От пробирки до кастрюли: Как ученые разрабатывают продукты, которые мы едим каждый день - Анастасия Волчок
Из чего состоит молочнокислая закваска
Обычно закваска – это порошок, который содержит активные клетки микроорганизмов в очень большой концентрации, или замороженная культура. Для каждого вида продукта, будь то кефир, сметана или пахта, сами организмы и их соотношение будут разными. Именно от закваски зависит итоговый вкус: кислый, сливочный или горьковатый, как у некоторых сыров.
Микроорганизмы для получения заквасок иногда добывают из природных источников, но чаще покупают в специальных «музеях», где хранят не предметы искусства, а ценные микробные штаммы. Среди крупнейших хранилищ – национальные и исследовательские институты: ATCC (American Type Culture Collection, США), ECCO (European Culture Collections' Organization), NCFB (National Collection of Food Bacteria, Великобритания). В России новая большая коллекция молочнокислых бактерий создается с 2021 г. на базе Томского университета. Организованный там биобанк собирает микроорганизмы из традиционных продуктов со всех уголков страны.
Просто купить штамм в музее недостаточно. Чтобы он был коммерчески успешным, компании долго работают со своими одноклеточными подопечными, выбирая среди них такие, которые будут расти в похожих условиях и производить нужные вещества-метаболиты. У некоторых компаний, изготавливающих закваски, есть собственные коллекции штаммов, которые могут насчитывать десятки тысяч экземпляров. Разберемся теперь, какие именно это штаммы (точнее – какие виды бактерий) и где они используются.
За главный процесс ферментации молока отвечают стрептококки и молочнокислые бактерии. Они способны превращать лактозу в молочную кислоту, что провоцирует свертывание казеина – молочного белка. Кроме того, основному процессу часто сопутствует множество других реакций, которые изменяют вкус продукта и определяют его свойства. Например, в ходе созревания сыров вторичные реакции ферментации очень сильно меняют свойства и вкус готового сыра, и процесс этот чуть ли не главный в сыроделии. Помимо производства молочной кислоты закваски способны на многое. Они отвечают за маслянокислое брожение и выделение пузырьков углекислого газа при получении швейцарского сыра, потому в нем и образуются дырочки. А в ходе изготовления сметаны и пахты происходит лимоннокислое брожение, накопление пропионовой и уксусной кислот, а также множества пахучих веществ, включая диацетил. Кроме того, закваски влияют на текстуру продуктов за счет расщепления белков и жиров в ходе ферментации. Среди бактерий, которые встречаются в культурах для сквашивания молока, можно встретить Propionibacterium (P. freudenreichii, P. acidipropionici), Lactobacillus (L. casei, L. helveticus, L. bulgaricus, L. acidophilus), Leuconostoc (L. dextranicum, L. citrovorum), Lactococcus lactis (подвиды lactis и cremoris), Streptococcus (S. thermophilus), Bifidobacterium.
Спиртовое брожение в молочной промышленности используется не так часто, но оно незаменимо, если вы хотите приготовить кефир. Закваски для него имеют сложный состав, куда входят различные молочнокислые бактерии: Lactobacillus (L. acidophilus, L. brevis, L. bulgaricus), Streptococcus thermophilus и Bifidobacterium, а также кефирные дрожжи – Debaryomyces hansenii, Kluyveromyces lactis, Torulopsis. Кумыс тоже готовят на смешанных бактериально-грибковых заквасках. Такие смешанные культуры – визитная карточка российских разработчиков. За рубежом трудно найти привычный нам освежающий, газированный кефир, хотя, казалось бы, приготовить его не так сложно.
Сыр: сычужный фермент и благородная плесень
Для свертывания казеина, без которого не получится сделать сыр или творог, помимо заквасок со стрептококками и молочнокислыми бактериями используют молокосвертывающие ферменты. Ферменты, или энзимы, – это белки, которые свернуты специальным образом, так, чтобы захватывать молекулы определенного вида и помогать им реагировать между собой.
На самом деле все живое функционирует с помощью ферментов. Они помогают организмам синтезировать из одних веществ другие, в том числе разбивать крупные молекулы на более мелкие. Ферменты отвечают за обмен веществ и ускоряют химические реакции, которые без них вообще не могли бы произойти или происходили бы очень и очень медленно. Главная особенность этих белковых катализаторов – избирательность. Каждый фермент отвечает строго за свою реакцию.
У разных организмов набор ферментов различен. У людей есть одни, у растений другие, у микробов третьи. Человек здесь выделяется лишь тем, что научился использовать микробные и другие не присущие ему ферменты для собственных нужд. Поэтому сычужный фермент коров теперь делает для нас сыр.
Он был открыт еще в XIX в., а выделили его из высушенного желудка теленка. Поскольку фермент образуется в четвертом отделе желудка жвачных – сычуге, над названием долго думать не пришлось. Под действием сычуга от молекул казеина отщепляются небольшие фрагменты, и он слипается в структуру, похожую на гель или мармелад. В процессе изготовления сыра этот гель режут на кусочки размером с зернышки риса – так получается сырное зерно. После прессования оно и становится сыром (рис. 22).
Рис. 22. Получение сыра
В состав сычужного фермента входят химозин и пепсин, оба из класса протеаз (ферментов, разрушающих белки). Их соотношение может быть разным и зависит от возраста и питания животного, но преобладание химозина, характерное для молочных телят, считается предпочтительным – именно этот фермент участвует в процессах вызревания сыра. Пепсин не так важен, он подходит для приготовления рассольных молодых сыров наподобие сулугуни и моцареллы и может быть получен не только от коров, но также от свиней и кур, хотя их пепсин менее устойчив к изменениям кислотности. Кроме того, в сычуге козлят и телят присутствует фермент липаза. Он не имеет отношения к сворачиванию казеина, но тоже часто вносится в молоко для придания сыру особой пикантности и острого привкуса. Липаза, например, играет большую роль в формировании вкуса сыра чеддер.
В качестве более гуманной и дешевой альтернативы животным ферментам могут выступать растительные ферменты и ферменты, полученные из микроорганизмов (см. главу 6, раздел «Живые фабрики для производства новых ингредиентов»). Растительные коагулянты, которые вносятся в молоко для получения сыра, содержат аспартат-протеазы, способные расщеплять белки. Подходящих для этого растений довольно много, и их выбор чаще всего продиктован доступностью – используют то, что растет в конкретном регионе. Так, в Эфиопии производят сыр с использованием листьев дынного дерева и моринги масличной, а в Китае можно встретить творог с имбирным вкусом – его делают, добавляя в молоко протеазы имбиря. В России перспективными источниками аспартаз считаются крапива двудомная и чертополох курчавый[124].
Микробные протеазы для молочной промышленности делятся на природные и рекомбинантные. К природным относятся ферменты, выделяемые из дрожжей и микроскопических грибов, таких как Rhizomucor pusillus, Rhizomucor miehei, Aspergillus niger. По свойствам они похожи на пепсин и подходят в основном для мягких сыров, включая эмменталь. А вот рекомбинантный химозин, идентичный телячьему, может использоваться при получении сыров, требующих выдержки. Такой фермент природные штаммы грибов и бактерий
