Modern approaches to storage and effective processing of agricultural products for obtaining high-quality food products

A. G. Galstyan; Галстян А. Г.; L. M. Aksyonova; Аксёнова Л. М.; A. B. Lisitsyn; Лисицын А. Б.; L. A. Oganesyants; Оганесянц Л. А.; A. N. Petrov; Петров А. Н.

doi:10.31857/S0869-5873895539-542

Современные подходы к хранению и эффективной переработке сельскохозяйственной продукции для получения высококачественных пищевых продуктов

Авторы: Галстян А.Г.¹, Аксёнова Л.М.², Лисицын А.Б.², Оганесянц Л.А.¹, Петров А.Н.³
Учреждения:
1. ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности – филиал ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова РАН
2. ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова РАН
3. ВНИИ технологий консервирования – филиал ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова РАН
Выпуск: Том 89, № 5 (2019)
Страницы: 539-542
Раздел: Научная сессия общего собрания членов РАН
URL: https://journals.eco-vector.com/0869-5873/article/view/12593
DOI: https://doi.org/10.31857/S0869-5873895539-542
ID: 12593

Цитировать

Полный текст

Аннотация
Полный текст
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Продовольственная независимость является стратегическим компонентом безопасности страны, что закреплено в ряде нормативно-правовых документов. В рамках поставленных целей актуализируются приоритетные задачи групповой и индивидуальной идентификации продуктов, в том числе по биологическому и географическому признакам, унификации оценочных критериев и объективных принципов расширения их области, трансформации традиционных технологий.

Прогнозируется, что рост объёмов производства, оптимизация процессов и системы потребления будут основаны на применении ряда принципов: "прижизненного" формирования состава и свойств сырья; разработки высокоэффективных технологий производства и глубокой переработки сельскохозяйственной продукции; реализации алгоритмов структурирования логистики, хранения и переработки/утилизации пищевых продуктов и отходов; повышения энергоэффективности производственных процессов. При этом стратегические векторы развития технологий – специализированное и персонифицированное питание, трансграничное сотрудничество, качество и безопасность пищевых продуктов, минимизация негативного воздействия на окружающую среду, прослеживаемость продуктовой цепи от поля до потребителя и др. Для достижения всего этого потребуется широкое внедрение современных технологий, в частности цифровых, а также модернизация традиционных и создание новых методологических и процессовых решений.

Ключевые слова

сельскохозяйственное сырьё, продукты питания, хранение, переработка, потери продукции, персонифицированное питание, пищевые системы, продуктовые матрицы

Полный текст

Проблема количественного и качественного обеспечения людей пищевыми продуктами актуальна на протяжении всей истории человечества. Сегодня она принимает принципиально новые формы в связи с увеличением численности населения планеты и, как следствие, прогнозируемым ростом потребления продуктов питания. Одновременно с процессами глобализации существенно изменяются структура питания и модели потребления, кардинально трансформируются традиционные принципы производства и переработки сельскохозяйственного сырья, в том числе хранение и логистика товаров, опосредованно сопутствующие повышению сроков годности скоропортящейся продукции. Актуализируются задачи идентификации продуктов (в первую очередь по биологическому и географическому признакам), унификации оценочных критериев и объективных принципов расширения их области, модификации традиционных технологий, потенциал которых не предполагает их бесконечное тиражирование.

Глобальными проблемами по праву считаются, с одной стороны, наличие примерно 800 млн голодающих людей, а с другой, астрономические потери готовой продукции – более 30 % от 4 млрд т (данные 2017 г.), которые связаны с низким качеством сырья, нарушениями производственного процесса, условиями посттехнологического хранения, логистикой, возвратами излишков торговыми организациями и др. При этом, по прогнозам ООН, к 2050 г. глобальные процессы в мире потребуют увеличения производства продовольствия в 1,5 – 2 раза по сравнению с сегодняшним уровнем и, при условии сохранения указанных выше соотношений производства и потерь, последние примут катастрофические масштабы.

Наиболее позитивный сценарий развития ситуации предполагает, что объёмы производства будут расти благодаря разработке высокоэффективных технологий глубокой переработки сырья, созданию "умных" систем хранения и логистики, а также минимизации потерь и отходов. Соответственно, на первый план выходит задача "прижизненного" формирования состава и свойств сырья, что является обязательным условием функционирования современных технологий и концепции "умного" сельского хозяйства. Именно с этим направлением связаны потенциальные качественные скачки в развитии технологий, последовательно способствующие продвижению положительных тенденций в питании населения, в том числе профилактике алиментарно-зависимых патологий, и последующего перехода к персонифицированному питанию.

Априори только при наличии сырья с определённым набором свойств возможно применение глубоких технологий переработки и получения продукции нового формата качества, конкурентоспособной на международном рынке и с высокой добавленной стоимостью. Это позволит принципиально видоизменить экспортные позиции в сельскохозяйственном направлении, повысить его эффективность в целом и глобально поменять сырьевой вектор развития страны. При этом следует учитывать, что в структуре технологий закладываются дополнительные энергетические нагрузки, влияние которых на инициацию процессов абиогенной и биогенной потери качества – по сути, новое направление междисциплинарных исследований. Основной акцент новых технологий нужно сделать на их инвариантности и универсальности. Примером могут послужить данные по унификации процесса растворения как наиболее распространённого и типичного для пищевой промышленности. Проведённые нами исследования и разработанные программные продукты позволили в разы оптимизировать энергозатраты, а также существенно повысить качество получаемых систем, в частности, их хранимоустойчивость.

Следует отметить, что именно с хранением связаны достаточно существенные потери пищевых продуктов – около 20 %. С учётом того, что практически половина всей пищевой продукции относится к группе скоропортящейся и требует соответствующего хранения, разработки в направлении стабилизации пищевых систем имеют первостепенную важность. Помимо технологических нюансов стабилизации биологических систем особый интерес представляют процессовые решения, в частности, холодильные цепи с интегрированными элементами цифровых решений, включённые в единую систему отслеживания.

Сегодня цифровизация стала неотъемлемой частью повседневной жизни. Различные концепции быстро инкорпорируются в государственные программы и бизнес-процессы. Эти технологии масштабно и разнопланово интегрируются в область пищевых систем, в том числе со стороны государственных органов в рамках исполнения контрольных функций.

В современном мире, как никогда прежде, актуализировалось управление качеством пищевых продуктов в связи с интенсивным развитием технологий, пробелами в методологической сфере, различиями в законодательствах стран – экспортёров продукции, правилами трансграничного сотрудничества и др. Эта многопараметрическая задача не нова, но именно благодаря цифровым технологиям впервые появилась реальная возможность сделать существенный шаг к её решению. Для идентификации продукции создана инвариантная методология цифровых профилей (матриц) продуктов в соответствии с их универсальной градацией: подлинный (эталонный), суррогатный, некондиционный и поддельный (фальсификат). Базовая матрица подлинного продукта соответствуют эталону качества. Количество регулируемых параметров в ней не ограничивается традиционно нормируемыми показателями и может содержать любую дополнительную информацию как по составу, так и по качеству. В матрице суррогатного продукта определены регламентируемые производителем изменения, введённые в традиционный продукт. Обычно суррогатный продукт – это удешевлённая копия подлинного. В случае некондиционного продукта, фактически технологически скрытого обвеса потребителя, его компоненты заменены количественно и/или нарушены их природные соотношения. Сегодня уровень фальсификации пищевых продуктов в России, по разным источникам, составляет от 20 до 80 % по отдельным группам. Ложная матрица, характерная для фальсифицированного продукта, представляет собой комбинацию псевдоматрицы и видоизменённой матрицы и может нести в себе свойства как суррогатного, так и некондиционного продукта и их различных вариаций. Введено также понятие "результирующая матрица", коэффициенты на главной диагонали которой фактически соответствуют регламентируемым производителями показателям, а область, находящаяся над ней, – дополнительным оценочным критериям качества продукта. Для оптимизации работы с матрицами создано программное обеспечение, которое считает усреднённую матрицу фактически предоставленных образцов, а также матрицу стандартных отклонений, визуализируя полученный материал в цифровом и графическом виде. Параллельно программа анализирует относительную новизну продукта по сравнению с эталонным, что, по сути, является новым подходом к оценке ноу-хау технологий. Отдельно введён алгоритм прогнозирования направлений фальсификации, предопределяющий вектор расширения области оценочных критериев.

С использованием предлагаемой методологии матриц процедура идентификации и оценки качества продуктов питания максимально упрощается. При этом реалии сегодняшнего времени предполагают обязательное расширение перечня оценочных критериев и внедрение исконно научных методов исследований в область рутинных лабораторных практик. В частности, данные микроэлементного состава виноматериала и результаты дискриминантного анализа его географической принадлежности позволяют дифференцировать продукцию различных производителей даже в рамках одного федерального округа. В целях идентификации соответствия продукции инициировано применение изотопной масс-спектрометрии. Из проанализированных в 2017 г. нескольких тысяч образцов коньяка примерно 70 % было забраковано именно из-за расширения области оценочных критериев данными изотопного анализа. Альтернативные варианты идентификации будут построены на ДНК-аутентификации основного биологического компонента, что позволит опосредованно определять сырьевые ингредиенты, а в некоторых случаях географическое место их происхождения. Предложены алгоритмы определения рациональности применения того или иного подхода с прогнозируемой точностью результатов. Одновременное использование трёх указанных методов позволяет получить результат достоверностью более 99 %.

С ДНК-технологиями и чипированием связано ещё одно направление исследований, с помощью которого пополняется массив цифровизации, – это технологии интегрированных маркеров для количественного и качественного контроля продуктов питания с позиции их прослеживаемости в цепи "сырьё – конечный потребитель". Система распределения и хранения информации предполагает применение блокчейн-технологий, формирование базы данных, наличие опции дистанционного считывания информации и многого другого.

Таким образом, положения, отнесённые к пищевым системам в Стратегии научно-технологического развития РФ, соответствуют исторически сложившимся векторам наших исследований в части получения новых знаний и последующего генерирования прикладных технологических, методологических, процессовых решений. При этом направления и форматы работ предполагают наличие самой действенной системы трансфера фундаментальных исследований в прикладные и, наверное, самой большой аудитории потребителей. В то же время развитие общества стимулирует разработку инвариантных решений с привлечением фундаментальных результатов исследований учёных из областей естественных, точных и медицинских наук. Ведь сегодня уже можно смело говорить о достаточно близкой перспективе персонифицированного питания, 3D-продуктах, системах интеллектуальной маркировки, внедрении искусственного интеллекта и робототехники в рутинные процессы производства и контроля пищевых продуктов, применении технологий виртуальной и дополненной реальности. Пищевые системы – это достаточно конкретная, оперативно формирующаяся область знаний с большим внедренческим потенциалом, не имеющая временны́х и пространственных ограничений.