Биохимические и физиологичесие условия переработки сырья

Заготовленные плоды и шишки в большинстве случаев не могут быть использованы для посева без предварительной обработки, которая включает:

1 – извлечение семян из плодов или шишек.

2 – обескрыливание семян.

3 – очистка семян от примесей.

4 – сушка до оптимальной влажности.

Все это в зависимости от особенностей сырья той или иной породы осуществляют в различных режимах.

При установлении режимов переработки лесосеменного сырья и хранения семян необходимо рассматривать семя как биологическую систему, состоящую из двух основных частей: зародыша и запасного питательного вещества. При проведении этих операций на семена не должны воздействовать факторы, вызывающие их пробуждение: повышение температуры, влажности, интенсивное освещение, радиоактивное облучение, интенсивная вибрация и т.д. Недопустимы механические повреждения и развитие грибных инфекций.

Основным условием переработки и хранения семян яв­ляется сохранение жизнеспособности зародыша, его фи­зиологической активности, т. е. способности семян к про­растанию в благоприятных условиях. Важнейшее значение для развития зародыша имеют запасные питательные ве­щества, находящиеся в окружающей его ткани — в эндо­сперме, иногда — в семядолях (у дуба и др.). Интенсивность обменного про­цесса между зародышем и запасными питательными ве­ществами зависит от многих факторов. С наступлением урожайной зрелости семена переходят в состояние покоя, при котором их обменные процессы, дыхание и другие жиз­ненные функции значительно замедляются. В таком состоя­нии семена древесных растений и кустарников могут дли­тельно храниться, не снижая своих посевных качеств. При этом необходимо поддерживать определенную влажность, температуру и некоторые другие условия.

Семена, содержащие много воды (дуб, орех, клен се­ребристый и др.), теряют жизнеспособность при обезвожи­вании. В то же время семена большинства хвойных и бобо­вых лучше сохраняются при низкой (7—9%) влажности.

При низких температурах (около 0°С) жизнеспособ­ность семян обычно увеличивается, так как запасные пита­тельные вещества их не переходят в доступные для зароды­ша формы.

На некоторые семена определенное влияние оказывает содержание в воздухе углекислого газа — с его увеличени­ем жизнеспособность их и, следовательно, длительность хранения возрастают. Так, семена вяза американского в природных условиях погибают через несколько недель, а в герметиче­ских сосудах при низкой температуре остаются жизнеспо­собными в течение 11 лет. Семена тополей быстро погибают на открытом воздухе, но при хранении их в вакууме даже через 2 года сохраняют всхожесть почти на 90%.Семена многих пород хорошо сохраняются и в природных условиях. К примеру, семена не опадающих в течение нескольких лет шишек сосны Муррея в условиях Беларуси сохраняют жизнеспособность на протяжении 5—10 лет. Семена кассии многопарной дают всходы через 150 лет, а лотоса орехоплодного, произрастающего на болотах в Северо-Восточном Китае (по данным радиоуглеродного анализа),— даже спустя 1000 лет.

Получение семян.

Семена хвойных пород (сосна обыкновенная, ель европейская, лиственница европейская) обычно получают с помощью шишкосушилок путем искусственной сушки нагретым до необходимой температуры воздухом. При этом шишки постепенно раскрываются и семена выпадают из них. Следует отметить, что если сушка производится при высокой влажности шишек и воздуха в шишкосушилке, ка­чество семян снижается. В связи с этим шишки предвари­тельно подсушивают при 20—30 °С до относительной влажности 20—25%, а затем подвергают основной сушке при бо­лее высоких температурах. Сочетание высокой температуры и влажности шишек и воздуха при их переработке приводит к потере всхожести семян.

Для получения семян березы сережки хорошо подсушивают и протирают на ситах с круглыми отверстиями в 2–3 мм.

Семена акаций желтой и белой извлекают из просушенных бобов путем обмолачивания на молотилке или вручную (легкими палками).

Семена можно извлекать и другими способами у таких пород, как кипарис, глядичия, сосна пицундская. Для их переработки производится высверливание стержня шишки устройством АС-0,5. После этого они поступают в машину МИС-1 и семена отделяются. У пихты, кедра шишки легко разрушаются, поэтому нет смысла в их сушке, они сразу поступают в машину МИС-1 и семена извлекаются. После извлечения семян из шишек они поступают на обескрыливание в машину МОС-1 или ОВС-2.

У некоторых же хвойных шишки, как известно, раскрываются слабо. Семена их получают путем механиче­ского разрушения шишек. К примеру, семена пихт сибир­ской и европейской (белой), а также сосны эльдарской извлекают с помощью машины МИС-1, кедровых сосен — при помощи МИС-0,4. Применяются и шишкодробилки ДальНИИЛХ, малогабаритная машина для извлечения и очистки орехов сибирского кедра МК-1 и др.

Обескрыливать семена клена и ясеня, а также ильмовых пород можно на семяочистительной машине МИС-1 или СУМ-1. Чтобы получить семена тополя и осины, сережки их вначале хорошо просушивают на воздухе, разложив слоем до 4 см на брезенте или фанерных листах. Затем их обрабатывают на МОС-1 или СУМ-1 (большие партии) либо протирают на ситах с отверстиями 1,5—2,0 мм (не­большие партии).

Выход чистых семян % выхода семян из плодов и шишек:

Сосна обыкновенная – 1-2%

Ель европейская – 3-4%

Лиственница – 4%

Клен остролистный, ясень обыкновенный – 75-85%

Береза – 30%

Гледичии— 20—25, акации желтой—15—20, белой—15—25, тополя белого—4—11, черного— 3,5—12, вяза гладкого—40.

Сочные плоды перерабатывают холодными способами сразу же после заготовки, поскольку при закисании и само­согревании их семена утрачивают посевные качества. Пло­ды яблони, груши, айвы перетирают на плододробилках, плодотерках или на МИС-1. Семена (косточки) вишни, сли­вы, черемухи и других плодовых деревьев извлекают с помощью плодотерок и косточковыбивальных машин. За­готовленные семена тщательно просушивают на стеллажах в хорошо проветриваемых помещениях, а затем очищают от примесей на МОС-1, СУМ-1 или на веялках лесных семян ВЛС-2 и др.

Выход семян яблони лесной и груши обыкновенной со­ставляет 0,5—1%, вишни—12—20, сливы колючей—8—15, ирги—2—5, калины—8—10, кизильника—4—15, облепихи— 10, рябины—3%.

3.Шишкосушилки, их типы и конструкции.

Принцип извлечения семян из шишек хвойных пород основан на снижении влажности шишек при повышенной температуре – при этом происходит отгибание чешуек и семена выпадают. Для этого применяют различные шишкосушилки.

Первой была шишкосушилка Суровцева. Она состоит из печки с вытяжной трубой, а по бокам две сушильные камеры в виде круглых барабанов, разделенные на четыре части. Засыпается 50 кг шишек. Снизу вдвижные ящики для шишек, за сутки получают 1 кг семян.

Затем появилась шишкосушилка Капера-Гоголицина. Она двухэтажная, на втором этаже камера предварительной подсушки, на первом камеры основной сушки. Обогрев со специальных емкостей, а не прямым воздухом от топки, потому что если при высокой влажности семян создать высокую температуру происходит запаривание семян и снижается всхожесть. За сутки получают 4 кг семян.

Шишкосушилка Тихвинского лесхоза. Семена проходят как бы по элеватору на движущихся транспортерах по двум камерам: предварительной и основной сушки.

Шишкосушилка Лидского лесхоза (построена на базе шишкосушилки Калининского управления лесного хозяйства) стеллажного типа.

В условиях Беларуси предприятия лесного хозяйства используют стационарную стеллажную шишкосушилку, сконструированную в Лидском лесхозе на основе кали­нинской сушилки стационарного типа. Ее производитель­ность 15—20 кг семян сосны в сутки.

Технология переработки шишек и получения семян со­стоит из ряда взаимосвязанных операций. Прежде всего, собранные шишки автотранспортом доставляют на склад, где их разгружают в приемный бункер и пропу­скают через сортировочный барабан.

Рис. 1. Схема стеллажной шишкосушилки конструкции Лидского лесхоза.

Отсортированные шишки при помощи скребкового транспорта или пневмо­транспортера (рис. 1, 1) ссыпают в закрома склада и скребковым конвейером подают в бункера-накопители стел­лажной шишкосушилки (2), где они в течение недели под­вергаются предварительной сушке при температуре около 20 °С. Затем их при помощи ленточных транспортеров (3) через люки, расположенные в нижних частях бункеров, на­правляют в сушильную камеру (4), имеющую три решет­чатых стеллажа (5). Каждый из них состоит из нескольких створок (жалюзи), которые раскрываются и стеллаж за­гружается шишками (400—500 кг). В процессе сушки шиш­ки последовательно перемещаются с первого на второй и третий стеллажи в результате того, что створки их периоди­чески меняют горизонтальное положение на вертикальное. Температурный режим в камере поддерживается постоян­ной подачей сухого нагретого воздуха (до 60 °С) под ниж­ний стеллаж. В полностью загруженной сушильной камере на 1-м стеллаже темпера­тура должна быть 30—40 °С, на 2-м — 45—55 °С, на 3-м— около 60 °С. Воздух, проходя через верхние стеллажи, увлажняется и охлаждается. Поэтому относительно сырые шишки и семена не запариваются здесь и сохраняют высо­кую жизнеспособность. На нижнем же стеллаже они под­вергаются действию нагретого сухого воздуха. Однако это не опасно, поскольку шишки уже высохли и основная масса семян высыпалась. Спустя 3—4 ч они через нижний люк поступают на другой ленточный транспортер (6) и с его помощью доставляются в цилиндрический сетчатый вра­щающийся барабан (7). Здесь выпавшие семена отделяют­ся, а оставшиеся в шишках извлекаются. Далее все семена по лотку поступают в ящик, а отработанные шишки — на ленточный транспортер (8), который выносит их в бункер-накопитель. После этого створки нижнего стеллажа закры­ваются и на него пересыпаются семена и шишки со второго стеллажа, а на второй — с первого. Первый же стеллаж за­гружается свежими шишками, и весь процесс начинается сначала.

Высушенные семена в специальных помещениях (9) обескрыливают, очищают с помощью МОС-1, затаривают в стеклянные бутыли и отправляют на склад, где они хранят­ся длительное время.

Шишкосушилка Калининского управления лесного хозяйства - стеллажного типа.

Она отличается высокой производитель­ностью— перерабатывает 100—110 кг семян сосны, 180 кг семян ели в сутки. Ее по праву можно назвать фабрикой семян. Эта сушилка используется в регионах, где заготав­ливаются большие объемы лесосеменного сырья хвойных древесных пород. Она является составной частью лесосе­менных комплексов, где создают условия для концентрации и специализации производства лесных семян. В комплекс также входят крупные лесосеменные плантации, постоянные лесосеменные участки (ПЛСУ), пункты по приемке и хра­нению лесосеменного сырья, семенохранилище и постоян­ный лесной питомник с тепличным хозяйством.

Основана на многоэтажных режимах сушки. Отличие – что в камере сушки четыре стеллажа (верхний – температура - 20-25 градусов, второй – 25-30, третий 30-35, нижний 35-40 градусов). Влажность постепенно снижается. На верхнем стеллаже она 22-23%, на втором – 14-16%, на третьем – 10-11%, на нижнем - 6-8%. На один стеллаж загружается 1,5 тонны шишек. За сутки получаем сосна – до 110 кг семян, ель до 180 кг семян.

Наряду со стационарными шишкосушилками для пере­работки лесосеменного сырья применяются передвижные сушилки на базе передвижного шасси в агрегате с трактором. Тепло в камеру сушки подается от работающего двигателя внутреннего сгорания. Высокой производительностью и маневренностью характе­ризуются также передвижные электровакуумные шишкосушилки.

Также есть шишкосушилки работающие на базе солнечной энергии.

Решение проблемы получения высококачественных лесных семян хвойных тесно связано внедрением новых технологий переработки и хранения. Такая технология применяется на Республиканском лесном селекционно-семеноводческом центре и его филиалах. Впервые в конце 2000 года на филиале центра в Глубокском опытном лесхозе было введено уникальное оборудование шведской фирмы ВСС по переработке и хранению генетически ценных семян хвойных видов.

Производство семян на данном оборудовании – это качественно новый уровень в развитии лесного селекционного семеноводства. Как известно шишки поступают на предприятия смешанными с лесным мусором (опавшие иглы, листья, сухие ветки, песок и т.д.). В связи с этим перед хранением и последующей переработкой должна производиться предварительная очистка. Согласно новой технологии по первому из вариантов мелкие посторонние частицы отделяются от урожая через отверстия вращающегося сетчатого барабана предварительной очистки. По другому варианту можно использовать большой переналаживаемый очиститель и калибровщик семян с подключенным вытяжным вентилятором. Воздушный поток вытяжного вентилятора выводит легкие и мелкие частицы как из шишек, так и из семян. Крупные посторонние предметы убираются вручную при помощи роликового сепаратора, либо сортировочно-очистного стола.

Сушка шишек производится в сушильном шкафу. Здесь все процессы осуществляются в автоматическом режиме. Следует отметить, что процесс сушки происходит за счет рециркуляции обезвоженного воздуха (сухого воздуха). Это обеспечивает эффективный и энергосберегающий процесс сушки при малой температуре, что крайне важно для сохранения жизнеспособности семян. В результате семена не теряют всхожести из-за поступления горячего воздуха непосредственно в сушильную камеру, как это есть в отечественных сушилках. Оптимальная температура в шкафу – 45 ºС, влажность – 15 %. время сушки – 12-15 часов. За один цикл высушивается 450 кг шишек.

Для вылущивания семян используются установки как непрерывного, так и дозированного типа. Установка непрерывного вылущивания семян – это та же машина предварительной очистки шишек. Необходимо только заменить калибр сетки.

Компактная установка дозированного вылущивания семян – это мини-обескрыливатель. После вылущивания данный обескрыливатель используют для удаления крылаток семян хвойных видов. Семена с крылатками, помещенные в барабан, смачиваются водой (2,5 л воды на 10 кг семян с крылатками). Затем с помощью сжатого воздуха они отделяются от крылаток. Таким образом, метод мягкого влажного обескрыливания играет очень существенную роль в сохранении потенциала всхожести и энергии.

После обескрыливания семена проходят грубую очистку на экранном сепараторе. Здесь они очищаются от крупных, мелких и легких примесей. Затем семена помещаются на 3 часа в сушильный шкафна досушивание. Это необходимо для того, чтобы удалить влагу, которая образовалась при обескрыливании.

Высушенные семена поступают на калибровку. По крупности они калибруются на три фракции: первая- до 2,25 мм; вторая – 2,25-2,50 мм; третья - свыше 2,50 мм.

Для окончательного отделения пустых семян от полных, семена проходят через воздушный сепаратор. При этом также удаляются легкие посторонние примеси. В целом описанная технология переработки лесосеменного сырья состоит из следующих взаимосвязанных операций:

- сортировка шишек;

- сушка шишек;

- извлечение семян;

- обескрыливание;

- сортировка семян;

- сушка семян.

Ее применение обеспечивает:

- сохранение и переработку каждой партии шишек, независимо от ее объема;

- высокое качество семян, благодаря применению обескрыливателя водного типа;

- сохранение происхождений каждой партии семян;

- быстроту и надежность переработки.

Всхожесть полученных партий семян составляет 98-99 %, а чистота - 99%.

Для хранения партий семян построено хранилище-холодильникемкостью 5т с регулируемыми условиями температуры и влажности воздуха.

В связи с тем, что мощность водного обескрыливателя значительная, в филиале центра практически могут дорабатываться семена всех лесхозов Витебской области.

Для контроля оценки качества семенного материала при филиале центра организована соответствующая лаборатория, оснащенная современными приборами и оборудованием. В ее функции входит осуществление контроля за семенным фондом лесных древесных видов (определение посевных качеств семян , учет и оценка урожая, подготовка и отправка партий семян на селекцентр.

Таким образом, применение новой технологии переработки и хранения семенного материала хвойных видов обеспечивает производство семенного материала, соответствующего мировым стандартам качества.

*******В 2006 г. при Институте леса создан "Генный банк семян лесных древесных видов", где также установлено уникальное оборудование шведской фирмы ВСС.

Производство семян на данном оборудовании – это качественно новый уровень в развитии лесного селекционного семеноводства. На рисунке 1 показана схема последовательности переработки семенного материала в генном банке семян института. Сушка шишек и семян осуществляется в сушильном шкафу DRYER DL600.

В шкафу предусмотрены влагопоглатитель, воздухоподогреыватель, воздухоохладитель с вентиляторами, фильтры и каналы. Он имеет сушильную камеру с 4 сушильными боксами, в каждом из которых имеется фильтр и вентилятор. Боксы сделаны из нержавеющей стали и оснащены перфорированным дном. Система управления предусматривает наличие регуляторов температуры и относительной влажности, сенсоры и другие электрические компоненты. Здесь все процессы осуществляются в автоматическом режиме.

Следует отметить, что процесс сушки происходит за счет рециркуляции обезвоженного воздуха (сухого воздуха). Это обеспечивает эффективный и энергосберегающий процесс сушки при малой температуре, что крайне важно для сохранения жизнеспособности семян. В результате семена не теряют всхожести из-за поступления горячего воздуха непосредственно в сушильную камеру, как это наблюдается в сушилках, используемых лесохозяйственными предприятиями. Сушка шишек и семян проводится при температуре – от +18 до +60ºС, время сушки – от 12 до 60 часов, в зависимости от породы. За один цикл высушивается порядка 150 кг шишек. Так же его можно использовать и для сушки пыльцы при температуре равной 30ºС.

Извлечение семян из высушенных шишек и их обескрыливание проводится с использованием установки EXTRACTOR 800 - мини-обескрыливателя .

Устройство обеспечивает предварительную очистку шишек хвойных пород от небольших примесей. Оно представляет собой барабан диаметром 800 мм, высотой 650 мм, различные скорость и углы наклона, с вставным сетчатым экраном диаметром 650 мм и высотой 725 мм.

Степень крепления крылатки к семени у разных видов различна: одна чуть обхватывает семечко закругленными концами (сосна обыкновенная), другая - крепко крепится к семечку, образуя «ложечку» (ель). В первом случае достаточно семена пропустить через обескрыливатель (перетирание), в другом – нужно применить значительное механическое воздействие. Обескрыливатели со щетками, а также другие, имеющие подобный принцип действия, оказывают негативное влияние на семена (т.к. с них стирается восковой налет). Кроме того, механическое обескрыливание приводит к микроповреждениям семян. Поэтому принцип действия современных обескрыливателей сводится с одной стороны к более эффективному отделению крылаток от семени, а с другой – сведению механических повреждений семян к минимуму.

В основу работы мини-обескрыливателя заложен принцип мокрого обескрыливания. В барабан помещают семена и обдают их определенным количеством воды, которая абсорбирует семена и крылатки. Скорость и угол наклона барабана можно регулировать. Поступление воздуха происходит благодаря работе компрессора. Объем каждой партии семян может составлять до 60 литров, длительность процедуры 2-5 минут.

В генном банке проведено испытание по обескрыливанию в барабане семян сосны обыкновенной мокрым и сухим методами. Семена с крылатками, помещенные в барабан, смачивались водой (2,5 л воды на 10 кг семян с крылатками). Через некоторое время семена немного разбухают и тогда крылатки отделяются от них. Затем в барабан подается воздух, который высушивает семена и крылатки, и они осыпаются на дно барабана. Под воздействием струи воздуха крылатки высыхают, отделяются от семян и выбрасываются из барабана, попадая в контейнер под барабаном, а семена осыпаются на дно барабана. Метод, мягкого влажного обескрыливания играет очень существенную роль в сохранении потенциала всхожести.

После обескрыливания семена проходят грубую очистку на экранном сепараторе. Здесь они очищаются от крупных, мелких и легких примесей. Затем семена помещаются на 3 часа в сушильный шкаф на досушивание. Это необходимо для того, чтобы удалить влагу, которая образовалась при обескрыливании.

Гравитационный сепаратор LAKTA

Высушенные семена поступают на калибровку. Калиброванные семена повышают точность высева. Система подачи семян состоит из загрузочной воронки и ленточного питателя. Материал с ленточного питателя попадает в пневмосепарирующий канал, где под действием регулируемой струи восходящего воздуха происходит отделение легких частиц. Более тяжелые частицы через канал попадают в калибровочную машину. Семена вместе с оставшимся мусором через пневмосепарирующий канал поступают на сита.

В машине с двумя ситами, семена проходят двухразовую обработку, при этом достигается полная очистка и калибровка. Материал, поступивший на сито, разделяется по размеру на три категории: крупные, средние и мелкие. В ходе первого цикла семена отделяются от примесей, больших или меньших, чем сами семена. После этапа очистки семена проходят цикл сортировки. Сортировка осуществляется при помощи эксцентрического приводного калибровочного механизма, оснащенного двумя ситами с отверстиями различного размера.

Мощности влажного мини-обескрыливателя EXTRACTOR 800 и гравитационного сепаратора LAKTA позволяют проводить обработку семян хвойных практически из всех лесохозяйственных предприятий Гомельской области.

Шишки ели при температуре 45^оС начинают раскрываться после 8-10 часов сушки. После 12 часов сушки шишки уже фактически раскрыты. Продление времени сушки до 15 часов увеличивает выход семян на 0,3-0,5 %, а влажность семян доходит до стандартной (6,5-7,5%). Влажность же после 12 часов сушки колебалась в пределах 9-10,5%. Если при этой влажности извлечь семена из шишек, то довести в дальнейшем их до стандартной влажности намного сложнее и трудоемко. Поэтому оптимальное время сушки шишек ели европейской должно составлять 15-16 часов.

Влияние времени сушки на выход семян ели европейской

Место заготовки шишек	Масса шишек, кг	Температура сушки, оС	Время сушки, ч	Масса семян с крылатками, кг	Масса чистых семян, кг	Выход семян, %
Насаждение				9,0	5,3	3,0
Насаждение				6,2	3,5	3,1
ЛСП				6,0	3,2	3,4
ЛСП				6,5	3,6	3,6

Значительно труднее раскрываются шишки сосны обыкновенной. При температуре сушки 55^оС за 60-65 часов раскрывается лишь 80 % шишек.

В некоторой степени показатели качества лесосеменного сырья зависят от объектов их заготовки. Шишки, заготовленные на лесосеменных плантациях намного крупнее, среди них меньше засмоленных. Шишки из естественных насаждений очень часто засмолены, что в дальнейшем сильно затрудняет работу оборудования. Они мельче, имеют большой процент повреждаемости вредителями.

Полученные семена готовы к закладке на длительное хранение, но предварительно определяют посевные качества семян.

Для определения посевных качеств семян были взяты средние образцы семенного материала и использован метод проращивания на специальном столе фирмы "RUMED" (рисунок 4), обеспечивающем для этого благоприятные условия: температура воды - +24^ОС, освещенность - 11 часов. Семена на столе размещались счетчиком раскладчиком (также фирмы RUMED) по 100 штук в 3-х кратной повторности.

Все семена после обработки соответствовали первому классу качества и имели всхожесть 95-100 % и чистоту не ниже 99,0 %.

Таким образом, применение новых технологий переработки лесосеменного сырья обеспечивает:

- сохранение происхождений каждой партии семян.

Последнее определение особо важно, так как стоит задача идентификации каждого происхождения. Используемые до сих пор шишкосушилки были сконструированы с целью массовой переработки лесосеменного сырья. Особенностью в этих шишкосушилках было то, что партии шишек, собранные во многих насаждениях, смешивались и объединялись в большие партии. Поэтому партии семян определялись с территории лесничества или даже лесхоза. Внедрение новой технологии позволяет обрабатывать каждую партию семян, независимо от объема шишек, благодаря чему реализуется принцип соответствия условиям местопроизрастания материнских насаждений условиям выращивания потомства. Только в этом случае будет получен наибольший селекционный эффект.

ЛЕКЦИЯ 5.