БИОТЕХНОЛОГИИ В ЗЕРНОПЕРЕРАБОТКЕ: БЕЗОПАСНОСТЬ И МИКРОБИОЛОГИЧЕСКАЯ ЧИСТОТА РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ И ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ

Орлова В.В., к.т.н., доцент кафедры Института пищевой и перерабатывающей промышленности (ИПиПП) при Кубанском государственном технологическом университете (КубГТУ), генеральный директор ООО «Грейн Ингредиент»;

 Карпушина Е.В., к.т.н, руководитель технологического направления ООО «Грейн Ингредиент»;

Быкова Н.Ю., к.т.н., ведущий технолог ООО «Грейн Ингредиент»

Деменкова Е.Ю., заместитель директора по технологическому развитию и инновациям ООО «Грейн Ингредиент»

Путилина С.А., главный технолог ООО «Грейн Ингредиент»

Гальцева Е.С., главный технолог технологической поддержки ООО «Грейн Ингредиент»

Аннотация:

Проблема: Микробиологическая контаминация зерна и накопление микотоксинов в продуктах его переработки создают серьезные риски для здоровья человека и сельскохозяйственных животных. Традиционные технологии переработки зерна не обеспечивают полного удаления микотоксинов, поскольку их источник - периферийные слои зерновки – при помоле попадают в конечный продукт.

Цель: Обоснование эффективности комплексного превентивного подхода к снижению микробиологической и микотоксикологической нагрузки за счет сочетания механической очистки зерна и биотехнологических методов его подготовки к помолу.

Материалы и методы: Проведен анализ научных данных, нормативных требований и мировой практики, а также обобщены результаты промышленных испытаний технологии ферментативной подготовки зерна пшеницы к помолу в сочетании с очисткой на обоечных и пилинговых машинах.

Результаты: Показано, что более 90% аэробных бактерий сосредоточены в отрубях и зародыше зерновки. Промышленные испытания подтвердили, что ферментативная подготовка зерна к помолу повышает эффективность удаления внешних загрязненных оболочек. В результате при проходе зерна через обоечные машины сход увеличивается в 2 раза, а зольность дополнительно снижается на 0,02% еще до помола зерна. Кроме того, применение биотехнологий снижает содержание плесеней в муке в 5 раз (с 1200 до 250 КОЕ/г).

Выводы: Доказана целесообразность внедрения комплексных превентивных стратегий, ориентированных на стадию подготовки зерна к помолу. Внедрение ферментативных решений с высокоэффективной механической очисткой позволяет существенно повысить микробиологическую и микотоксикологическую безопасность пищевой и кормовой продукции.

Ключевые слова: микотоксины, биотехнологии, зернопереработка, микробиологическая безопасность, афлатоксины, охратоксин А, ферментация, качество муки, плесневые грибы.

Развитие наукоёмких технологий является ключевым драйвером экономики России. Среди приоритетных направлений, закреплённых в Указе Президента РФ № 529, особое место занимают биотехнологии. Их активное внедрение в зерноперерабатывающую промышленность позволяет повышать качество продукции, ее безопасность и питательную ценность. Контроль микробиологической контаминации и предотвращение накопления токсинов являются ключевыми аспектами обеспечения безопасности зерна и продуктов его переработки.

Актуальность данной проблематики носит глобальный характер. Борьба с микробиологическим загрязнением зерна является одной из первостепенных задач для аграрного и перерабатывающего секторов. Контаминация плесневыми грибами и бактериями носит повсеместный характер, что не только снижает качество сырья, но и создаёт серьёзные медико-биологические риски. Согласно данным “FoodborneDiseases” проведенного Christine E.R. Dodd, TimAldsworth, Richard A. Stein, Dean O. Cliver, Hans P. Riemann, от 8 до 88 % образцов пшеницы загрязнены микотоксинами. Эти вещества представляют собой вторичные метаболиты плесневых грибов родов Aspergillus, Penicillium, Fusarium, Alternaria и др., обладающие выраженными токсичными свойствами и способные вызывать микотоксикозы у людей и животных.

Возрастание микотоксикоза сельхозяйственных продуктов также связано с широким применением азотных (несбалансированных) удобрений и пестицидов (фунгицидов, инсектицидов, гербицидов). С каждым годом проблема микотоксикоза обостряется, токсикогены (грибы, образующие токсины) быстро приспосабливаются к новым технологиям и современным пестицидам, при этом увеличивают образование микотоксинов в сотни раз.

В настоящее время нет эффективных химических способов борьбы с загрязнением продуктов урожая злаковых культур микотоксинами.

Источники микробиологического загрязнения сопровождают зерно на всех этапах его жизненного цикла — от вегетации до переработки. К ним относятся:

 — неблагоприятные природные условия произрастания в связи с глобальным изменением климата: высокая влажность, заморозки и другие стрессовые факторы ослабляют растения, делают их более уязвимыми и создают условия для развития патогенной микрофлоры и увеличения содержания токсинов в зерне.

— внешнее заражение: птицы, грызуны и насекомые выступают активными переносчиками патогенных микроорганизмов, заражая зерновые массы в поле и на складах.

— нарушение режимов хранения и транспортировки: резкие перепады температур, приводящие к образованию конденсата, а также недостаточная вентиляция создают оптимальные условия для развития плесневых грибов и бактерий.

— технологические этапы переработки: процессы очистки, кондиционирования и помола сопровождаются образованием органической пыли и создают новые среды для развития микрофлоры.

Немаловажную роль в распространении патогенных микроорганизмов на всех этапах производства играет зерновая пыль. Она накапливает бактерии, дрожжи и плесневые грибы из различных источников — от почвы и воздуха до технологического оборудования, формируя устойчивые очаги вторичного загрязнения. Согласно исследованиям ВНИИЗ («Ссылка на исследование»), концентрация микроорганизмов в зерновой пыли может достигать сотен тысяч КОЕ/г. При попадании в производственную цепочку эти микроорганизмы не только активно размножаются, но и продуцируют микотоксины, что требует разработки специализированных превентивных мер для минимизации рисков контаминации готовой продукции.

 Наибольшую опасность для здоровья представляют следующие группы микотоксинов:

— Афлатоксины (AFT) представляют собой мощные гепатоканцерогены, классифицированные Международным агентством по изучению рака (МАИР, IARC) в группу 1 канцерогенов. Они значительно повышают риск развития гепатоцеллюлярной карциномы, особенно при сочетании с вирусом гепатита B, что делает их одной из основных угроз для здоровья человека в зонах с высоким уровнем загрязнения. (ссылка на исследование)

— Охратоксин А (OTA) характеризуется высокой термостабильностью, что обеспечивает его сохранение на всех этапах переработки сырья. МАИР относит охратоксин А к группе 2B — возможным канцерогенам для человека. Это придает особую значимость контролю за содержанием OTA в пищевых продуктах и кормах.(ссылка на исследование)

— Трихотецены, в том числе токсины Т-2 и HT-2, обладают выраженным иммунодепрессивным эффектом и вызывают повреждения слизистых оболочек желудочно-кишечного тракта. Они приводят к окислительному стрессу и апоптозу клеток, что нарушает нормальное функционирование иммунной системы. (ссылка на исследование)

— Дезоксиниваленол (DON) оказывает негативное воздействие на продуктивность сельскохозяйственных животных, снижая их иммунный ответ и выносливость. Подавление иммунитета ведет к повышенной восприимчивости к инфекциям и снижению общего здоровья животных, что существенно влияет на эффективность животноводства. (ссылка на исследование)

Высокая актуальность проблемы обусловлена прямой угрозой, которую эти соединения представляют для здоровья. Ярким примером служат афлатоксины, контаминация которыми регистрируется в широком спектре пищевых продуктов и кормов. Они являются причиной афлатоксикозов — заболеваний, поражающих как человека, так и сельскохозяйственных животных.

Особую опасность представляет одновременное присутствие нескольких микотоксинов, которое создаёт синергетический эффект и многократно увеличивает токсичность продукции. Кроме того, некоторые микотоксины, в частности охратоксин А и афлатоксины, способны аккумулироваться в тканях сельскохозяйственных животных, что расширяет риски контаминации всей пищевой цепи.

В связи с этим требования нормативного регулирования последовательно ужесточаются, а регуляторная среда обновляется и дорабатывается. Эти меры направлены на минимизацию рисков для здоровья населения и обеспечение продовольственной безопасности.

Технические регламенты Евразийского экономического союза устанавливают обязательные требования к безопасности зерна и пищевой продукции, включая контроль содержания микотоксинов.

ТР ТС 015/2011 «О безопасности зерна» устанавливает обязательные требования к качеству и безопасности зерна, предназначенного для пищевых и кормовых целей, включая предельно допустимые уровни содержания микотоксинов, токсичных элементов, пестицидов и других опасных соединений. Документ предусматривает декларирование соответствия зерна регламенту, а также надзор за соблюдением требований на каждом этапе — от заготовки, хранения, транспортировки до переработки.

ТР ТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции» устанавливает требования, регламентируя безопасные концентрации микотоксинов (афлатоксин B1, охратоксин A, зеараленон, дезоксиниваленол, Т-2 токсин и др.) в готовых пищевых продуктах и ингредиентах, включая детское питание.

Также с1 июля 2013 года действует ГОСТ 31674-2012 «Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Методы определения общей токсичности», который регламентирует стандартизированные методы анализа микотоксинов в кормах.

В июле 2025 года международная организация ISO опубликовала обновленную серию стандартов ISO 22002, включая ISO 22002-6:2025, который устанавливает требования к контролю микотоксинов и тяжелых металлов в кормах, что повышает уровень безопасности и качества зерновой продукции. Подобные меры в значительной степени позволяют предотвращать неблагоприятные последствия токсикоза для всего животноводства.

Практика показывает, что при длительной дистрибьюции и перепродажах повторный микотоксикологический контроль проводится не всегда. Даже при нарушении условий хранения и возможном накоплении микотоксинов зерно нередко сопровождается только первичным протоколом испытаний. Это обстоятельство подчёркивает необходимость применения превентивных биотехнологических решений на этапе переработки зерна, направленных на снижение микробиологической и микотоксикологической нагрузки, прежде всего за счет удаления загрязнённых оболочек.

Важно отметить, что ферментация и сбраживание теста обеспечивают лишь частичное снижение концентрации микотоксинов, и степень этого эффекта в хлебобулочных изделиях зависит от типа токсина. Некоторые молочнокислые бактерии, присутствующие в хлебопекарной закваске, способны связывать или разрушать микотоксины, однако результаты исследований неоднозначны. В отдельных случаях визуально уменьшалось развитие грибка, но уровень токсинов мог сохраняться или даже увеличиваться в ответ на стрессовую защитную реакцию микроорганизмов. (ссылка на исследование)

Особое внимание следует уделять спонтанным закваскам, особенно моложе 10 дней. Они могут содержать нежелательную побочную микробиоту: плесневые грибы, спорообразующие бактерии (например, Bacillus) и энтеробактерии, попадающие в муку с частицами внешних загрязнённых оболочек зерна в результате недостаточно эффективной его очистки. Особенно при использовании цельнозерновой муки.

Промышленные исследования показывают, что при сухом помоле основная часть микробной нагрузки и потенциальных микотоксинов концентрируется в отрубях и зародыше зерна — более 90% аэробных бактерий обнаруживаются именно в этих фракциях. Это объясняет, почему мука с меньшим содержанием периферийных слоёв характеризуется наименьшей популяцией микроорганизмов и более низким уровнем микотоксинов.

Наглядным подтверждением служат данные о распределении дезоксиниваленола: его содержание в отрубях может достигать 1500 мкг/кг, тогда как в муке высшего сорта оно не превышает 120 мкг/кг (ссылка на исследование Л.С. Львова, А.В. Яицких «Переработка зерна пшеницы, пораженного фузариозом»).

Токсигенные грибы различных родов демонстрируют неоднородные паттерны поражения зерновки. Сапрофитные грибы рода Aspergillusflavus преимущественно развиваются в поверхностных слоях при хранении, вследствие чего основная масса афлатоксинов концентрируется в оболочках. По содержанию афлатоксина В1 отруби превышают исходное зерно в 3-4 раза, тогда как в муке его концентрация снижается в 2-4 раза. Содержание афлатоксинов в муке возрастает от высшего сорта ко второму, что коррелирует с увеличением доли периферийных слоёв.

В отличие от аспергиллов, фузарии проникают глубоко в зерновку во время созревания, что приводит к относительно равномерному распределению дезоксиниваленола во всех сортах муки (49-54% от исходного зерна). Это обусловливает слабую детоксикацию продуктов продовольственного назначения при переработке фузариозной пшеницы и практически исключает возможность формирования потоков муки с различным содержанием ДОН.(ссылка на исследование)

Эти данные подтверждают, что зольность — привычный для переработчиков зерна параметр, который может определяться экспресс-методом с помощью ИК-анализаторов, — является дополнительным ориентиром при оценке микробиологической безопасности продуктов помола. Повышенная зольность, при прочих равных условиях, указывает на более высокое содержание периферийных слоёв зерна и, как следствие, потенциально большую микробиологическую нагрузку.

Таким образом, применение традиционных технологических приёмов — термообработки, экструдирования и других методов переработки продуктов помола — не обеспечивает полного удаления микотоксинов из контаминированного сырья, поскольку эти соединения отличаются высокой термостабильностью. Разрушение микотоксинов требует воздействия температур значительно выше применяемых в стандартных процессах хлебопечения. Это обосновывает необходимость смещения акцента на превентивные меры обеспечения микробиологической безопасности — на этап подготовки зерна к помолу, когда возможно эффективное удаление контаминированных оболочек, а не исключительно на последующие стадии производства готовой пищевой и кормовой продукции.

Результаты исследований и накопленный международный опыт демонстрируют, что максимальный деконтаминирующий эффект достигается при интегрированном применении инновационных биотехнологических решений на стадии подготовки зерна к помолу в комплексе с высокоэффективными методами механической очистки. Данная технологическая схема обеспечивает существенное снижение микробной нагрузки при сохранении биохимических и технологических характеристик зернового сырья, гарантируя микробиологическую безопасность конечной продукции без потери её питательной ценности.

При анализе мировой практики снижения содержания микотоксинов в зерне и продуктах его переработки подтверждается эффективность комплексного подхода, основанного на комбинировании механических и биотехнологических методов подготовки зерна. Ключевыми элементами такой стратегии являются максимальное удаление наружных оболочек, где накапливаются микотоксины, и использование ферментативной обработки, повышающей эффективность отделения заражённых слоёв без потери ценных компонентов.

В ходе совместных исследований со шведской инженерной компанией Librixer, разрабатывающей технологии сухой микронизации и сепарации зернового сырья, установлено, что ферментативная обработка зерна пшеницы перед микронизацией обеспечивает более эффективную сепарацию структурных компонентов зерновки. Микроскопические исследования подтвердили более полное удаление оболочек при сохранении структуры крахмальных гранул. Это демонстрирует, что ферментативная подготовка эффективно дополняет механическую очистку, улучшая качество и безопасность продуктов переработки.

Промышленные тесты на мельнице дополнительно подтвердили практическую значимость подхода: зольность зерна при проходе через обоечную машину дополнительно снижается на 0,02%, при этом важно, что зольность отрубей возрастает на 0,2 %, поскольку на 1 стадии размола (1-я и 2-я драные системы) отделяется их основная масса.

Такой эффект предотвращает попадание загрязнённых оболочек зерна в основной технологический поток и, как следствие, в готовую муку. Применение ферментных комплексов на этапе отволаживания в сочетании с очисткой на обоечных и пилинговых машинах снизило содержание плесеней в муке в пять раз — с 1200 КОЕ/г до 250 КОЕ/г.

Полученные результаты показывают, что включение ферментативной подготовки зерна в технологическую схему переработки повышает эффективность удаления загрязнённых оболочек и снижает риск переноса микотоксинов в готовую продукцию. Такой подход усиливает микробиологическую и микотоксикологическую безопасность, одновременно сохраняя питательную ценность сырья и повышая стабильность технологических процессов и качество продуктов помола.

Литература:

1.    ГОСТ 31674-2012 «Корма, комбикорма, комбикормовое сырьё. Методы определения общей токсичности» [Электронный ресурс]. — М.: Стандартинформ, 2014. — 56 с. — URL: https://docs.cntd.ru/document/1200096705 (дата обращения: 28.08.2025).

2.    Commission Regulation (EC) No 1881/2006 of 19 December 2006 setting maximum levels for certain contaminants in foodstuffs // Official Journal of the European Union. — 2006. — L 364. — P. 5–24. — URL: https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=CELEX:32006R1881 (дата обращения: 28.08.2025).

3.    GB 2761-2017. National standard of the People's Republic of China on mycotoxins in food and feed [Электронный ресурс]. — Beijing: Standardization Administration of China, 2017. — URL: http://www.gbstandards.org/gb2761-2017 (дата обращения: 28.08.2025).

4.    Dodd C.E.R., Aldsworth T., Stein R.A., Cliver D.O., Riemann H.P. Foodborne Diseases. London: Academic Press, 2017. — 389 p.

5.    EFSA. Updated risk assessment of deoxynivalenol (DON) and its acetylated and modified forms / European Food Safety Authority, 2020 [Электронный ресурс]. — URL: https://efsa.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.2903/j.efsa.2020.6225 (дата обращения: 28.08.2025).

6.    International Agency for Research on Cancer (IARC). Ochratoxin A [Электронный ресурс]. — URL: https://monographs.iarc.who.int/wp-content/uploads/2018/06/mono56-6.pdf (дата обращения: 28.08.2025).

7.    Mycotoxin Research. MDPI Toxins [Электронный ресурс]. — URL: https://www.mdpi.com/journal/toxins/special_issues/mycotoxin_research (дата обращения: 28.08.2025).