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)

Аннотация:

Формулировка проблемы: Микробиологическая безопасность зерна и продуктов его переработки остаётся одной из ключевых задач пищевой промышленности. Зерновое сырьё подвержено заражению различными микробами, что приводит к накоплению микотоксинов, представляющих серьёзную опасность для здоровья человека и животных.

Цель и задачи публикации: Рассмотреть современные биотехнологические подходы к снижению микробиологической обсеменённости зерна за счет ферментации и механических методов, проанализировать их эффективность.

Объект исследования — пшеничное зерно, методы — анализ микробиологической обсеменённости, зольности и содержания микотоксинов.

Результаты: до 90% микотоксинов локализуются в оболочках; внедрение ферментных комплексов снижает уровень микробной обсеменённости в 5 раз.

Выводы: необходим комплексный подход — сочетание механических и биотехнологических методов и совершенствование нормативной базы.

Ключевые слова: биотехнологии, зерно, микробиологическая безопасность, микотоксины, ферментативная обработка, зольность, мука, микробиота, очистка зерна

Развитие наукоёмких технологий является ключевым драйвером экономики России. В числе приоритетных направлений, закреплённых в Указе Президента РФ № 529, особое место занимают биотехнологии. Их активное внедрение в зернопереработку позволяет улучшать качество продукции, сохранять питательные вещества и обеспечивать безопасность. Одной из наиболее значимых проблем в этой сфере является микробиологическая зараженность патогенной микрофлорой, токсичность растительного сырья и продуктов зернопереработки.

Глобальная проблематика зернопереработки сегодня затрагивает практически все регионы мира. Одной из ключевых задач является борьба с микробиологическим загрязнением зерна и злаковых культур. Исследования показывают, что заражение плесневыми грибами и бактериями встречается повсеместно, и это не только снижает качество сырья, но и создаёт серьёзные риски для здоровья человека и животных.

По данным микробиологических исследований ВНИИЗ, зерновая пыль может содержать от нескольких тысяч до сотен тысяч колониеобразующих единиц (КОЕ/г) бактерий, дрожжей и плесневых грибов. Эти микроорганизмы способны размножаться на всех стадиях переработки зерна и накапливать микотоксины.

По данным исследований “Foodborne Diseases” проведенного Christine E.R. Dodd, Tim Aldsworth, Richard A. Stein, Dean O. Cliver, Hans P. Riemann. от 8 до 88 % образцов пшеницы содержат микотоксины.

Микотоксины — это вторичные метаболиты плесневых грибов родов Aspergillus, Penicillium, Fusarium, Alternaria и др., способные вызывать микотоксикозы у людей и животных.

Наибольшую опасность среди изученных микотоксинов представляют:

• афлатоксины (AFT) — мощные канцерогены (IARC группа 1), в сочетании с вирусом гепатита B способствующие развитию гепатоцеллюлярной карциномы;

• охратоксин А (OTA) — устойчив к термообработке, классифицируется как возможный канцероген (IARC 2B);

• фумонизины — ассоциированы с раком пищевода;

• трихотецены (Т-2, HT-2) — вызывают иммуносупрессию и повреждение слизистой ЖКТ у животных;

• дезоксиниваленол (DON) — снижает рост и иммунитет у сельхозживотных.

Существует несколько ключевых факторов, которые способствуют повышению уровня микробиологической заражённости и токсичности зерна:

— неблагоприятные природные условия произрастания в связи с глобальным изменение 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 могут переносить патогенные микроорганизмы и напрямую заражать зерновые массы.

— нарушение условий хранения. Резкие перепады температур и образование конденсата создают идеальную среду для роста плесневых грибов и бактерий.

— развитие микрофлоры во время обработки и кондиционирования зерна.

Почему эта проблема высоко актуальна? Перечисленные микотоксины представляют прямую угрозу для здоровья человека и животных. Как пример, афлатоксины встречаются достаточно часто — как в продуктах питания, так и в кормах. И именно они связаны с целым рядом заболеваний, объединённых понятием афлатоксикоз. Эти болезни поражают не только человека, но и домашний скот, сельскохозяйственных животных.

В нынешнее время государственные службы, понимая важность здоровья и увеличения продолжительности жизни населения России, уже начали усиливать контроль за токсинами в продуктах зернопереработки. В частности, с 2012 года введен контроль за уровнем токсинов в кормах (ГОСТ 31674-2012). Такая мера в значительной степени позволяет предотвращать неблагоприятные последствия токсикоза для всего животноводства:

• Афлатоксин B1 — у птицы — падёж, угнетение иммунитета, снижение привесов и поедаемости, поражение печени и почек. Даже «низкие» уровни ухудшают продуктивность бройлеров;

• Fumonisin B1 — вызывает смертельные болезни у животных: лейкоэнцефаломаляцию у лошадей и отёк лёгких у свиней;

• Т-2, HT-2 токсины — эрозии в клюве и желудке у птиц, отказ от корма, иммуносупрессия и рост падежа, особенно при ко-инфекциях и кокцидиозах;

• DON (дезоксиниваленол) — снижает поедаемость, рост и иммунный ответ у сельхозживотных (обновленные оценки EFSA).

Для человека наибольшую опасность из изученных микотоксинов представляют афлатоксины (особенно B1), охратоксины, фумонизины:

Афлатоксин B1 — доказанный канцероген (IARC группа 1), который в сочетании с вирусом гепатита B способствует развитию гепатоцеллюлярной карциномы;

Охратоксин А классифицируется как возможный канцероген для человека (IARC 2B), при этом у животных его канцерогенность уже доказана, у людей — ограниченные данные. NTP относит к «вероятно ожидаемым канцерогенам»;

Fumonisin B1 ассоциируется с повышенным риском рака пищевода; классифицируется IARC как канцероген.

К сожалению, при таком уровне угрозы для человека, адекватный контроль за уровнем микотоксинов в пищевых продуктах в России на данный момент отсутствует. Мука для пищевого применения и для детского питания практически не подлежит обязательной проверке на содержание микотоксинов по действующим ГОСТам. Это создаёт потенциальный риск для здоровья людей и делает особенно важным внедрение превентивных мер с использованием актуальных биотехнологических приемов на всех этапах переработки зерна.

Важно отметить, что ферментация и закваска продуктов на основе муки снижает концентрацию микотоксинов лишь частично. Так, охратоксин А демонстрирует высокую устойчивость: ферментация (брожение) теста практически не снижает его концентрацию в готовом хлебе. Экспериментально установлено, что при ферментации теста в течение трёх часов наблюдается частичное снижение уровня охратоксина А, особенно при высокой исходной концентрации, но эффект неполный и зависит от исходной дозы токсина (Effect of Lactic Acid Bacteria Strains on the Growth and Aflatoxin Production Potential of Aspergillus parasiticus, and Their Ability to Bind Aflatoxin B1, Ochratoxin A, and Zearalenone in vitro - Cleide Oliveira de Almeida Møller).

Некоторые молочнокислые бактерии, присутствующие в 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.

Особое внимание следует уделять спонтанным закваскам, особенно моложе 10 дней. Они могут содержать нежелательную микробиоту: плесневые грибы, спорообразующие бактерии (например, Bacillus) и энтеробактерии, которые заражают муку в результате нарушения режимов зерноочистки и попаданию зараженных оболочек зерна. Промышленные исследования показывают, что до 90 % микотоксинов локализуются в оболочках и зародыше зерна. Так, содержание DON в отрубях может достигать 1500 мкг/кг, тогда как в муке высшего сорта оно не превышает 120 мкг/кг. Эти данные подтверждают важность контроля показателя зольность в продуктах помола. Зольность, определяемая экспресс-методом, с помощью ИК-анализаторов, является важной и базовой методикой для быстрого и качественного понимания уровня чистоты зерна и продуктов помола. Таким образом, зольность – привычный для переработчиков зерна параметр, может служить косвенным индикатором микробиологической обсемененности продуктов зернопереработки: чем выше уровень зольности, тем выше уровень микробиологической обсемененности и токсичности.

Таким образом, даже применение различных технологических приемов (термообработка, экструдирование, и др.) не гарантируют полного удаления микотоксинов, особенно если исходное сырьё уже сильно заражено. Это подтверждает важность работы с безопасностью продуктов помола на этапе подготовки зерна ещё до помола, а не только на стадии производства продуктов питания и кормов.

Почему важно контролировать микробиологическую безопасность зерна и продуктов его переработки? Если мы ограничимся только исправлением последствий, мы всегда будем на шаг позади. Гораздо эффективнее работать с самой причиной микробиологического загрязнения. Согласно мировой практике, наилучший результат достигается при сочетании проверенных механических методов подготовки зерна к помолу с современными биотехнологическими приёмами. Такой подход позволяет одновременно снижать уровень микробиологической обсеменённости и сохранять питательные вещества и технологические свойства зерна, обеспечивая высокую безопасность и микробиологическую чистоту конечной продукции.

Примером эффективного контроля за микотоксинами в продуктах зернопереработки служит мировая практика, в частности стандарты Китайской народной республики. В этой стране действуют Государственные стандарты GB 2761-2017, которые регламентируют безопасный уровень микотоксинов в пищевых продуктах, включая детское питание. Эти стандарты устанавливают максимально допустимые концентрации различных микотоксинов и позволяют системно снижать риски для здоровья населения. Китайский подход демонстрирует, что комплексный контроль на всех этапах производства и переработки зерна реально обеспечивает безопасную продукцию для потребителей, в том числе для наиболее уязвимых групп.

При изучении мировой практики борьбы с микотоксинами подтверждается эффективность комплексного подхода:

1. Максимальное удаление оболочек зерна, где концентрируются токсины.

2. Применение ферментативной подготовки зерна к помолу, обеспечивающей эффективное отделение заражённых слоёв без потери питательных веществ и попадания токсинов в готовый продукт переработки.

Например, совместный международный эксперимент биотехнологической компании по производству ферментных улучшителей зерна и компании по производству зерноочистительного оборудования показал, что применение ферментных комплексов перед микронизацией цельнозерновой пшеницы позволяет эффективно ослабить связи между анатомическими частями зерна и облегчить отделение оболочек, сохраняя питательные вещества субалейронового слоя. Анализ частиц показал, что более 90 % муки остались в пределах <125 мкм, а доля крупных фракций (>500 мкм) увеличилась с 7 % до 8 %, что облегчает дальнейшее отделение отрубей. Микроскопия подтвердила очищение оболочек без разрушения питательной структуры эндосперма. Эти результаты демонстрируют, что сочетание механических и ферментных технологий позволяет повышать качество, безопасность и питательную ценность зерновых продуктов.

При промышленном тестировании на мельнице удалось подтвердить, что применение ферментных улучшителей зерна перед помолом увеличивает эффективность удаления загрязненных оболочек с 8 % до 12 %. Кроме того, использование ферментных улучшителей на этапе отлежки в сочетании с сухой очисткой зерна снижает микробную обсеменённость в 5 раз (с 1200 КОЕ/г до 250 КОЕ/г) при сохранении питательных свойств эндосперма.

Микробиологическая безопасность зерна — стратегическая задача, требующая внедрения современных биотехнологий на этапе подготовке зерна к дальнейшей переработке. Превентивный контроль позволяет снизить риски микотоксикозов, увеличить срок хранения продукции и повысить стабильность технологических процессов. Для минимизации рисков необходимы:

• эффективное удаление заражённых оболочек на максимально ранних стадиях процесса зернопереработки;

• сочетание механических и биотехнологических (ферментативная подготовка зерна к помолу) методов подготовки зерна;

• развитие нормативного регулирования уровня микотоксинов в пищевых продуктах, включая муку для детского питания.

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).