Кисломолочные бактерии: как работают современные закваски
Примерно три десятка лет назад в России практически перестали производить закваски для кисломолочной продукции и начали закупать зарубежные. Сегодня отечественные учёные восстанавливают утраченный опыт, чтобы обеспечить стране продовольственную безопасность. Расскажем, как это собираются сделать в Университете «Сириус».
Закваска для получения кисломолочных продуктов состоит из различных штаммов микроорганизмов — в частности, из тех, что сквашивают молоко. Современные штаммы сильно отличаются от исходных природных. Их выведение — длительный и непрерывный процесс выявления недостатков микробов для технологического процесса и внесения в них улучшений. Учёные отбирают варианты с помощью мутагенеза и методов высокопроизводительной селекции, стараясь сделать бактерии эффективнее.
В Университете «Сириус» подбирают наиболее эффективные бактериальные штаммы для заквасок
Фото: © Алёна Енченко / Медиадом «Сириус»
Сегодня крупные производители кисломолочных продуктов используют закваски прямого внесения. Это порошок, который условно вечером высыпают из пакетика в цистерну с молоком. Потом её содержимое перемешивают и оставляют при нужной температуре, а к утру продукт готов.
Национальные кисломолочные напитки
Айран. Этот напиток популярен у народов Средней Азии, Кавказа и Башкирии, и не везде его готовят одинаково. Потомки оседлых народов делают его жидким, а те, кто ведёт свой род от кочевников, — густым, похожим на сметану.
Катык. «Застывшая» — так переводится название этой простокваши с тюркских языков. Её готовят из кипячёного молока, что обеспечивает высокую жирность.
Кумыс. Кисловато-сладкий напиток, распространённый в Казахстане, Киргизии, Монголии, а также в некоторых регионах России.
Ласси. Этот индийский напиток готовят на основе дахи — местного йогурта из козьего молока, куда добавляют воду, соль, сахар, специи, фрукты и лёд. Всё это взбивают до консистенции смузи.
Мацони — неотъемлемая часть грузинской национальной кухни. Его делают из кипячёного молока коров, овец, коз, буйволов.
Сузьма популярна в Иране, Таджикистане, Киргизии и Узбекистане. Основа для её изготовления — сыворотка из катыка. В итоге получается что-то среднее между творогом и сметаной. В напиток добавляют травы, специи или фрукты.
Тан переводится с армянского языка как «влажная пища». Этот напиток любят не только в Армении, но и по всему Кавказу.
Турах — национальный напиток чувашей.
Чеген — самый распространённый вид кисломолочных напитков на Алтае.
Шалап — в Дагестане этот освежающий напиток подают в высоких стаканах. Помимо кисломолочной основы, внутри сок лимона, немного сахара и лёд.
Шубат пьют в Казахстане и Узбекистане. Напиток, жирность которого достигает 8 %, содержит немного алкоголя.
«За 6–8 часов должна пройти ферментация: бактериям нужно успеть вырасти, наработать кислоту, сквасить молоко и произвести конечный продукт. Такая скорость позволяет исключить влияние микрофлоры, которая есть в молоке. Обычно на миллилитр молока приходится примерно 105 бактерий, а закваска даёт примерно 107. То есть микроорганизмов, которые мы засеваем, практически в 100 раз больше, к тому же они адаптированы к технологическому процессу: быстрее растут и выделяют необходимые вещества. Другим просто не остаётся места», — объясняет ведущий научный сотрудник Научного центра генетики и наук о жизни Университета «Сириус» Алексей Розанов.
Алексей Розанов
Фото: © Варвара Слива / Медиадом «Сириус»
При этом технологический процесс должен быть чётко выстроен. И здесь важна не только точная дозировка, но и надёжность микробов — иначе говоря, их устойчивость к вирусному воздействию. Бактериофаги, или фаги, могут замедлить процесс сквашивания или полностью его остановить, а также испортить вкус конечного продукта. В этом смысле использование заквасок прямого внесения позволяет снизить риск заражения благодаря их производству на отдельном специализированном предприятии. Там необходимые бактерии получают в более стерильных условиях, которые недостижимы в условиях молочного производства, к тому же каждую партию проверяют на наличие ДНК бактериофагов. Дополнительно благодаря отсутствию стадий предварительной ферментации на молочном производстве сокращается общее время взаимодействия фагов, присутствующих в молоке, с заквасочными микроорганизмами, что снижает вероятность развития инфекции. Да и содержать отдельный заквасочный цех со специалистами-технологами на каждом заводе экономически не выгодно.
На первой федеральной территории планируется запустить производство линейки кисломолочных продуктов. Для этого в Университете «Сириус» уже подобрали несколько штаммов. Этой весной на основе собственной закваски учёные намерены получить первую экспериментальную партию сыра.
Наука и бизнес
Погружение фундаментальной науки в проблемы бизнеса через решение практических задач — эффективный подход, который позволяет отвечать на современные вызовы и одновременно накапливать теоретические и практические знания. В Университете «Сириус» сейчас разрабатывают программу, которая будет собирать информацию и формировать модели с описанием процесса метаболизма бактерий. Чем больше будет накоплено данных, тем выше станет прогностическая точность инструмента.
Работа над проектом ведётся в лабораторном комплексе Университета «Сириус» — одном из самых современных в стране
Фото: © Алёна Енченко / Медиадом «Сириус»
«Мы изучаем метаболизм молочнокислых бактерий, анализируем, как работают их гены, как они взаимодействуют между собой, то есть получаем фундаментальную информацию и строим модели. В том числе двигаемся в направлении синтетической биологии, которая занимается „конструированием жизни“, исходя из инженерных потребностей. С одной стороны, мы готовим закваски, с другой — учимся и работаем, чтобы решать современные фундаментальные задачи биологии. К примеру, если мы хотим создать бактерию, которой не существует в природе, её нужно синтезировать и запустить, чтобы она начала автономно жить и размножаться. Но если сделать это на текущем этапе, скорее всего, ей это просто не удастся. Мы не отрегулируем все элементы, чтобы они хорошо вместе функционировали, чтобы не было перекосов, чтобы какой-то белок не перетянул на себя всю энергетику и не убил клетку. Для этого необходимо пройти значительный путь теоретической проработки. Исследования для разработки заквасок позволяют нам подойти ближе к решению этой задачи», — объясняет Алексей Розанов.
Закваска и редактирование генома
Популярный среди учёных инструмент редактирования генома CRISPR-Cas9 был найден благодаря разработкам сотрудников компании Danisco, которая занимается производством заквасок, эмульгаторов и других веществ для изготовления кисломолочных продуктов. Научные сотрудники Родольф Баррангу и Филипп Хорват искали способ защитить бактериальные культуры от заражения макрофагами и сумели найти «иммунный» механизм бактерий.
Сегодня в России есть несколько компаний, производящих закваски, но объёмы их продукции не обеспечивают потребности отечественного рынка. Исправить такое положение дел намерены на первой федеральной территории.
«В России до сих пор больше 85 % заквасочных культур импортируют. Мы решаем принципиальные фундаментальные задачи, чтобы преодолеть отставание в области промышленной микробиологии в целом и в индустрии заквасок для создания кисломолочных продуктов в частности. Уже проведена большая аналитическая работа и поставлены актуальные вопросы. Например, перевод процесса культивирования лактобактерий для наработки заквасок прямого внесения из анаэробного в аэробный формат, что гораздо эффективнее по энергетике клетки. Также остановка эффекта постзакисления. Речь идёт о продолжении снижения рН бактериями после того, как продукт уже готов. Это приводит к снижению у него сроков хранения и изменению вкусовых качеств. Предстоит выяснить, из-за каких молекулярных механизмов такое происходит», — рассуждает исполнительный директор Научного центра генетики и наук о жизни Университета «Сириус» Алексей Сазонов.
Алексей Сазонов
Фото: © Варвара Слива / Медиадом «Сириус»
Бизнес-партнёры проекта по производству заквасок в Сириусе планируют уже в этом году построить производственные площади и наладить работу оборудования. Ожидается, что первые продукты сойдут с конвейера в 2026-м.
