Ультразвуковая сонохимия — это молодая область знаний, которая официально стала совсем недавно самостоятельной частью химии высоких энергий. Внастоящее время выявлено влияние воздействия сонохимической обработки на степень диссоциации пищевых электролитов. Акустические колебания используются практически во всех классах технологических процессов, при этом отмечают стимулирующий, интенсифицирующий характер воздействия на обрабатываемую среду.
Ключевые слова: сонохимия, кавитация, ультразвук, рассол, колебания.
Одним из приоритетных направлений развития промышленности стан Таможенного Союза является пищевая биотехнология [1–3].
Необходимо снизить зависимость от проблемы восстановления утрачиваемых при хранении свойств и качеств сырья и продуктов питания, получение более совершенных по своему физическому и химическому составу пищевых продуктов [4–10].
В этой связи важная роль отводится не только улучшению существующих методов технологической обработки пищевых продуктов, но и внедрению современных инновационных технологий [11–14]. Из современных физических методов обработки сырья наибольший интерес представляет кавитационная технология.
Применение сонохимических воздействий в технологиях производства продуктов питания привлекает все возрастающее внимание их производителей. Ультразвуковая сонохимия — это молодая область знаний, которая официально стала самостоятельной частью химии высоких энергий совсем недавно.
Исследования сонохимического явления — кавитационной дезинтеграции, начатые проф. Й. Хинтом (Эстония), в настоящее время развиваются по двум направлениям [15, 16].
Первое — основано на гидродинамической кавитации и осуществляется в роторно-импульсных аппаратах; второе — базируется на акустической кавитации и осуществляется в проточных ультразвуковых реакторах. В первом из них при больших производительностях процесса в обрабатываемых средах развивается меньшая по величине эрозионная мощность кавитации, а во втором — наоборот [16].
Основы сонохимической теории гидратации белков животного происхождения впервые в России были изложены в работах Рогова H. A., Шестакова С. Д., Шленской Т. В., Красули О. Н. и др. Их исследования проводились в мясной промышленности и были связаны с применением методов сонохимии при производстве вареных колбасных изделий.
Исходя из проведенных исследований Богуша В. И., было определено влияние воздействия сонохимической обработки на степень диссоциации пищевых электролитов. Показано, что электролиты (соль, фосфаты) имеют более высокую степень диссоциации в кавитационно обработанной воде по сравнению с необработанной, что позволяет уменьшить их количество в рецептурах на 10–15 % по сравнению с нормируемой дозировкой и, таким образом, повысить экологическую безопасность продукции. Исследовано влияние гидратации сонохимически обработанного рассола на терморезистентность биологически ценных компонентов в полуфабрикатах из рубленого мяса. Показано, что соединения, обуславливающие вкус, аромат и пищевую ценность рубленых полуфабрикатов не разрушаются или разрушаются частично в процессе термообработки фарша, содержащего сонохимически обработанный рассол, вследствие приобретения ими гидратных оболочек, защищающих их от термической денатурации. Разработана рецептура, технология и проект нормативной документации по производству мясных рубленых полуфабрикатов с применением сонохимически обработанных рассолов для системы общественного питания. Разработанная технология позволяет увеличить выход рубленых мясных полуфабрикатов, улучшить потребительские свойства готовых мясопродуктов и повысить рентабельность их производства.
Одним из приоритетных направлений кавитационной дезинтеграции в пищевой и перерабатывающей промышленности является применение акустических колебаний. В настоящее время в основу создания высокоэффективных процессов производства с учетом требований современной экологи и реабилитации окружающей среды должны быть положены безопасные акустические, физико-химические и механические способы обработки сельскохозяйственного сырья, позволяющие осуществить безреагентное регулирование его функциональных свойств.
Сегодня акустические колебания используются практически во всех классах технологических процессов, при этом отмечают стимулирующий, интенсифицирующий и оптимизирующий характеры их воздействия. Стимулирующий характер проявляется в тех случаях, когда акустические колебания являются движущей силой процесса, например при акустическом диспергировании или акустической очистке. В настоящее время акустические колебания применяют в ряде технологий химической промышленности. Одним из примеров может служить акустическая деполимеризация, которой подвержены как природные полимеры — желатин, крахмал, так и синтетические [15].
Наиболее перспективным и относительно новым способом акустического воздействия является кавитационная дезинтеграция, обладающая достаточно широким спектром положительного влияния на эффективность тех или иных процессов пищевой промышленности [17–25].
Имеющиеся к настоящему времени сведения о процессах, протекающих при кавитационной дезинтеграции и их влияние на объекты воздействия представляют интерес с точки зрения их использования в технологии эмульгированных мясопродуктов, интенсификации процессов проращивания сельскохозяйственных культур в технологии производства мясорастительных полуфабрикатов с их использованием, а также для интенсификации мясообменных процессов, происходящих при посоле мяса [26].
Основы сонохимической теории биополимеров применительно к протеинам мяса впервые были изложены в 2005 г. в лекции профессора О. Н. Красули. С тех пор управление процессами гидротации стало одним из главных направлений развития пищевой сонохимии в России [16, 27, 28].
Российское предприятие, первым изготовившее оборудование и внедрившее промышленную технологию на предприятиях отрасли, стало лауреатом I степени национальной экологической премии в номинации “Экология и здоровье».
Из химии биополимеров известно, что белок может вступать в реакции гидратации. Считается, что он может связывать в результате процесса гидратации до 40 % воды к своей молекулярной массе [29].
Согласно учению академика В. И. Вернадского гидрационно-связанная вода — это неотъемлемая часть белка [30].
Она естественным образом увеличивает его массу, поскольку соединяется с ним благодаря действию механизмов, аналогичных тем, которые имеют место в процессе его синтеза и почти настолько же прочно, насколько прочны в белке связи, формирующие его структуру. Пищевое сырье в современных условиях в большинстве своем хранится в высушенном или замороженном виде, то есть утратив природную влагу или теряя химическую связь с ней. Поэтому нахождение возможностей непосредственной гидратации биополимеров решает большую проблему — позволяет уменьшить количество, либо вовсе исключить из продуктов питания непищевые вещества, которые традиционно используют для искусственного связывания влаги и увеличения таким путем их массы.
Одной из первоочередных задач разработки реакторов для пищевой сонохимии стало исключение или сокращение образования пероксидных соединений, влияющих на окислительную порчу жиров.
Было установлено, что кавитация в воде при амплитудах звукового давления не выше двух значений гидростатического давления в ней не приводит к образованию пероксидных соединений в таких количествах, которые могут быть определены методами замера перманганатной окисляемости воды.
Литература:
1. Зинина О. В., Тарасова И. В., Ребезов М. Б. Влияние биотехнологической обработки на микроструктуру коллагенсодержащего сырья. Всё о мясе. 2013. № 3. С. 41–43.
2. Губер Н. Б., Ребезов М. Б., Асенова Б. К. Перспективные способы разработки мясных биопродуктов. Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Пищевые и биотехнологии. 2014. Т. 2. № 1. С. 72–79.
3. Ребезов М. Б., Зинина О. В., Максимюк Н. Н., Соловьева А. А. Использование животных белков в производстве мясопродуктов. Вестник Новгородского государственного университета имени Ярослава Мудрого. 2014. № 76. С. 51–53.
4. Ребезов М. Б., Зыкова И. В., Белокаменская А. М., Ребезов Я. М. Контроль качества результата анализа при реализации методик фотоэлектрической фотометрии и инверсионной вольтамперометрии в исследовании проб пищевых продуктов на содержание мышьяка. Вестник Новгородского государственного университета имени Ярослава Мудрого. 2013. № 71. Т. 2. С. 43–48.
5. Кожевникова Е. Ю., Ребезов М. Б. Описание бизнес-процесса согласования возврата продукции с признаками производственного брака. Международный научно-исследовательский журнал. 2013. № 10–2 (17). Ч. 2. С. 45–47.
6. Ребезов М. Б., Топурия Г. М., Асенова Б. К. Виды опасностей во время технологического процесса производства сыровяленых мясопродуктов и предупреждающие действия (на примере принципов ХАССП). Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Пищевые и биотехнологии. 2014. Т. 2. № 1. С. 60–66.
7. Губер Н. Б., Ребезов М. Б., Топурия Г. М. Инструменты снижения рисков при реализации инновационных проектов в сфере продуктов питания животного происхождения. Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Экономика и менеджмент. 2014. Т. 8. № 1. С. 156–159.
8. Кожевникова Е. Ю., Ребезов М. Б. Описание бизнес-процесса согласования возврата продукции с признаками производственного брака. Международный научно-исследовательский журнал. 2013. № 10–2 (17). Ч. 2. С. 45–47.
9. Боган В. И., Ребезов М. Б., Гайсина А. Р., Максимюк Н. Н., Асенова Б. К. Совершенствование методов контроля качества продовольственного сырья и пищевой продукции. Молодой ученый. 2013. № 10. С. 101–105.
10. Белокаменская А. М., Ребезов М. Б., Мазаев А. Н., Ребезов Я. М., Максимюк Н. Н., Асенова Б. К. Исследование пищевых продуктов и продовольственного сырья на содержание ртути атомно-абсорбционным методом. Молодой ученый. 2013. № 10. С. 98–101.
11. Зинина О. В., Ребезов М. Б., Соловьева А. А. Биотехнологическая обработка мясного сырья. В.Новгород: Новгородский технопарк, 2013. 272 с.
12. Соловьева А. А., Ребезов М. Б., Зинина О. В. Изучение влияния стартовых культур на функционально-технологические свойства и микробиологическую безопасность модельных фаршей. Актуальная биотехнология. 2013. № 2 (5). С 18–22.
13. Лиходумова М. А., Прохасько Л. С., Ярмаркин Д. А., Асенова Б. К., Залилов Р. В. Инновационные технологии водоподготовки для производства слабо- и безалкогольной продукции. Молодой ученый. 2013. № 10. С. 159–161.
14. Кондратьева А. В., Ярмаркин Д. А., Прохасько Л. С., Асенова Б. К., Залилов Р. В. Новые технологии обработки молочной продукции (на примере молока коровьего). Молодой ученый. 2013. № 10. С. 146–149.
15. Новинский Б. Г. Применение акустических колебаний в химико-технологических процессах. М.: Химия, 1983. 192 с.
16. Шестаков С. Д. Проблема оптимизации кондиционирования зерна в мукомольном процессе и один из путей ее решения. Хранение и переработка сельхозсырья. 2000. № 9. С. 24–28.
17. Прохасько Л. С. Гидродинамика и расчет кавитационных смесителей непрерывного действия: автореферат дис. на соиск. уч. степени канд. техн. наук. Пермь: Изд-во ПГТУ, 2000. 20 с.
18. Спиридонов Е. К., Прохасько Л. С., Боковиков В. С., Валиев А. Х. Смеситель кавитационного типа Патент РФ № 2158627 от 10.11.2000. Приоритет изобретения 23.03.1999 г.
19. Прохасько Л. С., Ребезов М. Б., Зинина О. В., Залилов Р. В., Мазаев А. Н., Асенова Б. К., Ярмаркин Д. А. Смеситель кавитационного типа для жидких пищевых сред. Патент на полезную модель РФ № 136741 от 20.01.2014. Приоритет изобретения 16.04.2013 г.
20. Прохасько Л.С, Ребезов М.Б, Асенова Б. К., Зинина О. В., Залилов Р. В., Ярмаркин Д. А. Применение гидродинамических кавитационных устройств для дезинтеграции пищевых сред. Сборник научных трудов SWorld. 2013. Т. 7. № 2. С. 62–67.
21. Прохасько Л. С., Залилов Р. В., Ребезов Я. М. Расчет кавитационных устройств для обработки жидких пищевых сред. Техника и технология пищевых производств: мат. IХ междунар. науч.- технич. конф. (25–26 апреля 2013 г). Могилев: МГУП, 2013. С. 260.
22. Прохасько Л. С., Ярмаркин Д. А. Математическая модель рабочего процесса гидродинамического кавитационного смесителя. Технические науки — от теории к практике. 2013. № 10. С. 61–65.
23. Прохасько Л. С., Ярмаркин Д. А. К вопросу об определении продольных размеров гидродинамических кавитационных устройств. Естественные и математические науки в современном мире. 2013. № 10–11. С. 117–121.
24. Прохасько Л. С. Применение гидродинамических кавитационных устройств для процессов водоочистки. Международная научно-практическая конференция «Чистая вода — 2009»: сб. науч. тр. Кемерово: КТИПП, 2009. С. 460–464.
25. Ярмаркин Д. А., Прохасько Л. С., Мазаев А. Н., Асенова Б. К., Зинина О. В., Залилов Р. В. Кавитационные технологии в пищевой промышленности. Молодой ученый. 2014. № 8. С. 312–315.
26. Эльпинер И. Е. Биофизика ультразвука. М.: Наука, 1976. 384 с.
27. Шестаков С. Д. Акустическая задача инерциального термоядерного синтеза в кавернах. Деп. в ВИНИТИ. 2007. № 532. С. 10–12.
28. Шестков С. Д. Исследования и опыт применения сонохимических технологий в пищевой промышленности. Техническая акустика. 2010. № 10. С. 22–25.
29. Дакуорт Р. Б. Вода в пищевых продуктах. М.: Пищевая промышленность. 1980. 377 с.
30. Вернадский В. И. Жизнеописание. Избранные труды. Воспоминания современников. Суждения потомков. М.: Современник, 1993. 688 с.
