Типичные морозильные камеры в домах и ресторанах играют неоценимую роль в хранении продуктов до тех пор, пока они не будут готовы к употреблению, но альтернативная технология обещает не только использовать гораздо меньше энергии, но и в то же время улучшить качество продуктов. Метод, известный как изохорное замораживание, изначально был разработан для криоконсервации тканей и органов для трансплантации, но недавно ученые начали изучать, как его можно широко использовать для хранения продуктов питания, и новое исследование выявило огромную экономию энергии, которую можно получить, если мы сделаем.
Изохорическое замораживание было первоначально разработано Борисом Рубинским из Калифорнийского университета в Беркли, который описал термодинамические принципы в исследовании, опубликованном в 2005 году. Идея заключалась в том, чтобы улучшить жизнеспособность тканей и органов для трансплантации, предотвращая образование вредных кристаллов льда во время их сохранения, которые повреждают биологические материалы и ограничивают успех этих процедур.
При обычном замораживании объект подвергается воздействию воздуха и температуры 0°C, в результате чего объект замерзает. Между тем изохорное замораживание включает помещение объекта в закрытую камеру, обычно сделанную из твердого пластика или металла, и погружение его в жидкость. По мере охлаждения камеры до заданной температуры жидкость защищает погружаемый объект от кристаллизации льда и лучше сохраняет свойства объекта.
«Экономия энергии достигается за счет отсутствия необходимости замораживать продукты полностью в твердое состояние, что требует огромного количества энергии, плюс нет необходимости прибегать к энергоемким протоколам хранения в холодильнике, таким как быстрое замораживание, чтобы избежать образования кристаллов льда», - говорит автор исследования Кристина Бильбао-Сайнц.
Идея использования изохорного замораживания для сохранения пищевых продуктов была изучена в ходе исследований с применением этой технологии к помидорам, картофелю и другим пищевым продуктам, которые, как правило, плохо переносят обычный процесс замораживания. Без повреждения льдом, с которым и нужно бороться, помидоры сохранили лучшую массу, форму, объем и цвет, а картофель не потерял веса и гораздо меньше потемнел. Другие исследования показывают, что изохорное замораживание также может убивать вредные бактерии.
В недавно опубликованном исследовании, проведенном Рубински, Бильбао-Сайнц и учеными из Министерства сельского хозяйства США и Калифорнийского университета в Беркли, рассматривается влияние изохорного замораживания на глобальную цепочку холодных продуктов. Хранение замороженных продуктов в условиях изохорного замораживания вместо обычных изобарических условий может не только улучшить их качество и позволить сохранить свежими продукты, такие как помидоры, картофель и даже листовую зелень, но и сэкономить огромное количество энергии.
«Полный переход на этот новый метод замораживания продуктов питания во всем мире может сократить потребление энергии на 6,5 миллиардов киловатт-часов каждый год, одновременно сократив выбросы углерода, связанные с производством этой энергии, на 4,6 миллиарда кг, что эквивалентно удалению примерно миллиона машин с дорог», - говорит Бильбао-Сайнц. «Эта экономия может быть достигнута без каких-либо существенных изменений в существующем оборудовании и инфраструктуре для производства замороженных продуктов, если производители продуктов питания примут эту концепцию».
Кристина Бильбао-Сайнс (справа) и исследователь-технолог по пищевым продуктам Роберто Авена-Бустильос с изохорными морозильными камерами. Фото: US Department of Agriculture
Оборудование, необходимое для изохорного замораживания, не является ни сложным, ни очень дорогим. Камеры, используемые в исследовательских проектах, были сделаны из толстостенной нержавеющей стали, но также могут быть изготовлены из более легких материалов, таких как композиты из пластика или углеродного волокна, при условии, что стенки жесткие. Эти специализированные камеры затем можно было бы разместить в обычных морозильных камерах в промышленных условиях или даже дома, добавив изохорную функциональность к типичной кухонной обстановке.
«Вся цепочка производства пищевых продуктов может использовать изохорное замораживание - от производителей до переработчиков пищевых продуктов, от производителей продуктов до оптовых и розничных продавцов», - говорит автор исследования Тара МакХью. «Этот процесс будет работать даже в морозильной камере у человека дома после того, как он купит продукт - и все это без каких-либо серьезных вложений в новое оборудование. Со всеми многочисленными потенциальными преимуществами, если эта инновационная концепция приживется, она может стать следующей революцией в мире замораживание продуктов».
Исследование было опубликовано в журнале Renewable Sustainable Energy Reviews.
Источник: US Department of Agriculture
