CC BY
130
СЫРЬЕ И ДОБАВКИ
Пищевые кислоты -необходимые ингредиенты
при производстве пищевой продукции
Т.А. Никифорова
ГУ ВНИИ пищевых ароматизаторов, кислот и красителей РАСХН
основных направлений пров России экономической и социальной политики - стабилизация продовольственного рынка страны. Неотъемлемой частью этой работы является увеличение объемов производства продуктов питания, выпуск которых, как правило, базируется на использовании современных технологий. В своем большинстве такие технологии предусматривают применение пищевых добавок, которые выполняют различные технологические функции, формируют потребительские и орга-нолептические свойства выпускаемой продукции.
Пищевые добавки дают возможность создать продукты питания заданного состава, необходимого вкуса, цвета, аромата, консистенции и обеспечить сохранность готовой продукции. Все это в комплексе составляет одну из качественных характеристик пищевого продукта.
Сфера производства и применения пищевых добавок в последнее десятилетие интенсивно развивается. Существенный вклад в этот процесс вносят и работы ГУ ВНИИПАКК, направленные на создание индивидуальных и комплексных пищевых добавок для различных отраслей пищевой и перерабатывающей промышленности. Необходимо отметить, что в последние годы исследования института вышли за рамки, определенные наименованием института, и охватывают практически все функциональные классы пищевых добавок. Тем не менее наибольший объем работ связан с созданием новых технологий вкусовых и вкусоароматичес-ких добавок и их применением в пищевой индустрии.
При решении технологических задач по регулированию рН пищевых систем приоритет по целому ряду причин, в том числе и в связи с полифункциональностью, имеют пищевые кислоты, получаемые микробиологическим путем, - лимонная и молочная кислоты.
В условиях рыночной экономики потребность пищевой промышленности России в лимонной кислоте отечественного производства удовлетворена в среднем на 26 %, в молочной кислоте на 18 %, в то время как в условиях плановой экономики (1990-1991 гг.) этот показатель находился на уровне 75 и 45 % соответственно.
После распада СССР вновь построенные и модернизированные предприятия по производству лимонной кислоты находятся на территории ближнего зарубежья, 45 % оставшихся в России мощностей по выпуску лимонной кислоты - это предприятия, изготовляющие продукцию устаревшим поверхностным способом.
В рыночных условиях такие предприятия с высоким удельным расходом сырья - мелассы (до 6,0 т) и низкой производительностью процесса стали нерентабельными, что привело их к банкротству.
В итоге Россия, не импортирующая лимонную кислоту с конца 30-х до середины 90-х годов ХХ века, в 2002 г. ввезла 14,4 тыс. т кислоты, в том числе 12,1 тыс. т из Китая.
Большой спрос на подкислители в пищевой промышленности, тенденции развития мирового рынка пищевых кислот и прогнозы продовольственного обеспечения России свидетельствуют о необходимости проведения интенсивной инвестиционной политики для устранения возникшего дефицита пищевых кислот. Тем более, что Россия располагает современными биотехнологиями их производства и, в частности, глубинным способом получения лимонной кислоты, более прогрессивным, созданным учеными ВНИИПАКК и промышленно освоенным в России и странах СНГ. В настоящее время в России имеются все предпосылки для увеличения объемов производства пищевых кислот, получаемых микробиологическим путем: сырье, оборудование, штаммы-продуценты и современные технологии. Именно в последнее деся-
Одно из водимой
тилетие учеными института на базе фундаментальных исследований выполнен цикл работ, направленный на повышение эффективности микробного синтеза пищевых кислот и предусматривающий:
• селекционные работы по созданию высокопродуктивных микроорганизмов-продуцентов;
• расширение сырьевой базы для производства пищевых кислот и разработку технологических приемов переработки разнокачественного сырья;
• создание новых технологий, оптимальных для конкретного вида сырья.
Так, для получения лимонной кислоты селекционировано 11 штаммов гриба Asp. niger, которые ферментируют в лимонную кислоту мелассные, сахаро-зоминеральные и глюкозоминераль-ные среды. Если родительский штамм 82, используемый в начальный период развития глубинного способа получения лимонной кислоты, продуцировал на мелассных средах 5 кг лимонной кислоты с 1 м3 в сутки, а расход сырья на 1 т готовой продукции составлял почти 6 т, то у штаммов Asp. niger последнего поколения интенсивность кисло-тообразования выше в 3,2 раза при ферментации мелассных сред и в 4,5 раза выше при переработке сахара-сырца и крахмала. В ходе селекционных работ значительно возросла массовая доля лимонной кислоты в сумме органических кислот (с 66,2 до 98,9 %).
Проблемы последнего десятилетия с обеспечением микробиологических производств традиционно используемым сырьем - мелассой - обусловили поиск альтернативных субстратов для биосинтеза органических кислот и обратили наше внимание на сахар-сырец, кристаллический сахар, сок сорго и крахмал (пшеничный, картофельный, кукурузный).
Эти источники сырья содержат в усвояемой форме необходимое для продуцентов количество углеводов, являются доступными, относятся к категориям возобновимых, не требуют сложной технологии подготовки их к ферментации, т. е. отвечают всем требованиям, предъявляемым к субстратам биотехнологических производств.
На основании изучения физико-химических и технологических параметров новых субстратов сформирована база данных, определен перечень контролируемых показателей для первичного отбора сырья в производстве пищевых кислот и разработаны практические рекомендации по подготовке питательных сред для ферментации.
RAW MATERIALS AND ADDITIVES
Преимуществом нового для производства пищевых кислот сырья является исключение в процессе приготовления питательных сред токсичных реагентов, возможность использования современных методов выделения целевых продуктов, в том числе мембранных технологий, и решение проблемы снижения экологической нагрузки на окружающую среду.
Наличие штаммов применительно к каждому виду сырья позволило разработать ряд новых конкурентоспособных технологий лимонной кислоты. Среди них следует выделить технологию непрерывного культивирования мицели-ального гриба Asp. niger, которая, по сравнению с периодическим способом ферментации, значительно улучшает технико-экономические показатели процесса, и в первую очередь, как показали промышленные испытания, снижает расходы сырья, тепло- и энергоресурсов.
Отличительная особенность разработанных технологий лимонной кислоты, предусматривающих использование экологически безопасного сырья, -принципиально новый способ выделения лимонной кислоты - бесцитратный, который в отличие от классической схемы позволяет существенно снизить материальные и энергетические затраты и исключить образование крупнотоннажных отходов производства (гипса, фильтрата цитрата кальция).
Учитывая, что использование различных источников сырья и технологий не влечет принципиальных изменений в аппаратурно-технологической схеме производства, у предприятий появилась возможность не зависеть от складывающейся в регионе ситуации с обеспечением тем или иным сырьем и ценовой политики на него.
В течение длительного времени в производстве пищевых кислот отсутствовали экономически выгодные решения утилизации образующихся отходов. Так, на предприятиях по производству лимонной кислоты одним из крупнотоннажных отходов является биомасса мицелиального гриба Asp. niger (на 1 т лимонной кислоты образуется 230 кг сухой биомассы мицелия). Вместе с тем мицелий гриба содержит в значительных количествах такие ценные вещества, как хитин и его производные, которые в настоящее время получают из панцирьсо-держащих представителей морской фауны. На российском рынке широко представлены фармакологические препараты и различные БАД, содержащие в качестве компонентов хитин или хитозан.
В институте разработана довольно простая технология выделения из ми-целиальной биомассы гриба Asp. niger хитин-глюканового комплекса (ХГК) и изучена его сорбционная способность по отношению к ионам тяжелых металлов и радионуклидам. Установлено, что ХГК при рН 1,7 поглощает до 97 % ионов тяжелых металлов, а сорбцион-ная способность по радиоактивным элементам сопоставима с сорбцион-ной способностью хитина, выделенного из морепродуктов.
Токсикологическая проверка данного сорбента показала, что он может быть использован в качестве пищевой добавки. Получено разрешение Минздрава РФ на применение ХГК в пищевой промышленности и совместно с Санкт-Петербургским филиалом ГосНИИХП разработаны новые сорта хлебобулочных изделий с добавлением ХГК.
Исследования в области молочной кислоты в последние годы были направлены в основном на повышение ее качества, так как по целому ряду показателей она уступает зарубежным образцам.
Пересмотр сырьевой базы для биосинтеза молочной кислоты, отказ от использования экологически опасного сырья и разработка современных способов очистки сброженных растворов позволили улучшить такие показатели готовой продукции, как массовые доли золы (в 3,5 раза), железа (в 2 раза), свинца (в 5 раз), кадмия (в 4 раза), а также снизить уровень хлоридов (в 1,6 раза) и ангидридов (в 2 раза). Разработанная технология биосинтеза молочной кислоты, основанная на регуляции метаболической активности молочнокислых бактерий, использовании сахарозоминерального сырья и нового штамма-продуцента, при сокращении продолжительности брожения в среднем на 20 % увеличивает выход целевого продукта до 30 %.
Одно из перспективных направлений ликвидации сложившегося в России дефицита традиционно используемых кислот (молочной и лимонной) - использование смесевых подкислителей, имеющих в составе яблочную и фумаровую кислоты. Как показали исследования, комбинации различных подкислителей (с учетом ограничений по суточному потреблению) обеспечивают не только оригинальный профиль вкуса и аромата готовой продукции, но и позволяют снизить расход подкислителя до 15 % без ущерба качества продукта.
Среди пищевых добавок соли лимонной и молочной кислот как по-
лифункциональные добавки занимают особое место. Они выполняют не только технологические функции регуляторов кислотности, синергистов антиокислителей, стабилизаторов, комп-лексообразователей, эмульгаторов, влагоудерживающих агентов, наполнителей, но и служат уникальными источниками макро- и микроэлементов, таких как кальций, магний, железо, калий, медь и др.
Как показал мировой опыт, именно введение в пищевые продукты цитратов и лактатов - один из наиболее эффективных путей улучшения обеспеченности населения жизненно важными элементами.
В последние годы исследования института были направлены на создание технологий получения лактатов натрия, калия, кальция и цитратов натрия, кальция, калия, магния как наиболее необходимых ингредиентов для выпуска функциональных продуктов питания, на изучение их свойств и направлений использования в отечественной пищевой индустрии. В перспективе стоит задача создания технологий производства пищевых цитратов железа, меди, селена и лактата магния. Надо признать, что в России лак-таты и цитраты используются не столь широко, как за рубежом, что связано в определенной степени с недостатком информации по направлениям их применения.
Недостаточный спрос на лактаты и цитраты является сдерживающим фактором в развитии отечественного производства этих пищевых добавок.
Повышение качества и безопасности пищевых кислот неразрывно связано с совершенствованием нормативной базы для их выпуска. В последние годы пересмотрены межгосударственные стандарты на лимонную и молочную кислоты и проведена гармонизация показателей готовой продукции с международными нормативными документами. Проекты стандартов находятся на согласовании в органах Госстандарта стран СНГ.
Мировой рынок пищевых кислот интенсивно развивается. Так, лимонную кислоту в объемах более 650,0 тыс. т с ежегодным приростом 5 - 7 % производят 45 промышленно развитых стран. Эта тенденция характерна и для отечественного рынка, что потребует расширения исследований по научному обеспечению производства пищевых добавок.
Тел./факс 273-75-24
Е-mail: vniipakk@peterlink. ru
