Общая информация о проекте

«Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса Российской Федерации на 2014–2020 годы»

Основной целью Программы является формирование конкурентоспособного и эффективно функционирующего сектора прикладных научных исследований и разработок.

1.3. Проведение прикладных научных исследований и разработок, направленных на создание продукции и технологий

Исследование и разработка сквозной технологии производства функциональных пищевых продуктов для обеспечения пищевой безопасности северных территорий РФ

Соглашение № 14.577.21.0264 от 26.09.2017

Министерство образования и науки Российской Федерации

26.09.2017 - 31.06.2020

ООО фирма «Торговый Дом Ярмарка»

Исследование и разработка сквозной технологии производства функциональных пищевых продуктов для обеспечения пищевой безопасности северных территорий РФ.

1. Создание сквозной технологии мирового уровня по производству отечественных функциональных продуктов питания из пищевого сырья, заготовленного на территории России, для населения, проживающего в северных регионах РФ, и их вывод на рынок;
2. Обоснование и разработка организационно-технологических решений, направленных на усиление продовольственной безопасности северных регионов РФ;
3. Усиление экспортного потенциала отечественных производителей и замещение импорта функциональных пищевых продуктов.

Проект реализуется в рамках направления государственной политики в области продовольственной безопасности и нацелен на создание инновационных натуральных продуктов питания на основе ингредиентов, создаваемых на территории Российской Федерации, как запрос общества на удовлетворение его потребностей в качественной и натуральной пище. Реализация проекта будет способствовать решению проблем обеспечения населения, проживающего в сложных условиях Севера РФ, необходимыми для эффективной жизнедеятельности и продовольственной безопасности полноценными функциональными пищевыми продуктами, разработанными на базе современных сквозных технологий заготовки, хранения, транспортировки и переработки отечественного пищевого сырья.

В результате исследований будут сформированы и реализованы научно-обоснованные технологические и технические решения, способствующие созданию сквозных технологий производства функциональных пищевых продуктов, конкурентоспособных на внутреннем и внешних рынках, повышающих продовольственную безопасность Севера РФ, усиливающих экспортный потенциал отечественных производителей функциональных пищевых продуктов и способствующий замещению импорта.

1 Этап:

В ходе реализации проекта запланирована разработка сквозной технологии производства функциональных пищевых продуктов для обеспечения продовольственной безопасности северных территорий РФ. При этом будут получены теоретический и практический заделы, позволяющие выйти на новые технические и технологические решения, направленные на реализацию сквозной технологии с повышением эколого-экономической эффективности основных технологических операций.

В ходе первого этапа работы по проекту были получены научно-технические результаты, позволившие обосновать и выбрать направления последующих исследований, а также сформирована начальная материальная базы для их проведения.

Работы по обоснованию выбора направлений исследований по разработке сквозных технологий производства функциональных пищевых продуктов выявили следующее. Ориентация на выбор направления исследований научных и прикладных основ обеспечения продовольственной безопасности северных регионов РФ за счет формирования сквозных процессов заготовки пищевого сырья и производства из него пищевых функциональных продуктов является актуальной и имеет серьезнейшие преимущества перед другими направлениями исследований. Проведенные работы показали, что необходимо проводить исследования, направленные на установление элементного статуса жителей северных территорий, а также выявление макро- и микронутриентов играющих ключевую роль в процессе адаптации к условиям высоких широт. Обобщение и анализ информационных источников позволил оценить состояние проблемы в области существующих рекомендаций и норм потребления эссенциальных микро-, макроэлементов и витаминов. Выявлены некоторые особенности функционирования организма жителей северных регионов, собраны и проанализированные сведения о количественных значениях рекомендованного суточного потребления минералов и витаминов. Исследована проблема обеспечения продовольственной безопасности северных территорий РФ, которая обусловлена, в том числе территориальным отличиями в обеспеченности продовольствием, а также наличием на ее территориях (особенно на территории Севера России) коренного населения.

Были выявлены решения, направленные на улучшение показателей изготовления целевых продуктов и на повышение энергоэффективности данного процесса. Среди существующих решений изучены возможности и особенности оборудования для их реализации. Анализ существующих решений показал, что технологические режимы обработки исходного сырья подбирались путем экспериментальных исследований. Выявлены эффективные способы гидротермической обработки и обезвоживания обрабатываемого сырья в зависимости от требований к конечному продукту. Выявлены перспективные способы и технические решения, которые потенциально могут быть внедрены при организации производства функциональных пищевых продуктов. Одновременно с этим определены перспективные способы обезвоживания пищевого сырья.

В рамках создания материальной базы для проведения экспериментальных исследования на отчетном этапе были осуществлены: обоснование состава оборудования, закупка научного оборудования и проектирование двух лабораторий: «Контрольно-аналитическая лаборатория исследования и оценки безопасности сырья и продуктов питания», «Исследовательская лаборатория дегустации и изучения органолептических свойств готовой продукции и изготовления образцов пищевых ингредиентов».

Исследование мирового опыта создания функциональных пищевых продуктов выявили, что достоинство выбранного направления исследований – нацеленность на обеспечение населения северных регионов как необходимыми объемными показателями требуемых базовых продуктов, так обеспечение необходимого качества этих продуктов с параллельным решением повышения экспортного потенциала этих продуктов.

Маркетинговые исследования рынка функциональных пищевых продуктов показали, что глобальный рынок функциональных продуктов питания в 2015 году составил более 1 млрд. $ и, как ожидается, достигнет 2 и более млрд. $ к 2024 году. В то же время рынок функциональных продуктов питания в России находится в тесной зависимости от состояния как российского пищевого комплекса и рынка продуктов питания в целом, так и от колебаний конъюнктуры мирового рынка пищевых продуктов в целом и функциональных продуктов питания в частности.

Индустриальным партнером (ООО фирма «Торговый дом Ярмарка») выполнены начальные подготовительные работы и частично закуплено оборудования для создания нового высокотехнологичного производства функциональных пищевых продуктов.

2 Этап:

В ходе второго этапа работ были выполнены теоретические и экспериментальные исследования поставленных задач. Осуществлен анализ базовых этапов инновационной сквозной технологии производства ФПП, обоснован выбор территорий – источников пищевого сырья, исследованы логистические цепочки, исследованы потребности населения жителей северных территорий России в микронутриентах. Проведены оригинальные патентные исследования. Выбраны способы получения функциональных продуктов и ингредиентов. Разработаны проекты оригинальных модельных рецептур. Осуществлена разработка, изготовление и испытание оригинальных экспериментальных установок. Разработаны лабораторные технологические регламенты. Получены и подвергнуты исследовательским испытаниям экспериментальные образцы продукции. Созданные по ПНИЭР исследовательские лаборатории оснащены дополнительным оборудованием. Разработаны технические требования и предложения для индустриального партнера. Принято участие в выставках. Осуществлено материально-техническое и информационное обеспечение проекта. Проведено исследование упаковочных материалов. Осуществлены дополнительные маркетинговые исследования. Разработаны дизайны упаковки. Проведены исследования транспортировки функциональных пищевых продуктов. Разработаны требования к сотрудникам производства. Осуществлен второй этап работ по подготовке высокотехнологичного производства индустриальным партнером.

В результате комплексного анализа выявлены важнейшие факторы, влияющие на выбор поставщиков сельскохозяйственного сырья для производства функциональных пищевых продуктов: наличие необходимых пахотных земель в разрезе видов пищевого сырья и регионов страны; продуктивность земледелия и его качество, наличие надежных поставщиков пищевого сырья в рамках сквозных технологий производства функциональных пищевых продуктов.

Анализ показал, что с одной стороны необходимо расширять пахотные земли и окультуривать существующие, с другой стороны эффективное отечественное оборудование для механизации подготовки пашенных земель отсутствует. В связи с этим сформированы научные основы для разработки и обоснования технических решений, обеспечивающих расчистку пахотных земель от нежелательной древесно-кустарниковой растительности при непрерывном движении базовой машины.

Для оценки поставщиков пищевого сырья в рамках сквозных технологий производства функциональных пищевых продуктов с использованием значительного количества информационных ресурсов приведены основные характеристики отечественных агрохолдингов.

Сформирована методология, согласно которой критерием оптимизации является минимальная стоимость продуктовой корзины северных регионов при соблюдении допустимого уровня содержания микроэлементов в продуктах питания, причем минимизация должна происходить по всем северным регионам. Минимизация конечной стоимости достигается за счет уменьшения расстояний транспортировки сельскохозяйственной продукции, оптимального размещения пунктов обогащения и экономии за счет эффекта масштабирования мощности предприятия. Необходимый объем обогащения предложено определять на основании выполнения требований выполнения нормативов, разработанных Министерством здравоохранения Российской
Федерации по белкам, жирам и углеводам. При этом, необходимо установить те микронутриенты, по которым не обеспечивается соответствие заданным нормам. Далее путем моделирования достигаем нормативных показателей, варьируя поставки пищевого сырья, обладающего максимальным содержанием качественных микронутриентов от надежных поставщиков. В связи с тем, что продуктовая корзина формируется не только из растительных продуктов питания, которые формируют продуктовую корзину более, чем на 50 процентов, нормативы Министерства здравоохранения Российской Федерации будут учтены в аналитическом описании в качестве коэффициента, скорректированного на эту величину. Следовательно, неизбежно повышение объемов поставок продукции, содержащей белки, жиры и углеводы. Это в свою очередь вызовет увеличение объемов перевозок продукции, которая не будет реализована. Соответственно, принимая в качестве объема, который необходимо обогатить, разницу между нормативами объемов белков, жиров и углеводов, которые необходимо поставить в регион, и объемов, которые получаются после обеспечения выполнения требований по микронутриентам. Данный объем
обогащения будет служить отправной точкой для поиска оптимальной мощности предприятия.

Обосновано, что для решения проблемы обеспечения пищевой безопасности северных территорий РФ необходимо либо увеличивать в разы объемы поставок продуктов питания и пищевого сырья, либо обогащать определенного количество продукции необходимыми микронутриентами и производить качественные функциональные продукты питания. Исходя из вышеизложенного, возникают несколько задач, которые могут быть разрешены в виде разработанных математических моделей: аналитическое описание определения доли обогащенных продуктов питания в общем объеме поставок для населения каждого региона; аналитическое описание транспортировки необходимого количества продуктов питания и пищевого сырья; аналитическое описание определения оптимального расположения обогатительных производств; аналитическое описание определения оптимального состава обогащенного продукта. Критериями оптимизации могут выступать минимальные транспортные затраты на перевозку пищевого сырья и обогащенных функциональных продуктов питания.

Доказана перспективность применения для выпуска обогащенных готовых продуктов и/или продуктов быстрого приготовления экструзии. Данные продукты могут быть изготовлены из смеси полезных круп, обогащенных экстрактами растительного сырья, премиксами, порошками из фруктов и овощей, протеиновыми концентратами и т. д. Экструзионная технология позволяет получать полезные продукты, популярные у детей и подростков, что позволяет, не меняя пищевых привычек, использовать рацион питания, обогащенный необходимыми микронутриентами.

Выполнены анализ и оценка методов обогащения для предприятий пищевой промышленности и выбор перспективного метода обогащения и обоснованы требование к экспериментальной установке для обогащения продуктов питания методами экструзии. Показано, что принципы конструирования и производства оборудования для пищевой промышленности аналогичны принципам оборудования для химической и перерабатывающей промышленности. Сформулированы требованиями к технологическому оборудованию для производства функциональных пищевых продуктов, включая безопасность, прочность компонентов, производительность и энергоэффективность технологического процесса. Оборудование для пищевой промышленности должно соответствовать строгим стандартам и нормам, которые необходимы для обеспечения качества и безопасности пищевых продуктов.

Созданы соответствующие мировому уровню исследовательские лаборатории «Контрольно-аналитическая лаборатория исследования и оценки безопасности сырья и продуктов питания» и «Исследовательская лаборатория дегустации и изучения органолептических свойств готовой продукции и изготовления образцов пищевых ингредиентов», они оснащены дополнительным оборудованием, позволяющим провести полный цикл работ при оценке качественных и количественных показателей создаваемых функциональных продуктов.

Проанализированы потребности в микро-, макроэлементах и витаминах жителей северных территорий России. Проведены патентные исследования технического уровня и тенденций развития в области технологий и оборудования для обогащения сырья для получения функциональных пищевых монопродуктов, готовых консервированных функциональных пищевых продуктов, дозирования функциональных пищевых ингредиентов для получения функциональных пищевых продуктов. Исследованы особенности и обосновать выбор способа обогащения сырья для получения функциональных пищевых монопродуктов, а также особенности и обоснование выбора способов получения готовых консервированных функциональных пищевых продуктов. Исследованы особенности и обоснован выбор способов дозирования функциональных пищевых ингредиентов для получения функциональных пищевых продуктов.

Разработаны проекты модельных рецептур функциональных пищевых продуктов и документация на экспериментальные установки для экстракции функциональных пищевых ингредиентов, получения быстровосстанавливаемых функциональных пищевых продуктов, получения функциональных пищевых монопродуктов; готовых консервированных функциональных пищевых продуктов. Разработаны программы и методики испытаний экспериментальных установок. Изготовлены экспериментальные установки экстракции функциональных пищевых ингредиентов, получения быстровосстанавливаемых функциональных пищевых продуктов, получения функциональных пищевых монопродуктов; готовых консервированных функциональных пищевых продуктов. Проведены испытания экспериментальных установок.

Разработаны лабораторные технологические регламенты на изготовление экстрактов
функциональных пищевых ингредиентов, быстровосстанавливаемых функциональных пищевых продуктов, функциональных пищевых монопродуктов, а также соответствующие программы и методики исследовательских испытаний. Получены экспериментальные образцы экстрактов функциональных пищевых ингредиентов, быстровосстанавливаемых функциональных пищевых продуктов, функциональных пищевых монопродуктов, проведены соответствующие исследовательские испытания.

Опубликовано пять статей в журналах, индексированных в базе данных Scopus. Принято участие в выставках, которое позволило рекламировать и апробировать промежуточные этапы выполняемой ПНИЭР. Обеспечению выполнения проекта способствовало осуществленное
материально-техническое и информационное обеспечение проекта, исследование упаковочных материалов, дополнительные маркетинговые исследования, разработанные дизайны упаковок ФПП, выполненные исследования транспортировки функциональных пищевых продуктов, разработанные требования к сотрудникам производства ФПП.

Индустриальным партнером (ООО фирма «Торговый дом Ярмарка») выполнены работы и частично закуплено оборудования для создания нового высокотехнологичного производства функциональных пищевых продуктов.

Созданы охраноспособные результаты интеллектуальной деятельности (РИД), получены патенты:
1. Патент на полезную модель № 181328, МПК F16K3/02, D01D/00. «Экстрактор для растительного сырья» / Шегельман И.Р., Васильев А.С.; заявитель и патентообладатель Петрозаводский государственный университет. – 2018113842; заявл. 16.04.2018; опубл. 10.07.2018. Бюл. № 19.

2. Патент на изобретение № 2681676, МПК A23L 33/10. «Пищевой продукт, включающий растения, выращенные в условиях северных широт» / Кирилина В.М., Шегельман И.Р., Васильев А.С.; заявитель и патентообладатель Петрозаводский государственный университет. – 2018123423; заявл. 27.06.2018; опубл. 12.03.2019. Бюл. № 8.

Сформированные в ходе ПНИЭР результаты исследований, включая интеллектуальные базы знаний, и сформированная материально техническая база, позволят осуществить формирование новых рецептуры и образцов продукции и оборудованиях для изготовления ФПП и их ингредиентов, а также обеспечат получение результатов, запланированных на 3 этапе проекта.

Обладающие научной новизной теоретические и экспериментальные работы второго этапа позволит выйти на последующее обоснование новых технических и технологических решений, которые позволят изготавливать новые функциональные пищевые продукты, а также реализовать сквозную технологию их производства.

Проблема продовольственной безопасности является актуальной во всем мире, и её исследования проводится в различных странах. В отличие от исследований-аналогов, в настоящем проекте решается комплексная задача по увязке проблемы обеспечения доступности для жителей северных регионов РФ, обогащенными эссенциальными минералами и витаминами продуктами питания, проблем их экономической доступности, а разработки технических и технологических решения, необходимых для их производства.

Методика и результаты комплексного анализа для выбора территорий – источников пищевого сырья соответствует мировому уровню, поскольку основана на выявлении взаимосвязанных факторов, влияющих на выбор поставщиков сельскохозяйственного сырья для производства функциональных пищевых продуктов, включающая оценку наличие необходимых пахотных земель в разрезе видов пищевого сырья и регионов страны; продуктивность земледелия и его качество, наличие надежных поставщиков пищевого сырья в рамках сквозных технологий производства функциональных пищевых продуктов. Впервые выполнен анализ и обоснование выбора биохимических провинций – источников пищевого сырья в привязке к сквозным технологиям производства функциональных продуктов в России с учетом имеющихся ограничений.

Комплексный анализ и оценка методов обогащения для предприятий пищевой промышленности и выбор перспективного метода обогащения, позволили выявить новые оригинальные технических решения и приступить к их патентованию. Мировому уровню отвечают разработанные рецептуры перспективных вариантов функциональных продуктов и технологический регламент на изготовление быстровосстанавливаемых функциональных пищевых продуктов.

Полученные при реализации проекта теоретические и экспериментальные результаты будут востребованы в агропромышленном комплексе и пищевой промышленности при разработке и реализации инвестиционных проектов по созданию новых и совершенствованию действующих производств функциональных пищевых продуктов на территории РФ. Результаты работ по созданию новых функциональных пищевых продуктов для жителей северных регионов РФ могут быть использованы как модельные для решения проблем обеспечения жителей других регионов эссенциальными микро-, макроэлементами и витаминами. Также, результаты исследований будут востребованы при разработке новых обогащенных продуктов питания целевого назначения. Результаты исследований количественного содержания эссенциальных минералов и витаминов в сырье и пищевых продуктов могут быть востребованы в различных областях социальной сферы при решении проблем обеспечения их доступности для жителей страны, а также при обучении и переподготовки специалистов. Внедрение результатов проекта осуществляется на производственной базе индустриального партнера и в научно-образовательном пространстве ПетрГУ. Полученные результаты могут быть использованы для разработки перспективного оборудования для производства различных функциональных пищевых продуктов, проведения заказных исследований для предприятий, оказания инжиниринговых услуг по разработке и реализации инвестиционных проектов, для продажи лицензий на объекты интеллектуальной собственности. Реализация ПНИЭР повысит конкурентоспособность и экспортный потенциал индустриального партнера.

В ходе последующего выполнения проекта будут также разрабатываться и осваиваться на производстве для реализации на внутреннем рынке и на экспорт функциональные монопродукты, функциональные сухие смеси для легкого приготовления, функциональные консервированные супы, которые смогут обеспечить качественным полноценным питанием население северных регионов Российской Федерации в объемах, повышающих продовольственную безопасность этих регионов. Данные функциональные пищевые смеси, монопродукты и консервированные супы будут предназначены для систематического употребления в составе пищевых рационов всеми возрастными группами населения, и направлены на снижение риска развития заболеваний, связанных с питанием, предотвращение дефицита минералов и витаминов в организме человека. Функциональные пищевые ингредиенты будут входить в состав разрабатываемых функциональных пищевых продуктов в количестве не менее 15 % и не более 50 % от суточной физиологической потребности в расчете на одну порцию продукта.

Разработанные в ходе проекта новые технические и технологические решения лягут в основу новых образцов пищевого оборудования, которое будет обеспечивать эффективное выполнение технологических операций при производстве новых функциональных пищевых продуктов. Полученные результаты также могут быть востребованы для разработки усовершенствованных видов существующего пищевого оборудования для производства функциональных пищевых продуктов.

Результаты исследования и разработка позволят реализовать эффективную сквозную технологию и сформировать высокотехнологичное производство, которое будет обеспечивать промышленное производство необходимых для повышения продовольственной безопасности населения Севера РФ и страны в целом функциональных пищевых продуктов.

Полученные результаты могут повлиять на развитие научно-технических знаний в области формирования сквозных технологий и разработки нового оборудования для производства обогащения продуктов питания эссенциальными минералами и витаминами.

Новые производства, реализованные по разработанным организационно-технологическим принципам, могут лечь в основу создания специализированных секторов экономики, где будут решать проблемы обеспечения продовольственной безопасности страны и её отдельных регионов. Проводимые исследования имеют значительные перспективы по охвату вовлечения различных специализированных научных, материаловедческих и промышленных организаций при решении проблем продовольственной безопасности. Реализация проекта позволила значительно усилить научно-практический потенциал ПетрГУ при решении широкого круга задач пищевой промышленной страны. Проработка научных знаний в области обогащения продуктов питания эссенциальными минералами и витаминами позволит выйти на новые технические и технологические решения для пищевой отрасли, а также развить соответствующую теорию. Решение задач экономического планирования позволит качественно увязывать технологический потенциал промышленности со сложившейся экономической ситуацией и выхода на наиболее оптимальные решения как с учетом решения проблем продовольственной безопасности страны и экономической устойчивости отечественной пищевой промышленности.