CC BY
33
ТЕМА НОМЕРА
БЕЗОПАСНОС
УДК 631.1 - 338.43
Аграрно-пищевые технологии -
шаг к эффективному производству продуктов питания
В.А. Панфилов, д-р техн. наук, профессор, академик РАН Российский государственный аграрный университет - МСХА им. К.А. Тимирязева
Новая эпоха для науки и практики производства продуктов питания в России началась на водоразделе 80 - 90-х годов прошлого века, когда в ВАСХНИЛ было создано Отделение хранения и переработки сельскохозяйственной продукции. Это
объединение ученых сельскохозяйственного и перерабатывающих подкомплексов АПК привело к взламыванию межотраслевых и междисциплинарных перегородок, установлению факта взаимосвязей и взаимодействий в природе ведущих про-
и
а
Рч
Фильтр
Т.С. хранении иищевой среды
¡3=
Т.С. сборки пищевого продукта
Т.С.сборки с/х продукции
Т.С. хранения с/к ПрОДуЕЩНН
Т.С. {шберш
с/х продукции
Рис. 1. Системный комплекс
«Аграрно-пищевая технология»
Т.е. сборки пищевого продукта
ас
<
н а с
3
н
&
>>
ч: о
Си
С
цессов технологий продуктов питан и я и п он я ти ю «а гра рн о- п и щева я технология». Нет сомнений в том, что со временем эти связи и зависимости в виде закономерностей технологических процессов станут доминирующими в развитии трех типов технологических систем (Т.С.), составляющих системный комплекс (рис. 1):
Т.С. синтеза (сборки) сельскохозяйственной продукции;
Т.С. анализа (разборки) сельскохозяйственной продукции на анатомические части;
Т.С. синтеза (сборки) из этих частей продуктов питания.
Эти три типа технологических систем перемежаются технологическими системами хранения. Такая сквозная аграрно-пищевая технология есть результат сближения, соединения, сжатия аграрных, перерабатывающих и пищевых технологий во времени и в пространстве. Существенное сближение технологий сельскохозяйственного производства (сборка растениеводческой и животноводческой продукции) с технологиями перерабатывающих и пищевых производств (методы разборки и сборки) дает новое системное качество этой большой сквозной технологии. Оно заключается в том, что разнообразные биологические,
биохимические, химические, физико-химические и физические процессы, ранее столь отдаленные друг от друга во времени и в пространстве и поэтому слабо взаимодействующие между собой, порой вовсе не зависевшие друг от друга, теперь сближаются, «спрессовываются» жесткими, узкими допусками на величины параметров входа и выхода всех ведущих процессов настолько близко, что начинают непосредственно влиять друг на друга. Возникающий при этом эффект целостности обусловлен высоким качеством связей между технологическими системами. Другими словами, сквозная аграрно-пищевая технология начинает обладать свойствами, которыми ранее, до объединения, не обладали раздельно ни сельскохозяйственные, ни перерабатывающие, ни пищевые технологии. Однако системообразующая роль различных технологических систем в системном комплексе «Аграрно-пищевая технология» неодинакова. Различие в значении частей комплекса приводит к понятию «централизованный системный комплекс», т. е. ведущей роли одной из технологий, а именно, технологии разборки сельскохозяйственного сырья на компоненты, которую часто называют «переработкой».
Из рис. 1 следует и понятие «фильтра» системного комплекса, а также каждой отдельной технологической системы, под которым понимается контроль и ограничение колебаний параметров входов процессов по значениям качества и количества.
В основу производства и переработки сельскохозяйственной продукции должен быть положен принцип системности, даже если он не выражен системным языком. Поэтому и селекционная работа, и генная инженерия, и технологии растениеводства, и технологии животноводства должны быть ориентированы на эффективную технологию переработки сельскохозяйственной продукции, т. е. малооперационную и сжатую во времени, что позволит решать, в частности, следующие проблемы (рис. 2).
Проблемы, показанные на этом рисунке, не требуют особых пояснений, кроме девятой проблемы. Социализация - это процесс становления личности, в результате которого человек становится полноправным членом нового общества, усваивая определенную систему знаний, представлений, норм и т. д.
Мы должны уяснить и понять, что решение проблемы эффективного производства продуктов питания
Рис. 2. Проблемы, решаемые аграрно-пищевыми технологиями
заключается в технологическом и техническом перевооружении аграр-но-промышленного комплекса страны, что позволит обеспечить интенсификацию всех производств в АПК за счет применения принципиально новых технологий и машин, гарантирующих эффективность, прибыльность работы предприятий, высокое качество и конкурентоспособность продукции на потребительном рынке как внутри страны, так и за рубежом.
Многие десятилетия технологические проблемы пищевых производств решались за счет адаптации технологических свойств сельскохозяйственной продукции к процессам в машинах и аппаратах пищевых производств путем отбора из общего количества сырья части, подходящей по кондициям.
Настало время под адаптацией сельскохозяйственного производства к пищевым технологиям понимать не отбор части произведенной сельскохозяйственной продукции, а ее производство с заранее оговоренными параметрами и допусками на них. Более узкие допуски на входы и выходы параметров технологических процессов пищевых производств при высокой технологической дисциплине обеспечат не только высокое качество продукции, но и стабильность как отдельных процессов, так и технологического потока в целом, а следовательно, эффективность, прибыльность как пищевого, так и сельскохозяйственного производства.
Современные машинные технологии непрерывных производств продуктов питания в виде механизированных и автоматизированных по-
точных линий, созданные в 30-80-х годах ХХ века, представляют, по существу, первое и единственное поколение таких технологий.
Создание на существующей технологической базе линий второго и следующих поколений связано с разработкой систем саморегуляции ведущих процессов, что само по себе исключительно сложно в связи с тем, что отклонение параметра процесса от номинала может происходить в зависимости от мощности внешнего воздействия с различной скоростью. При этом встает задача учета динамического фактора того или иного процесса, чтобы еще при незначительной величине начавшегося отклонения выработать управляющее воздействие с необходимым упреждением, не допуская излишнего возрастания отклонения выхода процесса даже при мощном возмущающем воздействии. Другими словами, при существующих технологиях необходима очень сложная система автоматики, которая значительно снижает надежность функционирования технологического потока. Таким образом, создание таких линий второго и следующих поколений на сегодняшний день и технически, и экономически нецелесообразно.
Реальный путь, по которому пошли развитые страны, - создание системного комплекса путем включения в него технологической системы соответствующего сельскохозяйственного производства, т. е. переход к аграрно-пищевым технологиям производства продуктов питания. Это означает, что вместо решения вопросов создания сложнейших технических средств контроля и управления технологическими процесса-
БЕЗОПАСНОСТЬ ПРОДУКЦИИ - ОТ ПОЛЯ ДО ПРИЛАВКА
ТЕМА НОМЕРА
ми для существующих пищевых технологий мы подаем на вход этих технологий сырье с уже заведомо стабильными параметрами, значительно упрощая весь дальнейший процесс производства пищевой продукции с заданными потребительскими свойствами.
Производство растениеводческой и животноводческой продукции по заранее оговоренным требованиям (допускам) и исключительно узкие допуски на показатели выходов технологических процессов при высокой производственной дисциплине обеспечат не только качество выполнения отдельных процессов и стабильность технологического потока в целом, но и необходимую эффективность производства.
Внешним дополнением для пищевых технологий при создании аграр-но-пищевых технологий становятся процессы сельскохозяйственного производства. Вместе с тем увеличение размеров технологий продуктов питания и переход от понятия «пищевая технология» к понятию «аг-рарно-пищевая технология» порождают вопрос о целесообразности усложнения технологического потока. Однако при этом возникает и другой вопрос: корректно ли говорить о короткой, но плохо организованной технологии как о «простой», и о большой, но упорядоченной, хорошо организованной как о «сложной». Структурное усложнение технологии отнюдь не исключает ее функциональную простоту. Речь идет об упрощении условий производственных процессов, поскольку увеличение структурной сложности пищевой технологии компенсируется значительным упрощением связей между ними ввиду стабилизации параметров начальных процессов. При этом более эффективно используются всевозрастающие объемы информации, возможности унификации процессов, агрегатирования машин, аппаратов и биореакторов.
Создание аграрно-пищевых технологий - это следующий этап естественного развития технической базы аграрных и пищевых производств, переход от старого технологического базиса «индустриальной эры» к качественно новому базису технологий в виде единых компьютерно-интегрированных производств продуктов питания.
Аграрно-пищевая технология как системный комплекс функционирует не изолированно, а в определенной взаимосвязи с окружающей средой. Реакция сквозной аграрно-пищевой технологии на эти внешние воздействия проявляется через ее внутрен-
нюю организацию и характеризуется рядом показателей выходов ведущих процессов, а также отдельных ее составляющих технологий: точностью, устойчивостью, надежностью функционирования и управляемостью. Эти показатели тем выше, чем выше качество самого системного комплекса, характеризующегося уровнем его целостности, уровнем стохастичности связей, уровнем чувствительности составных частей. Для гарантирования высокого качества аграрно-пищевой технологии необходимо поддерживать эти показатели на соответствующем уровне. В связи с этим в составе системного комплекса и каждой отдельной технологической системы необходимы фильтры, обеспечивающие контроль и ограничение колебаний входов в системы по значениям качества и количества.
Кроме того, для обеспечения высокой эффективности функционирования в системном комплексе должна быть обеспечена обратная связь, т. е. перерабатывающая часть аграр-но-пищевой технологии должна выдвигать к аграрной технологии определенные требования к характеристикам ее выходной части - пищевому сельскохозяйственному сырью:
стабильность свойств, в частности геометрических размеров, формы, массы, химического состава и др.;
оптимальное соотношение содержания ценных и балластных веществ;
простота разделения ценной и сопутствующих частей.
Выполнение этих требований не только упростит технологию переработки, но и позволит создавать более простые конструкции машин, аппаратов и биореакторов.
Производство сельскохозяйственной продукции, соответствующей требованиям последующей переработки, выгодно и самим сельхозпредприятиям, так как сокращение затрат на переработку при повышении качества конечной продукции позволяет увеличить цену на закупаемое сырье при сохранении на необходимом уровне прибыльности перерабатывающих производств.
Сейчас специалисты различных отраслей пищевой промышленности перерабатывают сельскохозяйственную продукцию, имеющую значительные величины допусков на основные технологические показатели качества, используя самое разнообразное оборудование, и обеспечивают требуемые показатели качества пищевой продукции. Это оборудование, как правило, специально адаптируется инженерами пищевых про-
изводств к существующим диапазонам показателей качества сельхоз-сырья. Надо сказать, что такое адаптирование конструкций машин, аппаратов и биореакторов к качеству сырья - чрезвычайно сложная работа, но она рассматривалась и рассматривается на протяжении десятков лет как само собой разумеющаяся деятельность инженеров-конструкторов. Однако такая адаптация имеет определенный предел, и все усилия ученых и инженеров обеспечить стабильность по основным показателям выходов ведущих процессов путем их автоматизации, т.е. постоянной корректировки заведомо некачественных процессов, не приведут к созданию принципиально новой роторной техники, высокопроизводительной, малозатратной и гарантирующей стабильное качество продукции. Для такой техники нового поколения и оснащения ею пищевых производств требуется высокоточное по технологическим свойствам исходное сельскохозяйственное сырье. Единственная возможность получения такого сырья открывается при создании сквозных аграр-но-пищевых технологий, позволяющих обеспечить безусловную адресность производимого сельскохозяйственного сырья, полуфабрикатов и готовой пищевой продукции.
Вместе с этим в аграрно-промыш-ленном комплексе России до сих пор не устранены барьеры в знаниях специалистов: вузы пищевого профиля готовят специалистов, не знающих технологий производства своего сырья растительного и животного происхождения, а вузы сельскохозяйственного профиля выпускают специалистов, не подготовленных к совместной работе с инженерами, перерабатывающими сельскохозяйственную продукцию.
Вот почему своевременно поставить вопрос о целесообразности создания в высшей школе факультетов аграрно-пищевых технологий. Известно, что тенденцией современной высшей школы является переход от предметно-ориентированного обучения к обучению проблемно-ориентированному. При этом в деятельности факультетов аграрно-пищевых технологий обязательно возникает известный положительный эффект. Эффект заключается в том, что совокупность знаний, объединенных в систему (в данном случае знаний технологий сельскохозяйственной продукции и знаний технологий ее переработки), приведет к появлению нового, системного знания, не вытекающего из простого сложения исходных знаний. По этой причине
должна быть решена непростая задача структуризации рассыпанных по специальным дисциплинам знаний в единую систему специальных знаний, что обязательно приведет учащихся к сверхзнаниям по сравнению с традиционными.
В этом направлении в ряде вузов сельскохозяйственного профиля были предприняты усилия и созданы технологические факультеты. Однако изначально концепция их организации была преимущественно построена на концепции вузов пищевого профиля, для которых исходное сельскохозяйственное сырье - данность. Поэтому сегодня возникает необходимость в преобразовании этих технологических факультетов в факультеты аграрно-пищевых технологий, поскольку меняется концептуальное обоснование их функционирования и развития.
Понятие «аграрно-пищевая технология» инициирует синтез дисцип-
лин, которые могут изучаться на кафедрах факультета аграрно-пище-вых технологий. Речь идет о взаимосвязанных процессах аграрных и пищевых технологий, в частности первичной переработке сельскохозяйственной продукции.
Таким образом, аграрно-пищевые технологии - это та научно-техническая база, которая может реально и в обозримые сроки значительно повысить эффективность производства продуктов питания, а создание факультетов аграрно-пищевых технологий является своевременным и целесообразным, поскольку это веление времени: новым технологиям продуктов питания нужны новые кадры.
В этой связи реформу, проводимую Министерством образования и науки Российской Федерации целесообразно осуществлять, в частности, не путем объединения эффективных и неэффективных вузов с не совсем понятными целями; реформа
Минобрнауки должна способствовать подготовке кадров для решения важнейших государственных народно-хозяйственных проблем, определяющих развитие страны. В данном случае необходимы кадры ученых и инженеров для создания аграрно-пищевых технологий и решения, наконец, актуальнейшей для России продовольственной проблемы, которая уже стала частью проблемы безопасности России. Результатом такой реформы должны быть высококвалифицированные кадры, эффективно решающие продовольственную проблему. Необходимо создание государственных университетов продовольствия на основе объединения вузов пищевого и сельскохозяйственного профилей, поскольку мы стоим на пороге совершенно нового мира, построенного на «высоких» инновационных технологиях в различных областях деятельности человека.
Аграрно-пищевые технологии - шаг к эффективному производству продуктов питания
Ключевые слова
сельскохозяйственная продукция; продукты питания; аграрно-пищевые технологии; технологические системы; системный комплекс; вузы; специалисты.
Реферат
Создание аграрно-пищевых технологий - это этап естественного развития технической базы аграрных и пищевых производств, переход от старого технологического базиса «индустриальной эры» к качественно новому базису технологий в виде единых компьютерно-интегрированных производств продуктов питания.
Аграрно-пищевая технология как системный комплекс функционирует не изолированно, а в определенной взаимосвязи с окружающей средой. Реакция сквозной аграрно-пищевой технологии на эти внешние воздействия проявляется через ее внутреннюю организацию и характеризуется рядом показателей выходов ведущих процессов, а также отдельных ее составляющих технологий: точностью, устойчивостью, надежностью функционирования и управляемостью. Эти показатели тем выше, чем выше качество самого системного комплекса, характеризующегося уровнем его целостности, уровнем стохастичности связей, уровнем чувствительности составных частей. Для гарантирования высокого качества аграрно-пищевой технологии необходимо поддерживать эти показатели на соответствующем уровне. В связи с этим в составе системного комплекса и каждой отдельной технологической системы необходимы фильтры, обеспечивающие контроль и ограничение колебаний входов в системы по значениям качества и количества.
Кроме того, для обеспечения высокой эффективности функционирования в системном комплексе должна быть обеспечена обратная связь, т. е. перерабатывающая часть аграрно-пищевой технологии должна выдвигать к аграрной технологии определенные требования к характеристикам ее выходной части - пищевому сельскохозяйственному сырью: стабильность свойств, в частности геометрических размеров, формы, массы, химического состава и др.; оптимальное соотношение содержания ценных и балластных веществ; простота разделения ценной и сопутствующих частей.
Agro-Food Technologies - Step Towards the Efficient Production of Food Products
Key words
agricultural products; food products; agro-food technologies; technological systems; system complex; universities; specialists.
Abstracts
Creating agro-food technologies - this is the stage of development of natural and technical base of agricultural and food production, the transition from the old technological basis of the «industrial era» to a qualitatively new basis technology as single computer-integrated production of food.
Agro-food technology as a systematic set of functions not in isolation but in a certain relationship with the environment. Reaction through the agro-food technologies for these external influences manifested through its internal organization and characterized by a number of leading indicators of output processes, as well as its individual components technologies: accuracy, stability, reliability, of functioning and manageability. These indicators are the higher, than higher the quality of the system complex, characterized by its level of integrity, level of stochasticity relations sensitivity level components. To ensure high quality of agro-food technology necessary to maintain these rates at the appropriate level. In this regard, the system comprising the complex and each system requires separate processing filters for limit control and vibration inputs into the system from the values ??of quantity and quality.
Besides, to ensure high efficiency of the system in the complex should be provided feedback, ie, the processing part of agro-food technology should advance to the agricultural technology specific performance requirements of its output part - the food agricultural raw material: stability of properties, in particular geometric size, shape, mass, chemical composition, etc.; optimal ratio of content and fiber; ease of separation of valuable parts and accessories.
Авторы
Панфилов Виктор Александрович, д-р техн. наук, профессор, академик РАН,
Российский государственный аграрный университет-МСХА им. К.А. Тимирязева,
127422, Москва, ул. Тимирязевская, д. 1, vap@timacad.ru
Authors
Panfilov Viktor Alexandrovich, Doctor of Technical Science, Professor, Academician of RAS,
Russian Timiryazev State Agrarian University, 1, Timiryazevskaya St., Moscow, 127422, vap@timacad.ru
