Конструктор из коллагена: как биотехнологии выводят производство мясных продуктов на новый уровень

Коллаген — один из главных структурных белков нашего организма. Он отвечает за здоровье кожи, прочность костей и суставов. Его часто можно встретить в пищевых добавках и косметике, однако в таком виде он усваивается слабо: в БАДах молекулы коллагена слишком крупные и распадаются на аминокислоты, а через кожу этот белок почти не проникает.

Сделать коллаген более эффективным и биологически доступным удалось ученым университета РОСБИОТЕХ. В каких продуктах содержится больше всего полезного белка и с помощью каких технологий его получают? На вопросы порталу Наука.рф ответила автор проекта, профессор, и.о. заведующего кафедрой «Технологии и биотехнологии мяса и мясных продуктов» Университета РОСБИОТЕХ, доктор технических наук Елена Литвинова.

— Ваши исследования связаны с получением коллагена из мясных и рыбных продуктов. Что особенного в этом белке? Какие трудности с ним возникают?

— Коллаген — это высокомолекулярное соединение, обладающее сложной фибриллярной структурой. В зависимости от последовательности аминокислот, структуры и свойств выделяют разные виды коллагена в организме. Всего их 28 типов. Например, в коже содержится первый тип коллагена, а в сосудах — третий тип. Проблема в том, что коллаген — это неполноценный белок. В нем не хватает незаменимых аминокислот, а именно — триптофана.

— Ваши разработки позволили сделать коллаген полноценным? 

— Корректнее сказать так: наша работа позволила собрать воедино белковые компоненты для сбалансированности по аминокислотному составу. Благодаря математическому моделированию и пониманию, как устроены отдельные компоненты, нам удалось получить своего рода конструктор, который можно собирать в соответствии с потребностями организма. Мы можем варьировать соотношение аминокислот и нутриентов, например, создать комплексные компоненты для спортсменов. В будущем это поможет расширить спектр продуктов с коллагеном и сделать так, чтобы он эффективно проявлял свои технологические и физиологические свойства.

— Из каких продуктов вы берете коллаген?

— Из побочного коллагенсодержащего сырья. Дело в том, что, по статистическим данным, около 15% белоксодержащих ресурсов мясной отрасли не востребованы. Например, это могут быть мякотные, слизистые субпродукты, свиные шкуры, ноги цыплят-бройлеров, кожа рыбы. Все это — источники с высоким содержанием коллагена. На долю такого сырья приходится до 30% общей массы белков. Мы обратили внимание, что это ценный источник, который можно перевести в высокорентабельные компоненты.

— Каким образом это можно сделать?

— Есть три способа. Первый — химический, когда продукт обрабатывают с помощью различных кислот и щелочей. Нужно разрушить нитевидную структуру коллагена (так называемые фибриллы) и перевести его в низкомолекулярную форму. То есть сделать легкоусвояемым. Проблема в том, что при таком методе реагенты, которыми обрабатывали коллаген, сохраняются в конечном продукте. Поэтому необходима дополнительная очистка. Но она снижает количество полезного белка.

Другой способ — физическая модификация. Он не такой сложный, но для него требуются дополнительные энергетические и экономические затраты, в том числе специальное оборудование.

Мы применили третий, наиболее перспективный и самый простой метод — биотехнологический. Для этого не понадобятся дополнительные технологии или особая квалификация специалиста. Нужно всего лишь (хотя это, конечно, громко сказано, здесь тоже есть свои нюансы) подобрать специфичный фермент, воздействующий только на коллаген. С его помощью можно расщепить коллаген на более мелкие компоненты — пептиды. В результате мы получаем гидролизат коллагена — белок, обладающий высокой степенью усвоения и повышенными функционально-технологическими свойствами.

— Как выглядит такой продукт?

— Гидролизат коллагена может быть представлен в жидкой форме, в виде порошка, гранул или суспензии. Оттенки зависят от исходного сырья и степени очистки от сопутствующих веществ. Более того, гидролизаты обладают дополнительными свойствами. Например, оказывают благотворное влияние на желудочно-кишечный тракт, выполняя функции нерастворимых пищевых волокон, участвуют в репарации соединительной ткани.

— На какой стадии сейчас находятся ваши исследования?

— Мы апробировали разработанные технологии на предприятиях в Москве и Московской области, а также в других регионах. Сейчас гидролизаты используют при производстве реструктурированных мясных продуктов, например, при создании ветчины для завтрака. По другому нашему направлению гидролизаты коллагена реализуются в качестве биологически активной добавки (БАД).

Однако наша основная задача заключается в другом. Мы установили, что эти гидролизаты коллагена можно использовать в качестве матрицы для получения комплексных ингредиентов сбалансированного аминокислотного состава. Иными словами, в эти коллагеновые формы можно вводить другие соединения, в том числе легколетучие компоненты — витамины.

Например, аскорбиновая кислота. Это важная пищевая добавка, которую используют при производстве колбас. После термической обработки продукта она распадается, ее остается крайне мало. В ходе исследования мы использовали наш гидролизат коллагена в качестве носителя — добавили в него аскорбиновую кислоту в необходимом количестве, согласно суточной норме потребления. И оказалось, что аскорбиновая кислота образует прочную связь с нашей коллагеновой матрицей. При таком подходе потери витамина С составили около 15%, в то время как обычно они достигают 85%.

Сейчас мы продолжаем заниматься этим направлением. Уже прошли исследования in vivо и в ближайшем будущем планируем клинические испытания. Эта работа позволит повысить доступность коллагена в пищевых продуктах. 

— Вы упомянули БАДы, поэтому не могу не задать следующий вопрос. Считается, что пищевые добавки с коллагеном, которые продаются в аптеках и магазинах, неэффективны. Действительно ли это так?

— Как я уже сказала, существует 28 типов коллагена. Не все из них у нас хорошо усваиваются. В идеале человеку нужно употреблять второй тип коллагена для восстановления суставов. Если же мы рассматриваем БАД, в котором действительно есть этот тип коллагена, от него будет польза. Но эту добавку стоит принимать вместе с аскорбиновой кислотой. Без нее эффекта не будет.

— В целом, насколько хорошо сохраняются полезные и биологически активные вещества в мясных продуктах?

— Большинство биологически активных веществ имеет белковую природу, поэтому они легко разрушаются при интенсивной обработке, например, тепловой, особенно в условиях доведения мясных продуктов до кулинарной готовности. Стоит отметить, что большая часть этих веществ термолабильны, либо легколетучи. Чаще всего необходимо подбирать параметры обработки для их сохранности и длительного хранения.

— В таком случае, насколько мясо — необходимый продукт в рационе человека?

— Это источник полноценного белка. Его уникальность связана с последовательностью аминокислот, что делает его усвояемым. В мясе содержатся витамины группы В, железа, фосфора, цинка, что в очередной раз подтверждает — в рационе питания мясные продукты все же необходимы. Как утверждают диетологи, это важно для контроля массы тела и улучшения обмена веществ современного человека.

— Есть мнение, что в составе многих мясных продуктов недостаточно мяса и больше добавок, различных консервантов, усилителей вкуса. Насколько они безопасны?

— Пищевые добавки действительно используют при производстве продуктов питания, не только мясных. Но все эти компоненты разрешены и безопасны согласно рекомендуемым нормам, что подтверждает индекс «Е». К сожалению, из-за большого объема разнообразной информации о пищевых добавках у потребителей возникает недопонимание, а это влечет за собой искаженное восприятие действительности.

— С какими еще популярными заблуждениями вам приходилось сталкиваться в своей научной области?

— Не раз встречала информацию, что мясо негативно влияет на организм человека. Однако на страницах изданий с этой же информацией приводили опровергающие данные и результаты исследований. В частности, сегодня мышечная ткань в мясе рассматривается как эндокринный орган, производящий ценные компоненты. Жир также реабилитирован — его рекомендуют диетологи согласно суточным нормам потребления.

— Что насчет искусственного и растительного мяса? Насколько оно уступает по числу полезных компонентов?

— Искусственное мясо — это вовсе не растительная альтернатива. Для создания такого продукта нужны мезенхимные стволовые клетки, способные воспроизводить клетки различных тканей мяса с использованием биотехнологии. Это дорогостоящий процесс, поэтому стоимость такого товара довольно высока. Кроме того, индустрия в этом направлении еще не сильно продвинулась, поскольку необходимы существенные капиталовложения.

Что касается растительных альтернатив — их получают из растительных белков. Чаще всего — экструдатов*, чтобы имитировать консистенцию мяса. Но не стоит забывать, что такие продукты могут содержать большое количество пищевой соли и разнообразные пищевые добавки. Некоторые ингредиенты, такие как соя и орехи, могут вызвать аллергические реакции. Растительные бургеры обычно рекомендуют рассматривать не как здоровую замену мясу, а с точки зрения этических соображений.

— Тем не менее, судя по всему, пищевые технологии переживают бурное развитие. Какие направления в этой области кажутся вам наиболее перспективными?

— На сегодняшний день интерес представляет изучение происхождения сырья, поэтому исследования протеома, метаболома, нутриома (то есть, совокупности белков, метаболитов и необходимых пищевых факторов) сырьевых источников все чаще встречаются в работах современных ученых. 

Липогенез* и его кинетика также важны. Благодаря современным технологиям нам известны разные виды жировой ткани, места их локализации в организме, причины окисления.

К сожалению, у многих людей даже с астеническим типом конституции наблюдается накопление жировой ткани в печени, что влечет за собой разные заболевания. В этом случае необходимо корректировать рацион, вовлекать в него полезные липиды с определенным соотношением. В этом контексте свиной жир считается полезным и должен входить в меню современного человека.

— А если говорить именно о ваших исследованиях, то здесь какие научные задачи хотелось бы решить? О чем мечтаете?

— Каждый человек мечтает быть счастливым, и я не исключение. Я буду искренне рада, если мои разработки принесут пользу людям, а может быть кто-то скажет «спасибо» за это. Мне нравится научная и образовательная деятельность. Для меня это уникальная возможность получать дополнительную энергию и видеть в горящих глазах стимул студентов, что только мотивирует на дальнейшие разработки. Учиться, учиться и еще раз учиться — это актуально всегда. И приятно, что такая возможность у меня есть.

Беседовала Анна Шиховец