Наши бабушки в какой-то степени биотехнологи: чайный гриб, который они настаивают жарким летом, – пример пищевых биотехнологий. Сейчас эта наука шагнула далеко вперед: ученые разрабатывают универсальные продукты питания, еду для космонавтов и внедряются в геномы помидоров и кукурузы.
Заквасить историю
Самый древний метод пищевой биотехнологии – ферментация. Пока наиболее раннее ее свидетельство нашла группа исследователей из Стэнфордского университета в израильской пещере рядом с Хайфой – это были остатки пива, видимо, из местной пивоварни, которой около 13 тыс. лет. Еще один старейший напиток, сделанный с помощью брожения фруктов, меда и риса, датируется 7000–6600 годами до н. э. и был найден в деревне Цзяху (Китай). Кувшины с остатками вина возрастом около 7 тыс. лет обнаружили в горах Загрос в Иране, и сейчас они выставляются в музее Пенсильванского университета.
Судя по этим находкам, первые попытки использовать брожение касались только пива и вина. Древний метод пивоварения отличался от современного. Шумеры, например, сначала мололи ячмень в муку, лепили из нее хлебные лепешки, которые запекали в печи, но не до полной готовности. Полуготовые хлеба разламывали, добавляли к ним солод и варили. Полученную смесь разливали в открытые сосуды, где она начинала бродить. Это был мутный напиток с пивным вкусом – его пили через трубочки, чтобы неразмокшие частицы не попали в пищевод.
Только в 1856 году французский химик Луи Пастер добавил в процесс ферментации дрожжи. Он проводил опыты по превращению сахара в спирт с помощью дрожжей и заключил, что ферментацию запускают «ферменты» внутри дрожжевых клеток. «Алкогольное брожение – это действие, связанное с жизнью и организацией дрожжевых клеток, а не с их гибелью или гниением», – писал ученый. Но спустя пару десятилетий, в 1897 году, его коллега из Германии Эдуард Бухнер обнаружил, что сахар отлично ферментируется и без живых дрожжевых клеток, а комплексом, выделяемым дрожжами, который он назвал зимазой. Ровно через 20 лет его удостоили Нобелевской премии по химии за открытие «бесклеточной ферментации».
Сейчас ферментации подвергают самые разные продукты, правда, не всем так идет этот апгрейд. То, что в ферментированном виде выходит действительно вкусно, мы видим на полках продуктовых магазинов, – кимчи, комбуча, вино, мисо, кефир, сыр, квашеная капуста. Однако теперь мы знаем о продуктах гораздо больше, чем наши предки, и одной ферментацией давно не ограничиваемся. Колдовство над едой проникло на уровни выше – в лаборатории научных институтов.
Примеры пищевых технологий
Цель пищевых технологий – улучшение еды. Это касается не только ее вкуса, текстур, пользы, сроков и условий хранения, но и методов производства, их удешевления и оптимизации, а также «подгонки» продукта под определенные запросы: например, для людей с аллергией и пищевой непереносимостью или различными заболеваниями. Эта цель может достигаться разными способами – с помощью микроорганизмов, технологических решений, химических реакций, генной модификации животных и растений. Все эти методы меняют «внутреннее содержание» продуктов и придают им необходимые питательные, производственные и сбытовые свойства. Вот лишь некоторые заслуги пищевых технологий.
Безлактозное молоко. Переработанное молоко, из которого удалили лактозу. Процент взрослых людей с непереносимостью лактозы колеблется от 5 % в Северной Европе до 70–100 % у жителей Азии, Африки и Латинской Америки. Один из методов получения безлактозного молока – ферментативный. Для этого из плесневых грибов Aspergillus niger и Aspergillus oryzae или дрожжей Kluyveromyces fragilis и Kluyveromyces lactis получают лактазу и добавляют ее в молоко. Фермент расщепляет лактозу, и на выходе в литре молока остается не более 1 г лактозы (в обычном молоке – около 50 г).
Кофе без кофеина. Декофеинизированный кофе, или декаф – по вкусу и аромату обычный кофе, но без кофеина, который может вызывать нежелательные побочные реакции у некоторых людей. При обработке из кофе можно убрать до 99,9 % кофеина, что снизит его количество в чашке со 100 г до 3 мг. Чтобы удалить кофеин, зеленые необжаренные бобы сначала обрабатывают паром или оставляют в горячей воде, после чего замачивают в воде с растворителем (дихлорметаном или этилацетатом) на 10–12 часов. Химический растворитель связывается с кофеином, удаляя его, после чего опять же выпариванием удаляют сам растворитель, что длится еще несколько часов. Избавить от кофеина можно также чай, матчу и какао-бобы.
Продукты без сои. Соя – один из восьми самых частых аллергенов, аллергия на нее распространена у 0,3 % населения. Учитывая, в скольких продуктах используется соя в том или ином виде, для этих бедолаг под запретом оказывается очень многое. Чаще всего реакцию на сою вызывает ее белок Gly-m-Bd-30-K, на который реагируют около 65 % аллергиков. Четверо ученых из США при поддержке Министерства сельского хозяйства США еще в 2003 году представили ГМ-метод, блокирующий ген белка Gly-m-Bd-30-K. Так можно будет получить сою без самого популярного аллергена, и многие продукты будут доступны аллергикам.
Сухое молоко. Молоко, превращенное в белый растворимый порошок, хранится дольше, стоит дешевле, но при этом имеет те же свойства, что и обычное. Поэтому сухое молоко используют на промышленных производствах кондитерских изделий и выпечки. Чтобы получить порошок, молоко нормализуют, пастеризуют и сгущают, затем сушат на распылительных или вальцовых сушилках при температуре 150–180 °C.
Сублимированные продукты. Незаменимая вещь в долгих походах и поездках. Сублимированные продукты – это приготовленные, а затем обезвоженные блюда. При этом в них остается весь витаминный запас, цветовые и вкусовые качества изначального продукта. Сублимировать можно практически все – как плоды (ягоды, фрукты, овощи), так и готовые полноценные блюда (гарнир с мясом).
Белковая кукуруза. Компания Monsanto, мировой лидер в сфере биотехнологий растений, генно-модифицированными методами добавила в кукурузу ген cordapA, чтобы в продукте вырабатывалось больше аминокислоты лизина. Так кукуруза линии LY038 стала питательнее и используется как корм для животных в Японии, США, Канаде, Филиппинах, Мексике.
Целительные томаты. Биолог Кэти Мартин и ее коллеги из Центра биотехнологии им. Джона Иннеса (Великобритания), внедрив томатам гены львиного зева, в 2008 году вывели сорт почти черной окраски. Он богат антоцианинами (темными растительными пигментами), которых много в ягодах: чернике, ежевике, черной смородине. Эти вещества, нейтрализующие разрушительное действие свободных радикалов в организме, улучшают зрение, значительно замедляют рост некоторых опухолей, защищают от сердечно-сосудистых болезней, обладают антивоспалительными свойствами. Опыты на мышах, больных раком, показали, что питание такими помидорами продлило им жизнь на треть. Здоровые лабораторные мыши обычно живут до 211 дней, а при употреблении новых помидоров – до 260 дней.
Суперфуды для инсулинозависимых. Во Всероссийском научно-исследовательском институте пищевой биотехнологии биологам удалось добиться в грибной биомассе молекулярной активации, ответственной за выработку инсулина. Потенциально это делает возможным создание продуктов для людей с инсулиновой зависимостью. В ходе опытов на микробной биомассе ученые выяснили, что ее применение в пище положительно влияет на мышей, птиц и пчел. Например, у грызунов масса тела выросла в 1,3 раза, а двигательная активность – в 1,5. Куры начали нести больше яиц, а испытание нового корма в НИИ пресноводного рыбного хозяйства увеличило интенсивность роста мальков: их масса выросла на 20 %.
На вопросы «ММ» ответила Юлия Генриховна Базарнова, директор Высшей школы биотехнологий и пищевых производств.
– Какие есть примеры пищевых биотехнологий? Что в супермаркете я могу показать другу и сказать: «Вот это – результат пищевых биотехнологий?»
– В качестве «результата» в пищевой биотехнологии понимают совокупность органолептических характеристик. Сыры, вина, коньяки, соленая рыба и ферментированные колбасы характеризуются наличием «букета» как результата сложных биотехнологических процессов, протекающих в продукте в процессе его «созревания». Зайдите в любой супермаркет, подойдите к прилавкам с деликатесной мясной продукцией, полюбуйтесь ассортиментом сырокопченых сухих колбас.
Изучите перечень красных или белых сухих вин. Загляните к витринам с соленой рыбой. Или ознакомьте друга с ассортиментом сыров или кисломолочных продуктов.
Горгондзола, моцарелла, рокфор, бри, пармезан – известные виды сыров, которые сейчас доступны, и каждый имеет свой неповторимый «букет» как результат пищевых биотехнологий и мастерства тех специалистов, которые претворяют его в жизнь.
– Из чего состоит работа ученого, который занимается пищевыми биотехнологиями? Как происходит сам процесс изучения и исследования пищевых продуктов?
– Работа ученого-биотехнолога связана с подбором необходимых штаммов микроорганизмов, ферментных систем или биопрепаратов, изучением их воздействия на тот или иной вид сырья, например, молока, мяса, зерновых, плодов и овощей для получения конкретного технологического результата. Крупные биотехнологические научные лаборатории занимаются разработкой и получением культур, используемых в пищевой промышленности для производства кисломолочных напитков, сыров, напитков брожения. Процесс изучения пищевых продуктов очень сложный и включает этапы отбора и подготовки проб для анализа, который выполняется с соблюдением строгих правил. Продукты представляют собой сложные полидисперсные системы, поэтому анализ их компонентного состава и свойств – сложная задача, выполнимая для ученого, владеющего знаниями в области химии и микробиологии.
– Одно из самых популярных убеждений у людей, что все фрукты и овощи загрязнены химией, пестицидами и вдобавок еще и ГМО. Насколько это близко к правде? Что мы можем сделать с этим?
– Да, промышленные агротехнологии используют удобрения и химикаты. Иначе всегда существуют риски для урожая. В животноводстве применяют антибиотики для лечения крупного рогатого скота и птицы. В аквакультуре используют специальные добавки в кормовые рационы рыб. Это правда. Что с этим делать? Тщательно мыть корнеплоды и фрукты, подвергать термообработке мясо и рыбу. Мясо проваривать, сливая первую фракцию бульонов. Этим вы обезопасите себя и своих близких не только от пестицидов и антибиотиков, но и от личинок паразитов, которые могут находиться в сырых продуктах.
– Чем сейчас занимаетесь вы и ваши коллеги? Какие исследования проводятся?
– В Высшей школе биотехнологий и пищевых производств традиционно готовят специалистов-технологов по производству кулинарной продукции в ресторанной сфере, на объектах социальной сферы. За последние пять лет компетенции наших преподавателей существенно расширились. Существенно расширилась и география наших выпускников. Сегодня многие из них – известные бренд-шефы в ресторанной сфере, руководители предприятий индустрии питания, ученые и технологи-практики.
Сегодня мы занимаемся вопросами биокулинарного инжиниринга, биоконсервированием пищевых продуктов, получением ценных пищевых веществ из объектов аквакультуры, разработкой технологий продуктов питания для людей с алиментарно-зависимыми заболеваниями (вызванными нарушениями питания. – Ред.), испытанием инновационных фитопрепаратов для профилактики и лечения онкологических заболеваний. И это далеко не полный список наших разработок.
– Какой сейчас «тренд» наблюдается в области пищевых биотехнологий в мире? Что поразило вас в последние годы?
– Сегодня в тренде персонифицированное питание, а создавать индивидуальные пищевые рационы с учетом генотипа человека – это уже наука, причем целая междисциплинарная область наук, на стыке химии, биологии, физиологии и генетики. Поражает стремительность, с которой развиваются технологии. Через 10 лет список «топовых» профессий будет совершенно иной, чем сегодня. Мир меняется с поразительной скоростью, на «новый виток спирали» мы выйдем гораздо быстрее, чем думаем. И думать за нас уже будет искусственный интеллект. А как же мы? А мы будем получать удовольствие от созерцания, живой музыки и настоящей еды.
Это новость от журнала ММ «Машины и механизмы». Не знаете такого? Приглашаем прямо сейчас познакомиться с этим удивительным журналом.
