Pažangios maisto apdorojimo technologijos, alternatyvių baltymų plėtra, funkcionaliųjų maisto sistemų kūrimas, skaitmeniniai sprendimai ir dirbtinis intelektas pasitelkiami kurti maisto produktus, kurie ne tik teikia peno, maitina, bet ir sveikatina, saugo aplinką. Kaip keičiasi maisto pramonė?

Jau kuriamos maisto sistemos, kurios aprūpintų organizmą visomis reikalingomis medžiagomis (baltymais, vitaminais, mikroelementais), būtų lengvai pasisavinamos ir virškinamos, veiktų teigiamai žmonių mikrobiomą.

Viso pasaulio mokslininkai ieško atsakymų, kaip gyvūninės kilmės baltymus galėtų pakeisti augalinės kilmės baltymai (pvz., iš pupelių, žirnių, kanapių), vabzdžių, dumblių, mikroorganizmų (pvz., mielių ar grybų) baltymai ar net dirbtiniu būdu užaugintos mėsos baltymai. Visi šie šaltiniai vadinami alternatyvių žaliavų baltymais. Tačiau susiduriama su rimtais iššūkiais, kuriuos reikia spręsti, kad jie iš tiesų taptų visaverte žmonių mitybos dalimi.

KTU Maisto instituto mokslininkai dr. Antanas Šarkinas, dr. Lina Vaičiulytė, dr. Irena Mačionienė, dr. Jolita Jagelavičiūtė, dr. Alvija Šalaševičienė dalijasi savo žiniomis kuriant naująsias maisto gamybos technolgijas.

Tam pasitelkiamos kelios svarbios technologinės kryptys.

Svarbu ir virškinamumas

Tiriant naujus alternatyvius baltymų šaltinius, kuriami būdai pagerinti jų maistinę vertę ir virškinamumą. Naudojami keli metodai.

• Fermentacija: pasitelkiami mikroorganizmai, kad jie iš anksto apdorotų baltymus – taip sumažėja antimitybinių medžiagų kiekis, baltymai tampa lengviau virškinami ir juos lengviau pasisavina žmogaus organizmas.
• Ultragarsas, terminis ar fermentinis apdorojimas: šios technologijos padeda atverti ląstelių sieneles ir „išlaisvinti“ baltymus iš sudėtingų struktūrų, kad žmogaus virškinamojo trakto fermentai galėtų pradėti juos skaidyti.
• Kombinuotas maisto ingredientų naudojimas: kuriami mišrūs produktai, kuriuose augaliniai baltymai derinami taip, kad jų aminorūgščių sudėtis papildytų viena kitą.

Be technologinių tyrimų, taip pat atliekami alternatyvių baltymų virškinamumo tyrimai naudojant in vitro virškinimo modelius, kurie imituoja žmogaus skrandžio ir žarnyno aplinką. Tai leidžia greitai ir etiškai įvertinti, kaip naujus produktus pasisavins žmogaus organizmas.

„Šios technologijos, taikomos atskirai arba integruotos, sudaro mokslinių inovacijų pagrindą moderniai, tvariai ir kokybiškai gaminti maistą. Jos padeda mažinti energijos sąnaudas, išvengti šiluminio maisto suardymo ir kurti didesnės pridėtinės vertės produktus iš įvairių žaliavų – nuo vaisių, daržovių, grūdų iki šalutinių srautų“, – apibendrina Maisto instituto direktorė Alvija Šalaševičienė.

Ultragarsinis ir mechaninis apdorojimas

Pastaraisiais metais maisto pramonėje vis aktyviau diegiamos nešiluminės technologijos, kurios leidžia apdoroti žaliavas efektyviai, išsaugant jų natūralias juslines ir maistines savybes.

Tarp pažangiausių šių technologijų išskirtinos ultragarsas, impulsiniai magnetiniai laukai (PMF) ir šaltoji plazma.

Šios poveikio technologijos laikomos tvarios, saugios ir suderinamos su šiuolaikiniais vartotojų lūkesčiais dėl minimalaus perdirbimo.

Apdorojimas ultragarsu remiasi didelio dažnio garso bangų sklidimu skystoje ar kietoje maisto terpėje. Dėl kavitacijos efekto (mikrosprogimų susidarymo) pažeidžiamos ląstelių sienelės, todėl: pagerėja bioaktyvių medžiagų išsiskyrimas (pvz., polifenolių, flavonoidų); sumažėja ekstrakcijai reikalingas laikas ir tirpiklių kiekis; galima keisti baltymų struktūrą, pagerinant jų funkcines ir technologines savybes (tirpumą, emulsijų susidarymą); taikoma mikroorganizmų inaktyvavimui žemoje temperatūroje – produktas saugus.

PMF technologijos sunaudoja mažai energijos, todėl tai yra tvari tradicinių metodų alternatyva. Čia maisto žaliavos paveikiamos trumpalaikiais, aukšto intensyvumo magnetiniais impulsais. Per šį procesą pažeidžiamos mikroorganizmų membranos, didinant maisto žaliavų ir produktų mikrobiologinį saugumą be šiluminio poveikio; stimuliuojamas ląstelių pralaidumas, todėl padidėja naudingųjų komponentų išgavimas.

Šaltoji plazma – tai reaktyviųjų dujų mišinio (įkaitintų žemoje temperatūroje) technologija, kuri sąveikauja su maisto paviršiumi ar atmosfera. Ji efektyvi mikroorganizmų, mielių, pelėsių ir net virusų inaktyvavimui žaliavų paviršiuose; eterinių aliejų, pigmentų ar skaidulų modifikacijai, išsaugant jų funkcines savybes; pesticidų, mikotoksinų ir kitų teršalų degradacijai be cheminių priemonių; paviršiaus savybėms keisti (pvz., sėklų daigumui gerinti).

Sukamojo magnetinio lauko (RMF) technologija taikoma biologinių ląstelių apdorojimui pramoniniais kiekiais. Metodas leidžia švelniai ardyti ląstelių struktūras, išskiriant vertingus bioaktyvius junginius, baltymus ir kitas maisto medžiagas nenaudojant aukštų temperatūrų ar agresyvių cheminių medžiagų.

Technologija tinka įvairioms biomasėms, įskaitant Saccharomyces cerevisiae, E. coli, mikrodumblius ir bakterijas. Išlaikomos natūralios baltymų, vitaminų ir kitų maisto medžiagų savybės.

Be to, RMF technologija padidina maisto medžiagų pasisavinimą, sumažina organizmo energijos sąnaudas virškinimo procese, minimalizuoja atliekas (gyvybinės veiklos produktus), nes ląstelių struktūros yra optimaliai skaidomos.

Fermentacija – viena iš svarbiausių krypčių

Ji naudojama tiek baltymų gamybai (pvz., biomasės fermentacija), tiek funkcinėms savybėms gerinti. Fermentuojant žaliavas galima ne tik išskaidyti sunkiai pasisavinamus junginius, bet ir pagerinti skonį, sumažinti antimitybinių medžiagų, tokių kaip fitatai ar taninai, kiekį, gauti sveikatai palankių savybių turinčius produktus.

Fermentacija yra bakterijų, mielių, mikroskopinių grybų auginimas stambiamolekuliniams junginiams skaidyti į organines rūgštis, alkoholius ar esterius.

„Visiems žinomas žodis pasterizacija – žaliavos terminis apdorojimas siekiant sunaikinti mikroorganizmus. Tai būtinas procesas pereinant nuo savaiminės fermentacijos prie tikslinės fermentacijos atrinktomis grynomis mikroorganizmų padermėmis. Šiandien fermentacija plačiai naudojama pieno produktų, alkoholinių gėrimų, duonos ir kitų maisto produktų gamybai“, – tikslina dr. Antanas Šarkinas.

Daugelis ne tik maisto produktų, bet ir maisto priedų, fermentų, vitaminų ar natūralių maisto dažiklių gaminami taikant mikrobinę fermentaciją.

„Riboflavinas arba vitaminas B2 gaminamas augalinę žaliavą fermentuojant su mikroskopiniu grybu Ashbya gossypii, pagrindinis fermentinio sūrio gamyboje naudojamo šliužo fermento šaltinis yra nebe veršelių skrandis, fermentą gamina bakterijos, citrinos rūgštis gaunama auginant Aspergillus genties mikroskopinius grybus, vitaminas C gaminamas derinant fermentaciją Pantoea agglomerans ir Aureobacterium ir tolesnę cheminę sintezę, žmogaus insulino gamyba dar nuo 1980 metų paremta rekombinantinių Escherichia coli bakterijų auginimu“, – populiariai pasakoja A. Šarkinas.

Naujų žaliavų šaltinių naudojimas fermentacijai taip pat gali padėti patenkinti didėjantį augalinių produktų poreikį, kuriamos fermentuotų pieno produktų, tokių kaip sūris ir jogurtas, alternatyvos naudojant sojas ir grūdus.

Antrinės augalinės žaliavos gali būti substratas baltymų gamybai, pagrįstai mikroorganizmų gebėjimu daugintis optimaliomis sąlygomis, auginti biomasę ir sukaupti daugiau nei 50 proc. baltymų kiekį sausoje masėje. Gauta ląstelių biomasė gali būti pritaikoma tiesiogiai arba maišoma su kitais maisto komponentais, naudojant kaip mėsos analogų pagrindą. Taip gaunami maisto produktai su mažesniu cholesterolio, riebalų ir cukraus kiekiu, didesniu skaidulų kiekiu, tad naudingi mitybos ir sveikatos požiūriu.

Skirtingos fermentacijos technologijos turi savo unikalius privalumus ir taikymo sritis. Tradicinė fermentacija išsiskiria savo natūralumu ir sudėtingu skoniu, tikslioji fermentacija leidžia efektyviai gaminti specifines medžiagas, o biomasės fermentacija siūlo tvarų baltymų šaltinį.

Maisto saugumas

Sprendžiant maisto saugos problemas ieškoma mikroorganizmų, gaminančių arba galinčių gaminti junginius, kurie yra saugūs žmonių vartojimui, bet slopina gedimą sukeliančių mikrobų augimą. Tai bakteriocinai, peptidinės medžiagos su stipriomis antimikrobinėmis savybėmis. Vienas iš pirmųjų yra nizinas, kuris nuo seno naudojamas kaip maisto konservantas, kad būtų išvengta bakterijų sukelto gedimo taikant švelnesnius terminio apdorojimo režimus. Tokie junginiai yra saugesni nei antibiotikai, nes juos natūraliai maiste gamina raugo mikroorganizmai, ir gali būti inaktyvuoti tripsinu ir pepsinu.

Mikrobų genai, koduojantys bakteriocinų sintezę, aktyviai identifikuojami ieškant padermių, kurios išskiria didesnius kiekius šių natūralių konservantų. Tokie mikroorganizmai gali būti naudojami kaip antimikrobiškai aktyvūs raugo komponentai arba auginami fermenteriuose, o veiklioji medžiaga paskui išgryninama ir naudojama kaip natūralios kilmės konservantai.

Nors fermentacija naudojama tūkstantmečius, vis dar yra didžiulis neišnaudotas potencialas ir naujų taikymo sričių galimybės.

Augalinės kilmės žaliavos, tokios kaip grūdai, sėklos ar ankštiniai, yra vertingi maisto medžiagų šaltiniai. Tačiau kartu jos natūraliai kaupia ir tam tikras antimitybines medžiagas.

„Fitatai (fitino rūgšties druskos) jungiasi su svarbiais mineralais, tokiais kaip geležis, cinkas, kalcis, ir pasunkina jų pasisavinimą. Taninai, kurių daug aptinkama sėklose, grikiuose ar kai kuriose uogose, slopina virškinimo fermentus ir jungiasi su baltymais, taip mažindami jų biologinę vertę.

Vienas iš natūralių būdų šių junginių kiekiui mažinti – fermentacija, ypač pasitelkiant pieno rūgšties bakterijas ar mieles. Fermentacijos metu mikroorganizmai išskiria fermentus, tokius kaip fitazės ir taninazės, kurie skaido šias medžiagas į paprastesnes formas“, – dalijasi žiniomis Irena Mačionienė.

Mikroorganizmų nauda

Mikroorganizmai pasižymi efektyvia aminorūgščių sinteze, greitu dauginimusi ir prisitaikymu prie įvairių aplinkos sąlygų, todėl laikomi itin perspektyviais tiek žmonių, tiek gyvūnų mitybai. Tiriant mikroorganizmų – bakterijų, mielių ir mikroskopinių grybų – rūšių įvairovę, jų augimo sąlygas, baltymų sintezės mechanizmus, ieškoma galimybių šiuos baltymus pritaikyti maisto, pašarų ir biotechnologijų pramonėje.

Atliekami tyrimai su mikroskopiniais grybais (pvz., Aspergillus oryzae, Fusarium venenatum, Rhizopus oligosporus), mielėmis (Saccharomyces cerevisiae) ir tam tikromis bakterijomis, turinčiomis didelį baltymų sintezės potencialą, kaip Bacillus subtilis, Corynebacterium glutamicum, Methylobacterium extorquens gebėjimą sintetinti visaverčius baltymus.

Inovatyvūs maisto produktai

Pastaraisiais metais vis labiau diegiamos funkcionaliosios maisto sistemos. Tai inovatyvūs maisto produktai, kurie, be pagrindinių maisto medžiagų, yra papildyti biologiškai aktyviais komponentais, galinčiais turėti teigiamą poveikį žmogaus sveikatai. Tokių sistemų kūrimas apima maisto chemijos, biotechnologijų, žemės ūkio žaliavų perdirbimo tyrimus.

Funkcionalieji komponentai gali būti įvairios kilmės: augaliniai polifenoliai, flavonoidai, prebiotikai, skaidulinės medžiagos, probiotiniai mikroorganizmai, vitaminai ar mineralai. Vis dažniau siekiama, kad šie junginiai būtų gaunami iš vietinių ar antrinių žemės ūkio žaliavų, tokių kaip vaisių ir daržovių išspaudos, sėklų lukštai, lapai ar kiti perdirbimo likučiai, taip mažinant žaliavų švaistymą ir skatinant žiedinės bioekonomikos principus.

Pažangios technologijos leidžia išgauti, stabilizuoti ir įsisavinti biologiškai aktyvias medžiagas. Pavyzdžiui, fermentacijos procesai taikomi tam, kad būtų pagerinta bioaktyvių junginių biologinė vertė, sumažintas antimitybinių komponentų kiekis ir padidintas funkcinių komponentų prieinamumas. Mikroįkapsuliavimo technologijos padeda apsaugoti jautrius junginius – tokius kaip polifenoliai ar omega-3 riebalų rūgštys – nuo oksidacijos ir virškinimo sistemą veikiančių veiksnių, taip užtikrinant jų stabilumą bei efektyvų pasisavinimą žarnyne. Tuo tarpu inovatyvūs ekstrakcijos ir džiovinimo metodai leidžia tiksliai išskirti norimus junginius iš sudėtingų matricų ir išlaikyti jų aktyvumą.

Realiausias proveržis

Pažangios, švelnios apdorojimo technologijos, tokios kaip ultragarsas, impulsiniai ir sukamieji magnetiniai laukai bei šaltoji plazma, leidžia „atverti“ ląsteles, geriau išgauti ir išlaikyti bioaktyvias medžiagas, padidinti baltymų biologinį prieinamumą, išsaugoti vertingus junginius be intensyvaus terminio poveikio.

Alternatyvių baltymų vystymas – augaliniai, mikrobiniai, iš fermentacijos ar net vabzdžių gauti baltymai tampa vis reikšmingesni, nes jų gamyba kelia mažesnį poveikį aplinkai. Tačiau didelis dėmesys skiriamas jų virškinamumui, skoninėms savybėms ir mitybinei vertei – todėl derinami technologiniai metodai, gerinantys jų pasisavinimą žmogaus organizme.

Funkcionaliųjų maisto sistemų kūrimas – tai produktai, papildyti biologiniu požiūriu aktyviais junginiais: polifenoliais, skaidulomis, pre- ir probiotikais, mikroelementais. Dažnai šie komponentai išgaunami iš antrinių žaliavų ar vietinių resursų (pvz., išspaudų, lukštų), taip prisidedant ir prie atliekų mažinimo.

Skaitmeniniai sprendimai ir dirbtinis intelektas – vis dažniau naudojami individualizuotai mitybai kurti, žmogaus mikrobiomo analizei ir kokybės kontrolei gamybos metu.

Bendras visų šių krypčių tikslas – išnaudoti mokslines žinias ir technologinį potencialą kuriant maistą, kuris ne tik pamaitina, bet ir stiprina sveikatą, o kartu padeda spręsti globalius iššūkius.

***

Nors alternatyvūs baltymų šaltiniai dažnai turi daug baltymų, ne visus juos žmogaus organizmas gali lengvai suvirškinti ir pasisavinti.

Priežastys įvairios:

• Augaluose dažnai yra antimitybinių medžiagų, tokių kaip fitatai ar taninai, kurie trukdo fermentams skaidyti baltymus ar mažina mineralų pasisavinimą, tokį maistą virškinant jaučiamas sunkumas, gali pasireikšti meteorizmas.
• Vabzdžiuose yra chitino – sunkiai virškinamos medžiagos, kuri gali riboti ir baltymų pasisavinimą.
• Dumblių ir mikroorganizmų standžios ląstelių sienelės, per kurias žmogaus virškinamojo trakto fermentai sunkiai pasiekia baltymus ir pradeda juos skaidyti.
• Dirbtiniu būdu užaugintoje mėsoje gali būti panaudotos augalinės struktūros, kurios sunkiau virškinsis nei pačios mėsos baltymai.

***

Inovatyvių produktų pavyzdžiai

Augaliniai mėsos pakaitalai (pagaminti iš žirnių, sojų, kviečių baltymų ir kt.)

Valgomieji vabzdžiai

Funkciniai gėrimai ir produktai sveikatai (probiotiniai, prebiotiniai ir postbiotiniai kefyrai, kombučia, jogurtai su papildomais mikroorganizmais)

Maistas su pridėtinėmis medžiagomis (batonėliai su omega-3 rūgštimis, vitaminais, L-teaninu ir kt.)

Augaliniai gėrimai (avižų, žirnių, bananų, linų, kokosų pienas)

3D spausdintas maistas (naudojamas ligoninėse, kosmoso misijose ar individualiai mitybai)

2025-09-02