От пробирки до кастрюли: Как ученые разрабатывают продукты, которые мы едим каждый день - Анастасия Волчок
В Бразилии, где расположены самые крупные кофейные фермы, деревья кофе сажают на месте вырубаемых лесов. При этом территориально плантации как бы все время движутся, наползая на лес. Так происходит потому, что фермеры стремятся производить как можно больше кофе, используя земли по максимуму. Открытые плантации, освещаемые солнцем, дают больший урожай и позволяют собирать ягоду с помощью комбайнов, а не вручную, как в других местах, где кофе растет в тени других деревьев («теневой» кофе выращивают, например, в Мексике и Гватемале). Из-за этого почва быстро истощается. Это заставляет фермеров вносить в нее много минеральных удобрений, которые помогают в моменте, но в перспективе делают землю непригодной для работы. Кроме того, при мокрой обработке собранных ягод в землю постоянно сливается вода после ферментации, что негативно отражается на ее кислотности. В конце концов на месте ферм возникают пустыри или в лучшем случае пастбища, а кофе переезжает дальше – на место вырубленного леса.
Понятно, что бесконечно так продолжаться не может. Уже сейчас существуют штрафы за незаконную вырубку, а в ЕС принят закон, согласно которому фермерские хозяйства, желающие поставлять свою продукцию в Европу, скоро должны будут доказывать, что не используют земли, на которых рос лес в 2020 г. или позже. Как этот закон будет исполняться, пока точно неизвестно, но требования к фермерам предъявляют довольно жесткие.
Еще одна проблема кофе в том, что он плохо переносит жару. Деревья арабики начинают болеть даже при малейших изменениях климата, и глобальное потепление постепенно вынуждает фермеров перемещаться все выше в горы. Для некоторых регионов это критично. Фермам в Колумбии уже сейчас не хватает места для дальнейших переездов – им просто некуда подниматься. Возникает вопрос: что с этим делать? Пока самым очевидным способом сохранить индустрию представляется замена арабики на менее прихотливые виды – робусту и не такие известные либерику или эксцельзу. А чтобы выровнять вкус непривычных сортов, вновь пригодится спешелти-ферментация. Кто знает – возможно, с ее помощью и силами селекционеров кофе преобразится настолько, что через каких-нибудь 25 лет его будет трудно узнать. Может быть, он станет гораздо вкуснее, или мы будем с грустью вспоминать былые времена и сожалеть, что не ценили «старое» зерно, заливая его лавандовым сиропом. Поживем – увидим.
Как и зачем ферментируют сок
Итак, с чаем и кофе все ясно. Но какое отношение к ферментации имеют фруктовые соки? Их не подвергают брожению с участием дрожжей или бактерий и не ферментируют, полагаясь на действие растительных ферментов. И все же ферменты в производстве соков используются повсеместно, и эти ферменты – микробного происхождения.
Ясно, что из одних плодов сок выжать проще, чем из других. Апельсин или лимон достаточно сжать рукой или прокрутить в соковыжималке – чтобы получить стакан апельсинового сока, хватает двух-трех крупных апельсинов. С другими плодами все не так просто. В мякоти персиков, слив, вишни, манго и многих ягод высокое содержание крупных молекул – полисахаридов, которые мешают выходу сока. Если начать давить сливу, у вас получится пюре или что-то похожее на желе, но назвать это соком трудно. Все из-за пектина, входящего в состав клеточных стенок растений, – в одних растениях его больше, в других меньше. Пектин препятствует прессованию и фильтрации, забивая промышленные фильтр-прессы, и одним из способов с ним справиться стали как раз ферменты пектиназы. Они расщепляют крупные молекулы сахаров на более мелкие. С их помощью сок получается менее вязким, его легче осветлять и проще производить: из меньшего объема фруктов получается больше конечного продукта. Это значит, что ферменты, разрушая пектин, делают производство сока гораздо более выгодным. Но все же ферменты не всемогущи. Из некоторых фруктов просто нельзя получить стопроцентный сок, как ни старайся. Все персиковые или манговые соки – это нектары, то есть не соки, а сокосодержащие напитки. В них фруктовое пюре разбавлено водой и сахаром (не путайте с восстановленными соками, в которые ничего лишнего не добавляют, просто сок для удобства перевозки упаривают, а затем разводят тем же количеством воды).
Кроме пектина в плодах есть и другие полисахариды, расщепив которые можно увеличить выход сока. За каждый такой полисахарид отвечает своя группа ферментов. Ксиланазы разрывают на кусочки ксилан, глюканазы – глюкан, а целлобиогидролазы – целлюлозу.
Получают ферменты для производства соков, выращивая микроорганизмы, которые их синтезируют. Главный источник всех промышленных ферментов – микроскопические грибы. Ученые все время ищут и выбирают те микробные штаммы, которые способны производить много разнообразных активных белков, устойчивых к высоким температурам и экстремальным уровням рН. Например, на пектиназах специализируются грибы рода Aspergillus, гемицеллюлозу хорошо расщепляют аскомицеты Trichoderma viride и Trichothecium roseum, а целлюлозу – Trichoderma reesei[198].
Выбранные культуры выращивают в жидкой питательной среде в биореакторах (как при культивировании любой микробной биомассы), после чего фермент отделяют от жидкости с плавающими в ней микроорганизмами ультрафильтрацией или в сложных приборах – хроматографах. Продавать ферменты могут и в форме концентратов, и в виде порошка (в этом случае концентрат сушат в распылительных сушилках и пакуют в пакеты).
Соковые заводы покупают ферменты у компаний, которые специализируются на пищевых ингредиентах и добавках. В Европе, например, крупными игроками на рынке пищевых ферментов считаются компании Cargill, Döhler, Novonesis, DuPont. Это настоящие гиганты, предлагающие препараты на любой вкус. Более того, в линейках их продукции каждый год появляются новые композиции. Они позволяют делать еще больше соков с низкой вязкостью и богатым вкусом, без лишних примесей и помутнений, но с высоким содержанием красящих веществ и полезных компонентов, например антиоксидантов и витаминов. Ферменты активно применяют также в виноделии – и в классическом, и в плодовом.
Обычно один ферментный препарат содержит сразу несколько ферментов. Для этого нужно либо смешивать отдельные энзимы, извлеченные из разных грибов-продуцентов, либо искать микроорганизмы, производящие сразу несколько ферментов с разной направленностью. Помимо этого, биотехнологи с помощью методов генной инженерии создают модифицированные микробные клетки. В этом случае гены из разных микроорганизмов объединяют в одном. Такие синтетические штаммы производят ферменты, присущие разным видам микробов, в нужных пропорциях и в большом количестве. В качестве такой сборной «платформы» часто используют бактерии (E. coli, Bacillus subtilis) и дрожжи (Pichia pastoris), хотя мицелиальные грибы Aspergillus и Penicillium тоже вполне
