Арктические газогидраты для… пищевой промышленности
Потенциально широкая сфера применения, возможные проблемы, масштабирование от лабораторных исследований до промышленных решений, экономические и экологические оценки
Фото: globalenergyprize.org
Газогидраты – это скопления метана, которые внешне напоминают рыхлый лед. В залежах молекулы метана заключены внутри «решётки» из молекул воды. Их запасы распределены практически по всему миру, но особенно значительные залегают на российском арктическом шельфе. В настоящее время разрабатываются промышленные технологии их извлечения – основная сложность состоит в разделении молекул воды и газа в пласте, чтобы добывать только полезную газовую составляющую. Запасы газогидратов в десятки раз превосходят запасы природного газа. (Гидраты могут быть не только метановыми).
Но, оказывается, что газовые гидраты могут использоваться не только как топливо, но и в неразделённом виде как компонент для применения в других целях. Например, в пищевой промышленности.
Коллектив учёных из Дании, Германии, Португалии и ЮАР/Конго представляют свои наработки в этом сегменте в статье «Потенциальная роль газовых гидратов: новый рубеж в пищевой науке и инженерии». Материал представлен на ресурсе ScienceDirect.
Полезные свойства газогидратов
Газогидраты все чаще используются в пищевой промышленности, но их практическое применение все еще ограничено и требует углубления исследований. Этот компонент может влиять на органолептические, текстурные и питательные качества продуктов. Условия, способствующие образованию газогидратов, совпадают с процессами обработки и консервирования пищи.
Газовые гидраты представляют собой многообещающий инструмент для сохранения продуктов питания, повышения качества и инноваций. При этом необходимо исследовать и аспекты безопасности пищи, проверяя новый компонент на соответствие нормативным требованиям.
Газогидраты невзрывоопасны, просты в обращении, демонстрируют самосохранение, имеют высокую скрытую теплоемкость и требуют меньше энергии для формирования, чем другие конкурентные процессы. Они могут сохранять термочувствительные вещества, такие как витамины, поддерживая пищевую ценность продуктов, а также могут снижать микробную нагрузку и продлевать срок годности. Кроме того, газогидраты могут захватывать углекислый газ, метан и водород, в твердую матрицу, что позволяет контролировать выделение газов в пищевых продуктах и изменять такие характеристики, как текстура, вкус и срок годности.
Фото из открытых источников
Использование газов в пищевой промышленности
Многие газы используются в перерабатывающей промышленности. Они улучшают качество продукции, продлевают срок годности и обеспечивают безопасность на разных этапах обработки пищевых продуктов. Такие газы, как азот, углекислый газ и озон, применяются для сохранения продуктов питания, предотвращения их порчи, кислород и этилен – для поддержания естественной свежести скоропортящихся продуктов.
Понимание различных свойств и «поведения» газовых гидратов имеет важное значение для продвижения экологически чистых и энергоэффективных альтернатив современным методам переработки и хранения пищевых продуктов. Но прежде, чем газовые гидраты можно будет коммерциализировать в пищепроме, необходимо преодолеть множество проблем, включая обеспечение их стабильности, безопасности и масштабируемости. Кроме того, получение одобрения правительств и потребителей играет не последнюю роль в развитии этого нового «пищевого» компонента.
Уровни технологической готовности для применения газогидратов в пищевой науке варьируются. Некоторые методы были исследованы экспериментально, в то время как другие все еще находятся на стартовом этапе. Несмотря на то, что не существует фундаментальных барьеров для использования гидратов CO2, для их широкого внедрения необходимы предварительные и значительные научные успехи.
Рис. 1. Области применения газогидратов
Выпечка
Инновации в области продовольствия часто обусловлены развитием спроса. В дополнение к простоте использования, люди ищут более здоровые альтернативы нынешним вариантам питания.
Актуальный тренд в хлебопечении – использование клетчатки (цельного зерна) или других функциональных ингредиентов для разработки новых изделий.
Газогидрат CO2 может использоваться вместо дрожжей для производства пшеничного хлеба. Путем частичного исключения дрожжей получались различные варианты хлебного теста – в ряде пропорций возникали улучшенные свойства с точки зрения текстуры, размеров и распределения пор и других определяющих вкус физико-химических параметров.
Консервация
Сохранение продуктов питания и увеличение срока годности фруктов и овощей может быть достигнуто за счет замораживания, которое ограничивает ненужную биологическую активность. Однако образование льда и, как следствие, изменение объемов может одновременно повредить их тканям.
Газогидраты же способны сохранять свежие продукты, подавляя подвижность воды и образуя защитный барьер против микроорганизмов. Они способны снижать зависимость от химических консервантов и продлевать срок хранения. Это направление очевидно будет активно развиваться ввиду его экономической эффективности.
Заморозка
Благодаря своей стабильности в замороженном состоянии газогидраты могут значительно улучшить замораживание пищевых продуктов, улучшая текстуру и структурную целостность, сводя к минимуму зависимость от традиционных методов замораживания.
Понимание их «поведения» в этих процессах может помочь оптимизировать состав продуктов питания и общее качество продукта, потенциально продлевая срок хранения и сохраняя свежесть товара.
Фото: Devin Rajaram / Unsplash
Текстурирование продуктов
Газогидраты могут улучшать текстуру и структуру аэрированных пищевых продуктов, придавая легкую, воздушную текстуру таким продуктам, как мусс, мороженое, смеси для тортов, молочные продукты и выпечка.
Регулируемое выделение газов из гидратов может обеспечить пенообразующий эффект, улучшая вкус и способствуя желаемому структурному образованию в сладостях, кондитерских изделиях и изделиях на основе теста. Манипулирование процессами производства и диссоциации газогидратов позволяет эффективно регулировать текстуры пищевых продуктов.
Упаковка
Газогидраты могут произвести революцию в упаковке пищевых продуктов, обеспечивая контролируемый выброс газов. Эти компоненты позволяют сохранять желаемый состав газа в течение длительного времени, что ценно для упаковки скоропортящихся продуктов, таких как фрукты, овощи, мясо и морепродукты.
Фото: geologyin.com
Потенциальные проблемы
В то время как газогидраты являются перспективными для различного применения в пищевой промышленности, необходимы дальнейшие исследования и разработки, чтобы обеспечить их безопасность, эффективность и практичность. Кроме собственно технологий важна оценка стоимости, выработка требований к инфраструктуре и подготовка рабочей силы. Внедрение технологии газогидратов, скорее всего, потребует значительных первоначальных инвестиций в оборудование, инфраструктуру и обучение.
Потенциальное использование газогидратов в пищевом секторе вызывает опасения по поводу безопасности пищевых продуктов и вопросов регулирования. Важно правильно управлять цепочкой поставок, чтобы гарантировать, что продукты питания остаются безопасными для потребления. Стремление продовольственного сектора к устойчивому развитию привело к значительным улучшениям в сокращении выбросов парниковых газов, повышении прозрачности в цепочках создания стоимости и продвижении практики ответственного выбора поставщиков. Использование газовых гидратов должно соответствовать этим целям устойчивого развития.
Необходимо изучать стабильность гидратов при различных условиях (температура, давление и состав). Масштабирование от лабораторных исследований до промышленного применения требует эффективных и экономичных конструктивных решений.
Экономические и экологические оценки имеют решающее значение. Анализ затрат и выгод должен определить целесообразность применения технологий. Экологический след газогидратных процессов должен быть сравнен с традиционными методами.
Междисциплинарное сотрудничество между инженерами, химиками, физиками, технологами пищевой промышленности поможет продвижению этих исследований и разработке новых технологий для пищевой промышленности. И основой тому являются, в том числе, арктические запасы газогидратов!
Источник: Джоти Шанкер Пандей, Шубханги Шривастава, Аберхам Хайлу Фейисса, Мохаммад Тарик, Каники Тумба. Потенциальная роль газовых гидратов: новый рубеж в пищевой науке и инженерии.
***
Андрей Иванов, специально для GoArctic
