Биотехнология используется для изготовления продуктов питания уже на про-тяжении более 8000 лет. Наличию на полках магазинов и в холодильнике хлеба, алкогольных напитков, уксуса, сыра, йогурта и многого другого мы обязаны фер-ментам, вырабатываемым различными микроорганизмами. Современная биотех-нология постоянно оказывает влияние на пищевую промышленность посредством создания новых продуктов, а также снижения себестоимости и усовершенствова-ния бактериальных процессов, с незапамятных пор используемых в производстве продуктов питания.

Биотехнология позволяет улучшить качество, питательную ценность и безопас-ность как сельскохозяйственных культур, так и продуктов животного происхож-дения, составляющих основу используемого в пищевой промышленности сырья.

Кроме того, биотехнология предоставляет массу возможностей усовершен-ствования методов переработки сырья в конечные продукты: натуральные аро-матизаторы и красители; новые технологические добавки, в том числе ферменты и эмульгаторы; заквасочные культуры; новые средства для утилизации отходов; экологически чистые производственные процессы; новые средства для обеспече-ния безопасности продуктов в процессе изготовления; биоразрушаемая пластико-вая упаковка, уничтожающая бактерии.

Основные тренды в пищевой биотехнологииУлучшение качества сырья

Возделывание трансгенных культур первого поколения уже принесло фермерам неплохие доходы. Польза, ко-торую при этом получил потребитель, не так очевидна, но не учитывать ее нельзя. Например, исследования по-

казали, что трансгенная кукуруза практически не повреждается насекомыми и, соответственно, менее подвержена грибковым за-болеваниям, чем кукуруза обыч-ных сортов. Кроме улучшения качества и безопасности пищи в целом, в будущем должны по-явиться специализированные продукты, отличающиеся повы-шенной питательностью и спо-собствующие сохранению и укре-плению здоровья.

Рисунок 1 – Нановолокна, полученные биотехнологическим методом

Полезные качества На современном рынке представлено большое количество полезных для здоровья растительных масел, полу-

чаемых с помощью биотехнологии. Биотехнология позволила ученым снизить содержание насыщенных жирных кислот в некоторых растительных маслах. Им также удалось осуществить трансформацию омега-6 полиненасыщен-ной линолевой жирной кислоты в омега-3 полиненасыщенную линоленовую, встречающуюся в основном в рыбе и способствующую снижению уровня холестерина в крови.

Биотехнологи, работающие с животными, тоже занимаются поисками путей повышения качества продуктов питания. Уже создана говядина с пониженным содержанием жира и свинина с повышенным соотношением мясо/сало.

Биотехнология подает большие надежды и в улучшении показателей продуктов функционального питания. Про-граммы разработки и внедрения на рынок нутрицевтиков – продуктов-лекарств, систематическое употребление которых оказывает регулирующее действие на определенные системы и органы организма, улучшая здоровье человека, приняты во многих странах. Такие продукты содержат повышенное по сравнению с обычными количе-ство незаменимых аминокислот, витаминов, минералов и других биологически активных веществ. Например, ис-следователи уже создали сорт томатов, содержащий в три раза более высокий по сравнению с обычными сортами уровень антиоксиданта ликопена. Употребление ликопена снижает риск возникновения рака простаты и молочной железы, а также снижает содержание в крови «плохого» холестерина.

ПРИМЕНЕНИЕ БИОТЕХНОЛОГИЙ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО СЫРЬЯ В ПИЩЕВУЮ И КОРМОВУЮ ПРОДУКЦИЮ

Качество продуктовБиотехнологи занимаются улучшением качества растительного сырья также с точки зрения его привлекательности для

покупателя и легкости приготовления. Ученые удлиняют срок хранения фруктов и овощей; делают морковь, паприку и сель-дерей более хрустящими; создают не содержащие семян сорта дынь и винограда; продлевают длительность сезонно-геогра-фической доступности томатов, клубники и малины; улучшают вкусовые качества томатов, салата-латука, перца, зеленого горошка и картофеля; создают не содержащие кофеина сорта кофе и чая.

Биотехнологические методы позволили ученым добиться повышения содержания в молоке белка казеина – важного компонента процесса сыроварения – на 13 %. Биотехнология также обеспечивает возможность получения продуктов, произ-водство которых при традиционном подходе оказывается экономически невыгодным. Например, промышленное изготовле-ние используемых в качестве подсластителей полимеров фруктозы давно перестало быть прерогативой обычных методов пищевого процессинга. Исследователи обнаружили ген, превращающий 90 % сахара сахарной свеклы в полимеры фруктозы. Они составляют 40 % веса такой трансгенной свеклы, что делает ее весьма привлекательным сырьем для изготовления под-сластителей.

Безопасность сырьяНаиболее значимой проблемой безопасности сырья для производителей продуктов питания является микробное зара-

жение, которое может возникнуть на любом этапе движения продукта от фермы до стола потребителя. Любой биотехно-логический продукт, снижающий количество микроорганизмов на продуктах животного и растительного происхождения, существенно повышает безопасность сырья пищевой промышленности. Повышение безопасности продуктов за счет сниже-ния микробной контаминации начинается с фермы. Устойчивые к вредителям и заболеваниям трансгенные сорта растений в значительно меньшей степени подвержены бактериальному заражению. Новые биотехнологические методы диагностики позволяют выявлять характер бактериальных заболеваний на ранних этапах и с высокой степенью точности, что позволяет изымать и уничтожать заболевших животных или инфицированные растения до того, как болезнь распространилась.

Биотехнология способствует повышению качества сырья еще и за счет выявления и удаления аллергенных белков, содержащихся в таких продуктах, как арахис, соя и молоко. И, наконец, биотехнология помогает в повышении качества сельскохозяйственного сырья путем снижения содержания натуральных растительных токсинов, обнаруженных в некоторых культурах, в том числе в картофеле и маниоке.

Технология производства пищевых продуктовМикроорганизмы активно используются пищевой промышленностью на протяжении многих тысячелетий. Они необходи-

мы для производства хлеба и выпечки, пива, вина, крепких спиртных напитков, уксуса, кисломолочных продуктов, соленой рыбы, сыра и творога, соленых и маринованных овощей, копченой колбасы, какао, кофе, чая, мисо, соевого соуса, соевых лепешек темпе, соевого творога тофу и др. Они также являются богатым источником пищевых добавок, ферментов и других веществ, использующихся при производстве пищевых продуктов.

Усовершенствование микроорганизмов-ферментеровВажность ферментированных продуктов является причиной того, что исследователи не прекращают работу по усовер-

шенствованию важных для пищевой промышленности микроорганизмов. Уже давно известна способность некоторых бакте-рий, использующихся при ферментации продуктов питания, синтезировать соединения, губительные для микроорганизмов, вызывающих порчу пищи и отравления. Биотехнологические подходы позволили специалистам наделить такими свойствами большинство используемых в настоящее время бактерий-ферментеров.

Пищевые и технологические добавкиМикроорганизмы важны для пищевой промышленности не только благодаря своей способности к ферментации продук-

тов, но и в качестве источника пищевых и технологических добавок. Пищевые добавки используются для повышения пита-тельной ценности, удлинения срока хранения, изменения консистенции и усиления вкуса и аромата продуктов. Используе-мые производителями пищевые добавки, как правило, имеют растительное или бактериальное происхождение, например, синтезируемые бактериями ксантановая и гуаровая смолы. Многие аминокислотные добавки, усилители вкуса и витамины, добавляемые в пищевые продукты, производятся с помощью бактериальной ферментации. Со временем биотехнология должна обеспечить производителям пищевых продуктов возможность синтеза большого количества пищевых добавок, кото-рые в настоящее время слишком дороги либо малодоступны из-за ограниченности природных источников этих соединений.

Ферменты, получаемые с помощью микробной ферментации, играют для пищевой промышленности важную роль в ка-честве технологических добавок. Первым коммерческим биотехнологическим продуктом был фермент химозин, использу-емый в сыроварении. До внедрения биотехнологических методик этот фермент приходилось извлекать из желудков телят, ягнят или козлят, а сегодня он синтезируется бактериями, в геном которых встроен соответствующий ген.

Тестирование безопасности продуктов питанияБиотехнология не только предоставляет множество способов повышения безопасности продуктов питания, но и вооружа-

ет нас множеством подходов к выявлению микроорганизмов и синтезируемых ими токсинов. Разрабатываемые в настоящее время тесты на основе моноклональных антител, биосенсоры, методы полимеразной цепной реакции (ПЦР) и ДНК-пробы в скором времени обеспечат нам возможность быстрого и эффективного выявления присутствия в пищевых продуктах микро-организмов, таких как Listeria и Clostridium botulinum, вызывающих порчу продуктов и пищевые отравления.

Уже разработаны биотехнологические диагностические тесты, позволяющие выявлять некоторые токсины, в том числе микотоксины, синтезируемые поражающими зерно грибками и плесенями, и наличие в продуктах питания случайных при-месей потенциальных аллергенов, например, при добавлении в них арахиса.

ПробиотикиПробиотики – класс микроорганизмов и веществ микробного и иного происхождения, использующихся в терапевтических

целях, а также пищевые продукты и биологически активные добавки, содержащие живые микрокультуры. Согласно ГОСТ Р 52349-2005 «Продукты пищевые. Продукты пищевые функциональные. Термины и определения», пробиотик – это функци-ональный пищевой ингредиент в виде полезных для человека непатогенных и нетоксикогенных живых микроорганизмов, обеспечивающий при систематическом употреблении в пищу в виде препаратов или в составе пищевых продуктов благопри-ятное воздействие на организм человека в результате нормализации состава и (или) повышения биологической активности

1

нормальной микрофлоры кишечника.Пробиотики могут: – повышать эффективность иммунной системы, секретируя антитела к определенным вирусам;– продуцировать предотвращающие различные инфекции вещества;– предотвращать прикрепление к стенке кишечника вредных для человека бактерий и тормозить их рост;– стимулировать укрепление слизистого слоя в кишечнике в качестве барьера против инфекций;– тормозить секрецию или разрушать токсины, выделяемые некоторыми «плохими» для человеческого организма бак-

териями;– продуцировать витамины В, необходимые для метаболизма пищи, предотвращения анемии, возникающей при недо-

статке витаминов B6 и B12, а также поддержания здоровья кожи и нервной системы.На данный момент рынок пробиотиков растет от 5 % до 30 % в год в зависимости от страны и типа продукта. За последнее

десятилетие было введено более 500 пробиотических продуктов питания и напитков. Мировой рынок пробиотических напит-ков и продуктов питания оценивался в сумму около 28,8 млрд долл. в 2015 году, а в 2017 – 33,5 млрд евро. Среднегодовой темп роста составит в среднем 12,6 %.

Рынок пробиотиков-ингредиентов более чем наполовину импортозависим. Крупные мировые производители бактериаль-ных концентратов и заквасок, такие как Valio, Chr.Hansen, Danisco, DSM везут свою продукцию для крупнейших отечествен-ных молочных гигантов. Наиболее востребованными среди импортной продукции являются лиофилизированные культуры. Что касается отечественного предложения, то производством биомасс бифидо- и лактобактерий для пищевой промышлен-ности (в частности кисломолочной) занимаются 5 компаний: ЗАО «Партнер», НПО «Бифилайф», «Вектор-Биальгам», «Био-Веста», а также ГНУ ВНИМИ.

Биоконверсия: еда из вторичного пищевого сырьяМикробиологическая конверсия растительного сырья – наиболее эффективный способ осуществить управляемую пере-

работку целлюлозо- и крахмалсодержащих сельскохозяйственных продуктов и отходов в полезные субстанции. При этом решается ряд задач по переходу к безотходным технологиям и, в частности, проблемы малой энергетики и использования новых возобновляемых энергоресурсов, а также защиты окружающей среды.

В России пока отсутствуют высокоэффективные препараты специального назначения для силосования трудно- и несило-суемого растительного сырья и отходов сельскохозяйственного производства. В зарубежных странах комплексные препара-ты ферментов делают не только из различных ферментов, но в них добавляют бактерии, дрожжи, витамины и минеральные вещества. В Великобритании выпускают более 70 ферментных препаратов. В их состав входят амилолитические ферменты и инокулянты штаммов Lac. acidophilum, Streptococcus cremoris, Str. diacetilactis. В качестве бактерий, расщепляющих по-лисахариды, применяют грамотрицательные бактерии Pectobacterium herbicola, Enterobacter aglomerans.

В перспективе могут быть созданы комплексные безотходные индустриальные схемы, в которых побочные продукты определенных технологических циклов станут сырьем для производства пищевых добавок, ингредиентов и продуктов. Стратегия переработки отходов предполагает их многоуровневую классификацию на макро- и микромолекулярные группы, каждая из которых далее разделяется по физико-химическим и структурным характеристикам. Например, при конверсии жидких отходов переработки оливок по соответствующей технологии получают гидрокситиразол (пищевая добавка, функ-циональный ингредиент в хлебопечении) и биокомпозит на основе фенолов и пищевых волокон (природный антиоксидант, функциональный ингредиент для производства напитков, смузи и др.).

Анализ публикационной активности по направлению исследований, связанных с приме-нением биотехнологий при производстве продуктов питания

Показателем интенсивности исследований и разработок может служить публикационная активность в определенной об-ласти знаний. Представленный в настоящем из-дании анализ публикационной активности в обла-сти биотехнологий по направлению «Технологии продуктов питания» проведен с использованием наукометрической базы данных Web of Science Core Collection, которая включает в себя большое количество изданий высокого уровня, но не ох-ватывает отдельные национальные сегменты пу-бликаций. Поэтому представленные результаты анализа отражают общие тенденции, но не явля-ются всеобъемлющими.

Интерес к исследованиям в области примене-ния биотехнологий при производстве продуктов питания существенно возрос с 2000 года (рис. 2). Так, до середины 2000-х годов число публикаций колебалось на уровне 40-65 единиц в год, одна-ко, в период 2009–2010 гг. этот показатель воз-рос в 4 раза и превысил 300. Наиболее заметный вклад, начиная с 2009 года, в развитие анализи-руемой области науки вносит Япония (48 % обще-го числа публикаций). Стабильный рост показа-теля демонстрирует Китай, рост публикационной активности китайских ученых увеличился более чем на половину.

Рисунок 2 – Динамика числа научных публикаций в области биотехнологий по направлению «Технологии продуктов питания» (Food Science Technology)Источник: составлено авторами на основании анализа базы данных Web of Science Core Collection [6]

2

Оценка уровня исследований и технологического развития в области применения биотехнологий при производстве продуктов питания

Уровень российских исследований и раз-работок в области применения биотехноло-гий при производстве продуктов питания

– наличие отдельных российских иссле-дований и разработок, конкурирующих с зарубежными аналогами

Уровень развития применения биотехно-логий при производстве продуктов питания в России

– отставание от мирового уровня разви-тия технического, кадрового обеспечения и инфраструктуры, необходима комплекс-ная система мер, направленная на созда-ние импульса для развития производства

Источник: составлено авторами по результатам исследований

Источники информации

1. Перспективы научно-технологического развития переработки сельскохозяйственного сырья: производство молочной продукции / Н. И. Кузнецов, И. Л. Воротников, А. А. Черняев и др. – Саратов : ФГБОУ ВО Саратовский ГАУ, 2016. – 27 с.

2. Перспективы научно-технологического развития переработки сельскохозяйственного сырья: переработка и консервирование мяса и мясной продукции / Н. И. Кузнецов, И. Л. Воротников, А. А. Черняев и др. – Саратов : ФГБОУ ВО Саратовский ГАУ, 2016. – 29 с.

3. Перспективы научно-технологического развития производства растительных и животных масел и жиров / Н. И. Кузнецов, И. Л. Воротников, А. А. Черняев и др. – Саратов : ФГБОУ ВО Саратовский ГАУ, 2016. – 26 с.

4. Рекламно-информационное издание «Бизнес пищевых ингредиентов». – Режим доступа: http://bfi-online.ru/

5. Рекламно-информационное издание «Интернет журнал о коммерческих биотехнологиях». Режим доступа: http://cbio.ru/

6. Web of Sciences platform. – Режим доступа: http://www.webofknowledge.com/.3

Рисунок 3 – Распределение по странам публикаций в области био-технологий по направлению «Технологии продуктов питания» (Food Science Technology) в совокупности за 2000–2017 гг.Источник: составлено авторами на основании анализа базы данных Web of Science Core Collection [6]

Публикационная активность демонстриру-ет повышенный интерес к применению биотех-нологий в пищевой промышленности в стра-нах Азии, где остро стоит вопрос обеспечения продовольствием растущего населения. Как отмечалось выше, бесспорным лидером явля-ется Япония, в первую пятерку стран входят также США, Китай, Южная Корея и Индия (рис. 3). В совокупности азиатские ученые опубли-ковали 71 % научных исследований за период 2000–2017 гг. и эта доля продолжает увеличи-ваться.