CC BY
15
УДК 66.011,544.57
ПИЩЕВАЯ СОНОХИМИЯ: РЕАЛЬНОСТЬ И ПЕРСПЕКТИВЫ
Красуля Ольга Николаевна
Доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВО РГАУ - МСХА имени К. И. Тимирязева, Технологический институт okrasuly@mail. ru
Казакова Екатерина Владимировна
Кандидат сельскохозяйственнных наук, доцент, ФГБОУ ВО РГАУ - МСХА имени К. И. Тимирязева, Технологический институт», кафедра «Технологии хранения и переработки продуктов животноводства» kazakova.ev@rgau-msha. ru
В статье представлена информация об отечественном и зарубежном опыте использования акустических кавитационных способов воздействия на жидкие пищевые среды для оптимизации существующих и разработки новых ресурсосберегающих, экологически чистых технологий продуктов питания на мясной и молочной основе.
Ключевые слова: сонохимия, технологии, продукты, ультразвук, пищевые среды, кавитация, мясо, молоко, сырье, обработка.
FOOD SONOCHEMISTRY: REALITY AND PROSPECTS
Krasulya Olga Nikolaevna
Doctor of Technical Sciences, Professor,
K. I. Timiryazev Moscow State Agricultural Academy, Institute of Technology okrasuly@mail.ru
Kazakova Ekaterina Vladimirovna
Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor, K. I. Timiryazev Moscow State Agricultural Academy,Technological Institute", Department of "Technologies of storage and processing of animal products" kazakova.ev@rgau-msha. ru
The article provides information about domestic and foreign experience in using acoustic cavitation impact on liquid food environments to optimize existing and develop new resource-saving, environmentally friendly technologies for food on the meat and dairy basis.
Key words: sonochemistry, technology, products, ultrasound, food media, cavitation, meat, milk, raw materials, processing.
Для производства качественных и безопасных продуктов из сырья животного и растительного происхождения, а также продуктов функциональной направленности, используются различные технологические способы
воздействия: термическая обработка, обработка электромагнитным полем, озоном, ультразвуком, высоким давлением и т. д. Основными критериями эффективности применения того или иного метода воздействия является максимально возможное сохранение биологической
полноценности продукта и экономическая целесообразность [1].
Ультразвуковое воздействие на жидкие пищевые среды является одним из перспективных из-за невысоких показателей энергоемкости и стоимости, а так же требуемых площадей для его осуществления. В Стратегии научно-технологического развития РФ до 2035г. подчеркнута необходимость использования новых технологических методов обработки сырья животного и растительного происхождения, в
частности, ультразвука и акустической кавитации, которые относятся к энерго- и ресурсосберегающим технологиям [2].
Известно [3], что при воздействии ультразвука на жидкие среды, при определенных условиях наблюдается явление кавитации (от лат. сavita - пустота). При этом происходит видоизменение жидкой среды с образованием мельчайших газовых пузырьков, которые, в дальнейшем, лопаются с высвобождением энергии. В результате этого явления происходит разрушение структуры среды и соответствующие изменения её физико-химических свойств [4].
Описанные выше процессы,
происходящие в жидких пищевых средах под воздействием акустической кавитации, изучает новая наука - пищевая сонохимия [5].
Преимущества от использования явления кавитации в пищевых технологиях очевидны и заключаются в:
- возможности замены / существенного уменьшения ингредиентов, имеющих химическое происхождение, выполняющих роль управляющих воздействий (в виде пищевых добавок, обладающих потенциальной опасностью для здоровья потребителя), безреагентным физическим воздействием, что позволяет выпускать продукты с «чистой» этикеткой и разрабатывать «зеленые» технологии;
- реализации надтеплового механизма [6] передачи энергии жидкой пищевой среде (за счет распространения в ней ультразвуковой волны), в результате чего водная фаза среды становится мощным растворителем и способна интенсивно вступать в реакцию гидратации с биополимерами сырья животного и растительного происхождения;
- небольшой энергоемкости процесса, что делает его энергосберегающим.
Перспективность этого метода воздействия при разработке новых технологий продуктов животного происхождения
подтверждена результатами комплексных исследований, выполненных отечественными и зарубежными учеными: Шестаков С. Д., Маргулис М.А., Рогов И. А., Красуля О. Н., Богуш В. И., Потороко И. Ю., Поландова Р. Д., Тихомирова Н. А. и др. (Россия), M. Ashokkumar, B. Zisu (Австралия), T. Mawson, Z. Paniwnyk (Великобритания), Z. Heved (Хорватия), E. Rieva (Испания), S. Anand (Индия) и др.
Российским ученым в области пищевой сонохимии профессором Шестаковым С. Д. сформулирована концепция этой отрасли научных знаний, которая состоит из следующих положений [7]:
- ограничение либо полное исключение применения сонохимической обработки в отношении биополимеров сырья животного и растительного происхождения в силу наличия информационной неопределенности (нестабильные качественные характеристики, колебание спроса и предложения и пр.) и обработка только воды и водных растворов
пищевых ингредиентов (типа поваренной соли, сахара и т.д.);
- максимальное ослабление химических реакций, происходящих при сжатии кавитационных пузырьков в газовой фазе внутри них, и минимизация взаимодействия с обрабатываемой жидкостью продуктов этих реакций;
- использование при разработке промышленных сонохимических аппаратов теории физического подобия кавитационных процессов (разработанной Шестаковым С. Д.), позволяющей, при её использовании, избавиться от трудоёмких и затратных этапов натурного моделирования и выполнить необходимые инженерные расчеты, опираясь на результаты оптимизации того или иного процесса в малогабаритном реакторе.
Остановимся на основных результатах научной деятельности, полученных за период 2005-2021гг, отечественными исследователями в области использования пищевой сонохимии в технологиях мясных и молочных продуктов: разработаны технология и соответствующее оборудование-реактор кавитационный
ультразвуковой, которое удостоено Золотой медали на выставке «Агропродмаш-2010» в номинации «Лучшее инновационное оборудование для пищевой промышленности», для сонохимической водоподготовки при
производстве мясных продуктов (Шестаков С. Д., Красуля О. Н., Богуш В. И., и др.) и восстановлении сухого молока (Тихомирова И. А., Артемова Я. А., Шестаков С. Д.), технология питьевого йогурта, полученного из молока на территориях техногенного загрязнения (Потороко И. Ю., Ботвинникова В. В.), технология сыра -брынзы из цельного коровьего молока (Канина К. А., Красуля О. Н., Шувариков А. С.), технологический способ повышения
терморезистентности биологически активных компонентов пищевого и лекарственного сырья растительного и животного происхождения (Патент РФ № 244201), технология продуктов из мяса птицы (Цирульниченко Л. А., Потороко И. Ю.), технология вареных, цельномышечных, паштетно-ливерных мясных продуктов и рубленых полуфабрикатов (Красуля О. Н., Богуш В. И., Казакова Е.В.)[8,9,10 11,12]. Технология вареных колбасных изделий и рубленых полуфабрикатов с применением сонохимически подготовленного рассола внедрена на отечественном мясоперерабатывающем предприятии, что позволило наладить выпуск экологически чистой продукции без применения пищевых добавок, имеющих потенциальную опасность для здоровья потребителя.
Акустическая кавитационная обработка, ее фундаментальные и прикладные аспекты широко изучаются зарубежными учеными, особенно много работ выполнено в молочной промышленности: при приготовлении стабильных молочных эмульсий с различными видами растительных масел, дегазации воздуха при
производстве мороженого, ультразвуковой гомогенизации, инкапсуляции для получения белковых микросфер, инактивации патогенных микроорганизмов Subtilis) в молоке,
технологиях пробиотических и пребиотических молочных продуктов [ 8 ].
Поскольку пищевая сонохимия является развивающейся технологией в пищевых системах, можно полагать, что, в дальнейшем, её применение в отечественной практике переработки сырья животного и растительного происхождения будет расширяться.
Полагаем, что эти технологии в отечественной практике получат распространение
при производстве сливочного масла, обезжиренного сыра, инкапсуляции
вкусоароматических веществ, инактивации ферментов, ухудшающих качество и хранимоспособность пищевых продуктов, посоле рыбы и морепродуктов, производстве наноплёнок. Первые положительные результаты применения кавитационных технологий в названных выше технологиях уже получены, о чем свидетельствуют отдельные публикации и выступления ученых на форумах различного уровня.
ЛИТЕРАТУРА
1. Лисицын А.Б. Методы практической биотехнологии / Лисицын А.Б., Иванкин, Неклюдов А.Д.-М.: Изд-во ВНИИМП, 2002. -408с
2. Стратегия научно-технологического развития РФ до 2035г. от 12. 05. 2016 г. Фонд «Центр стратегических разработок».
3. Шестаков С.Д. Основы технологии кавитационной дезинтеграции/ Шестаков С.Д. -М.: Ева-пресс,2001.-150с.
4. Margulis M.A. Sonochemistry and Cavitation/Margulis M.A -London: Gordon&Breach, 1995-234pp.
5.Thompson, LK Doraiswamy. Sonochemistry Science and engineering. Ind.Eng.Chem.Res. 1999, 38(4):рр.1215-1249.
6. Шестаков С.Д. Надтепловое изменение термодинамического равновесия воды и водных растворов / Шестаков С.Д., Рогов И.А.//Хранение и переработка сельхозсырья , 2004, №4, с.9-13.
7. Технология и оборудование для обработки пищевых сред с использованием кавитационной дезинтеграции / Шестаков С.Д., Красуля О.Н., Богуш В.И. и др.-СПб.: ГИ0РД,2013.-152с.
8. Инновационные технологии переработки сырья животного происхождения с использованием сонохимических воздействий / Красуля О.Н., Богуш В.И., П. Пандей и др. -М.: Принт-24, 2020-160с.
9. Инновационные подходы повышения пищевой ценности кисломолочной продукции / В.В. Ботвинникова, Потороко И.Ю, Красуля О.Н.-Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2021-165с.
10. Канина К.А. Изучение влияния воздействия высокочастотной акустической кавитации на качество молока-сырья и молочных продуктов на его основе. / Вестник ВГУИТ.2019,т.81, №3(81).с.145-150.
11. Красуля О.Н., Гурин А.В., Скориков М.А., Казакова Е.В.Технология варено-копченой колбасы с использованием сонохимических воздействий для интенсификации посола сырья М.: Мясная индустрия. 2021. №6. С. 37-41.
12. Красуля О.Н., Мякинина С.А., Казакова Е.В., Шумский Ю.А. Разработка комбинированной технологии паштета из свиной печени М.: Мясная индустрия. 2021. №11. С. 26-30.
