Как биотехнологический проект Wastebake поможет справиться с проблемой переработки вторичного хлебного сырья

Евротрансбио – международная программа, предусматривающая проведение исследований в области биотехнологий в европейских странах. В рамках этой программы Университет ИТМО совместно с партнерами из Италии и Финляндии выиграл конкурс на биотехнологический проект Wastebake, посвященный переработке вторичного хлебного сырья. Его результаты должны улучшить ситуацию сразу на трех пищевых рынках (российском, итальянском и финском), в то время как требования и условия у всех стран серьезно разнятся. О том, как новый проект позволит превратить пищевые отходы во вторичное сырье для производства ценных ингредиентов и почему важно как можно быстрее внедрить результаты проекта в производство, рассказал руководитель международного научного центра «Биотехнологии третьего тысячелетия» Университета ИТМО Денис Бараненко.

Источник: shutterstock.com

Кто принимает участие в проекте Wastebake, помимо центра «Биотехнологии третьего тысячелетия» Университета ИТМО?

По требованиям конкурса, участвовать в проекте могут научные организации и индустриальные компании. К индустриальным компаниям в разных странах предъявляются разные требования – например, где-то может участвовать малый и средний бизнес, а в некоторых странах к участию допускается и крупный бизнес. В проекте Wastebake в качестве научных организаций трех стран-участников выступают Университет ИТМО (Россия), Университет Бари (Италия) и Университет Хельсинки (Финляндия). С этими вузами мы уже сотрудничали ранее. Более того, мы уже встречались с индустриальным партнерами Университета Хельсинки и Университета Бари. В качестве индустриального партнера в Италии выступает относящаяся к малому бизнесу (на грани со средним) хлебопекарня Valle Fiorita. Половина объема их производства занимает выпуск сэндвичей на итальянский рынок, а оставшиеся 50 % отведены под различные традиционные виды хлебной продукции. Проблема хлебопекарни, которую мы пытаемся решить совместными усилиями в рамках проекта, связана как раз с производством сэндвичей. Дело в том, что сэндвичи производятся из больших прямоугольных буханок, корки с которых обрезаются со всех сторон, а сам хлеб нарезается на ломтики, после чего идет укладывание начинки между этими ломтиками и упаковка. Итальянским коллегам нужно решить проблему дальнейшего использования корочек. На сегодняшний день объем выпуска сэндвичей достаточно большой, а корки остаются проблемой, для которой не подобрано рациональное решение.

Что с ними происходит сейчас?

Они передаются на корм скоту. Мы исследовали эффективность применения разнообразных вторичных пищевых ресурсов и показали, что направление этих ресурсов на корм скоту находится на предпоследнем месте по рациональности использования вторичного хлебного сырья. На последнем месте по рациональному использованию – превращение его в отходы. Другими словами, это ситуация, когда невостребованный черствый хлеб вывозят на полигоны твердых бытовых отходов, что ужасно, потому что удар по экологии совершается дважды: когда выращивается сырье – пшеница или рожь, и на это затрачиваются соответствующие ресурсы – и когда хлеб выкидывают (начинается загрязнение окружающей среды органикой и выделяющимися парниковыми газами). Гораздо более эффективный вариант – вернуть хлебное вторичное сырье обратно в производство в виде продуктов с высокой добавленной стоимостью.

Хлеб на корм скоту. Источник: avito.ru
Хлеб на корм скоту. Источник: avito.ru

Какую проблему нужно решить в России?

В России таким вторичным сырьем является возвращенный хлеб. К сожалению, проблема возврата хлеба узкоспецифическая, характерная в основном для России. Она связана с тем, что магазин заказывает большое количество хлеба, часть которого черствеет, и его возвращают производителю. И это очень масштабная проблема. До последнего времени возвраты хлеба составляли 10 % от всего объема, то есть в Санкт-Петербурге, в городе, где об этой проблеме вообще говорить стыдно, это сотни тысяч тонн хлеба. Когда мы подавали заявку, мы анализировали все существующие пути использования вторичного хлебного сырья и выявили, что в среднем от 5 до 10 % хлеба с истекшим сроком годности направляют на корм животным, и еще столько же можно вернуть в виде вторичного сырья обратно в производство хлеба (его затирают и в таком виде добавляют к новому тесту). Цифра такова, потому что новый хлеб с включением большего количества вторичного сырья уже не будет обладать нужными характеристиками.  При таком раскладе мы можем использовать только 20 % вторичного хлебного сырья, а остальные 80 % приходится выбрасывать.

У Финляндии тоже есть проблема с возвратом хлеба?

В Финляндии есть свои сложности с вторичным хлебным сырьем. Его там не так много, до пяти процентов, но проблемы в основном связаны с бракованными и некондиционными экземплярами, которые, например, механически портятся на производстве, – их тоже нужно перерабатывать.

Какое предложение вы разрабатываете для всех трех рынков?

Наше предложение по рациональному использованию вторичного пищевого сырья заключается в том, чтобы вернуть его в виде новых продуктов обратно в пищевую или даже фармацевтическую отрасль с помощью средств биотехнологии. Российская сторона занимается функционализацией вторичного хлебного сырья с помощью ферментов. Мы превращаем черствый хлеб в сироп. Этот сироп потом можно использовать в хлебопекарной промышленности, а также в индустрии напитков, в пивоварении, в кондитерской отрасли и других. Сегодня эти сиропы производятся из крахмалосодержащего сырья, для чего нужно выращивать, например, кукурузу, по всему миру. Кроме того, в России многие сиропы – это экспортный товар. Соответственно, решение этой проблемы для России еще и соответствует концепции импортозамещения. Также мы стараемся делать эти сиропы сопоставимыми по цене с существующими аналогами (а иногда и более дешевыми), чтобы продукт имел коммерческую жизнеспособность.

Средствами биотехнологий мы перерабатываем черствый  хлеб, который безопасен с точки зрения микроорганизмов (то есть его можно было бы есть, но потребитель уже не хочет) и превращаем его в ценный пищевой ингредиент, который потом заменяет (если использовать в хлебопечении) часть сахара в кондитерских продуктах, может помочь ускорить работу микроорганизмов в тесте (за счет того, что это легкодоступная глюкоза, микроорганизмы быстрее ее перерабатывают и, таким образом, хлеб можно получить быстрее). Однако получение пищевого ингредиента – это только один из возможных путей.

Денис Бараненко
Денис Бараненко

Чего, кроме получения пищевого ингредиента, вы планируете добиться?

Совместными усилиями мы хотим дополнительно функционализировать сироп, то есть сделать его не просто сиропом, а сиропом, обладающим дополнительными преимуществами с точки зрения здорового питания. Университет Хельсинки и финский индустриальный партнер предполагают разработать на основе наших сиропов технологию производства заквасок с экзополисахаридами (волокнами, произведенными микроорганизмами). То есть в данном случае наш сироп или гидролизат (то, что получилось после ферментативного разрушения хлебного сырья) является питательной средой для микроорганизмов, которые синтезируют на его основе экзополисахариды, которые, в свою очередь, обладают пребиотическими свойствами, то есть сами по себе обогащают продукт. Экзополисахариды могут рассматриваться как часть фармацевтики в качестве биологически активной добавки к пище, но опять же закваску с экзополисахаридами можно вносить в хлебный продукт и получать хлебный продукт с, возможно, дополнительными функциональными свойствами. В данном случае я употребляю слово «возможно», потому что функциональные свойства пищевого продукта необходимо проверять и подтверждать. Мы знаем, что есть большое число экзополисахаридов – все они очень отличаются друг от друга, это зависит от вида микроорганизмов, которые их производят. Так, экзополисахариды могут обладать разной структурой и разным откликом на кишечную микрофлору желудочно-кишечного тракта человека. Соответственно, нужно посмотреть, какие получатся экзополисахариды в проекте на данных субстратах, внести в конкретный продукт в определенном количестве и потом посмотреть, как изменится этот продукт. Кроме того, экзополисахариды улучшат и качественные показатели продукта – за счет того, что это волокна, тесто будет обладать более интересными технологическими свойствами.

Итальянская сторона, в свою очередь, берет те микроорганизмы, которые продуцируют гамма-аминомасляную кислоту – тоже со всех сторон интересный ингредиент: и в пищевом поле, и в косметологии, и в фармакологии. Тут возможен выход на производство в другой отрасли.

Все страны работают над проектом параллельно или кто-то должен первым запустить процесс?

Создание сиропов на базе вторичного хлебного сырья – это наша задача. Однако календарный план у нас составлен таким образом, чтобы работы велись параллельно, потому что, например, в подборе ферментных препаратов нам помогает один из индустриальных финских партнеров, компания Senson, которая производит сиропы, а для сиропирования производит ферментные препараты. Соответственно, их компетенции здесь тоже востребованы. Мы работаем с двумя видами сиропов – одни из них нужны в качестве чисто пищевых ингредиентов, вторые нужны в качестве питательной среды для микроорганизмов. У этих сиропов разные свойства и требования к ним тоже разные. Сейчас коллеги уже сформулировали требования к сиропам, которые нужны для их видов микроорганизмов, мы их подготавливаем, составляем протокол получения сиропов, после чего они его опробуют, культивируют микроорганизмы на получившихся гидролизатах (по большому счету это может быть не сироп, а гидролизат) и сообщат нам, насколько их устраивает субстрат, что мы можем доработать и так далее.

Как вы планируете угодить всем трем рынкам?

Все два года реализации проекта у нас предусмотрен обмен протоколами и образцами для исследования. Когда наши коллеги на последних этапах получат образцы экзополисахаридов и микроорганизмов, производящих экзополисахариды на наших сиропах, мы по их протоколам у себя внесем эти экзополисахариды в образцы хлебной продукции и оценим их, отвечая на вопросы, подходит ли эта продукция для нас, улучшилась ли продукция, удовлетворяет ли нас результат, после чего обсудим, что можно улучшить.  Таким образом, каждый из партнеров получает то, что ему нужно на своем рынке. У нас действительно очень разные рынки – те же сэндвичи у нас производятся с корочкой, и это не вызывает отторжения у потребителя. Их рынок требует одни продукты, наш – другие. Поэтому мы должны оценить у себя, насколько характеристики теста, хлеба, кондитерских изделий с предлагаемыми ими экзополисахаридами, гамма-аминомасляной кислотой нам подходят, а также понять, насколько они привлекательны для нашего потребителя и экономически жизнеспособны, после чего прийти к решению, которое устроит все стороны.

Встреча участников проекта Wastebake в Италии. Источник: личный архив
Встреча участников проекта Wastebake в Италии. Источник: личный архив

Как будут развиваться события в России? Как будет внедряться технология?

Нашим индустриальным партнером в проекте выступает компания «Айсберг», которая является производителем и дистрибьютором пищевых ингредиентов, и сиропы как раз относятся к области их компетенций (компания предлагает сиропы для пищевых предприятий Северо-Запада России). Когда компания получит собственные сиропы по более выгодной цене, она станет их реализовывать. Кроме того, компания обладает производственными площадями, на которых запланирована установка оборудования, которое будет предложено в рамках проекта Wastebake (оборудования для переработки вторичного хлебного сырья). Часть наших индустриальных партнеров планирует перерабатывать это сырье у себя на индустриальной площадке, однако ситуация осложняется проблемой логистики. Если все вторичное сырье для производства ценных ингредиентов свозить отовсюду в несколько мест, то возникнут серьезные транспортные издержки. Поэтому имеет смысл перерабатывать в месте концетрации сырья (в нашем случае это крупные хлебозаводы). Если у хлебозаводов на производственных площадях есть возможность разместить линию переработки, то наш индустриальный партнер планирует договариваться с ними об условиях взаимовыгодного сотрудничества.  Надо понимать, что и хлебозаводам это выгодно, потому что сейчас они тратят много средств на утилизацию хлеба.

Насколько в денежном плане безболезненным может стать переход на ту форму переработки, которую вы предлагаете?  Дорогое ли оборудование?

Оборудование стандартное. В лабораторных условиях мы создаем технологию и уже понимаем, из каких блоков в будущем будет состоять установка. В ней будут использованы оригинальные решения, которые компаниям предстоит масштабировать, однако они не должны значительно сказаться на стоимости всего оборудования. К тому же, экономический смысл просчитывался и с точки зрения инвестиционной привлекательности все очень хорошо.

Экскурсия на хлебопекарное производство в Италии. Источник: личный архив
Экскурсия на хлебопекарное производство в Италии. Источник: личный архив

Кто входит в состав команды от Университета ИТМО?

Проектом занимается подразделение специалистов по хлебопечению и по ферментам. Ведущим инженером по ферментам стала Анна Кульминская, кандидат биологических наук. Анна занимается подбором правильных концентраций и активностей ферментных препаратов. Дело в том, что есть ферменты одного класса, но внутри этого класса они отличаются по уровню активности, потому что они получены из разных источников. Если удастся взять фермент из источника, который дает высокоактивный ферменты, это будет большим козырем. Также в команде работает доцент кафедры пищевой биотехнологии продуктов из растительного сырья, кандидат технических наук Елена Сергачева, несколько аспирантов и магистрантов.

Вы сказали, что у вас состоялась первая встреча с партнерами из всех трех стран-участников. Как она проходила?

Первая встреча прошла в Италии. Все участники приехали по приглашению координатора проекта с итальянской стороны. Программа включала посещение предприятий индустриальных партнеров проекта. Кроме того, мы посмотрели на традиционную итальянскую хлебопекарню, где выпечка происходит в больших печах, которые отапливаются дровами. Самой хлебопекарне больше 500 лет, и хлеб в ней печется по старинным рецептам. Всего у нас запланировано три очные встречи. Следующая встреча пройдет в Санкт-Петербурге в следующем году, после чего всех примет финская сторона. Такие встречи всегда связаны с посещением индустриальных партнеров и обменом опытом и технологиями. 

Редакция новостного портала
Персоны
  • Денис Бараненко

    Руководитель Международного научного центра «Биотехнологии третьего тысячелетия»

Архив по годам:
Пресс-служба