Одним из важнейших разделов биотехнологии является пищевая биотехнология. В течение тысячелетий люди успешно изготавливали сыр, уксус, спиртные напитки и другие продукты, не зная о том, что в основе их получения лежит метод микробиологической ферментации. С помощью пищевой биотехнологии в настоящее время получают такие пищевые продукты, как пиво, вино, спирт, хлеб, уксус, кисломолочные продукты, сырокопченые и сыровяленые мясные и многие другие. Кроме того, пищевая биотехнология применяется для получения вспомогательных веществ и соединений, используемых в пищевой промышленности: лимонная, молочная и другие органические кислоты; ферментные препараты различного действия (протеолитические, амилолитические, целлюлолитические), аминокислоты и другие пищевые и биологически активные добавки (табл. 19.1).
Таблица 19.1. Перспективы использования биотехнологических продуктов в пищевой промышленности
| Пример | Применение в пищевой промышленности |
| Аминокислоты |
Цистеин,
метионин, лизин | Повышение питательной ценности пищи |
| Глутамат | Усиление аромата мясных, рыбных и грибных изделий |
| Глицин, аспартат | Придание кондитерским изделиям и напиткам кисло-сладкого вкуса |
| Олигопептиды |
| Аспартам | Подсластитель |
| Ферменты |
| Амилаза | Гидролиз крахмала при производстве спирта, вина, пива, хлеба, при изготовлении детского питания |
| Глюкоамилаза | Получение глюкозы |
| Инвертаза | Производство кондитерских изделий |
| Пуллуланаза | Производство мальтозных или глюкозных сиропов из крахмала |
| Галактозидаза | Производство безлактозного молока, освобождение молочной сыворотки от лактозы, приготовление мороженого |
| Целлюлозы | Приготовление растворимого кофе, улучшение консистенции грибов и овощей, обработка цитрусовых |
| Пектиназы | Осветление вин и фруктовых соков, обработка цитрусовых |
| Пепсин, папаин | Осветление пива |
Трипсин,
бромелаин | Ускорение маринования рыбы, удаление мяса с костей |
| Липазы | Придание специфического аромата сыру, шоколаду, молочным продуктам |
Глюкозооксидаза
с каталазой | Удаление кислорода из сухого молока, кофе, пива, майонезов, лимонных, апельсиновых и виноградных соков |
Продукты питания должны быть сбалансированы по составу и содержать белки, жиры, углеводы и витамины. Известно, что жиры и углеводы в определенных пределах взаимозаменяемы, но белки — незаменимы. Как правило, все возникающие проблемы питания людей связаны с дефицитом белка. В качестве источников белка с содержанием до 30% применяются семена сои, подсолнечника, арахиса и др. По содержанию незаменимых аминокислот растительные белки приближаются к белку куриных яиц и рыбы.
В последние годы в производство пищевого белка активно внедряются и методы микробиологического синтеза, так как микроорганизмы чрезвычайно богаты белком (70–80% их массы). Скорость синтеза белка микроорганизмами чрезвычайно высока и примерно в 10–100 тыс. раз выше, чем у животных. При этом технологический процесс получения белка с помощью микроорганизмов значительно менее трудоемок и затратен, чем получение животного белка.
Важнейшим продуктом биотехнологического производства являются аминокислоты, из которых 10 относятся к незаменимым (изолейцин, лейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан, валин, фенилаланин, аргинин и гистиин). Аминокислоты не только выполняют питательную функцию, но и выступают в роли ароматических и вкусовых агентов. Как пищевую добавку в продукты питания чаще всего вносят лизин и метионин. Глицин, как и глутамат натрия, применяют в качестве ароматического вещества, а также для усиления и улучшения вкуса пищи. Глицин, обладающий освежающим, сладким вкусом и оказывающий бактериостатическое действие, вводят в сладкие напитки. Цистеин улучшает пекарские характеристики хлеба. Аминокислоты в большом количестве применяют также как кормовую добавку.
Микробиологические методы в пищевой биотехнологии активно применяют для получения кисломолочных продуктов на основе цельного молока. Благодаря своему составу — белки (альбумин и казеин), жиры, углеводы (молочный сахар — лактоза), ферменты, иммуноглобулины, лизоцим — молоко представляет собой прекрасный субстрат для развития молочнокислых бактерий. В результате сбраживания лактозы получают сметану, йогурт, сыр и др. Характеристики конечного продукта зависят от характера и интенсивности реакций ферментации.
Для ферментации молока применяют закваски из чистых культур микроорганизмов; для кефиров — комплекс нескольких видов молочнокислых грибков и молочнокислых бактерий. Важно подчеркнуть, что характеристики конечного продукта определяют выбор состава заквасок: ацидофилин — ацидофильная палочка, простокваша — молочнокислые стрептококки и т.д.
Кроме того, штаммы микроорганизмов в закваске должны отвечать вкусовым требованиям; получаемые продукты должны иметь определенную консистенцию; микроорганизмы закваски должны обладать определенной активностью кислотообразования; фагорезистентностью; способностью к синерезису (свойству сгустка отдавать влагу); способностью образования ароматических веществ; сочетаемостью штаммов; наличием антибиотических свойств по отношению к патогенным микроорганизмам; устойчивостью к высушиванию.
При биотехнологическом получении молочных продуктов нового поколения предусматривается применение таких инновационных технологий, как использование в качестве исходного сырья концентрата молочных белков, содержащего казеин и сывороточные белки в регулируемом соотношении. Белки молока, и особенно сывороточные белки, по своему аминокислотному составу относятся к наиболее ценным белкам животного происхождения и являются источником незаменимых аминокислот. Для получения высококачественных альбумино-казеиновых концентратов применяют метод биотрансформации азотистых соединений сыворотки с мицеллами казеина обезжиренного молока. Альбумино-казеиновые концентраты используются в качестве бифидус-фактора при производстве ряда пищевых продуктов: детской пасты, альбумино-творожных сырков, натуральных, обезжиренных и плавленых сыров, мясных, хлебобулочных, кондитерских изделий, майонеза и других продуктов.