Биотехнология от А до Я №4

26.09.2003

8070

Классика биотехнологии (3)

Консервирование продуктов

Как сохранить на завтра то, что добыли или собрали сегодня – эта проблема стара, как мир. Коптить мясо и сушить вершки и корешки наверняка приходилось и совсем первобытным охотникам и собирателям. Когда человечество додумалось до животноводства и земледелия, проблема обострилась во много раз: урожай поспевает осенью, и цыплят (телят, ягнят и прочих) тоже по осени считают – и прикидывают, скольким из них хватит запасенных кормов, а кого придется зарезать к Рождеству. Не все продукты можно высушить, заморозить или сохранить в амбаре без дополнительной обработки. Но рыбу, мясо, овощи можно еще и солить и квасить. Главную роль в этих процессах, как вы уже, наверное, догадались, играют молочнокислое и другие виды брожения. В результате продукты не только не портятся, но и приобретают новые свойства.

Овощи-фрукты

Молочнокислые бактерии живут на поверхности любых растений, дожидаясь, когда кто-нибудь повредит их поверхность и можно будет добраться до содержащего углеводы сока. Квашеные овощи и фрукты не портятся благодаря тому, что молочная кислота, соль и пониженная температура создают неблагоприятную среду для развития гнилостных, маслянокислых, пропионовокислых и других нежелательных бактерий и плесеней.

В бочке с нашинкованной и пересыпанной солью капустой за неделю происходит последовательная смена популяций микроорганизмов. В первые сутки за капустный сок берутся микробы различных родов и видов семейства энтеробактерий (Enterobacteriaceae), которые превращают углеводы в органические кислоты (муравьиную, уксусную, молочную, янтарную), вырабатывают немного этилового спирта и много газообразных соединений. Пахнут эти соединения не очень аппетитно: энтеробактерии потому и получили свое название, что часто встречаются в кишечнике животных – и как полезные участники симбиоза, и как возбудители многих болезней. Но возбудители тифа и другие нежелательные элементы в соленом капустном соке не развиваются, а через два-три дня энтеробактерий сменяют молочнокислые кокки (Leuconostoc mesenteroides и другие), которые из газообразных продуктов выделяют только углекислый газ, а продукты их жизнедеятельности – молочная и уксусная кислота и сложные эфиры – обеспечивают запах доброкачественного продукта. Еще через несколько дней в капусте появляются дрожжи родов Saccharomyces и Torulopsis и молочнокислые бактерии – Lactobacillus plantarum и другие. Дрожжи вскоре исчезают, а бактерии превращают в глюкозу и фруктозу шестиатомный спирт маннит, который придает недозрелому продукту горьковатый вкус, и доводят процесс молочнокислого брожения до конца (до 1,5-2% молочной кислоты и полного отсутствия сахаров). Процесс ферментации продолжается еще некоторое время при низкой температуре, после чего в холодильнике, леднике или просто в погребе продукт можно хранить до нового урожая. Пленка плесени, которая в обычных нестерильных условиях часто образуется на поверхности рассола – это дрожжи родов Candida, Debaryomyces и Pichia.

Примерно по той же принципиальной схеме сквашивают любые овощи и фрукты, от грибов и брюквы на севере до оливок и каперсов на юге. Тонкости технологии (концентрация соли, температура и длительность отдельных этапов ферментации, состав микроорганизмов и т. д.) зависят от исходного сырья. Например, такие русские народные продукты, как соленые огурцы и грибы, дозревают до кондиции за два-три месяца, а греко-итальянские народные оливки – за шесть-десять месяцев. Самые вкусные моченые яблоки получаются, если в закваску добавить холодоустойчивые штаммы дрожжей, которые применяют в производстве шампанского, но в целом в консервной промышленности изготовленные промышленным способом закваски применяются редко – в большинстве случаев достаточно диких штаммов микроорганизмов. За тысячи лет экспериментов повара и домохозяйки отработали технологии сквашивания растительных продуктов с точностью до миллиметра, и современные методы почти не отличаются от дедовских, разве что объемом применяемых емкостей (до сотни кубометров и больше!) да соблюдением мер гигиены. А если квашеные продукты подвергнуть пастеризации или стерилизации и закатать в консервные банки, хранить их можно очень долго.

Мясо-рыба

Многие молочнокислые бактерии способны жить и работать в очень соленой среде, в том числе и в мясопродуктах. Солонина – блюдо забытое, а когда-то она была таким же обычным продуктом, как сейчас – мясные консервы, и основным запасом животных белков в длительных морских путешествиях. Колумб, Магеллан и все остальные великие мореплаватели без солонины и копченых окороков не доплыли бы до своих открытий. Сейчас в кругосветные плавания и другие путешествия берут консервированное, сублимированное, стерилизованное гамма-лучами и запаянное в вакуумную упаковку мясо. Но технология производства многих современных мясопродуктов обязательно включает в себя молочнокислое брожение. В салями и других сырокопченых колбасах и в рассолах для окороков, грудинки, корейки молочнокислые бактерии подавляют рост гнилостных микроорганизмов и участвуют в формировании вкуса и аромата готового продукта. И соленую рыбу называют соленой по традиции, а на самом деле главное в посоле – все то же брожение, которое вызывают все те же молочнокислые бактерии. (На иллюстрации – натюрморт с селедкой кисти советского художника Кузьмы Петрова-Водкина.)

Чтобы не рисковать качеством продукта и здоровьем потребителей, в мясопродукты, требующие бактериальной ферментации, обычно добавляют закваску, содержащую специально отобранные штаммы стрептококков, педиококков и лактобацилл. Так что если вы прочитаете на упаковке колбасы, что в ее состав, кроме говядины, свинины, специй и прочего входят бактериальные культуры, не волнуйтесь. От этих бактерий нет никакого вреда – одна польза.

В национальной кухне многих стран Юго-Восточной Азии для ферментации рыбы применяют закваски, в которые входят плесневые грибы и дрожжи. А на крайнем севере Евразии и Америки, пока цивилизация не дошла до каждого чума, рыбу осенью просто сваливали в яму, выкопанную в вечной мерзлоте, а весной откапывали и ели перебродившее месиво – и не травились! Даже наоборот, при сбраживании белков в качестве побочного продукта жизнедеятельности неизвестных науке микроорганизмов образуются многие витамины, которых не хватает в традиционной крайнесеверной народной диете.

Из дальних странствий

Спирулина – рывок из прошлого в будущее

Далёко-далёко на озере Чад и в других африканских озерах, в их мелких прибрежных заливах и прудах со щелочной водой обычные водоросли растут плохо. Почти весь углекислый газ и солнечный свет достается преобладающему виду – приспособившейся к щелочной среде нитчатой одноклеточной цианобактерии (сине-зеленой водоросли) Spirulina platensis.

К тому же спирулина, как и некоторые другие цианобактерии, способна усваивать атмосферный азот, что дополнительно повышает ее конкурентоспособность и урожайность: биомасса спирулины удваивается за три-четыре дня. Сбившиеся в клубки спиральные нити водорослей (каждая ниточка – не больше нескольких миллиметров в длину) с заполненными газом вакуолями всплывают на поверхность, а ветер и прибой выбрасывают их на берег. В результате берега романтического озера Чад местами покрыты толстым-толстым слоем биомассы. Попробовать ее на вкус догадались, наверное, самые первые местные жители. Независимо от них по другую сторону Атлантики жители окрестностей озера Текскоко неподалеку от нынешнего Мехико стали собирать биомассу родственного вида – Spirulina getleri. Первые появившиеся на берегах Тескоко конкистадоры обратили внимание и на эту диковинку Нового Света: первое упоминание о галетах сине-зеленого цвета относится к 1521 году. Но испанцы приплыли в Америку совсем не с научно-исследовательскими целями, и на озере Чад европейцев в основном интересовали рабы и слоновая кость. До середины двадцатого века спирулина вызывала интерес только у голодных туземцев Африки и Латинской Америки. Только в 1964 году бельгийские ученые Леонар и Компер взялись изучать привезенную из Африки спирулину. Оказалось, что ей и в подметки не годятся ни дрожжи, которые давно и успешно приспосабливают для получения кормовой (для скота) и пищевой (для людей) микробной биомассы, ни традиционная народная пища будущих космонавтов – зеленая водоросль хлорелла. У спирулины тонкая клеточная стенка – соответственно, переваривается она легче, чем хлорелла или дрожжи. В ней в два раза меньше нуклеиновых кислот, чем в дрожжах – а избыток входящих в их состав пуриновых оснований не полезен для здоровья. Зато в спирулине много витаминов, микроэлементов, полезных полиненасыщенных жирных кислот и почти идеального по составу белка (65-70% в пересчете на сухой вес). В 1973 году мексиканская компания, которая добывает соду из озера Тескоко, запустила опытное производство спирулиновой муки, а через десять лет доход от ее продажи составлял треть от дохода, полученного от продажи соды – основного продукта компании.

Сейчас спирулину выращивают во всех теплых краях от Австралии до Сочи (где потеплее – в искусственных крытых бассейнах, где прохладнее – в полиэтиленовых трубах).

Во многих лабораториях выводят, в том числе и методами генной инженерии, новые штаммы с повышенной урожайностью и оптимизированным составом биомассы. Но до сих пор в качестве продукта питания спирулину используют все те же туземцы, у которых она валяется под ногами, а всем остальным пища будущего достается в виде различных биологически активных добавок – в таблетках и капсулах.

Соя: национальные блюда из генетически модифицированных растений

В сое содержится много белка (до 35% от сухого веса), почти идеального по составу. На Дальнем Востоке одним из основных способов переработки этого национального дальневосточного растения была его ферментация различными видами микроорганизмов.

С биотехнологической точки зрения соя интересна еще и тем, что она стала одним из первых разрешенных к применению генетически модифицированных сельскохозяйственных растений. Благодаря достижениям генной инженерии не-трансгенная соя скоро останется только в заповедниках, для сохранения биоразнообразия, но традиционные восточные продукты из сои делают тысячи лет и будут делать еще столько же.

В Китае соевый сыр тофу делают с помощью плесневых грибков, преимущественно из рода Mucor. Соевый творог мисо и сыр в Японии получают из соевых бобов, ферментированных тем же грибком Aspergillus orizae, который применяют при производстве сакэ. Только процесс не останавливают в тот момент, когда концентрация сахаров достигает максимума, а позволяют плесени превратить максимум углеводов в белок, а соевую пасту – в плотную массу, по вкусу похожую на европейские мягкие сорта сыра. Соевого сыра среднестатистический японец в день съедает 25 граммов, а вся страна Восходящего солнца потребляет за год около миллиона тонн. На вид такой сыр не отличается от обычного, а на вкус – ничуть не хуже. И в России его уже научились делать.

А если засеять соевый солод культурой обычной Bacillus subtilis, одного из любимых объектов биотехнологов, и выдержать пару дней в тепле, получится еще одно любимое японцами блюдо – натто, слизистая масса с приятным (во всяком случае, для японцев) вкусом и запахом.

Еще на Дальнем Востоке делают соевый соус – не только в каждой стране, но и в каждой деревне и в каждой деревенской семье по своему рецепту. Сколько сортов выпускают в промышленных условиях, тоже никто не считал. В общем виде по традиционной технологии китайский соевый соус готовят примерно так. Сою (саму по себе или в смеси со злаками) замачивают, отваривают и превращают в солод с помощью все того же Aspergillus orizae, а потом разводят соленой водой, добавляют закваску и от полугода до двух лет выдерживают в больших цистернах при низкой температуре. В Японии соус тамари сбраживают родственным видом плесени – A. tamari. В закваску (домашнюю или готовую заводскую) входят бактерии Pediococcus soyae и дрожжи – различные виды рода Torulopsis и Saccharomyces rouxii. Недоперебродившим густым остатком кормят свиней, а соленый раствор множества вкусных и ароматных продуктов жизнедеятельности микроорганизмов и недоеденных ими растворимых веществ, входивших когда-то в состав соевых бобов, отцеживают (а на заводах еще и стерилизуют) и используют как приправу. Десятки видов продуктов из сои, риса и других даров природы, переброженных различными видами плесеней и бактерий, так же обычны на Востоке, как у нас – сыр и квашеная капуста. Перечислять их и описывать, с помощью каких бактерий, дрожжевых и плесеневых грибков их получают, бессмысленно. Лучше сходить в китайский (японский, корейский, вьетнамский) ресторан и один раз попробовать, чем сто раз прочитать.

Традиционно восточные блюда из сои сейчас производят во всем мире, и ее переработка из кулинарного искусства превращается в high-tech. Вместо микробиологического получения солода сою гидролизуют химическим путем, гидролизат сбраживают не за два года, а за несколько часов проточным методом с помощью иммобилизованных на твердом носителе ферментов – сплошной упадок нравов под влиянием западной цивилизации.