Тенденции совершенствования методов и приборов для оценки качества льносырья (обзор)

В статье представлены результаты анализа методов и приборного оборудования для оценки качества льнотресты и льноволокна. Представлены существующие методы и виды оборудования. Описаны разработанные устройства для определения основных показателей качества льноволокна в Российской Федерации, республиках Беларусь и Украина. Приведены методы, оборудование и современные технологии, применяемые для определения качества льноволокна в Европейских странах, Канаде и США. Отмечена роль современных разработок для повышения эффективности льняного производства. Обозначены перспективные методы и приборы для определения основных показателей качества. Применение метода автоматизированного прогнозирования технологической ценности стеблей льна-долгунца позволяет на основе морфологического и анатомического анализа проводить комплексную оценку их качества. Современные возможности электронной сканирующей микроскопии осуществляют контроль химического состава и структурных элементов стеблей льна на различных этапах роста и развития, а также в период мацерации. Использование инфракрасной спектрометрии обеспечивает высокую точность определения показателей влажности, прочности, содержания волокна и выхода длинного волокна. Однако наряду с высокоточным оборудованием необходимы оборудование и приборы, позволяющие определять основные технологические показатели в полевых условиях с минимальными затратами труда, времени и средств. Исследования в данном направлении ранее проводили во Всероссийском научно-исследовательском институте по переработке лубяных культур и Костромском государственном технологическом университете, но разработки ученых не были проверены в производстве и серийно не выпускались. Быстрые и объективные методы измерения обеспечат получение точных показателей в процессе мацерации и первичной переработке льнотресты, что повысит технологическую ценность и конкурентоспособность льноволокна.

1. Алибеков М. Б. Совершенствование системы защиты в посевах льна-долгунца как элемента технологии его возделывания. АгроЭкоИнфо. 2018;(4(34)):31-42. Режим доступа: http://agroecoinfo.narod.ru/journal/

2. Ущаповский И. В., Новиков Э. В. Басова Н. В., Безбаченко А. В., Галкин А. В. Системные проблемы льнокомплекса России и зарубежья, возможности их решения. Молочно-хозяйственный вестник. 2017;(1(25)):166-186. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=28914488

3. Зеленцов С. В. История культуры льна в мире и России. Масличные культуры. Масличные культуры. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. 2017;(1(169)):93-103. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=29240353

4. Шаршунов В. А., Алексеенко А. С., Цайц М. В. Состояние льноводческой отрасли Республики Беларусь и пути повышения её эффективности. Вестник Белорусской государственной сельскохозяйственной академии. 2019;(2):267-271. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=38552752

5. Алисеевич С. О., Соколов Л. Е., Коган А. Г. Исследование влияния условий возделывания льна-долгунца на качественные показатели льнотресты и результаты её механической обработки. Вестник Витебского государственного технологического университета. 2013;(2(25)):7-12. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=21018334

6. Mańkowskia J., Maksymiuka W., Spychalskia G., Kołodzieja J., Kubackia А., Kupkaa D., Pudełkob К. Research on New Technology of Fiber Flax Harvesting. Natural Fibers. 2018;15(1):53-61. DOI: https://doi.org/10.1080/15440478.2017.1302390

7. Hu W, Ton‐That M-T., Denault J, Rho D, Yang J, Lau P. C. K. Comparison between dew-retted and enzyme-retted flax fibers as reinforcing material for composite. Polymer engineering and science. 2012;52(1):165-171. DOI: https://doi.org/10.1002/pen.22060

8. Виноградова А. Е., Куликов А. Н., Пашин Е. Л. Соболева Е. В. Приборное обеспечение нового метода оценки качества льняной тресты и волокна. Достижения науки и техники АПК. 2007;(6):40-42. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=10429094

9. Евдокимов И. В., Хронюк В. Б. Формирование новой технологической основы для обеспечения произрастания льна-долгунца в неблагоприятных земле-технических условиях. Московский экономический журнал. 2019;(12):505-517. Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/formirovanie-novoy-tehnologicheskoy-osnovy-dlya-obespecheniya-proizrostaniya-lna-dolguntsa-v-neblagopriyatnyh-zemletehnicheskih/viewer

10. Пашина Л. В., Пашин Е. Л. Совершенствование метода определения выхода длинного волокна для квалиметрии сортов льна-долгунца. Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2016;(1(50)):19-23. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=25476135

11. Norton A. J., Bennett S. J., Hughes M., Dimmock J. P. R. E., Wright D., Newman G., Harris I. M., Edwards-Jones G. Determining the physical properties of flax fibre for industrial applications: the influence of agronomic practice. Annals of Applied Biology. 2006;149(1):15-25. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1744-7348.2006.00066.x

12. Nair G. R., Singh A., Zimniewska M., Raghavan V. Comparative Evaluation of Physical and Structural Properties of Water Retted and Non-retted Flax Fibers. Fibers. 2013;1(3):59-69. DOI: https://doi.org/10.3390/fib1030059

13. Ruan P., Raghavan V., Gariepy Y., Du J. Characterization of Flax Water Retting of Different Durations in Laboratory Condition and Evaluation of Its Fiber Properties bioresources. 2015;10(2):3553-3563. URL: https://bioresources.cnr.ncsu.edu/resources/characterization-of-flax-water-retting-of-different-durations-in-laboratory-condition-and-evaluation-of-its-fiber-properties/

14. Van den Oever M. J. А., Bas N., van Soest L. J. M., Melis C., van Dam J. E. G. Improved method for fibre content and quality analysis and their application to flax genetic diversity investigations. Industrial Crops & Products. 2003;18(3):231-243. DOI: https://doi.org/10.1016/S0926-6690(03)00063-3

15. Akin D. E., Dodd R. B., Foulk J., Morrison H. Flax Research in the US: Production, Retting, Processing, and Standards. International Conference for Renewable Resources and Plant Biotechnology NAROSSA: Poznan, Poland. 2005. URL: https://www.researchgate.net/publication/282810060_Flax_Research_in_the_US_Production_Retting_Processing_and_Standards

16. Kessler R. W., Becker U., Kohler R., Goth B. Steam explosion of flax-a superior technique for upgrading fibre value. Biomass Bioenergy. 1998;14:237-249.

17. Sharma H. S. S., Faughey G. J. Comparison of subjective and objective methods to assess flax straw cultivars and fibre quality after dew-retting. Ann. Appl. Biol. 1999;135:495-501.

18. Martin N., Mouret N., Davies P., Baley C. Influence of the degree of retting of flax fibers on the tensile properties of single fibers and short fiber polypropylene composites. 2013;49:755-767. DOI: https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2013.06.012

19. Akin E. D. Standards for Flax Fiber. 2005. Available at: https://www.astm.org/SNEWS/SEPTEMBER_2005/akin_sep05.html (accessed: 12.09.2020).

20. Катков А. А., Бронза В. Л. Особенности контроля влажности льнотресты методом ИК-спектрометрии. Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2007;(4(299)):119-121. Режим доступа: https://ttp.ivgpu.com/wp-content/uploads/2015/11/299_35.pdf

21. Ефремов А. С., Катков А. А. Определение свойств льнотресты по инфракрасным спектрам. Научный вестник Костромского государственного технологического университета. 2009;(2):14 с.

22. Мозохин А. Е., Колесникова И. А., Дроздов В. Г. Обоснование возможности контроля содержания льняного волокна в тресте методом инфракрасной спектрометрии. Вестник Костромского государственного университета им. Н. А. Некрасова. 2013;19(6):11-13. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=21022710

23. Ефремов А. С., Катков А. А. Определение свойств льнотресты по инфракрасным спектрам. Вестник Костромского государственного технологического университета. 2009;(21):48-51. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=13012680

24. Дроздов В. Г., Мозохин А. Е. Особенности применения метода инфракрасной спектроскопии пропускания для оценки качества льнотресты. Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2015;(6):38-42. Режим доступа: https://ttp.ivgpu.com/wp-content/uploads/2016/02/360_8.pdf

25. Мочалов Л. В., Дроздов В. Г. Управление технологическими процессами при обработке льнотресты. Вестник Череповецкого государственного университета. 2018;(4):23-30. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=35344259

26. Faughey G. J., Sharma S. S., McCall R. D. Determining fiber fineness in flax using derivative thermogravimetric analysis, scanning electron microscopy, and airflow methods. Journal of Applied Polymer Science. 2020; (75(4)):508-514. DOI: https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-4628(20000124)75:4<508::AID-APP5>3.0.CO;2-L

27. Titok V. V., Leontiev V. N., Yurenkova S., Nikitinskaya T., Barannikova T., Khotyleva L. V. Infrared Spectroscopy of Fiber Flax. Journal of Natural Fibers. 2010; 7(1):61-69. DOI: https://doi.org/10.1080/15440470903579275

28. Мозохин А. Е., Колесникова И. А., Дроздов В. Г. Обоснование возможности качественного анализа химического состава льняной тресты методом инфракрасной спектрометрии ближней области. Вестник Костромского государственного университета им. Н. А. Некрасова. 2012;18(1):31-36. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=18934897

29. Enakiev Y. I., Grishina E. A., Belopukhov S. L., Dmitrevskaya I. I. Application of NIR spectroscopy for cellulose determination in flax. Bulgarian Journal of Agricultural Science. 2018;(24(5)):897-901. URL: https://agrojournal.org/24/05-26.pdf

30. Sohn M., Himmelsbach D. S., Morrison W. H., Akin D. E., Barton F. E. Partial Least Squares Regression Calibration for Determining Wax Content in Processed Flax Fiber by Near-Infrared Spectroscopy. Applied Spectroscopy. 2006;60(4):437-440. URL: https://www.osapublishing.org/as/abstract.cfm?uri=as-60-4-437

31. Faughey G. J., Sharma H. S. S. A Рreliminary evaluation of near infrared spectroscopy for assessing physical and chemical characteristics of flax fibre. Journal of Near Infrared Spectroscopy. 2000;8(1):61-69. DOI: https://doi.org/10.1255/jnirs.265

32. Титок В. В., Леонтьев В. Н., Никитинская Т. В., Лугин В. Г., Хотылёва Л. В. Оценка качества волокна подвидов льна культурного (Linum Usitatissimum L.). Доклады Национальной академии наук Беларуси. 2009;53(5):73-79. Режим доступа: http://csl.bas-net.by/xfile/doklad/2009/05-2009/7022i.pdf

33. Титок В. В, Шостак Л. М., Лайковская И. В., Леонтьев В. Н., Хотылёва Л. В. Термогравиметрический анализ льноволокна. Клеточные ядра и пластиды растений: биохимия и биотехнология: сб. мат-лов Международ. конф. Минск: УП «Технопринт», 2004. С. 267-271. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=29775811&

34. Titok V., Leontiev V., Shostak L., Khotyleva L. J. Thermogravimetric Analysis of the Flax Bast Fibre Bundle. Nat. Fibers. 2006;3(1):35-41.

35. Faughey G. J., Sharma H. S. S. Evaluating Weavability in Flax Yarn Using near Infrared Spectroscopy. Journal of Near Infrared Spectroscopy 2002;10(2):151-163. DOI: https://doi.org/10.1255/jnirs.331

36. Van de Velde K., Baetens E. Thermal and mechanical properties of flax fibres as potential composite rein-forcement. Macromol. Mater. Eng. 2001;286:342-349.

37. Sharma H. S. S., Faughey G., Lyons G. Comparison of physical, chemical, and thermal characteristics of water-, dew-, and enzy me-retted flax fibers. J. Appl. Polym. Sci. 1999;74:139-143.

38. Bourmaud A., Morvan C., Baley C. Importance of fiber preparation to optimize the surface and mechanical properties of unitary flax fiber. Industrial Crops and Products. 2010;32(3):662-667. DOI: https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2010.08.002

39. Pillin I., Kervoelen A., Bourmaud A., Goimard J., Montrelay N., Baley C. Could oleaginous flax fibers be used as reinforcement for polymers? Industrial Crops and Products. 2011;(34):1556-1563.

40. Garat W., Corn S., Le Moigne N., Beaugrand J., Bergeret A. Analysis of the morphometric variations in natural fibres by automated laser scanning: towards an efficient and reliable assessment of the cross-sectional area. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2018;108:114-123. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2018.02.018

41. Hamdi S. E., Delisée C., Malvestio J., Da Silva N., Le Duc A., Beaugrand J. X-ray computed microtomography and 2D image analysis for morphological characterization of short lignocellulosic fibers raw materials: A benchmark survey. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2015;(76):1-9. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2015.04.019

42. Ордина Н. А. Структура лубоволокнистых растений и ее изменение в процессе переработки. М.: «Легкая индустрия», 1978. 128 с.

43. Доронин С. В., Тихвинский С. Ф. Лен-долгунец. Технология возделывания и селекция. Киров: ВГСХА, 2003. 84 с.

44. Болонкин В. А. Обоснование метода автоматизированного прогнозирования технологической ценности льна по морфологическим параметрам. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://pandia.ru/text/78/086/2697.php (дата обращения: 20.02.2020)

45. Федосова Н. М., Вихарев С. М., Болонкин В. А. Совершенствование способа оценки льна-долгунца по морфологическим признакам. Достижения науки и техники АПК. 2012;(11):68-70. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=18231968

46. Орлов А. В., Пашин Е. Л. Метод подготовки изображения пробы лубяных волокон для оптической оценки их геометрических характеристик. Технологии и качество. 2018;1(39):43-47. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=35526234

47. Федосова Н. М., Вихарев С. М., Болонкин В. А. Совершенствование анатомического анализа льна. Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2009;2(314):22-23. Режим доступа: https://ttp.ivgpu.com/wp-content/uploads/2015/11/314_8.pdf

48. Пашин Е. Л., Орлов А. В., Степанкова Т. А. Обоснование условий для определения линейной плотности лубяных волокон с применением их цифровых изображений. Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2016;(2(362)):79-82. Режим доступа: https://ttp.ivgpu.com/wp-content/uploads/2016/05/362_17.pdf

49. Федосова Н. М., Болонкин В. А., Вихарев С. М. Обоснование метода автоматизированного прогнозирования технологической ценности льна. Вестник Костромского государственного технологического университета. 2007;(15):26-28.

50. Федосова Н. М., Болонкин В. А., Вихарев С. М. Разработка алгоритма определения формы волокнистых пучков на срезе льняного стебля. Вестник Костромского государственного технологического университета. 2010;(1):68-70. Режим доступа: https://studylib.ru/doc/604335/razrabotka-algoritma-opredeleniya-formy-voloknistyh-puchkov

51. Соколов А. С., Федосова Н. М., Вихарев С. М. Совершенствование способа определения цветовых характеристик волокнистых пучков при автоматизированном анатомическом анализе льняных стеблей. Вестник Костромского государственного университета им. Н. А. Некрасова. 2012;18(1):20-22. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=18934894