Биотехнология продуктов питания и биологически активных веществ
Введение . Современное животноводство характеризуется активным внедрением молекулярно-генетических технологий, позволяющих повысить эффективность селекционной работы и ускорить создание высокопродуктивных стад сельскохозяйственных животных. В условиях возрастающих требований к качеству мясной продукции особую актуальность приобретают исследования, направленные на выявление генетических маркеров, ассоциированных с продуктивными и технологическими свойствами мяса. Особую значимость проблема приобретает в мериносовом овцеводстве, где традиционно основное внимание уделялось шерстной продуктивности, тогда как мясные качества животных требуют дальнейшего совершенствования. В связи с этим актуальным является изучение генетических факторов, влияющих на формирование потребительских свойств баранины у овец породы советский меринос. Целью исследования являлось изучение влияния полиморфизма гена MSTN на качество мяса, полученного от овец породы советский меринос.
Материалы и методы . Исследования проводили на овцах породы советский меринос, разводимых в колхозе имени «Скиба» Ростовской области. Объектом исследования являлись баранчики, выращенные в идентичных условиях кормления и содержания. Для молекулярно-генетического анализа у животных отбирали биологический материал с последующим выделением геномной ДНК стандартными методами. Полиморфизм гена MSTN определяли методом полимеразной цепной реакции (ПЦР) с использованием специфических праймеров. Полученные ампликоны подвергали рестрикционному анализу методом PCR-RFLP с применением эндонуклеаз рестрикции. Разделение фрагментов ДНК проводили методом электрофореза в агарозном геле с последующей визуализацией результатов в ультрафиолетовом свете. Органолептическую оценку проводили после контрольного убоя животных. Для исследования использовали длиннейшую мышцу спины (m. longissimusdorsi).
Результаты исследования . Результаты проведённых исследований согласуются с современными представлениями о роли гена MSTN в регуляции роста мышечной ткани и формировании мясной продуктивности сельскохозяйственных животных. Установленное преимущество генотипа MSTN_AG по ряду органолептических показателей может быть связано с особенностями формирования структуры мышечной ткани и интенсивностью белкового обмена.
Обсуждение и заключение . Полученные данные подтверждают перспективность использования гена MSTN в качестве молекулярно-генетического маркера при селекции овец мясного и комбинированного направления продуктивности. Практическая значимость исследования заключается в возможности применения результатов при разработке селекционных программ, направленных на повышение качества баранины и улучшение потребительских свойств мясной продукции.
Технологии, машины и оборудование для агропромышленного комплекса
Введение . Предприятия сельскохозяйственного машиностроения и технического сервиса агропромышленного комплекса функционируют на стыке промышленного производства, ремонта, обслуживания и эксплуатации машин и технологического оборудования. Для данной сферы характерно сочетание технических, организационноуправленческих и человеческих факторов риска, связанных с применением энергонасыщенного оборудования, движущихся машин и механизмов, ручного и электрифицированного инструмента, подъёмно-транспортных операций, воздействием шума, вибрации, пыли, химических веществ и эргономических нагрузок. Правила по охране труда в сельском хозяйстве прямо относят к возможным вредным и опасным факторам движущиеся машины и механизмы, подвижные части оборудования, шум, вибрацию, запылённость, химические вещества, физические перегрузки и электрический ток.
В современных условиях сохраняется противоречие между формальным выполнением требований охраны труда и необходимостью предупреждения происшествий на основе риск-ориентированного управления. Недостаточная адаптация общих подходов к управлению профессиональными рисками к условиям сельскохозяйственного машиностроения и технического сервиса АПК определяет актуальность исследования.
Материалы и методы . Объектом исследования выступают процессы управления профессиональными рисками на предприятиях сельскохозяйственного машиностроения и технического сервиса АПК. Методическую основу составили анализ нормативно-правовой базы и научной литературы, системный и сравнительный анализ, а также моделирование управленческих процессов на основе цикла Деминга.
Результаты исследования . Установлено, что развитие подходов к управлению безопасностью труда в промышленно-аграрной сфере происходит от нормативно-процедурной и аналитико-статистической моделей к риск-ориентированной модели. Выявлены различия между реактивным и проактивным подходами по целям, временной ориентации, составу мероприятий, показателям оценки и степени вовлечённости персонала. Показано, что система управления профессиональными рисками должна рассматриваться как центральный элемент системы управления охраной труда и как составная часть интегрированной системы менеджмента предприятия, осуществляющего производство, ремонт, обслуживание или эксплуатационное сопровождение машин и оборудования АПК.
Обсуждение и заключение . Применение проактивного подхода и цикла Деминга обеспечивает переход от реагирования на последствия происшествий к их предупреждению, повышает результативность управленческих решений и способствует устойчивости производственных и сервисных процессов. Практическая значимость работы заключается в возможности использования полученных положений при совершенствовании систем управления охраной труда на предприятиях сельскохозяйственного машиностроения, ремонтных мастерских, сервисных подразделениях и организациях, эксплуатирующих машинно-тракторный парк. Перспективы дальнейших исследований связаны с разработкой инструментов мониторинга, прогнозирования и многокритериальной оценки профессиональных рисков при работе с машинами и оборудованием АПК.
Почвоведение
Введение. Антропогенно-преобразованные почвы федеральной территории «Сириус» сформированы в условиях масштабной инженерной планировки, проведённой при подготовке Олимпийских игр 2014 года и последующего градостроительного развития Имеретинской низменности. Поверхностные горизонты этих почв сложены привезённым материалом тёмногумусового горизонта (AU) чернозёма миграционно-сегрегационного, который в условиях влажного субтропического климата подвергается не свойственной чернозёмам трансформации. Цель работы — оценить особенности валового химического состава антропогенно-преобразованных почв ФТ «Сириус» и характер ранней стадии трансформации чернозёмного материала с применением геохимических индексов выветривания и педогенеза.
Материалы и методы. Объекты исследования — антропогенно-преобразованные почвы территорий ФТ «Сириус», функционирующие 10–12 лет. Эталонные объекты — горизонты AU и Cca чернозёма миграционно-сегрегационного. Валовое содержание макроэлементов определяли методом рентгенофлуоресцентного анализа (РФА) портативным анализатором «МеталлТест». Для интерпретации применены индексы CIA, Ki, Kr.
Результаты исследования. В рекультивационно-гумусовом горизонте RAT установлено статистически значимое снижение SiO2 при одновременном повышении Al2O3 и Fe2O3 по сравнению с генетически однородным горизонтом AU. По CaO, MgO и K2O значимых различий не выявлено. По всем интегральным коэффициентам и большинству макроэлементов установлены достоверные различия RAT–Cca, что подтверждает существенную трансформацию чернозёмного материала за 10–12 лет.
Обсуждение и заключение. Выявленный сдвиг отражает раннюю стадию субтропического гипергенеза: декарбонатизацию, вынос оснований и относительное накопление полуторных оксидов в условиях промывного водного режима при сохранении карбонатно-щёлочного резерва, наследуемого от исходного чернозёма. Полученные результаты обосновывают необходимость регулярного геохимического мониторинга городских почв ФТ «Сириус» и могут быть использованы при разработке регламентов рекультивации в зонах влажных субтропиков.
Введение. В настоящее время культивированию в лабораторных условиях поддается около 1 % всех существующих бактерий. Отсутствие возможности получения чистых культур многих микроорганизмов создает серьезные трудности в фундаментальных и прикладных исследованиях. Особенно данная необходимость касается почвенных бактерий, в связи с богатым видовым разнообразием прокариот в данной природной среде. Вследствие данных фактов остро стоит вопрос поиска способов культивирования новых штаммов, в том числе разработка новых питательных сред и модификация существующих путем внесения ростовых факторов. Целью настоящей работы является изучение возможности повышения культивируемости бактерий путем внесения в среду R2A таких ростовых факторов, как гем и гумат калия, а также замены агар-агара на геллановую камедь.
Материалы и методы. Объектами исследования являлись почвы антропогенных ландшафтов Ростовской области. Было исследовано влияние ростовых факторов на культивируемость почвенных бактерий, путем подсчета общего числа колоний на универсальной питательной среде, а также отдельного учета быстрорастущих и медленнорастущих штаммов. Обработка полученных данных проводилась в программе Statistica Star Soft.
Результаты исследования. Согласно полученным результатам, гумат калия оказывает стимулирующее действие в низких концентрациях и ингибирующее в высоких. Гем увеличивает скорость быстрорастущих штаммов, однако одновременно с этим происходит подавление медленнорастущих бактерий. Геллановая камедь показала улучшение культивируемости медленнорастущих штаммов в одном из вариантов.
Обсуждение и заключение. В связи с неоднозначностью результатов исследования действия геллановой камеди и гема необходимы дальнейшие эксперименты с данными компонентами. В то же время, гумат калия оказал стимулируюшее действие на рост бактерий. В связи с полученными данными можно сделать вывод, согласно которому при внесении ростовых факторов станет возможно культивировать ранее некультивируемые почвенные бактерии. Таким образом, данная тема является перспективным направлением в экспериментальной микробиологии и требует дальнейших схожих исследований.
Рыбное хозяйство, аквакультура и промышленное рыболовство
Введение. Высокая себестоимость кормов, в структуре которой доминируют рыбная мука и рыбий жир, остаётся ключевым ограничением рентабельности индустриальной аквакультуры в установках замкнутого водоснабжения (УЗВ). Перспективным направлением снижения кормовых затрат и повышения экологической устойчивости отрасли выступает частичная замена рыбной муки белком насекомых — мукой из личинок чёрной львинки (Hermetia illucens). Цель работы — оценить влияние частичной замены рыбной муки мукой из личинок чёрной львинки на рыбоводно-биологические показатели гибрида осетровых и определить экономическую эффективность такого замещения в условиях УЗВ.
Материалы и методы. Лабораторный опыт длительностью 90 суток выполнен на молоди гибрида осетровых в четырёх группах при уровнях замены рыбной муки 0 (контроль), 25, 50 и 75 %. Оценивали удельную скорость роста (SGR), кормовой коэффициент (FCR), выживаемость, а также показатели экономической эффективности. Результаты исследования. Наибольшая продуктивность достигнута при 50 % замены: конечная масса возросла на 9,8 %, кормовой коэффициент снизился с 1,35 до 1,21, выживаемость составила 95 %. Затраты корма на 1 кг прироста сократились на 13,6 %. При экстраполяции на товарный модуль мощностью 10 т/год рентабельность повышается с 45,9 до 56,1 %. Обсуждение. Полученные данные подтверждают целесообразность включения муки из H. illucens в рецептуры осетровых кормов на уровне до 50 % замены рыбной муки без ущерба для роста и при ощутимом экономическом эффекте.
Обсуждение и заключение. Полученные данные подтверждают наличие оптимального уровня замены рыбной муки белком чёрной львинки: положительный эффект до уровня 50 % обусловлен благоприятным аминокислотным профилем, антимикробным действием лауриновой кислоты и иммуномодулирующими свойствами хитина, тогда как при 75 % замены показатели опускаются ниже контрольных значений. Экономический эффект формируется одновременно по двум каналам — за счёт улучшения кормового коэффициента и удешевления рецептуры, что делает технологию устойчивой к ценовой волатильности рыбной муки. Интеграция производства личинки чёрной львинки на органических отходах в единый ресурсный контур с УЗВ соответствует принципам циркулярной биоэкономики и задачам импортозамещения кормовых компонентов в АПК. Таким образом, замена 50 % рыбной муки мукой из личинок чёрной львинки в кормах для гибрида осетровых в УЗВ повышает рентабельность товарного модуля мощностью 10 т/год с 45,9 до 56,1 % и может быть рекомендована как ресурсосберегающее решение для индустриальной аквакультуры; превышение порога включения (75 %) нецелесообразно.
Пищевые системы
Введение. Сохранение урожая в настоящее время является ключевым направлением сельского хозяйства. Согласно докладу об индексе пищевых отходов ЮНЕП (UNEP Food Waste Index Report) ежегодно в мире выбрасывается около 1,05 млрд тонн еды на этапе потребления. Еще около 14% продуктов теряется на этапе сбора урожая и транспортировки. Хранение скоропортящейся продукции требует больших энергозатрат, а многие продукты не поддаются заморозке. Дегидратация снижает влажность, замедляя порчу, уменьшает вес и объём продукции, но сама является энергоёмким процессом. Цель исследования — разработать энергоэффективную технологию сушки бытовым дегидратором, сохраняющую пищевые и органолептические свойства продукта, и создать соответствующий прототип дегидратора на основе анализа кинетики сушки и сенсорной оценки продукции.
Материалы и методы. Модернизированный бытовой дегидратор позволяет не только задавать усреднённые параметры сушки, но и контролировать остаточную влажность продукта. Система включает: корпус с поддонами, нагревателем (до 250 Вт) и вентилятором (20–30 Вт); датчики температуры (DS18B20) и влажности (BME 280); микроконтроллер ESP 32 с WiFi и Bluetooth; дисплей ICST7789VW, сенсорные кнопки TTP223; симисторные реле Omron G3MB 202P для управления нагревателем и вентилятором. Модули по шине I2C объединены на одной шине с корректировкой адресов датчиков; датчик DS18B20 подключён по 1 Wire (с обязательной подтяжкой линии к питанию). В силовой цепи применены предохранители: 0,15 А для вентилятора, 1,5 А — для нагревателя (с 50 % запасом перегрузки), что защищает от короткого замыкания и не превышает предельный ток реле (2 А).
Результаты исследования. В ходе эксперимента провели тонкослойную сушку яблок: диски толщиной 7 мм (точность 0,1 мм) разместили на решётах дегидратора. Начальная масса — 577,2 г, после сушки — 89,4 г (потеря массы — 487,8 г), толщина дисков снизилась до 2 мм. Энергию измеряли ваттметром (1845 Вт·ч) и косвенно — по мощности нагревателя (210 Вт) и скважности реле; энергия на сушку — 1700 Вт·ч. Телеметрию с датчиков передавали в Telegram бот (в формате JSON), затем экспортировали в текстовый файл и обрабатывали в Python и Matlab. Результаты представлены на графиках (влагосодержание, влагопотеря, удельная влажность, эффективность).
Обсуждение и заключение. Тестирование прототипа дегидратора позволило оценить параметры сушки яблочных чипсов. Применялся комплексный подход: контролировались характеристики сырья, энергозатраты и параметры процесса с помощью телеметрической системы. Система передавала данные в Telegram бот, затем их обрабатывали в JSON, экспортировали в таблицу и анализировали в Matlab. Графики динамики влагопотерь и других показателей помогли оценить энергоэффективность установки. Анализ удельной эффективности позволяет оптимизировать режим сушки. Исследование подтвердило работоспособность прототипа и эффективность методики. Разработанная система сбора данных пригодна для тестирования аналогичных установок, а полученные показатели — для сравнения методов дегидратации и расчётов технико-экономических параметров.
Частная зоотехния, кормление, технологии приготовления кормов и производства продукции животноводства
Введение. В рамках национального проекта по ускоренному развитию животноводства критически важным становится модернизация кормоприготовительных предприятий. Повышение качества и сбалансированности кормов напрямую увеличивает продуктивность скота и снижает риски для здоровья человека. Однако зерновое, животное и минеральное сырье подвержено сильной микробной порче, где особую опасность представляют плесневые грибы, чьи микотоксины резко снижают питательность. Комбинированная конвективно-СВЧ обработка зернового и минерального сырья обеспечивает интенсивную декстринизацию крахмала, стопроцентное обеззараживание продукта и двукратное снижение энергозатрат. Цель исследования — определить рациональное сочетание параметров конвективного (до 60 °С) и СВЧ-нагрева (до 95–105 °С) в технологическом модуле для обеспечения высокоинтенсивной тепловой обработки ингредиентов комбикормов.
Материалы и методы. Влаготепловая обработка зерна –сложный процесс тепло- и массообмена: влага перемещается внутри материала и с его поверхности в окружающую среду, преимущественно в виде смеси пара и жидкости. При высокоинтенсивной тепловой обработке (например, ИК-нагреве) в зерне интенсивно испаряется влага — давление пара растёт, возникает избыточное давление, разрушающее структуру зерна, вызывающее его размягчение и вспучивание. Процесс делят на два периода: 1) нагрев до 95–105 °C (начало парообразования); 2) нагрев выше этой температуры — в нём происходят основные качественные преобразования (в т.ч. уничтожение микрофлоры). Для первого периода предлагают конвективный нагрев (простой и энергоэффективный), для второго — СВЧ-нагрев (обеспечивает быстрый, равномерный нагрев и резкий рост давления пара). Эффективность комбинированной обработки зависит от сочетания режимных параметров процесса.
Результаты исследования. В лабораторных исследованиях изучен конвективный нагрев зерна озимой пшеницы и ракушки. Построены зависимости температуры нагрева неподвижного и подвижного слоёв от продолжительности обработки. Установлено, что с ростом производительности температура материалов на выходе снижается: для зерна (95–105 °C) оптимальна производительность 300–500 кг/ч, для ракушки (60–80 °C) — свыше 650 кг/ч. Выявлена зависимость производительности и удельных энергозатрат от величины зазора между дозирующей катушкой и отсекателем: при увеличении зазора до 4,5 мм энергозатраты снижаются в 2–3,5 раза. Результаты использованы для доработки конструкторской документации технологического модуля комбинированной обработки (конвективный + СВЧ-нагрев) производительностью до 400 кг/ч.
Обсуждение и заключение. В ходе исследований определены зависимости и область конструктивно-технологических параметров предварительного конвективного нагрева для обработки ингредиентов комбикормов. На основе результатов доработана конструкторская документация модуля комбинированной (конвективной и СВЧ-) обработки производительностью до 400 кг/ч.
Экология
Введение. Совокупное влияние техногенных и климатических стрессоров привело городские лесные экосистемы Донбасса к критическому состоянию. Интенсивное промышленное развитие региона и глобальные климатические сдвиги вызывают физиологические нарушения у древесных растений, проявляющиеся в снижении их жизнеспособности и продуктивности. Донбасс характеризуется высоким уровнем загрязнения атмосферы, деградацией почв и изменениями климата, усугубляет уязвимость древесных насаждений, ослабленных техногенной нагрузкой, и ведёт к их преждевременному усыханию и снижению средообразующих функций. Цель исследования — эколого-биологическая оценка состояния древесных растений г. Донецка в условиях техногенеза и изменяющегося климата.
Материалы и методы. Исследования проводились в центральной части г. Донецка на древесных растениях, произрастающих вдоль автомагистралей. Объектами исследования выступили Tilia cordata Mill., Acer platanoides L., Acer pseudoplatanus L., Acer saccharinum L., Acer saccharum Marshall, Populus nigra L., Populus bolleana Lauche, Populus simonii Carrière, Robinia pseudoacacia L., Fraxinus excelsior L., Fraxinus pennsylvanica Marshall, Betula pendula Roth., Ulmus laevis Pall., Ulmus pumila L., Ulmus glabra Huds., Syringa vulgaris L., Sorbus intermedia (Ehrh.) Pers. Жизнеспособность оценивали по шкале В. А. Алексеева, проводили лесотаксационные и биофизические исследования. Фотосинтетический аппарат изучали с помощью флуориметра «Hexagon–imaging–PAM», регистрируя параметры флуоресценции.
Результаты исследования. Результаты исследования демонстрируют критическое состояние древесных насаждений в г. Донецке под совокупным воздействием техногенных и климатических стрессоров. Выявлены повреждения стволов, морозобоины и нарушение фотосинтетической активности — эти показатели свидетельствуют о снижении устойчивости и жизнеспособности деревьев. Особую обеспокоенность вызывает тенденция к переходу значительной части насаждений в аварийно опасное состояние.
Обсуждение и заключение. Снижение устойчивости и жизнеспособности деревьев ставит под угрозу экологические и средообразующие функции городских лесных экосистем. Полученные данные имеют высокую теоретическую и практическую значимость для понимания механизмов адаптации и деградации древесных растений в условиях антропогенно изменённой среды. Перспективы исследования включают разработку рекомендаций по подбору устойчивых видов, оптимизации режимов ухода и формированию новых насаждений, способных противостоять комплексному воздействию стрессовых факторов в условиях изменяющегося климата.
Электротехнологии, электрооборудование и энергоснабжение агропромышленного комплекса
Введение. Качество молочной продукции детерминировано совокупным влиянием энергетических параметров и временных факторов процесса охлаждения. Непосредственно после доения требуется оперативное снижение температуры сырья с последующим поддержанием заданного термического режима до этапа транспортировки либо переработки. Существующие методики энергетического расчёта, применяемые к молочным резервуарам, не отражают полной картины: необходимо принимать во внимание наличие пассивного теплового резерва, обусловленного конечной теплоёмкостью продукта и ограждающих конструкций, а также кинетику развития психротрофной микрофлоры. Исследования показывают, что время до охлаждения и скорость прохождения высокотемпературной зоны влияют на качество. Критерий должен быть динамическим и опираться на данные датчиков. Цель исследования — разработать энерготехнологический критерий, объединяющий тепловой, микробиологический и электрический резервы для принятия решений при нарушении электроснабжения.
Материалы и методы. Предложен энерготехнологический критерий для оценки резерва времени при нарушении электроснабжения молочного резервуара. Учитываются три составляющие: тепловой резерв (обусловленный инерцией нагрева продукта и ограждающих конструкций); микробиологический (определяемый динамикой роста микрофлоры с учётом исходной обсеменённости); энергетический (зависящий от ёмкости резервного источника питания и уровня критической нагрузки). Итоговый показатель сопоставляется с прогнозируемым сроком восстановления электроснабжения: при превышении прогнозного срока над расчётным резервом требуется аварийное реагирование. Параметризация модели предусматривает локальную идентификацию тепловых характеристик резервуара и калибровку микробиологических зависимостей на основании фактических данных.
Результаты исследования. Проведён анализ чувствительности температурного резерва к ключевым параметрам: установлено доминирующее влияние начальной и предельной температур, обусловленное узким технологическим интервалом. Показана возможность снижения требований к аккумуляторному накопителю за счёт увеличения пассивного теплового резерва. С учётом измерительной неопределённости предложен безопасный резерв на основе статистической оценки. Разработан безразмерный критерий для ранжирования зон технологического риска и формирования алгоритма управленческих решений. Верификация модели предусматривает поэтапные экспериментальные измерения тепловых, электрических и микробиологических параметров с последующей проверкой прогнозной точности.
Обсуждение и заключение. Критерий объединяет энергетические и технологические параметры, обеспечивая прозрачную оценку резерва. Приоритетные меры зависят от лимитирующего фактора — теплового, микробиологического или электрического. Показатель служит прогнозным индикатором между лабораторными анализами и применим для многокритериальной оптимизации затрат и рисков. Усложнение модели оправдано лишь при снижении ошибок на независимых данных; в остальных случаях предпочтительна консервативная простая модель.
