Изучение возможности использования плесневых грибов как источника пищевого белка

Больше-Ломовисский филиал МБОУ Пичаевской  СОШ

Пичаевского района Тамбовской области

Изучение возможности использования плесневых грибов как источника пищевого белка

Захарова Кристина Игоревна,

ученица 8 класса

Перова Елена Тимофеевна,

учитель биологии и географии

Село Большой Ломовис, 2013

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение…………………………………………………………………с.3
2. Биология плесневых  грибов……………………………………………с.3
3. Микромицеты в производстве продуктов

растительного происхождения…………………………………….….с.4

4. Фузариум вененатум как источник пищевого белка………………….с.5
5. Технология получения белка из плесневых грибов…………………..с.6
6. Безопасность продуктов из плесневых грибов………………………..с.7
7. Психологические барьеры перехода на новую пищу…………………с.7
8. Выводы…………………………………………………………………..с.8
9. Заключение………………………………………………………………с.8
10. Используемые ресурсы………….………………………………………с .9
11. Приложения……………………………………………………………..с.10

1. Введение

    Актуальность темы:    Население мира неуклонно растёт. Производство продуктов питания не успевает расти за населением. Особенно важно, чтобы продукты питания содержали в своём составе достаточное количество белка. Традиционные отрасли животноводства с поставленной задачей не справляются. Чтобы вырастить крупное животное, нужно несколько лет. Проблему пытаются решить с помощью различных биологических добавок в корм скоту для быстрого увеличения массы тела.  Часто это приводит не только к увеличению массы, но и тому, что такое мясо становится опасным для здоровья человека. Для выращивания овощей и злаков необходимы земля, удобрения, защита от вредителей. Поэтому с экономической точки зрения промышленный способ синтеза пищевой продукции из непищевой – сверхприбыльный. Нужны дополнительные источники пищевого белка, безопасного для здоровья человека. Один из вариантов – получение пищевого белка из плесени. «Наша цель - получение  заменителя мяса в промышленных масштабах. Он должен быть сочным, ароматным и волокнистым, как настоящее мясо. Еще важен длительный срок хранения и относительно низкая стоимость. В идеале заменитель смогут есть не только вегетарианцы, но и аллергики», - заявил  Флориан Уайльд, учёный из Института Фраунгофера.

    Проблема исследования. Люди хотят больше получать продуктов питания, затрачивая меньше средств и времени.

    Объект исследования - плесневые грибы.

    Предметом исследования является определение возможности получения пищевого белка из плесневых грибов. 

         Цель: изучение плесневых грибов как источников пищи. 

         Задачи:  

1.изучить литературу по данной проблеме;

2. выявить пищевую ценность плесневых грибов;

3. изучить технологии получения пищевого белка из плесневых грибов.

        Гипотеза. Из плесневых грибов возможно получение пищевых белков для решения продовольственной проблемы человечества.

2. Биология плесневых грибов

        Грибы  - особое царство живых организмов. Они отличаются от мхов, водорослей, сосудистых растений не меньше, чем от животных. Грибы не образуют подвижных клеток ни на одной стадии жизненного цикла. В биосфере играют роль редуцентов. Их деятельность также необходима для существования нынешнего мира, как и активность видов-продуцентов. В процессе разложения в атмосферу выделяется углекислый газ, а азотные и другие соединения возвращаются снова в почву, где они снова могут быть использованы растениями и животными. Большинство грибов имеет нитевидное тело. Грибные нити называют гифами, а их совокупность мицелием. Отдельный гриб может за 24 часа образовать мицелий длиною более километра. Быстрый рост и нитчатое строение грибов обусловливают особый тип их взаимоотношений с окружающей средой: они контактируют с окружающей средой также тесно, как бактерии. Плесневые грибы появились на Земле 400 миллионов лет назад. За это время плесневые грибы отлично приспособились к существованию в самых разных условиях. Плесень убивает и спасает от смерти. Ее называют «хлебом дьявола» и «плевком Бога». Она сказочно красива, но вызывает отвращение - это всё про плесень. Именно она в очередной раз заинтересовала учёных мира. Я выбрала именно эту тему, потому что мне интересно понять, какое значение имеет плесень в современном обществе и насколько она важна для человека.

Плесень размножается невероятно быстро. В обыкновенной хлебной плесени можно различить маленькие чёрные точки – спорангии, в которых образуются споры. В одном спорангии содержится до 50000 спор, каждая из которых способна воспроизвести сотни миллионов новых спор всего за несколько дней! А если условия благоприятные, плесень быстро появится на книге, обуви или на упавшем дереве в лесу.

Как плесень «питается»? В отличие от человека и животных, которые сначала проглатывают пищу, а затем переваривают её, у плесени часто всё происходит наоборот. Если органические молекулы слишком велики или их состав очень сложен, плесень выделяет пищеварительные ферменты, которые расщепляют молекулы на более простые, легко усвояемые организмом соединения. Поскольку плесень не может передвигаться в поисках пищи, она должна жить в самой пище. Другими словами плесень не способна производить пищу для себя самостоятельно - так, как это делают зелёные растения, а потому учёные относят её к простейшим грибковым паразитическим растениям.

3. Микромицеты в производстве продуктов растительного происхождения

Мицелий микроскопических грибов уже давно используется в питании человека. В пище жителей Юго-Восточной Азии, стран Востока в рационе доминируют крахмал, другие углеводы и не хватает белка. Для обогащения крахмалосодержащих продуктов белками и придания им вкуса мяса в этих странах с древних времен на растительных продуктах выращивают специально подобранные и естественным путем селекционированные виды плесневых грибов. На основе соевых бобов на Востоке вырабатывают множество традиционных пищевых продуктов, их особый вкус определяется деятельностью микроорганизмов. Это, главным образом, грибы, в частности представители рода Aspergillus.

Характерным элементом восточной кухни является продукт под общим названием темпе (или темпех) (Приложение 1). В Индонезии темпе представляет собой плотную лепешку, изготовленную из соевых бобов, арахиса или кокосовых орехов. Арахисовые или соевые лепешки употребляют в пищу обросшими плесневыми грибами рода Rhizopus. Арахисовое темпе содержит до 50 % белковых веществ и по вкусу напоминает мясные изделия. Производство темпе занимает 2-3 дня. Сначала соевые бобы на 12 часов погружают в воду и лущат. Затем их кипятят в течение получаса, чтобы разрушить ингибиторы трипсина (протеолитического фермента) желудочного сока и гормона роста (эти два ингибитора делают сырые соевые бобы несъедобными для человека). После этого бобы несколько раз промывают и высушивают. Затем производят посев спорами плесневого гриба Rhizopus oligosporus. Традиционно посев производят остатками от предыдущей порции темпе. Брожение продолжается 36-38 часов при температуре 31 ºС. В процессе брожения в продукте возрастает содержание белка и свободных аминокислот, рН возрастает с 5,0 до 7,6. Продукт естественным образом обогащается витаминами: В2, В12, РР. В итоге получается светло-коричневая лепешка, состоящая из бобового пюре и мицелия микроскопического гриба. Данный продукт, в отличие от исходного сырья (соевых бобов), является высокопитательным и легкоусваиваемым. Темпе употребляют в пищу непосредственно после изготовления или после обжарки в кокосовом масле.

Японская кухня славится продуктом под названием нате или мисо (Приложение 2). Его получают из обросших плесневым грибом Aspergillus orizae соевых бобов. Продукт имеет характерный острый вкус. В Китае аналогичным способом изготовляют сырообразный деликатес суфу (красный творог) (Приложение 3), используя для этого соевые бобы и некоторые виды плесневых грибов рода Mucor. Еще один китайский продукт – ангкак (Приложение 4), при приготовлении которого рис засевается плесневым грибом Monascus purpureus с целью улучшения вкуса продукта, а также для того, чтобы придать ему красный цвет.

С помощью плесени получают много сортов сыра во всём мире (Приложение 5).

4. Фузариум вененатум как источник пищевого белка

В США, Австралии и самых цивилизованных странах Европы уже продают «мясо» из плесени - микроскопического грибка Фузариум вененатум. Спрос на него растёт, и цена акций производителя тоже. Пищевые гиганты уже думают о его покупке. Саму плесень открыли ещё в 1960-е годы, когда искали богатые белком заменители мяса. Гриб Fusarium graminearum был впервые выделен в начале 1960-х годов из образца почвы вблизи Марлоу в Бакингемшире. В 1985 г. Рэнк, Ховис и Макдоугал организовали совместно с ICI компанию под названием Marlow Foods для производства микопротеина под торговой маркой «Quorn». Исследование белкового продукта началось в 1964 г., а одобрение как безопасный для употребления человеком и разрешение на запуск в производство он получил в 1986 г. Сначала кворн использовали для выпечки ароматных пирожков, которые продавал Дж. Сэйнсбери. И хотя исходно он применялся как ингредиент при изготовлении таких пищевых продуктов, как пирожки и карри, в 1990 г. в продаже появился кворн в кусочках для домашнего применения, а в 1992 г. его стали продавать в измельченном виде. Кворн обладал нежным вкусом и приятным ароматом и имел успех у покупателей (Приложение 6). Конечно, есть Фузариум вененатум без обработки никто не стал бы, ведь это не белые, подосиновики и даже не сыроежки - такие микроскопические грибы производят неприятное впечатление. Заставить нас есть всё это можно, только замаскировав плесень и придав ей нетипичные для неё вкусы и ароматы. Учёным повезло - структура этого Фузариума оказалась похожа на мышечные волокна, и поэтому именно его решили взять в качестве заменителя мяса. Из неё делают микопротеин (по-русски - белок гриба), который маскируют пищевыми добавками, превращая в готовые полуфабрикаты - бургеры, котлеты, наггетсы и т. д.

5. Технология получения белка из плесневых грибов

Плесневые грибы для пищевых целей в настоящее время производят в большом количестве. Время удвоения гриба в культуре составляет 5,5 ч. В качестве источника углерода и энергии гриб использует глюкозу, которую получают из любого достаточно дешевого сырья, содержащего крахмал, например кукурузы, пшеницы, риса, картофеля или мелассы. Гриб образует 0,5 кг сухой биомассы на килограмм использованного сахара. Преимуществом грибов является способность расти при довольно кислых рН, при которых подавляется рост бактерий, что снижает риск загрязнения культуры. Fusarium растет при 30°С в условиях непрерывного культивирования. Источником азота являются соли аммония, и для поддержания роста в среду добавляют минеральные соли. Необходима аэрация и охлаждение среды, а все используемые материалы должны быть простерилизованы. Перемешивание среды достигается с помощью особого механизма аэрации. В данном случае исключено применение механических мешалок, поскольку гифы опутывают их, из-за чего нарушается равномерное распределение гиф внутри ферментера. Механизм называется «воздушным лифтом», потому что культура непрерывно циркулирует, совершая один оборот каждые 2 минуты под действием воздуха, который продувается через вертикально расположенную удлиненную петлю высотой 40 м. Объем ферментера составляет около 40 000 дм3. Так как это непрерывный процесс, из ферментера постоянно отбирают продукт и добавляют свежую среду. Микопротеин содержит значительное количество нуклеиновых кислот (5— 15% сухой массы). Это главным образом РНК, причем ее содержание желательно снизить, поскольку употребление человеком более 2 г в день может привести к образованию камней в почках или к подагре. Для удаления РНК культуру прогревают при 64 °С в течение 20—30 минут в особом сосуде, через который пропускают горячий пар. Мицелий грибов  отфильтровывают. После фильтрации и высушивания остается тонкая эластичная пленка корна. На этом этапе по виду и по вкусу он напоминает сырое тесто. К нему добавляют овощные приправы и немного яичного белка. Затем его нарезают ломтиками, кубиками или измельчают и в таком виде он поступает в продажу. Гриб от природы является волокнистым (одна из причин, по которой он был выбран), поэтому ему легко придать консистенцию мяса (Приложение 7). 

6. Безопасность продуктов из плесневых грибов

Продукты питания должны быть не только вкусные и иметь аппетитный вид, но и безопасны для человека. Когда речь идет об употреблении человеком, важны не только экономические факторы, но и целый ряд других. Необходимо соблюдать очень строгие правила безопасности, а питательная ценность продукта должна быть достаточно высокой. Продолжительные исследования продуктов из плесени, которые проводились в течение более 10 лет, не выявили долговременных вредных эффектов. В исследованиях использовались не менее четырех поколений одиннадцати видов животных, включая крыс, свиней и коров. Прежде чем продукт поступил в продажу, проводили испытания и на людях, добровольно согласившихся попробовать микопротеин. Полученный в результате продукт по некоторым свойствам оказался более полезным для здоровья, чем мясо. Он не содержит холестерола и в отличие от мяса содержит много волокон. В нем мало жира и «калорий» (энергии); для него характерно хорошее соотношение между полиненасыщенными и насыщенными жирными кислотами. Он является хорошим источником витамина В12 и цинка, которые часто отсутствуют в рационе вегетарианцев.

7. Психологические барьеры перехода на новую пищу

При переходе на новую пищу нужно преодолеть и психологический барьер. Очень важно, как представить новый продукт, включая упаковку и рекламу. Запах, цвет, вкус и консистенция должны быть тщательно спланированы. Первоначально было решено рекламировать кворн в качестве заменителя мяса. Его легко можно было соединить в волокна, прекрасно имитирующие структуру мяса, и ароматизировать, придав вкус курицы или даже говядины. Мы, как потребители, конечно, можем говорить, что никогда не будем есть такую пищу. Но это лишь сотрясение воздуха. Нас никто об этом не спросит. Вспомним, как всё начиналось с соей. Мы ели колбасы и сосиски, удивляясь, почему они становятся всё хуже и хуже. А потом выяснилось, что уже несколько лет их делают из сои. Точно так же мы сначала ели трансгенные продукты и только потом узнали, из чего они сделаны. Чтобы усилить привлекательность для потребителя нового продукта, в него добавляют усилители вкуса, получаемые тоже с помощью грибов. Вещества, усиливающие оттенки вкуса, содержатся в природных пищевых продуктах. Главным усилителем вкуса считается натриевая соль глутаминовой кислоты (глутамат натрия): ее можно получать при помощи Micrococcus glutamicus.

Расщепляя с помощью фермента нуклеазы микроскопического гриба Penicillium citrinum нуклеиновые кислоты, в промышленном масштабе получают вещества, которые находят применение как усилители вкуса.

8. Выводы

Население Земли растёт. Производство продуктов питания традиционными способами не успевает за потреблением. Выращивание пищевого белка с помощью плесневых грибов может решить эту проблему. Необходимо обеспечить экологическую безопасность этой продукции и преодолеть психологический барьер. Наша гипотеза подтвердилась.

9. Заключение

Пища - источник конструкционного материала и энергии для любого организма. Для большинства людей поедание пищи, кроме того, является одним из главных источников наслаждения и простым способом снять стресс. Считается, что белки важнейшая конструкционная часть пищи. Ценными считаются животные белки, так как  они содержат незаменимые аминокислоты: триптофан, метионин, и лизин. Считается что в идеальном белке эти аминокислоты - должны быть в белке в соотношении 1:3:3. Именно в таком соотношении эти аминокислоты содержатся в животном белке. Идеальный набор пищевых веществ, в принципе, должен иметь очень небольшой объем, он должен быть безвкусным, или даже иметь не очень приятный вкус, чтобы человек не стремился переедать. Такая пища может быть продуктом микробиологической переработки растительной органики. Большинство потребителей идеальную малообъемную и безвкусную пищу не примут. При проектировании производства реальной пищи надо исходить из того, что вкусовые привычки людей нужно уважать. Пища должна быть вкусной. То есть белки, углеводы и витамины, полученные любыми способами, должны, в принципе, использоваться как основа пищи. Объем же пищи и ее вкусовые свойства должны определятся специальными  наполнителями и ароматизаторами. Вполне возможно производство любых пищевых продуктов в заводских условиях из любого природного растительного сырья. Это может быть более эффективным, чем использование любой продукции сельского хозяйства.
Технология получения из растительного сырья углеводов и жиров хорошо известна, но из растительной биомассы можно получить большое количество белка. Наиболее просто получать белки с помощью грибов. Клетки грибов дают огромный выход грибной белковой биомассы, если их поместить в простую питательную среду. Белок большинства грибов имеет грибной запах и привкус. Но белок, например, обычной плесени имеет мясной вкус и запах. Грибы так же можно изменить методами генной инженерии, тогда белок будет иметь строго заданные свойства. Оформив белки, жиры и углеводы, полученные промышленным способом, в привычные формы продуктов с помощью наполнителей и ароматизаторов получим пищу будущего.

10.Используемые ресурсы

Рейвн П., Эверт Р., Айкхорн С. Современная ботаника: в 2-х т. Т1: Пер. с англ. – М: Мир, 1990. – 348с.

http://www.aif.ru/health/food/35865        

http://meduniver.com/Medical/Biology/301.html

http://topref.ru/referat/12129.html

http://www.gaudeamus.omskcity.com/articles/Mosin_-_Ispolzovanie_biotehnologii_v_pishevoj_i_pererabatyvaushej_promyshlennosti.doc

http://www.newtheory.ru/philosophy/pishcha-budushchego-t1862.html

http://www.lekkerplantaardig.net/tempeh.htm    

http://www.tempehservice.com/?pl_gotuj-z-tempeh,41  

http://suite101.com/article/differences-between-tofu-tempeh-and-hatcho-miso-soybean-paste-a245250   мисо

http://www.manfaatalam.com/manfaat-beras-merah-dan-khasiatnya-bagi-kesehatan.html  ангкак

http://www.grb.uk.com/graduate-jobs/quorn-foods-graduate-procurement-      analyst-stokesley-10376  кворн  

http://www.quorn.de/qrtest кворн

http://www.telegraph.co.uk/finance/newsbysector/retailandconsumer/8040171/Quorn-brand-takeover-bid-could-relieve-Premier-debt.html  кворн

http://www.snackspot.org.uk/index.php?category=cas  кворн

http://www.quorn.us/healthier-family/  кворн

http://www.diets.ru/blogs?page=7410  красный творог

http://cestyle.ru/zdorove/cyr-s-plesenyu-polza.html  сыры с плесенью

11. Приложения

Приложение 1.

Темпе – продукт восточной кухни, состоящий из бобового пюре и мицелия микроскопического гриба

Приложение 2.

Продукт японской кухни  нате или мисо из обросших плесневым грибом Aspergillus orizae соевых бобов

Приложение 3.

Китайский сырообразный деликатес суфу (красный творог), изготавливаемый из соевых бобов и некоторых видов плесневых грибов рода Mucor

Приложение 4.

Ангкак  - китайский продукт, при приготовлении которого рис засевается плесневым грибом Monascus purpureus с целью улучшения вкуса продукта, а также для того, чтобы придать ему красный цвет.

Приложение5.

Сыры с плесенью

Приложение 6.

Продукты из плесени компании«Quorn»

Приложение 7.

Технология получения белка из плесневых грибов