Поэтому одним из перспективных и экологически чистых направлений решения этих проблем является предпосевная обработка семян и растений озоном. В методических рекомендациях «Технология предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур озоно-воздушной смесью», утвержденных Министерством аграрной политики Украины и Украинской академией аграрных наук в октябре 2004 г., приводятся различные методики, методы и эффективность предпосевной обработки семян. В нижеприведенных таблицах отражены различные показатели обработки семян.

Из приведенных результатов видно, что предпосевная обработка семян озоно-воздушной смесью обеспечивает значительный прирост урожая.

Установка "Озоновая пушка"

Согласно данным Р.И. Федукина и др. (ООО «Лоза», г. Саратов РФ), для обработки семян всех сортов предпочтительной является концентрация озона 0,05 - 0,5 г/м3, поскольку при более высоких концентрациях становится критичным время обработки, а при более низких - снижается эффективность обработки озоном. Кроме того, концентрация озона 1 г/м3 и более способствует ингибированию роста корней. Проявление стимулирующего эффекта озона для всех семян в процессе хранения имеет волнообразный характер. Сразу после обработки стимуляция незначительна, далее она усиливается, и достигает максимума по истечении 1-2 суток, а к 14 дню происходит постепенное снижение энергии прорастания до уровня контроля. Такие сроки вполне приемлемы для практического применения предлагаемого способа.

Данные опыта по оценке эффективности воздействия озона на зерно, искусственно зараженное пыльной головней, проведенного в теплице, показали высокую эффективность обработки озоном (0,5 г/м3) на всех испытательных сортах пшеницы - 87-100%. В полевых опытах семена, обработанные озоном, дали более ранние и дружные всходы, большую густоту стояния, растения раньше начали колошение. Предпосевная обработка семян яровой пшеницы озоном обеспечила повышение условно-чистого дохода минимум на 275 руб./га по сравнению с обработкой системными протравителями.

«Институтом озонотерапии и медоборудования» проводились испытания метода озонирования для дезинсекции складских помещений.

Во время испытания склад площадью 4500 м3 обрабатывался озонатором - стерилизатором воздуха помещений «Озон СП-5». В результате обработки крысы и мыши погибли или покинули помещение, исчез неприятный запах.

Обеззараживание зерна и семян сельскохозяйственных культур и продукции в них осуществлялось озоно-воздушной смесью, при этом требуется активная вентиляция буртов зерна или муки озоно-воздушной смесью. Зерно, семена или продукция из них обрабатывались в объеме, в котором поддерживалась заданная концентрация озона на протяжении всего времени обеззараживания путем продувания озоно-воздушной смеси через продукт, который обрабатывался. Экспозиция обработки и концентрация озона зависят от культуры и степени заражения продукта.

Имея сильные окислительные особенности, озон одновременно обеспечивает полное уничтожение как вредителей (малый черный хрущак, суринамский мукоед, амбарный и рисовый долгоносик, зерновой точильщик, брухус, мучной клещ и др.), так и патогенных микроорганизмов (пеницилиум, фузариум, фомопсис), в то время как в традиционных методах защиты для этих целей используются отдельно инсектициды и фунгициды.

Таким образом, электрофизический метод (озонирование) для дезинсекции мукомольного производства - новое направление, которое обеспечивает надежный результат стерилизации и уничтожения вредителей при одновременном обеззараживании помещения и оборудования.

«Институтом озонотерапии и медоборудования» были проведены исследования с испытаниями дезинфицирующей активности озона в птицеводческих помещениях с целью профилактики распространения различных инфекций (включая «птичий грипп») и для уничтожения разнообразных бактерий, вирусов, патогенных микроорганизмов, вредителей и грибков. Озон получали путем электросинтеза из атмосферного воздуха на керамических разрядниках с двойным диэлектрическим барьером на аппарате «Озон СП-5». Испытания бактерицидной активности и дезинфекции озоном проводили стерилизатором помещений «Озон СП-5» в виварии отдела профилактики болезней птиц и в самих птичниках на протяжении 3-х часов. Качество дезинфекции изучали согласно «Инструкции по определению бактерицидных свойств новых дезинфицирующих средств». Пробы отбирали через каждые 1, 2 и 3 часа озонирования без выключения стерилизатора и через 24 часа после окончания работы стерилизатора. При этом измерялись дезинфицирующая активность озона в воздухе помещений, в кормушках, на стенах, полах, поддонах и потолках.

В результате обработки озоном произошла 100% дезинфекция птицеводческих помещений, но максимальный дезинфицирующий эффект был достигнут через 24 часа после обработки. При этом установлено, что качество дезинфекции не зависит от времени года и не требует отопления птицеводческих помещений, однако требует ликвидации различных щелей и отверстий в обрабатываемых помещениях.

Примечательно, что дезинфекцию различных птицеводческих помещений, оборудования, инвентаря и тары можно сочетать с дезинсекцией, т.е. с комплексом ветеринарных мероприятий по уничтожения вредных насекомых и других членистоногих, наносящих вред птице и часто являющихся переносчиками инфекции.

С целью уменьшения потребления медикаментов при выращивании птицы, а также снижения заболеваемости и сохранности птицы в птичниках, рекомендуется для создания благоприятного микроклимата озонировать небольшими концентрациями озона поступающий в помещения воздух.

Особый интерес вызывает применение озона для дезинфекции яиц. Действие озона на микрофлору скорлупы яиц усиливается с ростом концентрации, и уже при наличии его в воздухе более 1 г/м3 в течение 30 минут происходит полная стерилизация скорлупы. Для обработки яиц с механическим загрязнением скорлупы, применяют их орошение или омывание в потоке жидкости (30-35 °С), насыщенной озоном до его концентрации 3-5 мг/л. При такой обработке помимо очистки и бактерицидного эффекта, наблюдается еще и отбеливающий эффект. 

«Институтом озонотерапии и медоборудования» проводились работы по определению бактерицидной активности озона при обработке озоном сырого молока и сыров в процессе производства. Установлено, что при обработке газообразным озоном концентрацией выше 40 мг/л сырого молока в течение 20 минут происходит 100% уничтожение кишечной палочки, плесневых грибков, сальмонеллы и других бактерий, что позволяет рассматривать вопрос о замене электроемкой пастеризации молока на более дешевый и эффективный способ обработки озоном. Получены хорошие результаты по улучшению качества созревания сыров в процессе их производства и увеличения в 1,5-2 раза сроков хранения за счет периодического озонирования цехов и складов.

Почва

Галловая нематода – один из опасных вредителей растений защищенного грунта (теплицы). Это паразиты, питающиеся корнями, клубнями и подземной частью стебля растений. Под воздействием секретов пищевых желез нематоды ткани корней разрастаются и образуют наросты размером 3-5 мм (галлы), затрудняющие питание растений. В течение вегетационного периода может развиться 3-5 поколений паразитов.

Поражение корней растений в теплицах приводит к потере до 25-50% урожая. Для борьбы с нематодой применяются физико-химические и агротехнические методы. Все химикаты, используемые для подавления нематоды, являются токсичными в той или иной степени для растений и человека. Биологические способы борьбы с помощью хищных грибков-гельминтофагов эффективны на 45-80%.

Обеззараживание грунта концентрированным раствором озона в воде приводит не только к эффективному подавлению галловой нематоды, но оказывает стимулирующее воздействие на развитие растений. Обработка почв проводилась в Белорусском институте защиты растений, Минском тепличном комбинате, Брестском тепличном комбинате и в гидропонных теплицах Одесского тепличного комбината. Степень обеззараживания тепличных грунтов от галловой нематоды составляет 90-98%. По заключению Института фитобиологии АН РБ обеззараживание озоном тепличных грунтов приводит к увеличению скорости роста и объема корневой системы растений и увеличение биомассы до 30%. Несомненным преимуществом является полная экологическая чистота технологии, а также возможностьобработки в течение всего вегетационного периода. По заключению СЭС г. Минска в процессе обработки не требуются специальные меры защиты обслуживающего персонала.

Применение озона в предпосевной обработке семян, а также для сушки влажного зерна.

В последнее десятилетие по ряду причин произошло существенное уменьшение объема работ по предпосевной обработке (протравливанию) семенного материала. Это вызвало распространение опасных заболеваний зерновых культур, таких как пыльная и твердая головня, корневые плесени и т.п., что привело к снижению урожайности и загрязнению продуктов токсинами.

Протравливание семян, их обычная предпосевная обработка – эффективная и экономически выгодная процедура для защиты посевов от различных видов инфекции. Ассортимент реагентов для обработки семян расширяется с каждым годом, однако, часто эти химические вещества могут быть небезопасными для человека и окружающей среды. И здесь чрезвычайно перспективным представляется предпосевная обработка семян озоно-воздушной смесью. Этой проблемой как в академическом, так и в прикладном плане занимались и занимаются в крупных научно-производственных центрах СНГ.

Глубокое рассмотрение физико-химических механизмов сушки зерна, кинетики и динамики этого гетерогенного процесса, детали тепло- и массопереноса, сопровождающего появление озона в среде осушки, математическое моделирование процесса излагается. Озон влияет на перемещение влаги из глубины в периферийную зону зерна и на ее поверхность, при этом активируются процессы переноса и отрыва молекул воды. Актуальность этой работы видится в проблеме нерациональной технологии сушки, используемой в настоящее время. Учитывая, что в сельском хозяйстве, например в России, ежегодно повергают сушке от 50 до 60 млн. тонн зерна, и на это затрачивается около 1 млн. тонн жидкого топлива, проблема сушки действительно более чем актуальна. Применение технологии сушки с использованием озона может давать годовой экономический эффект от 1,6 до 3,2 тыс. руб. на 100 тонн высушенного зерна. Учитывая упомянутое выше количество зерна и семян, которое должно подвергаться сушке, общий экономический эффект достигает 60 млн. руб. (при внедрении в 56% хозяйств). Надо отметить, что полупромышленные эксперименты, приведенные в этой статье, были реализованы на бункере емкостью 30 тонн зерна. Производительность озонатора при этом не превышала 50 г/час озона. Ученые отмечают, что вместо обычно используемых циклических сушилок, снижающих влажность за цикл на 4-5 %, сушка с использованием озоно-воздушной смеси позволяет при одном цикле достигнуть стандартизируемой влажности (~14 %). При этом время осушки уменьшается в 1,5-2 раза.

Из большого числа зарубежных работ по воздействию озона на зерно, следует отметить работу Prudent и Kingaпо эффективному уничтожению афлатоксина в зерне. Сообщается, что, обрабатывая зерно кукурузы озоном, можно снизить уровень афлатоксина на 92 %. Следует упомянуть о двух существенных моментах, приведенных Rice на 15-м международном конгрессе по озону в Лондоне в 2001 году. Во-первых, он отмечает, что такой распространенный на Западе дезинфектант, как метилбромид, согласно Монреальскому протоколу, изъят из употребления в развитых странах в 2006 году, а в развивающихся странах это произойдет к 2015 году. В этом же сообщении Райс упоминает об интересном эксперименте Pryor, который обрабатывал почву на глубину 7-13 см через капельную систему орошения за 1-5 дней по посеву. Такая обработка приводила к 50-75 % (!) увеличения урожая овощей и фруктов.

Зерновые культуры

Повышению урожайности сельскохозяйственных культур способствует защита растений от болезней, в частности, от тех фитопатогенов, споры которых локализуются на поверхности семян. К наиболее вредоносным из них относятся возбудители твердой головни и корневых гнилей. Потери урожая зерновых культур от этих заболеваний могут достигать 20 - 35%. При обработке семян озоном достигается существенное снижение поверхностно-семенной инфекции, а в случае твердой головни - полное элиминирование возбудителя. Кроме того, наблюдается повышение всхожести, увеличение длины и сырого веса проростков. По данным полевых испытаний зарегистрированное увеличение урожайности составило для пшеницы -22%, ячменя - 14%, гороха - 11% , гречихи - 31%.

Растениеводство

В растениеводстве озонные технологии применяются:

• для стимуляции роста растений в условиях парникового выращивания, за счет снижения микробиальной обсемененности самих растений, почвы и воздуха, а также усиления синтеза и накопления питательных веществ;
• для предпосевной обработки семян растений с целью повышения всхожести и устойчивости к неблагоприятным воздействиям;
• для борьбы с вредителями и болезнями растений;
• для обеззараживания жидких субстратов при гидропонном выращивании растений.

Озон интенсифицирует скорость сушки зерновых за счет непосредственного химического и биохимического воздействия, ускоряет транспорти­ровку влаги из внутренних слоев и тепломассообмен в процессе сушки в целом. Сушка в озоновоздушной среде оказывает обеззараживающее действие и улучшает качественные показатели материала, предотвращает процессы самосогревания, обеспечива­ет глубокое состояние покоя в период хранения, обеспечивает сохранность массы сухого вещества и улучшает показатели всхожести. В совокупности это дает прибавку до 10-15% урожая, отпадает необходимость в протравке зерна и снижаются затраты на процесс сушки.

Кормопроизводство

Животноводство

В животноводстве и птицеводстве озонные технологии широко применяются для:

- дезинфекции помещений, оборудования, инвентаря на сельхозпредприятиях;

- стимуляции эмбрионального развития птицы;

- дезинфекции инкубационных яиц с целью профилактики заболеваний птицы;

- санации воздуха производственных помещений в условиях интенсивного содержания сельскохозяйственных животных и птицы;

- обеззараживания кормов и повышения сохранности птицы и поросят;

- обезвреживания и обеззараживания сточных вод сельскохозяйственных предприятий;

- подготовки питьевой воды, используемой в питьевых системах для сельскохозяйственных животных и птицы;

Проведены исследования на поросятах крупной белой породы от рождения до 2-х месячного возраста. Ежедневное использование озонированного воздуха с концентрацией озона 0,09 мг/м3 в помещении для поросят - сосунов привело к снижению содержания в нем аммиака на 41%, поросята лучше росли и меньше болели, а их сохранность была выше на 15%. К 2-х месячному возрасту, поросята превосходили по среднесуточному приросту и длине туловища в среднем соответственно на 40 и 14% своих сверстников, которые содержались в обычных условиях.

При двухчасовой ежедневной обработке свинарника-маточника озоно-воздушной смесью с концентрацией озона 0,8 мг/м³ микробная обсемененность снизилась в 5 раз, а концентрация аммиака снизилась с 12,0 до 4,0 мг/м³. В случае озонирования с концентрацией озона 0,06-0,08 мг/м³ в период с 8-00 до 19-00 (озонатор работает непрерывно два часа, затем один час - перерыв) в течение двух месяцев поросята в возрасте 4,5 месяца в опытной партии имели на 24% больший вес, чем в контрольной группе.

Ветеринария

Очень хорошие результаты показало применение озона в ветеринарии, особенно с учетом дороговизны и дефицита лекарственных средств.

У животных и птиц в условиях промышленного производства часто развиваются заболевания, вызванные сапронозными микроорганизмами. К таким заболеваниям относятся: сальмонеллез, бронхиты, пневмонии и пр.Профилактическое искусственное озонирование воздуха практически полностьюустраняет бронхолегочные заболевания, в то время как в условиях обычной воздушной среды в 40% случаеву животных регистрируются спонтанные пневмонии, ведущие к гибели до 20% особей. В экспериментах по внутрилегочному введению сублетальной дозы золотистого стафилококка гибель животных не наблюдалась, причем в 50% случаев даже не развивалась пневмония. В контрольной группе у 50% особей (без озонирования воздуха) регистрировалась тяжелая форма пневмонии. Исследования показывают, что озонирование воздуха в импульсном режиме работы озонатора повышает сопротивляемость животных к действию сапронозной микрофлоры. Одновременно установлено снижение заболеваемости, вызываемой действием находящихся в кормах микотоксинов, что способствует увеличению суточных привесов до 5 -10%.

Использование озона для пролонгации хранения пищевых продуктов.

Первое использование озона для лучшей сохранности пищевой продукции относится к 1909 году (ранние французские работы по обработке охлажденного мяса озоном), позже появлялись регулярные сообщения об успешном использовании озона для лучшей сохранности и т.д. Первый обзор по этому вопросу вышел в 1953 году. Количество работ резко возросло после 1997 года. В это же время в американское законодательство по безопасности химических реагентов для использования в пищевой промышленности был введен пункт, разрешающий использование озона частично, а начиная с 2001 года – полностью. Такому решению американских законодателей предшествовало глубокое экспертное обсуждение проблемы безопасности озона в пищевой промышленности.

Проанализируем 2 основные проблемы возникающих при применении озона в пищевой промышленноститоксикология озона при использовании в пищевой промышленности.

– взаимодействие озона непосредственно с пищевыми продуктами.

Токсикологическая безопасность. 

1. Данные по длительной ингаляции озона. Эксперименты на животных показали, что озон в таком варианте использования не канцерогенен.

2. Не обнаружено каких-либо мутагенных продуктов после обработки 18 различных аминокислот и 10 сахаридов озоном в течение 105 часов. Озон в таком варианте использования не мутагенен.

3. Промежуточными продуктами реакции озона с ненасыщенными жирными кислотами являются, в основном, малотоксичные альдегиды, кетоны и перекись водорода.

4. Метаболические эффекты, обнаруженные у крыс, которых кормили озонированным казеином, связаны с потерей некоторых аминокислот, а не с накоплением токсинов.

5. В Японии, Австралии и Франции нет количественных ограничений на использование озона как дезинфицирующего агента в пищевой промышленности.

Классик работ по применению озона для пролонгации хранения фруктов – Куприянов сформулировал некоторые основные принципы, которые необходимо учитывать при хранении плодов на холоде:

Бактериальная активность.Озон более эффективен как бактерицид в воде, чем в воздухе. Следовательно, в последнем случае, должен использоваться в более высоких концентрациях.

Противогрибковая активность. Для предотвращения роста грибков на чистых поверхностях плодов достаточна весьма низкая концентрация озона. Однако для разрушения уже возникших колоний грибков требуется значительно более высокие концентрации. Противогрибковая активность озона увеличивается с ростом влажности.

Дрожжи и плесени. Дрожжи легче атакуются озоном, чем бактерии. Однако, споры грибковой плесени значительно более резистентны по отношению к озону, чем бактерии. Использую озон, можно контролировать размножение голубой плесени, которая обычно легко развивается при хранении плодов при температуре 0⁰С.

Эффект относительной влажности.Скорость разложения озона в воздухе возрастает с увеличением относительной влажности. Оптимальными будут условия, когда влажность достаточно велика, но озон не успевает разложиться, прежде чем достигнет поверхности плодов. При этом чувствительность плодов и ягод к озону сильно зависит от вида плодовой продукции.

Роль этиленаЭффективность озона в продлении хранения фруктов и ягод во многом связаны с появлением в атмосфере портящихся плодов этилена, который своим появлением ускоряет гниение. Озон очень быстро реагирует с этиленом, образуя вначале промежуточное соединение – оксид этилена, а затем это соединение распадается на конечные продукты – углекислоту и воду.

Сводка основных работ по использованию озона для обработки пищевых продуктов