Белок будут получать из пищевых отходов

Ученые из Университета Бангора под руководством доктора Адама Чарлтона исследуют возможность получения готовых к использованию пищевых белков из отходов растениеводческой отрасли.

Прогнозы ООН предсказывают, что к 2050 году население мира увеличится с нынешних 8 млрд до 9,8 млрд – и численность человечества будет продолжать расти, достигнув 11,2 миллиардов к 2100 году.

И такой стремительный прирост населения создаёт значительную нагрузку на биосферу. Одна из самых больших проблем, стоящих сейчас перед обществом, заключается в разработке и внедрении в широкое использование альтернативных технологий получения белка, что необходимо для обеспечения ожидаемого роста численности людей в ближайшие десятилетия необходимыми ресурсами. Эта задача предполагает снижение зависимости пищевой промышленности от традиционных источников животного белка, среди которых преобладают на текущий момент красное мясо, рыба и птица. Продукты, полученные из животного белка, также достаточно широко используются в промышленности пищевых ингредиентов: из них производятся разнообразные загустители и стабилизаторы, добавки для придания определённой текстуры и т.д. Такие компоненты называются функциональными белками, и на рынке среди них преобладают варианты, полученные из молочных продуктов, яиц и желатина, которые извлекаются из кожи, хрящевой и костной ткани крупного рогатого скота, свиней, реже птицы и рыбы.

Наряду с опасениями по поводу экологической устойчивости и этических последствий использования функциональных белков животного происхождения в пищевой промышленности существуют также чисто коммерческие причины для выявления более дешевых альтернатив таких ингредиентов. Эффективным заменителем животных функциональных белков могут стать продукты, полученные из растительного сырья. Подобные продукты уже достаточно активно используются в пищевой промышленности для производства стабилизаторов гелевых и пенистых субстанции, эмульсий и находят применение во многих пищевых продуктах, включая соусы, пирожные, мороженое и приправы. Большие перспективы для отрасли заключают в себе и модифицируемые растительные белки, которые можно легко и эффективно адаптировать для конкретных сфер применения в пищевой промышленности. Для получения таких “гибких” протеинов производители уже активно используют сою, горох, картофель, рапс и рис.

Одной из сфер повышенного интереса является производство функциональных белков из растительных отходов, полученных при переработке сельскохозяйственных культур, включая фрукты, овощи и злаки. В 2017 году, по оценкам Европейского союза, было произведено 88 миллионов тонн пищевых отходов, и 30 процентов из них были получены в ходе первичного производства на фермах (11%) и во время переработки (19%). Значительную долю растительных отходов, производимых в Европе (20 млн. тонн) образует переработка оливок, рапса, томатов и цитрусовых. И у пищевых производителей существует существенный интерес к повышению ценности этих остатков. Одним из способов дать отходами “вторую жизнь” может стать производство качественных, чистых и устойчивых функциональных белков для самых разных сфер пищевой промышленности.

Проект Pro-Enrich, организованный партнерством 16 компаний из 7 стран-членов ЕС, имеет своей целью решение некоторых технико-экономических проблем, связанных с повышением ценности отходов пищевой промышленности. Проект финансируется совместным предприятием Bio Based Industries в рамках исследовательской программы Horizon 2020, которая продвигается Европейским Союзом. В ходе его реализации прорабатываются различные способы производства экономически выгодных и одновременно безопасных функциональных белков и биоактивных ингредиентов из различных остатков сельскохозяйственных культур. Параллельно изучается возможность использования таких протеинов в различных отраслях пищевой промышленности, косметический отрасли, при производстве кормов для домашних животных и других товаров.

В проекте принимают участие 13 компаний, в том числе Tate, Lyle и Mars. Представители этих компаний неоднократно заявляли о своей заинтересованности в выработке более экологичных способов использования таких остатков. Для выделения из такого своеобразного сырья чистых белков составлена комбинация механических методов воздействия и специальных ферментов. В рамках проекта разрабатывается гибкий подход к биопереработке с целью эффективного использования обширного спектра сельскохозяйственных остатков, полученных при производстве рапсовой муки, переработке оливок, томатов и цитрусовых.

Существует ряд  технических проблем, для которых необходимо найти решение, прежде чем ингредиенты, полученные из отходов, смогут быть использованы в пищевой промышленности. В частности, такие белки стали более функциональными, они должны быть частично разрушены (гидролизованы), что традиционно достигается с помощью комбинации теплового и химического воздействия. Однако есть ряд существенных проблем, обусловленных такой технологией: увеличение производственных затрат из-за необходимости химической обработки, необходимость удаления загрязняющих веществ, снижение усвояемости белков после модификации. Есть также проблемы, обусловленные тепловым воздействием. В частности, если условия не контролируются с достаточной тщательностью, чувствительные к нагреванию структура аминокислотных остатков в белках повреждается, а более интенсивное термическое разложение может привести к сгоранию ароматических веществ и потемнению структуры, из-за чего конечные продукты могут получить неприятный вкус.

Особое внимание уделяется участниками проекта разработке технологий экстракции нативных белков с целью сохранения большей части их функциональности. Для этого в большинстве случаев используется рапс, причём как горячего, так и холодного отжима. Его зерна обрабатывают по особой технологии для экстракции различных белковых фракций. При этом рапс холодного отжима является предпочтительным, поскольку прессование происходит при более мягких температурах, чем горячее прессование, благодаря чему удаётся предотвратить раннюю денатурацию белков. Для отраслей пищепрома, в которых используется рапс, актуальны также проблемы, связанные с антипитательными компонентами, которые необходимо удалить или деактивировать, поскольку они придают выделяемому продукту горький вкус.

Хотя работа партнёрства ведется лишь немногим более 12 месяцев, уже были проведены довольно масштабные испытания, завершившиеся положительными результатами. Из отходов переработки рапса уже удалось получить многокилограммовые партии протеинового порошка. И этот продукт удостоился высоких оценок от представителей пищевой промышленности, которые активно используют функциональные белки.