Исследование воздействия СВЧ электромагнитного поля на микрофлору и насекомых какао-порошка

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исследование воздействия СВЧ электромагнитного поля на микрофлору и насекомых какао-порошка

Путько Валерий

Аннотация

Установлены наиболее эффективные частоты электромагнитного поля для уничтожения насе-комых какао-порошка. Выбраны оптимальные параметры внешнего физического воздействия на микрофлору и насекомых какао-порошка, что позволило при минимальных затратах более чем в 2 раза снизить заселенность продукта бактериями и плесенью, а также уничтожить насекомых.

Ключевые слова: бактерии, мезофильные аэробные, факультативно-анаэробные, плесневые грибы, какао-порошок, электромагнитное поле, СВЧ.

Качество какао-порошка зависит от степени заражения микроорганизмами и насеко-мыми данной продукции. При исследовании какао-порошка и изделий из какао были обнару-жены мезофильные аэробные и факультативно-анаэробные бактерии, колиформные бактерии, плесневые грибы, бациллы (аэробные спорообразующие), сальмонеллы [1]. Среди насекомых поражающих данную продукцию выявлены огневка, долгоносики, рыжие мукоеды.

Помимо термических и химических методов для понижения заселенности бактериями и насекомыми может быть использовано: гамма, рентгеновское, ультрафиолетовое воздействие, электрическое поле высокого напряжения, коронный разряд, градиентное магнитное поле, озон, СВЧ электромагнитное поле [2-6].

Целью нашей работы являлось изучение воздействия СВЧ электромагнитного поля на микрофлору и заселенность насекомыми сельхозпродукции.

Задачи исследования:

Подготовить три экспериментальные установка (исследовательский СВЧ-комплекс на час-тотах от 8 до 12 ГГц, от 12 до 18 ГГц, от 25 до 38 ГГц).

Осуществить внешнее физическое воздействие на микрофлору и насекомых какао-порошка.

Экспериментальная часть

Исследование воздействия СВЧ электромагнитного поля поводили в трех диапазонах частот (7.8-12.5 ГГц - трехсантиметровый диапазон (далее «3СМВ»), 12.05-17.44 ГГц - двухсантиметровый диапазон (далее «2СМВ»), 25.5-37.5 ГГц - миллиметровый диапазон (далее «ММВ»). Проводили воздействие СВЧ электромагнитного поля в трехсантиметровом диапазоне частот 7.8-12.5 ГГц в течение 1, 5 и 10 минут. Проводили посев микрофлоры и подсчет насекомых какао-порошка.

Посев микрофлоры какао-порошка и подсчет насекомых был осуществлен непосредственно перед исследованием, а также после каждого времени экспозиции. После посева микрофлоры были обнаружены мезофильные аэробные и факультативные анаэробные микроорганизмы (МАФАнМ) и плесневые грибы. После исследования видового состава насекомых обнаружены огневка, долго-носики, рыжие мукоеды.

Функциональные схемы экспериментов приведены на рис. 1-3, на которых однотипные эле-менты отмечены одинаковыми позициями.

В эксперименте использовали приборы:

а) панорамный измеритель коэффициента стоячей волны напряжения (КСВН) и ослаблений группы Р2 (далее - «измеритель»), включающий:

генератор качающейся частоты (ГКЧ), поз. 1 на рис. 1-3; индикатор, поз. 2; направленный детектор (НД) «падающая», поз. 3; направленный детектор (НД) «отраженная», поз. 4; согласованную нагрузку, поз. 5;

б) ваттметр микроволновых сигналов типа МЗ-51, включающий:

коаксиально-волноводный переход (КВП), поз. 9; термопреобразователь, поз. 10; индикатор ваттметра, поз. 11.

Рис. 1. Схема облучения испытуемого образца в диапазонах 3СМВ, 2СМВ (а) и в диапазоне ММВ (б): 1 - ГКЧ, 2 - индикатор, 3 - НД «пад.», 4 - НД «отр.», 5 - согласованная нагрузка, 6 - волновод с испытуемым образцом, 7 - рупорная антенна, 8 - испытуемый образец

Рис. 2. Схема измерения коэффициента стоячей волны (КСВ) коаксиально-волнового перехода (КВП) с термопреобразователем (а) и мощности в волновом тракте (б): 9 - КВП, 10 - термопреобразователь, 11 - индикатор ваттметра, остальные позиции расшифрованы на рис. 1

Рис. 3. Схема исследования частотных характеристик ослабления (а) и КСВ (б) волновода с испытуемым образцом; позиции расшифрованы на рис. 1

насекомое какао электромагнитное поле

Испытуемые образцы - цилиндрические полиэтиленовые трубки, заполненные порошком какао, с фиксированным для каждого частотного диапазона размерами: длиной l = 190 мм, диаметром d = 10 мм, толщиной стенок t = 0.5 мм.

Результаты и их обсуждение

Использование СВЧ электромагнитного излучения позволяет подавить развитие бакте-рий и насекомых в основном продукте без его повреждения. СВЧ-излучение обладает высо-кой проникающей способностью и не требует перемешивания обрабатываемого материала.

Избирательный резонансный характер воздействия СВЧ позволяет уничтожать конкрет-ные виды бактерий и насекомых, а также экономить электроэнергию при массовой обработке того или иного материала. Анализ СВЧ воздействия показывает, что резонансные частоты для насекомых и микроорганизмов находятся внутри диапазона СВЧ излучения, а резонансные частоты растений за его пределами.

Рис. 4. Воздействие электромагнитных полей СВЧ диапазона 8-37 ГГц на МАФАнМ какао-порошка при экспозиции 10 мин

Это позволяет использовать СВЧ излучение для избирательного уничтожения насеко-мых и бактерий без повреждения семян сельскохозяйственных культур.

Рис. 5. Воздействие электромагнитных полей СВЧ диапазона 8-37 ГГц на плесневые грибы какао-порошка при экспозиции 10 мин

При воздействии электромагнитных полей СВЧ диапазона 8-7 ГГц на МАФАнМ и плесневых грибов какао-порошка при экспозиции 10 мин наиболее эффективным с позиций дебактеризации оказалось электромагнитное воздействие с частотой 16 ГГц (рис. 4, 5). При такой обработке заселенность бактериями сокращается в 2.3 раза, а заселенность плесневыми грибами уменьшается в 4 раза.

Необходимо отметить, что при воздействии электромагнитных полей СВЧ диапазона 8-37 ГГц на МАФАнМ и плесневые грибы какао-порошка снижение роста бактерий происхо-дила также при частотах 15, 18 и 37 ГГц, а плесневых грибов - при частоте 13 ГГц.

При частоте 16 ГГц происходит сокращение количества и бактерий, и плесневых грибов, что свидетельствует о единообразном воздействии данной частоты. Усиление роста плесневых грибов отмечено при частоте 15 ГГц, а увеличение количества бактерий - при частотах 17 и 25 ГГц.

Таблица. Результаты экспериментальных исследований воздействия СВЧ электромагнитного поля на насекомых (экспозиция 5 мин)

Резонансный характер электродинамического «холодного» СВЧ воздействия проявляя-ется при совпадении собственной частоты колебаний мембраны клетки с частотой внешнего электромагнитного поля. При этом происходит нарушение мембранного транспорта вещества или даже разрушение самой мембраны клетки [6].

Наиболее эффективным с позиций уничтожения насекомых оказалось электромагнитное поле с частотами 15 и 16 ГГц (таблица). При таком воздействии в течение одних суток погиб-ли все насекомые, в то время как остальные насекомые, прошедшие обработку на других частотах оставались живы.

Выполненное исследование дало возможность установить оптимальные параметры внешнего физического воздействия на микрофлору и насекомых какао-порошка, что позво-лило, при минимальных затратах, более чем в 2 раза снизить заселенность продукта бакте-риями и плесенью, а также уничтожить насекомых.

Выводы

При воздействии электромагнитных полей СВЧ диапазона 8-37 ГГц на мезофильные аэробные, факультативно-анаэробные бактерии и плесневые грибы какао-порошка при экспозиции 10 мин наиболее эффективным с позиций дебактеризации оказалось электро-магнитное воздействие с частотой 16 ГГц. При такой обработке заселенность бактериями сокращается в 2.3 раза, а заселенность плесневыми грибами уменьшается в 4 раза.

Литература

1. Скокан Л.Е., Жарикова Г.Г. Микробиология основных видов сырья и полуфабрикатов в производстве кондитерских изделий. М.: ДеЛи принт. 2006. 148с.

2. Путько В.Ф., Исаков А.И., Калимуллин А.Н. Устройство для предпосевной обработки семян. Патент РФ 5037307/15. 1994. Бюл. №1. 10.01.96.

3. Потапенко И.А. и др. Способ обработки семян. Патент РФ от 28.03.2000.

4. Ляхова Р.Н., Свирщенко Е.А., Ляхов А.В. Использование поточной линии зерноочистительно-сушильного комплекса для предпосевной обработки семян в электрических полях. Электрификация и автоматизация сельхоз. производства: Сб. научных трудов. Ставрополь. 1984.

5. Андреев С.В. Биофизические методы в защите растений от вредителей и болезней. Л.: Колос. 1976. 168с.

6. Никулин Р.Н. Физические механизмы воздействия СВЧ-излучения низкой интенсивности на биологические объекты. Дис. … канд. физ.-мат. наук: Волгоград. 2004. 129с.

Размещено на Allbest.ru