PL230406B1 - Sposób unieszkodliwiania zanieczyszczeń biologicznych w materiale roślinnym - Google Patents

Abstract

Sposób unieszkodliwiania zanieczyszczeń biologicznych w materiale roślinnym w zbiorniku ciśnieniowym charakteryzuje się tym, że w pierwszym etapie materiał roślinny (MR) poddaje się działaniu ozonem przez 15 - 120 minut pod ciśnieniem od atmosferycznego do 0,2 MPa, a w drugim etapie do zbiornika wprowadza się gazowy ditlenek węgla, aż do wytworzenia w nim ciśnienia 0,8 - 2,5 MPa, przy czym ciśnienie to utrzymuje się w zbiorniku przez 10 - 120 minut, po czym redukuje się je gwałtownie o około połowę i potem redukuje dalej, do ciśnienia atmosferycznego, korzystnie do ok. 0,1 MPa.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób unieszkodliwiania zanieczyszczeń biologicznych w materiale roślinnym, a szczególnie w ziołach i nasionach w dwuetapowym procesie dezynfekcji i dezynsekcji.

Niektóre surowce i produkty roślinne, a szczególnie zioła i nasiona, będące w stanie wysuszonym, zwane dalej materiałem roślinnym, zwykle zawierają niepożądane zanieczyszczenia biologiczne, takie jak: owady, ich larwy i jaja, roztocza, pyłki kwiatowe, przetrwalniki i zarodniki grzybów i pleśni, drożdże, bakterie i wirusy. Zanieczyszczenia te pochodzą z miejsca uprawy roślin, miejsc ich składowania, obróbki lub przerobu, z opakowań, a także z powietrza z otoczenia. W celu wydłużenia okresu trwałości i/lub przystosowania do konsumpcji lub przerobu tych materiałów potrzebne jest unieszkodliwienie zawartych w nich zanieczyszczeń. Najskuteczniejszym sposobem ich unieszkodliwienia jest znane i dosyć powszechnie stosowane ozonowanie. Ozonowaniem, w odniesieniu do unieszkodliwiania zanieczyszczeń w materiałach roślinnych, nazywa się proces przepuszczania powietrza z ozonem przez warstwę materiału roślinnego lub umieszczenie materiału roślinnego na określony czas w atmosferze gazu zawierającego ozon (O3). Ozon jest najsilniejszym środkiem dezynfekującym i utleniającym, niszczy wszystkie owady na każdym stopniu ich rozwoju, wchodzi w reakcję chemiczną z pleśniami, grzybami, roztoczami, wirusami, bakteriami, pyłkami roślin oraz z lotnymi związkami zapachowymi. Silne działanie bakteriobójcze wykazuje on już przy stężeniu 13 mg/m³ a najwyższe dopuszczalne stężenia (NDS) dla człowieka wynosi 0,15 mg/m³. Ozon, jako związek nietrwały samoczynnie rozkłada się do tlenu (O2), z którego został wytworzony i dzięki temu nie pozostaje w oczyszczonym materiale roślinnym. Ozon może być wytwarzany w wyniku wyładowań elektrycznych, w specjalnym urządzeniu, zwanym ozonatorem lub generatorem ozonu, z tlenu zawartego w powietrzu lub z czystego tlenu lub z tlenu w mieszaninie z powietrzem. Najbardziej popularne i najtańsze jest wytwarzanie ozonu w powietrzu. Stężenie ozonu wytwarzanego w powietrzu na ogół zawiera się w granicach od 0,02 do 20 g/Nm³ a wydajności popularnych ozonatorów wynoszą od 5 do 500 g 03/h.

Dotychczas znane sposoby ozonowania materiałów roślinnych posiadają istotne wady. Jedną z nich jest to, że w przypadku przepuszczania powietrza z ozonem przez warstwę materiału roślinnego stopień wykorzystania ozonu jest mały, a jego większość jest wydalana do atmosfery. W celu zintensyfikowania wykorzystania ozonu konieczne jest użycie wentylatora o dosyć wysokim ciśnieniu tłoczenia do pokonania oporów przepływu gazu przez warstwę złoża.

Z kolei w przypadku umieszczania materiału roślinnego w atmosferze gazu zawierającego ozon wymagane jest wysokie jego stężenie początkowe lub uzupełnianie ubytku oraz długi czas przetrzymywania niezbędny do osiągnięcia zadowalającego stopnia unieszkodliwienia zanieczyszczeń, wynoszący od kilku do kilkudziesięciu godzin. Obniżenie skuteczności i wydłużenie niezbędnego czasu działania ozonu jest skutkiem utrudnionej penetracji i dyfuzji ozonu przez zwarte warstwy materiału roślinnego.

Znany jest sposób zwalczania szkodników roślin, zwany fumigacją, polegającą na umieszczeniu materiału roślinnego w bezciśnieniowej atmosferze tak zwanego fumiganta, w postaci dymu, pary lub gazu, w stężeniu wystarczającym do ich zabicia. Do niedawna powszechnie stosowanym fumigantem był bromek metylu, który jest zastępowany innymi substancjami, ze względu na powodowanie efektu cieplarnianego. Znanymi fumigantami, wysoce toksycznymi i niebezpiecznymi dla ludzi, są: cyjanowodór, fosforowodór, dwusiarczek węgla, czterochlorek węgla, tlenek etylenu, naftalen, chloroform. Fumigantem praktycznie nietoksycznym i bezpiecznym dla ludzi, jest ditlenek węgla. Według patentu polskiego 212 900 stosuje się go pod ciśnieniem 1-3 MPa. Po rozprężeniu ulatnia się on całkowicie z oczyszczonego materiału roślinnego. Stosuje się go do zwalczania szkodników ziół, nasion, ryżu, kawy, herbaty, orzeszków i pieprzu. Fumigacja ditlenkiem węgla jest jednak nieskuteczna lub mało skuteczna w unieszkodliwianiu mikroorganizmów.

Sposób według wynalazku oprócz tego, że niweluje wady znanych sposobów, to ma szersze spektrum działania.

Istota sposobu według wynalazku polega na tym, że unieszkodliwianie zanieczyszczeń biologicznych prowadzi się dwuetapowo, przy czym pierwszy etap pod niskim ciśnieniem, a drugi etap pod wysokim ciśnieniem, zaś wysokie ciśnienie uzyskuje się poprzez wprowadzenie gazowego ditlenku węgla, uzyskanego na przykład przez odparowanie ciekłego ditlenku węgla.

Nieoczekiwanie okazało się bowiem, że podwyższenie ciśnienia w drugim etapie ozonowania umożliwia zdecydowane skrócenie czasu i zwiększenie skuteczności tego procesu, głównie na skutek wtłaczania gazu z ozonem w trudnodostępne warstwy materiału roślinnego. Ponadto do unieszkodliwiania owadów, w każdym stopniu ich rozwoju, wykorzystuje się dodatkowo atmosferę o niskim stężeniu

PL 230 406 Β1 tlenu, wysokie ciśnienie i szybką dekompresję. Dodatkową zaletą tego sposobu jest również możliwość łatwego załadunku do zbiornika ciśnieniowego i wyładunku materiałów roślinnych umieszczonych w porowatych koszach, workach lub innych pojemnikach.

Sposób unieszkodliwiania zanieczyszczeń biologicznych w materiale roślinnym w zbiorniku ciśnieniowym według wynalazku, charakteryzuje się tym, że w pierwszym etapie materiał roślinny poddaje się działaniu ozonem przez 15-120 minut pod ciśnieniem od atmosferycznego do 0,2 MPa, a w drugim etapie do zbiornika wprowadza się gazowy ditlenek węgla, aż do wytworzenia w nim ciśnienia 0,8-2,5 MPa, przy czym ciśnienie to utrzymuje się w zbiorniku przez 10-120 minut, po czym redukuje się je gwałtownie o około połowę i potem redukuje dalej do ciśnienia atmosferycznego, korzystnie do ok. 0,1 MPa. Ilość ozonu jest taka, że jego stężenie w gazie w zbiorniku przed wprowadzeniem do niego ditlenku węgla, wynosi 0,02-1 g/Nm³, korzystnie 0,2-0,8 g/Nm³'.

Korzystnie proces unieszkodliwiania zanieczyszczeń biologicznych w materiale roślinnym prowadzi się w więcej niż jednym zbiorniku, przy czym mieszaninę ditlenku węgla, powietrza i pozostałość ozonu uzyskaną w wyniku gwałtownej redukcji ciśnienia, wprowadza się do innego zbiornika, w którym prowadzi się identyczny sposób unieszkodliwiania zanieczyszczeń, po niskociśnieniowym etapie działania powietrza z ozonem.

Dobór najbardziej korzystnego czasu ozonowania w obu etapach zależy od rodzaju i postaci materiału roślinnego, stopnia wypełnienia zbiornika oraz stężenia ozonu. Czas ten zależy głównie od wielkości cząstek, porowatości, grubości warstwy, rodzaju i stopnia zanieczyszczenia materiału roślinnego. Skrócenie czasu poszczególnych etapów ozonowania obniża skuteczność tego procesu, a ewentualne jego wydłużenie może prowadzić do wytwarzania większej ilości niepożądanych produktów utleniania, takich jak aldehydy i ozonki.

Stosowany w procesie ozon może być wytwarzany w zbiorniku z materiałem roślinnym lub wprowadzany do niego z zewnątrz tylko w pierwszym, niskociśnieniowym etapie ozonowania. Jego stężenie w zbiorniku może być mierzone w sposób ciągły za pomocą specjalnego analizatora. Może on być wytwarzany przez jeden lub kilka ozonatorów pracujących szeregowo lub równolegle. W przypadku zastosowania wytwarzania ozonu na zewnątrz zbiornika bardziej korzystne jest zastosowanie cyrkulacji powietrza z ozonem niż wprowadzanie ciągle świeżego ozonowanego powietrza i podwyższanie ciśnienia w zbiorniku lub wypuszczanie nadmiaru do atmosfery. W tym przypadku ozon może być wytwarzany również z czystego tlenu lub powietrza wzbogaconego w tlen. Zalecana objętość materiału roślinnego w zbiorniku wynosi 40-60% pojemności zbiornika. Stężenie ozonu w zbiorniku w drugim etapie, czyli po wprowadzeniu do niego ditlenku węgla, będzie niższe, proporcjonalnie do krotności wzrostu ciśnienia. Proces ozonowania może być prowadzony w jednym lub większej liczbie zbiorników. Mieszaninę ditlenku węgla, powietrza i pozostałości ozonu, uzyskaną z gwałtownej redukcji ciśnienia o około połowę, można wprowadzić do innego zbiornika, w którym prowadzi się również identyczny sposób dezynsekcji i dezynfekcji, po etapie działania powietrza z ozonem. Oszczędza się w ten sposób około połowy ditlenku węgla i wykorzystuje więcej ozonu. Resztę tej mieszaniny z dalszej redukcji ciśnienia wypuszcza się do atmosfery.

Przykładowe schematy technologiczne realizacji sposobu według wynalazku przedstawiono na fig. 1 i fig. 2.

Na fig. 1 pokazano dwa zbiorniki do ozonowania A i B, wyposażone w manometry PA i PB, jeden ozonator WO, jeden analizator ozonu AO i jeden zbiornik z odparowywaczem ditlenku węgla DW.

Na fig. 2 przedstawiono schemat technologiczny z jednym zbiornikiem do ozonowania. Oznaczenia i zasada działania są takie same jak w przypadku schematu z dwoma zbiornikami.

W przypadku zastosowania dwóch zbiorników korzystne jest, aby poszczególne czynności dotyczące zbiorników A i B były przesunięte w czasie o około połowę pełnego cyklu pracy. W czasie, w którym ciśnienie w jednym zbiorniku jest niskie, to w drugim jest ono wysokie.

Opis schematu technologicznego z dwoma zbiornikami przedstawiono poniżej.

Materiał roślinny MR umieszcza się w zbiorniku A i zamyka go. Zawory A3 i A4 oraz AB, Β1, B2 i B3 są zamknięte, aA1 i A2 otwarte. Uruchamia się ozonator WO z wentylatorem icyrkuluje powietrzem z ozonem, aż do uzyskania pożądanego stężenia ozonu w powietrzu, wskazywanego przez analizator AO i przetrzymuje się materiał roślinny w tej atmosferze przez pożądany czas. W tym samym czasie do zbiornika B załadowuje się materiał roślinny i zamyka go. Następnie wyłącza się ozonator WO zamyka się zawory A1 i A2, a otwiera zawór A3 i poprzez odparowanie ditlenku węgla w zbiorniku DW podnosi się ciśnienie w zbiorniku A do pożądanego ciśnienia wskazywanego przez manometr PA. Po osiągnięciu tego ciśnienia wyłącza się odparowywanie ditlenku węgla w zbiorniku DW i zamyka się

PL 230 406 Β1 zawór A3. Ciśnienie to utrzymuje się w zbiorniku A przez pożądany czas. W tym samym czasie otwiera się zawory B1 i B2 i włącza się ozonator WO w celu wytworzenia i utrzymania odpowiedniego stężenia ozonu w zbiorniku B. Następnie zamyka się zawory B1 i B2 i wyłącza ozonator WO. Potem otwiera się gwałtownie zawór AB, pozostawia otwarty aż do wyrównania ciśnienia w obu zbiornikach A i B i zamyka. W następnej kolejności otwiera się zawór A4, redukuje ciśnienie w zbiorniku A do atmosferycznego, usuwa się do atmosfery ditlenek węgla z powietrzem i pozostałością ozonu, na przykład przez przedmuchanie czystym powietrzem, otwiera się ten zbiornik i wyładowuje oczyszczony materiał roślinny, załadowuje nowy i rozpoczyna następny cykl pracy. W tym samym czasie otwiera się zawór B3, podnosi się i utrzymuje pożądane ciśnienie w zbiorniku B, wskazywane przez manometr PB. Dalsze czynności prowadzące do zakończenia procesu w zbiorniku B są analogiczne, jak dotyczące zbiornika A.

Według powyżej opisanego schematu proces unieszkodliwiania zanieczyszczeń w materiale roślinnym może być prowadzony równolegle i równocześnie w obu zbiornikach A i B. W takim przypadku pozycje poszczególnych zaworów, to jest zamknięty lub otwarty, przynależnych do obu zbiorników, będą jednakowe.

Sposób realizacji wynalazku opisano w poniższych przykładach wykonania, gdzie pokazano skuteczność działania sposobu według wynalazku przy zastosowaniu jednego lub dwóch zbiorników ciśnieniowych.

Przykład 1-unieszkodliwianie mszyc

W zbiorniku ciśnieniowym umieszczono w koszyku z siatki pęczek liści bazylii z żywymi mszycami zielonymi. Przez zbiornik ten przepuszczano przez 30 minut powietrze pod ciśnieniem atmosferycznym zawierające ozon o stężeniu około 20 mg/m³. Następnie do zbiornika wprowadzono w czasie kilkunastu sekund gazowy ditlenek węgla, aż do wytworzenia w nim ciśnienia około 2 MPa. Ciśnienie to utrzymywano przez następne 30 minut, po czym gwałtownie otwarto zawór spustowy i w czasie kilku sekund obniżyło się ono do około 1 MPa. Zmniejszono stopień otwarcia zaworu spustowego i po następnych kilkudziesięciu sekundach wyrównało się ono z atmosferycznym. Otwarto zbiornik i sprawdzono pod lupą obecność żywych mszyc na liściach bazylii. Nie znaleziono ani jednej mszycy żywej, prawie wszystkie były rozerwane. Eksperyment ten potwierdził 100% skuteczność dezynsekcji mszyc.

Porównawczy eksperyment przeprowadzono stosując tylko ozonowanie pod ciśnieniem atmosferycznym przez okres 1 h. Stwierdzono, że na liściach wewnątrz pęczka ponad połowa mszyc była żywa.

Przykład 2 - unieszkodliwianie drożdży

W zbiorniku ciśnieniowym umieszczono w koszyku z siatki porcję rodzynek. Przez zbiornik ten przepuszczano przez 45 minut powietrze pod ciśnieniem atmosferycznym zawierające ozon o stężeniu 24 mg/m³. Następnie do zbiornika wprowadzono w czasie około pól minuty gazowy ditlenek węgla aż do wytworzenia w nim ciśnienia około 1,6 MPa. Ciśnienie to utrzymywano w zbiorniku przez następne 45 minut, po czym gwałtownie otwarto zawór spustowy i w czasie kilku sekund obniżyło się ono do około 0,8 MPa a po następnych kilkudziesięciu sekundach wyrównało się z atmosferycznym. Otwarto zbiornik, wyjęto koszyk z rodzynkami i umieszczono go w sterylnym pojemniku z przegotowanym wodnym roztworem cukru o stężeniu około 20 g na 100 g wody. Zamknięty watą pojemnik obserwowano przez dwa tygodnie i nie zauważono początku fermentacji, którą wywołują drożdże znajdujące się głównie na powierzchni rodzynek. Eksperyment ten potwierdził bardzo wysoką skuteczność unieszkodliwiania drożdży.

Porównawczy eksperyment wykonano umieszczając taką samą ilość, tych samych rodzynek, w takim samym pojemniku, z takim samym roztworem cukru. Już następnego dnia zaobserwowano intensywną fermentację.

Przykład 3 - unieszkodliwianie drożdży

W zbiorniku A umieszczono w koszyku z siatki porcję takich jak w przykładzie 2 rodzynek i zamknięto go. Następnie do zbiornika tego wprowadzono w czasie kilku minut sprężone powietrze z ozonem o stężeniu około 1,2 g/Nm³, aż do wytworzenia w nim nadciśnienia około 0,1 MPa. Wskutek tego stężenie ozonu w zbiorniku A obniżyło się do około 0,6 g/Nm³. Nadciśnienie 0,1 MPa utrzymywano w tym zbiorniku przez 30 minut. W tym czasie w zbiorniku B umieszczono taką samą porcję rodzynek i zamknięto go. Następnie do zbiornika A wprowadzono w czasie około pół minuty gazowy ditlenek węgla aż do wytworzenia w nim nadciśnienia 1,7 MPa, a do zbiornika B sprężone powietrze z ozonem aż do wytworzenia w nim nadciśnienia około 0,1 MPa. Nadciśnienie 1,7 MPa w zbiorniku A i 0,1 MPa w zbiorniku B utrzymywano przez około 30 minut. Następnie otwarto gwałtownie zawór na rurociągu łączącym oba zbiorniki i w czasie kilkunastu sekund nastąpiło wyrównanie w nich ciśnienia do wartości

PL 230 406 Β1 około 1 MPa. Po wyrównaniu się ciśnienia w obu zbiornikach zamknięto zawór na rurociągu łączącym oba zbiorniki i otwarto zawór spustowy ze zbiornika A. W czasie kilkudziesięciu sekund nastąpiło obniżenie w nim ciśnienia do atmosferycznego. Do zbiornika B natomiast wprowadzono ditlenek węgla, aż do wzrostu w nim nadciśnienia z 1,0 około 1,7 MPa. Nadciśnienie to utrzymywano w zbiorniku przez około 30 minut. W tym samym czasie otwarto zbiornik A, wyjęto z niego porcję zdezynfekowanych rodzynek a włożono następną porcję świeżych, zamknięto i wprowadzono powietrze z ozonem aż do wytworzenia nadciśnienia około 0,1 MPa. Następnie otwarto gwałtownie zawór na rurociągu łączącym oba zbiorniki i w czasie kilkunastu sekund nastąpiło wyrównanie w nich ciśnienia do wartości około 1 MPa. Po wyrównaniu się ciśnienia w obu zbiornikach zamknięto zawór na rurociągu łączącym oba zbiorniki i otwarto zawór spustowy ze zbiornika W czasie kilkudziesięciu sekund nastąpiło obniżenie w nim ciśnienia do atmosferycznego. Do zbiornika A natomiast wprowadzono ditlenek węgla aż do wzrostu w nim nadciśnienia z 1,0 około 1,7 MPa. Nadciśnienie to utrzymywano w zbiorniku przez około 30 minut. W tym samym czasie otwarto zbiornik B i wyjęto z niego porcję zdezynfekowanych rodzynek. Następnie otwarto gwałtownie zawór spustowy ze zbiornika A, obniżono ciśnienie do atmosferycznego, otwarto zbiornik i wyjęto rodzynki. Uzyskano w ten sposób trzy porcje zdezynfekowanych rodzynek, które umieszczono w sterylnych pojemnikach z przegotowanym roztworem cukru, analogicznie jak w przykładzie 2. Zamknięte watą pojemniki obserwowano przez dwa tygodnie i nie zauważono początku fermentacji, co świadczyło o wysokiej skuteczności unieszkodliwiania drożdży.

Zastrzeżenia patentowe

Claims (4)

1. Sposób unieszkodliwiania zanieczyszczeń biologicznych w materiale roślinnym w zbiorniku ciśnieniowym, znamienny tym, że w pierwszym etapie materiał roślinny poddaje się działaniu ozonem przez 15-120 minut pod ciśnieniem od atmosferycznego do 0,2 MPa, a w drugim etapie do zbiornika wprowadza się gazowy ditlenek węgla, aż do wytworzenia w nim ciśnienia 0,8-2,5 MPa, przy czym ciśnienie to utrzymuje się w zbiorniku przez 10-120 minut, po czym redukuje się je gwałtownie o około połowę i potem redukuje dalej, do ciśnienia atmosferycznego, korzystnie do ok. 0,1 MPa.

2. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że ilość ozonu jest taka, że jego stężenie w gazie w zbiorniku przed wprowadzeniem do niego ditlenku węgla, wynosi 0,02-1 g/Nm³, korzystnie 0,2-0,8 g/Nm³.

3. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że proces unieszkodliwiania zanieczyszczeń biologicznych w materiale roślinnym prowadzi się w więcej niż jednym zbiorniku.

4. Sposób według zastrzeżenia 3, znamienny tym, że mieszaninę ditlenku węgla, powietrza i pozostałość ozonu uzyskaną w wyniku gwałtownej redukcji ciśnienia, wprowadza się do innego zbiornika, w którym prowadzi się identyczny sposób unieszkodliwiania zanieczyszczeń, po niskociśnieniowym etapie działania powietrza z ozonem.