Fuzarioza zbóż: kiedy ozonowanie może pomóc ograniczyć porażenie ziarna?

Fuzarioza zbóż należy do najpoważniejszych zagrożeń dla jakości pszenicy i innych zbóż uprawianych w Polsce. Problem nie kończy się na widocznie porażonym ziarnie. Znacznie większe konsekwencje może mieć obecność mikotoksyn, w tym deoksyniwalenolu, czyli DON.

Partia ziarna może wyglądać stosunkowo dobrze, a mimo to zawierać podwyższony poziom DON. Z drugiej strony widoczne objawy porażenia przez grzyby z rodzaju Fusarium nie oznaczają automatycznie przekroczenia dopuszczalnych wartości mikotoksyn. Dlatego jakości ziarna nie należy oceniać wyłącznie na podstawie jego barwy i wyglądu.

Jedną z metod stosowanych już po zbiorze jest ozonowanie ziarna. Mobilne ozonatory są wykorzystywane w gospodarstwach, magazynach i elewatorach zbożowych. Ich skuteczność zależy jednak od warunków prowadzenia procesu – jakości powietrza używanego do wytwarzania ozonu, wilgotności, temperatury, przepływu gazu oraz jego rozprowadzenia w całej masie zboża.

Nie oznacza to, że mobilny ozonator do zboża nie jest skuteczny. Oznacza natomiast, że sama wydajność urządzenia podana w gramach ozonu na godzinę nie określa jeszcze dawki, która rzeczywiście dociera do poszczególnych warstw ziarna.

Dlaczego fuzarioza zbóż jest tak poważnym problemem?

Do zakażenia zbóż dochodzi jeszcze na polu. Rozwojowi fuzariozy kłosów sprzyjają zwłaszcza opady, wysoka wilgotność i umiarkowane temperatury w okresie kwitnienia oraz dojrzewania zbóż. Warunki te mogą występować w różnym natężeniu w poszczególnych regionach Polski, dlatego jakość zebranego ziarna może znacznie różnić się nawet pomiędzy sąsiadującymi gospodarstwami.

Po zbiorze nie można cofnąć zmian, które zaszły w kłosie, ani przywrócić fizycznie uszkodzonemu ziarnu jego pierwotnych parametrów. Można jednak podjąć działania mające na celu ograniczenie dalszego rozwoju grzybów i poprawę bezpieczeństwa przechowywania ziarna.

Prawidłowo przeprowadzone ozonowanie może ograniczyć żywotność grzybów z rodzaju Fusarium, zahamować ich dalszy rozwój, a w odpowiednio dobranych warunkach oddziaływać również na niektóre mikotoksyny obecne w ziarnie.

Fuzarioza zbóż może prowadzić do kilku istotnych problemów:

• zwiększenia udziału ziarna porażonego przez Fusarium;
• podwyższonego poziomu DON w ziarnie;
• pogorszenia parametrów jakościowych pszenicy;
• przekwalifikowania ziarna konsumpcyjnego na paszowe;
• ograniczenia możliwości sprzedaży partii o wysokim stopniu skażenia;
• pogorszenia stabilności ziarna podczas przechowywania.

Podstawą decyzji o dalszym postępowaniu powinny być reprezentatywne badania laboratoryjne. Wskaźnik porażenia przez Fusarium i zawartość DON należy traktować jako dwa odrębne parametry.

Najczęstszy błąd: dobór ozonatora wyłącznie na podstawie masy ziarna

Jedno z najczęściej zadawanych pytań dotyczy wydajności ozonatora potrzebnej do obróbki 15, 500 czy kilku tysięcy ton zboża. Sama masa ziarna nie wystarcza jednak do prawidłowego dobrania instalacji.

Generator może produkować określoną ilość ozonu w ciągu godziny, ale nie oznacza to, że takie samo stężenie dotrze do najwyższej lub najbardziej oddalonej warstwy ziarna. Ozon jest zużywany w reakcjach z pyłem, materią organiczną, mikroorganizmami oraz powierzchnią ziaren. Jego przenikanie przez całą objętość silosu lub pryzmy nie jest natychmiastowe.

Na rzeczywistą skuteczność ozonowania zboża wpływają między innymi:

• wysokość i gęstość warstwy ziarna;
• wilgotność oraz temperatura zboża;
• początkowy poziom porażenia i zapylenia;
• wydajność systemu napowietrzania;
• sposób rozmieszczenia kanałów wentylacyjnych;
• opory przepływu i ciśnienie w instalacji;
• stężenie ozonu na wejściu oraz wyjściu z masy ziarna;
• czas potrzebny do przejścia ozonu przez całą warstwę.

Pomiar wykonany jedynie przy wylocie generatora nie pokazuje warunków panujących w całym silosie. Dla oceny procesu szczególnie istotny jest pomiar stężenia ozonu po przejściu powietrza przez całą warstwę ziarna.

Mobilne ozonatory działają, ale ich wydajność zależy od warunków powietrza

Największą zaletą mobilnego ozonatora jest elastyczność. Jedno urządzenie można przewozić pomiędzy silosami, magazynami, przyczepami i innymi miejscami składowania ziarna. Może ono również współpracować z istniejącym systemem napowietrzania.

Takie rozwiązania są skutecznie wykorzystywane w praktyce. Trzeba jednak uwzględnić, że praca urządzenia zasilanego bezpośrednio powietrzem atmosferycznym jest mniej stabilna niż praca instalacji wykorzystującej odpowiednio przygotowany gaz procesowy.

Wraz z powietrzem do generatora dostają się azot, para wodna, pył i inne zanieczyszczenia. Ich poziom zmienia się zależnie od pogody oraz miejsca pracy urządzenia. Wysoka wilgotność może obniżać wydajność produkcji ozonu, a obecność azotu sprzyja powstawaniu tlenków azotu. W połączeniu z wilgocią związki te mogą wpływać na sprawność procesu, trwałość podzespołów i przewidywalność uzyskiwanego stężenia.

Dlatego ten sam mobilny ozonator może pracować inaczej podczas chłodnej i suchej pogody, a inaczej w ciepły i wilgotny dzień. Bez pomiaru rzeczywistego stężenia operator nie wie dokładnie, jaka dawka ozonu dociera do ziarna.

Czym różni się stacjonarny generator ozonu?

Różnica pomiędzy instalacją mobilną a stacjonarną nie sprowadza się wyłącznie do wydajności generatora. Kluczowe znaczenie ma sposób przygotowania gazu wykorzystywanego do produkcji ozonu.

Stacjonarna instalacja może obejmować:

• sprężarkę;
• filtry mechaniczne i dokładne;
• separator wilgoci oraz osuszacz;
• generator tlenu;
• kontrolę przepływu, ciśnienia i koncentracji tlenu;
• pomiar stężenia ozonu;
• automatyczną regulację procesu.

Generator tlenu wykorzystujący technologię PSA oddziela znaczną część azotu znajdującego się w powietrzu. W zależności od konfiguracji i trybu pracy system może dostarczać oczyszczony i osuszony gaz o koncentracji tlenu wynoszącej zazwyczaj około 90–95%.

Tak przygotowany tlen umożliwia uzyskanie wyższego i bardziej stabilnego stężenia ozonu. Ogranicza również wpływ wilgotności powietrza atmosferycznego oraz zmniejsza ilość azotu trafiającego do generatora.

Stabilna produkcja ozonu nie gwarantuje jednak automatycznie jednakowego stężenia w całym silosie. Nadal konieczne są właściwie zaprojektowane kanały dystrybucyjne, odpowiednie ciśnienie, kontrolowany przepływ oraz pomiary wykonywane w wybranych punktach instalacji.

Więcej informacji o możliwych konfiguracjach przedstawiamy w sekcji rozwiązania ozonowania.

Próba ozonowania 15 ton pszenicy: wskaźnik porażenia przez Fusarium spadł z 7% do poniżej 1%

W ramach przeprowadzonej przez nas próby 15 ton pszenicy umieszczono w przyczepie, w której dolnej części zamontowano perforowane przewody wentylacyjne. Za ich pośrednictwem mieszanina powietrza i ozonu była wprowadzana od spodu do całej masy ziarna.

Przed rozpoczęciem procesu wskaźnik porażenia przez Fusarium wynosił 7%. Po zakończeniu ozonowania jego wartość spadła do poziomu poniżej 1%.

Oznacza to zmniejszenie badanego wskaźnika o ponad 85%. Uzyskany rezultat pokazał, że właściwie dobrany sposób podawania ozonu i jego rozprowadzenie przez całą masę mogą skutecznie ograniczyć obecność Fusarium również w większej partii ziarna.

Kluczowe znaczenie miał nie tylko czas pracy urządzenia, ale przede wszystkim doprowadzenie gazu od spodu, zapewnienie odpowiedniego przepływu oraz kontakt ozonu z całą objętością pszenicy. Ten sam mechanizm może zostać wykorzystany w magazynach i silosach posiadających sprawny system napowietrzania.

Przy przenoszeniu procesu do innej przyczepy, magazynu, silosu lub elewatora należy ponownie uwzględnić wysokość warstwy, opory przepływu, wilgotność ziarna i rozmieszczenie kanałów. Parametry skuteczne dla 15 ton nie powinny być automatycznie kopiowane do obiektu o innej konstrukcji.

Kiedy wystarczy mobilny ozonator?

Mobilny ozonator do zboża może być odpowiednim rozwiązaniem, gdy:

• w gospodarstwie znajduje się kilka oddzielnych, stosunkowo niewielkich silosów lub magazynów;
• ozonowanie wykonywane jest okresowo, a nie jako stały proces technologiczny;
• obiekty posiadają sprawny system napowietrzania;
• można kontrolować wilgotność powietrza albo zaplanować pracę w korzystnych warunkach;
• mierzona jest rzeczywista koncentracja ozonu;
• dopuszczalny jest dłuższy czas procesu zależny od aktualnych warunków.

Mobilne urządzenie nie jest z założenia rozwiązaniem gorszym. W jego pracy występuje jednak więcej zmiennych, które muszą być kontrolowane. Problem pojawia się wtedy, gdy wpływ wilgotności, temperatury, przepływu i konstrukcji magazynu zostaje pominięty.

Kiedy warto wybrać instalację stacjonarną?

Stacjonarna instalacja jest uzasadniona przede wszystkim wtedy, gdy ozonowanie ma stać się częścią procesu przechowywania zboża. Jej zaletą nie jest wyłącznie możliwość produkcji większej ilości ozonu, lecz powtarzalne stężenie, kontrolowane podawanie gazu oraz możliwość obsługi kilku silosów za pomocą jednego systemu.

Jedna centralna jednostka może zostać zintegrowana z infrastrukturą elewatora zbożowego i połączona rurociągami odpornymi na działanie ozonu z poszczególnymi silosami. Automatyczne przepustnice pozwalają wybrać silos oraz odpowiedni tryb pracy, a cały proces może być zarządzany z jednego punktu.

Dzięki temu nie ma potrzeby instalowania osobnego ozonatora przy każdym silosie ani ręcznego przenoszenia urządzenia pomiędzy kolejnymi punktami.

Instalację stacjonarną warto rozważyć, gdy:

• ozonowane są duże lub regularnie zmieniające się ilości zboża;
• jedna jednostka ma obsługiwać kilka silosów w elewatorze;
• wymagany jest powtarzalny i kontrolowany tryb pracy;
• system ma zostać zintegrowany z automatyką elewatora lub magazynu;
• produkcja ozonu powinna być możliwie niezależna od temperatury i wilgotności powietrza atmosferycznego;
• potrzebna jest automatyczna kontrola stężenia, przepływu gazu oraz ciśnienia;
• wymagane są pomiary w kilku punktach, monitoring procesu i rejestracja danych;
• przestój lub nieskuteczna obróbka partii ziarna generują większe koszty niż przygotowanie gazu i automatyzacja systemu.

Przy projektowaniu centralnej instalacji należy uwzględnić długość rurociągów, straty ciśnienia, wydajność napowietrzania każdego silosu oraz stężenie ozonu w najbardziej oddalonych punktach. Gaz powinien być rozdzielany zgodnie z zapotrzebowaniem poszczególnych silosów, a jego rzeczywista koncentracja kontrolowana przy wejściu do wybranej komory.

Celem nie jest więc wyłącznie wyprodukowanie większej ilości ozonu. Najważniejsza jest możliwość powtarzania procesu w podobnych warunkach, obsługi wielu silosów oraz uzyskania danych pokazujących, co dzieje się po przejściu gazu przez warstwę ziarna.

Przykładowe urządzenia można znaleźć w sekcji produkty, natomiast dostępne warianty zastosowania instalacji przedstawiamy na stronie rozwiązania.

Co należy sprawdzić przed rozpoczęciem ozonowania ziarna?

Przed doborem ozonatora i parametrów procesu należy zebrać podstawowe informacje o partii ziarna oraz obiekcie, w którym będzie prowadzona obróbka:

• ilość i rodzaj zboża;
• wysokość warstwy ziarna;
• początkową wilgotność i temperaturę ziarna;
• wskaźnik porażenia przez Fusarium;
• poziom DON w ziarnie;
• przepływ i ciśnienie zapewniane przez system napowietrzania;
• sposób rozmieszczenia kanałów wentylacyjnych;
• miejsca, w których można mierzyć stężenie ozonu;
• planowane przeznaczenie ziarna.

Bez tych danych można dobrać urządzenie o wysokiej wydajności nominalnej, ale nie można wiarygodnie zaprojektować całego procesu ozonowania.

Najczęściej zadawane pytania o ozonowanie ziarna

Wniosek: ozon może pomóc, jeśli proces jest kontrolowany

Fuzarioza zbóż nie jest problemem, który można rozwiązać, uruchamiając ozonator na z góry ustaloną liczbę godzin. Ozonowanie może ograniczyć żywotność grzybów z rodzaju Fusarium, a w odpowiednich warunkach oddziaływać również na DON. Wynik zależy jednak od rzeczywistej dawki, równomiernego rozprowadzenia gazu i odpowiedniego czasu kontaktu.

Mobilne ozonatory mogą być skutecznym rozwiązaniem dla okresowych zastosowań i mniejszych obiektów. Wykorzystanie powietrza atmosferycznego oznacza jednak większą zależność od wilgotności, temperatury oraz jakości powietrza.

Stacjonarny generator ozonu współpracujący z systemem przygotowania gazu zapewnia stabilniejsze warunki pracy i bardziej precyzyjną kontrolę. Takie rozwiązanie jest szczególnie uzasadnione przy dużych ilościach ziarna, regularnym ozonowaniu oraz obsłudze kilku silosów w jednym elewatorze.

Najlepszą kolejnością działań jest przeprowadzenie badań poziomu Fusarium i DON, ocena systemu napowietrzania, wybór punktów pomiarowych, wykonanie kontrolowanej próby, a następnie dobór docelowej wydajności oraz typu instalacji.

Więcej informacji praktycznych publikujemy w sekcji artykuły. W sprawie doboru urządzenia lub zaprojektowania instalacji można skontaktować się z nami poprzez stronę kontakt.

Źródła

1. Effect of Ozone Treatment on Deoxynivalenol and Quality Evaluation of Ozonised Wheat
2. Ozone treatment efficiency on Fusarium and deoxynivalenol in wheat
3. Advances in ozone technology for grain processing and storage
4. Application of ozone for the reduction of mycotoxins in food and feed