Инновационные технологии пищевых добавок
В России производство пищевых добавок и ароматизаторов никогда не было выделено в самостоятельную отрасль экономики, что оказывало и продолжает оказывать негативное действие на его состояние и развитие.
В период плановой экономики в стране выпускали все пищевые кислоты. В ограниченной номенклатуре – пищевые красители (свекольный, из бузины, β-каротин, энокраситель, индигокармин, тартразин) и ароматизаторы, а также ванилин (пять предприятий). Осуществлялся промышленный выпуск ряда консервантов (пропионовая кислота, нитрит натрия, уксусная кислота и ее соли), антиокислителей (аскорбиновая и изоаскорбиновая кислоты, токоферолы), гидроколлоидов (агар, желатин, модифицированные крахмалы), эмульгаторов (пищевые фосфатиды, моно- и диглицериды пищевых жирных кислот) и усилителей вкуса (лейцин, глутаминовая кислота).
В рыночных условиях изменились и номенклатура, и объемы выпускаемых индивидуальных пищевых добавок.
В стране прекращено производство винной, яблочной, фумаровой и янтарной кислот, не выпускаются индивидуальные пищевые красители (кроме карамельного колера), усилители вкуса и антиокислители.
Получение достоверных данных по состоянию производства пищевых добавок в постперестроичный период весьма затруднено, но по отдельным позициям объемы продукции представлены на рисунке 1. Положительные тенденции в объемах производства прослеживаются в выпуске пищевой лимонной кислоты. Если на момент перестройки в РФ функционировало пять предприятий (из них четыре работало по устаревшей технологии), которые выпускали суммарно 9,8 тыс. т продукции, то в настоящее время одно предприятие, работающее по прогрессивной технологии, выпускает более 12 тыс. т лимонной кислоты. На этом предприятии также организован выпуск цитрата натрия. В рыночных условиях значительно увеличились объемы производства ароматизаторов, достигнув 3 тыс. т в год. Наращиваются мощности по выпуску лецитинов – пищевой добавки Е322. За последние пять лет запущены линии по его производству на четырех предприятиях. В 2013 году выработано пищевых фосфатидов/лецитинов почти 3,7 тыс. т, из которых 43% приходится на ЗАО «Содружество Соя». Объемы производства молочной кислоты за годы перестройки снизились в 4,6 раза, в два раза уменьшились объемы производства уксусной кислоты и модифицированных крахмалов. Не в полной мере используются мощности по выпуску пищевого глицерина: его производство снизилось с 1 153 т в 2007 году до 134 т в 2009-м. Из индивидуальных красителей в настоящее время выпускают только карамельный колер (не более 100 т/год). В основном получило развитие производство пищевых смесевых красителей из импортного сырья. Объем их выпуска составляет порядка двух тысяч т в год. В стране имеются производства пищевых фосфатов, натрия гидрокарбоната и пиросульфита натрия. На текущий момент российские производители не могут составить конкуренцию иностранным фирмам по объемам производства практически всех классов пищевых добавок. Доля российских предприятий на отечественном рынке, по оценкам экспертов («РосБизнесКонсалтинг», РБК), не превышает 15–20%.
Динамику объемов импорта индивидуальных пищевых добавок иллюстрируют рисунки 2–9. Из пищевых кислот наибольший объем импортных поставок приходится на лимонную кислоту, за шесть лет в три раза увеличились поставки винной кислоты и во столько же раз – глюконовой и уксусной, растут объемы поставок молочной кислоты. Рост импорта в последние годы отмечен практически по всем классам пищевых добавок, за исключением объемов закупок загустителей и гелеобразователей, а также этилванилина.
Структуру импорта 2012 года по типу продукции в стоимостном выражении отражает таблица 1. Лидером по поставкам ингредиентов является Китай, на долю которого приходится 29% от всего объема импорта. В стоимостном выражении объем импортных поставок ингредиентов в 2012 году по сравнении с 2011-м вырос на 10,6% (2011 г. – 381,21 млн $).
По данным РБК. Research, в 2012 году из России экспортировали 1116,5 т ингредиентов. Основное направление экспорта – страны СНГ. Структура экспорта пищевых ингредиентов по типу продукции в стоимостных показателях представлена в таблице 2.
Отличительными особенностями отечественного рынка пищевых добавок являются:
- Его стабильно высокие темпы роста. Так, по данным аналитиков РБК. Research, они находятся на уровне 8–10% в год, в то время как мировой рынок показывает темпы роста на уровне 5%.
- Достаточно широкий ассортимент, который постоянно обновляется по мере появления на мировом рынке новых видов добавок. Примером служат ингредиенты, полученные с применением технологии мицеллирования на наноуровне – солюбизаторы под торговой маркой NavaSOE.
- Интенсивное продвижение российскими фирмами зарубежных разработок и слабое взаимодействие с научными госучреждениями в части реализации отечественных достижений.
- Неравномерное и одностороннее развитие индустрии пищевых ингредиентов, а именно уклон в сторону разработок и выпуска комплексных пищевых добавок на импортном сырье.
- Доминирование импортных ингредиентов и сырья.
- Постепенный переход предприятий от торгово-закупочной деятельности импортными ингредиентами к созданию собственных производств или сочетание этих двух видов деятельности.
- Усиление конкуренции за счет выхода на российский рынок новых зарубежных фирм.
Сдерживающими факторами в развитии отечественного производства пищевых добавок и ароматизаторов являются:
- отсутствие государственной поддержки развивающейся отрасли;
- недостаток инвестиций;
- дефицит отечественного сырья, особенно продуктов химического синтеза;
- отсутствие отечественного современного оборудования.
- стремление потенциальных инвесторов к быстрой окупаемости проектов и, как следствие, невостребованность отечественных наукоемких оригинальных технологий;
- организационные сложности в продвижении новых ингредиентов и добавок.
Существенным стимулом роста российского рынка ингредиентов являются результаты работы пищевой промышленности, увеличение объемов производства отечественных продуктов питания и напитков. Но несмотря на положительные тенденции, доля импортной продукции критически высока, поэтому поставлена задача инновационного развития пищевой индустрии, в результате которого следует ожидать не только снижения зависимости от импортных поставок продовольствия, но и появления на отечественном рынке нового поколения продуктов, являющегося конкурентоспособным в ракурсе соотношения качества и цены. Пищевые ингредиенты объективно можно рассматривать как локомотив в решении инновационных задач.
Что такое инновация? Существует ряд определений этого понятия. Большой коммерческий словарь дает такое определение: «Инновация – комплексный процесс создания, распространения и использования нового практического средства (новшества), необходимого для удовлетворения человеческих потребностей, меняющихся под воздействием общества, а также сопряженные с этим новшеством изменения».
Энциклопедия «Глобальная экономика» обозначает термин «инновация» как новая техника, технология, являющаяся результатом достижений научно-технического прогресса.
По существу термин «инновация» отражает деятельность по поиску и получению новых результатов, способов и средств. Эту деятельность можно выразить определенными критериальными характеристиками. Для пищевых ингредиентов, добавок и ароматизаторов критериями, позволяющими отнести их к инновационным, являются:
- новый или модернизированный способ получения, позволяющий улучшить технико-экономические показатели производства;
- качественно новые потребительские и/или функциональные характеристики, повышающие конкурентоспособность конечной пищевой продукции;
- новый способ применения, позволяющий расширить область использования;
- впервые внедренные результаты научно-исследовательских работ, позволившие улучшить потребительские свойства продукта по сравнению с имеющимися аналогами;
- использование при производстве пищевой продукции результатов интеллектуальной деятельности, защищенных патентами или полученными товарными знаками;
- использование нового оборудования, ранее не применяемого в производстве.
Стратегия инновационного развития отрасли пищевых ингредиентов должна базироваться на объединении в единую систему таких составляющих, как научное и финансовое обеспечение, наличие обоснованной законодательной базы, заинтересованность бизнеса в переходе к новым высокотехнологичным решениям, и учитывать достаточно широкий круг требований, предъявляемых к добавкам для создания пищевых продуктов соответствующего назначения: для массового потребления, функциональных, органических, обогащенных, специализированных и т. д. При этом направления развития отечественной базы ингредиентов должны быть созвучны формирующимся мировым тенденциям в пищевой индустрии, к которым на текущий момент относятся: увеличение спроса на полезные и натуральные ингредиенты, возможность с их использованием получать продукты с низкой калорийностью, повышенной функциональностью, органические и обогащенные ценными компонентами.
Для инновационного развития производства пищевых добавок в ближайшей перспективе наиболее целесообразно использовать биотехнологические методы их получения. Для этого вывода есть ряд обоснованных причин: добавки, полученные микробным синтезом, относятся к категории натуральных; в стране имеется отечественное сырье для микробного синтеза (различные крахмалы, зерно, отходы сахарного производства); существуют государственные коллекции микроорганизмов-продуцентов ряда пищевых добавок, а также отраслевые институты, имеющие опыт, кадры и научные школы по направлению биотехнологии. Кроме того, биотехнологические производства более экологичны, чем химические. Необходимо принять во внимание, что этот подход находится в русле принятой Правительством России в 2012 году Комплексной программы развития биотехнологий в стране на период до 2020 года, которая ставит одной из своих целей заменить существенную часть продуктов, производимых методом химического синтеза, продуктами биологического синтеза и увеличить объем производства биотехнологической продукции в РФ в 33 раза, сократив импорт такой продукции на 50%.
Из 360 разрешенных в России пищевых добавок на долю продукции, получаемой биотехнологическими методами, приходится менее 7%, но эти добавки относятся к категории востребованных в пищевой промышленности. Это наряду с пищевыми кислотами, такими как: лимонная, молочная, аскорбиновая, глюконовая, усилители вкуса (глутаминовая кислота и ее соли, 5′-гуаниловая кислота и ее соли, 5′-инозиновая кислота и ее соли, 5′-рибонуклеотиды кальция и натрия), ферменты (амилазы, липазы, инвертаза), загустители (геллановая и ксантановая камеди, глюканы), консерванты (низин, пимарицин), ряд витаминов и аминокислот (рибофлавин, лизин и др.), антиокислители (аскорбиновая и изоаскорбиновая кислоты). Однако в РФ методами микробного синтеза получают только две кислоты и в небольших количествах ферменты ограниченной номенклатуры.
Возможности биотехнологий по мере появления новых знаний постоянно расширяются. В качестве примера: получение лецитина (пищевой добавки Е322) классическим методом из растительных масел давно известно. Технология затратна с экономической точки зрения, так как для получения сырья необходимо использовать плодородные почвы, а скорость роста культивируемых растений относительно низка. Устранить указанные недостатки возможно за счет производства лецитинов из биомассы микроводорослей – цианобактерий, культивируемых на доступных источниках углерода.
Биотехнологическое направление позволит создать высокоэффективный вектор развития востребованных в пищевой индустрией пищевых добавок, которые в настоящее время в России не выпускаются.
В развитии современного производства пищевых ингредиентов и продуктов питания инновационная составляющая, по мнению экспертного сообщества, принадлежит науке. Ее задача – предложить разработки, которые не только расширят линейку отечественных конкурентоспособных ингредиентов и решат проблему импортозамещения, но и позволят создать с их использованием продукты здорового питания: специализированные, обогащенные, функциональные, геродиетические, органические, – то есть такие, какие обеспечат растущие потребности населения. Совершенно справедливо многие аналитики видят ориентиры для развития отечественной индустрии пищевых ингредиентов в сотрудничестве бизнеса с наукой, в широком освоении инновационных идей и решений.
Достижения фундаментальной и прикладной науки в области ингредиентов и пищевых добавок должны быть коммерциализированы и использованы реальным сектором экономики.
Компания: ГНУ ВНИИ пищевых ароматизаторов, кислот и красителей Россельхозакадемии
Авторы: Татьяна Никифорова, д-р техн. наук, директор
Татьяна Губасова, канд. хим. наук, ученый секретарь
Внедрение научных открытий в производство — это залог экономической эффективности любого бизнеса. Применение инноваций зачастую способствует интенсификации технологических процессов, повышению эффективности и улучшению качества готовой продукции, а также более рациональному использованию сырья. Приведем краткий обзор новейших технологий, применяющихся в настоящее время в пищевой индустрии.
Научные достижения физики и химии в пищевой технологии
Прогрессивные разработки в области электротехники, химии, физики и биологии находят широкое практическое применение в производстве и хранении мясопродуктов, молочных и кондитерских изделий, полуфабрикатов, фруктов, овощей и сыпучих продуктов. Примером может служить процесс искусственного копчения. Данная пищевая технология была разработана в качестве альтернативы классическому дымовому копчению и позволила существенно сократить временные и материальные затраты на подготовку продуктов по данному методу. Коптильные жидкости добавляются со специями непосредственно в мясное сырье. Ускорение процесса пропитывания последнего достигается путем воздействия на продукт электрического поля. Таким образом период «копчения» мясопродуктов сокращается от нескольких суток всего до 4–6 минут.
Еще один метод — обработка радиоактивным излучением, или радуризация, — используется в пищевом производстве для уничтожения патогенных бактерий, задержки созревания плодов и замедления прорастания некоторых овощей. Обработка продуктов методом радиации широко используется при вялении и сушке, например, специй. Облучение оказывает эффект, аналогичный любой другой термической обработке, не изменяя внешнего вида и вкусовых качеств продукта и увеличивая срок хранения. Что особенно важно, многочисленные международные исследования, проводимые ВОЗ и ООН, не выявили неблагоприятного воздействия данной технологии на организм человека.
УФ-обработка — пищевая технология, которая широко применяется для обеззараживания молочных изделий, воды и сыпучих продуктов. Ультрафиолет уничтожает все известные микроорганизмы, которые могут приводить к порче продуктов, включая бактерии, вирусы, дрожжи и плесень, и не вредит окружающей среде. В отличие от воздействия химических реагентов, УФ-излучение не вызывает образования токсинов и не изменяет химического состава продуктов.
Это интересно!
Наиболее ярко бактерицидный эффект ультрафиолета проявляется при длине волны 265 нм: УФ-лучи убивают микроорганизмы, проникая через их клеточные мембраны и повреждая ДНК. Последние испытания, проведенные на сыродельном заводе в Нидерландах, показали, что УФ-обработка уменьшает содержание термофильных бактерий на 99,3%, а бактериофагов — на 99,999%.
ИК-нагрев (нагрев продуктов с помощью инфракрасного излучения) используется в пищевом производстве для выпечки, сушки, обжарки, копчения и стимуляции биохимических процессов. В частности, инфракрасная сушка позволяет практически полностью сохранить витамины и биологически активные вещества (порядка 80–90%), а также естественный цвет и вкус продуктов. Данный метод предоставляет возможность выпускать продукты, не содержащие консервантов и других химических веществ. При последующем замачивании высушенные продукты восстанавливают все свои натуральные органолептические, физические и химические свойства.
Диэлектрический нагрев — метод нагрева переменным электрическим полем. В пищевом производстве используется сверхчастотный (СВЧ) нагрев, имеющий ряд преимуществ перед традиционными методами термической обработки:
- высокая скорость нагрева;
- сохранение витаминов и других полезных веществ продуктов;
- экономичность процесса;
- возможность создания температурной неравномерности.
Применение СВЧ-нагрева позволяет добиться почти полного извлечения масел из растительного сырья, а также сохранить их пищевую и биологическую ценность. В хлебопекарной и кондитерской промышленности СВЧ-обработка широко применяется для обеззараживания и улучшения пищевой ценности зерна. Кроме того, диэлектрический нагрев применяется для процессов размораживания, варки, выпечки, обеззараживания и экстрагирования.
Индукционный нагрев используется для продуктов с повышенной влажностью. Реализуется с помощью внешнего переменного магнитного поля. Электромагнитная энергия рассеивается в объеме продукта, вызывая нагрев. Индукционные установки пока еще не получили широкого распространения на российских предприятиях, однако данная пищевая технология обладает значительными экономическими возможностями для успешного применения в будущем.
Криозаморозка — один из современных способов сохранения продуктов питания. Данный метод заморозки осуществляется посредством использования криогенных газов в жидкой фазе — жидкий азот и углекислота. Преимущество технологии заключается в том, что во время процесса заморозки температура в камере мгновенно достигает -70 °С, благодаря чему не происходит разрушения межклеточной структуры продукта и, соответственно, ухудшения его вкусовых качеств. Второе преимущество — скорость процесса, которая дает минимальные изменения веса и внешнего вида продукта. Наконец, благодаря «шоковой» заморозке срок хранения продуктов значительно возрастает.
Производство пищевых продуктов с использованием крови, костей и субпродуктов
В пищевой индустрии любые отходы находят дальнейшее применение. Например, жидкое, мягкое и твердое сырье, полученное после убоя скота, широко используется в пищевом производстве. Кровь после специальной обработки применяется для производства колбасных изделий, гематогена. Жидкую пищевую сыворотку и плазму добавляют в вареные колбасы, рубленые полуфабрикаты и диетические продукты вместо мясного сырья. Высушенные белки сыворотки используются в качестве заменителя яичного белка в кондитерской и хлебобулочной промышленности. Костное сырье превращается в костную муку, которая также используется при производстве колбас и фарша. Аналогичным образом поступают с мягкими отходами — обрезки кожи, шкуры, сухожилия, уши, половые органы, кишки и другие субпродукты составляют основу фарша наравне с соевой мукой.
Применение данных технологий в пищевом производстве экономически обосновано. Использование пищевой цельной крови позволяет получить колоссальную экономию: например, замена 1 т говяжьего мяса цельной кровью экономит 150–180 тысяч рублей. Кроме того, повсеместное использование субпродуктов позволяет производить дополнительно тысячи тонн мясных продуктов и фарша, что значительно увеличивает потребление населением животных белков, так как кровь по количеству протеинов, соотношению аминокислот и степени усвояемости (95–98%) является высокоценным сырьем.
Ферменты и микробы в пищевой индустрии
Распространенной технологией в пищевом производстве является использование определенных видов микрофлоры при изготовлении ветчинных изделий и окороков. Специальные бактерии, выращенные в лабораторных условиях, участвуют в формировании вкуса и запаха, ускоряют ферментативные процессы, задерживают развитие патогенных микроорганизмов. Используемые бактерии главным образом принадлежат к группе молочнокислых бактерий и являются не только безвредными для человека, но даже полезными, так как стимулируют работу пищеварительной системы.
Ферменты, как и бактерии, играют двоякую роль в мясном производстве. Деятельность определенных видов ферментов необходимо подавлять во избежание развития гнилостных процессов, полезные же ферменты помогают улучшать консистенцию мяса, а также вкус, запах и перевариваемость продуктов. Ферменты применяются в виде порошка или раствора в основном при производстве окороков, полуфабрикатов и сублимированного мяса.
Применение пищевых волокон
Пищевые волокна широко используются в производстве продуктов питания в качестве добавок, изменяющих структуру и химические свойства пищевых продуктов. Плюс добавки заключается в том, что сами по себе пищевые волокна способны оказывать благоприятное воздействие на организм человека. Пищевое волокно — это съедобные части растений, устойчивые к перевариванию и адсорбции в тонком кишечнике человека, полностью или частично ферментируемые в толстом кишечнике. Использование пищевых волокон в пищевой промышленности позволяет без вреда, а иногда и с пользой для человека увеличить выход готового продукта и снизить его себестоимость. Например, пектин применяется в изготовлении мармелада, желе, конфитюров; гуммиарабик — в производстве эмульсий для напитков. Целлюлозу применяют в производстве хлебобулочных изделий, замороженных полуфабрикатов, экструдированных продуктов и макаронных изделий. Камедь используется для получения йогуртов и мороженного. Также широко применяются коммерческие препараты полисахаридов, полученные из красных и бурых морских водорослей, — альгинаты, каррагинаны и агароиды. В мире пищевые волокна применяются очень широко, однако в России их производство пока развито недостаточно.
Использование синтетических добавок
Синтетическими пищевыми добавками уже давно никого не удивишь — разнообразные ароматизаторы, красители, загустители, консерванты используются повсеместно в пищевом производстве и практически ни одна этикетка не обходится без них. Сегодня принято пугать потребителей наличием синтетических веществ, однако прежде чем поддаваться панике, необходимо разобраться, какие именно из добавок являются безвредными, какие могут использоваться в ограниченных количествах, а какие — нанести вред здоровью. Например, существуют натуральные красители, которые вырабатываются методом экстрагирования из фруктов и овощей, они являются безопасными. К относительно безопасным консервантам можно отнести сорбиновую кислоту, сорбат калия и сорбат кальция.
Что касается опасных добавок, то самыми нежелательными являются различные консерванты — нитриты и нитраты, без которых невозможно представить себе ни одно колбасное изделие. Также рекомендуется с осторожностью употреблять продукты, содержащие бензоат натрия (может приводить к нарушениям в обмене веществ и вызывать рак), подсластитель аспартам (способен вызывать мигрень, сыпь и ухудшение мозговой деятельности), усилитель вкуса глутамат натрия (приводит к отравлению при передозировках).
Особенности современного производства пищевой упаковки
Упаковочная индустрия является незаменимым элементом пищевого производства. Современные пищевые упаковки позволяют существенно увеличивать срок хранения продуктов, сберегая их вкусовые качества и внешний вид. На сегодняшний день выделяют три ключевых метода упаковки пищевых продуктов:
- Вакуумизация. Данная технология широко используется в пищевой промышленности для закатки заполненной продуктом тары. Так, от вакуумизации зависит герметичность банки, а следовательно, сохранность качества продукта при хранении. Кроме того, технология применяется при сублимационной сушке пищевых продуктов, которые в результате вакуумизации сохраняют вкусовые качества, питательные свойства и долго хранятся в обычных условиях.
- Асептическая упаковка. Данная технология упаковки широко распространена в пищевом производстве. Ее суть заключается в том, что продукт и упаковка стерилизуются отдельно, а затем упаковка наполняется продуктом и закупоривается в стерильных условиях. Такой процесс обеспечивает долгую сохранность продукта без необходимости использования консервантов. Асептическая упаковка используется для молочных продуктов, напитков на основе сои, безалкогольных и спиртных напитков, супов, соусов и других жидких продуктов.
- Упаковка в газовой среде. Использование модифицированной газовой среды позволяет увеличить срок хранения пищевых продуктов благодаря снижению развития микрофлоры. Данная технология используется в пищевом производстве главным образом для транспортировки и хранения свежего мяса, рыбы и птицы, а также полуфабрикатов, колбасных изделий, свежего хлеба, фруктов и овощей. С помощью специальной газовой среды вокруг продукта создается особая атмосфера, которая препятствует размножению бактерий и окислению жиров.
Эта пищевая технология применяется в странах Западной Европы и США уже более 20-ти лет, тогда как для России является относительно новой. На сегодняшний день существует три разновидности упаковывания в газовой среде:
- в среде инертного газа (N2, СО2, Аr);
- в регулируемой газовой среде (РГС) — технология, требующая значительных капиталовложений в оборудование;
- в модифицированной газовой среде (MAP).
Последний способ получил наибольшее распространение ввиду своей экономичности и обеспечения сохранности продукции. В MAP применяется смесь кислорода, углекислого газа и азота, соотношение которых зависит от типа упаковываемого продукта. Углекислый газ подавляет рост бактерий и позволяет значительно увеличивать срок сохранности продуктов. Например, в упаковках с использованием модифицированной газовой среды свежее нарезанное мясо хранится до 12-ти суток, а готовые салаты — до 10-ти суток без консервантов, при этом нет необходимости в заморозке.
Высокие требования потребителей к качеству продуктов заставляют более активно использовать новейшие научные разработки в пищевой промышленности. Современные технологии стали неотъемлемой частью пищевого производства, позволив увеличить эффективность предприятий, работающих в данной отрасли, а также качество и количество выпускаемой продукции. Тем не менее далеко не все технологии, получившие распространение на Западе, нашли свое применение в России. В связи с этим для российского пищевого производства вопрос внедрения новейших разработок является весьма актуальным.