CC BY
0
УДК 637.5.037 DOI: 10.21323/2071-2499-2020-1-10-13 Библ. 7.
ИННОВАЦИОННЫЕ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ В ОБЛАСТИ ЗАМОРАЖИВАНИЯ И РАЗМОРАЖИВАНИЯ СЫРЬЯ ЖИВОТНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ (ИНФОРМАЦИЯ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ РАБОТЫ КРУГЛОГО СТОЛА)
Лисицын А.Б.1, академик РАН, Белозёров Г.А.2, доктор техн. наук, Лунина О.И.1, канд. техн. наук
1 ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова
2 ВНИХИ - филиал ФГБНУ «ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова» РАН
Ключевые слова: пишевые продукты, мясо, рыба, замораживание, размораживание, замороженный пишевой продукт, физические методы обработки
INNOVATIVE
SCIENTIFIC AND PRACTICAL SOLUTIONS IN THE FIELD OF FREEZING AND THAWING OF ANIMAL RAW MATERIALS (INFORMATION BASED ON THE RESULTS OF THE ROUND TABLE)
Lisitsyn A.B.\ Belozerov G.A.2, Lunina O.I.1
1 Gorbatov Research Center for Food Systems
2 VNIKHI — Branch of Gorbatov Research Center for Food Systems
Key words: food products, meat, fish, freezing, thawing, frozen food product, physical methods of treatment
Технологии холодильной обработки и хранения пищевой продукции в охлаждённом и замороженном состоянии на ближайшую перспективу по-прежнему останутся наиболее доступными и безопасными методами консервирования.
Согласно статистике за 2017-2018 годы, объёмы замороженного мяса, произведённого в стране, составили более 5%, а с учётом импорта доля потреблённого мяса в замороженном состоянии превысила 11 %. В 2014 году, рекордном по производству баранины, объём замороженного мяса составил 34,35% [1]. В рыбной промышленности доля замороженного сырья, в том числе поставляемого по импорту, - более 80%. Стремительно развивается сектор производства замороженных готовых блюд, кулинарных изделий и полуфабрикатов из мяса [2], овощей и фруктов [3], и этот сегмент рынка оценивается в 3 млн т.
Холодильная обработка продукции осуществляется в промышленных условиях, однако по ряду показателей применяемые способы замораживания и размораживания в значительной степени исчерпали свои возможности, и требуются новые технические решения, например, применение дополнительных к холоду средств в виде физических, химических методов воздействий, способствующих повышению степени обратимости качества продукции в процессах замораживания - размораживания, снижению энергозатрат, сокращению продолжительности процессов холодильной обработки.
В качестве физических методов воздействий различными разработчиками предлагается применение электрических, магнитных и электромагнитных полей, ионизирующего излучения, ультразвука,
СВЧ, высокого давления и др. [1]. На предприятиях пищевого профиля пока такие технологии не получили заметного развития, однако аналогичные разработки используются в других отраслях, например, на предприятиях оборонного комплекса.
В связи с этим возникает возможность использовать уникальные знания специалистов различных отраслей для совместного с учёными по науке о пищевых продуктах создания инновационных технологий и оборудования по обработке и хранению сельскохозяйственного сырья.
Для обсуждения этих проблем 23 октября 2019 года во ВНИИ холодильной промышленности - филиале ФГБНУ «ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова» РАН прошёл круглый стол с участием руководителей предприятий, представителей бизнеса, учёных и специалистов, занимающихся вопросами интенсификации холодильных технологических процессов.
Открыл круглый стол научный руководитель Федерального научного центра пищевых систем им. В.М. Горбатова, академик РАН - А.Б. Лисицын. В своём приветственном слове к участникам круглого стола он отметил, что замораживание является основной технологией, обеспечивающей сохранность пищевой продукции в течение длительного времени. Но замораживание и последующее хранение продукции в замороженном виде может существенно изменить структуру пищевого продукта, снизить потребительские показатели качества, при этом основную роль в этом процессе играют образующиеся в продукте кристаллы льда. Основными факторами, влияющими на структуру и размеры кристаллов, являются скорость замораживания (чем
выше темп понижения температуры замораживаемого продукта, тем меньше размеры кристаллов и лучше сохраняется структура тканей), а при хранении главным условием является поддержание стабильной температуры замороженного продукта, ограничивающей укрупнение кристаллов.
Как правило, если созданные кристаллические структуры невелики и их размещение совпадает с естественным расположением жидкости в мышечной ткани, то коллоидные системы продуктов не претерпевают значительных изменений и восстанавливаются после размораживания без существенных повреждений. Однако в реальной практике пищевых производств имеет место значительное ухудшение качественных показателей размороженной продукции, наблюдается снижение влагосвязывающей способности после его размораживания, приводящей к потере клеточного сока. Например, при размораживании блочного мяса паровоздушным методом потери сока составляют от 4 до 6% и более. Пищевые продукты являются сложными биологическими системами, содержащими высокий уровень влаги (мясо - до 75%, рыба - свыше 80%, фрукты - до 95%), с различным содержанием жиров, белков, минеральных веществ, поэтому разработка механизмов управления процессом формирования кристаллов льда при замораживании и контроль за их состоянием в процессе хранения являются основными научно-техническими задачами, стоящими перед наукой.
В настоящее время многими отечественными научными организациями и ВУЗами проводятся исследования по интенсификации процессов замораживания-
размораживания пищевых сред, которые основаны на использовании новых знаний и достижений в области науки и техники и показывают эффективность новых подходов. Существует большое количество публикаций, посвящённых использованию в процессах холодильной обработки и хранения сельскохозяйственного сырья и пищевых продуктов различных физических воздействий: электрических, магнитных и электромагнитных полей, ионизирующего излучения, ультразвука, СВЧ, высокого давления и др. Эти исследования носят разрозненный характер, не всегда учитывают тенденции развития и специфику пищевых производств, а промышленные предприятия практически не участвуют в цикле создания и внедрения новых прорывных технологий. Необходимо объединить научные, кадровые и финансовые возможности НИИ, ВУЗов и промышленных предприятий для разработки комплексных научных проектов, проведения экспертных работ по оценке качества замороженной пищевой продукции, полученной с применением дополнительных к холоду физических методов воздействия.
Современное состояние вопроса по применению технологий замораживания и размораживания мяса представил в своём докладе заведующий отделом ВНИХИ д. т. н. М.А. Дибирасулаев Мясное сырьё, поставляемое на предприятия отрасли, за счёт использования интенсивных методов выращивания не отличается стабильным качеством и часто имеет признаки ОБО (тёмное, жёсткое, сухое) и РББ (бледное, мягкое, водянистое). Для сохранности такого сырья необходимо осваивать новые приёмы холодильной обработки, которые позволят нивелировать отклонения в этих показателях и получать из него готовую продукцию высокого качества. Немаловажную роль играет и термическое состояние мясного сырья перед замораживанием. Например, блоки замороженные из мяса парной обвалки при размораживании имеют потери сока практически в 2 раза выше, чем блоки, изготовленные
из охлаждённого мяса. Эта проблема особенно актуальна для мясоперерабатывающих предприятий, использующих замороженные блоки импортного производства. Основные проблемы, ограничивающие применение технологии замораживания мяса в парном состоянии, заключаются в возникновении «холодового сокращения» мышц в результате быстрого охлаждения такого мяса и проявления эффекта «окоченения-оттаивания» при размораживании.
Основным способом для нивелирования влияния «холодового сокращения» и «окоченения-оттаивания» на качественные показатели мяса при применении интенсивных способов холодильной обработки является электростимуляция, заключающаяся в обработке электрическим током убойных животных на стадии обескровливания. Специалистами ВНИХИ разработаны режимы обработки, обеспечивающие сокращение процесса созревания мяса, повышения его нежности, снижения рН. Предложено продолжить научные исследования процесса электростимуляции для различных видов туш и полутуш убойных животных, обоснованию способа и разработки современной установки низко-и высоковольтного электро-стимулятора для реализации в отрасли. В институте проводятся работы по оптимизации технологических операций производства и размораживания мясных блоков, выработанных из сырья различного термического состояния. Были представлены данные фундаментальных исследований [4] по численным методам моделирования процессов отепления замороженных мясных блоком паровоздушным методом и оценке гистологических изменений мышечной ткани в зависимости от различных способов замораживания, и влияния их на степень сокращения мышечной ткани в процессе размораживания.
Были озвучены требования к обеспечению качества замороженных мясных блоков и отрубов при размораживании.
В докладе уделено внимание результатам испытания устройства для генерации электромагнитного поля, предложенного компанией ОБИВД. Согласно информации специалистов, представивших разработку компании ОБИВД, генерируемые поля способствуют увеличению сроков хранения пищевой продукции и сохранению её свежести. Данное устройство можно установить в любое холодильное оборудование и использовать в процессах охлаждения, замораживания и хранения пищевой продукции, в том числе и мясного сырья. Исследования ВНИХИ по влиянию электрического поля на потери сока в образцах бескостного вакуум упакованного мяса не подтвердили превосходства технологии и оборудования компании ОБИВД над традиционными. Испытания показали, что предельная температура переохлаждения и крио-скопическая температура остаются одинаковыми как в контроле, так и при обработке полями. После размораживания в образцах, замороженных с помощью устройства ОБИВД, не отмечено снижения потерь сока по сравнению с контрольными образцами.
Заведующий лабораторией ВНИХИ к.т. н. Н.Э. Каухчешвили представил сравнительный анализ современных направлений по интенсификации процессов замораживания пищевых продуктов. Проведённый анализ литературных источников по влиянию ультразвука, высокого и низкого давлений, акустического замораживания на структуру пищевого объекта в процессе замораживания и показал недостаточность данных для однозначной положительной оценки эффектов от использования какого-либо из вышеперечисленных методов воздействия. Докладчик сделал вывод, что для определения эффективности различных способов физического воздействия на качество пищевого продукта должна быть достигнута воспроизводимость экспериментов и подтверждена достоверность полученных результатов.
Одним из главных условий качества замороженной продукции является формирование кристаллов небольших размеров во избежание повреждения структуры мышечных волокон, так как изменения, возникающие в процессе замораживания мяса, при хранении усугубляются из-за роста кристаллов льда, денатурационных и агрегационных изменений белков и других процессов, что отражается на свойствах и качестве размороженного мясного сырья.
Доцент кафедры физики информационных систем Кубанского Государственного университета д. т. н. Ю.А. Половодов представил доклад об изучении влияния низкочастотного магнитного поля на процесс образования монокристаллов льда в охлаждённых мышечных тканях. Низкочастотное переменное магнитное поле использовали для хранения мяса после классических методов замораживания с целью воздействия на центры кристаллизации внутри биологических объектов для предотвращения роста кристаллов, способных разрывать волокна тканей. При исследовании создавали переменное магнитное поле напряжённостью около 400 А/м (В ~ 0,5 мТл) с частотой 18 Гц. В результате исследований проводили гистологическую оценку продольных срезов мышечной ткани говядины (массой 50 г) замороженных образцов без (контроль) и под воздействием переменного магнитного поля (опыт). Срезы опытных образцов отличались более равномерно-упорядоченной структурой, меньшим количеством свободной жидкости на поверхности образца. При температуре минус 12 °С опытный образец в отличие от контрольного сохранял некоторую пластичность (остаточная деформация при статическом давлении 0,5 Н/см2 составила 1,5-2 мм). Структура опытного образца после размораживания была более плотная, упорядоченная и равномерная в отличие от контрольного. Однако серию подобных опытов необходимо повторить на образцах большего
размера и различных видах мяса. Проведённые исследования представляются перспективными для дальнейших работ по изучению низкочастотного магнитного поля как дополнительного воздействия на пищевые системы в процессе их замораживания.
Главный конструктор ООО «Акустическая заморозка» Д.Н. Балаболин представил разработки технологии и оборудования, выпускаемого указанной фирмой, для обработки пищевых продуктов при замораживании и размораживании с применением акустических методов воздействий.
По мнению автора, воздействие ультразвука при замораживании биологических объектов приводит к увеличению количества центров кристаллизации воды, в результате чего в продукте формируется множество кристаллов, размеры которых сравнимы с размерами клеток, и это предотвращает от их разрушения. Кроме того, ультразвуковые колебания способствуют равномерному распределению солей и уменьшают вредные последствия пребывания клеток в незамёрзшей, более концентрированной части жидкости [5].
Представлена информация о выполненных исследованиях по замораживанию в акустическом поле широкой гаммы продуктов: мяса, рыбы, овощей, ягод, различного рода заквасок и др. [6]. По данным автора, после размораживания продукты имеют более высокое качество и меньшие потери сока по сравнению с традиционными методами шоковой заморозки. Учитывая, что технологические режимы обработки являются «ноу-хау» разработчиков, а исследования сравнительных качественных показателей продуктов получены в ограниченном объёме, то обсуждение полученных результатов носило дискуссионный характер. Участниками круглого стола рекомендовано продолжить совместные исследования в целях развития научной и практической доказательной базы полученных эффектов.
Российское научно-производственное предприятие «Торий» (АО «НПП «Торий») разрабатывает комплекс передовых микроволновых технологий и оборудование, в том числе для предприятий пищевой промышленности. Руководителем направления к.ф-м.н. А.В. Конновым представлено сообщение о разработке СВЧ дефростера конвейерного типа, предназначенного для отепления замороженной пищевой продукции. Производительность дефростера - 2000-2500 кг/ч, время размораживания - 2,5-4 мин, потери сока (при размораживании мяса) -менее 2%. К достоинствам дефростера можно отнести существенное снижение времени размораживания с десятков часов до нескольких минут; контролируемый процесс нагрева, повышение объёмной равномерности температурного нагрева (AT по объёму - 1-2 °C), а также практически отсутствие развития микрофлоры в процессе размораживания [7]. Дефростер успешно эксплуатируется с 2013 года на мясокомбинате ЗАО «Аль-мак-Плюс» г. Калининград.
Основные условия качественного размораживания пищевых продуктов - это равномерность нагрева и быстрота обработки. Для размораживания объектов, имеющих большие габаритные размеры (блоки мяса толщиной более 150 мм), наиболее эффективным является разогрев токами не СВЧ, а УКВ. Исследования показали, что отепление с использованием УКВ сохраняет достоинства отепления СВЧ излучением (внутренний нагрев, высокая скорость нагрева), при этом имеет более высокую однородность нагрева и глубину проникновения в биологические ткани до 400 мм.
Основной недостаток представленных образцов оборудования - это высокая стоимость, что является главным сдерживающим фактором использования их на предприятиях пищевой отрасли. В связи с этим были высказаны предложения по необходимым мерам со стороны правительства для ускорения выхода представ-
ленных разработок на отечественный рынок производства пищевой продукции:
► государственные дотации (или налоговые послабления, или иная форма) предприятиям рыбной и мясной продукции на приобретение оборудования отечественных производителей, в частности предприятий ВПК;
► введение экспортных пошлин на аналогичное импортное оборудование;
► финансовая поддержка отечественных производителей наукоёмкого оборудования для расширения возможности участия в выставках на территории России с целью её демонстрации потребителям пищевой и перерабатывающей промышленности. Исследования, проводимые в ФГБОУ
ВО Московский государственный университет пищевых производств (МГУПП), по влиянию электроконвективной среды на процесс замораживания пищевых продуктов представил профессор кафедры «Инженерия процессов, аппаратов, холодильной техники и технологии» д.т.н. Б.С. Бабакин. Данная разработка нацелена на значительное снижение естественной усушки мяса при холодильной обработке и хранении.
Специалисты кафедры изучали изменение температуры образцов мяса при замораживании, изменение плотности теплового потока, интенсивность теплоотдачи и потери массы сырья от усушки в процессе хранения мясного сырья различных качественных групп (мясо DFD, NOR, PSE) в процессе замораживания с использованием электроконвективного воздушного потока и при замораживании традиционным способом. Образцы хранили в течение трёх месяцев. Исследования показали, что применение электроконвекции приводит к росту плотности теплового потока и позволяет сократить продолжительность процесса замораживания в среднем для мяса DFD до 37%, NOR до 29%, PSE до 44%, увеличить наружный коэффициент теплоотдачи в 1,8-2,2 раза, снизить усушку в процессе хранения на 0,1-0,35%. К концу третьего месяца хранения не было выявлено существенной деформации и разрывов мышечных волокон в опытных образцах мяса.
Перспективным направлением исследований кафедры является применение озоно-жидкостных растворов и озоно-воздушных смесей для обработки холодильных камер, тары, оборудования и сельскохозяйственного сырья, в том числе для предпродажной обработки продуктов в местах их массовой реализации. Используемые озоно-жидкостные растворы являются эффективными, экологически безопасными антисептиками.
Разработана установка для предпродажной обработки озоно-водными растворами плодоовощной продукции производительностью 500 кг/ч.
Высокую эффективность обеззараживания возможно достигнуть при использовании импульсной плазменно-оптической технологии для обработки пищевых продуктов, камер и промышленных холодильников. Специалисты НИИ «Энергомаш» МГТУ им. Н.Э. Баумана к.т.н. В.В. Багров и А.С. Белев представили технологию обработки пищевых продуктов с применением высокоинтенсивного импульсного ультрафиолетового излучения (УФ), позволяющую увеличить сроки хранения за счёт высокой биоцидной эффективности процесса. Приоритетные области применения УФ обработки: обеззараживание упаковочной тары перед её заполнением пищевым продуктом, безреагентное обеззараживание сыпучих сред (семян, ингредиентов гомеопатических, фармакологических и биомедицинских препаратов и др.). Представлены результаты обработки импульсным УФ излучением винограда, которые подтвердили существенное увеличение сроков хранения.
В результате обмена мнениями специалисты пришли к однозначному выводу о том, что необходимо проведение дополнительных детальных исследований по изучению воздействия физических методов на биологические объекты и пищевые системы для получения массива данных по качественным характеристикам сельскохозяйственного сырья и пищевой продукции, подвергнутых дополнительным физическим методам обработки
в процессе замораживания, размораживания, обеззараживания.
В процессе обсуждения докладов выступили участники круглого стола: С.Л. Белецкий - НИИХП Росрезерва, Е.Н. Харенко - ВНИРО, В.Н. Корешков, Г.Ю. Гончарова - ВНИХИ, А.Г Белозеров -«ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова», А.И. Романенко - МГУТУ им. К.Г. Разумовского. Было решено, что в целях реализации задач по совершенствованию процессов и оборудования для холодильной обработки и хранения пищевой продукции, объединить научные, кадровые и финансовые возможности НИИ, ВУЗов и промышленных предприятий, и выполнить НИР по оценке качества пищевой продукции, в том числе мяса и мясной продукции, замороженной с применением современных физических методов дополнительно к холоду.
В целях проведения системной и плановой работы организовать при ВНИХИ (филиал ФГБНУ «ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова» РАН) секцию учёного совета «Электрофизические методы обработки при холодильном хранении пищевых продуктов» для рассмотрения перспективных научных тематик по данному направлению, обсуждения их результатов и координации научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ.
© КОНТАКТЫ:
Лисицын Андрей Борисович а info@fncps.ru Белозёров Георгий Автономович а gabelozerov@mail.ru Лунина Ольга Ивановна а o.lunina@fncps.ru
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ: REFERENCES:
1. Lisitsyn, A.B. To the question of frozen meat. Review / A.B. Lisitsyn, I.M. Chernukha, O.I. Lunina // Theory and practice of meat processing. - 2019. - T. 4. - № 2. - P. 27-31. DOI: 10.21323/2414-438X-2019-4-2-27-31.
2. Небурчилова, Н.Ф. Принципы официальной отчётности Neburchilova, N.F. Printsipy ofitsial'noyotchotnosti v deyatel'nosti в деятельности предприятий мясной отрасли / Н.Ф. Не- predpriyatiy myasnoy otrasli [Principles of official reporting in the бурчилова, И.В. Петрунина // Мясная индустрия. - activities of enterprises in the meat industry] / N.F. Neburchilova, 2019. - № 6. - С. 14-17. I.V. Petrunina // Myasnaya industriya. - 2019. - № 6. - P. 14-17.
3. Российский рынок замороженных полуфабрикатов. Элек- Rossiyskiy rynok zamorozhennykh polufabrikatov [The Russian тронный ресурс. - Режим доступа: [www neanalytikcs.ru]. market of frozen semi-finished products]. Elektronnyy resurs. -
Rezhim dostupa: [www neanalytikcs.ru].
4. Konnov, A.V. Time Domain Numerical Simulation of Convection Heating of a Muscle Tissue with Phase Transition / A.V. Konnov, G.A. Belozerov, M. A. Dibirasulaev // Moscow University Physics Bulletin. - 2019. - V. 74. - Issue 3. - P. 302-307. D0l:10.3103/ S002713491903007X.
5. Акопян, Б.В. Основы взаимодействия ультразвука с био- Akopyan, B.V. Osnovy vzaimodeystviya ul'trazvuka s bio-логическими объектами: Ультразвук в медицине, вете- logicheskimi ob"yektami: Ul'trazvuk v meditsine, veterinarii ринарии и экспериментальной биологии / Б.В. Акопян, i eksperimental'noy biologii [Fundamentals of the interaction Ю.А. Ершов. - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. - 224 с. of ultrasound with biological objects: Ultrasound in medicine,
veterinary medicine and experimental biology] / B.V. Akopyan,
Yu.A. Yershov. - M.: MGTU im. N.E. Baumana, 2005. - 224 p.
6. Ганина, В.И. Выживаемость микрофлоры заквасок при Ganina, V.I. Vyzhivayemost' mikroflory zakvasok pri akustich-акустической заморозке / В.И. Ганина, Д.Н. Балаболин, eskoy zamorozke [The survival of microflora of starter cultures Э.С. Токаев, Ю.И. Крысанова, В.А. Дымова // Молочная during acoustic freezing] / V.I. Ganina, D.N. Balabolin, E.S. To-промышленность. - 2019. - № 9. - С. 42-44. kayev, Yu.I. Krysanova, V.A. Dymova // Molochnaya promysh-
lennost'. - 2019. - № 9. - P. 42-44.
7. Дибирасулаев, М.А. СВЧ-размораживание мясных бес- Dibirasulayev, M.A. SVCH-razmorazhivaniye myasnykh beskost-костных отрубов / М.А. Дибирасулаев, Г.А. Белозеров, nykh otrubov [Microwave defrosting meatless bone cuts] / Д.Е. Орловский, Д.М. Дибирасулаев, А.В. Коннов, А.А. Боб- M.A. Dibirasulayev, G.A. Belozerov, D.Ye. Orlovskiy, D.M. Dibira-ров, Л.Б. Киреев: сборник материалов Всероссийской на- sulayev, A.V. Konnov, A.A. Bobrov, L.B. Kireyev: sbornik materialov учно-практической конференции «Актуальные проблемы Vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferentsii «Aktual'nyye повышения конкурентоспособности продовольственного problemy povysheniya konkurentosposobnosti prodovol'stvenno-сырья и пищевых продуктов в условиях ВТО». - Углич, go sy^ya i pishchevykh produktov v usloviyakh VTO». - Uglich, 2013. - С. 92-95. 2013. - P. 92-95.
