3. Проблема белкового дефицита на Земле и пути её преодоления

Сегодня в мире существует дефицит пищевого белка и недостаток его в ближайшие десятилетия, вероятно сохранится. На каждого жителя Земли приходится около 60 г белка в сутки, при норме 70. По данным Института питания РАМН, начиная с 1992 г. В России потребление животных белковых продуктов снизилось на 25-35% и соответственно увеличилось потребление углеводсодержащей пищи (картофеля, хлебопродуктов, макаронных изделий). Среднедушевой потребление белка уменьшилось на 17-22%: с 47,5 до 38,8 г/сут белка животного происхождения (49% против 55% рекомендуемых); в семьях с низким доходом потребление общего белка в сутки не превышает 29-40 г.

По данным Института питания РАМН, ежегодный дефицит пищевого белка в России превышает 1 млн т.

Снижение употребления белка с пищей соответствует современным мировым тенденциям снижения степени обеспеченности населения Земли белком. Общий дефицит белка на планете оценивается в 10-25 млн т в год. Из 6 млрд человек, живущих на Земле, приблизительно половина страдает от недостатка белка. Нехватка пищевого белка является не только экономической, но и социальной проблемой современного мира. Не во всех странах продукты животного происхождения доступны широким слоям населения. В районах тропической Африки, Латинской Америки и Азии, население которых занято тяжелым сельскохозяйственным трудом, проблема обеспеченности белком животного происхождения особенно острая.

Традиционным путем увеличения ресурсов пищевого белка является повышение производительности растениеводства и животноводства на основе технологий возделывания зернобобовых, масличных и злаковых культур, употребляемых как непосредственно в пищу, так и на корм скоту. Наибольшее количество белка, и особенно лизина, обеспечивают посевы зернобобовых культур: сои, нута, чечевицы, гороха, люпина. Однако, бобовые культуры, используемые непосредственно в пищу, не являются традиционными для многих народов, к тому же трудно достичь высоких урожаев и расширения площадей посева любой культуры в силу особенностей почвенно-климатических условий выращивания и применения агротехнических мероприятий.

Растительный рацион, содержащий полноценный белок в необходимом количестве, может быть создан на основе использования пищевых продуктов, полученных из разных источников. Например, кукуруза бедна триптофаном и лизином, а бобовые – метионином, поэтому смесь, состоящая из кукурузы и соевых продуктов или овощей, обеспечивает поступление в организм «качественного белка».

За счет практического применения достижений генетики выведены новые сорта зерновых культур с повышенным количеством белка и лизина. Так, в нашей стране и а рубежом выведены сорта высоколизиновой кукурузы «Опейк-2», ячменя «Хайпроли», сорго, пшеницы с повышенным количеством белка. Путем скрещивания, например, ячменя «Хай-проли» с высокобелковыми мутантами, получены сорта с содержанием лизина 4,5-4,8% и белка 13,5-15,5%. Создан гибрид ржи и пшеницы (тритикале) с 3,7 лизина и средним содержанием белка 13,4%.

Увеличение количества пищевого белка за счет животноводства является менее перспективным путем, по сравнению с растениеводством. На получение 1 кг животного белка, содержащегося в молоке, мясе и яйцах, требуется израсходовать 5-8 кг кормового белка. При этом коэффициенты трансформации растительных белков в белки высокопродуктивных животных и птиц очень низкие (25-39%).

Отсутствие у животных способности синтезировать ряд аминокислот приводит к тому, что свои потребности в последних они удовлетворяют за счет повышенного количества растительных белков. Организм животного может синтезировать ряд недостающих аминокислот, но только в ущерб деятельности гормональной и ферменетативной систем. Отсюда актуальным является сбалансированное кормление животных (отходы мясомолочной, рыбной промышленности, соевый шрот и т.д.) в целях повышения коэффициента трансформации белков в животноводческую продукцию.

Производство микробной биомассы призвано возместить острый дефицит пищевого и кормового белка: белок одноклеточных – SCP (single cell protein) – целые высушенные неживые клетки водорослей, бактерий, дрожжей или грибов, предназначенных для корма животным и в некоторых случаях как добавка в пищу людям.

В мире ежегодно производится 2 млн т SCP. Главное пользование SCP – белковая добавка к кормам.

Микробная биомасса – хорошая белковая добавка для животных с однокамерным желудком и жвачных, а также для домашних животных, птиц и рыб. Производство микробной биомассы особенно важно для стран, не культивирующих в больших масштабах сою. Если в качестве белковых добавок использовать микробные препараты, то сою и рыбу можно в большей степени употреблять в пищу. При получении микробных белковых препаратов учитывают самое важное преимущество микробных систем перед традиционным сельским хозяйством – высокую скорость роста микроорганизмов, клетки которых наполовину состоят из белка.

В табл.3.2 представлен приблизительный состав биомассы различных микроорганизмов и для сравнения состав сои и рыбной муки – традиционных кормовых добавок. В целом микробная масса богата лизином, но бедна серусодержащими аминокислотами и в этом отношении сходна с белками сои. Самое низкое содержание белка в нитчатых грибах, самое высокое – в бактериях. Дрожжи и водоросли занимают промежуточное положение. Метионин – лимитирующая аминокислота во многих микробных препаратах. Но получают синтетический D-метионин, он недорог и может быть добавлен к таким препаратам, чтобы улучшить качество белка. В бактериальном белке наиболее высокое содержание метионина и цистина.

Таблица 3.2 Примерный состав микробной биомассы из различных организмов в сравнении с традиционными белковыми продуктами (по Waterworth, 1982)

Общий состав, %	Водо-росли	Нитчатые грибы	Дрожжи	Бакте-рии	Соя	Рыбная мука
Белок	47-63	31-50	47-56	72-83	45	64
Жир	7-20	2-8	2-6	1,5-3	1	9
Зола	7	2	6	8	6	18
Лизин	2,4	1,5	4,2	4,1	2,8	4,7
Метионин+Цистин	1,7	0,8	1,7	2,3	1,3	2,8
Нуклеиновые кислоты	3-8	9,2	6-12	8,16

Недостаток микробной биомассы часто усматривают в высоком содержании нуклеиновых кислот (Особенно РНК), которых в ней гораздо больше, чем в традиционной растительной или животной пище. Известно, что у бактерий, содержащих больше белка, уровень нуклеиновых кислот также выше, чем у других. Но для употребления микробной биомассы в кормах нет необходимости снижать содержание в ней нуклеиновых кислот, поскольку мочевая кислота, возникающая при деградации последних, у всех млекопитающих, кроме человека, под действием уратоксидазы превращается в алантоин, который переходит в мочу.

В недавнем прошлом Россия была единственно страной, производящей микробиологический белок для кормления животных – БВК. Из объема свыше 1 млн т/год 60% продукции выпускалось на основе парафинов нефти, а 40% - на основе гидролизатов древесины. Организация производства белка осуществлялась и с использованием спирта и природного газа. Такие технологические процессы экономически выгодны при отсутствии соевого белка для кормления животных. По содержанию незаменимых аминокислот и витаминов дрожжевая масса не уступает, а иногда даже и превосходит соевые белки. Добавка БВК в корма экономит фуражное зерно (5 т на 1 т БВК) и увеличивает привесы животных.

Подсчитано, что из 1 т углеводородов можно получить 0,5 т белков, и менее 1% перерабатываемой в настоящее время нефти могло бы хватить для компенсации недостатка белка на всей планете. Но имеющиеся запасы н-парафинов в мире ограничены, поэтому интерес ряда стран в последнее десятилетие переключился на другие виды сырья, в частности на метан и метанол.

Метан – самый дешевый вид сырья для производства SCP. Однако метан используют только бактерии, а их культивирование связано с рядом трудностей. В промышленных масштабах культивируют зеленые микроводоросли родов Chlorella и Scenedesmus и синтезируемые водоросли (цианобактерии) рода Spirulina. Больше всего изучалась хлорелла, и её используют чаще других микроводорослей в Японии, странах Азии и на Дальнем Востоке.

недостаток хлореллы заключается в неспособности фиксировать молекулярный азот, поэтому для получения SCP приходится вносить аммонийные соли. У зеленых водорослей клеточная стенка плохо разрушается и содержит необычные жирные кислоты, которые не перевариваются сельскохозяйственными животными.

Для получения SCP предпочтение отдают тем видам, выход белка из биомассы которых составляет более 50%. Микроводоросли обычно дефицитны по серусодержащим аминокислотам, а особенно по метиону.

Некоторые микроводоросли отличаются высоким содержанием белка, хорошим вкусом и с незапамятных времен употреблялись в пищу. Спирулина (циано–бактерии Spirulina sp.) – подвижные нитчатые цианобактерии широко распространены в щелочных, водах озера Чад и других африканских озер.

Спирулина хорошо переваривается, имеет приятный аромат и может содержать до 70% белка отличного качества. В ней мало нуклеиновых кислон (4%), много витамина B₁₂ и других витаминов и микроэлементов. Мукопротеиновая оболочка хорошо переваривается в отличие от целлюлозной клеточной стенки многих других питательных водорослей.

Спирулина совершенно не токсична. Ее липиды включают холестерин. Все это делает спирулину не только питательным, но и диетическим продуктом для лиц, страдающих болезнями сердца и ожирением. Вера в исключительную полезность спирулины особенно распространена на Востоке. Большой завод по производству спирулины работает в Мехико.

Высокой питательной ценностью обладают также микроводоросли Scenedesmus, которые дали положительные результаты при испытании на плохо питающихся детях. В ФРГ имеется промышленное производство по выпуску селенных водорослей Scenedesmus. Добавление их в пищу не должно превышать 20 г биомассы в сутки. Крупные установки по производству хлореллы (1500 т/год) работают в Японии.

Как добавку в пищу людям в Японии используют дрожжи Candida, вращенные на мелассных средах.

Промышленное освоение новых технологий производства белковых продуктов из растительного сырья сегодня – одно из основных направлений увеличения ресурсов продовольствия и инструмент совершенствования структуры питания населения. Из известных растительных источников пищевого белка наибольшее распространение получили продукты и ингридиенты из семян сои.

Известно, что в сое может содержаться до 40% белка и 20% масла. Соевые белки – самые полноценные растительные белки, включающие все незаменимые аминокислоты, а по лечебно-профилактическим свойствам им нет равных. При этом себестоимость белков сои по сырью в 27 раз ниже по сравнению с белками животного происхождения. Соя является важным фактором для сбалансированного развития АПК. Применяя соевые белки при существующем поголовье скота, можно удвоить производство мяса и молока. Соя, как культура, рентабельна даже при урожае 5 ц/га, а реальная ее урожайность 20-25 ц/га. Именно с учетом этих обстоятельств строится соевая политика во всем мире, а теперь и в нашей стране. Вот почему развитие соеводства – это создание качественно новых условий в борьбе с бедностью, за оздоровление нации.

В решении проблемы дефицита белка за последние два десятилетия определилось новое биотехнологическое направление - получение пищевых объектов с повышенным содержанием и улучшенным качеством белка методами генетической инженерии.

Генетическая инженерия, или рекомбинация iv vitro, включает выделение чужеродного гена ДНК, получение гибридных (рекомбинированных) молекул ДНК и введение их в живые клетки модифицируемого, например, растения для получения новых признаков организма.

В связи с интенсивным развитием генетической инженерии растений на мировом рынке сельскохозяйственной продукции появилось большое количество организмов с генетически модифицированным (ГМ) геном , которые стали известны как ГМО или ГМИ. Данные организмы непосредственно либо в переработанном виде все больше используются и, можно сказать, становятся популярными при производстве мясных, молочных продуктов, кондитерских изделий, соков, соусов, полуфабрикатов. При этом нужно отметить, что наблюдается и интенсивный рост производства самих ГМИ. Крупномасштабное промышленное производство ГМ-растений началось в 1996 г., когда во всем мире трансгенными культурами было засеяно 1,7 млн га. За период с 1996 по 2005 г. Площади под трансгенные растения увеличились примерно в 53 раза, достигнув 90 млн га. Основные ГМ-культуры: соя (60% от всей площади возделывания), кукуруза (23%), хлопчатник (11%), рапс (6%). Среди стран –лидеров по производству ГМО восемь государств: США, Аргентина, Бразилия, Канада, Китай, Парагвай, Индия и ЮАР. Наибольшее разнообразие ГМ-культур характерно для США, где вопросами генной инженерии растений занимаются не только научно-исследовательские лаборатории, но и крупные промышленные корпорации (например, компания «Монсанто»). По данным FDA, в данной стране насчитывается около 113 видов промышленно выращиваемых ГМО. В этот список входят соя, кукуруза, рапс, картофель, кабачковые, папайя, томаты, рис, сахарная свекла, дыня, хлопок, пшеница.

Создание ГМ-растений способствует значительному ускорению селекционного процесса, при этом процесс становится более целенаправленным. Генетическая модификация сельскохозяйственных культур направлена на получение растений, устойчивых к пестицидам, вредителям, болезнетворным микроорганизмам, обеспечивая снижение потерь при выращивании и хранении продукции. Такие растения относятся к трансгенным организмам первого поколения, и в настоящее время их выращивают уже в промышленных масштабах. Второе поколение ГМ-растений, можно сказать, на подходе, и они характеризуются улучшенной пищевой ценностью, улучшенным вкусом, длительным сроком хранения, устойчивостью к климатическим факторам (например, морозостойкие растения), засолению почв и др. Модифицированные растения третьего поколения предназначены служить биофабриками для получения вакцин и биополимеров. Для культур четвертого поколения будут характерны изменение архитектуры растений (например, получение низкорослых форм), изменение размера, формы и количества плодов, повышение эффективности процесса фотосинтеза. Деятельность генной инженерии растений направлена на благо человеческого сообщества, а именно на обеспечение полноценного питания и укрепления здоровья.

Риск употребления в пищу продуктов переработки ГМИ человеком не имеет пока реальных обоснований, однако доказательств абсолютной безопасности трансгенных растений для здоровья человека и его потомства тоже не достаточно. В связи с этим на территории Российской Федерации ГМ-растения в промышленных масштабах не выращивают, а к использованию в пищевой промышленности имеют допуск 15 сортов и линий ГМИ растительного происхождения: 3 линии ГМ-сои, 6 линий ГМ-кукурузы, 4 сорта ГМ-картофеля (причем 2 из них – отечественного происхождения), 1 линия ГМ-риса и 1 линия ГМ сахарной свеклы.

На основе действующих Федеральных законов (от 07.02.1992 №2300-1; от 30.03.1999 №52-ФЗ; от 01.01.2000 №29 ФЗ) для проведения маркировки продуктов питания установлен пороговый уровень 0,9% компонентов ГМИ, что послужило шагом в сторону гармонизации проведения исследований ГМИ в ЕС и России. Однако вышеназванная цифра носит только рекомендательный характер, уступая место обязательной пороговой величине в 5%, которая отражена в действующем СанПиН2.3.2.1078-01.

На сегодняшний день в России отсутствует достаточный контроль за оборотом продуктов, содержащих ГМО. Одна из причин этого – ограниченное количество лабораторий, которые могут проводить как качественный, так и количественный анализ на наличие ГМО в продуктах.