доктор технических наук
По мере роста численности человечество вынуждено создавать все возрастающие в объемах запасы пищевого сырья. Это сырье хранится в высушенном, замороженном или законсервированном виде. При этом первоначально содержащаяся в нем природная влага, придающая продуктам из свежего сырья их отличительные качества, безвозвратно утрачивается. Опасность для здоровья людей продуктов питания, изготовленных из сохраненного сырья, увеличивается из-за образующихся в нем микробных токсинов либо внесенных консервантов.
Проблема восстановления утрачиваемых при хранении природных качеств пищевого сырья, определяющих потребительские свойства производимых из него продуктов, а также проблемы качества, безопасности и сохранности самих продуктов, яв-ляются главными проблемами пищевой индустрии. От правильности их решения зависит будущее человечества.
Как безальтернативный вариант для решения этих проблем предлагается использовать вещества, цинично именуемые «пищевые добавки». Однако ничего общего с пищей они не имеют, но зато обеспечивают процветание крупным концернам за рубежом, которые их производят и продают. Безопасность большинства из этих веществ сомнительна, а по-следствия их влияния на здоровье людей наглядно видны из статистики смертности и по внешнему облику граждан США, страны, производящей и продающей их больше всех в мире. Врачи напрямую связывают влияние некоторых химикатов, входящих в состав пи-щевых добавок, на возникновение у людей диабета, ранней гипертонии, проблем с желудочно-кишечным трактом и нарушением обмена веществ.
В отношении сокращения использования пищевых добавок Европарламентом принят це-лый ряд документов, прямо касающихся законодательств стран ЕС. Это ощутимо услож-нило и удорожило сертификацию в Европе добавок, производимых за ее пределами. Кро-ме того, в ЕС в 2004 г. запретили применение некоторых уже сертифицированных доба-вок с индексом «Е». В этом году премьер-министром Великобритании в связи с катаст-рофическими показателями тучности детей школьного возраста принято решение выде-лить более 200 миллионов евро на программу здорового питания в школах, где до этого процветала американская концепция «быстрое питание» (fast food), основанная именно на пищевых добавках.
Человечество приходит к выводу о реально существующей опасности сложившегося спо-соба производства продуктов питания с применением пищевых добавок и начинает ис-кать пути максимального сокращения их использования.
Научно-производственным предприятием «Астор-С», входящим в состав финансово-промышленной группы «Регионинвест», осуществляющей свою деятельность на террито-риях Вологодской, Костромской и Ярославской областей, разработана прорывная кон-цепция для пищевой промышленности, способная стать национальной. Она решает про-блему использования пищевого сырья без опасных для здоровья человека химических добавок, возвращая ему в процессе переработки утраченные при хранении природные свойства и дающая значительный экономический эффект. Потенциально опасные хими-ческие ингредиенты в продуктах питания заменяются безопасным физическим методом обработки пищевого сырья. Такое смелое предложение выдвинуто и реализовано впервые в мире! Евросоюз только еще начинает этот путь.
Концепция и разработанные в рамках ее технологии основаны на феномене так называе-мой синпериодической кавитации – процесса одновременного возникновения и «схлопы-вания» с последствиями в жидкости микроскопических пузырьков. Явление возникает под воздействием принудительно распространяемых в жидкой среде колебаний ультразвуковой частоты и строго заданной амплитуды давления. Процесс напоминает кипение, но при этом не сопровождается ощутимым нагревом жидкости.
Самое удивительное, что при этом жидкость, в частности вода, на определенное время приобретает все свойства, присущие кипятку с температурой вблизи точки кипения. Та-кая вода является мощным растворителем солей, охотно вступает в реакцию гидратации биополимеров пищевого сырья — соединение их с молекулами воды, интенсивно экстра-гирует, то есть извлекает из него витамины и другие полезные вещества и при этом не разрушает его природной структуры, так как имеет обычную температуру.
Какие же изменения происходят при синпериодической кавитации в воде и других жид-костях? Откуда появляются эти чудесные свойства?
Известно, что вода обладает свойствами полимера. Поэтому она, например, не замерзает в стволах деревьев даже при очень низких температурах, но, как это ни странно, при комнатной температуре может иметь структуру очень похожую на структуру льда. Отдельные молекулы воды, будучи связаны между собой силами электрической природы, образуют так называемые кластеры. Такие кластеры распадаются на отдельные молекулы лишь под воздействием теплоты, нагревающей воду до температуры кипения. В живом организме, где вода принимает исключительно важное участие во внутриклеточных процессах, разрушение кластеров происходит за счет мембранных явлений, инициируемых самим живым организмом. Но когда жизнь исчезает, вода и ткани организма опять становятся самостоятельными не связанными между собой субстанциями. Вот поэтому долго хранящееся пищевое сырье и утрачивает природную влагу.
В условиях синпериодической кавитации в воде генерируются гигантские импульсы дав-ления. Трансформация их энергии реализует в ней «надтепловой» механизм физико-химических изменений структуры, поэтому при разрушении молекулярных кластеров энергией кавитации нагревания воды не происходит. Вода переходит в так называемое термодинамически неравновесное состояние, которое продолжается до тех пор, пока вода постепенно не отдаст полученную энергию в виде тепла в процессе восстановления своей кластерной структуры. Происходит на первый взгляд странное явление: вода, получившая порцию энергии в виде серии возмущений давления и практически не изменившая при этом температуры, вдруг начинает постепенно заметно нагреваться.
Если воду до начала этого процесса смешать, например, с измельченной массой, содер-жащей животный или растительный белок, то произойдет интенсивная реакция его гид-ратации – соединения молекул воды с биополимером, прекращения ее «самостоятельно-го» существования и превращения ее в часть этого белка. Если до или в процессе этого в воде растворить консервант, например, поваренную соль, то она полностью разделится на ионы и будет прочно связана в образующихся водных оболочках белка. Для формирования привычного вкуса продукта и создания защитных свойств против микробов соли в этом случае понадобится значимо меньшее количество.
Достигаемое таким образом усиление действия консервантов, в качестве которых в ос-новном используются соли натрия, дает возможность снизить в продуктах питания со-держание ионов этого металла, что уменьшает вероятность развития сердечно-сосудистых заболеваний.
Уже сейчас Вологодский мясокомбинат, приобретший лицензию на использование тех-нологии кавитационной обработки рассолов, выпускает мясные продукты с содержанием соли не выше 1,8 г на 100 г, тогда как Европа только еще поставила перед учеными зада-чу достигнуть показателя 1,9 г! Традиционное же содержание соли — примерно 2,2 г на 100 г продукта.
Интенсификация реакций гидратации позволяет уменьшить количество либо вовсе ис-ключить из продуктов пищевые фосфаты, которые используются для связывания влаги и как пластификаторы, что во многом решает проблемы избыточного веса и нормализации обмена веществ в организме. Понятно, что интенсивная гидратация белков дает и значи-мый экономический эффект. Согласно академику В. И. Вернадскому, связанная таким путем вода становится неотъемлемой частью белков, то есть естественным образом увеличивает их массу, поскольку соединяется с ними благодаря действию механизмов аналогичных тем, которые имеют место в живой природе в процессе их синтеза.
Применение кавитационной обработки пищевого сырья и кавитационных реакторов в России разрешено официально. Имеются соответствующие заключения, сертификаты и лицензии. Разработки запатентованы в России и патентуются за рубежом. Результаты применения всесторонне исследованы профильными институтами РАСХН, РАМН и ве-дущими университетами России, которыми даны положительные официальные заключе-ния. Ниже перечислены некоторые освоенные области применения таких технологий.
Кавитационная обработка воды, используемой для увлажнения зерна перед его помо-лом на мукомольных предприятиях, обеспечивает быструю диффузию воды и интен-сивную гидратацию белков и крахмала. На Костромском комбинате хлебопродуктов, где используется эта технология, время подготовки зерна к помолу сокращено в 3 (!) раза и уменьшены энергозатраты на 3 кВт.часа на тонну размалываемой пшеницы. Это дало возможность сократить объем используемых закромов, повысить ритмичность работы и рентабельность. По расчетам специалистов ВНИИ зерна и продуктов его переработки при строительстве новых мукомольных заводов с этой технологией за счет сокращения капи-тальных затрат можно получить удельную экономию в размере 500 рублей на тонне зерна. Кроме того, применение такой технологии в условиях постоянно ухудшающегося качества пшеницы позволяет получать качественную муку из зерна низкого сорта.
Приготовление хлебопекарного и кондитерского теста на кавитационно-активированной воде, сопровождающееся гидратационной структуризацией белков клейковины, позволяет увеличить удельный объем хлеба, повысить его эластичность, замедлить очерствение и сократить использование хлебопекарных улучшителей. Обработка сахарно-солевых растворов в кавитационном реакторе перед смешиванием их с тестом позволяет снизить содержание в хлебе соли и сахара на 15…20% без изменения вкуса и пищевой ценности продукта. Кавитационная технология позволяет производить жировые эмульсии для теста только из растительных жиров и воды, так как в процессе их приго-товления происходит частичный гидролиз жиров с образованием ди- и моноглицеридов, являющихся природными эмульгаторами. Благодаря этому эффекту на Вологодском хлебокомбинате, где технология используется уже более 3 лет, исключено содержание в эмульсии искусственно вводимых дорогостоящих и небезопасных для здоровья эмульгаторов. Применение эмульсий в качестве составной части рецептуры хлеба позволяет эко-номить там 10% растительного масла при обеспечении сбалансированной пищевой цен-ности продукта. Использование этой технологии также официально разрешено Росстандартом, институтом питания РАМН и Государственным НИИ хлебопекарной промыш-ленности.
Технология кавитационной обработки рассолов на Вологодском мясокомбинате обес-печивает исключение из рассола, а, следовательно, из конечного продукта, неорганиче-ских влагоудерживающих и цветостабилизирующих добавок, снижение содержания вку-совых и консервирующих добавок, а также сокращение времени посола при сохранении традиционного вкуса и внешнего вида готового продукта. Содержание в продукте соли снижается на 15…20%, нитрита натрия — в 4…5 раз, фосфатов — в 3 раза, а из некоторых продуктов они исключены вовсе. Вода из рассола становится неотъемлемой частью био-полимерной структуры протеинов, существенно улучшая ее свойства, поэтому выход продукта увеличивается на 3…7%. Применение этой технологии увеличивает срок реализации продукции в 2 раза. Эта технология сейчас патентуется в Европе и по ее использованию начинается международное сотрудничество.
Гидратация белков молока водой, составляющей его эмульсионную среду, в процессе кавитационной обработки цельного молока обеспечивает тестируемое увеличение в нем содержания белков. Кавитационная обработка также дает возможность увеличивать содержание белка в цельном молоке за счет добавления сухого обезжиренного молока, факт чего невозможно обнаружить современными средствами анализа. Кавитационная обработка позволяет синтезировать молоко из молочной сыворотки и сухого молока, а также обогащать его искусственно вносимыми пищевыми компонентами, и таким образом существенно нарастить объем его производства без увеличения стада и значительно уменьшить его цену. Технологии кавитационной обработки можно эффективно использовать и для бактерицидной обработки молока на сборных пунктах с целью увеличения сроков створаживания при его дальней транспортировке. Изменение свойств биополимерной структуры молока под воздействием энергии кавитации, используемое в технологическом цикле производства, позволяет существенно улучшить качество кисломолочных продук-тов, сыра, значительно увеличить их выход и создать новые виды продукции. По данным кафедры технологии молока Московского государственного университета прикладной биотехнологии, исследовавшей этот эффект, получен выход творога, составляющий 29,5%!
Кавитационная обработка воды позволяет почти на 100% обеззаразить ее путем меха-нического разрушения оболочек находящихся в воде микробных тел потенциальной энергией кавитации. Это является наименее затратным способом водоподготовки для пищевых производств из всех известных. Достаточно сравнить его по энергопотреблению с пастеризацией воды и последующим быстрым ее охлаждением.
Технологии на основе кавитационной обработки пищевого сырья имеют весьма широкие перспективы. Думается, что их реализация будет эффективной также в следующих технологических операциях: предпосевная обработка зерна и семян, стимулирующая их про-растание; увлажнение и обеззараживание сырья в процессе приготовления сухих кормов для сельскохозяйственных животных и птицы; поение скота при откорме с целью увеличения привесов за счет повышения усвояемости сухого корма; получение водных суспензий из продуктов измельчения зерна, семян и плодов, например, жидких кормов; обработка продуктов измельчения зерна, семян и плодов, либо другой биомассы, необходи-мых при производстве напитков, в том числе алкогольных, жидких специй или лекарст-венных препаратов; обработка в процессах охлаждения, замораживания, размораживания и переработки мяса; приготовление заменителей цельного молока.
***
Автор — Шестаков Сергей Дмитриевич 1953 г. р. Окончил Ленинградское Высшее военно-морское инженерное училище. До 1991 г. работал в оборонной промышленности. С 1995 г. работает на предприятиях группы «Регионинвест» в Вологде. Является заместите-лем генерального директора по научной работе НПП «Астор-С», входящего в эту группу. В 2001 г. защитил докторскую диссертацию на тему «Основы теории процессов и аппа-ратов кавитационной дезинтеграции». Доктор технических наук, член-корреспондент РАЕН. Награжден почетным знаком «За заслуги в развитии науки и экономики России». Область научных интересов – системный анализ и математическое моделирование ин-тенсивных импульсных процессов. Предмет научной деятельности в настоящее время – акустика конденсированных сред и смежные вопросы. За последние 10 лет выполнил цикл работ по изучению воздействия кавитации на свойства воды, истинных и коллоидных растворов. Опубликовал более сотни научных трудов. Является автором двух десятков патентов РФ, нескольких международных заявок и научного открытия, представленно-го на официальную регистрацию. В 2005 г. коллектив под научным руководством С. Д. Шестакова удостоен диплома I степени национальной экологической премии «ЭкоМир» за реализацию программы «Прорыв в пищевых технологиях – управляемая гидратация биополимеров (национальная концепция безопасности продуктов питания)».
