Модуль для выращивания микрозелени из семян растений и способ выращивания микрозелени из семян растений
Изобретение относится к области агротехники, к способам выращивания микрозелени из семян растений. Модуль для выращивания микрозелени из семян растений содержит нижний гидрофильный слой из минеральной базальтовой ваты и прикрепленный к нижнему гидрофильному слою с образованием замкнутых карманов для семян растений верхний укрывной слой из воздухопроницаемой бумаги с односторонним гидрофобным покрытием полиэтиленом со стороны нижнего слоя. Изобретение касается также способа выращивания микрозелени из семян растений с использованием указанного модуля. Техническим результатом является упрощение выращивания микрозелени из семян растений в стандартных условиях жилого помещения с использованием воды только на первоначальной стадии увлажнения субстрата с расположенными на нем семенами растений. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 1 табл., 15 ил.
Область техники
Изобретение относится к области агротехники, к энергонезависимым и экологически чистым средствам и способам выращивания микрозелени в стандартных условиях жилого помещения, без применения принудительной вентиляции и специального освещения, с использованием воды только на первоначальной стадии увлажнения субстрата с расположенными на нем семенами растений.
Уровень техники
Известны традиционное выращивание растений в защищённом грунте и гидропонные системы выращивания растений (аэропонная система, система прилив-отлив) [Г.А.Павлов, Г.Ф. Попов «Тепличное хозяйство», 1986; С.Ф. Ващенка, З.И. Чекунова, Н.И.Савинова, Н.И. Гаврилов, Г.Г. Вендило, И.Т. Дудоров «Овощеводство защищенного грунта», 1984]
Недостатками традиционного выращивания в защищённом грунте. является: необходимость использование грунта в качестве субстрата с соответствующей возможностью наличия в грунте болезнетворных микроорганизмов, грибков, яиц гельминтов и т. п., применение гербицидов, пестицидов, невозможность достаточного контроля влажности и аэрации прикорневой зоны растений, высокие затраты на поддержание оптимальной влажности и достаточной концентрации кислорода в прикорневой зоне растений, низкие темпы прорастания и дальнейшего роста растений, высокий расход воды и питательных веществ, сложность точного дозирования питательных веществ, высокие затраты на поддержания микроклимата в процессе проращивания семян, высокие затраты на замену грунта при его обеднении, получаемый урожай требует очистки от частиц почвы.
Недостатками гидропонных систем выращивания является: высокие затраты на обустройство, высокая стоимость эксплуатации, высокие затраты на поддержания микроклимата, сложность выращивания в них микрозелени.
Микрозелень (англ. – Microgreen) называются растения в фазе листьев семядоли + 1-2 настоящих листа с высотой около 2-12 см), включая стебель, полностью развернутые семядольные листья и обычно одну пару очень маленьких, частично развитых настоящих листьев, которые срезают чуть выше линии субстрата во время уборки.
Среднее время от посева до сбора урожая для большинства видов микрозелени (вегетации (от латинского vegetatio возбуждение, оживление) - произрастание, активная жизнедеятельность растений, когда происходит значительное увеличение зелёной массы растений и загущение ростков) составляет до 10-14 дней, некоторые виды уже через 4–7 дней можно употреблять в пищу
Микрозелень необходимо отличать от проростков, которые обычно имеют только выпущенный корешок, а также от взрослой зелени с развитыми стеблями и листьями.
Считается, что впервые микрозелень появилась в начале 1980-х в Сан-Франциско, где шеф-повара дорогих ресторанов стали добавлять её в свои блюда, а затем в середине 1990-х распространилась по всей Южной Калифорнии [Eric Franks, Jasmine Richardson — Microgreens: A Guide To Growing Nutrient-Packed Greens, 2009. Mark Braunstein — Microgreen Garden: Indoor Grower’s Guide to Gourmet Greens, 2013. https://ru.wikipedia.org/wiki/Микрозелень].
Изначально набор микрозелени был невелик: руккола, базилик, свекла, кориандр, кудрявая капуста и набор, называемый «радужная смесь» (англ. rainbow mix).
В качестве микрозелени в настоящее время выращивают или традиционную зелень: салат, пряные травы, лук, или используемые реже редис, дайкон, свёкла, или не используемые ранее вообще: злаки, амарант, подсолнечник, нут, капусту.
По сравнению со взрослой зеленью микрозелень имеет более сильные ароматы, содержит больше витаминов и имеет широкий выбор форм листьев, текстур и цветов.
В микрозелени содержатся высокие дозы витаминов C, E, K, минералов и антиоксидантов, причём в гораздо больших количествах, чем в обычной зелени, поэтому её не рекомендуется варить или жарить, так как в процессе термической обработки теряется большая часть полезных веществ.
Микрозелень, с учётом времени её короткой жизни, рекомендуется потреблять как можно более свежей, желательно сразу после её отделения от субстрата, в связи с эти актуальны способы выращивания микрозелени непосредственно в местах её потребления и в домашних условиях.
В особо ароматной микрозелени (базилике или кориандре) в частности содержатся различные эфирные масла, которые положительно влияют на пищеварение и улучшают обмен веществ.
Самые высокие концентрации витамина C, каротиноидов, витамина K и витамина E имеют соответственно красная капуста, кинза, гранатовый амарант и зелёный дайкон.
В настоящее время ассортимент микрозелени насчитывает десятки различных культур, однако растения семейства пасленовых, такие как картофель, помидоры, баклажаны и перец, не рекомендуют выращивать и употреблять как микрозелень, поскольку ростки пасленовых растений ядовиты, так как они содержат токсичные вещества, такие как соланин (от лат. Solanum - паслён) и тропан. Соланин - растительный гликозид (алкалоид) является ядовитым органическим соединением, химически родственен со стероидам, который содержится в растениях семейства паслёновых, относится к контаминантам. Поступление в организм человека и животного большого количества соланина сопровождается отравлением). Тропа́н - третичный амин, тропановое ядро входит в состав молекул тропановых растительных алкалоидов содержащихся в растениях семейств пасленовых, вьюнковых и эритроксиловых. Наиболее известными представителями тропановых алкалоидов являются атропин, содержащийся в белладонне, скополамин в дурмане семейства паслёновых и кокаин коки семейства эритроксиловых, которые могут вызвать неблагоприятные симптомы в пищеварительной и нервной системах.
Для выращивания микрозелени не обязательно искусственное освещение, потому что она может расти при различном освещении, в том числе при непрямом естественном свете, при специальном искусственном свете для растений или даже в полной темноте, однако различные условия освещения могут изменить вкус выращиваемых растений. Например, микрозелень кукурузы будет сладкой при выращивании в темноте, либо горькой при воздействии света (в результате процессов фотосинтеза, происходящих в прорастающих растениях).
Основным преимуществом микрозелени является нетребовательность к условиям производства. Проращивание семян микрозалени не требует много места, света и тепла.
Важным преимуществом микрозелени является быстрая оборачиваемость посевного материала. Большинство болезней растений просто не успевают развиваться за время, проходящего от посева до сбора урожая.
Хотя жизненный цикл микрозелени очень короток и она просто не успевает подхватить инфекции, свойственные обычной рассаде, часто наблюдается появление плесени на семенах или едва проклюнувшихся ростках, обычно по причинам:
- избыточной влажности и недостатка воздуха при выращивании в мини-парниках, укрытии пленкой или крышкой,.
- посева семян толстым слоем или комками, когда семенам и слишком сыро, и слишком «душно»,
-избытка света на стадии прорастания семян и формирования всходов, так как большинству овощных и зеленных культур не нужен свет для того, чтобы дать ростки, а плесень на свету и при избытке влажности активно растет,
- заражения субстрата или оборудования,
- использования зараженных семена, которые не должны содержать токсичных следов протравки, пестицидов, гербицидов и так далее.
В домашних условиях микрозелень обычно выращивают на вате, марле, перевязочных салфетках, бумажных полотенцах, неплотной мешковине, в банках с сетками на крышках или на дне или на гидрогеле, однако все эти способы требуют регулярного контроля влажности, постоянного наблюдения, поэтому не распространены и используются эпизодически отдельными энтузиастами.
Известны устройства для промышленного проращивания семян в целях получения рассады для дальнейшего выращивания пересаженных растений..
Известно устройство для выращивания растений из семян и высадки проростков растений, состоящее из резервуара для питательного раствора произвольного объема и поверхности для размещения семян и проростков растений изготовленной путем пропитывания хлопчатобумажной ткани парафином и закрепленной на горловине резервуара для питательного раствора. В ткани, пропитанной парафином, после его затвердевания проделывают отверстия для высева семян или проростков растений. [Сказкин Ф.Д., Ловчиновская Е.И., Миллер М.С., Аникеев В.В. Практикум по физиологии растений. - М.: «Советская наука», 1958 - С. 97].
Недостатком данного устройства является постепенное провисание пропитанной парафином ткани под давлением массы растений, что приводит к изменению условий снабжения кислородом оснований побегов растений и уменьшению объема питательного раствора, что, в свою очередь, имеет существенное значение при использовании контейнеров малого объема.
Известно устройство для выращивания растений методом гидропоники, состоящее из контейнера, заполняемого питательным раствором. Твердая поверхность, на которую помещают семена или другой посадочный материал, располагается непосредственно на питательном растворе, изготовлена из вспененных полиэтилена или полистирола, имеет толщину от 5 до 35 миллиметров и сквозные отверстия для соприкосновения корней растений с питательным раствором [US 4034506 A01G31/00, публ/ 12.07.1977 г.].
Недостатком данного устройства является трудность извлечения корней растений из пористого материала. Также многократное использование пористого материала может способствовать развитию фитопатогенов и водорослей, присутствие которых будет негативно отражаться на росте, развитии и продуктивности растений.
Известен модуль для выращивания растений на гидропонике, содержащий монтируемые на несущих ряды вертикально ориентированных панелей с посадочными местами и механизм обеспечения питательной жидкостью, отличающийся тем, что каждая из панелей представляет собой слоистую структуру по типу сэндвича, передний слой которой выполнен из формообразующего материала - подложки с посадочными местами в виде карманов с отверстиями по типу ложементов для семян и/или растений, задний слой - в виде защитной водонепроницаемой пленки, промежуточное пространство между крайними слоями - капиллярная поверхность. В промежуточном пространстве между крайними слоями помещен средний слой в виде инертного материала с развитой капиллярной поверхностью. Механизм обеспечения питательной жидкостью имеет гидроканал, размещенный сверху в теле формообразующей панели, которая сверху имеет скос в сторону водонепроницаемой пленки и образует с ней угол, направленный вершиной вниз, образуя раствороприемник, а нижнее ребро формообразующего слоя выполнено скошенным [RU 15255 A01G 31/00 Опубл. 10.10.2000 Бюл. № 28].
Известно устройство для выращивания растений, содержащее культивационную емкость, снабженную в нижней части полукруглым выпуклым элементом, в котором размещены слой органо-минеральной корнеобитаемой среды и слой мелкозернистого водопроводящего материала, разделенные перфорированной перегородкой, а также слой крупнозернистого материала, размещенный под слоем мелкозернистого материала; при этом полукруглый элемент связан через трубопровод, соединенный со сливным патрубком, с резервуаром питательного раствора, который соединен посредством трубопровода и насоса для питательного раствора с накопительным резервуаром, а посредством трубопроводов, насоса для воды и водоотводящих труб - с поверхностью перфорированной перегородки через емкость для промывочной воды, причем перфорированная перегородка выполнена из полимерного материала с капиллярными коническим отверстиями, которые в центральной части перегородки выполнены вершинами в сторону органо-минеральной корнеобитаемой среды, а в периферических частях перегородки - вершинами в сторону мелкозернистого влагопроводящего материала, отличающееся тем, что оно включает антимикробный фильтр для промывочной воды с наночастицами серебра [RU 67388 A01G31/00 Опубл. 27.10.2007 Бюл. № 30].
Известно устройство для выращивания растений на вертикальных поверхностях, содержащее систему для снабжения растений водой и питательными элементами, средство для орошения, которое содержит модульные элементы, размещенные на вертикальной металлической раме с возможностью их установки и извлечения, обеспечивающие установку, уход за культурами и обновление растений; система для снабжения растений водой и питательными элементами выполнена в виде горизонтально расположенных оросительных трубок, содержит емкость для воды и питательных элементов, насос, электрический блок управления, датчик влажности, соединенные посредством шланга с распределительной трубкой. Устройство содержит подставку для установки рамы с отверстиями для ее крепежа. Модульные элементы выполнены из коррозиестойкого и ударопрочного материала, содержат субстрат из минеральной ваты, помещенный в нетканый невоспламеняемый материал, в который высаживается и/или пикируется посадочный материал. Ёмкость для накопления воды и питательных элементов в устройстве располагается отдельно, а на вертикальных поверхностях дополнительно крепится водоизоляционный материал [RU 87867 A01G31/00 Опубл. 27.10.2009 Бюл. № 30].
Известен субстрат для выращивания растений, содержащий керамзит, отличающийся тем, что субстрат содержит два слоя, нижний слой выполнен из крупных частиц керамзита размером 5÷10 мм, верхний слой - из мелких частиц керамзита размером 0,1÷5 мм, соотношение слоев по толщине 0,8÷1,2:1. Верхний и нижний слои керамзита размещены в гибком мешочке размерами (400÷500)×(350÷430)×1 мм, снабженном дренажными отверстиями, при этом общий объем субстрата в мешочке 5÷15 куб из полиэтилена, в котором дренажные отверстия выполнены в нижней боковой части мешочка [RU 76775 A01G31/00 ]
Известно устройство на основе чашки Петри для выращивания растений, семян и проростков методами гидропоники и аэропоники, в котором на поверхности для размещения семян и проростков выполнено армирование, что предотвращает изменение формы поверхности в процессе выращивания растений и поддержание постоянства объема питательного раствора, чем обеспечиваются более благоприятные условия культивирования растений [RU 173431 A01G 31/00 Опубл. 28.08.2017 Бюл. № 25]
Известен модуль для многоуровневых гидропонных агроферм с автополивом, который для . повышения эффективности выращивания растений в гидропонной представляет собой полый корпус, включающий нижнюю и верхнюю части, герметично соединенные между собой, верхняя часть содержит четыре отверстия для установки в них стаканов, корпус для крепления регулировочного крана и корпус для крепления входного фитинга, нижняя часть с внешней стороны имеет отсек для установки лампы освещения, включающей светодиодный чип с теплоотводом и блоком питания, внешняя боковая поверхность корпуса включает выходной фитинг, внутри корпуса размещена система капельного полива, включающая шланги, соединенные между собой посредством коннектора и подсоединенные к стаканам, при этом каждый стакан имеет перфорацию по всей поверхности и иглы, размещенные на внутренней боковой поверхности стакана и сообщающиеся с отверстиями для подсоединения шлангов, а коннектор включает регулировочный кран и входной фитинг [RU 172 613 A01G31/00 Опубл. 14.07.2017 Бюл. № 20]
Известно использование в гидропонике субстратов на основе минеральной и каменной ваты.
Минеральная и каменная вата - это волокнистый материал, который получают из расплавов горных пород габбро-базальтовой группы, а также металлургических шлаков и их смесей, который после формирования волокнистого мата в целях обеспечения формоустойчивости дополнительно обрабатывают связующими, обычно на основе фенолформальдегидных смол. Температура плавления волокон превышает 1000°С, что позволяет применять продукцию из минеральной ваты в широких пределах рабочих температур.
Впервые использование каменной ваты в качестве гидропонного субстрата было предложено в Дании в 1969 г. Например, в патенте Великобритании №1336426 (опубл. 07.11.1973) описан субстрат из минеральной ваты, который может быть использован в сельском хозяйстве для выращивания растений.
Возможность такого применения обусловлена тем, что минераловатные субстраты хорошо сохраняют свою форму благодаря жесткости матрицы из минеральных волокон, а также имеют большую пористость, что создает возможность для удержания влаги контролируемым и предсказуемым образом. Поэтому к середине 90-х годов многие тепличные хозяйства во всем мире практически полностью перешли на выращивание садово-огородных культур малообъемным гидропонным способом с применением минераловатной основы и систем циркуляции воды.
Известно, что минеральная вата является высокоэффективным тепло- и звукоизоляционным материалом, поэтому она широко используется в качестве теплоизоляционного и звукоизоляционного материала, для чего она обычно для сохранения формы обрабатывается связующими добавками (чаще всего формальдегидными), а для снижения гигроскопичности - гидрофобными добавками.
Основной проблемой использования минеральной ваты в агротехнике сначала считалась ее гидрофобность, поскольку она плохо впитывала и удерживала воду, необходимую для роста растений. Эту проблему решали, в частности, с помощью добавления смачивающих агентов. Однако при длительном использовании для выращивания растений смачивающие агенты могут вымываться, и гидрофобность субстрата повышается.
Другой серьезной проблемой, выявленной при изучении возможности использования минеральной ваты в качестве гидропонного материала, является возможная токсичность, обусловленная использованием в составе связующих фенолформальдегидных смол.
Использование этих связующих для тепло- и звукоизоляционных материалов оправдано, поскольку их компоненты недороги, имеют низкую вязкость в неотвержденном состоянии и способны отверждаться с образованием жесткого термореактивного полимера, за счет чего можно получить конечный продукт требуемой формы с хорошими физико-механическими свойствами.
Однако использование фенолформальдегидных связующих становится нежелательным из-за использования и выделения в процессе производства и применения химических веществ, загрязняющих окружающую среду и фитотоксичных: формальдегида и фенола. Особенно это важно, если минеральную вату используют в качестве субстрата для выращивания растений.
Кроме того, из-за использования фенолформальдегидных связующих отработанный субстрат необходимо вывозить для утилизации на специальные полигоны для захоронения отходов.
Поэтому во всем мире ведется работа по замене фенолформальдегидной смолы на экологически безопасные связующие.
При использовании минеральной ваты с фенолформальдегидными связующими в качестве субстрата для выращивания растений также возникает проблема, связанная с буферной реакцией: при заполнении субстрата водой иногда происходит увеличение рН в сторону щелочной реакции, в пределах 7, 5-9, что плохо влияет на развитие растений.
Таким образом, существует потребность в поисках материала для гидропонного субстрата, в котором не будут использоваться фенолформальдегидные связующие, но обеспечивающего достаточную степень гигроскопичности, которая необходима для выращивания растений, и подходящую по кислотности (уровню рН) среду.
Известны не содержащие формальдегида композиций, используемые в качестве связующих при производстве минераловатных изделий (т.н. нефенолформальдегидные связующие).
Известен субстрат для выращивания растений, который содержит минеральные волокна диаметром от 0,5 до 10,0 мкм и связующее, полученное термическим отверждением водной композиции, содержащей поливиниловый спирт, модифицированный крахмал и модификатор адгезии силан, что позволяет . снизить фитотоксичность субстрата, повысить его гидрофильность и улучшить смачиваемость [RU 2636967 A01G31/00, C08J3/00, B82Y99/00, опубл 29.11.2017, Бюл. № 34].
Известен субстрат из минеральной ваты для растений, включающий связанную матрицу из минеральной ваты с 99,9 - 75 мас.% минеральной ваты и 0,1 - 25 мас. % органического вещества, предпочтительно 99,5 до 95 мас.% минеральной ваты и 0,5 - 5 мас.% органического вещества или глины для замещения органического вещества до 50%, предпочтительно до 25%. Органическое вещество является биологически разлагаемым включает в себя сфагнуми,прессованный торф. Органическое вещество и глина включены в матрицу в форме гранулы, предпочтительно в форме смешанной гранулы [RU 98111156 A01G 31/00 Опубл. 27.03.2000 Заявка PCT EP 96/04996 (11.11.1996), публикация PCT WO 97/16961 (15.05.1997)].
Известны способы выращивания растений или проращивания семян посредством ростового субстрата, образованного из искусственных стекловидных волокон, связанных с отвержденной связующей композицией и смачивающим веществом, представляющим собой алкилэфирсульфат. Способ для выращивания растений включает: изготовление по меньшей мере одного ростового субстрата, образованного из искусственных стекловидных волокон, связанных с отвержденной связующей композицией и смачивающим веществом; помещение одного или нескольких растений для выращивания в ростовой субстрат; и орошение ростового субстрата; смачивающее вещество представляет собой алкилэфирсульфат. Способ изготовления ростового субстрата включает стадии: 1. изготовление искусственных стекловидных волокон; 2. опрыскивание искусственных стекловидных волокон связующей композицией; 3. опрыскивание искусственных стекловидных волокон смачивающим веществом; 4. сбор и объединение искусственных стекловидных волокон; и 5. отверждение связующей композиции; а смачивающее вещество представляет собой алкилэфирсульфат, что позволяет улучшить смачивание [RU 2673714 A01G24/18, A01G24/30, A01G24/35, A01G31/00, C09K17/00 Опубл. 29.11.2018, Бюл. № 34].
Известен субстрат минераловатный для выращивания растений на нефенолформальдегидном связующем, который содержит минеральные волокна диаметром от 0,5 до 10,0 мкм, связующее, полученное термическим отверждением водной композиции, содержащей поливиниловый спирт, модифицированный крахмал и модификатор адгезии силан, которые позволяют снизить фитотоксичность субстрата, повысить его гидрофильность и улучшить смачиваемость [RU 2636967 A01G31/00, C08J3/00, B82Y99/00 Опубл. 29.11.2017 Бюл. № 34].
Недостатками указанных выше известных композиций является получение связующих посредством химических реакций, что обуславливает усложнение и удорожание процесса, а также не исключает наличия остаточных количеств реагентов в результирующем продукте. При этом использование дополнительного сшивающего агента в составе связующего может быть неблагоприятным фактором с точки зрения простоты изготовления и содержания в продукте фитотоксичных и неэкологичных химических составляющих.
При этом возможность применения большинства указанных и других известных композиций минеральной ваты для изготовления субстрата для выращивания растений не была детально исследована и изучена, и ни одна из них не была реализована на практике в промышленном производстве продукции.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату (прототипом) является способ выращивания микрозелени с использованием стеганных композитных листов (стеганных одеял), образованных двумя склеенными с образованием замкнутых карманов листами материала с семенами микрозелени в замкнутых карманах. Стеганые композитные листы при производстве и транспортировке сворачивают в рулоны, а при использовании отдельными частями располагают или на матах из кокосового волокна или на решетчатых проставках в лотках с проточной водой или в гидропонной системе, включающей проточную воду. [US 2018/0070528 A01C1/04, A01G9/10, A01G31/00 Опубл 15.03.2018 (прототип)].
Стеганные композитные листы по прототипу US 2018/0070528 включают в себя как минимум два листа материала, представляющие собой разные слои и скрепленные вместе в выбранных местах с образованием множество карманов между листами, в которые размещают семена перед склеиванием листов с достижением желаемого распределения семян. Размер каждого из карманов выбирается таким образом, чтобы объем между листами мог увеличиваться до желаемого уровня в процессе прорастания семян.
Стеганные композитные листы по прототипу US 2018/0070528 включают в себя верхний слой, называемый «семенная оболочка» и нижний слой, называемый «субстрат для выращивания», которые соединены в точках крепления с помощью клея, термоскрепления, адгезивного слоя или любого другого метода, подходящего для материалов. Семенная оболочка имеет непрозрачность для создания лучшего для прорастания семян уровня освещенности, по сравнению с окружающим освещением, например, дневным светом, а субстрат для выращивания выполнен с возможностью передачи ограниченного количества влаги в семенные клетки (карманы с семенами) из воды, размещенной на дне лотка для выращивания или из системы водоснабжения гидропонного оборудования.
Характерной особенностью прототипа US 2018/0070528 является незначительная толщина и гибкость стеганных композитных листов, позволяющих их сворачивать в рулоны, что для их фиксации в горизонтальном положении обуславливает необходимость дополнительного использования жестких решетчатых проставок или матов.
Набор для выращивания микрозелени из семян растений по US 2018/0070528, содержит лоток для выращивания с мерками уровня воды, размещаемую на дне лотка решетчатую проставку с ковриком из волокна кокосового ореха и расположенный на указанном коврике или непосредственно на решетчатой проставке стеганный композитный лист с семенными клетками (карманами с семенами).
Мат из кокосового волокна в данном наборе служит и для позиционирования стеганного композитного листа с семенными клетками (карманами с семенами растений) и для транспортировки воды из лотка к семенам в стеганном композитном листе
Характерной особенностью использования набора для выращивания микрозелени по US 2018/0070528 является необходимость постоянного контроля уровня воды и периодического добавления воды в лоток до специальных меток на его стенках
Недостатками US 2018/0070528 являются также обязательное наличие свободной (стоячей воды) в лотке или использование гидропонной системы с постоянной циркуляцией воды, необходимость использования дополнительного оборудования (решетчатой проставки и\или мата из кокосового волокна) для нормального роста растений, необходимость постоянного контроля влажности и постоянного или периодического добавления воды.
Кроме этого маты на основе растительного волокна кокоса не являются полностью инертными, оказывают неконтролируемое влияние на условия корнеобитаемой среды и могут содержать различные гербициды и патогенные микрообранизмы, споры и яйца гельмитов.
Задача и технический результат
Задачей, решаемой при использовании объекта патентования, является обеспечение возможности выращивания микрозелени в стандартных условиях жилого помещения при обычной температуре 20-24°С и влажности 30- 60%.
Техническим результатом, достигаемым при использовании объектов патентования, является упрощение выращивания микрозелени из семян растений в стандартных условиях жилого помещения за счет снижения количества потребляемой воды, исключения необходимости использования дополнительного оборудования, исключения необходимости постоянного контроля влажности и уровня воды, обеспечения возможности выращивания микрозелени без дополнительных расходов электроэнергии, принудительной вентиляции и специального освещения.
Сущность изобретения
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что модуль для выращивания микрозелени из семян растений, согласно изобретения содержит
нижний гидрофильный слой из минеральной базальтовой ваты и
прикрепленный к нижнему гидрофильному слою из минеральной базальтовой ваты с образованием замкнутых карманов для семян растений верхний укрывной слой из воздухопроницаемого материала с односторонним гидрофобным покрытием со стороны нижнего слоя.
Нижний гидрофильный слой в модуле изготовливают из базальтовой минеральной ваты
с вертикально и наклонно к вертикали ориентированными волокнами,
толщиной 10 – 30, преимущественно 20 мм.
с нейтральным рН,
не содержащей связующих и добавок, снижающих гидрофильность и гигроскопичность,
с объемной влагоёмкостью 70 – 95, преимущественно 80-90 %, достаточной для всего периода вегетации растений микрозелени.
Верхний укрывной слой в модуле изготавливают из воздухопроницаемой бумаги плотностью с односторонним гидрофобным полимерным покрытием, посредством которого верхний укрывной слой из бумаги с односторонним полимерным покрытием прикрепляется к нижнему гидрофильному слою из минеральной базальтовой ваты линейной термосваркой полимерного покрытия укрывного слоя и минеральной базальтовой ваты.
Верхний укрывной слой в модуле изготавливают из воздухопроницаемой бумаги
плотностью 50 – 100 г/м2 и с односторонним покрытием полиэтиленом в количестве 10 – 35 г/м2.
с паропроницаемостью не менее 8 г/м2 за 24 часа и
со светопроницаемость 30 – 80, преимущественно 50 %.
Семена растений в замкнутых карманах распределяют в один слой с промежутками по отношению друг к другу, достаточными для разбухания семян при прорастании, причем замкнутые карманы для семян располагают по отношению друг к другу с зазором 8 – 30, преимущественно 20 мм а с возможностью пассивной вентиляции на всех стадии вегетации растений при значительном увеличении зелёной массы растений и загущении растений.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается также тем, согласно предлагаемому способу для выращивания микрозелени из семян растений используют модуль, содержащий нижний гидрофильный слой из минеральной базальтовой ваты и термоприкрепленный к нижнему гидрофильному слою с образованием замкнутых карманов с семенами растений верхний укрывной слой из бумаги с односторонним полимерным покрытием со стороны нижнего слоя, который
смачивают водой до насыщения,
затем удаляют излишки не впитавшейся в модуль воды,
выдерживают увлажненный модуль с верхним укрывным слоем в течении периода разбухания и укоренения семян, а
после появления ростков растений и увеличения объёма карманов для семян удаляют верхний укрывной слой и обеспечивают естественное или искусственное освещение ростков растений до завершении периода вегетации растений микрозелени.
По завершении периода вегетации, растения микрозелени срезают для потребления или сохраняют модуль с микрозеленью при пониженной температуре +2 - +6 С°
При этом используют модуль для выращивания микрозелени из семян растений детально описанной выше конструкции.
Краткое описание чертежей
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых показаны: 1- нижний гидрофильный слой из базальтовой ваты; 2 - семенной слой; 3-прикрепленный к нижнему слою верхний укрывной слой из бумаги с односторонним покрытием полиэтиленом со стороны прикрепления к нижнему слою, 4 – замкнутые карманы для семян растений, 5 – линии присоединения верхнего укрывного слоя к нижнему слою с образованием замкнутые карманы для семян растений; 6- модуль в сборе; 7-корни растений; 8-вода, 9- ростки растений, 10- выращенная микрозелень, 11- лоток (ёмкость для размещения модуля), 12- естественное освещение.
На фиг. 1 показано сечение предлагаемого модуля, содержащего нижний гидрофильный слой 1 из базальтовой ваты и прикрепленный к нижнему гидрофильному слою с образованием замкнутых карманов для семян растений 2 верхнего укрывного слоя 3 с односторонним гидрофобным покрытием со стороны его крепления к нижнему гидрофильному слою.
На фиг. 1 - 4 показаны чертежи сечений предлагаемого модуля на различных стадиях выращивания микрозелени из семян растений : на начальной стадии (фиг. 1); на стадии набухания, проращивания и укоренения семян 2 с частичным отделением верхного укрывного слоя 3 от нижнего слоя 1 (фиг. 2); на стадии отделения верхнего укрывного слоя 3 от нижнего слоя 1 и роста растений микрозелени (фиг. 3 и 4).
На фиг. 5 показан вид сверху предлагаемого модуля в сборе 6, где показано расположение замкнутых карманов для семян растений 4 и линии присоединения верхнего укрывного слоя к нижнему слою 5.
На фиг. 6 показаны различные формы карманов для семян.
На фиг. 7 - 15 представлены фото натурных экспериментов выращивания микрозелени предлагаемым способом с использованием предлагаемого модуля.
Осуществление изобретения
Характерной особенность конструкции предлагаемого модуля для выращивания микрозелени из семян растений является наличие нижнего гидрофильного слоя из базальтовой ваты и прикрепленного к нижнему гидрофильному слою с образованием замкнутых карманов для семян растений воздухопроницаемого верхнего укрывного слоя с односторонним гидрофобным покрытием со стороны его крепления к нижнему гидрофильному слою.
Нижний гидрофильный слой изготовлен толщиной 10 – 30, преимущественно 20 мм, из не содержащей связующих и добавок, снижающих гидрофильность и гигроскопичность базальтовой ваты, с вертикально и/или наклонно к вертикали ориентированными волокнами, с нейтральным рН и влагоёмкостью, достаточной для всего периода вегетации растений микрозелени без дополнительного добавления воды.
Базальтовая вата (каменная вата) — это разновидность минеральной ваты, характерными отличиями которой от используемой в качестве утеплителя в строительстве минеральной ваты являются:
- высокая гидрофильность (от др.- греч. ὕδωρ «вода» + φιλία «любовь» — характеристика интенсивности молекулярного взаимодействия вещества с водой, способность хорошо впитывать и удерживать воду), а в строительную вату добавляют вещества снижающие её гидрофильность (например фенолформальдегидные смолы или иные гидрофобные связующие);
- высокая способность волокон базальтовой ваты смачиваться водой (высокая гигроскопичность), что обуславливает способность микрокапилляров базальтовой ваты впитывать и удерживать воду;
- нейтральная рН, а у используемой в строительстве ваты реакция pH как правило кислая;
- вертикальная или направленная под наклоном к вертикали ориентация волокон. В то время как в вате, используемой в строительстве, волокна расположены хаотически.
- отсутствие токсичных примесей (добавок и связующих, снижающих гидрофильность и гигроскопичность).
Указанные свойства базальтовой ваты обуславливают целесообразность её использования в качестве нижнего гидрофильного слоя в конструкции предлагаемого модуля.
Для доказательства эффективности и целесообразности использования в качестве гидрофильного слоя проводили экспериментальные сравнения смачиваемости при полном погружении в воду и влагоёмкости базальтовой ваты и мата из кокосового волокна, используемого в системе по прототипу US 2018/0070528. Результаты приведены в таблице № 1.
Под влагоёмкостью (водоёмкостью, водоудерживающей силой, капиллярностью материала) при этом понималось свойство материала принимать и задерживать в своих капиллярах определенное количество капельножидкой воды, не позволяя последней стекать. Процентное отношение веса воды к весу материала или, соответственно, впитанной воды к объему материала, выраженное в процентах, понималось при этом как показатель влагоёмкости сравниваемых материалов.
Таблица №1
Сравнение физико-механических и эксплуатационных показателей базальтовой ваты и кокосового волокна
| Показатель/материал | Базальтовая вата | Мат из кокосового волокна |
| Размер (мм)/объём(мл) | 150*120*2/360 | 150*120*2/360 |
| Вес в сухом виде, г | 24,5 | 30,2 |
| Вес при полном смачивании, г | 341,8 | 132 |
| Время полного смачивания, сек | 3 | 12 |
| Влагоёмкость гр./% | 317,3/1295 | 101,8/337 |
Сравнительные испытания показывали наличие ярко выраженной капиллярности у используемой базальтовой ваты, и практическое отсутствие капиллярности у мата из кокосового волокна,
Экспериментально установлено, что в мате из кокосового волокна вода удерживается только при строго вертикальном его положении, а при наклоне вода не удерживается и стекает из мата.
Анализ результатов сравнительных испытаний показывает, что изделие из базальтовой ваты обеспечивает запас воды в 3,12 раза больше чем аналогичное изделие на основе кокосового волокна.
Выявлено, что вода в базальтовой вате более равномерно размещается по толщине материала, в то время как из-за отсутствия капиллярности вода в мате из кокосового волокна скапливаться только в нижних слоях, а верхние слои плохо увлажняются, что отрицательно сказывается на набухании и прорастании семян растений на мате из кокосового волокна и требует постоянного контроля и регулирования уровня жидкости в мате из кокосового волокна.
Экспериментально установлено, что пористость используемой базальтовой ваты составляет около 80 %, что обеспечивает отличную аэрацию корней растений внутри слоя базальтовой ваты.
Верхний укрывной слой преимущественно изготавливают из воздухопроницаемой бумаги плотностью 50 – 100, преимущественно 80 г/м2 со светопроницаемостью 30 – 80, преимущественно 50 % и с односторонним гидрофобным покрытием полимерным материалом, преимущественно полиэтиленом в количестве 10 – 35, преимущественно 12-15 г/м2 со стороны его прикрепления к нижнему слою из базальтовой ваты.
Верхний укрывной слой может быть изготовлен из бумаги с односторонним полимерным покрытием и паропроницаемостью не менее 8 г/м2 за 24 часа.
В преимущественно варианте реализации верхний гидрофобный и воздухопроницаемый укрывной слой из бумаги с односторонним полимерным покрытием прикреплен к нижнему гидрофильному слою из базальтовой ваты посредством линейной термосварки полимерного покрытия укрывного слоя и базальтовой ваты с образованием замкнутых карманов для семян, которые распределяют в замкнутых карманах в один слой с промежутками по отношению друг к другу, достаточными для набухания семян при прорастании.
Замкнутые карманы для семян расположены на расстоянии 10 – 30, преимущественно 20 мм друг от друга, что даёт возможность для пассивной вентиляции воздуха между рядами растений микрозелени.
Используемая в конструкции модуля минеральная (базальтовая) вата обладает уникальными свойствами, включая огнестойкость, биологическую и химическую стойкость к различным агрессивным веществам, невосприимчивость к грибкам и гниению.
Минеральная вата соответствует действующим санитарно-гигиеническим нормам и стандартам качества, характеризуется стабильностью объема и формы в любых условиях, низкой теплопроводностью, достаточно высокой прочностью (чем больше вертикально ориентированных волокон в материале, тем выше его прочность), химической инертностью.
Нижний слой из базальтовой ваты по своей структуре является поликапиллярнопористым с капиллярами различно проходного сечения, что обуславливает не только его гидрофильность, за счет удерживания влаги в микрокапиллярах, но и воздухопроницаемость в макрокапиллярах, что суммарно обеспечивает не только достаточное для вегетации растений микрозелени увлажнение, но и необходимую аэрацию семян при прорастании и корней при росте растений.
Поверхность нижнего слоя из базальтовой ваты должна быть достаточно ровной для равномерного распределения семян растений в закрытых карманах, образуемых после прикрепления к нижнему слою верхнего укрывного слоя.
В качестве укрывного слоя могут использоваться различные воздухопроницаемые и частично светонепроницаемые тканевые, бумажные, нетканые и т.п. материалы, с гидрофобностью со стороны семян, что важно для семян, которые на стадии прорастания и укоренения должны быть не только защищены от света, но и обеспечиваться достаточными для прорастания семян воздухом и влагой.
Места соединения верхнего и нижнего слоя должны быть достаточно прочными для удержания семян в замкнутых карманах в процессе транспортировки и непосредственно в процессе проращивания растений, когда на них воздействует вода и физическая деформация в следствие увеличения объёма прорастающих семян.
Вместе с тем места соединения верхнего и нижнего слоев должны обеспечивать возможность отделения верхнего укрывного слоя от нижнего слоя ростками растений после прорастания и укоренения семян.
Замкнутые карманы для семян между верхним и нижним слоями (фиг. 5) располагают на некотором расстоянии друг от друга для обеспечения естественной пассивной вентиляции рядов ростков растений в условиях малого движения воздуха.
Конфигурация замкнутых карманов может быть различными, что показано на фиг. 6.
Предлагаемое сочетание специально подобранных материалов нижнего и верхнего укрывного слоев модуля с требуемыми свойствами и их особое размещение и соединение создаёт систему, способную обеспечивать и поддерживать оптимальный микроклимат для семян, корней и ростков растений, способствующий прорастанию семян, укоренению и росту микрозелени в кратчайшие сроки.
Предлагаемая конструкция модуля и способ выращивания микрозелени с его использованием позволяют поддерживать требуемый микроклимат посредством естественных физических процессов в стандартных условиях жилого помещения без дополнительного контроля процесса выращивания микрозелени на всех стадиях вегетации растений, без использования дополнительного оборудования и без энергопотребления.
Предлагаемый модуль изготавливается следующим образом:
- изготавливают заготовки нижнего слоя нужного размера из базальтовой ваты с преимущественно вертикальной ориентацией волокон,
- нарезают в размер бумагу с полимерным (полиэтиленовым) покрытием для верхнего укрывного слоя,
- отмеряют дозатором нужное количество семян для каждого кармана модуля.
- наносят на нижний слой из базальтовой ваты семена растений соответственно карте карманов для семян,
- устанавливают над нижним слоем верхний укрывной слой из бумаги с полимерным покрытием со стороны нижнего слоя из базальтовой ваты,
- осуществляют термическую сварку нижнего слоя из ваты с укрывным слоем по контурам карманов для семян,
- герметично упаковывают, маркируют и отправляют на склад готовых модулей.
Способ выращивания микрозелени с использованием предлагаемого модуля в стандартных условиях жилого помещения осуществляют следующим образом:
Модуль или несколько модулей помещают в соответствующий по размерам лоток или в поддон, в которой наливают воду до полного насыщения водой нижнего гидрофильного слоя из базальтовой ваты.
Излишки не впитавшейся в модуль или в модули воды сливают. Внутри нижнего слоя за счет гидрофильных свойств базальтовой ваты капиллярными силами в микрокапиллярах задерживается необходимое для всего периода вегетации растений количество воды.
Лоток с увлажненным модулем оставляют на 3-4 суток при температуре 20-24°С в местах, исключающих попадания прямых солнечных лучей.
На этом этапе происходит набухание семян и укоренение в увлажненный нижний слой из базальтовой ваты и появление ростков растений.
Спустя 3-4 суток, увеличившиеся в объёме ростки растений отделяют верхний укрывной слой от нижнего слоя из ваты, после чего верхний укрывной слой удаляют, а лоток или поддон с модулем или с несколькими модулями размещают в месте с естественным солнечным или искусственным освещением.
В среднем через 7-10 дней с начала проращивания микрозелень готова к употреблению, в нужном количестве её срезают ножницами и свежесрезанную потребляют.
После срезания всех растений микрозелени отработанный модуль в виде слоя ваты с остатками корневой системы утилизируют как бытовые отходы.
При изготовлении модуля целесообразно использовать базальтовую вату с преимущественно вертикальной ориентацией волокон, что обеспечивает равномерное смачивание всего слоя ваты и максимальное удержание воды.
Установлено, что объёма воды в 315-320 мл. на один предлагаемый модуль размером 120х150х20 мм вполне хватает на весь цикл вегетации растений микрозелени при нормальной влажности в жилом помещении по ГОСТ 30494-2011 (для теплого периода - 30-60%, для холодного времени года 40-45%, максимально допустимое значение влажности - 60%.).
Укрывной слой из бумаги с односторонним покрытие полиэтиленом и ограниченной светопроницаемостью обеспечивает поддержание необходимого микроклимата для прорастания семян.
Сочетание специально подобранных материалов с требуемыми свойствами и их особое размещение и соединение создаёт систему, способную поддерживать микроклимат, способствующий прорастанию семян растений микрозелени в кратчайшие сроки.
Данный способ позволяет поддерживать микроклимат используя естественные физические процессы и не требует (при стандартных условиях жилого помещения) использования дополнительных систем и механизмов и не имеет собственного энергопотребления.
Сравнительные практические испытания предлагаемого модуля и изделия по прототипу US 2018/0070528 показали, что предлагаемые модуль для выращивания микрозелени и способ выращивания микрозелени с его использованием позволяют обеспечить:
- значительную экономию воды, поскольку при стандартных условиях жилого помещения (температура 20-24°С и влажность более 55%), вода при использовании предлагаемого модуля требуется только на первом этапе проращивания для увлажнения модуля. В случае использования картриджей в условиях пониженной влажности (30% и менее) достаточно в модуле просто увеличить толщину нижнего слоя из базальтовой ваты;
- энергонезависимость, поскольку при использовании предлагаемого модуля в условиях жилого помещения не требует дополнительной электроэнергии на водоснабжение и освещение.
- отсутствие необходимости принудительной вентиляции, поскольку семена растений в модуле размещаются таким образом, что обеспечивает естественную вентиляцию на всех стадиях вегетации микрозелени;
- отсутствие необходимости регулирования влажности в помещении.
Таким образом, особенности конструкции предлагаемого модуля и способа его использования обуславливают причинно-следственную связь существенных признаков предлагаемых технических решений с техническим результатом и доказывают возможность промышленной реализации и достижения технического результата, а именно - упрощение выращивания микрозелени из семян растений в стандартных условиях жилого помещения за счет снижения количества потребляемой воды, исключения необходимости использования дополнительного оборудования, исключения необходимости постоянного контроля влажности и уровня воды, обеспечения возможности выращивания микрозелени без дополнительных расходов электроэнергии, принудительной вентиляции и специального освещения.
Конкретные размеры, материалы, особенности конструкции и технологии изготовления модулей выбирают обычным образом применительно к конкретным условиям их эксплуатации.
Изготовление опытных образцов и показанные выше примеры испытаний в реальных условиях показали уверенное достижения технического результата.
Проведенный анализ показывает также, что все общие и частные признаки изобретения являются существенными, так как каждый из них необходим, а все вместе они не только достаточны для достижения цели изобретения, но и позволяют реализовать изобретение промышленным способом.
Учитывая новизну существенных признаков, техническое решение поставленной задачи, изобретательский уровень и существенность всех общих и частных признаков изобретения, доказанных в разделе «Уровень техники» и «Раскрытие изобретения», доказанную в разделе «Осуществление изобретения» техническую осуществимость и промышленную применимость изобретения, успешное решение поставленной изобретательской задачи и уверенное достижение требуемого технического результата при реализации и использовании изобретения, по нашему мнению, заявленное изобретение удовлетворяет всем требованиям охраноспособности, предъявляемым к изобретениям.
1. Модуль для выращивания микрозелени из семян растений, характеризующийся тем, что содержит
нижний гидрофильный слой из минеральной базальтовой ваты с вертикально и/или наклонно к вертикали ориентированными волокнами и нейтральным рН и
прикрепленный к нижнему гидрофильному слою из минеральной базальтовой ваты с образованием замкнутых карманов для семян растений верхний укрывной слой из воздухопроницаемой бумаги с односторонним гидрофобным покрытием полиэтиленом со стороны нижнего слоя.
2. Модуль для выращивания микрозелени по п. 1, характеризующийся тем, что нижний гидрофильный слой изготовлен из минеральной базальтовой ваты толщиной 10-30, преимущественно 20 мм.
3. Модуль для выращивания микрозелени по п. 1, характеризующийся тем, что нижний гидрофильный слой изготовлен из минеральной базальтовой ваты с объемной влагоёмкостью 70-95, преимущественно 80-90%, достаточной для всего периода вегетации растений микрозелени.
4. Модуль для выращивания микрозелени по п. 1, характеризующийся тем, что верхний укрывной слой из воздухопроницаемой бумаги с односторонним покрытием полиэтиленом прикреплен к нижнему гидрофильному слою из минеральной базальтовой ваты посредством линейной термосварки полимерного покрытия верхнего укрывного слоя и минеральной базальтовой ваты нижнего гидрофильного слоя.
5. Модуль для выращивания микрозелени по п. 1, характеризующийся тем, что верхний укрывной слой изготовлен из воздухопроницаемой бумаги плотностью 50-100 г/м2 и с односторонним покрытием полиэтиленом в количестве 10-35 г/м2.
6. Модуль для выращивания микрозелени по п. 1, характеризующийся тем, что верхний укрывной слой изготовлен из воздухопроницаемой бумаги с односторонним полимерным покрытием и паропроницаемостью не менее 8 г/м2 за 24 часа.
7. Модуль для выращивания микрозелени по п. 1, характеризующийся тем, что верхний укрывной слой изготовлен из воздухопроницаемой бумаги со светопроницаемостью 30-80, преимущественно 50%.
8. Модуль для выращивания микрозелени по п. 1, характеризующийся тем, что семена растений в замкнутых карманах распределены в один слой с промежутками по отношению друг к другу, достаточными для разбухания семян при прорастании.
9. Модуль для выращивания микрозелени по п. 1, характеризующийся тем, что замкнутые карманы для семян расположены по отношению друг к другу с зазором 8-30, преимущественно 20 мм с возможностью пассивной вентиляции в зазорах на всех стадиях вегетации растений при увеличении зелёной массы растений и загущении растений.
10. Способ выращивания микрозелени из семян растений, характеризующийся тем, что
используют модуль для выращивания микрозелени из семян растений, который содержит нижний гидрофильный слой из минеральной базальтовой ваты с вертикально и/или наклонно к вертикали ориентированными волокнами и нейтральным рН и прикрепленный к нижнему гидрофильному слою из минеральной базальтовой ваты с образованием замкнутых карманов для семян растений верхний укрывной слой из воздухопроницаемой бумаги с односторонним гидрофобным полимерным покрытием полиэтиленом со стороны нижнего слоя,
смачивают модуль водой до насыщения,
удаляют излишки не впитавшейся в модуль воды,
выдерживают увлажненный модуль с верхним укрывным слоем в течение периода разбухания и укоренения семян, а
после появления ростков растений и увеличения объёма карманов для семян удаляют верхний укрывной слой и обеспечивают естественное или искусственное освещение ростков растений до завершения периода вегетации растений микрозелени.
11. Способ выращивания микрозелени из семян растений по п. 10, характеризующийся тем, что по завершении периода вегетации растения микрозелени срезают для потребления или сохраняют модуль с микрозеленью при пониженной температуре +(2-6)°С.
12. Способ выращивания микрозелени из семян растений, характеризующийся тем, что используют модуль для выращивания микрозелени из семян растений по любому из пп. 1-9.
