В пищевой промышленности нанотехнологии и наноматериалы широко применяются при производстве эмульгаторов, стабилизаторов, консервантов. Нанотехнологические добавки способны изменять вкус и питательные свойства продуктов и являются компонентами хрустящих булочек, шоколадных кремов, изысканных сыров и других продуктов. Анализ публикаций показывает, что в настоящее время за рубежом проводятся интенсивные исследования в области пищевых производств по следующим основным направлениям: разработка технологий производства наночастиц, нанонитей и нанокапсул; разработка нанокомпозиций для пищевых продуктов заданного состава с необходимыми органолептическими показателями; разработка новых упаковочных материалов с использованием нанотехнологиий, обеспечивающих высокую сохраняемость и безопасность готового продукта.

Для координации работ в области пищевых нанотехнологий в Европе образован специальный консорциум исследователей, аналогичный центр есть в США. К примеру, фирма «Nestle» со своим исследовательским центром Nestle Research Center в 2004 г. вложила 54 млн долл. в научные исследования в области пищевых нанотехнологий.

Перспективным направлением является использование фильтров и мембран на основе наноматериалов для очистки воды и воздуха, опреснения морской воды и других целей. Наночастицы серебра проявляют высокую активность по отношению к дрожжевым клеткам, вызывая их гибель сразу после контакта.

Нанесение на поверхность таких наночастиц позволяет получить фильтрующие материалы с улучшенными, а иногда новыми свойствами, такими как бактерицидность, каталитическая активность,избирательная адсорбция и др. Наноагрегаты серебра используют в элементах для изготовления бактерицидных фильтров. Их применяют для обработки воды, особенно в паводковые периоды, а также в установках обеззараживания бытовых канализационных стоков. ООО «Атомэнергохимочистка» разработаны нанопорошковые пасты на основе оксидов металлов, которые используют в технологиях очистки сточных вод предприятий, в том числе от ионов тяжелых металлов. Для очистки воды от мышьяка выпускают фильтры на основе наноматериалов (наноразмерные фазы оксидов металла, нанесенные на инертный носитель). Фильтры на основе наноматериалов широко применяются также в технологиях очистки соков. Новые технологические возможности мембранной фильтрации открывает нанофильтрация.

Компания «Элевар» (г. Москва) предлагает фильтрационную установку МФС для очистки и стабилизации напитков; осветления и очистки сиропов, соков и экстрактов. Она состоит из фильтрациионных модулей (циркуляционных контуров), последовательно соединенных в каскад. По желанию заказчика в каскад могут входить два-пять модулей. Под давлением часть жидкости проходит через мембрану (фильтр) и удаляется из установки. Концентрат последовательно проходит через все фильтрационные модули с отводом фильтрата от каждого. Из последнего модуля концентрат через регулятор расхода подаетсяпотребителю. Система управления позволяет эксплуатировать установку в автоматическом режиме.

НПО «Керамикфильтр» также разрабатывает и производит керамические нанофильтры для технологий разделения, очистки и концентрирования соков. Керамическое мембраны представляют собой селективные слои сетчатой структуры из супертонких керамических волокон, связанных с подложкой керамической связкой.

В молочной промышленности нанофильтрация позволяет вы делить антибиотики, витамины, белки из молока и сыворотки припроизводстве как традиционных, так и новых продуктов, способных восполнить потребности значительной части населения в ассортименте новой экологически чистой продукции. Компания «Элевар» совместно с дочерней компанией «Биокон» на протяжении пяти лет занимается разработкой оборудования и технологий для наномембранных процессов в области биотехнологии, пищевой и молочной промышленности. К ним относятся:

·         мембранная микрофильтрационная установка «Обрат» для холодной стерилизации обезжиренного молока без тепловой пастеризации;

·         ультрафильтрационная установка «Калье» и фильтрационная установки на полимерных мембранных рулонных элементах «УФС240, 360Элевар» для получения концентрата сквашенного молока, используемого в производстве кисломолочных продуктов, в том числе питьевых йогуртов и традиционного творога.

Производительность установок в зависимости от числа фильтрационных модулей составляет 111 м3/ч. К основным достоинствам мембранных установок также можно отнести:

·         несложные процедуры безразборной мойки, регенерации и замены мембран; длительный срок их эксплуатации (не менее трех лет) и стойкость;

·         малую занимаемую площадь;

·         простоту контроля процесса фильтрации;

·         исключение влияния человеческого фактора.

Использование установки «Калье» позволяет увеличить выход товарной продукции на 1520% благодаря снижению потерь белка с сывороткой, а использование установок УФС240, 360 — сократить расход молока, к примеру, в производстве сыра. В зависимости от условий окупаемость оборудования может колебаться от двух месяцев до полутора лет, поскольку его стоимость значительно ниже зарубежных аналогов.

 
Одним из наиболее интересных примеров является использование различных наномембранных технологий для фракционирования молочных белков при переработке подсырной сыворотки в высококачественный заменитель жира (технология компании «APV»)

Вместе с технологией мембранной фильтрации применялась тепловая обработка белка, в результате получился продукт, по вкусу напоминающий молочный жир. Сфера его применения достаточно широка.

Например, он может быть добавлен вновь в молоко, предназначенное для выработки сыра типа Гауда, содержащего на 50% меньше жира, чем обычный, однако с таким же насыщенным «жирным» вкусом.

Схема применения технологий мембранной фильтрации компании «APV» для фракционирования белка, концентрации сывороточного белка, лактозы и получения воды (используемой затем для санитар ной мойки оборудования) имеет следующие преимущества:

·         меньшее количество операций по обработке молока, предназначенного для выработки сыра (далее сырное молоко);

·         меньший объем классической подсырной сыворотки (после процесса изготовления сыра);

·         сокращение продолжительности коагуляции;

·         снижение количества сычужного фермента;

·         повышение твердости сырного зерна;

·         значительное повышение выхода продукта;

·         использование процесса микропартикуляции (одной из разновидностей микрофильтрации) для достижения более высокого выхода продукта и получения низкожирного сыра с отличным вкусом.  Компания «APV» поставила на молокоперерабатывающий завод установку для производства сухого молока, богатого казеином, также с применением современной технологии мембранной фильтрации APV. Особенность таких порошкообразных продуктов состоит в том, что они могут быть добавлены в молоко в процессе производства творога или сыра с целью увеличения доли сухих веществ. Это делается для того, чтобы после коагуляции все компоненты преобразовались в творог или сыр практически без образования отходов в виде сыворотки. Преимущества данного процесса по сравнению с традиционным заключаются в следующем: при производстве 20 т творога или домашнего сыра традиционным способом требуется 52 т молока и образуется 32 т сыворотки, тогда как при использовании новой технологии APV требуется только 19 т молока и 1 т сухого продукта.

Поэтому в зависимости от стоимости сырого молока производители сыра могут сэкономить до 1,8 млн долл. в год при производстве 20 т творога или домашнего сыра в сутки.

Преимущества получения и использования концентрата сывороточного белка для повышения ценности производимого продукта:

·         сывороточные белки удаляются из молока до процесса производства сыра, что обеспечивает высокое качество сыворотки;

·         отсутствие потребности в обработке сыворотки до процесса ультрафильтрации;

·         высокое качество сыра с низкими содержанием жира и уровнем денатурации белка;

·         возможность производства большого ассортимента продуктов;

·         высокая функциональность (более высокая степень растворения белка и улучшение его качества);

·         отсутствие остатков сычужного фермента, заквасочной культуры и вторичной микрофлоры в сыворотке;

·         снижение объема классической сыворотки.

Ультрафильтрация широко используется за рубежом для управления ароматом, цветом и другими свойствами пищевых продуктов. В США этот процесс используют с начала 1990х гг. С помощью ультрафильтрации можно отфильтровать бактерии молока. Такая стерилизация продлевает срок годности молока в 1,5 раза. Кроме того, ее используют для фильтрации пива, вина, уксуса. Большие перспективы ожидают наномембраносепарацию в защите окружающей среды. Наноструктурные материалы открыли новые перспективы для очистки грунтовых вод, в том числе от тяжелых металлов.

Материалы из научного аналитического обзора В. Ф. Федоренко