Съесть науку

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.

Археологи на месте возможной древней пивоварни в пещере недалеко от Ракефета, Израиль. Фото: AFP/Dani NADEL / Haifa University. spiegel.de

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».

Бухнер со своим помощником, 1911–1912 годы в Вюрцбурге. depositonce.tu-berlin.de

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.

Необжаренные кофейные зерна. weightlosscolumbiamd.com

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.

Томаты цвета индиго. Фото: Levon Biss, nytimes.com

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.

vsbtipt.spbstu.ru

– 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.

doctorlab.com.br

– 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.