Исследовательская работа ПЕРЕРАБОТКА ПИЩЕВЫХ ОТХОДОВ КАК СПОСОБ СОХРАНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И СЕМЕЙНОГО БЮДЖЕТА

Министерство образования и науки Республики Коми

Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение

«Сыктывкарский торгово-экономический колледж»

XV Всероссийская молодежная научно-практическая конференция

«Исследования молодежи – экономике, производству, образованию»

Секция: «Экология и охрана окружающей среды»

ПЕРЕРАБОТКА ПИЩЕВЫХ ОТХОДОВ

КАК СПОСОБ СОХРАНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

И СЕМЕЙНОГО БЮДЖЕТА

Выполнили:

Шучалин Артём Андреевич,

Тимушев Василий Витальевич,

курс I, группа ПК-11

профессия 43.01.09 «Повар, кондитер»

Научный руководитель-

Черепянская Н.Ф., преподаватель

Сыктывкар, 2024 г

Введение 3

1. Пищевые отходы и способы их переработки 5

2. Физико-химические технологии, используемые в пищевом производстве 8

2. Сублимация как физический и химический процессы 10

3. Физиология питания 12

4. Практическая часть 14

5. Выводы и заключение 16

6. Список информационных источников 16

Приложения:

1. Таблица 1. Категории пищевых отходов

2. Таблица 2. Физико-химические технологии в пищевом производстве

3. Таблица 3. Способы тепловой кулинарной обработки продуктов

4. Таблица 4. Некоторые сведения о витаминах

5. Глоссарий

6. Сборник рецептов блюд из пищевых отходов

7. Справка (отчет) на антиплагиат

Пищевые отходы представляют собой серьёзную угрозу для окружающей среды, поскольку они могут привести к загрязнению почвы, воды и воздуха. Кроме того, они являются источником парниковых газов, что усугубляет проблему изменения климата. Для решения этой проблемы необходимо принимать меры на всех уровнях, от домохозяйств до правительств. Необходимо внедрять системы раздельного сбора мусора, развивать технологии переработки пищевых отходов и поощрять использование возобновляемых источников энергии. Также важно обучать население культуре обращения с отходами.

В данной работе исследованы физико-химические технологии переработки пищевых отходов, в частности способы приготовления кулинарных блюд из пищевых отходов.

Проблема исследования заключается в следующем: выбрасывается большое количество пищевых отходов, что неблагоприятно влияет на окружающую среду и возрастает нагрузка по утилизации мусора. Около 8-10% выбросов парниковых газов связаны с неиспользованными продуктами питания. По данным Минприроды в среднем каждый россиянин выбрасывает около 88 килограммов еды в год. Общий объем пищевых отходов в стране составляет 17,9 млн тонн ежегодно. При этом мало кто задумывается об использовании пищевых отходов в приготовлении вкусных завтраков, обедов и ужинов.

Актуальность исследования для нас, будущих специалистов поварского и кондитерского дела, заключается в изучении физико-химических процессов, используемых для приготовления кулинарных блюд и кондитерских изделий из пищевых отходов. Особенно, это важно для сохранения окружающей среды и экономии семейного бюджета.

Гипотеза исследования: изучение физико-химических процессов, используемых в кулинарных технологиях, позволит нам приобрести практические умения для приготовления блюд из пищевых отходов, сохранить семейный бюджет и проявить заботу об окружающей среде.

Цель работы: приобрести знания о физико-химических процессах, используемых в кулинарных и кондитерских технологиях для приготовления блюд из пищевых отходов.

Для осуществления цели необходимо решить следующие задачи:

1. Изучить источники информации по данной проблеме: категории пищевых отходов, возможности их переработки и вторичного применения, способы приготовления блюд из пищевых отходов на основе физико-химических процессов.

2. Приготовить в домашних условиях блюда их пищевых отходов.

3. Рассчитать бюджет готового продукта.

4. Разработать рецепты приготовления некоторых блюд из пищевых отходов.

В ходе работы использовали следующие методы:

1. Теоретические: анализ и систематизация источников информации.

2. Практический:

• приготовление блюд из пищевых отходов;

• разработка рецептов блюд из пищевых отходов.

Объектом исследования являются пищевые отходы.

Предметом исследования являются физико-химические технологии для переработки пищевых отходов и способы приготовления блюд из пищевых отходов.

Новизна работы обусловлена изучением основных экологических проблем, связанных с пищевыми отходами, а также способами решения переработки отходов, основанных на физико-химических технологиях.

В процессе исследовательской работы на основе эксперимента разработаны готовые рецепты некоторых блюд из пищевых отходов, например, варенье из мандариновых корочек и кекс из жмыха. Проведен расчет стоимости приготовленного продукта. Сравнение цены на аналогичные продукты в розничной торговле показал значительную экономическую выгоду для семейного бюджета. Поэтому важно рационализировать потребление, в производстве минимизировать количество брака и отходов, а в домашних условиях научиться готовить вкусную еду из пищевых отходов.

Результатом работы является сборник рецептов блюд из пищевых отходов.

1. Пищевые отходы и способы их переработки

В категорию пищевых отходов относятся продукты, которые можно употребить в пищу, но которые по какой-то причине остаются невостребованными. В категорию пищевых включают отходы на производстве и на всех этапах реализации продуктов населению, остатки после сбора урожая, а также еду, оставшуюся без употребления: например, засохший хлеб, картофельные очистки, яичная скорлупа, залежавшиеся яблоки в холодильнике и т.д.

Законодательство выделяет пять классов отходов: 1 и 2 - чрезвычайно и высоко-опасные отходы, 3 класс - умеренно опасные, 4 – малоопасные отходы, 5 класс - неопасные отходы. Пищевые отходы относятся к 3-5 классам. Но в некоторых случаях они могут быть и в других категориях. Например, ко 2 классу опасности относят семена зерновых, корнеплодных и других культур, обработанные ядохимикатами. В 3 класс входят пищевые ароматизаторы на масляной основе и растительные масла, используемые при обжарке овощей. Экосистемам придется восстанавливаться 10 лет после вреда, нанесенного этими отходами. К 4 классу относится некондиционная молочная продукция, остатки необработанных фруктов и овощей, сыры, которые стали непригодны для еды, и ряд других пищевых отходов. Они в плане опасности находятся в одной категории, например, со старой спецодеждой, резиновыми перчатками и коврами. Если такой мусор окажется в природе, на восстановление ущерба потребуется не менее трех лет. К пятому классу отходов относятся стебли подсолнечника и кукурузы и некоторые другие отходы, образующиеся при сборе урожая, а также, например, хлеб недлительного срока хранения, специи и соусы, молоко и мороженое, ставшие непригодными для употребления [3]. Также пищевые отходы классифицируют по происхождению на растительные и животные и агрегатному состоянию твердые и жидкие. Классификация категории пищевых отходов представлена в таблице № 1 «Категории пищевых отходов» (Приложение 1).

Безвредность этих отходов условная. Выброшенные на стихийные свалки, они могут стать источником возникновения и распространения инфекции и вредных газов. В основном речь идет об остатках продуктов питания, овощных очистках и обрезках, отходы мясопродуктов, рыбы и птицы, мучных изделий. По опасности они относятся к 5 классу. Это означает, что для обращения с ними, хранения и транспортировки не требуется лицензия. Не самый очевидный источник загрязнения окружающей среды, но при этом создающий много проблем. Пищевые отходы несут серьезные риски для окружающей среды, поскольку становятся источником парниковых газов, благоприятной средой для размножения патогенных микроорганизмов и, соответственно, распространения заболеваемости.

Когда мы в городе убираем со стола после ужина, мысли о том, что эти остатки еды могут сгодиться на что-либо, не возникает. Но в сельской местности домашние животные это с удовольствием съедят.

Понятие отходов значительно шире и возможности переработки тоже. Например, кожура апельсинов - ценный ресурс. Из нее можно добыть пектин, d-лимонен (известный растворитель), эфирные масла для пищевой и косметической промышленности, использовать как ресурс для «зеленого топлива» или компост-материал.

Какую еще пользу можно извлечь из тонн пищевых отходов?

• Перегной - идеальное удобрение для сельхозугодий. Бесплатно и без лишних хлопот.

• Корм для животных и рыб при условии тепловой обработки.

• Получение энергии. Методика может быть основана на термической обработке. Обычно это просто сжигание в печи. Но появляются разные способы получения энергии. Например, пиролиз: отходы измельчают и подвергают термической обработке без доступа кислорода. В результате получается жидкое топливо и газ, которые используют для получения тепла и электричества. Плазменная газификация подразумевает использование плазменной горелки: под воздействием высокой температуры органика преобразуется в синтетический газ, при этом побочных отходов после не остается. Однако есть минус - это дорого. И не всегда безопасно. Также получить энергию из пищевых отходов можно с помощью анаэробной переработки, путем водородного или метанового сбраживания биомассы в реакторе - это называется анаэробным сбраживанием. Такое устройство устанавливают на предприятиях, утилизируя в нем «некондицию», а полученную энергию используют для отопления помещений и освещения территорий. Уменьшить количество отходов можно с помощью прессования или дегидратации. Органические массы под давлением компактора превращаются в брикеты и их используют как топливо.

Способы предотвращения появления пищевых отходов:

• Планирование: производить именно то, что нужно потребителю, и в нужном количестве. Внутри семьи полезно составлять списки перед походом в магазин, регулярно устраивать инвентаризацию холодильника. Если вы постоянно выбрасываете испорченные яблоки, возможно, в следующий раз стоит купить не упаковку, а именно то количество, которое вы точно съедите.

• Полезные практики распределения. В праздники многие готовят в больших количествах, и если какие-то блюда остаются невостребованными, угощают на работе или учебе всех желающих, которые могут выбрать оттуда то, что им по вкусу. А еще можно замораживать оставшиеся после приготовления пищи и ужинов мясные обрезки, косточки и делать сухари из оставшегося хлеба для приютов бездомных животных.

• Новые технологии. Ученые и ответственный бизнес придумывают новые решения, которые помогут предупредить появление отходов или эффективно и экологично от них избавиться. Например, таиландский стартап Eden Agritech создал и запатентовал технологию Naturen. Это безвредное съедобное вещество (без химикатов), которым покрывают еду, из-за чего она не портится дольше обычного. 

• Акции и скидки. В магазинах товары с браком упаковки или истекающим сроком годности выставляют на полки по выгодной цене.

• Просвещение и вовлечение.

1. Физико-химические технологии, используемые в пищевом производстве

В пищевом производстве, в том числе для переработки пищевых отходов используются физико-химические технологии, такие как термическая и механическая обработка продуктов, заморозка, конвекция, сублимация, эмульгация и т.п. Физико-химические процессы кулинарной обработки пищи представлены в таблице № 2 (Приложение 2). Способы тепловой кулинарной обработки представлены в таблице № 3 (Приложение 3).

Кулинарная обработка, особенно тепловая, вызывает в продуктах глубокие физико-химические изменения. Эти изменения могут приводить к потерям питательных веществ, существенно влиять на усвояемость и пищевую ценность продуктов, изменять их цвет, приводить к образованию новых вкусовых и ароматических веществ.

Поэтому, мы более подробно мы рассмотрим процесс сублимации, т.к. производство блюд из пищевых отходов методом сублимационной сушки имеет очевидные преимущества с точки зрения органолептических и кулинарных свойств обезвоживаемых продуктов.

Сублимация продуктов (от лат. sublimo — «возвышать») - это один из методов консервирования. Он представляет собой удаление влаги из свежих продуктов вакуумным способом, что позволяет уменьшить массу в 5 - 10 раз. Все полезные вещества и вкусовые качества консервируемой еды при этом сохраняются. 

Однако технология приготовления блюд, предназначенных для консервирования методом сублимационной сушки, отличается от приемов производства их в общественном питании прежде всего тем, что для сублимационной сушки готовится овоще-мясная смесь с минимально, возможным количеством мясного бульона. Кроме того, учитывая повышенную хрупкость продуктов сублимационной сушки, компоненты блюда варят до полуготовности. Имеются также и другие отличия (порядок поступления сваренных овощей на смешивание, способ приготовления заправки, форма и размеры нарезанных овощей).

Важное значение при сублимационной сушке готовых блюд имеет подбор величины кусочков отдельных компонентов, так как при одинаковом режиме сушки и продолжительности процесса необходимо получить овоще-мясную смесь, основные компоненты которой имели бы равную или близкую к заданному значению конечную влажность.

Исследования показали, что мясо и овощи (картофель, свекла, морковь, белый корень) должны иметь форму кубиков с размером граней 8 мм, капуста белокочанная - форму стружки шириной 9 - 10 мм, лук репчатый целесообразно нарезать на пластинки размером 6 x 6 x 2 мм, а фасоль сушить в целом виде. Такое комбинационное сочетание формы и размеров компонентов способствует более равномерному распределению их в смеси, что в целом обеспечивает высушивание основных компонентов блюда за один цикл сушки практически до единого значения конечной влажности.

Концентраты блюд сублимационной сушки фасуют насыпью в металлические банки, или в полимерные пакеты на основе алюминиевой фольги. Относительная влажность воздуха в помещении фасовки должна быть 35 - 40%. Сублимированная пища может храниться до 25 лет при температурах от -50 °C до +50 °C.

Сублимация - процесс перехода вещества из твердого состояния в газообразное, минуя при этом жидкое. По-другому она называется возгонкой вещества. Этому процессу сопутствует поглощение энергии (в физике эта энергия имеет название «теплота сублимации»).

Десублимация - напротив, процесс перехода вещества из газообразного в твердое состояние. Еще одно название данного процесса - «депозиция». Она является полностью противоположной сублимации. При депозиции энергия выделяется, а не поглощается, причем в очень больших количествах.

Этот процесс представляет собой эндотермический фазовый переход, происходящий при температуре и давлении ниже тройной точки вещества.

Тройная точка - это точка, в которой давление и температура вещества таковы, что оно может существовать во всех трех состояниях вещества одновременно. Тройная точка является характерной точкой вещества.

При нормальном давлении большинство химических соединений и элементов при различных температурах демонстрируют три различных состояния. В этих случаях переход из твердого состояния в газообразное обычно сопровождается промежуточным жидким состоянием. Давление относится именно к парциальному давлению самого вещества, а не к общему давлению всей системы, например, атмосферному. Поэтому любое твердое вещество может подвергнуться сублимации, если давление его паров превышает окружающее парциальное давление вещества, причем в некоторых случаях сублимация происходит с заметной скоростью.

Некоторые вещества проявляют большую склонность к сублимации по сравнению с испарением из жидкого состояния. Это часто связано с тем, что они имеют значительно высокое давление тройной точки, что создает трудности при получении их в жидком состоянии. Молярная теплота сублимации (или энтальпия) - это количество энергии, которое необходимо приложить к молю твердого вещества при постоянном давлении, чтобы превратить его непосредственно в газ (без перехода в жидкую фазу).

Катализаторами сублимации в физике может служить почти все, что угодно. Иногда вещества сублимируются, когда достигают определенной температуры. Как правило, речь идет о температуре выше средней, однако есть некоторые исключения, когда вещества «возгоняются» при отрицательных значениях. Иногда катализатором этого процесса может являться кислород. В таких случаях вещество будет переходить в газообразное вещество при контакте с воздухом.

Для десублимации катализаторы ровным счетом аналогичные, однако нужно уловить одну закономерность: все параметры, за исключением некоторых особых химических реакций, будут с отрицательным знаком.

Примеры возгонки: сухой лед, высыхание белья на морозе (казалось бы, оно должно вернуться застывшим, однако возвращается полностью сухим. Связано это с тем, что произошла сублимация молекул воды.

Происходит процесс десублимации при крайне резком похолодании и слишком быстром прохождении точки росы. Такое явление широко распространено: появление инея, узора на окнах зимой возникают из-за большой разницы между температурами на улице и в помещении.

Процесс сублимации, помимо того, что он часто встречается в природе, нашел широкое распространение в бытовых вопросах. Обусловлено это удобством, а также малой токсичностью вещей, склонных к этому процессу.

Интересно отметить, что в химии способность веществ к сублимации нередко является основополагающей причиной качественной реакции.

Сублимация в химии. Органические соединения с ковалентными связями обладают большей склонностью к сублимации по сравнению с ионными молекулами. Это объясняется тем, что связи в органических соединениях могут быть разорваны с относительно небольшими затратами энергии. Процесс сублимации включает в себя следующие этапы: нагрев твердого вещества; конденсация газа и сбор сублимата: твердое вещество, полученное в результате процесса сублимации, называется сублиматом. Он собирается и хранится в чистом, сухом контейнере. Чистоту сублимата можно повысить, повторив процесс сублимации несколько раз.

Кристаллический йод и затвердевший углекислый газ являются химическими веществами, которые сублимируют при стандартных температурах окружающей среды и атмосферном давлении. Однако подавляющее большинство химических соединений и элементов могут существовать во всех трех формах (твердой, жидкой и газообразной) при стандартных давлениях и температурах. В таких случаях для перехода твердого тела в газ необходима стадия перехода жидкости в газ.

При нагревании твердого хлорида аммония он диссоциирует на хлористый водород и аммиак. В результате этой химической реакции образуются различные продукты. Отсюда можно сделать вывод, что данный процесс является химическим по своей природе, а не сублимационным. Твердые соединения, подвергающиеся сублимации, обычно имеют слабые межмолекулярные силы.

1. Физиология питания

Удивительна история питания человека. Наши предки употребляли как растительную, так и животную пищу. Такое разнообразие оказало существенное влияние на развитие всего организма предка человека и особенно его мозга. Питание человека менялось в ходе исторического развития цивилизации. Все пищевые вещества продуктов подразделяются на макро и микронутриенты. К основным пищевым вещества относятся белки, жиры и углеводы.

Микронутриенты – витамины, минеральные вещества-нужны человеку в очень малых количествах; они не являются источниками энергии, но участвуют в усвоении энергии пищи, в регуляции процессов роста и развития организма.

Среди пищевых веществ есть и такие, которые не образуются в организме. Они относятся к незаменимым и обязательно должны поступать вместе с пищей. Отсутствие любого из незаменимых пищевых веществ приводит к заболеваниям. Это: углеводы-глюкоза; жиры-линолевая и линоленовая кислоты; аминокислоты-лейцин, лизин, фенилаланин, треонин, валин, гистидин и др.; минеральные вещества-кальций, фосфор, магний, железо, натрий, йод, кремний; витамины- жирорастворимые(А,Д,К,); водорастворимые (В₁,В₂,РР,,В_6, В₁₂В₁₅,_,С),вода. Витамины в организме истощаются за несколько месяцев (витамин С-50-120 сут., В₂, РР-60-50 сут.,В₁-30-50 сут.) запаса воды хватает на 3-4 суток.

Витамины содержатся почти во всех пищевых продуктах, однако некоторые продукты для повышения их пищевой ценности подвергают искусственной витаминизации: молоко, кефир, сливочное масло ,кондитерские изделия и др. Готовые первые и третьи блюда обогащают аскорбиновой кислотой(для детей и подростков в возрасте от12-17 лет 70 мг; для взрослых 80мг.). Аскорбиновую кислоту вводят в блюда в виде порошка или таблеток, предварительно растворенных в небольшом количестве пищи. Особое внимание витаминизации пищи уделяется в образовании, в лечебных учреждениях. Данные представлены в Приложении 4, таблице № 4 «Некоторые сведения о витаминах» (Приложение 4).

В процессе хранения и кулинарной обработке пищевых продуктов некоторые витамины разрушаются, особенно витамин С. Отрицательным факторам, снижающими С-витаминную активность овощей и плодов. являются: солнечный свет, кислород воздуха, высокая температура, щелочная среда ,соли тяжелых металлов, повышенная влажность воздуха и вода, в которой витамин хорошо растворяется, ускоряют процесс его разрушения ферменты ,содержащихся в пищевых продуктах. Необходимо учитывать условия, при которых возможно сохранить витамин С в продуктах и блюдах: температура хранения- не выше 3 градусов, относительная влажность-85-90%, отсутствие дневного освещения.

Витамины группы В при кулинарной обработке продуктов в основном сохраняются. Но следует помнить, что щелочная среда разрушает эти витамины.

Витамины необходимы для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов. Они участвуют в процессах обмена веществ. К химическим факторам, влияющим на жизнедеятельность микроорганизмов, относятся концентрация растворенных веществ, кислотность, действие ингибиторов и окислительно-восстановительные условия среды.

Высокая концентрация растворенных веществ среде, главным образом сахаров и солей, имеет важное значение, происходит обезвоживание микроорганизмов, и они погибают. На явление плазмолиза основано консервирование пищевых продуктов (сгущёное молоко с сахаром, варенье, соленая рыба и др.).

Каждый вид микроорганизмов может размножаться при строго определенной рН среды. Это используют для создания условий для выращивания полезных, и для борьбы с вредными микроорганизмами. Например, чтобы не развивалась тягучая болезнь в хлебобулочных изделиях, повышают кислотность теста. В процессе жизнедеятельности микроорганизмы изменяют реакцию среды в результате выделения клетками продуктов обмена веществ, влияющих на кислотность (Приложение 5. Глоссарий).

1. Практическая часть

Практическая часть выполнялась с целью приготовить блюда из пищевых отходов на основе физико-химических процессов и рассчитать экономию семейного бюджета.

Нами были приготовлены: варенье из апельсиновых корочек; кексы из жмыха; блюда с использованием сублимационной сушки.

Рассмотрим практическую часть на примере приготовления варенья из мандариновых корок.

Ингредиенты:

• Мандариновые корки – 600г

• Сахар – 300г

• Вода – 500 мл

• Лимон – 40г

Способ приготовления:

1. Промыть мандариновые корки под проточной водой . Помыть лимон, затем нарезать небольшими дольками и удалить косточки.

2. Предварительно промыть банки для варенья с содой.

3. Корки от мандарина нарезать на маленькие кусочки. Залить водой на 10-12 часов. (менять через каждые 3-4 часа).

4. Положить в кастрюли из нержавеющей стали кожуру, залить её водой и варить на среднем огне до кипения.

5. После кипения добавить сахар и снова вскипятить. Далее варить 25 минут.

6. Добавить мелко нарезанный лимон и проварить ещё 35-40 минут.

7. Готовое варенье разлить по банкам промытых содой. Остудить и хранить в холодильнике.

Бюджет блюда

В результате получилось 500г готового продукта из пищевых отходов - мандариновых корок - варенья. На приготовление варенья мы потратили всего 23,96 руб. На маркетплейсах, в частности, на OZON мы нашли подобный продукт стоимостью 78 руб за 100 г.

В итоге выгода семейного бюджета составила 366,04 руб.

1. Выводы и заключение

Теоретическая значимость исследования:

В результате исследовательской работы мы приобрели новые, важные знания и умения для нашей будущей профессии. Изучили физико-химические технологии переработки пищевых отходов, а также возможности на их основе приготовления блюд из пищевых отходов и способов сохранения пищевой ценности. Узнали о вариантах решения проблем загрязнения окружающей среды пищевыми отходами.

Практическое значение исследования:

1. Приготовили блюда из пищевых отходов.

2. На основе эксперимента разработали сборник рецептов блюд из пищевых отходов (Приложение 5)

3. Рассчитали стоимость приготовленного продукта и сравнили со стоимостью аналогичного продукта из магазинов розничной торговли. Доказали экономическую выгоду для семейного бюджета.

В заключении хотелось бы отметить, что одним из основных факторов, влияющих на экологию окружающей среды, является мусор и его утилизация. Переработка пищевых отходов способствует сохранению экологии и семейного бюджета. Гипотеза нашего исследования подтвердилась. Задачи выполнены. Цель исследования доказана.

1. ФГОС СПО 43.01.09 "Повар, кондитер"

2. Алексеев В.И. Системный анализ физико-химических закономерностей в технологии пищевых продуктов [Электронный ресурс] // URL: https://cyberleninka.ru/

3. Горелова А.А. Экологическая оценка и управление отходами потребления. / А.А. Горелова – М.: Издательство «Лань», 2017

4. Субракова Л. К. / Экономика обращения с пищевыми отходами в России. // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Экономика и управление. 2021. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/ekonomika-obrascheniya-s-pischevymi-othodami-v-rossii

5. Пищевые отходы: проблемы и пути решения [Электронный ресурс] // URL: https://eduherald.ru/ru/article/view?id=16588

6. Физико-химические процессы в молекулярной гастрономии/ международная научно-практическая конференция [Электронный ресурс] // URL: Студенческий форум-2023