КАРТОЧКА
ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер 23-26-00290
НазваниеРазработка новых научных подходов к минимизации продовольственных потерь и повышению эффективности использования пищевых ресурсов в системе производства на основе применения физических методов воздействия
РуководительНауменко Наталья Владимировна, Доктор технических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)", Челябинская обл
| Период выполнения при поддержке РНФ | 2023 г. - 2024 г. |
Конкурс№78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами».
Область знания, основной код классификатора 06 - Сельскохозяйственные науки, 06-301 - Технология пишевых продуктов
Ключевые словаХолодное плазменное излучение, обеззараживание, зерновой сырье, пищевые системы
Код ГРНТИ65.09.05, 65.29.03, 65.29.91
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
В настоящее время рынок зерновых культур Российской Федерации испытывает серьезные трудности. Правительством Российской Федерации были приняты меры для стабилизации российской экономики. А именно, утверждено Постановление Правительства РФ от 14 марта 2022 года №362 «О введении временного запрета на вывоз зерновых культур за пределы территории Российской Федерации» временно приостановлен экспорт пшеницы и меслина, ржи, ячменя и кукурузы, а также Постановление Правительства РФ от 31 марта 2022 года №528 о временном запрете на вывоз семенных зерновых культур за пределы территории Российской Федерации, что сформировало острую необходимость поиска путей минимизации рисков возникновения продовольственных потерь путем создания высокоэффективных технологий обеззараживания сырья и получения сырьевых ингредиентов стабильно высокого качества на территории нашей страны.
Сложившееся состояние в отрасли требует применения наукоемких решений, которые позволят минимизировать зависимость от импортных поставок улучшителей и получать сырьевые ингредиенты стабильно высокого качества. При этом низкое и нестабильное качество сырья зерновых культур характерное для отрасли на сегодняшний день возможно корректировать путем применения на различных технологических этапах нетепловых методов воздействия.
Решение данной проблемы в условиях устойчивого развития сельского хозяйства РФ и пищевой промышленности требует комплексного системного подхода, базирующегося на использовании зеленых технологий (в нашем случае – физических методов воздействия в технологии обеззараживания и проращивания), позволяющих интенсифицировать технологические процессы, активировать накопление биологически активных веществ и своевременно минимизировать риски продовольственных потерь. Инструментом для достижения результата может стать методологический подход к получению безопасных сырьевых ингредиентов повышенной пищевой ценностью из зерновых культур.
Научная новизна проекта обусловлена разработкой новых подходов, основанных на принципах сочетания физических методов воздействия для обеззараживания и повышения эффективности использования пищевых ресурсов и снижения продовольственных потерь.
Научная новизна проекта обусловлена разработкой новых подходов в технологии получения сырьевых ингредиентов на основе пророщенных зерновых культур, содержащих максимальное количество антиоксидантов и ГАМК, синтезированной в процессе контролируемого проращивания.
Анализ доступной литературы позволил впервые сформулировать оригинальную гипотезу о возможных направлениях применения физических методов воздействия, в особенности их сочетания для интенсификации процессов контролируемого проращивания и синтеза накопления ГАМК, при этом получения гарантированно безопасных сырьевых ингредиентов.
В доступном анализе отечественной научной литературы на фоне относительно большого числа публикаций по технологиям проращивания зерновых культур отсутствуют какие-либо сведения о применении физических методов воздействия (холодного плазменного излучения и ультразвукового воздействия в сочетании), в качестве триггера, регулирующего синтез флавоноидов и ГАМК в получаемых сырьевых ингредиентах.
Ожидаемые результаты
Основным результатом выполнения данного проекта будет являться разработка и апробация технологии создания сырьевых ингредиентов из пророщенных зерновых культур повышенной пищевой ценности, определение технологических приемов физического воздействия в зависимости от входных параметров исходного сырья и формирование новой методологии минимизации продовольственных потерь в процессе переработки в отдельности для каждой зерновой культы (зерно пшеницы краснозерной, овес, ячмень).
Данный результат будет достигнут благодаря использованию физических методов воздействия и проведения контролируемого проращивания каждой отдельной зерновой культуры с целью повышения эффективности использования пищевых ресурсов и минимизации продовольственных потерь в системе производства.
В ходе выполнения проекта будут получены следующие результаты.
Разработана технология переработки зерновых культур и создания сырьевых ингредиентов, повышенной пищевой ценности в процессе контролируемого проращивания, которая базируется на применении в качестве управляющих факторов физических методов воздействия:
– холодного плазменного излучения (ХПИ) в отдельности для каждой зерновой культы с учетом использования следующих параметров воздействия на сухое зерно: напряжение 10 кВ, частота 50 Гц, экспозиция 0 – 15 мин, рабочая среда – воздух;
– ультразвукового воздействия (УЗВ) в отдельности для каждой зерновой культы с учетом использования следующих параметров действия на гидромодуль: частота 22±1,65 кГц, интенсивность не менее 10 Вт/см2, мощность (номинальной) 630 Вт (экспозиция 3, 5, 7 мин).
Определены эффективные режимы физических методов воздействия и их сочетания для синтеза и накопления ГАМК, повышения антиоксидантных свойств сырьевых ингредиентов.
Минимизация продовольственных потерь в заявленной системе производства будет реализовываться путем 100 % пророщенного зерна в цельносмолотую муку для создания сырьевых ингредиентов нового поколения. В последующем для сохранения всех полезных свойств полученного сырья будет использовано его вакуумирование.
Также будет получен массив данных относительно свойств разработанных сырьевых ингредиентов в составе сложных пищевых систем (хлебобулочных и кондитерских изделий, растительных напитков). Результаты оценки влияния каждого в отдельности физического воздействия (ХП и УЗВ) на синтез и накопление ГАМК, а также на технологические процессы производства пищевых продуктов, а также их сочетания.
Ожидаемые результаты соответствуют мировому уровню исследований в области получения новых научных знаний о повышении эффективности использования зерновых культур и минимизации продовольственных потерь в системе производства пищевых продуктов.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2023 году
В отчётном 2023 году были проведены все работы, заявленные в плане проекта, и в соответствии с этим планом работ были получены научные результаты.
Проект направлен на решение проблемы ресурсосбережения продовольственных ресурсов: разработку и апробацию технологии контролируемого проращивания зерна пшеницы, ячменя и овса для получения сырьевых ингредиентов из пророщенного зерна повышенной пищевой ценности, определение технологических приемов физического воздействия в зависимости от входных параметров исходного сырья и характеристик каждой зерновой культы.
Проведены исследования и получены данные о физико-химических свойствах каждого вида зерна, доказана необходимость комплексного подхода в технологии цельносмолотых сырьевых ингредиентов.
Используя математическое планирование в совокупности с решением задач оптимизации для каждого из параметров и отдельно для вида зерна были подобраны эффективные режимы воздействия на зерно, позволяющие активировать процесс проращивания и проводить его в контролируемых условиях. Ультразвуковое воздействие повышает способность к проращиванию зерна, стимулирует прирост массы и степень набухания. Представленные результаты доказывают, что в результате УЗВ наблюдается увеличение проникающей способности мембран растительных клеток, благодаря которой ускоряется приток жидкой составляющей системы к зародышу, массообмен и интенсифицируется ряд технологических процессов.
Процесс проращивания зерновых культур позволяет повысить их антиоксидантные свойства и содержание ГАМК, причем использование ультразвукового воздействия в качестве интенсифицирующего фактора позволяет получить более выраженный эффект. Отмечено увеличении прироста простейших Tetrahymena pyriformis и Parametium caudatum в растворах из вытяжек пророщенных зерновых культур, что доказывает повышенную биодоступность и усвояемость разработанных сырьевых ингредиентов из пророщенного зерна.
Полученный массив результатов исследований показал, что использование сочетания ультразвукового воздействия с растворами экзогенной ГАМК заданной концентрации при получении сырьевых ингредиентов, из пророщенных зерновых культур позволяет повысить содержание флавоноидов и полифенольных соединений, их биодоступность, антиоксидантные и мембраностабилизирующие свойства.
Получены результаты, подтверждающие уменьшение содержания фитиновой кислоты и активации накопления ГАМК при сочетании подходов контролируемого проращивания и ферментации зерна.
Анализ дисперсного состава показал, что измельченный материал, полученный из пророщенного зерна как пшеницы, так и ячменя и овса, характеризовался в основном более равномерным распределением размерного ряда частиц, что позволит в дальнейшем полученным сырьевым ингредиентам более равномерно распределяться в матрице пищевых продуктов. В ходе проведения исследований доказана возможность использования полученных сырьевых ингредиентов в технологии хлебобулочных изделий, что, несомненно, является перспективным направлением для дальнейших исследований.
Результаты проекта, полученные за 2023 г представлены в 9 научных публикациях, из которых 1 – в журнале, индексируемом Scopus (Q2), 3 – в журналах RCSI, 1 – в журнале ВАК, Agris; 4 тезиса в сборниках конференций. Также представлено 7 устных докладов на профильных конференциях и научных мероприятиях, подана заявка на регистрацию РИД (получена приоритетная справка). Информация о победе в конкурсе и результатах выполнения проекта представлена в СМИ:
https://rscf.ru/news/agriculture/chelyabinskie-uchenye-pridumali-kak-ispech-poleznyy-khleb-bez-khimicheskikh-uluchshiteley/
https://www.susu.ru/ru/news/2022/12/02/predstaviteli-voshli-v-chislo-pobediteley-konkursa-rnf
https://specagro.ru/news/202309/v-chelyabinske-sozdali-unikalnuyu-tekhnologiyu-polucheniya-muki-iz-zerna-nizkogo-klassa
https://www.1obl.ru/tv/nashe-utro/nashe-utro-ot-22-02-2023/novaya-tekhnologiya-proizvodstva-muki-gost-v-studii/
https://bfm74.ru/biznes/v-chelyabinske-sozdali-tekhnologiyu-polucheniya-muki-iz-zerna-nizkogo-klassa/
https://www.susu.ru/ru/news/2022/12/16/prioritet-2030-ekoproekty-dlya-pishchevoy-promyshlennosti
https://agronovosti.ru/uchenye-sozdali-muku-iz-zerna-nizkogo-kachestva-ne-trebuyushhuyu-uluchshitelej/
https://naked-science.ru/article/column/chelyabinskie-uchenye-nashli-sposob
https://agro.gov74.ru/agro/view/news.htm?id=11267743
Публикации
1. Науменко Н.В., Антонова А.Д., Иванова Д.О., Науменко Е.Е. К вопросу о совершенствовании условий процесса проращивания зерна пшеницы Воронежский государственный университет инженерных технологий, Сборник научных статей и докладов IX Международной научно-практической конференции. Воронеж, 2023, Страницы: 310-315 (год публикации - 2023)
2. Науменко Н.В., Радкевич А.В., Васильева Е.К., Арзамасцева А.А. Изучение рынка, особенностей сырьевого состава и технологии напитков на растительной основе Издательство: ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, Сборник трудов Всероссийской научно-практической и учебно-методической конференции. В 8-ми частях. Том Часть 4. Санкт-Петербург, 2023 (год публикации - 2023)
3. Науменко Н.В., Радкевич А.В., Фаткуллин Р.И. Современные подходы к технологии создания растительных сырьевых ингредиентов повышенной пищевой ценности Издательство Курганского государственного университета, Сборник статей по материалам Всероссийской (национальной) научно-практической конференции (26 января 2023 г.) / под общ. ред. С. Ф. Сухановой. – Курган: Изд-во Курганского гос. ун-та, 2023. – С. 76 – 80. (год публикации - 2023)
4. Науменко Н.В., Фаткуллин Р.И., Калинина И.В., Науменко Е.Е., Иванисова Е., Васильева Е.К., Радкевич А.В. Контролируемое проращивание зерновых культур — эффективный способ переработки низкокачественного сырья Аграрная наука, Аграрная наука. 2023; 372(7): 149–154. (год публикации - 2023) https://doi.org/10.32634/0869-8155-2023-372-7-149-154
5. Науменко Н.В., Фаткуллин Р.И., Калинина И.В., Попова Н.В., Радкевич А.В. Возможности получения сырьевых ингредиентов растительного происхождения повышенной биодоступности Индустрия питания/Food Industry, Индустрия питания|Food Industry. 2023. Т. 8, № 4. С. хх–хх. (год публикации - 2023)
6. Науменко Н.В., Фаткуллин Р.И., Калинина И.В., Радкевич А.В., Науменко Е.Е., Попова Н.В., Васильева Е.К. Влияние экзогенной ГАМК на антиоксидантные свойства пророщенного зерна Хранение и переработка сельхозсырья, Хранение и переработка сельхозсырь», 3(2023), 86-101 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.36107/spfp.2023.423
7. Науменко Н.В., Фаткуллин Р.И., Неверова О.П., Калинина И.В. Использование процесса проращивания для повышения антиоксидантных свойств сырья Аграрный вестник Урала, - (год публикации - 2024)
8. Науменко Н.В., Фаткуллин Р.И., Попова Н.В., Руськина А.А., Калинина И.В., Морозов Р.С., Авдин В.В., Антонова А.Д., Васильева Е.К. Effect of a Combination of Ultrasonic Germination and Fermentation Processes on the Antioxidant Activity and γ-Aminobutyric Acid Content of Food Ingredients MDPI, Fermentation 2023, 9, 246. (год публикации - 2023) https://doi.org/10.3390/fermentation9030246
9. Науменко Н.В., Шилина Т.В., Васильева Е.К., Науменко Е.Е. Инновационные подходы в технологии получения растительных сырьевых ингредиентов Издательство Курганского государственного университета, Достижения и перспективы научно-инновационного развития АПК: сборник статей по материалам IV Всероссийской (национальной) научно-практической конференции (16 февраля 2023 г.), стр. 399-403 (год публикации - 2023)
10. Способ производства хлеба с использованием пророщенного зерна ячменя Науменко Н.В., Фаткуллин Р.И., Калинина И.В. -, 2023132011 (год публикации - )
11. - Представители ЮУрГУ вошли в число победителей конкурса РНФ Сайт ЮУрГУ, Проекты научных сотрудников Южно-Уральского государственного университета получили высокую оценку экспертов и вошли в число победителей конкурса (год публикации - )
12. - «Приоритет 2030»: экопроекты ЮУрГУ для пищевой промышленности Сайт ЮУрГУ, - (год публикации - )
13. - Челябинские ученые нашли способ обеззараживания зерна без химических препаратов Naked Science, Ученые ЮУрГУ запатентовали технологию на основе холодной плазмы для обеззараживания зерна (год публикации - )
14. - Челябинские ученые придумали, как испечь полезный хлеб без химических улучшителей Министерство сельского хозяйства Челябинской области, - (год публикации - )
15. - Челябинские ученые придумали, как испечь полезный хлеб без химических улучшителей Российский научный фонд, - (год публикации - )
16. - Челябинские ученые придумали, как испечь полезный хлеб без химических улучшителей Naked Science, - (год публикации - )
17. - Новая технология производства муки — Гость в студии АО «Обл-ТВ». СМИ сетевое издание www.1obl.ru, - (год публикации - )
18. - Челябинские ученые нашли способ обеззараживания зерна без химических препаратов Сайт ЮУрГУ, - (год публикации - )
19. - В Челябинске создали уникальную технологию получения муки из зерна низкого класса nauka.tass, - (год публикации - )
20. - Ученые Южно-Уральского государственного университета разработали первую в России технологию получения цельносмолотой муки из пророщенных пшеницы, овса и ячменя низкого класса. вконтакте: группа «Агроинвестор» и «Агротехника и технологии», - (год публикации - )
21. - Технология получения цельносмолотой муки из зерна низкого класса АГРОпрактика, - (год публикации - )
22. - В Челябинске создали уникальную технологию получения муки из зерна низкого класса OleoScope.com, - (год публикации - )
23. - В Челябинске создали первую в России технологию получения муки из зерна низкого класса ФГБУ «Центр Агроаналитики», - (год публикации - )
24. - В Челябинске создали технологию получения муки из зерна низкого класса АО «Обл-ТВ», - (год публикации - )
25. - Ученые создали муку из зерна низкого качества, не требующую улучшителей ООО «Агрофинтех», - (год публикации - )