження мікроорганізмами. Втрати 10% маси під час в'янення призводять до зменшення вмісту сухих речовин на 1,1%, при цьому кількість редукуючих речовин збільшується на 10-25%, порівняно з їх початковим вмістом. При в'яненні, що супроводжується втратою 10% маси буряка, вміст цукру в мелясі збільшується на 0,06%. Під час зберігання буряки, які зів’яли на 13-17%, втрачають в 5 разів більше цукру, ніж буряки з хорошою якістю, а кількість коренеплодів, уражених кагатними гнилями, досягає 60%.
У багатьох країнах світу проводяться дослідження з вивчення впливу електричного та магнітного полів, а також озону на збереженість різних рослин, таких як картоплі, моркви та цибулі.
Початковий період зберігання характеризується інтенсивним диханням буряків, тому в кагатах використовується штучна вентиляція, під час якої відбувається зволоження повітря. Для поліпшення якості зберігання також використовується вентиляція з повітряно-аміачною сумішшю. Однак такі методи вентиляції є дуже дорогими, оскільки потребують великої кількості електродвигунів, вентиляторів, повітропроводів та високоточних датчиків для контролю параметрів повітря в складських приміщеннях.
У даний час перспективним напрямком зберігання цукрових буряків є використання різних біостимуляторів, які входять до складу рослин і мають природне походження. Входячи до складу рослин у невеликій кількості, вони регулюють їх ріст та розвиток, прискорюють або уповільнюють період дозрівання, посилюють синтез пластичних речовин, включаючи сахарозу, а також забезпечують кращу збереженість рослинної сировини під час довготривалого зберігання. Вони екологічно чисті, безпечні для людини та навколишнього середовища. Однак такі біостимулятори є дорогими, тому їх використання під час зберігання цукрових буряків може бути невигідним.
Попередні результати досліджень показують, що обробка електричним, магнітним полем або озоном може зменшити втрати маси різних рослин під час їх зберігання, а також знизити вартість енергоресурсів. Метою експериментальних досліджень даної статті було вивчити природу впливу магнітного поля постійного неодимового магніту на втрати маси цукрових буряків під час їх зберігання.
Матеріали та методи
Під час проведення експериментальних досліджень використовувалися стандартні добре відомі методи досліджень: метод багатовимірного експерименту, статистичний аналіз та визначення відповідності. Для вимірювань використовувались такі прилади: високоточні електронні ваги, прилади для вимірювання параметрів постійних магнітних полів — магнітної індукції та сили магнітного поля, прилади для вимірювання температури та вологості. Ефективність обробки оцінювалася за залишковою масою буряків.
Сорт цукрових буряків Рондо використовувався для обробки магнітним полем. Обробку проводили магнітним полем постійного неодимового магніту з негативною полярністю з магнітною індукцією 400 мТл. Постійні магніти поміщалися на дно прямокутного контейнера. Цукрові буряки, кожна проба масою 3 кг, розміщувалися безпосередньо на магніти на дні контейнера і витримувалися протягом певного часу відповідно до плану експерименту. План експерименту передбачав такі варіанти обробки: 15 с, 30 с, 45 с, 60 с, 120 с, 180 с.
Після обробки буряки поміщалися в поліетиленові мішки для зберігання при температурі 20-22°С і вологості 75-80%. Ці значення температури та вологості були вибрані для прискорення та відстеження процесів втрати маси. Тривалість експериментального зберігання становила 30 днів. Під час експерименту щодня проводилися вимірювання маси коренеплодів, а також візуальна оцінка зовнішнього вигляду цукрових буряків на наявність гнилі чи інших пошкоджень.
Втрати маси цукрових буряків у кінці експерименту визначалися за наступною формулою (1):
де mEND — маса цукрових буряків у кінці експерименту, кг; mBEG — маса цукрових буряків на початку експерименту, кг.
Подібні експериментальні дослідження проводилися для визначення втрат маси цукрових буряків після впливу на них магнітного поля постійного неодимового магніту з позитивною полярністю. Магнітна індукція становила +400 мТл, маса проби — 3 кг, час обробки також змінювався від 15 с до 180 с. Після обробки магнітним полем неодимового магніту з позитивною полярністю цукрові буряки також поміщалися в мішки на 30 днів зберігання. Також вимірювалася маса буряків та оцінювався їх зовнішній вигляд.
Для проведення статистичного аналізу використовувалася програма STATISTICA 12.
Результати та обговорення
У результаті експериментальних досліджень для визначення впливу магнітного поля постійного неодимового магніту позитивної та негативної полярності встановлено характер впливу магнітного поля на втрати маси буряків протягом 30 днів зберігання. Основні результати дослідження втрат маси цукрових буряків представлені в Таблиці 1.
Таблиця 1. Вплив магнітного поля постійного неодимового магніту на втрати маси цукрових буряків
| Значення магнітного поля, мТл | Час обробки, с | Втрати маси, % |
| +400 | 15 30 45 60 120 180 |
22,5 |
|
-400
|
15 30 45 60 120 180 |
16,7 22,3 15,3 20,9 23,7 17,2 |
| Необроблений контрольний зразок | 0 | 25,6 |
Рис. 1. Загальний вигляд пристрою для магнітної обробки цукрових буряків бочкового типу
Рис. 2. Вид зверху робочого контейнера з розміщенням постійних неодимових магнітів
Пристрій для магнітної обробки цукрових буряків бочкового типу містить основу (9) із колесами (6), механізм відхилення та фіксації (1) у вертикальній площині для завантаження та вивантаження буряків, робочий контейнер (2), встановлений на вал (8), приводиться в рух електродвигуном (5) за допомогою звичайного (4) та зубчастого приводу (3) з плоскими прямокутними постійними неодимовими магнітами (11) класу n35, нерухомий немагнітний циліндр (7) із металевими (12) та картонними вставками (10) для запобігання травмування коренеплодів.
Робочий контейнер (2) та циліндр (7) виготовлені з непровідного і немагнітного матеріалу, постійні неодимові магніти (11) з осьовим намагнічуванням прикріплювалися клеєм. Картонна вставка (10) на стінках призначена для захисту цукрових буряків від ударів при обертанні контейнера (2). Основа (9), механізм відхилення та блокування (1), привід (4), шестерня (3) та вал (8) виготовлені з металу.
Пристрій для магнітної обробки цукрових буряків бочкового типу працює наступним чином. Після завантаження партії цукрових буряків у робочий контейнер (2) за допомогою електродвигуна (5) з використанням приводу (4) та шестерні (3) остання починає обертатися на валу (8) навколо своєї осі. При обертанні робочого контейнера (2) буряки знаходяться в зоні магнітного впливу, що створюється плоскими прямокутними постійними неодимовими магнітами (11) класу n35 та посиленими металевими вставками (12), розташованими на нерухомому немагнітному циліндрі (7). Буряки, піддані магнітній обробці після вимикання електродвигуна (5) виймаються з робочого контейнера (2), після чого завантажується наступна партія.
Ефективність магнітної обробки цукрових буряків у даному пристрої залежить від значення полярності магнітного поля, тривалості обробки та величини індукції магнітного поля.
Висновки
Вплив магнітного поля постійного неодимyого магніту з позитивною та негативною полярністю різний і має змінний характер.
Мінімальна втрата маси цукрових буряків спостерігалася при обробці негативним магнітним полем -400 мТл протягом 45 с і становила 15,3%.
Максимальна втрата маси буряків при обробці негативним магнітним полем -400 мТл спостерігалася протягом 120 с і досягла 23,7%.
Максимальна втрата маси буряків для магнітного поля неодимового магніту позитивної полярності +400 мТл спостерігалася протягом 180 с і досягла 27,9%.
Мінімальна втрата маси цукрових буряків для магнітного поля неодимового магніту позитивної полярності +400 мТл спостерігалася протягом 60 с і досягла 17,6%.
Втрати маси необроблених буряків контрольного зразка досягли 25,6%.
Магнітне поле, залежно від полярності та часу обробки, може як збільшувати, так і зменшувати втрати маси цукрових буряків.
Необхідно провести додаткові дослідження, щоб визначити зміни вмісту цукру під час зберігання буряків, оброблених магнітним полем позитивної та негативної полярності, та необроблених коренеплодів.