Мы уже видели, как работают растительные ферменты, когда говорили о производстве пива, точнее, солода, а затем – солодового сусла. Сила собственных ферментов растений используется и для создания других напитков: чая и кофе. Чтобы запустить ферментацию, их томят в тепле, а чтобы остановить – сильно нагревают.
Перед тем как оказаться в чашке, чай должен пройти длинный путь. Чайный лист недостаточно просто сорвать с куста. После того как листки Camellia sinensis собраны, их нужно обработать, и от этой обработки зависит, какой чай у вас получится.
Чтобы сделать черный чай, свежие листья подвяливают на солнце, а затем оставляют в тени – внутри у них должно пройти ферментативное окисление под действием растительных оксидоредуктаз. В результате в чае образуются дубильные, вяжущие вещества и вещества, имеющие оранжевый и коричневый цвет. После этого чай проходит окончательную сушку, его режут, сортируют, при необходимости – формуют и наконец упаковывают.
Степень ферментации чая сильно влияет на вкусовые и ароматические свойства конечного напитка. Если ферментацию остановить сразу же, не допустив окисления, получится классический зеленый чай. Для того чтобы растительные ферменты в листьях разрушились, их обрабатывают паром с температурой 170–180 °C. Белые и желтые чаи также практически не ферментируют, но желтые до сушки проходят стадию томления под влажной тканью. Другие разновидности чая тоже имеют свои особенности изготовления. Так, улуны ферментируют особым образом. Края листьев у них более окислены, чем середина. Добиваются такого эффекта, укладывая чай в корзины и периодически перемешивая. Степень окисленности у улунов варьируется и обычно составляет от 20 до 60%.
Некоторые травяные чайные напитки получают схожим с классическим чаем образом. Российский иван-чай и африканский ройбуш с технологической точки зрения мало отличаются от обычного чая. Их также вялят, ферментируют и высушивают.
Пуэры интересны тем, что подвергаются постферментации с участием микроорганизмов родов Aspergillus, Penicillium, Rhizopus и Saccharomyces. Сперва их готовят как зеленые чаи, а дальше возможны два варианта. Зеленый пуэр формуют и хранят в специальных условиях так, чтобы он дозрел, прямо как сыр. Процесс это не быстрый и занимает месяцы, даже годы. Знатоки чая часто придают особое значение тому, насколько долго пуэр был выдержан, и здесь это действительно имеет значение. С течением времени вкус и аромат зеленого пуэра меняются. А вот черный пуэр хранить бесполезно. Свою ферментацию он проходит еще при производстве, когда его поливают водой и настаивают, останавливая ускоренное микробное окисление последующим нагревом.
Менее известный собрат пуэров – китайский чай люпао (или любао – Liubao). Он, как и пуэр, подвергается вторичной бактериальной ферментации во время выдержки. Свежие листья фиксируют горячим паром, скручивают, томят, чтобы активизировать растительные ферменты, сушат, а затем отправляют на вторичную ферментацию, где за дело берутся дикие микроорганизмы с листьев и из воздуха. В этом микробном сообществе доминируют, как правило, грибы Aspergillus, Eurotium и Penicillium[191].
В классической технологии сырой чай обдают паром и укладывают в бамбуковые корзины созревать, а новый подход подразумевает ускоренную ферментацию в резервуарах с механическим перемешиванием. Она позволяет удешевить процесс (рис. 33)[192].
Рис. 33. Технология производства чая люпао
Во время созревания постферментация продолжается и вкус становится все лучше. В нем усиливаются древесные нотки, но пропадает аромат затхлости или хлева.
Существуют и другие виды постферментированного чая. Некоторые из них готовят без доступа воздуха – таковы суанча, лахпет, миянг и др. В этом случае микробиом, поселяющийся на листьях, кардинально отличается от того, что развивается в аэробных условиях. Главными становятся молочнокислые бактерии, а чай таким образом превращается в «маринованный». Объединяет все постферментированные чаи то, что они благотворно влияют на наше самочувствие. Микробные метаболиты в их составе помогают здоровому пищеварению и способствуют расщеплению жиров в организме.
И ферментация, и выдержка чая требуют внимания и постоянного контроля. Нельзя, чтобы чай сопрел или сгорел, чтобы в него попали вредные микробы. Во время созревания чай нужно правильно хранить, не допускать переувлажнения или, наоборот, полного высыхания. Технологи все время экспериментируют, включая в процесс ферментации чая дополнительные стадии, чтобы ускорить производство или улучшить вкусовые характеристики конечного продукта. В отраслевых исследовательских центрах некоторые лаборатории занимаются только ферментацией чая и изучением того, как меняется состав чайного листа в ходе его обработки[193].
Отдельное направление – получение чаев, обогащенных биологически активными соединениями, антиоксидантами и противовоспалительными агентами. Существует, например, множество проектов, посвященных разработке процессов ферментации, которые насыщают чай гамма-аминомасляной кислотой[194]. Для этого его подвергают выдержке в вакууме. Такой чай считается эффективным нейронутрицевтиком. ГАМК – одна из ключевых молекул, задействованных в работе нервной системы человека. А поскольку ее рецепторы есть не только в мозге, но и в кишечнике, ГАМК из еды может снижать кровяное давление, уменьшать влияние стресса и успокаивать[195]. Некоторые компоненты чая взаимодействуют с ГАМК, что тоже влияет на свойства напитка.
Пока эффективность экзогенной гамма-аминомасляной кислоты лишь изучается, но чай с повышенным содержанием ГАМК уже можно купить. Ищите в названии слово «габа» – это прямая транскрипция английской аббревиатуры GABA.
Если спросить человека, бегущего с утра пораньше по делам с картонным стаканчиком в руке, почему он любит кофе, – вам, скорее всего, ответят: «Из-за бодрости, которую он дает». Все знают, что кофе содержит кофеин, а кроме него – еще около 800 химических соединений, о которых нам известно гораздо меньше. Но о кофеине слышал каждый. Он дает силы, побуждает нас быстрее думать и больше говорить, рождает в голове новые идеи и располагает к общению. Придя в Европу из Египта и Турции в конце XVI в., кофе благодаря своим удивительным свойствам сразу стал весьма популярным. Интеллектуалы и рабочий класс выбирали его вместо пива, ведь он помогал лучше работать. В качестве кофейного клуба зародилось английское Королевское научное общество, в кофейнях общались писатели и бизнесмены (страховая компания Lloyd's названа по имени хозяина кофейни, где встречались ее создатели), там обсуждали политику, там зрели революции. Не зря Карл II называл кофейные заведения рассадниками мятежей. За чашкой ароматного напитка любили посидеть и Наполеон Бонапарт, и Бенджамин Франклин.
Одним словом, повсюду, где готовили это чудо с Востока, кипела жизнь. И все потому, что когда-то давно в процессе эволюции кофейные деревья выбрали кофеин в качестве инсектицида, то есть способа борьбы с насекомыми-вредителями. Поразительно, но кофеин не был изобретен природой, чтобы доставлять людям удовольствие. И хотя растения, добавляя капельку кофеина в цветочный нектар, успешно управляют сознанием пчел-опылителей, которые, прямо как люди, однажды попробовав, возвращаются к кофеину снова и снова, главная его роль заключается в способности отравлять многочисленных жучков и слизней, посмевших покуситься на драгоценные листья или семена. Кофеин присутствует не только в зернах кофе – плодах аравийских и конголезских кофейных деревьев (из первых делают ароматную арабику, а из вторых – не такую изысканную робусту). Он есть и в чайных листьях, и в семенах какао, гуараны или колы, и в южноамериканском падубе, из которого делают мате. Человек повсюду ищет ядовитый кофеин, чтобы съесть, – какая ирония, учитывая его изначальную функцию[196].
Нам повезло, что в нашем организме кофеин становится ядом только в очень больших дозах. В напитках же он выступает как стимулятор нервной системы. На самом деле кофеин не бодрит, а мешает нам чувствовать усталость. В цепочке реакций в мозге, которые должны приводить к желанию поспать, кофеин занимает место аденозина, из-за чего сон не приходит тогда, когда нужно. Если пить кофе постоянно, мозг компенсирует его действие: в клетках появляются новые аденозиновые рецепторы. Будучи привязаны к напитку и не получив однажды дозу американо, мы почувствуем чрезмерное утомление – аденозин займет все рецепторы, как первоначальные, так и дополнительные, из-за чего его тормозящее действие усилится.
Но вернемся к кофейным зернам. Они накапливают кофеин изо всех сил, чтобы защитить себя. И уровень кофеина, как, впрочем, и весь их состав, всегда будет зависеть от места, где росли деревья. С какими болезнями и вредителями сталкивались растения, такое оружие они и заготавливали. Люди со своей стороны тоже влияют на сорванное зерно и на то, каким будет аромат кофе, какое впечатление он произведет при первом глотке. До того как его обжарят, измельчат или даже засунут в крошечные капсулы, кофе проходит ферментацию как растительными ферментами, так и под воздействием дикой микрофлоры.
Здесь, если можно так выразиться, результат также превзошел замысел. Ведь стадия ферментации при приготовлении кофе была придумана не для того, чтобы обогатить будущий настой дополнительными вкусовыми нотками или усилить аромат, – хотя она все это и делает. Кофе готовят именно так, а не иначе, чтобы из ягод, только что сорванных с деревьев, было проще доставать зерна. Как же проходит ферментация кофе и откуда в спешелти-кофейнях появились экспериментальные «ферментированные» лоты, если, по сути, весь кофе, как и чай, является ферментированным?
Итак, существует всего два массовых способа извлечения кофейных зерен. В первом случае свежая ягода проходит так называемую сухую обработку, то есть высушивается несколько недель на солнце. В это время мякоть ферментируется под воздействием собственных энзимов, отдавая часть ароматики зерну. Когда зернышки сами отделяются от мякоти, достать их из высушенных ягод уже не составляет труда.
Второй вариант – влажная, или мытая, обработка. При этом способе ягоды загружают в машины-депульпаторы, которые освобождают зерна от большей части мякоти. Остатки мякоти и клейковины отходят при замачивании зерен в воде, именно тогда и идет основная ферментация. Такой кофе получается более легким по текстуре, а его вкусовой профиль – более нейтральным, в нем меньше фруктовых ноток. К тому же так гораздо проще контролировать качество кофе. Придумали мытую обработку европейцы. Они начали активно практиковать ее в своих колониях – в Индонезии, на Кубе, в Центральной Америке и на Ямайке, где климат был слишком влажным и ягоды кофе на открытом воздухе не сохли, а портились.
Финальная стадия получения зеленого кофе для обоих методов общая. После того как зерна высохли, с них снимают последнюю защитную оболочку – пачмент. Этот процесс называется халлингом и совершается на фабриках. Есть и промежуточные виды обработок: «хани» – когда после депульпатора зерно подсушивается вместе с остатками мякоти – и полумытая, при которой мякоть отделяется механически в еще одной машине, демюсиляторе. Есть также «вет-халл» – это когда окончательную досушку проводят после удаления пачмента. Но они не так распространены. Иногда кофе требует специальных манипуляций. Например, при декофеинизации его дополнительно обрабатывают растворителями, паром и водой. К сожалению, все эти действия негативно отражаются на вкусовом профиле, зато бодрящий эффект пропадает.
Готовые, полностью высушенные и очищенные зерна еще некоторое время отлеживаются и фасуются, чтобы, преодолев океан, попасть в страны-потребители, где обжарщики приготовят из них окончательный продукт. В этом заключается один из парадоксов кофе. Чтобы его приготовить, два мира должны работать сообща. С одной стороны – фермеры, которые его выращивают, собирают и извлекают из ягод, с другой – обжарщики, которые изо всех сил стараются сделать самую вкусную чашку фильтр-кофе на соревнованиях в США или Европе. Но связь двух этих групп людей начала создаваться лишь сейчас. Можно сказать, она пока только формируется. Работники многих кофейных ферм до недавнего времени даже не пробовали собственный кофе, так как в странах третьего мира, где его производят, этот напиток не употребляют. Исключение – Эфиопия. Там кофе был впервые найден, а потому по сей день популярен у местного населения. Деревья арабики в Эфиопии растут не только на плантациях, но и в диком виде.
Что касается абсолютного большинства регионов, где кофе выращивают в промышленных масштабах, – там раньше практически никак не мотивировали фермеров, чтобы их зерна были более высокого качества, например, чтобы ягоды вовремя и аккуратно собирались, после чего тем или иным образом обрабатывались. Но сейчас дело идет на лад. Среди фермерских хозяйств устраивают отдельные соревнования, а победившим производителям предлагают в разы бо́льшую цену за товар. Поэтому и обработка ягоды приобретает в индустрии все большее значение.
Идея, что ферментация сказывается на качестве получаемого напитка и что, контролируя этот процесс, можно добиваться новых вкусовых сочетаний, обрела настоящую силу всего несколько лет назад. Некоторые фермеры и обжарщики, интересующиеся биотехнологией, стали делать ставку на контролируемую обработку в разных условиях; это позволило добиться огромного разнообразия вкусов при наличии одного вида сырья. Такой экспериментальный кофе, выставленный на профессиональных конкурсах, заинтересовал кофейных знатоков. Его стали называть ферментированным, потому что при его производстве уделялось большее внимание ферментации. Иными словами, хотя весь кофе – ферментированный, теперь, в век прогрессивного биотеха, некоторые разновидности кофе начали ферментировать определенным образом. Особенно ценно, что, если все делать правильно, можно с помощью направленной ферментации получать устойчивое качество зерна, то есть раз за разом воспроизводить зерна с теми или иными качественными характеристиками. Если раньше вкус во многом определялся случайностью, теперь им научились управлять.
Способов, позволяющих сделать «ферментированный» кофе, довольно много. При сухой обработке можно менять плотность слоя ягод, а значит, и степень доступа к ним кислорода. Мокрая обработка может вестись вовсе анаэробно, то есть без доступа воздуха. Для этого зерна после депульпатора или целые ягоды помещают в герметичные пластиковые или стальные резервуары. Микробное сообщество в таких емкостях формируется иначе – например, уксуснокислых бактерий в нем нет, так как они не могут существовать в анаэробной среде, в результате кофе насыщается определенными ароматическими веществами. Окисление без воздуха идет медленнее, что также влияет на качество продукта. Вариант анаэробной ферментации – карбоническая мацерация, настаивание зерен в воде в условиях насыщения углекислым газом.
Так как режимы ферментации могут меняться в огромном диапазоне, зерен с разными вкусами можно сделать неограниченно большое количество. Обработка кофе становится все более сложной. Технологи разнообразят температуру настаивания ягод, выдерживают зерна в свежем кофейном соке, чтобы вкус стал более фруктовым, или меняют условия сушки. Некоторые компании концентрируются на добавлении определенных бактерий для ферментации и даже строят собственные микробиологические лаборатории. Например, в 2021 г. широкой общественности был представлен кофе компании El Vergel, который прошел обработку Koji supernatural, то есть был ферментирован японским грибком коджи[197]. Его ягоды после сбора посыпали порошком, содержащим культуру Aspergillus oryzae, и оставляли грибок расти несколько дней, после чего кофе сушили на открытом воздухе. В конце концов этот лот получил прекрасные оценки экспертов за счет сбалансированной кислотности и долгого послевкусия. Благодаря грибку в ягодах накапливалось больше сахаров, аминокислот и глутамата, и часть этих компонентов поглощалась зерном.
Новые типы кофе, несомненно, выигрышно смотрятся на рынке за счет необычных вкусовых характеристик. В них могут присутствовать йогуртовые нотки, ароматы экзотических фруктов и цветов или винный тон. Встречаются и совсем экстремальные экземпляры с крайне высокой кислотностью или вкусом квашеной капусты. Производители спешелти обычно красочно описывают выбранный ими процесс ферментации и преимущества, которые он дает. При случае обязательно попробуйте. Тем более что рынок кофе нестабилен (достаточно только посмотреть на колебания цен на него в последние годы) и будущее кофейных плантаций выглядит более чем туманным.
В Бразилии, где расположены самые крупные кофейные фермы, деревья кофе сажают на месте вырубаемых лесов. При этом территориально плантации как бы все время движутся, наползая на лес. Так происходит потому, что фермеры стремятся производить как можно больше кофе, используя земли по максимуму. Открытые плантации, освещаемые солнцем, дают больший урожай и позволяют собирать ягоду с помощью комбайнов, а не вручную, как в других местах, где кофе растет в тени других деревьев («теневой» кофе выращивают, например, в Мексике и Гватемале). Из-за этого почва быстро истощается. Это заставляет фермеров вносить в нее много минеральных удобрений, которые помогают в моменте, но в перспективе делают землю непригодной для работы. Кроме того, при мокрой обработке собранных ягод в землю постоянно сливается вода после ферментации, что негативно отражается на ее кислотности. В конце концов на месте ферм возникают пустыри или в лучшем случае пастбища, а кофе переезжает дальше – на место вырубленного леса.
Понятно, что бесконечно так продолжаться не может. Уже сейчас существуют штрафы за незаконную вырубку, а в ЕС принят закон, согласно которому фермерские хозяйства, желающие поставлять свою продукцию в Европу, скоро должны будут доказывать, что не используют земли, на которых рос лес в 2020 г. или позже. Как этот закон будет исполняться, пока точно неизвестно, но требования к фермерам предъявляют довольно жесткие.
Еще одна проблема кофе в том, что он плохо переносит жару. Деревья арабики начинают болеть даже при малейших изменениях климата, и глобальное потепление постепенно вынуждает фермеров перемещаться все выше в горы. Для некоторых регионов это критично. Фермам в Колумбии уже сейчас не хватает места для дальнейших переездов – им просто некуда подниматься. Возникает вопрос: что с этим делать? Пока самым очевидным способом сохранить индустрию представляется замена арабики на менее прихотливые виды – робусту и не такие известные либерику или эксцельзу. А чтобы выровнять вкус непривычных сортов, вновь пригодится спешелти-ферментация. Кто знает – возможно, с ее помощью и силами селекционеров кофе преобразится настолько, что через каких-нибудь 25 лет его будет трудно узнать. Может быть, он станет гораздо вкуснее, или мы будем с грустью вспоминать былые времена и сожалеть, что не ценили «старое» зерно, заливая его лавандовым сиропом. Поживем – увидим.
Итак, с чаем и кофе все ясно. Но какое отношение к ферментации имеют фруктовые соки? Их не подвергают брожению с участием дрожжей или бактерий и не ферментируют, полагаясь на действие растительных ферментов. И все же ферменты в производстве соков используются повсеместно, и эти ферменты – микробного происхождения.
Ясно, что из одних плодов сок выжать проще, чем из других. Апельсин или лимон достаточно сжать рукой или прокрутить в соковыжималке – чтобы получить стакан апельсинового сока, хватает двух-трех крупных апельсинов. С другими плодами все не так просто. В мякоти персиков, слив, вишни, манго и многих ягод высокое содержание крупных молекул – полисахаридов, которые мешают выходу сока. Если начать давить сливу, у вас получится пюре или что-то похожее на желе, но назвать это соком трудно. Все из-за пектина, входящего в состав клеточных стенок растений, – в одних растениях его больше, в других меньше. Пектин препятствует прессованию и фильтрации, забивая промышленные фильтр-прессы, и одним из способов с ним справиться стали как раз ферменты пектиназы. Они расщепляют крупные молекулы сахаров на более мелкие. С их помощью сок получается менее вязким, его легче осветлять и проще производить: из меньшего объема фруктов получается больше конечного продукта. Это значит, что ферменты, разрушая пектин, делают производство сока гораздо более выгодным. Но все же ферменты не всемогущи. Из некоторых фруктов просто нельзя получить стопроцентный сок, как ни старайся. Все персиковые или манговые соки – это нектары, то есть не соки, а сокосодержащие напитки. В них фруктовое пюре разбавлено водой и сахаром (не путайте с восстановленными соками, в которые ничего лишнего не добавляют, просто сок для удобства перевозки упаривают, а затем разводят тем же количеством воды).
Кроме пектина в плодах есть и другие полисахариды, расщепив которые можно увеличить выход сока. За каждый такой полисахарид отвечает своя группа ферментов. Ксиланазы разрывают на кусочки ксилан, глюканазы – глюкан, а целлобиогидролазы – целлюлозу.
Получают ферменты для производства соков, выращивая микроорганизмы, которые их синтезируют. Главный источник всех промышленных ферментов – микроскопические грибы. Ученые все время ищут и выбирают те микробные штаммы, которые способны производить много разнообразных активных белков, устойчивых к высоким температурам и экстремальным уровням рН. Например, на пектиназах специализируются грибы рода Aspergillus, гемицеллюлозу хорошо расщепляют аскомицеты Trichoderma viride и Trichothecium roseum, а целлюлозу – Trichoderma reesei[198].
Выбранные культуры выращивают в жидкой питательной среде в биореакторах (как при культивировании любой микробной биомассы), после чего фермент отделяют от жидкости с плавающими в ней микроорганизмами ультрафильтрацией или в сложных приборах – хроматографах. Продавать ферменты могут и в форме концентратов, и в виде порошка (в этом случае концентрат сушат в распылительных сушилках и пакуют в пакеты).
Соковые заводы покупают ферменты у компаний, которые специализируются на пищевых ингредиентах и добавках. В Европе, например, крупными игроками на рынке пищевых ферментов считаются компании Cargill, Döhler, Novonesis, DuPont. Это настоящие гиганты, предлагающие препараты на любой вкус. Более того, в линейках их продукции каждый год появляются новые композиции. Они позволяют делать еще больше соков с низкой вязкостью и богатым вкусом, без лишних примесей и помутнений, но с высоким содержанием красящих веществ и полезных компонентов, например антиоксидантов и витаминов. Ферменты активно применяют также в виноделии – и в классическом, и в плодовом.
Обычно один ферментный препарат содержит сразу несколько ферментов. Для этого нужно либо смешивать отдельные энзимы, извлеченные из разных грибов-продуцентов, либо искать микроорганизмы, производящие сразу несколько ферментов с разной направленностью. Помимо этого, биотехнологи с помощью методов генной инженерии создают модифицированные микробные клетки. В этом случае гены из разных микроорганизмов объединяют в одном. Такие синтетические штаммы производят ферменты, присущие разным видам микробов, в нужных пропорциях и в большом количестве. В качестве такой сборной «платформы» часто используют бактерии (E. coli, Bacillus subtilis) и дрожжи (Pichia pastoris), хотя мицелиальные грибы Aspergillus и Penicillium тоже вполне годятся.
Соков касается и более интересная технология, запатентованная в 2018 г. израильской компанией Better Juice[199]. Ее суть в том, чтобы с помощью микроорганизмов превращать натуральный сахар в составе сока в пребиотические олигосахариды, глюконовую кислоту и сорбитол. В партнерстве с немецкой корпорацией GEA Group стартап создал биореакторы для быстрой обработки соков, в которые встроены элементы с закрепленными на них коммерческими штаммами. Сок прокачивают через аппарат, и сахар в нем преобразуется в полезные компоненты, не провоцирующие скачков инсулина. Предложенный компанией метод был одобрен FDA, после чего Better Juice начала выпускать в США свои соки и фруктовое мороженое с низким гликемическим индексом (показывает влияние углеводов в составе продукта на изменение уровня глюкозы в крови и, следовательно, на выработку инсулина поджелудочной железой)[200].
Нюансы своей технологии Better Juice держит в секрете, но заявляет, что новая система позволяет уменьшать количество сахара не только в соках и нектарах, но и в пюреобразных фруктовых продуктах, сохраняя их натуральный состав и часть сладости. Если в стакане обычного апельсинового сока сахара немногим меньше, чем в банке колы, то в обновленном соке от Better Juice его количество может быть сокращено на 30, 50 и даже 80%. Соотношение сахаров в соках при этом можно регулировать.
Ничего не скажешь: в условиях постоянно растущей заболеваемости диабетом 2-го типа результат впечатляющий. И другие производители напитков быстро это поняли. Голландская Louis Dreyfus Company в 2022 г. заявила, что разработала новый продукт: апельсиновый сок с повышенным содержанием полезных для пищеварения волокон и концентрацией сахаров, сниженной на 30%. Вероятно, в ближайшие годы этот и другие подобные соки будут выходить на мировой рынок, завоевывая своего потребителя.
Как видим, сфера напитков тесно связана с биотехом, в частности – с микробными штаммами, которые ученые с радостью берут себе на службу. Это можно сказать обо всех пищевых производствах. И если отвлечься от конкретных продуктов – молока, вина, мяса или овощей, у биотехнологов есть еще одно огромное поле деятельности. Это пищевые ингредиенты, обычно ассоциирующиеся у современного человека с обработанной пищей, полной «синтетики». В двух последних главах обсудим, можно ли получать их биологическим путем и всегда ли они такие синтетические, как мы привыкли думать.