Эксперимент по длительному хранению в вечной мерзлоте продолжается (Российская Федерация)

К.Б. Гурьева, к.т.н., заведующая лабораторией, А.Н. Рогова, к.т.н., доц., учёный секретарь, С.Л. Белецкий, к.т.н., доц., заместитель заведующего лабораторией. ФГБУ НИИПХ Росрезерва

Эксперимент по длительному хранению в

вечной мерзлоте продолжается

1. Введение

В 2010 г. исполнилось 110 лет научному эксперименту по длительному хранению пищевых продуктов в условиях вечной мерзлоты, начало которому положил знаменитый ученый и большой патриот России Эдуард Васильевич Толль. Начиная с 1973 г., проведены пять экспедиций и широкомасштабных исследований, в которых приняли участие 12 научно-исследовательских институтов Россельхозакадемии и Росрезерва.

1.1. Вечная мерзлота как геологическое явление

В современном представлении «вечная мерзлота» – это часть земной поверхности, которая характеризуется отсутствием периодического протаивания в теплое время года. Данное явление характерно для верхней части земной коры, температура которой долгое время (от 2-3 лет до тысячелетий) не поднимается выше 0°C. В зоне многолетней мерзлоты грунтовые воды находятся в виде льда, ее глубина иногда превышает 1000 м. Общая площадь зоны – около 35 млн км², что составляет около 25% всей суши земного шара. Области распространения — север Аляски, Канады, Европы, Азии, острова Северного Ледовитого океана [1].

Содержание льда в промерзлых породах может достигать 90%, что делает лежащую сверху почву малопригодной для интенсивного использования, поскольку все процессы в ней идут куда более медленно.

В России вечной мерзлотой занято более 65% территории. Скованные льдом горные породы развиты на севере Европейской части России, Урала, севере Западной Сибири (примерно до широтного отрезка Оби), на большей части Восточной Сибири, Забайкалья и Дальнего Востока. Отрицательные температуры проникают в земную кору до глубины 1300-1500 м, минимальные их среднегодовые значения достигают минус 15– минус 160С.

1.2. Экономическая значимость вечной мерзлоты

Хозяйственное значение области вечной мерзлоты, или криолитозоны, как ее называют мерзлотоведы, трудно переоценить. Это − стратегический тыл экономики России, ее топливно-энергетическая база. В пределах криолитозоны России сосредоточено более 30% разведанных запасов всей нефти страны, около 60% природного газа, неисчислимые залежи каменного угля и торфа, большая часть гидроэнергоресурсов, запасов цветных металлов, золота и алмазов, огромные запасы древесины и пресной воды. Значительная часть этих природных богатств уже вовлечена в хозяйственный оборот. Создана дорогостоящая и уязвимая инфраструктура: нефтегазопромысловые объекты, магистральные нефте- и газопроводы протяженностью в тысячи километров, шахты и карьеры, гидроэлектростанции, возведены города и поселки, построены автомобильные и железные дороги, аэродромы и порты.

И хотя многолетняя мерзлота создает множество проблем для хозяйственной деятельности человека, от нее есть и большая польза. Вечная мерзлота является неиссякаемым источником естественного холода. 

Борьба за ресурсы Арктики − одна из центральных проблем, рассматриваемых в России в последние годы. Стратегия освоения Арктики и системообразующие принципы российской политики в регионе нашли отражение в документе «Основы государственной политики Российской Федерации в Арктике на период до 2020 г. и дальнейшую перспективу», утвержденном Президентом Российской Федерации Д.А. Медведевым 18 сентября 2008 г.

Главными целями государственной политики Российской Федерации в Арктике в сфере науки и технологий является − обеспечение достаточного уровня фундаментальных и прикладных научных исследований по накоплению знаний и созданию современных научных и геоинформационных основ управления арктическими территориями, включая разработку средств для решения задач обороны и безопасности, а также надежного функционирования систем жизнеобеспечения и производственной деятельности в природно-климатических условиях Арктики [2].

2. Экспериментальная часть

2.1. Научные экспедиции на полуостров Таймыр

ФГБУ НИИПХ Росрезерва (далее Институт), начиная с 1974 г., участвует в выполнении комплексной научной «Программы исследования возможности длительного хранения пищевых продуктов в условиях вечной мерзлоты на полуостров Таймыр» [3].

В рамках выполнения программы на Таймыр были проведены научные экспедиции в 1974, 1980, 2004 и 2010 гг.

Последняяэкспедиция на полуостров была организована в 2010 г. по инициативе клуба «Приключение» при поддержке Росрезерва, ФГБУ НИИПХ Росрезерва и участии 11 научно-исследовательских институтов Россельхозакадемии и являлась логическим продолжением ранее принятых программ Росрезерва по тематике длительного хранения пищевых продуктов в вечной мерзлоте [5].

Экспедицией предусматривалось выполнение научно-практической программы Россельхозакадемии «Исследования физико-химических и органолептических показателей качества пищевых продуктов при длительном хранении при нерегулируемых отрицательных температурах в условиях вечной мерзлоты» и научно-исследовательской программы Росрезерва «Исследование возможности длительного хранения семян, сырья и пищевых продуктов в условиях вечной мерзлоты в целях создания государственных запасов».

Основными задачами программы Росрезерва в 2010 г. являлись:

• продолжение накопления научных знаний по длительному хранению пищевых продуктов в условиях вечной мерзлоты;
• расширение ассортимента исследуемой продукции и закладка новой продукции: продовольственное зерно, хлебопродукты, семена;
• разработка предложений по созданию государственных запасов продуктов питания в арктической зоне.

По программе Росрезерва в 2010 г. для проведения исследований качества были изъяты из склада следующие продукты (табл. 1).

Таблица 1.

Таблица 2.

Для уточнения и регистрации температурных параметров в ёмкость Росрезерва в 2010 году были заложены специальные терморегистраторы, которые были предварительно запрограммированы снимать показания температуры один раз в сутки.

Для выполнения первого этапа научной программы Росрезерва Институтом (в лаборатории технологии длительного хранения продовольственных товаров и хлебопродуктов и в лаборатории экспертизы пищевых продуктов) были исследованы отобранные продукты.

Исследование качества пищевых продуктов после длительного хранения в складе п/о Заря на Таймыре в условиях вечной мерзлоты имело комплексный характер и включало:

• оценку состояния упаковочных материалов (тары);
• исследования органолептических и физико-химических показателей качества по нормативной документации на соответствующий вид продукции;
• оценку микробиологических и других санитарно-гигиенических показателей (СанПиН 2.3.2.1078-03);
• исследование токсичных элементов, в частности, олова в консервах, упакованных в металлическую тару.

По результатам было дано заключение о качестве и безопасности исследованных продуктов.

2.2. Результаты исследования качества и безопасности продукции

закладки 1980 г.

2.2.1. Рыбные консервы

В 2010 г. исследованы сардины балтийские в масле после 30 лет хранения в вечной мерзлоте. По маркировке рыбные консервы были изготовлены в мае 1980 г. и заложены на хранение в августе 1980 г.Тара – алюминиевые лакированные банки №3, без этикеток.

При оценке тары установлено, что банки сверху имели потертости и следы поржавления. Внутренняя поверхность банок – лакированная, состояние хорошее, без признаков коррозии.

При оценке органолептических показателей рыбных консервов было особое внимание обращено на состояние рыбы в банках и отмечены такие же дефекты, которые были найдены при исследовании в 2004 г., т.е. следующие отклонения от норм:

• сверху банок было отмечено наличие белой пленки, что не дало возможности судить о состоянии кожного покрова рыб;
• тушки рыб при выкладывании теряли форму, становясь кашеобразной массой;
• консистенция мяса рыбы была сильно размягченная;
• затруднительно было рассмотреть порядок укладывания рыбы в банках (из-за сильного размягчения рыбы);
• в банках отмечено сильное припекание рыбы к краям банки;
• масло из банок стекало в очень маленьких количествах.

Несмотря на отклонения в консистенции рыбы, вкус консервов был свойственным консервам данного вида с легкой горчинкой, в запахе отмечен слабый аромат коптильных добавок, посторонних запахов не выявлено. Состояние рыбных консервов не изменилось по сравнению с 2004 г.

Микробиологический анализ показал, что рыбные консервы после 30 лет хранения (с 1980 по 2010 гг.) в условиях вечной мерзлоты удовлетворяют требованиям промышленной стерильности для консервов группы “А” по санитарным нормам.

2.2.2. Растительное масло

В соответствии с Перечнем продуктов на длительное хранение в районах Крайнего Севера в 1980 г. было заложено масло растительное подсолнечное нерафинированное. Изготовитель − МПП СССР Союзмаргаринпром Мосжиркомбинат. Масло упаковано в ёмкости из полимерного материала вместимостью 500 мл. Изготовлено масло по ГОСТ 1129-73. В 2010 г. была вынута одна ёмкость и исследовано качество подсолнечного масла на соответствие необходимым требованиям. Полимерная ёмкость была целая.

Органолептические показатели имели следующие характеристики: запах и вкус – свойственное подсолнечному маслу, с небольшой горечью; прозрачность – прозрачное, небольшое помутнение, с небольшим осадком на дне; масло было недостаточно густое. В целом масло подсолнечное нерафинированное соответствовало по органолептическим показателям ГОСТ Р 52465-2005 для 2-го сорта.

По результатам исследований в 2010 г. показатель гидролитической порчи жира – кислотное число жира составил 1,6 мг КОН/г, т.е. укладывается в норму (не более 4,0 мг КОН/г), а показатель окислительной порчи - перекисное число жира превышает норму ГОСТ Р 52465-2005 и СанПиН 2.3.2.1078-01 (16,7 ммоль активного кислорода на кг при норме не более 10). Таким образом, в подсолнечном масле при столь длительном хранении даже при пониженных температурах протекают окислительные процессы.

Исследование жирнокислотного состава подсолнечного масла по ГОСТ Р 51483-99 и МВИ «Методика выполнения измерений массовой доли индивидуальных жирных кислот в растительных и животных жирах методом газовой хроматографии с пламенно-ионизационным детектором» № 579 показало, что содержание отдельных жирных кислот укладывается в допустимые уровни для подсолнечного масла. Так, содержание основных жирных кислот составляло: пальмитиновой – 5,3 (при диапазоне от 5,0 до 7,6%), стеариновой – 3,3 (при диапазоне от 2,7 до 6,5%), олеиновой – 18,4 (при диапазоне от 14,0 до 39,4%), линолевой – 70,7 (при диапазоне от 48,3 до 77%), бегеновой – 0,57 (при диапазоне от 0,3 до 1,5%).

2.3. Результаты исследования качества и безопасности продукции

закладки 2004 г.

2.3.1. Чай черный байховый

В 2004 г. в емкость Росрезерва были заложены образцы чая со следующими характеристиками: упаковка – полужесткая бумажная коробка, с внутренним вкладышем из полипропиленовой пленки, массой нетто 100 г.; изготовитель – ООО «Универсальные пищевые технологии»; изготовлен по ГОСТ 1938-90;1 сорт, торговая марка «Лучистый». Дата изготовления чая – 29.10.2003 г.; по маркировке срок годности 30 месяцев (до апреля 2006 г.); дата закладки − август 2004 г.

Органолептические показатели чая после шести лет хранения на Таймыре определены комиссионно с участием эксперта Госстандарта. Получены следующие данные: характеристика внешнего вида – однородные, скрученные чаинки, по размеру листа отнесен к среднелистовому. При дегустационной оценке отмечено, что чай имел достаточно нежный аромат, приятный, с небольшой горечью, слегка вяжущий вкус, яркий, прозрачный настой, однородный, коричнево-красный цвет разваренного листа. Органолептические показатели практически не изменились, остались на уровне исходных и соответствовали первому сорту.

После шести лет хранения на Таймыре по физико-химическим показателям чай соответствовал требованиям ГОСТ 1938-90.

Содержание влаги практически не изменилось, можно только отметить увеличение массовой доли экстрактивных веществ с 33,3 до 38,8%. Возможно, при хранении в условиях отрицательных температур  при замерзании  воды, находящейся в чае, может происходить образование поверхностных трещин и микротрещин, которые увеличивают активную поверхность и экстракционную способность чаинок уже после размораживания.

Испытания образцов чая по санитарно-гигиеническим показателям показали, что он  после шести лет хранения на Таймыре соответствует СанПиН 2.3.2.1278-01 и безопасен к употреблению.

2.3.2. Молочные консервы

В 2004 г. на склад полуострова Таймыр в бидон Росрезерва были заложены образцы консервов молоко цельное сгущенное с сахаром. Консервы упакованы в металлические банки №7 массой нетто 400 г. Изготовитель – ЗАО «Сухонский молочный комбинат»; дата изготовления: 05.06.2004 г.; изготовлено по ГОСТ 2903-78. Маркировка: на крышке – М 23763, срок годности − 12 месяцев при температуре не выше 10°С. Дата закладки − август 2004 г.

Оценка состояния тары показала, что внешнее и внутреннее состояние банки − без признаков коррозии, без пятен, без явных дефектов. Испытания качества молока цельного сгущенного с сахаром  после шести лет хранения на п/о Таймыр были проведены на соответствие требованиям ГОСТ 2903-78 «Молоко цельное сгущенное с сахаром. Технические условия» и СаН ПиН 2.3.2.1278-01.

Исследования показали, что по органолептическим показателям образцы молока цельного сгущенного с сахаром, выработанные ОАО Сухонским молочным комбинатом, после шести лет хранения на п/о Таймыр соответствовали ГОСТ 2903-78. Молоко имело сладкий вкус, с небольшой кислинкой и с выраженным вкусом пастеризованного молока. Дегустаторами не отмечено каких-либо посторонних привкусов и запахов. Консистенция была однородная во всей массе, густая, с небольшими кристаллами молочного сахара. Молоко имело белый с кремовым оттенком цвет, равномерный по всей массе.

Молочные консервы Сухонского завода имели при закладке массовую долю влаги 26,1±1,0%, сахарозы  45,4±1,5%,  сухих веществ 28,5%. Эти показатели за время хранения не изменились.

Из физико-химических характеристик в образцах сгущенного молока изменения зафиксированы в кислотности, которая, является лабильным показателем и может меняться при длительном хранении продукта. Сравнение с исходными данными по протоколу 2004 г. показало, что в процессе хранения за 6 лет кислотность незначительно увеличилась с 30 до 32°Т, но не превысила нормируемой ГОСТ 2903-78 величины – не более 48.

Санитарно-гигиенические, микробиологические показатели, а также содержание всех токсичных элементов находились в пределах норм, установленных соответствующей нормативно-технической документацией. Но сравнивая результаты после хранения с исходными данными можно отметить некоторое увеличение содержания в консервах олова с 1,0 до 3,6 мг/кг, свинца с 0,03 до 0,04 мг/кг, а из микробиологических показателей увеличение общего числа микроорганизмов (КМАФАнМ) с 150 КОЕ/г до 1,4* 104 (при норме не более 2*104). По остальным показателям изменений не отмечено.

С применением газохроматографического метода  проведен анализ жирнокислотного состава консервов молоко цельное сгущенное с сахаром    после выемки в 2010 г. Анализ данных показал, что за период  шести лет хранения жирнокислотный состав несколько изменился: снизилось содержание насыщенных жирных кислот с 65 до 63% (в том числе низкомолекулярных, таких как масляная, каприловая, миристиновая)  при увеличении мононенасыщенных жирных кислот с 30 до 32% (пальмитолеиновая, олеиновая). Соотношение суммы насыщенных к ненасыщенным жирным кислотам снизилось с 1,86 до 1,7. В процессе хранения произошло преобразование жирных кислот, распад насыщенных жирных кислот и образование ненасыщенных.

Исследования 2010 г. показали, что молочные консервы молоко сгущенное с сахаром Сухонского молочного комбината хорошо сохранились в условиях низких отрицательных температур.

2.3.3. Мясные консервы

В 2004 г. в таймырский склад в ёмкость Росрезерва были заложены образцы мясных консервов со сроком годности четыре года:

• консервы мясные «Говядина тушеная», упаковка – металлическая банка из ГЖК со сварным швом № 8, массой нетто 325 г, изготовитель ОАО «Борисоглебский мясоконсервный комбинат»;
• консервы мясные «Говядина тушеная», упаковка – металлическая банка из алюминия № 8, массой нетто 325 г, изготовитель ОАО «Эльдорадо»;
• консервы мясные «Говядина тушеная», упаковка – металлическая банка из алюминия № 8, массой нетто 325 г. Производитель – ЛГПО «ПРОДРЕСУРСЫ», дата изготовления: 12.04.2002 г., маркировка: на крышке – 278.ЦС.01В, дата закладки: август 2004 г.

В 2010 г. были отобраны со склада в вечной мерзлоте для  проведения испытаний по одной банке консервов каждого изготовителя. Внешне все банки были без следов коррозии.

У мясных консервов ЛГПО ПРОДРЕСУРСЫ – проведена комиссионная органолептическая оценка:

• консервы имели запах и вкус свойственный тушеной говядине, без посторонних запаха и привкуса;
• внешний вид консервов − мясо кусочками, в основном, массой не менее 30 г, без костей, хрящей, сухожилий, грубой соединительной ткани, крупных кровеносных сосудов, лимфатических и нервных узлов, по консистенции - сочное, непереваренное, но отмечена достаточно размягченная консистенция мяса;
• мясной сок был  желтоватого цвета с наличием взвешенных белковых веществ в виде хлопьев, с незначительной мутноватостью.

Мясные консервы изготовитель ОАО «Борисоглебский мясоконсервный комбинат» и ОАО «Эльдорадо» исследованы по санитарно-гигиеническим и микробиологическим показателям, определен жирнокислотный состав.

По микробиологическим показателям консервы, исследованные в 2010 г. после шести лет хранения в условиях низких отрицательных температур, удовлетворяли требованиям промышленной стерильности для консервов группы «А».

Контроль перехода металлов показал, что у консервов ОАО «Эльдорадо» в алюминиевых банках содержание алюминия составляет 1,1±0,03 мг/кг, что значительно ниже рекомендуемой  нормы 10 мг/кг. У консервов ОАО «Борисоглебский мясоконсервный комбинат» в таре из ГЖК содержание свинца и олова за шесть лет не изменилось,  и намного ниже норм по СанПиН, содержание железа составляет 18,7±9,4 мг/кг,  то есть находится на довольно  низком уровне.

Анализ жирнокислотного состава, проведенный методом газовой хроматографии, показал, что доля насыщенных жирных кислот в мясных консервах составляла от 49,1 до 51,7%, мононенасыщенных – от 42,2 до 48,3%, полиненесыщенных – от 2,6 до 6,1%. Основными насыщенными жирными кислотами были пальмитиновая (26,0-26,3%) и стеариновая (17,2-19,1%), основной мононенасыщенной кислотой – олеиновая (31,8-37,0%), полиненасыщенной – линолевая (1,9-4,5%). В целом, состав жирных кислот соответствовал мясу говядины, отношение насыщенных кислот к ненасыщенным составляло от 0,96 до 1,07.

Таким образом, исследованные образцы мясных консервов закладки 2004 г. после шести лет хранения соответствовали требованиям СанПиН 2.3.2.1078-01, удовлетворяли санитарным нормам, имели приемлемые потребительские характеристики. По результатам исследований консервы после шести лет хранения могут быть использованы в питании. Результаты 2010 г. подтвердили исследования 2004 г., основное замечание которых было по мясным консервам – это размягчение консистенции мяса, происходящее при замерзании.

3. Заключение

1. Вся исследованная в 2010 г. продукция закладки 2004 г. (мясные консервы «Говядина тушена», молоко сгущенное с сахаром, чай черный байховый) после 6 лет хранения в условиях склада на Таймыре в вечной мерзлоте соответствовала требованиям стандартов и санитарно-гигиеническим нормам. Сохранность обеспечена низкими температурами и герметичной упаковкой.

2. Продукция закладки 1980 г. (в частности, рыбные консервы в масле и растительное масло) после 30 лет хранения в условиях склада на Таймыре в вечной мерзлоте имели отклонения по качеству от требования нормативной документации. Поэтому данные группы продуктов, закладываемые на длительное время, необходимо специально подготовить к условиям хранения (дополнительно внести антиокислители, повысить требования к упаковочным материалам, провести специальный контроль при отборе продукции перед закладкой на хранение и др.).

Будущее эксперимента

Научный и практический интерес для отрасли длительного хранения представляет сохранность современных продуктов питания и семенного материала, применение новых видов упаковок. Поэтому в перечень исследуемых образцов включены элитные семена злаковых культур, продовольственное сырьё и новые виды ткани, перспективные для применения в условиях длительного хранения продуктов в условиях вечной мерзлоты.

Список литературы

1. Мерзлотные кладовые таблицы Д. И. Менделеева : тезисы доклада акад. В. П. Мельникова на Международной научной конференции «Д. И. Менделеев и его вклад в развитие мировой науки», 15-19 сентября 2009 г. − Тобольск, 2009.

2. Шульц В. Л., Кульба В. В., Шеклов А. Б., Кононов Д. А. Стратегия обеспечения национальной безопасности. Информационное управление: поддержка стратегических проектов освоения Арктического сектора. − М. :  ИСПИ РАН, 2009. − № 3. 

3. Исследование возможности длительного хранения семян, сырья и пищевых продуктов в условиях вечной мерзлоты в целях создания государственных запасов : научно-исследовательская программа /ФГУ НИИПХ Росрезерва. − М., 2010.

4. Научная экспедиция на полуостров Таймыр по извлечению продовольствия, оставленного первой русской экспедицией Э. В. Толля в 1900году и закладки новой партии пищевых продуктов на длительное хранение : отчет // ВНИИКОП, ИМБП, ЦНИЛ ГУГМР, Экспедиция газеты «Комсомольская правда». − М., 1974 г.

5. Проведениеисследования физико-химических и органолептических показателей качества пищевых продуктов при длительном хранении при нерегулируемых отрицательных температурах в условиях вечной мерзлоты, 2004 г. : отчет о НИР // Росрезерв, Российская академия с.-х. наук. − М., 2005.