RU2481892C2

RU2481892C2 - System for monitoring and cleaning grain of mould fungi spores and mycotoxins

Info

Publication number: RU2481892C2
Application number: RU2011120080/13A
Authority: RU
Inventors: Алексей Алексеевич Васильев; Валентин Робертович Краусп
Priority date: 2011-05-20
Filing date: 2011-05-20
Publication date: 2013-05-20
Also published as: RU2011120080A

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: proposed system comprises vehicle, wet grain temporary storage site, active venting bin, primary cleaning machine, grain drier, secondary cleaning machine, treated grain store, gain quality evaluation lab, statistic data base, grain optimum treatment forecast unit, lab-on-chip for monitoring mycotoxins availability in cleaned grain, machine for mechanical cleaning of grain from mycotoxins, unit for adsorption cleaning of grain from mycotoxins, and unit for UV and coherent irradiation of grain. Two modules of microwave decontamination are additionally introduced into temporary storage and active venting line and grain drying line. One microwave module is connected with active venting bin while second microwave module is mounted between grain primary cleaning machine and grain drier and connected with fed grain optimum treatment forecast unit.

EFFECT: higher efficiency of cleaning, ruled out development of mould fungi spores.

1 dwg

Description

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к послеуборочной обработке и хранению зерна.The invention relates to agriculture, in particular to post-harvest processing and storage of grain.

Известны технологии послеуборочной обработки зерна, содержащие площадку для временного хранения влажного зерна, машину первичной очистки, бункеры с активным вентилированием, сушилку, машину вторичной очистки и хранилище обработанного зерна (З.Л.Тиц и др. Машины для послеуборочной поточной обработки семян. - М.: Машиностроение, 1967, 447 с.). Недостатком известной технологии обработки зерна является включение операций, при которых в зерне развиваются плесневые грибы, появляются их споры и зерно пропитывается микотоксинами.Known technologies for post-harvest processing of grain containing a platform for temporary storage of wet grain, a primary cleaning machine, silos with active ventilation, a dryer, a secondary cleaning machine and a storage of processed grain (Z.L. Tits et al. Machines for post-harvest flow treatment of seeds. - M .: Mechanical engineering, 1967, 447 p.). A disadvantage of the known grain processing technology is the inclusion of operations in which molds develop in the grain, their spores appear and the grain is impregnated with mycotoxins.

Наиболее близкими по технической сущности к предлагаемому изобретению является система мониторинга и очистки зерна от микотоксинов [Патент RU №2369437 С1, 12.02.2008], которая содержит транспортное средство, площадку временного хранения влажного зерна, бункеры активного вентилирования, машину первичной очистки зерна, сушилку зерна, машину вторичной очистки зерна и хранилище обработанного зерна, лабораторию оценки качества поступающего на обработку зерна, базу статистических данных, блок прогнозирования оптимального варианта обработки поступающего зерна, лабораторию на чипе для проведения мониторинга наличия микотоксинов в очищенном зерне, машину физико-механической очистки зерна от микотоксинов, агрегат адсорбционной очистки зерна от микотоксинов и агрегат ультрафиолетового и когерентного облучения зерна. Все входящие в систему устройства соединены или связаны между собой.The closest in technical essence to the present invention is a system for monitoring and cleaning grain from mycotoxins [Patent RU No. 2369437 C1, 12.02.2008], which contains a vehicle, a temporary storage area for wet grain, active ventilation bins, a primary grain cleaning machine, a grain dryer , a secondary grain cleaning machine and a processed grain storage, a laboratory for assessing the quality of grain received for processing, a statistical database, a forecasting block for the optimal processing variant grain guide, lab on a chip for monitoring the presence of mycotoxins in the cleaned grain, machine physical and mechanical cleaning of grain from mycotoxins adsorption purification unit grain from mycotoxins and aggregate to ultraviolet radiation and coherent grain. All devices included in the system are connected or interconnected.

Недостатками известной системы являются наличие технологических процессов, способствующих развитию спор плесневых грибов, низкая производительность данных технологических процессов, что приводит к более интенсивному заражению зерна микотоксинами, относительно низкая производительность системы.The disadvantages of the known system are the presence of technological processes that contribute to the development of mold spores, low productivity of these technological processes, which leads to more intensive infection of grain with mycotoxins, relatively low productivity of the system.

Задачей предлагаемого изобретения является увеличение производительности системы мониторинга и очистки зерна от спор плесневых грибов и микотоксинов, повышение эффективности очистки зерна от спор грибов и предотвращение развития плесневых грибов во всех операциях технологического процесса.The objective of the invention is to increase the performance of the monitoring and purification system of grain from mold spores and mycotoxins, increase the efficiency of cleaning grain from mold spores and prevent the development of mold in all operations of the technological process.

В результате использования предлагаемого изобретения происходит увеличение производительности системы, повышение эффективности очистки зерна от спор грибов и предотвращение развития плесневых грибов во всех операциях технологического процесса.As a result of using the present invention, there is an increase in system performance, an increase in the efficiency of cleaning grain from spores of fungi and preventing the development of mold fungi in all operations of the technological process.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в предлагаемую систему мониторинга и очистки зерна от микотоксинов, содержащую транспортное средство, площадку временного хранения влажного зерна, бункер активного вентилирования, машину первичной очистки, сушилку зерна, машину вторичной очистки, хранилище обработанного зерна, лабораторию оценки качества зерна, базу статистических данных, блок прогнозирования оптимального варианта обработки поступающего зерна, лабораторию на чипе для проведения мониторинга наличия микотоксинов в очищенном зерне, машину физико-механической очистки зерна от микотоксинов, агрегат адсорбционной очистки зерна от микотоксинов, агрегат ультрафиолетового и когерентного облучения зерна, дополнительно введены в технологическую линию временного хранения и активного вентилирования и в технологическую линию сушки зерна два модуля СВЧ обеззараживания, при этом один модуль СВЧ соединен с бункером активного вентилирования, а второй модуль СВЧ установлен между машиной первичной очистки зерна и сушилкой зерна и соединен с блоком прогнозирования оптимального варианта обработки поступающего зерна.The above technical result is achieved by the fact that in the proposed system for monitoring and cleaning grain from mycotoxins containing a vehicle, a temporary storage area for wet grain, an active ventilation hopper, a primary cleaning machine, a grain dryer, a secondary cleaning machine, a processed grain storage, a grain quality assessment laboratory , a database of statistical data, a prediction unit for the optimal variant of processing incoming grain, a laboratory on a chip for monitoring the presence of mycotoxins new in refined grain, a machine for physico-mechanical cleaning of grain from mycotoxins, an adsorption unit for cleaning grain from mycotoxins, an ultraviolet and coherent grain irradiation unit, two microwave disinfection modules were additionally introduced into the production line for temporary storage and active ventilation and in the production line for drying grain this, one microwave module is connected to the active ventilation hopper, and the second microwave module is installed between the primary grain cleaning machine and the grain dryer and connected to the forecast unit zi optimal treatment of incoming grain.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором приведена общая схема системы мониторинга и очистки зерна от микотоксинов.The essence of the invention is illustrated by the drawing, which shows a General diagram of a system for monitoring and purification of grain from mycotoxins.

Предлагаемое устройство содержит транспортное средство 1, доставляющее с полей зерно на обработку, лабораторию оценки качества поступающего на обработку зерна 2, машину первичной очистки 3, сушилку зерна поточного действия 4, машину вторичной очистки 5, хранилище обработанного зерна 6, базу статистических данных 7, содержащую информацию эффективности вариантов ранее проведенной обработки зерна, блок прогнозирования оптимального варианта обработки поступающего зерна 8, машину интенсивной очистки зерна от спор и микотоксинов грибов 9, электронную лабораторию на чипе для проверки очищенного зерна на содержание спор и микотоксинов грибов 10, установку для полной очистки зерна от микотоксинов с применением адсорбентов и электрофизических устройств атоксикации 11, площадку временного хранения влажного зерна 12, агрегат интенсивного ультрафиолетового и когерентного облучения 14, бункер активного вентилирования 13, модули СВЧ обеззараживания зерна 15 и 16.The proposed device comprises a vehicle 1, delivering grain from the fields for processing, a laboratory for assessing the quality of grain coming to processing 2, a primary cleaning machine 3, a grain dryer of continuous action 4, a secondary cleaning machine 5, a storage of processed grain 6, a statistical database 7 containing information on the effectiveness of options for previously processed grain, forecasting unit for the optimal processing of incoming grain 8, an intensive grain cleaning machine for spores and fungal mycotoxins 9, elec a laboratory on a chip for checking purified grain for spore and mycotoxin content of mushrooms 10, a plant for the complete cleaning of grain from mycotoxins using adsorbents and electrophysical atoxication devices 11, a temporary storage area for wet grain 12, an intensive ultraviolet and coherent irradiation unit 14, an active ventilation bunker 13, modules for microwave disinfection of grain 15 and 16.

Все конструктивные элементы соединены и связаны между собой следующим образом. Транспортное средство 1 соединено с машиной первичной очистки 3 и площадкой временного хранения влажного зерна 12, которая дополнительно связана с агрегатом интенсивного ультрафиолетового и когерентного облучения 14, соединена с машиной первичной очистки 3. Машина первичной очистки 3 связана с блоком прогнозирования оптимального варианта обработки поступающего зерна 8, последний, в свою очередь, связан с лабораторией оценки качества поступающего на обработку зерна 2, базой статистических данных 7 и с бункерами активного вентилирования 13, который соединен с первым модулем СВЧ обеззараживания зерна 15, машиной первичной очистки 3, машиной вторичной очистки 5 и сушилкой 4, которая соединена с машиной первичной очистки 3, со вторым модулем СВЧ обеззараживания зерна 16 и с машиной вторичной очистки 5, последняя соединена с хранилищем обработанного зерна 6, связана с лабораторией на чипе мониторинга микотоксинов в очищенном зерне 10 и соединена с машиной физико-механической очистки зерна от микотоксинов 9, которая соединена с хранилищем обработанного зерна 6, связана с лабораторией на чипе мониторинга микотоксинов в очищенном зерне 10 и соединена с агрегатом адсорбционной очистки зерна от микотоксинов 11, последний соединен с хранилищем обработанного зерна и с лабораторией на чипе мониторинга микотоксинов в очищенном зерне 10, и последняя связана с базой статистических данных 7. Модули площадка временного хранения влажного зерна, машина первичной очистки, бункер активного вентилирования, СВЧ обеззараживания зерна представляют собой технологическую линию временного хранения и активного вентилирования зерна. Модули машина первичной очистки, СВЧ обеззараживания зерна, сушилка зерна поточного действия представляют собой технологическую линию сушки зерна.All structural elements are connected and interconnected as follows. The vehicle 1 is connected to a primary cleaning machine 3 and a temporary storage area for wet grain 12, which is additionally connected to an intensive ultraviolet and coherent irradiation unit 14, connected to a primary cleaning machine 3. The primary cleaning machine 3 is connected to a prediction unit for the optimal treatment of incoming grain 8 , the latter, in turn, is associated with the laboratory for assessing the quality of grain 2 coming to the processing, statistical database 7 and with active ventilation bunkers 13, which is connected to the first module for microwave disinfection of grain 15, the primary cleaning machine 3, secondary cleaning machine 5 and dryer 4, which is connected to the primary cleaning unit 3, with the second module for microwave disinfection of grain 16 and to the secondary cleaning machine 5, the latter is connected to the storage of processed grain 6, is connected to the laboratory on a mycotoxin monitoring chip in refined grain 10 and connected to a machine for physico-mechanical cleaning of grain from mycotoxins 9, which is connected to the processed grain storage 6, connected to the laboratory on the mycotoxin monitoring chip in refined grain 10 and connected to the adsorption purification unit of mycotoxins 11, the latter is connected to the processed grain storage and the laboratory on the mycotoxin monitoring chip in refined grain 10, and the latter is connected to the statistical database 7. Modules grain, primary cleaning machine, active ventilation hopper, microwave grain disinfection are a technological line for temporary storage and active grain ventilation. The modules of the primary cleaning machine, microwave disinfection of grain, grain dryer flow action are a technological line for drying grain.

Система мониторинга и очистки зерна от спор плесневых грибов и микотоксинов работает следующим образом.A system for monitoring and cleaning grain from mold spores and mycotoxins works as follows.

Из каждого транспортного средства, привозящего с полей от комбайна зерно, пробоотборником отбирают представительную пробу. В лаборатории 2 электронными приборами замеряют влажность, засоренность, объемный вес и под микроскопом оценивают степень зараженности пробы зерна спорами плесневых грибов. Устанавливают виды плесневых грибов и их микотоксины. Результаты предварительной оценки заносят в базу статистических данных 7. В блоке прогнозирования оптимального варианта обработки поступающего зерна 8 находят оптимальный технологический маршрут и набор машин, которые будут обрабатывать зерно. По предыстории в выбранном маршруте прогнозируют возможную степень развития плесневых грибов и конечное содержание микотоксинов в обработанном зерне.A representative sample is taken from each vehicle bringing grain from the fields from the combine. In the laboratory, 2 electronic devices measure humidity, clogging, volumetric weight and, under a microscope, assess the degree of contamination of a grain sample with mold spores. Establish types of molds and their mycotoxins. The results of the preliminary assessment are entered into the statistical database 7. In the forecasting block for the optimal variant of processing incoming grain 8, they find the optimal technological route and a set of machines that will process the grain. According to the history of the chosen route, a possible degree of development of mold fungi and the final content of mycotoxins in the treated grain are predicted.

Проводят обработку зерна по прогнозируемому технологическому маршруту - машиной первичной очистки на решетах и в воздушном потоке удаляют сорняки, крупные примеси и легко удаляемые споры грибов, затем сушат зерно на сушилке 4, технологический участок «модуль СВЧ обеззараживания - бункер активного вентилирования» позволяет осуществить дезинфекцию зерна и интенсифицировать процесс сушки, при этом зерно сначала проходит через модуль СВЧ дезинфекции 16, где снижается засоренность спорами плесневых грибов, за счет давления водяных паров влага переходит из внутренних слоев зерна к поверхности и более быстро снимается при конвективной сушке, увеличивая производительность зерносушилки. При большой зараженности зерно можно повторно отправить на модуль СВЧ обеззараживания 16, количество циклов СВЧ обработки определяется в блоке прогнозирования оптимального варианта обработки поступающего зерна 8. Сухое зерно очищают на машине вторичной очистки 5. Далее в лаборатории на чипе 10 осуществляют контроль содержания микотоксинов в обработанном зерне. Если содержание микотоксинов превышает ПДК (предельно допустимую концентрацию), то проводят на машине 9 физико-механическую очистку. Повторно в лаборатории на чипе 10 определяют содержание в зерне микотоксинов. Если при вторичном контроле содержание токсинов превышает ПДК, то осуществляют окончательную очистку на агрегате 11 адсорбционной очистки зерна от микотоксинов и зерно помещают в хранилище.Grain processing is carried out according to the predicted technological route - the primary cleaning machine on sieves and weeds, large impurities and easily removed spores of mushrooms are removed in the air stream, then the grain is dried on dryer 4, the technological section “Microwave disinfection module - active ventilation hopper” allows grain disinfection and intensify the drying process, while the grain first passes through the microwave disinfection module 16, where clogging of mold spores is reduced, due to water vapor pressure n passes from the inner layers of grains to the surface and removed more rapidly in convective drying, increasing the performance of the dryer. In case of a large infection, the grain can be re-sent to the microwave disinfection module 16, the number of microwave processing cycles is determined in the prediction unit for the optimal processing of incoming grain 8. Dry grain is cleaned on a secondary cleaning machine 5. Next, in the laboratory, on the chip 10, the content of mycotoxins in the processed grain is monitored . If the content of mycotoxins exceeds the MPC (maximum permissible concentration), then physical and mechanical cleaning is carried out on the machine 9. Again in the laboratory, on the chip 10, the content of mycotoxins in the grain is determined. If during the secondary control the toxin content exceeds the maximum permissible concentration, then final cleaning is carried out at the unit 11 of adsorption cleaning of grain from mycotoxins and the grain is placed in storage.

В период интенсивной уборки зерновых культур и недостаточной производительности сушилки часть влажного зерна размещают на площадке 12 для временного хранения влажного зерна и в бункерах 13 активного вентилирования. На площадке 12 во влажном зерне интенсивно развиваются плесневые грибы. Для прекращения их развития влажное зерно ворошат (перелопачивают) машинами и включают агрегат интенсивного облучения ультрафиолетовыми и когерентными лучами 14. Технологический участок «модуль СВЧ обеззараживания - зерносушилка» также позволяет осуществлять дезинфекцию зерна и интенсифицировать процесс сушки. Перед подачей зерна в бункер активного вентилирования оно проходит через модуль СВЧ обеззараживания 15, где также происходит его нагрев и перераспределение в нем влаги. В бункерах активного вентилирования 13 обеззараженное полем СВЧ зерно подсушивается, причем скорость его сушки за счет предварительного нагрева в СВЧ-поле выше, чем при стандартной технологии. Для увеличения эффекта обеззараживания зерно может прогоняться через бункера активного вентилирования 13 и модуль СВЧ обеззараживания 15 несколько раз. Количество циклов зависит от первичной степени зараженности зерна и требуемой производительности и качества очистки и определяется в блоке 8 прогнозирования оптимального варианта обработки поступающего зерна. В дальнейшем зерно обрабатывается в поточной линии по описанной технологии очистки от микотоксинов.During the period of intensive harvesting of crops and insufficient productivity of the dryer, part of the wet grain is placed on the site 12 for temporary storage of wet grain and in the bunkers 13 of active ventilation. At site 12, mold fungi develop intensively in wet grain. To stop their development, wet grain is shredded (shoveled) by machines and an intensive irradiation unit with ultraviolet and coherent rays is turned on 14. The technological section “microwave disinfection module - grain dryer” also allows for grain disinfection and intensification of the drying process. Before the grain is fed into the active ventilation hopper, it passes through the microwave disinfection module 15, where it also heats up and redistributes moisture in it. In the active ventilation bins 13, the grain disinfected by the microwave field is dried, and its drying speed due to pre-heating in the microwave field is higher than with standard technology. To increase the effect of disinfection, the grain can be driven through the active ventilation hopper 13 and the microwave disinfection module 15 several times. The number of cycles depends on the primary degree of contamination of the grain and the required performance and quality of cleaning and is determined in block 8 predicting the best option for processing incoming grain. Subsequently, the grain is processed in a production line according to the described technology of purification from mycotoxins.

Если поточная линия может без накопления на площадках обработать все зерно, то его сразу направляют на предварительную очистку 3 в сушилку 4, вторичную очистку 5 и в склад 6 на хранение. Обработка зерна в существующем традиционном технологическом режиме частично очищает зерно от спор грибов, а высушивание до 14% влажности задерживает прорастание спор и развитие плесневых грибов. В пункте 10 отбирают пробу на микотокстны и проводят ее с применением электронной лаборатории на чипе. При зараженности зерна микотоксинами свыше предельно допустимой концентрации (ПДК) проводят операцию 10 механического удаления поверхностного слоя зерна и при необходимости электрофизическое обезвреживание в пункте 11. В редких случаях необходимо применять ферменты, расщепляющие и нейтрализующие микотоксины, или адсорбенты, притягивающие молекулы микотоксинов.If the production line can process all the grain without accumulation at the sites, then it is immediately sent for preliminary cleaning 3 to dryer 4, secondary cleaning 5 and to storage 6. Processing grain in the existing traditional technological mode partially cleanses the grain from spores of fungi, and drying up to 14% moisture delays the germination of spores and the development of molds. In paragraph 10, a sample is taken on mycotoxoids and carried out using an electronic laboratory on a chip. If the grain is infected with mycotoxins above the maximum permissible concentration (MPC), an operation 10 is performed to mechanically remove the surface layer of the grain and, if necessary, electrophysically neutralize it in step 11. In rare cases, it is necessary to use enzymes that break down and neutralize mycotoxins, or adsorbents that attract mycotoxin molecules.

Если поточная линия не может в реальном времени обработать все зерно, то часть зерна подают на площадку временного хранения влажного зерна 12 в бункеры активного вентилирования 13. Из базы данных 7 получают информацию о том, как быстро будут развиваться плесневые грибы при временном хранении на площадке и в бункерах активного вентилирования при измеренных в лаборатории 2 параметрах влажности и засоренности зерна. На основании статистических данных предыстории принимают решение - сколько времени допустимо хранить влажное зерно на площадке 12 и сколько циклов СВЧ-обработки зерна в бункерах активного вентилирования необходимо сделать, чтобы добиться требуемого качества очистки зерна. И если по прогнозу на основании прошлого опыта при временном хранении на площадке в расчетное время заражение зерна микотоксинами превысит ПДК, то это зерно в предлагаемой системе обрабатывается на площадке ультрафиолетовыми или когерентными лучами для прекращения роста плесневых грибов.If the production line cannot process all the grain in real time, then part of the grain is fed to the temporary storage of wet grain 12 in the active ventilation bunkers 13. From the database 7 information is received on how quickly molds will develop during temporary storage at the site and in active ventilation bunkers with 2 moisture and debris parameters measured in the laboratory. Based on the statistical data, the prehistory makes a decision - how long it is permissible to store wet grain at site 12 and how many cycles of microwave processing of grain in the active ventilation bins must be done to achieve the required quality of grain cleaning. And if according to the forecast, based on past experience during temporary storage at the site at the estimated time, the infection of the grain with mycotoxins will exceed the MPC, then this grain in the proposed system is processed on the site with ultraviolet or coherent rays to stop the growth of molds.

Claims

A system for monitoring and cleaning grain from mold spores and mycotoxins containing a vehicle, a temporary storage area for wet grain, an active ventilation hopper, a primary cleaning machine, a grain dryer, a secondary cleaning machine and a processed grain storage, a laboratory for assessing the quality of grain received for processing, a base statistics, forecasting unit for the optimal processing of incoming grain, a laboratory on a chip for monitoring the presence of mycotoxins in refined grain A machine for physico-mechanical cleaning of grain from mycotoxins, an adsorption cleaning unit for grain from mycotoxins, and an unit for intensive ultraviolet and coherent irradiation of grain, characterized in that the system is additionally introduced into the technological line for temporary storage and active ventilation, consisting of a temporary storage area for wet grain, primary cleaning machines and an active ventilation bunker, and to a grain drying technological line, consisting of a primary cleaning machine and a grain dryer for continuous operation tviya two microwave disinfection module, wherein one of the microwave module is connected with the hopper of active aeration and a second RF module installed between the primary grain cleaning machine and dryer grain and is connected to the block prediction optimal alternative processing incoming grain, grain quantity determining decontamination cycles.