Výzkumníci hledají teplotu, která zničí patogeny, ale zachová život v zrnu

Stačí několik sekund tepla a z povrchu osiva mohou zmizet nežádoucí patogeny. Pokud však teplota vystoupá příliš vysoko, může spolu s nimi zmizet i schopnost semene vyklíčit. Výzkumníci z Vysokého učení technického v Brně proto hledají přesnou hranici mezi účinnou sanitací a poškozením osiva. Vyvíjejí technologii, která má místo chemického moření využít tepelnou energii, proudění a páru. Za sebou už mají laboratorní experimenty, polní pokusy, matematické modelování, užitný vzor i funkční poloprovozní jednotku. Nejnovější výsledky přitom ukazují, že cesta k praktickému zařízení vede také přes poznání toho, co nefunguje.

Představme si obyčejné pšeničné zrno. Je malé, lehké a na první pohled vypadá dokonale nehybně. Uvnitř však ukrývá zárodek nové rostliny. Na jeho povrchu mohou současně přežívat mikroorganismy, které mohou po zasetí způsobit problémy v porostu. Zemědělec proto potřebuje dvě věci zároveň. Chce odstranit to, co na semeni nechce, ale zachovat to nejdůležitější, tedy jeho schopnost dát vzniknout nové rostlině.

Bilance chemického ošetření osiv v Česku

Ošetření osiva patří k důležitým krokům ještě před výsevem. Na jeho povrchu mohou být přítomny houbové patogeny a další nežádoucí organismy, které se po zasetí mohou podílet na rozvoji chorob a ovlivnit zdravotní stav porostu. Běžnou cestou je chemické moření. Jen v České republice se každoročně používají desítky až stovky tun pesticidních účinných látek přímo v souvislosti s mořením osiva, přesné číslo však nelze z veřejné souhrnné statistiky jednoduše vyčíst, protože ÚKZÚZ ve společných kategoriích zahrnuje mořidla spolu s dalšími fungicidy a insekticidy. V roce 2025 bylo v těchto širších kategoriích evidováno 1 075,9 tuny účinných látek u fungicidů včetně fungicidních mořidel a dalších 79,0 tuny u zoocidů včetně insekticidních mořidel.

Výzkumníci z Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně však už několik let hledají možnost, jak tento proces nahradit fyzikálním působením tepla. Princip vypadá jednoduše. Semeno se vystaví tepelnému působení dostatečnému k potlačení nebo odstranění patogenů. Ve skutečnosti jde o mimořádně citlivý proces. Teplota musí být dost vysoká, aby zasáhla mikroorganismy, ale současně nesmí poškodit embryo uvnitř zrna. Termická sanitace proto hledá podmínky, při nichž je tepelný zásah pro semeno ještě přijatelný, zatímco patogeny jsou usmrceny nebo je omezena jejich aktivita. Vedle sanitace může vhodné ošetření podporovat také klíčení nebo omezovat dormanci, tedy přirozený klidový stav, při němž životaschopné semeno za jinak vhodných podmínek ještě nezačne klíčit.

Vývoj patentovaného řešení a spolupráce s praxí

Výzkum VUT má za sebou několikaletý vývoj. Na technologii spolupracují procesní inženýři Fakulty strojního inženýrství se zemědělskými partnery. Projekt zaměřený na termickou sanitaci osiv jako ochranu před houbovými patogeny a škůdci, probíhal v letech 2022 až 2025. Podílely se na něm VUT, Zemědělský výzkum v Troubsku a společnost SEED SERVICE. Součástí práce byly také polní pokusy. V roce 2024 se povedlo registrovat užitný vzor číslo 38196 s názvem Zařízení pro termickou sanitaci osiv. Vývoj tak spojil biologické požadavky s otázkami přenosu tepla, proudění, konstrukce zařízení a řízení celého procesu.

Patentované řešení využívá kombinované tepelné médium tvořené spalinami plynného paliva a vodou, která se přímo během procesu mění na páru. Nejde přitom jen o dosaženou teplotu. Výsledek ovlivňuje také rychlost proudění, délka působení, skutečná teplota povrchu semen a vlastnosti konkrétního druhu osiva. Právě jejich správné nastavení určuje, kolik tepelné energie se k zrnu skutečně dostane.

Zajímavý je také způsob práce s vodou. U některých tepelných metod se osivo po ošetření musí znovu vysušit, což celý proces prodlužuje a přidává další spotřebu energie. VUT pracuje s proudícím plynným médiem a párou, takže není nutné semena dlouhodobě namáčet a následně sušit. To může znamenat jednodušší technologický postup i nižší energetickou náročnost.

Limity horkého vzduchu a hledání optimálního režimu

Právě při hledání optimálních podmínek však výzkumníci narazili na zásadní problém. Mikroorganismus a semeno nejsou vůči teplu stejně odolné. To, co stačí k poškození patogenu, může být současně příliš intenzivní pro embryo. Hledání správného postupu tak znamená najít, krom teploty, správnou kombinaci několika fyzikálních a biologických parametrů.

Velmi názorně to ukázala odborná studie publikovaná v roce 2026 v časopise Applied Sciences. Výzkumníci v ní zkoumali sanitaci pšeničného osiva pomocí suchého horkého vzduchu. Experiment byl založen na velmi krátkém působení trvajícím pouze dvě až čtyři sekundy. Teplota vzduchu se pohybovala od 150 do 350 °C a testovaly se průtoky 280 a 557 litrů za minutu.

Výsledky ukázaly, jak úzký prostor pro optimalizaci existuje. Při teplotách do přibližně 175 °C zůstávala klíčivost relativně dobře zachována, účinnost sanitace však dosahovala pouze přibližně 30 až 40 procent. Při výrazně vyšších teplotách už bylo možné dosáhnout účinnosti přesahující 90 procent, současně však začala výrazně klesat klíčivost.

V testovaném rozsahu se nepodařilo najít režim, který by současně poskytl více než 90procentní sanitaci a alespoň 85procentní klíčivost. To je jeden z nejdůležitějších výsledků výzkumu, který ukazuje, že pouhé zvyšování teploty není řešením. Patogeny lze vysokou teplotou účinně zasáhnout, ale současně vysoká teplota poškodí samotné osivo.

Proudění výrazně ovlivňuje, kolik tepla se k osivu dostane. Při průtoku 280 litrů za minutu se povrchová teplota semen po ošetření pohybovala přibližně mezi 36,7 a 80,5 °C. Po zvýšení průtoku na 557 litrů za minutu vzrostla na 42,1 až 122,7 °C. Samotná teplota horkého vzduchu proto nevypovídá o tom, jakému tepelnému působení je zrno skutečně vystaveno.

Modelování termofyzikálních vlastností semen

Pro praktické využití je právě tato souvislost zásadní. Zařízení musí během krátké doby předat dostatek tepla velkému množství semen a současně zajistit, aby byl proces co nejrovnoměrnější. Nedostatečně zahřátá semena mohou zůstat neúčinně ošetřená, zatímco příliš vysoká tepelná dávka může poškodit jejich klíčivost.

Proto se na VUT řeší termofyzikální vlastnosti jednotlivých druhů osiva. Pro návrh zařízení jsou důležité například tepelná kapacita, hustota, sypná hmotnost a pórovitost. Tyto údaje umožňují modelovat ohřev a následné ochlazování semen a předvídat jejich chování při průchodu zařízením.

Výzkum se navíc nezaměřuje pouze na pšenici. Diplomová práce z Fakulty strojního inženýrství VUT se zabývala termickými metodami pro omezení patogenů u zemědělských osiv a pracovala s lupinou a slézem. Součástí byla materiálová a energetická bilance vytvořená v programu CHEMCAD, laboratorní experimenty založené na plánovaném experimentu a sledování klíčivosti spolu s mikrobiologickou kontaminací.

Od poloprovozu k potenciálu v potravinářství

Vývoj technologie pokračuje a v roce 2026 VUT představuje funkční poloprovozní jednotku, která má ukázat její možnosti v podmínkách bližších skutečnému provozu. Využití přitom nemusí zůstat pouze u osiva. Univerzita vidí potenciál také při zpracování obilovin v potravinářství.

Hlavní přínos termické sanitace spočívá v možnosti omezit používání chemických látek už na začátku zemědělské produkce. Pokud se podaří nastavit proces tak, aby spolehlivě potlačoval patogeny a současně zachoval klíčivost, může odpadnout část chemického ošetření a s ním spojená rezidua. VUT právě omezení chemických látek uvádí mezi významnými environmentálními přínosy technologie.

Výhodou může být také menší potřeba vody. Pokud proudící tepelné médium s párou zajistí požadovaný účinek bez následného namáčení a vysoušení osiva, zjednoduší se celý proces a může klesnout i spotřeba energie. Při průmyslovém využití proto nebude rozhodovat pouze účinnost sanitace, ale také celková energetická bilance zařízení.

Na tuto práci navazuje nový projekt s názvem Aplikace fyzikálních metod ošetření osiva pro jeho sanaci a podporu při klíčení a vzcházení semen, který je naplánován na období 2026 až 2030. Výzkumníci tak sledují nejen odstranění patogenů, ale také možnost ovlivnit stav osiva před výsevem a podpořit jeho následné klíčení a vzcházení. Zda se tento efekt skutečně potvrdí, ukážou další experimenty.

Pokud se podaří technologii dále zdokonalit, může zemědělcům nabídnout několik výhod najednou. Méně chemických přípravků, žádná jejich rezidua na ošetřeném osivu, přesně řízený fyzikální proces a v některých případech také nižší spotřeba vody a energie na následné sušení. Podmínkou ovšem zůstává dostatečná rychlost zpracování, rovnoměrnost ošetření a energetická náročnost, která bude při skutečném provozu přijatelná.