Мир голодных накормят наши альтернативные биотехнологии

Разработаны высокопроизводительные методы производства белка

Всё более явственны симптомы приближения глобального продовольственного кризиса, так что ООН призывают вывести из-под санкций продовольствие, удобрения и сырье для их производства. Также на мировом рынке востребованы свежие разработки российских учёных − новые высокоэффективные биотехнологии переработки белоксодержащего молочного и растительного сырья, основанные на высокоэффективных математических моделях.

К БЕЛКОВОМУ ИЗОБИЛИЮ

Несмотря на значительные успехи человечества в развитии технологий производства продуктов питания, глобальная проблема обеспечения жителей не только развитых стран, но и развивающихся, доступными продуктами питания пока не решалась и в XXI веке. Пандемия COVID-19 только усилила эту проблему в связи с нарушениями привычных цепочек поставок. Разработка математических моделей и эффективных технологий переработки белоксодержащего молочного и растительного сырья и производства пищевых концентратов с регулируемыми функциональными свойствами является одним из наиболее перспективных направлений сельскохозяйственной отрасли.

В исследовании установлена пригодность метода электрофлотационной коагуляции для комбинированного извлечения растительных и молочных белков путем изменения параметров электролиза и направленного регулирования изоэлектрического состояния белков. Методология исследования основана на современных достижениях, ведущих отечественных и зарубежных исследователей в области электролиза растворов и создания безреагентных технологий выделения белков, а также на использовании методов физико-химического анализа, рН-метрии, потенциометрический и органолептический анализ, методы циклической хроновольтамперометрии и бестоковой хронопотенциометрии.

В работе представлены технологические схемы экстракции растительных и молочных белков, основанные на сочетании процессов электрофлотации и электрокоагуляции. Были проведены технологические испытания, позволившие определить оптимальные условия, обеспечивающие наибольший выход продукта и его качественные показатели. Получены готовые изоляты и концентраты белков нута и творожной сыворотки.

ИЗ НУТА И СЫВОРОТКИ

В настоящее время актуален поиск более эффективных способов переработки сырья, позволяющих внедрять в производственные процессы ресурсоэнергосберегающие, экологически безопасные технологии и математические модели нового поколения. Это, прежде всего, электрофизические и электрохимические методы обработки жидких сред, среди которых можно выделить методы электрофлотации и электрокоагуляции. В исследовании представлена разработка конструкции трехэлектродного электролизера для выделения растительных и молочных белков из растворов комплексным методом электрофлотационной коагуляции.

Изучены основные закономерности и экспериментально доказана принципиальная возможность высокоэффективного извлечения растительных и молочных белков комплексным методом электрофлотационной коагуляции. Выявлены оптимальные параметры процесса электрофлотокоагуляции растворов белков нута и творожной сыворотки.

Установлено, что максимальная эффективность экстракции белка достигается при плотности тока ~105 А/м² (для растворов белков нута) и ~210 А/м² (для растворов сывороточных белков) и продолжительности процесса 30 мин. Показано, что изменение температуры белковых растворов в пределах 20–50°С не оказывает существенного влияния на эффективность экстракции белков. Разработана установка непрерывного действия для выделения белков из пищевых растворов, в которой реализован метод электрофлотационной коагуляции с безреагентным регулированием рН среды.

БОБОВЫЙ ДОСТАТОК

Полученные результаты оценивают полезную информацию не только для производителей продуктов питания, но и для производителей бобовых культур для отбора по параметрам. Показана целесообразность и перспективность использования белковых изолятов нута, полученных методом электрофлотационной коагуляции, которые могут быть использованы в технологии производства колбасных и овощных консервов с низким содержанием глютена и пониженной калорийностью.

В дальнейшем планируется провести ряд исследований и полевых опытов по совершенствованию технологии высокоэффективного извлечения растительных и молочных белков комплексным методом электрофлотационной коагуляции. На основании полученных результатов планируется также разработать технологические рекомендации по введению белковых изолятов в рецептуру безглютеновых пищевых продуктов.

В исследовании приняли участие ученые из Энгельсского технологического института (филиала Саратовского государственного технического университета им. Ю.А. Гагарина), Московского политехнического университета, Российского государственного аграрного университета (МСХА им. К. А. Тимирязева), ФИЦ Биотехнологии РАН (Россия) и Warsaw University of Life Sciences − SGGW (Poland).
 

КОММЕНТАРИИ

Екатерина ПЛЕШАКОВА,
первый заместитель руководителя Департамента информационной безопасности по проектам Финансового университета:
− Сравнение технологий искусственного интеллекта и классических математических методов в целях прогнозирования распространения COVID-19 на примере Москвы произведено в совместном исследовании ученых из России и Узбекистана под моим руководством, и опубликовано в научном журнале Mathematics.

Сергей КОРЧАГИН,
доцент Финансового университета:
− Российскими учеными совместно с польскими коллегами получены новые результаты с помощью математических моделей и методов исследования и оптимизации процессов экстракции белков из растворов нутовой и творожной сыворотки методом электрофлотационной коагуляции, которые могут существенно снизить стоимость массового производства белковых продуктов. Исследование опубликовано в научном журнале Mathematics.

Алексей ОСИПОВ,
руководитель Департамента информационной безопасности Финансового университета:
− Технологии машинного обучения вызывают значительный интерес производителей в приоритетных отраслях экономики. В рамках развития международного сотрудничества мной проведена открытая лекция для научно-педагогических работников и студентов мелиоративно-строительного и землеустроительного факультетов Белорусской государственной сельскохозяйственной академии на тему «Методы компьютерного зрения для обнаружения и классификации объектов и процессов». Это уникальное исследование, в котором предложено применение компьютерного зрения не только для идентификации объектов, но и классификации процессов. Исследование проводится в AI4CS Lab (Artificial Intelligence for Cybersecurity Laboratory) Финансового университета.