КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 16-16-04038

НазваниеРазработка электрофизических технологий по обеспечению ветеринарной и биологической безопасности в птицеводстве

РуководительСоковнин Сергей Юрьевич, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уральский государственный аграрный университет", Свердловская обл

Период выполнения при поддержке РНФ 2019 г. - 2020 г. 

Конкурс Конкурс на продление сроков выполнения проектов, поддержанных грантами Российского научного фонда по приоритетному направлению деятельности Российского научного фонда «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований по поручениям (указаниям) Президента Российской Федерации» (исследования в области картофелеводства и птицеводства).

Область знания, основной код классификатора 06 - Сельскохозяйственные науки, 06-204 - Животноводство

Ключевые словаэлектрофизические технологии, ускорители электронов, наносекундный пучок электронов, высоковольтные импульсы, дезинфекция, излучение плазмы, птицеводство, яйцо, мясо птицы

Код ГРНТИ68.41.31


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
В результате реализации проекта «Разработка электрофизических технологий по обеспечению ветеринарной и биологической безопасности в птицеводстве» назначенные цели полностью выполнены: разработаны основы электрофизических технологий, применяемых на разных этапах технологического процесса производства птицы и яиц с целью обеспечения ветеринарной и биологической безопасности без использования токсичных расходных компонентов. Созданы предпосылки к созданию экологически и биологически безопасного производства в промышленном птицеводстве. К актуальным задачам (решаемым при продолжении проекта задачам), которые не были решены из-за недостатка времени и средств, а также возникшим в процессе реализации проекта можно отнести. Во-первых, необходимо исследовать влияние электрофизических технологий дезинфекции и санации на корма для птицы. Это позволит разработать основы технологии дезинфекции кормов в потоке воздуха, используя совместно действие как наносекундного электронного пучка (НЭП), так и активных форм кислорода (озон и т.п.). Решение этой проблемы позволит повысить биологическую безопасность и качество кормов в птицеводстве. Во-вторых, исследовать влияние электрофизических технологий дезинфекции НЭП и/или высоковольтными наносекундными импульсами (ВНИ) на жидкие продукты птицеводства (на примере меланжа), прежде всего на их качество. В-третьих, изучить возможность применения электрофизических методов для дезинфекции технологических жидкостей в промышленном птицеводстве, в том числе, жидкости в охлаждающих ваннах или камерах. Применение ВНИ, а также совместное действие ВНИ и НЭП для дезинфекции жидкостей обладает научной новизной и актуально. При использовании ВНИ для антимикробной обработки имеется проблема получения полной дезинфекции, тогда как поглощенная доза (ПД) для стерилизации НЭП зависит от начальной контаминации. Предварительная обработка ВНИ позволит снизить уровень начальной контаминации жидкостей на несколько порядков. Это даст возможность уменьшить ПД для стерилизации НЭП и соответственно, снизить воздействие НЭП на обрабатываемые продукты. Результаты исследований позволят разработать основы технологий дезинфекции в потоке меланжа и жидкости в охлаждающих ваннах. Кроме того, будут продолжены полномасштабные исследования на созданном экспериментальном макете (ЭМ) на основе ускорителя УРТ-0,5 с вакуумным диодом для двухстороннего облучения (ВДДО) и радиационно-устойчивом транспортере, которые позволят отработать в промышленных условиях основы технологии поверхностной дезинфекции куриного яйца наносекундным электронным пучком (НЭП), в том числе, непосредственно на птицеводческом предприятии. Для возможности размещения ЭМ на птицеводческом предприятии, его необходимо разработать и изготовить встроенную биологическую защиту. Особую актуальность решению этой задачи придает абсолютная научная новизна разработанной при реализации технологии поверхностной дезинфекции яйца (что подтверждает получение патента РФ). Основным достоинством технологии является облучение только поверхности яйца, при этом на содержимое яйца воздействует только паразитное тормозное излучение с ПД < 0,1Гр. Это позволяет не использовать маркировку знаком «радура» для столового яйца, а для инкубационного яйца позволяет избежать контаминации вылупившихся цыплят патогенной и условно-патогенной микрофлорой. Также будут продолжены работы по детальному изучению явления синергетического эффекта при совместной обработке НЭП и излучением из плазмы разряда высокого давления (ПРВД) в воздухе, впервые обнаруженного для определенных микроорганизмов в процессе выполнения проекта. Это позволит уменьшить ПД НЭП, что важно с экономической точки зрения, и снизить ПД от паразитного тормозного излучения. Кроме того, это позволит закрепить научный приоритет.

Ожидаемые результаты
Результаты исследования влияния электрофизических технологий дезинфекции на качество и свойства кормов для птицы позволят разработать основы технологии дезинфекции кормов в потоке воздуха, используя совместно действие как наносекундного электронного пучка (НЭП), так и активных форм кислорода (озон и т.п.). Решение этой проблемы позволит повысить биологическую безопасность и качество кормов в птицеводстве. Результаты исследования влияния электрофизических технологий дезинфекции жидкостей, в том числе пищевых, позволят создать основы технологий дезинфекции совместным действием ВНИ и НЭП, что позволит получить как научный приоритет в этом направлении, так и решить актуальные проблемы птицеводческой промышленности - основы технологии дезинфекции в потоке меланжа и жидкости в охлаждающих ваннах. Результаты изучения синергетического эффекта при совместной обработке НЭП и излучением из плазмы разряда высокого давления (ПРВД) в воздухе, впервые обнаруженного для определенных микроорганизмов в процессе выполнения проекта. Это позволит уменьшить поглощенную дозу НЭП, что важно как с экономической точки зрения, так и снизить ПД от паразитного тормозного излучения. Кроме того, это позволит закрепить научный приоритет. Будут разработаны основы промышленной технологии поверхностной дезинфекции куриного яйца наносекундным электронным пучком (НЭП), в том числе, в условиях птицеводческого предприятия, на созданном экспериментальном макете (ЭМ) на основе ускорителя УРТ-0,5 с вакуумным диодом для двухстороннего облучения (ВДДО) и радиационно-устойчивом транспортере. Это позволит в перспективе не использовать маркировку столового яйца знаком «радура», а для инкубационного яйца снизит вероятность контаминации вылупившихся цыплят патогенной и условно-патогенной микрофлорой. Полученные результаты и разработки позволят перейти на качественно новый уровень ресурсосберегающего производства биологически безопасных и полноценных продуктов питания. Все планируемые результаты будут обладать мировой новизной и патентной чистотой. При выполнении НИР планируется получить следующие научно-технические результаты: – промежуточные и заключительный отчеты; – методическая документация по проведению исследований объектов НИР (планы и методики экспериментов, результаты обработки данных, полученных при проведении экспериментов, опытные образцы катодов и системы измерения плотности тока); – заявки на получение правоохранных документов объектов интеллектуальной собственности.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2019 году
1.В процессе выполнения работ разработан и изготовлен экспериментальный макет (ЭМ) на основе ускорителя УРТ-0,5, с вакуумным диодом для двухстороннего облучения. Проведена сборка ЭМ, в том числе ускорителя УРТ-0,5М (Рис.1) и пульта управления ЭМ (Рис.2), проведены пуско-наладочные работы на ЭМ. Работы по изготовлению комплектующих выполнены в соответствии с созданной конструкторской документацией в опытном производстве ИЭФ УрО РАН, сборка ЭМ проведена в группе электротехнических технологий. В процессе проведения пусконаладочных работ выполнены следующие мероприятия. • Проверена проверка работы защитных блокировок ЭМ и помещения, где он установлен, а также работа световых табло, при этом установлено, что защитные блокировки работают штатно, при включении источника высокого напряжения (ИВН) загорается световое табло «Не входить! Излучение ». • Проверена работоспособность систем охлаждения масла и воды. При этом установлено, что: а) расход охлаждающей воды регулируется в указанном диапазоне (до 20 л/мин.); б) Скорость заливки трансформаторного масла в формирующий элемент составляет 8 минут, скорость слива масла составляет 10 минут. • Проверена работоспособность источника высокого напряжения, систем накала и запуска тиратрона. Установлено, что ИВН выдает напряжение до 40кВ, система накала тиратрона выдает напряжение 6,3В при токе накала 90А. Система запуска тиратрона выдает импульсы напряжения амплитудой 4кВ, длительностью 2 мкс и частотой до 100Гц. • Проверена работоспособность ЭМ на частоте 5 Гц электрическим и дозиметрическим способом. При этом установлено, что ЭМ работает штатно, ускоряющее напряжение составляет до 450кВ (Рис.3), поглощенная доза электронного пучка до 300Гр. • Проверена стабильность параметров ЭМ при частоте 10 Гц и 50 Гц электрическим способом в течение часа, а также эффективность систем охлаждения. Установлено, что ускоряющее напряжение в течение часа работы ЭМ изменяется при частоте 10Гц в диапазоне ±6%, а при частоте 50Гц в диапазоне ±10%. Температура охлаждающей воды составляла: 21 и 23 0С при частотах работы ЭМ 10 и 50Гц, соответственно. Температура трансформаторного масла составляла: 35 и 430С при частотах работы ЭМ 10 и 50Гц, соответственно. Температуре в помещении в процессе проведения работ составляла 200С). Проверена стабильность параметров ЭМ при частоте 50 Гц и 200 Гц электрическим способом в течение часа, а также эффективность систем охлаждения. Установлено, что ускоряющее напряжение в течение часа работы ЭМ изменяется при частоте 50Гц в диапазоне ±10%, а при частоте 200Гц в диапазоне ±12%. Температура охлаждающей воды составляла: 23 и 25 0С при частотах работы ЭМ 50 и 200Гц, соответственно. Температура трансформаторного масла составляла: 43 и 480С при частотах работы ЭМ 50 и 200Гц, соответственно. Температуре в помещении в процессе проведения работ составляла 200С). Измерение параметров ЭМ электрическим методом измерения проводилась на осциллографе Tektronix TDS 314. Для измерения поглощенной дозы электронного пучка применялись пленочные детекторы поглощенной дозы СО ПД (Ф)-5(150) ГСО Госреестр 4447-88. Снятие показаний выполнялось на денситометре ДП-1. Проведены исследования работы металлокерамического катода большого размера (до 400мм) на высокой частоте (более 100Гц). Для получения электронного пучка большой ширины (до 400 мм) был использован МК катод из нескольких МК пластин большого размера (30×18 мм2), размещённых в едином корпусе . Пластины крепились вдоль корпуса длинной стороной в держателях. Была достигнута неравномерность распределения плотности тока пучка электронов(ПТПЭ) ~15 % , при этом вылет пластин за срез градиентного электрода составлял 10 мм. Однако наблюдалась деградация эмиссионной способности МК катода (снижение поглощенной дозы) при длительной работе ускорителя УРТ-1М на частоте 30 Гц. Было установлено, что это связано с влиянием глубины вакуума на работу МК пластин. Замена насоса АВР-150 (вакуум ~10-1 Па) на АВДМ-160 (вакуум ~10-2 Па) позволила уменьшить скорость снижения дозы примерно на порядок. Первоначально использовалась конструкция катодов с корпусами прямоугольной формы с закругленными углами. При длительной работе на высоких частотах (более 50Гц) это приводило к эмиссии с углов корпусов, нагреву этих мест и появлению нагара. От этого эффекта удалось избавиться путем изменения конструкции корпусов катода, а также конструкции держателей МК пластин, при этом при длительной работе на высоких частотах нагар стал распределяется более равномерно по всему корпусу катода, кроме зон напротив МК пластин. 2.Проведены исследования по обработке меланжа с использованием наносекундных ускорителей электронов и генераторов высоковольтных импульсов. Для реализации способа был создан макет, содержащий генератор ГВИ-150 и камеру обработки жидкости. Коаксиальная камера обработки жидкости состоит из внешней трубы (внешнего электрода, диаметром 56 мм) и внутреннего электрода (диаметром 40 мм), в зазоре между которыми будет протекать обрабатываемая жидкость. Электроды разделены изолятором. Внешняя труба оснащена патрубками для ввода и выхода жидкости. Длина камеры составляла 220мм. Высоковольтные импульсы подается на внутренний электрод, при этом напряженность электрического поля в зазоре составляет ≥25кВ/см. Обрабатываемая в камере обработки жидкость может содержать растворенные газы, что приводит к образованию газовых пузырьков как в объеме самой камере обработки, так и в трубопроводах, по которым обрабатываемая жидкость поступает в камеру обработки. Вероятность образования газовых пузырьков возрастает с увеличением скорости движения по трубопроводам и температуры обрабатываемой жидкости. Поскольку электрическая прочность газа в пузырьках существенно ниже электрической прочности обрабатываемой жидкости, возможно возникновение нежелательных разрядов в пузырьках. Для предотвращения этого жидкость пропускается через камеру обработки под повышенным давлением. Давление находилось в диапазоне 0,2-3 атм. При этом скорость движения обрабатываемой жидкости ограничивается подбором величины повышенного давления, для исключения перехода от ламинарного к турбулентному режиму потока, и может быть задаваться в диапазоне 3-11 мл/сек [M.E. Balezin, M.V. Blinova, Yu.A. Kotov, S.Yu. Sokovnin // Method Of Antimicrobial Liquid Processing / Изв. вузов. Физика.-2006.-№11. Приложение. –С. 467-469.]. Пастеризованный меланж промышленного производства контаминировали культурами Staphylococcusaureus и Escherichiacoli, инкубировали до достижения следующих показателей микробной обсемененности (ОМЧ) свыше 5,1*106 по стафилококку и свыше 1,1*106 по кишечной палочке. Далее опытные пробы меланжа обрабатывали на установках УРТ-0,5 [Sokovnin, S. Yu., Balezin, M. E., Improving the Operating Characteristics of an URT-0.5Accelerator. Instrum. and Exper. Techn., V. 48, No. 3, 2005, pp. 392–396] и ГВИ-150 [С.Ю. Соковнин // Наносекундные ускорители электронов для радиационных технологий / - Екатеринбург: Уральский ГАУ. 2017. 348с. ISBN: 978-5-7691-2494-5] по отдельности и сочетано. Диапазон дозовых нагрузок НЭП на пробы меланжа составлял от 5 кГр до 20 кГр, воздействие НВИ осуществляли в двух режимах частоты: среднем (160 Гц) и максимально (315 Гц). После обработки проводили микробиологическое исследование проб: в опытных определяли остаточную микробную обсемененность по Staphylococcusaureus и Escherichiacoli, в контрольных – исходную микробную обсемененность по Staphylococcusaureus и Escherichiacoli.Проводили две линии исследований, каждая проба исследовалась в двух параллелях. Установили, что в целом, обработка импульсом ускоренных электронов показала большую эффективность нежели воздействие НВИ для S.aureus и для E.coli. При этом выраженная дозозависимая динамика при воздействии НЭП была обнаружена только для E.coli, с увеличением поглощенной дозы до 20 кГр ОМЧ уменьшилось более чем в 2,5 раза. При совместной обработке ускоренными электронами и высоковольтными импульсами установили синергический эффект для следующих комбинаций: S.aureus - НВИ максимальное и НЭП 20 кГр; НВИ максимальное и НЭП 5 кГр; НВИ среднее воздействие и НЭП 20 кГр; НВИ среднее воздействие и НЭП 5 кГр. При этом выраженность синергетического эффекта была наибольшей для сочетания среднего воздействия НВИ и 5 кГр НЭП, а наименьшей - для сочетания максимальных воздействий как НВИ, так и НЭП. Данный факт, предположительно, связан с суперпозицией двух биохимически опосредованных факторов повреждающего действия для клеточных мембранных структур. В целом, по результатам проведенных экспериментов наибольшей бактерицидной эффективностью по отношению к золотистому стафилококку обладала именно комбинация умеренного воздействия НВИ + НЭП с поглощенной дозой 5 кГр. Анализ остаточной микробной обсемененности проб меланжа кишечной палочкой показал, что синергетическим эффектом обладали следующие комбинации воздействия: НВИ максимальное и НЭП 20 кГр; НВИ максимальное и НЭП 5 кГр; НВИ среднее воздействие и НЭП 5 кГр. Наиболее выраженный бактерицидный эффект по отношению к кишечной палочке в целом по результатам проведенных экспериментов также выявили для среднего уровня воздействия высоковольтными импульсами при поглощенной дозе НЭП 5 кГр. Таким образом, тенденция максимальной эффективности умеренного воздействия при комбинированной обработке НВИ и НЭП обнаружена как для штаммов золотистого стафилококка, так и для кишечной палочки, что указывает на наличие синергетического эффекта в этом диапазоне дозовых нагрузок. Оценка эффективности бактерицидного и бактериостатического действия НЭП и НВИ проводилась на основе анализа ряда микробиологических показателей, таких как остаточная обсемененность, скорость роста колоний микроорганизмов, количество атипичных форм, потеря способности ферментировать компоненты питательных сред. Показатель определяли в баллах по шкале от нуля (нет изменений по сравнению с контролем) до пяти баллов (максимальная эффективность, гибель всех микроорганизмов «под лучом», нулевая остаточная обсемененность и отсутствие роста на питательных средах). При анализе результатов исследований установили, что в среднем минимальной эффективностью обладало умеренное воздействие высоковольтными импульсами, а максимальной – сочетанное воздействие НВИ средней мощности и НЭП с поглощенной дозой 5 кГр. По результатам проведенных исследований установлено, что синергетический эффект от совместного использования высоковольтных импульсов и импульсов ускоренных электронов находился в диапазоне умеренных воздействий как для золотистого стафилококка, так и для кишечной палочки. В остальных сочетаниях синергия была выражена в меньшей степени, а определяющим фактором бактерицидного действия являлся НЭП. Проведенные исследования основных физико-химических показателей меланжа до и после обработки НЭП и НВИ не выявили статистически значимых различий по всем показателям. 3.Проведены исследования по обработке кормов с использованием наносекундных ускорителей электронов. Проводили исследование влияния электрофизической технологии дезинфекции – санирующей обработки наносекундным электронным пучком на микробную обсемененность корма для птицы. Использовали сыпучие корма и премиксы промышленного производства из числа наиболее часто используемых на птицефабриках в регионе. Пробы кормов были разделены на опытные и контрольтные группы. Опытные партии кормов подвергали обработке НЭП на ускорителе УРТ-1 [S.Yu. Sokovnin, M.E. Balezin, Repetitive Nanosecond Electron Accelerators type URT-1 for radiation technology, Radiation Physics and Chemistry. V. 144, 2018, pp. 265-270. https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2017.08.023] с поглощенной дозой 2, 6, 12 и 20 кГр. Контрольные образцы находились в тех же условиях, что и опытные, но не подвергались какому либо электрофизическому воздействию, не обрабатывались ускоренными электронами. Исследование проводили в двух линиях. Далее выполняли микробиологическое исследование проб корма – определяли общее микробное число, проводили идентификацию микроорганизмов, оценивали характер роста микроорганизмов. Микробиологический анализ выполняли в двух параллелях. Установили, при обработке НЭП в дозе 2 кГр отмечается снижение микробной обсемененности в среднем в 17 раз . При поглощенной дозе свыше 12 кГр отмечали полную элиминацию Enterobacterspp. из образцов корма и частичную элиминацию E.coli. Для кишечной палочки стерилизующий эффект установили при поглощенной дозе 20 кГр. Проведенные исследования основных физико-химических показателей кормов до и после обработки НЭП не выявили статистически значимых различий по всем показателям. 4. Получены новые результаты по синергетическому эффекту при совместной обработке наносекундным электронным пучком и излучением из плазмы разряда высокого давления в воздухе. Установлено, что при совместной обработке ускоренными электронами и плазмой наиболее выраженное угнетение роста микроорганизмов E.coli in vitro при поглощенных дозах НЭП 2 и 6 кГр в сочетании с действием плазмы в течение трёх и шести минут.

 

Публикации

1. Вазиров Р.А., Соковнин С.Ю., Агданцева Е.Н., Цмокалюк А.Н., Балезин М.Е. EPR measurement of radiation treated chicken eggs AIP Conference Proceedings. Physics, Technologies and Innovation (PTI-2019), 2174, 020186 (2019) (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1063/1.5134337

2. Вазиров Р.А., Соковнин С.Ю., Мусихина Н.Б., Моисеева К.В. Surface irradiation of hatching eggs with nanosecond electron beam before incubation for stimulation Proceedings of the International Scientific and Practical Conference “Digital agriculture - development strategy” (ISPC 2019), Advances in Intelligent Systems Research, volume 167, pp 482-485 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.2991/ispc-19.2019.108

3. Соковнин С., Тимошенкова О., Вазиров Properties of hens’ eggs after surface irradiation by nanosecond electron beam International Scientific and Practical Conference “Digital agriculture - development strategy” (ISPC 2019), Advances in Intelligent Systems Research V. 167, pp. 476-481 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.2991/ispc-19.2019.107

4. Соковнин С.Ю., Балезин М.Е., Вазиров Р.А., Тимошенкова О.Р., Кривоногова А.С., Исаева А.Г., Донник И.М. Properties of hens’ eggs after surface irradiation by nanosecond electron beam Radiation Physics and Chemistry, Radiation Physics and Chemistry 165 (2019) 108398 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2019.108398

5. - Уральские ученые предложили облучать яйца, чтобы не увлекаться антибиотиками российское информационное агентство Новый день, 11.10.19 (год публикации - )

6. - Облучение электронами продезинфицировало куриные яйца ТАСС, 11.10.19 (год публикации - )

7. - Уральские ученые предложили использовать нанотехнологии для дезинфекции яиц Уральский рабочий, 11.10.19 (год публикации - )

8. - На Урале предложили облучать куриные яйца для защиты от сальмонеллы Российская газета, 11.10.19 (год публикации - )

9. - Ученые предложили облучать яйца электронами для дезинфекции Новости всемирной сети, 11.10.19 (год публикации - )

10. - Ученые предложили облучать яйца электронами для дезинфекции Тайгаинфо, 14.10.19 (год публикации - )

11. - Новый способ обработки яиц придумали уральские учёные Вести. Урал, 11.10.19 (год публикации - )


Аннотация результатов, полученных в 2020 году
1. Результаты исследования влияния электрофизических технологий дезинфекции на жидкие среды в птицеводстве (на примере технологических жидкостей) на ускорителе УРТ-0,5 и генераторе ГВИ-150.. В рамках проекта были проведены исследования двух электрофизических способов дезинфекции технологической жидкости с использованием импульсов ускоренных электронов (НЭП) и высоковольтных наносекундных импульсов (ВНИ). В качестве модели в эксперименте была взята вода из системы окончательного охлаждения тушек цыплят-бройлеров птицеводческого предприятия. Технологическая вода транспортировалась и хранилась в стерильных условиях при температуре +4°С, далее подвергалась обработке НЭП с разной поглощенной дозой (ПД) либо воздействию ВНИ в двух режимах. Обработку проводили на ускорителе электронов УРТ-1, энергия электронов 1 МэВ, ПД от 5 до 15 кГр. Обработку образцов жидкости ВНИ проводили на генераторе ГВИ-150, режимы обработки: 1 – 160 Гц и 2 – 315 Гц. Перед началом электрофизической обработки отбирали контрольные пробы жидкости для микробиологического анализа. После обработки опытные пробы жидкости вместе с контрольными в течение 30 мин в одинаковых условиях доставляли в лабораторию для выполнения исследований. Микробиологический анализ выполняли посевом на стандартные питательные среды с последующим инкубированием, подсчетом общего микробного числа, выделением чистых культур и идентификацией микроорганизмов в соответствии с действующими методиками «Методические рекомендации. Методы бактериологического исследования условно-патогенных микроорганизмов в клинической микробиологии». Было установлено, что обработка слоя жидкости с толщиной 2-2,5 мм НЭП приводила к уменьшению бактериальной обсемененности, причем интенсивность снижения ОМЧ имела дозозависимый характер. Контрольные пробы, отобранные перед началом воздействия НЭП, имели среднее ОМЧ 1,47* 105. При поглощенной дозе НЭП 5 кГр общее микробное число опытных образцов в среднем снижалось в 1,2 раза; при дозе 10 кГр – в 1,5 раза; при поглощенной дозе 15 кГр – в 2,5 раза (Рис 1.). При обработке технологической жидкости ВНИ выявлена тенденция к снижению бактериальной обсемененности, однако уменьшение ОМЧ было менее выраженным. Дезинфицирующего действия НВИ во 2м режиме (315 Гц) было эффективенее, в опытных образцах жидкости наблюдали снижение ОМЧ в среднем более, чем в 1,5 раза по сравнению с контролем (Табл. 1.). Режим же 1 приводил к слабому снижению микробной обсемененности (уменьшение ОМЧ в 1,2 раза по сравнению с контролем). Таким образом, было установлено, что электрофизические методы НЭП и ВНИ способны снижать микробную обсемененность жидкости, что позволяет в перспективе использовать их для дезинфекции оборотной воды системы окончательного охлаждения тушек после убоя. Повышение эффективности дезинфекции лежит в области дальнейшего технологического и аппаратного усовершенствования методики. 2. Результаты исследования электрофизической дезинфекции сыпучих кормов для птицеводства с использованием разных режимов обработки НЭП. Для исследования эффективности электрофизической дезинфекции птицеводческих кормов использовали корма для бройлеров: ПК-5 «Старт» и ПК-6 «Финиш» (ГОСТ 18221-2018 Комбикорма полнорационные для сельскохозяйственной птицы.Общие технические условия). Входящие в состав ПК-5 и ПК-6 компоненты являются благоприятной питательной средой для развития для бактерий, дрожжей и плесневых грибов, что при нарушении условий и сроков хранения приводит к быстрой порче кормов. Использование пораженного микроорганизмами корма не допускается, так как может вызвать заболевания, отравления цыплят и их гибель. Разработка способов дезинфекции кормов позволит минимизировать процесс порчи кормов, увеличить сроки хранения и повысить их качество и безопасность. Образцы кормов ПК-5 и ПК-6 были отобраны из бункера-хранилища на птицеводческом предприятии, далее экспонировались в течение 14 суток в стерильных лабораторных условиях в регламентированных условиях (температура 20С, влажность 50%). Затем образцы кормов были разделены на опытные и контрольные партии, опытные были обработаны ускоренными электронами на ускорителе УРТ-1, ПД составили 5, 10 и 15 кГр. После обработки НЭП был проведен микробиологический и физико-химический анализ образцов. Микробиологические исследования выполняли посевом на стандартные питательные среды с последующим инкубированием, подсчетом общего микробного числа, выделением чистых культур и идентификацией микроорганизмов в соответствии с действующими методиками «Правила бактериологического исследования кормов», ГОСТ Р 51426-2016 «Микробиология. Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Анализ микрофлоры контрольных образцов кормов показал достаточно высокий уровень обсеменности. Микроорганизмы в пробах ПК-6 были представлены Candida albicans, Bacillus subtilis, Penicillium spp., в пробах ПК-5 помимо C. albicans, B.subtilis, Penicillium spp., обнаруживали еще Enterococcus faecium, Aspergillus spp. Более высокие значения микробной обсемененности образцов ПК-5 (среднее ОМЧ образцов 2243 КОЕ/г) по сравнению с ПК-6 (1157 КОЕ/г), предположительно, связаны с большей длительностью хранения данной партии на птицеводческом предприятии. В результате исследований установили, что при воздействии НЭП в дозе 5 кГр средняя микробная обсемененность корма уменьшилась в 19-25 раз, при этом доля стерильных проб составила более 60%. Обнаруженные в контрольных пробах Bacillus subtilis, Enterococcus faecium, Aspergillus spp., в образцах, обработанных НЭП с поглощенной дозой 5 кГр и выше не выявили. Из 40% образцов, проявивших после воздействия НЭП признаки микробного роста, высевали Aspergillus spp., Penicillium spp., Candida albicans. При поглощенной дозе 10 кГр в некоторых образцах обнаруживали только Candida albicans, встречавшуюся в единичных количествах. При поглощенных дозах свыше 10 кГр рост микрофлоры отсутствовал. Наименее устойчивыми к действию НЭП были бактерии Bacillius, Enterococcus, а также представители плесневых грибов Aspergillusspp. Наиболее устойчивыми – дрожжеподобные грибки Candidaalbicans . При этом, жизнеспособные формы в кормах, обработанных НЭП с поглощенной дозой свыше 5 кГр, выявляли только в плотно расположенном, скомкованном материале. В пробах, где корм был расположен рыхло, рост микроорганизмов отсутствовал, что свидетельствовало о нахождении стерилизующей дозы воздействия НЭП в области 5 кГр. При достижении более равномерной обработки частиц корма, например, при воздействии НЭП на струю сыпучего материала, стерилизующая доза может быть снижена. 3. Результаты изучения явления синергии при совместной обработке НЭП и излучением из ПРВД в воздухе на примере сыпучих птицеводческих кормов. В рамках изучения синергетического эффекта при сочетании воздействия НЭП и излучения плазмы проводили обработку образцов птицеводческих кормов ПК-5 и ПК-6. Поглощенные дозы НЭП находились в диапазоне 0-20 кГр, обработку каждого образца излучением плазмы разряда в газе высокого давления (ПРВД) выполняли в течение 3 минут на частоте 316 Гц. Далее выполняли микробиологические исследования образцов с определением общего микробного числа, выделением и идентификацией микроорганизмов. Физико-химический анализ был выполнен для контрольных образцов кормов, и образцов, подвергнутых максимальным воздействиям НЭП и ПРВД. Было установлено что, при воздействии на образцы кормов ПК-5 и ПК-6 только излучением плазмы, без применения НЭП, общая микробная обсемененность снижалась в 2,5-4,5 раза по сравнению с контрольными образцами, однако при этом оставалась сравнительно высокой. Обработка ускоренными электронами имела более выраженный бактерицидный эффект, чем монообработка ПРВД. При сочетании методов НЭП и ПРВД установили, что средние значения общего микробного числа кормов были ниже, чем при монообработке НЭП в тех же дозах. Так, при поглощенной дозе НЭП 5 кГр среднее значение ОМЧ составляло 113 КОЕ/г для ПК-5 и 46 КОЕ/г для ПК-6, а при совместном действии ПРВ и НЭП (та же доза) - ОМЧ составляло 52 КОЕ/г и 6 КОЕ/г соответственно (Табл. 2) Верхний предел диапазона стерилизующих доз при сочетанном воздействии НЭП и ПРВД лежал в области 12-15 кГр - так же, как при монообработке НЭП (Табл. 1и 2.). Нижний предел был более зависим от метода воздействия: при сочетании ПРВД и НЭП с дозой 5 кГр средняя микробная обсемененность корма уменьшилась в 43 раза для ПК-5 и более чем в 380 раз для образцов ПК-6. При этом доля стерильных проб кормов при монообработке НЭП 5 кГр составляла 60%, а при сочетанном действии НЭП в той же дозе и ПРВД – 85% для ПК-5 и 90% для ПК-6. Из образцов корма, в которых после сочетанной обработки отмечали рост микроорганизмов, выделяли преимущественно Candida albicans (Табл.4). В двух пробах был выявлен рост Penicillium spp. Результаты физико-химических исследований образцов кормов, подвергнутых максимальному воздействию НЭП и ПРВД, показали, что по показателям массовой доли влаги, сырого протеина, сырого жира, кислотного числа и перекисного числа ухудшения качества образцов не происходило. Максимальные допустимые значения влажности птицеводческих кормов в соответствии с ГОСТ 18221-2018 составляют: для крупки (ПК-5) 14%, для гранул (ПК-6) 13,5%. Массовая доля влаги в образцах обработанного корма уменьшалась в среднем на 2,0-2,5%. Снижение влажности кормов являлось положительным сопутствующим фактором электрофизической обработки. Колебания доли сырого протеина в опытных образцах относительно контрольных составляли менее 1,25%, при этом отклонения выявляли как в сторону увеличения, так и в сторону снижения показателя. Взаимосвязи между содержанием сырого протеина в образцах корма и электрофизическим воздействием установлено не было (рис . 7, 8). Динамика кислотного числа жира носила более выраженный характер. Разница показателей между контрольными образцами кормов и опытными, подвергнутыми действию НЭП с поглощенной дозой 20 кГр и излучения ПРВД в течение 3 минут, составила для ПК-6 в среднем 4% в сторону увеличения. У образцов ПК-5 наблюдали снижение на 10,2% по сравнению с контролем. Снижение кислотного числа жира, предположительно, связано с уничтожением бактерий в образцах корма и прекращением бактериального ферментирования жиров. Среднее значение перекисного числа по образцам корма ПК-6, обработанным НЭП (20 кГр) и ПРВД (3 мин) составило 0,20% I2, контрольных образцов ПК-6 – 0,29% I2. Контрольные образцы ПК-5 по данному показателю превышали максимальное нормативное значение. Однако после обработки НЭП и ПРВД перекисное число составляло уже 0,27% I2, что соответствует норме. Таким образом, было установлено, что показатели перекисного числа в обработанных НЭП и ПРВД в опытных пробах кормов ПК-6 выявили снижение среднего перекисного числа в 1,4 раза; в пробах ПК-5 – в 1,7 раза. Данный факт связан, предположительно, с прекращением процессов бактериального ферментирования кормов, что является положительным результатом электрофизической обработки. Разработан проект промышленного комплекса для дезинфекции на основе экспериментальной модернизированной установки УРТ-0,5М для птицеводческого предприятия со встроенной биологической защитой из свинца производительность 430 000 яиц в смену при стоимости облучения около 10 коп. /яйцо. На основе полученных данных составлена и отправлена заявка на патент РФ по дезинфекции меланжа, написана заявка на патент РФ по дезинфекции кормов для птицы. Разработан проект промышленного комплекса для дезинфекции на основе экспериментальной модернизированной установки УРТ-0,5М для птицеводческого предприятия со встроенной биологической защитой из свинца производительность 430 000 яиц в смену при стоимости облучения около 10 коп. /яйцо. На основе полученных данных составлена и отправлена заявка на патент РФ по дезинфекции меланжа, написана заявка на патент РФ по дезинфекции кормов для птицы.

 

Публикации

1. Вазиров Р.А., Соковнин С.Ю., Агданцева Е.Н., Цмокалюк А.Н. Radiation-Induced Electronic Paramagnetic Resonance Signal for Monitoring Radiation Processing of Food Products 7th International Congress on Energy Fluxes and Radiation Effects (EFRE).19th International Conference on Radiation Physics and Chemistry of Condensed Matter - Tomsk, 2020, pp 956-958 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.1109/EFRE47760.2020.9242007

2. Вазиров Р.А., Соковнин С.Ю., Романова А.С., Моисеева К.В. Analysis of radiation effects on chicken eggs and meat irradiated by nanosecond electron beams International Scientific and Practical Conference “From Inertia to Develop: Research and Innovation Support to Agriculture” (IDSISA 2020), E3S Web of Conferences 176, 03016 (2020) (год публикации - 2020)

3. С.Ю. Соковнин An electron beam technology of surface disinfection of the packed egg Food and Bioproducts Processing, 127, p.p. 276–281 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1016/j.fbp.2021.03.009

4. Соковнин С.Ю., Балезин М.Е. Metal–ceramic cathode for nanosecond electron accelerators Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, Volume 978, 21 October 2020, 164466 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.1016/j.nima.2020.164466

5. С.Ю. Соковнин, И.М. Донник, А.С. Кривоногова, И.А. Шкуратова, А.Г. Исаева, М.Е. Балезин, Р.А. Вазиров, П.С. Кривоногов , К.А. Моисеева, А.А. Баранова, Н.Б. Мусихина Способ поверхностной дезинфекции яйца -, № 2729813 (год публикации - )

6. - «ВЕСТИ-УРАЛ» ПРОДОЛЖАЮТ СЕРИЮ РЕПОРТАЖЕЙ, ПОСВЯЩЕННЫХ ЮБИЛЕЮ УРФУ Вести-Урал, 21.10.2020 (год публикации - )


Возможность практического использования результатов
Полученные в ходе выполнения результаты имеют хорошую возможность практического использования. Прежде всего модернизированный в ходе выполнения проекта ускоритель может быть использован для различных радиационных технологий в слоях толщиной до 0,3 г/см2, например для обработки пластических пленок или стерилизации жидкостей в потоке, в том числе пищевых, например молока. А также имеется возможность создания технологий поверхностной дезинфекции и дезинсекции кормов, прежде всего для птицы, и других скоропортящихся пищевых продуктов (плодов, ягод, специй). Серьезным потенциалом для применения обладают созданные основы технологии поверхностной дезинфекции яйца наносекундным электронным пучком (НЭП). Данная технология дезинфекции позволяет выполнять облучения только скорлупы и избежать облучения НЭП белка и желтка. Таким образом, обработанное по этой технологии яйцо не требует маркировки знаком «радура», другими словами не имеет ограничений по продаже населению. Одновременно, обработанное столовое яйцо сохраняет стерильность (при облучении в пластиковых контейнерах) в течение всего срока хранения (21 день), при этом исключается возможность распространения и передачи людям микроорганизмов-возбудителей инфекционных патологий, контаминирующих поверхность яйца. Например, стафилококков, энтеробактерий, сальмонелл и др., что имеет не только экономическое, но и эпидемиологическое, социальное значение. На основе полученных данных разработан проект промышленного комплекса для дезинфекции на основе экспериментальной модернизированной установки УРТ-0,5М для птицеводческого предприятия со встроенной биологической защитой из свинца производительность 430 000 яиц в смену при стоимости облучения около 10 коп. /яйцо. Кроме того, внедрение этой технологии в птицеводство, а именно проведение обработки яйца перед закладкой на инкубацию позволит не только поставить барьер на пути патогенных и условно–патогенных инфекций, но и повысить эффективность промышленного птицеводства. Прежде всего, за счет уменьшения инфицирования цыплят оппортунистическими микроорганизмами, контаминирующими скорлупу инкубационного яйца. Как следствие имеется возможность более эффективного набора веса птицей. Важно, что в ходе работ изучено действие различных видов ионизирующего излучения на микроорганизмы, что создает предпосылки для направленной разработки радиационных технологий дезинфекции пищевых продуктов в конкретных отраслях животноводства и птицеводства. Кроме того, найдены пути существенного снижения воздействия тормозного излучения на живые организмы, что важно не только в промышленном птицеводстве, но и в медицине, прежде всего радиационной терапии. Найденный синергетический эффект совместного воздействия НЭП и излучения из плазмы газового разряда создает потенциальную возможность снижение поглощенной дозы НЭП при поверхностной дезинфекции, что очень важно с точки зрения организации технологического процесса, ресурсосбережения, экономической эффективности и маркетинга, для борьбы с радиофобией. Полученные результаты по поверхностной дезинфекции куриных кормов создают предпосылки для разработки основ технологий увеличения сроков хранения и их повышения безопасности для бройлеров. Причем совместная обработка НЭП и излучения из плазмы газового разряда позволяет снизить уровень поглощенных доз для стерилизации, а значит и любые воздействия излучения на корма.