CC BY
14
УДК 001.894.2 DOI 10.24412/2311-6447-2021-2-220-225
Патентный обзор изобретений по созданию инновационных технологий для производства молочных продуктов
на основе ультразвука
Patent review of inventions for the creation of innovative technologies for the production of dairy products based
on ultrasound
Ст. научный сотрудник В.А. Углов, зав. отделом научной информации, патентоведения и метрологии Е.В. Вородай
(Сибирский федеральный научный центр агробиотехнологий) тел. 8(383) 348-04-09 E-mail: borodajelena^J vandex.ru
Senior Researcher V.A. Uglov, Mead of the Department, Department of Scientific Information, Patent Science and Metrology E.V. Boroday (Siberian Federal Scientific Center of Agrobiotechnologies} tel. 8 (383) 348-04-09 E-mail: boroda jelenafcrvandex.ru
Реферат. Выделены особенности физического воздействия ультразвука различной частоты, мощности, которые способствуют приобретению молочными продуктами лечебно-профилактических свойств в результате гомогенизации, эмульгирования, пастеризации, изменения агрегатного состояния. Всего проанализировано 29 патентов, в том числе 12 зарубежных. Установлены основные направления использования ультразвука: производство продуктов питания, обеззараживание молока, расширение ассортимента и улучшение органолептических показателей, способы определения качества молока и молочных продуктов. Обоснована преобладающая роль российских изобретателей по количеству полученных патентов - 58,6 %. Определены временные границы патентования - 2003-2020 гг. Приведены результаты патентного анализа по форме собственности патентообладателей, показана ведущая роль высших учебных заведений (12 патентов). Выделены изобретения, наиболее перспективные для внедрения их в производство как наиболее значимые для здоровья человека: RU 2630623, 2284119, 2329653.
Summary. The review highlights ihe features of the physical impact of ultraso und of different frequencies and power, which contribute to the acquisition of therapeutic and preventive properties of dairy products as a result of homoge nidation, emulsification, pasteurization, and changes in the aggregate state. In total, 29 patents were analyzed, including 12 foreign patents. The main directions of using ultrasound are established: food production, disinfection of milk, expansion of the range and improvement of organoleptic indicators, methods for determining the quality of milk and dairy products. The predominant role of Russian inventors in the number of patents received is justified - 58.6 %. The time limits of patenting are defined: 2003-2020. The results of the patent analysis on the form of ownership of patent holders are presented, the leading role of higher educational institutions is shown (12 patents). The inventions that are the most promising for their introduction into production, as the most significant for human health: RU 2630623, 2284119, 2329653.
Ключевые слова: патенты, изобретения, базы данных, молоко, молочная продукция, инновации, ультразвук.
Keywords: patents, inventions, databases, milk, daity products, innovations, ultrasound.
В настоящее время растет внимание исследователей к разработке альтернативных способов существующим технологическим способам обработки молочного сырья. Ультразвук привлекает внимание отечественных и зарубежных исследователей как экономичный и перспективный способ, обладающий значительным потенциалом совершенствования технологических продуктов. По своей физической сущности ультразвук - это упругие колебания в диапазоне частоты от 1 до 20 кГц. Его применение позволяет улучшать технологические процессы, обеспечивающие в итоге качество молочных продуктов или вторичных продуктов молочного производства
© В.Л. Углов, Е.В. Бородай, 2021
в результате изменения агрегатного состояния продуктов гомогенизации, эмульгирования, вязкости, водоудерживающей способности [1,2]. Проводятся исследования процессов ускорения ферментативных, биохимических реакций в продукте и сохранения его полезных свойств [3,4]. Производство на этой основе новых молочных продуктов для различных групп населения, включая детей, позволит обеспечить рынок продуктами с более высокими потребительскими свойствами, сохранившими биологическую ценность исходного сырья в результате минимальной термической обработки [5,6].
Установлена зависимость микробиологического состояния молочных продуктов от уровня частоты ультразвуковой обработки. Например, при низких частотах происходит стимуляция молочнокислых микроорганизмов, при более высоких частотах возникает ипактивi щия патогенной или условно патогенной микрофлоры, что обеспечивает безопасность молочных продуктов. В отдельных исследованиях анализируется комплекс факторов, позволяющих проводить активацию или инактивацию микрофлоры молока в зависимости от мощности и частоты ультразвука, времени обработки ультразвуком, тина микроорганизма, рН и температуры [7].
Проводится поиск альтернативных способов восстановления молока и молочной сыворотки, в том числе с помощью ультразвука в низкочастотном диапазоне 22±1,65 кГц [8,9[. Ультразвук находит применение и в комбикормовой промышленности. Авторы предлагают использовать для этой цели сухую молочную сыворотку, что одновременно позволяет улучшить экологическую среду, поскольку молочная сыворотка зачастую сбрасывается в поверхностные водоемы [10]. Разработаны способы консервирования молочной сыворотки на основе ультразвука [6]. Установлено влияние ультразвука (100 Вт, 30 кГц, амплитуда 25 % в течение 5, 10 и 15 мин; УЗИ) на рост, углеводный обмен и антиоксидантную активность одного из ведущих пробиотиков - Lactobacillus при ферментации молока [11,12].
Цель работы - выполнение патентных исследований для определения мировых тенденций по созданию инновационных технологий производства молочных продуктов на основе ультразвука. Объектами исследований являлись отечественные и зарубежные патенты, выделенные по базе ФИПС, ESPACENET, WIPO, USPTO. Ценность патентной информации заключается в ее опережающем характере, что позволяет прогнозировать по динамике патентования ситуацию на рынке молочной продукции с некоторым упреждением по времени.
Методы исследований были сравнительно-аналитические: систематизация патентов по приоритетным целям, задачам, определяющим функциональные или лечебно-профилактические свойства патентуемых молочных продуктов или вторичных продуктов их производства (молочная сыворотка, обезжиренное молоко), временные границы патентования 2003-2020 гг., анализ патентов по формам собственности, страны-патентообладатели. Исследованные объекты относятся к классу «А» по Международной патентной классификации - «Удовлетворение жизненных потребностей человека». Всего выделено по базам ФИПС, WIPO, ESPACENET, USPTO 29 патентов на изобретения, в том числе 12 зарубежных (рисунок).
Рисунок. Динамика патентования по странам
Интерес изобретателей к проблеме прослеживается с 2003 г. Динамика патентования по годам приоритетов практически отсутствует. Возможно, это связано с небольшим количеством изобретений, полученных в настоящее время, в связи с недостаточностью изучения проблемы в молочной отрасли. Распределение патентов по формам собственности: физические лица - 10, вузы, университеты - 12, предприятия различных форм собственности - 7, Следует отметить, что более высокая патентная активность высших учебных характерна для зарубежных авторов, в российском сегменте доля вузов составляет 5 изобретений, преимущественно в РФ патентуют изобретения физические лица - 9 ед. Вклад российских изобретателей по количеству полученных патентов составил 58,6 %. Анализ географического распределения патентов показал преимущество Москвы - 7 изобретений, что связано с наличием в столице крупного научного потенциала. В других городах РФ установлено преимущественно по 1 изобретению (Чебоксары, Новосибирск, Челябинск и др.).
Основные цели, которые ставили изобретатели РФ, были направлены на получение инновационной молочной продукции, обладающей профилактическими свойствами, безопасностью, высокими потребительскими свойствами, устойчивостью к расслоению. Безопасность продуктов основана на его микробиологических и санитарно-гигиенических показателях,
В К и 2630623 «Способ и устройство для обеззараживания молока комплексным воздействием физических факторов» безопасность молока обеспечивается его обработкой в СВЧ-поле, ультрафиолетовым облучением и ультразвуковой обработкой.
В К и 2516665 патентуется способ очистки молочных продуктов, соков от механических примесей и, что очень важно, - от вирусов, что также позволяет обеспечивать безопасность указанных продуктов.
Особую ценность представляют инновационные изобретения, в которых запатентована молочная продукция, обладало ¡пая лечебно-профилактически ми свойствами, или способы ее производства. Спрос на такую продукцию закономерно растет во всем мире.
Отечественные авторы изобретений патентуют различные способы достижения поставленных задач. Например, в Ки 2331197 лечебно-профилактические свойства продукта возникают за счет увеличения содержания белка в молочной смеси. Кроме того, запатентованная технология позволяет получить продукт, обладающий гомогенностью и стабильностью, что делает его более привлекательным в глазах потребителей. Преимущество способа состоит и в возможности обрабатывать, кроме цельного молока, пахту, молочную сыворотку и обезжиренное молоко.
В К и 2329653 профилактические свойства растительного молока и повышение его биологической ценности достигаются в результате увеличения содержания растворимых белков и повышения нх перевариваемости пищеварительными ферментами. В И и 2284119 решение такой же задачи достигается в результате насыщения продукта метаболитами молочнокислых бактерий.
В 1Ш 2630623 запатентован способ повышения выхода полисахарида кефира-на в готовом продукте. Изобретение направлено на получение продукта с высокими органолептическимп и профилактическими свойствами в результате насыщения сухого молока кефираном - это полисахарид кефирных грибков. Установлено, что он обладает противомикробпымн и ранозаживляющими свойствами, способностью снижать давление и уровень холестерина в сыворотке кровп. Кроме того, выявлен противоопухолевый эффект и способность к повышению иммунитета. Новизной изобретения является обработка молока ультразвуком перед процессом сквашивания. Несомненно, подобные изобретения нужно рекомендовать для внедрения, поскольку они непосредственно направлены на улучшение здоровья населения.
Изобретения, направленные на улучшение потребительских свойств н привлекательности молочных продуктов, также представляют определенную ценность.
В RU 2668812 сквашенный продукт на основе молока имеет размер молочных жировых глобул от 20 им до 1. мкм, что обеспечивает получение продукта с хорошим вкусом n текстурой, устойчивого к модификации массы и разрыву текстуры при хранении.
Изобретение RU 2329650 также направлено на получение стабильного, устойчивого к расслоению под действием гравитации и других внешних сил восстановленного молока при минимальных энергозатратах на восстановление.
Часть изобретений направлена на расширение ассортимента и повышение ор-ганолептических свойств молочных продуктов или растительного молока (RU 2612160, 2005141344). В RU 2665842 обосновано сокращение времени обработки сырья.
В базе данных ФИПС представлена серия однотипных заявок, в которых ультразвук используют для перемешивания компонентов сырья (заявки 2003109453, 2003109 180, 2003109203 и др.). Они отличаются только видом микромицетов, которые используют для производства биомассы гриба.
Примечателен способ получения молочного желе (заявка № 2003109453). В данном способе происходит ультразвуковое смешивание творожной сыворотки, обезжиренного молока, стру кту ро обр азов ате ля, сахара, ароматизатора, воды и куль-туральной жидкости. В качестве структурообразователя используют смесь препарата, полученного путем последовательного экстр агир ов ш i и я биомассы микромицета Pyihium irreguläre неполярным экстрагентом в надкритическом состоянии, водой, щелочью, водой, кислотой, водой, щелочью и водой с после дующим объединением первого экстракта с твердым остатком, и пектина, взятых в соотношении по массе 3:1 в количестве около 1,4 % от массы целевого продукта.
Зарубежные и зоб регате ли, так же как и российские патентообладатели, чаще патентуют молочную продукцию, обладающую лечебно-профилактическими свойствами. Например, в US 2020157142, WO 2019091472, CN 107858391 запатентованы способы выделения высокоактивных полипептидов из молочных белков. Известно, что они способствуют повышению перевариваемости и снижению артериального давления.
В US 20140302205 представлен способ обнаружения в молоке экзогамных микрорибонуклеиновых кислот, которые способны предотвращать развитие инсульта. Представляет интерес CN 201710368585, в котором патентуется способ выделения из молока с помощью ультразвука молочных белков, обладающих се дативным действием, что в перспективе может дать возможность заменить часть фармакопейных се дативных веществ.
В отличие от отечественных изобретателей зарубежные авторы чаще патентуют способы определения качества молока. Например, в изобретениях DE 10209889, CN 200710057265 и Гуйлинского университета (КНР) запатентованы эффективные экономичные способы определения качества молока, в том числе методы обнаружения вредных или опасных примесей в молоке (хлориды и меланин). Подобные изобретения представляются нам особо ценными и необходимыми поскольку они препятствуют проникновению на рынок продуктов, опасных для здоровья человека. В CN 106442765 запатентован способ обнаружения остатков антибиотиков в молоке.
Патентный обзор показал, что ультразвук еще недостаточно широко используется в молочной отрасли, поэтому требуется продолжение исследований в данной области. Ультразвуковая обработка способствует разработке инновационных молочных продуктов с профилактическими свойствами. В результате анализа патентных источников выделены изобретения, которые можно рекомендовать для внедрения в производство как наиболее весомые для сохранения и улучшения здоровья человека (RU 2630623 «Способ производства йогуртов о го продукта с повышенным содержанием полисахарида кефиран»; RU 2284119 «Кисломолочный напиток»; RU 2329653 «Способ получения растительного молока из семян амаранта»).
ЛИТЕРАТУРА
1. Francesco Noci. Daily Products Processed With Ultrasound [Ultrasound: Advances for Food Processing and Preservation] 2017, P. 145-180.
2. Akdeniz V., Akalin A.S. Effects of ultrasound application on homogenization, gel structure, viscosity and water holding capacity in dairy products. Journal of Food, 2017, V42, № 6, pp.743-753.
3. Шершепков Б С. Ультразвуковая интенсификация биотехнологических процессов: Автореф. дне... канд.техн.наук. - Санкт-Петербург, 2015. -16 с.
4. Ana С. S. Effect of ultrasound on the technological properties and bioactivity of food [A review] Trends in Food Science & Technology, 2010, T. 21, № 7, pp.323-331. DOI: 10.1016/j.tifs.2010.04.003.
5. Исаев В.А., Снмоненко С.В., Селиверстов В.К. Ультразвук и инновационные технологии производства молочных продуктов нетрадиционные природные ресурсы, инновационные технологии и продукты // Сб. научн. трудов РАЕН. Под редакцией В.Н. Зеленкова. Белгород, 2018. - С. 100-110.
6. Ускова Д.Г., Попова Н.В. Инновационные подходы в формировании потребительских свойств восстановленных молочных продуктов на основе йогуртов // Вестник южно-уральского госуниверситета. Сер. Пищевые биотехнологии. - 2016. -Т.4. - № 2. - С.20-29.
7. Akdeniz V., Akalin A.S. Recent advances in dual effect of power ultrasound to microorganisms in dairy industry [activation or inactivation] Critical reviews in food science and nutrition, 2020, T.60, No 11. pp. 1769-1782.
8. Канина KA. Влияние обработки молока сырья на качество молочных продуктов: Автореф.дис... канд.техн.наук. - М. 2019, - 133 с.
9. Соковнин Е.Л. Разработка способа консервирования сыворотки, обработанной ультразвуком / / Материалы XLVi научной и учебно-методической конференции. Альманах научных работ молодых ученых. - Санкт-Петербург, 2017. -С. 269271.
10. Романов М.М., Беззубцева А.Р. Перспективы использования ультразвука в процессах производства кормов на базе сухой молочной сыворотки / / Роль молодых ученых и исследователей в решении актуальных задач АПК: Материалы международной научно практической конференции молодых ученых и обучающихся. - С.Петербург,'2020. - С. 313-317.
11. Glouwsser Е. Ultrasound pretreatment of fermented milk containing probi-otic Lactobacillus plantanim AF1 [Carbohydrate metabolism and antioxidant activity] Journal of food process engineering, 2019, V42, № 1, pp.12930.
12. Potoroko I., Kalinina V., Botvinnikova O., Krasulya R., Fatkullin U., Bagale S.H. Sonawan. Ultrasound effects based on simulation of milk processing properties. Ultrasonics Sonochemistry/ V. 48, November 2018, -pp. 463-472.
REFERENCES
1. Francesco Noci. Dairy Products Processed With Ultrasound [Ultrasound: Advances for Food Processing and Preservation] 2017, P. 145-180.
2. Akdeniz V., Akalin A.S. Effects of ultrasound application on homogenization, gel structure, viscosity and water holding capacity in dairy products. Journal of Food, 2017, V42, № 6, pp.743-753.
3. Shershenkov B. S. Ultrasonic intensification of biotechnoiogical processes: Auto-ref. dis... Candidate of Technical Sciences. - Saint Petersburg, 2015. -16 p.
4. Ana C. S. Effect of ultrasound on the technological properties and bioactivity of food [A review] Trends in Food Science & Technology, 2010, T. 21, № 7, pp.323-331. DOI: 10.1016/j.tifs. 2010.04.003.
5. Isaev V. A., Simonenko S. V., Seliverstov V. K. Ultrasound and innovative technologies for the production of dairy products non-traditional natural resources, innovative technologies and products. Edited by V.N.Zelenkov. Belgorod, 2018. - p. 100-110.
6. Uskova D. G., Popova N. V. Innovative approaches in the formation of consumer properties of restored dairy products based on yoghurts / / Bulletin of the South Ural State University, Ser. Food biotechnologies. - 2016. - Vol. 4. - No. 2. - p. 20-29.
7. Akdeniz V., Akalm A.S. Recent advances in dual effect of power ultrasound to microorganisms in dairy industry [activation or inactivationj Critical reviews in food science and nutrition, 2020, T.60, №11. pp. 1769-1782.
8. Kanina K. A. Influence of raw milk processing on the quality of dairy products: Autoref.dis...kand.tehn.nauk. -M. 2019, -133 p.
9. Sokovnin E. L. Development of a method for preserving serum treated with ultrasound / / Materials of the XLVI scientific and educational-methodical conference. Almanac of scientific works of young scientists. - Saint-Petersburg, 2017. -pp. 269-271.
10. Romanov M. M., Bezzubtseva A. R. Prospects for the use of ultrasound in the production of feed based on dry milk whey / / The role of young scientists and researchers in solving actual problems of the agro-industrial complex: Materials of the international scientific and practical conference of young scientists and students. - St. Petersburg, 2020. - pp. 313-317.
11. Glouwsser E, Ultrasound pretreatment of fermented milk containing probi-otic Lactobacillus plantarurn AF1 [Carbohydrate metabolism and antioxidant activity] Journal of food process engineering, 2019, V42, Nyl, pp.12930.
12. Potoroko I., Kalinina V., Botvinnikova O., Krasulya R., Fatkullin U., Bagale S.H. Sonawan. Ultrasound effects based on simulation of milk processing properties. Ultrasonics Sonochemistry/ V. 48, November 2018, -pp. 463-472.
