На сегодняшний день потери при хранении фруктов и овощей составляют от 10 до 30 процентов. Это приводит к необходимости импорта из-за рубежа в зимне-весенний период более 50 процентов фруктов и овощей, что негативно сказывается на их цене. Одной из причин таких потерь является устаревшая технология обычного холодильного хранения и катастрофическая нехватка современных овощехранилищ. Существующие хранилища не обеспечивают длительной сохранности продукции, а потери в отдельных случаях достигают 40 процентов. Кроме этого, сохранившаяся часть продукции имеет низкие пищевые качества и нетоварный вид.
Другой причиной потерь является биоповреждения плодоовощной продукции фитопатогенными микроорганизмами.
Значительные усилия прилагаются к выявлению и развитию решений, позволяющих отказаться от применения химикатов для борьбы с патогенными микроорганизмами при хранении собранного урожая.
Для уменьшения потерь при хранении в настоящий момент предлагаются следующие методики:
- хранение в холодильных складах;
- обработка серными шашками, 1-метилциклопропеном;
- глубокая заморозка;
- озонирование хранилища;
- хранение в регулируемой газовой среде (РГС).
Наиболее распространенным способом хранения фруктов и овощей является хранение в холодильных складах. Однако этот метод устарел, так как не обеспечивает защиты от патогенов и раннего созревания.
После химической обработки в большинстве стран сельскохозяйственная продукция не допускается в органическое производство, поскольку продукты не должны содержать в своем составе химические консерванты, ароматизаторы, красители, стабилизаторы и загустители.
Глубокая заморозка требует больших затрат энергии при заморозке и дальнейшем хранении.
Озонирование хранилища основано на применении газа озона. Озон обладает окислительной способностью, за счет этого эффективно обеззараживает воздух. Процесс озонирования должен обязательно проводиться под строгим контролем обученного персонала, так как озон является веществом высокого класса опасности. Помимо прочего, озон должен длительное время контактировать с загрязнителем, если соединение комплексное.
Основным условием поддержания требуемого состава газовой среды (до десятых долей процента) является герметически закрывающаяся камера, а также дорогое и сложное в обслуживании оборудование (адсорберы CO2, адсорберы SO2, генераторы азота, анализаторы), которое не защищает от патогенов.
Применяемые методики РГС:
- C.A. (Controlled Atmosphere) – регулируемая среда (РС);
- RCA (RapidControlledAtmosphere) – быстрое снижение концентрации кислорода;
- U.L.O. (UltraLowOxygen) – ультранизкое содержание кислорода в камере;
- ILOS (InitialLowOxygenStress) — сверхбыстрое снижение уровня кислорода в камере за короткий промежуток времени.
Цель всех методик с РГС – создать среду, чтобы уменьшить выделение этилена. Хранение продукции в регулирующих газовых средах при совместном воздействии трех основных факторов (температуры, относительной влажности и состава газовой среды) обычно приводит к снижению ее метаболической активности и позволяет отодвинуть начало этого периода.
Газовая среда с пониженным содержанием кислорода уменьшает скорость выделения этилена, а в сочетании с повышенным содержанием двуокиси углерода - также и воздействие этилена, вследствие чего замедляется созревание, сохраняется питательная ценность и товарный вид продукции, а также может быть продлен период ее хранения.
Кроме того, при снижении содержания кислорода и повышении содержания двуокиси углерода может быть замедлено развитие патогенных микроорганизмов и проявление некоторых физиологических расстройств.
ООО «НеоТиОН» совместно с ООО «НПЦ «Европрибор» разработали инновационную систему для хранилищ овощей, фруктов, ягод, цветов, удаляющую этилен и патогены, без создания РГС.
Метод основан на использовании фотокаталитических систем нейтрализации этилена для предотвращения раннего созревания, а также уничтожения патогенов, спор плесени.
Применение метода позволяет отказаться:
- от химической обработки сельскохозяйственной продукции;
- от применения дорогостоящего и энергозатратного оборудования для хранения в РГС;
- от герметических камер.
Это оборудование безопасно, так как, в отличие от других систем не производит вещества или частицы, вредные для человека.
Предлагаемая система, в отличие от известных, не создает условия для уменьшения выделения сложными методами, а непосредственно разлагает этилен на углекислый газ и воду, а также уничтожает патогенную микрофлору.
Конвертер этилена с фотокаталитическим фильтром на основе диоксида титана (TiO2) разлагает этилен, предотвращая ранее созревание, а также уничтожает патогены, плесень.
С помощью этой системы останавливается окислительный процесс на длительное время, уменьшаются потери твёрдости фруктов, поддерживается оптимальными органолептические свойства в период срока годности.
Кроме того, применение фотокатализа представляет собой «чистую» технологию, без применения какого-либо химического продукта, после сборки урожая, в защиту здоровья конечного потребителя.
Для управления технологией хранения разработано легкое и интуитивно понятное программное обеспечение.
Возможно использование, как некоторых элементов, так и всей полностью автоматической системы контроля, которая благодаря наблюдению за холодильниками, вентиляторами, люками, нагревателями, конвертерами и датчиками обеспечивает оптимальный климат в хранилище.
Функциональные возможности системы:
- контроль температуры наружного воздуха;
- контроль уровня влажности наружного воздуха;
- контроль температуры в воздушных распределительных каналах;
- контроль температуры растительного продукта;
- контроль влажности растительного продукта;
- контроль уровня этилена в хранилище;
- контроль температуры воздуха внутри хранилища;
- аварийная сигнализация, в том числе путем передачи SMS сообщений;
- управление вентиляторами внутри хранилища;
- управление приточными клапанам;
- управление системой увлажнения воздуха;
- управление системой охлаждения воздуха;
- управление рециркуляционными вентиляторами;
- обогрев овощехранилища;
- оперативное отображение информации о технологическом объекте, протекающих процессах и основных параметрах работы на экране мониторов операторских станций;
- обеспечение бесперебойного электроснабжения системы (при помощи источников бесперебойного питания).
По желанию заказчика возможна реализация другого дополнительного функционала системы.
Рисунок 1. Функциональный возможности системы.
Рисунок 2. Общая схема системы.
Система управления микроклиматом выполняет следующие задачи:
- управление системой каталитической очистки от этилена;
- анализ состава контролируемой атмосферы
- терморегулирование - поддержание постоянной температуры в помещении (летом - охлаждение, зимой - обогрев);
- автоматизация управление влажностью в помещении;
- управление системой вентиляции;
- управление компрессорами.
В качестве аппаратной платформы в системе управления микроклиматом овощехранилища используются контроллеры «Simbol-100» S-100-CPU.
Система позволяет поддерживать оптимальный микроклимат в овощехранилище, а также автоматически управлять всем технологическим оборудованием и параметрами технологического процесса.
Рисунок 3. Система управления, контроля и визуализации «REGION AGRO».
Возможные варианты визуализации.
Рисунок 4. Возможные варианты визуализации.
Рисунок 5. Графическое отображение работы системы.
Рисунок 6. Топология подключения модуля S-100-CPU к модулям расширения, HMI и APM.
Рисунок 7. Способы использования Simbi-10.
С целью повышения отказоустойчивости системы управления и обеспечения гарантированного качественного хранения продукции для больших многокамерных хранилищ необходимо применять дуплекс-версию модулей S-100-CPU (ЦПУ) контроллера Simbol-100, представляющую собой поддержку режима «горячего резервирования» и восстановления после отказа (Failover). Восстановление после отказа – это режим работы, при котором функции системы управления принимает на себя вторичная система управления в том случае, когда главная система становится недоступной из-за отказа оборудования или при запланированном простое. Использование этой функции повышает отказоустойчивость системы управления.
Конструктивно обмен данными осуществляется через интерфейс Ethernet (протокол Modbus TCP) посредством витой пары.
После загрузки приложения на активный модуль ЦПУ (primary), автоматически выполняется его передача на резервный модуль ЦПУ (secondary). Оба модуля центрального процессора начинают параллельно выполнять одно и то же приложение. Входные переменные передаются из активного модуля ЦПУ в резервный модуль перед каждым циклом выполнения. В конце каждого цикла выполняется проверка по вычисленной контрольной сумме, чтобы гарантировать целостность данных и результатов. В случае расхождения на резервный модуль передается вся область данных активного. При сбое на primary, secondary становится активным (основным) и начинает управлять процессом. Для связи между основным и резервным модулем по умолчанию используется сеть TCP/IP, но могут быть использованы и другие сети (последовательный канал, UDP, оптоволокно). Допускается настройка условия, при котором происходит смена основного модуля ЦПУ.
Рисунок 8. Схема подключения модулей S-100-CPU для отказоустойчивых систем.
В продовольственном секторе основной областью применения системы является:
- Хранение овощей и фруктов (сокращение разрушающего воздействия и гниения вызванные бактериями, грибками и вирусами, потеря веса и улучшение качества продукта).
- Птицеводство (экологическо-санитарная обработка, удаление запаха, повышение качества кормов).
- Рыбный сектор (снижение бактерий в продукте, удаление запаха, продление срока хранения, санитарная обработка рабочих помещений).
- Мясо (снижение уровня микробов, наименьшее потеря веса, продление срока хранения).
- Зерновые культуры (борьба с основными насекомыми и грибковыми заболеваниями которые вызывают образование канцерогенных микотоксинов).
- Выдерживание сыра (контроль роста дрожжей, бактерий и грибков которые приводят к образованию плесени и микотоксинов).
Результат использования системы:
- цифровое управление в хранении фруктов и овощей;
- качественно новый уровень оборудования и автоматизации хранения;
- оригинальное программное обеспечение;
- сокращение расхода электроэнергии на хранение в несколько раз по сравнению с традиционными решениями;
- высокая эксплуатационная надежность и технически простая система управления;
- полная сохранность продукции с низкими затратами;
- гарантия соблюдения нормативных параметров вентилирования и микроклимата;
- тщательный учет особенностей хранилища, биологии и целевого назначения объекта хранения;
- возможность раздельного регулирования условий хранения в многосекционных хранилищах;
- комфортные условия работы в хранилище;
- техническая поддержка, сопровождение, обучение.
Сравнительный анализ существующих систем и предлагаемого оборудования НеоТиОН.
| Известные технологии хранения | ||
| Наименование | Технологические параметры | Применяемое оборудование |
|
|
|
|
|
Конвертер этилена состоит из двух колонн, каждая из которых имеет нагревательное устройство, каталитический преобразователь, нагревательные элементы и вентилятор. Попеременно в каждую колонну попадает холодный воздух из камер, а затем нагревается. В дальнейшем, воздух проходит через каталитический преобразователь, где этилен разлагается. Наконец, воздушный поток попадает во второй каталитический преобразователь. Здесь оставшийся этилен разлагается, и воздух снова остывает.
|
| Разработанная технология хранения ООО "НеоТиОН" и ООО "НПЦ Европрибор" | ||
|
|
Нейтрализатор состоит из вентилятора, блока УФ ламп и фотокаталитического фильтра.
Нейтрализатор не требует нагрева и работает при минусовых температурах.
|
Справка на европейские/мировые исследования, анализ аналогов.
В мире выпускают конвертеры этилена для хранения плодоовощной продукции, которые можно разделить на три группы по принципу разложения этилена:
1 группа: Каталитическое разложение (термокатализ).
Конвертер этилена компании Besseling состоит из двух колонн, каждая из которых имеет нагревательное устройство, платино-паладиевый каталитический преобразователь, нагревательные элементы и вентилятор. Попеременно в каждую колонну попадает холодный воздух из камер (0- 40С), а затем нагревается до температуры 200-2500 С. В дальнейшем, воздух проходит через каталитический преобразователь, где этилен разлагается. Наконец, воздушный поток попадает во второй каталитический преобразователь. Здесь оставшийся этилен разлагается, и воздух снова охлаждается от температуры 200-2500 С до 0-40 С.Производительность от 2 до 2400м3/час.
Мощность от 0,6 до 15,5кВт.
Размеры от 750х625х2000мм до 5550х1550х1800мм.
Вес от 250кг до 5320кг .Недостатки:
- Очень высокая энергоемкость 0,0065кВт/м3 (обусловлена необходимостью нагрева до 2500С охлажденного до температуры 40С воздуха из овощехранилища и затем его охлаждения для закачивания в овощехранилище). Затраты на каталитическую очистку этилена соизмеримы с затратами на охлаждения воздуха в хранилище.
- Требуется установка вне помещения овощехранилища в специальном помещении.
- Большой вес.
- Большие габариты.
2-я группа: Химическое поглощение перманганатом калия.
Химический поглотитель этилена TYPHOON может снизить вредные количества этиленового газа, прогоняя воздух через слой гранулированного продукта на основе перманганата калия, называемого PURETHYL. TYPHOON используется для хранения тех фруктовых и овощных продуктов, которые очень чувствительны к этилену.
Производительность от 500 до 700м3/час.Мощность от 0,08 до 0,12кВт.
Размеры 800x320x830.
Вес 70кг.
Недостатки:
- Энергоемкость 0,0002кВт/м3.
- Требуется постоянное обслуживание с заменой кассет с перманганатом калия.
- Ограниченное применение.
3-я группа: Разложение озоном.
BioTurbo использует озон для разрушения этилена и летучих патогенных бактерий. Существует 4 модели системы BioTurbo. Производительность от 100 до 6000м3/час.
Недостатки:
- Требуется постоянная замена воздушных фильтров и плат озона раз в году (в случае, если воздух очень пыльный, воздушные фильтры потребуют более частой замены).
- В большой концентрации озон раздражает глаза и дыхательную систему.
Высокая окисляющая способность озона и образование во многих реакциях с его участием свободных радикалов кислорода определяют его высокую токсичность. Озон отнесён к первому, самому высокому классу опасности вредных веществ. Постоянное озонирование плодоовощной продукции вызывает преждевременное её разложение и разрушение.
При использовании системы для хранилищ овощей, фруктов, ягод, цветов НеоТиОН на основе фотокатализа:
- продлевается срок хранения и реализации продукции;
- устраняется этилен;
- уничтожаются бактерии;
- предотвращается рост плесени и грибков;
- сокращаются потери, связанные с перезреванием и гниением продукции;
- снижается перекрестное заражение продукции;
- снижается потеря веса продукции;
- сохраняется товарный вид и естественный цвет продуктов;
- удаляются посторонние запахи в овощехранилищах, транспортных средствах или бытовых холодильника.
- увеличивается прибыль за счет минимизации «брака»;
- простота в использовании и экономичность.
Преимущества использования системы НеоТиОН перед существующими системами:
- Значительно более низкое энергопотребление 0,00005кВт/м3 (в 130 раз меньше чем конвертер этилена компании Besseling).
Мощность от 0,01кВт до 0,5кВт.- Производительность от 10 до 10000м3/час.
- Габариты от 50х200х40мм 650х650х500мм.
- Вес до 0,2 кг до 20кг.
- Одна ступень очистки.
- Не требуется нагрева и замены катализатора.
- Не требуется установки дополнительных фильтров.
- Устанавливается непосредственно в помещениях овощехранилища.
- Система универсальна в применении:
- для больших складских помещений до 6000 тыс.м3;
- для холодильников до 1000 м3;
- для переносных резервуаров и рефрижераторов до 300 м3;
- для транспортировки плодоовощной продукции на дальние расстояния (системы компактны и могут использоваться в транспортных рефрижераторах и морских контейнерах);
- для холодильных витрин в магазинах;
- для хранения рыбы и морепродуктов – поглощает запахи из камеры и консервирует цвет и запах морепродуктов, ингибирует развитие и размножение микроорганизмов;
- для транспортировки мясных туши тушек птицы;
- для бытовых холодильников.
