Ближе всего я подошел к потоку кукурузы, проходящему через мельницу, в Центре исследований процессов использования зерновых (Center for Crops Utilization Research) при университете штата Айова. Он расположен в Эймсе, в 45 милях (72 километрах) от элеватора кооператива фермеров в Джефферсоне. Я провел пару дней в местном кампусе после визита на ферму Джорджа Нейлора и должен сказать, что этот Университет можно по праву назвать Университетом кукурузы. Не только потому, что кукуруза отражена в самых известных скульптурах и фресках кампуса.
Генетике, культуре и истории использования этого растения в различных отраслях посвящена почти вся работа Университета (впрочем, и соя, вторая известная сельскохозяйственная культура Айовы, также получает здесь свою долю внимания).
Сотрудники Центра, занятые разработкой новых способов использования излишков американских кукурузы и сои, построили копию современной мельницы мокрого помола. Внешне она напоминает машину Руба Голдберга – чрезвычайно сложное и громоздкое устройство, выполняющее простые функции, и состоит из труб из нержавеющей стали, просто труб, клапанов, вентиляционных люков, сушильных столов, центрифуг, фильтров и резервуаров. Директор Центра Ларри Джонсон с видимым удовольствием продемонстрировал мне, как работает этот агрегат.
Как заметил Джонсон, мокрый помол, по существу, представляет собой промышленный вариант процесса пищеварения. Так же как в организме человека, продукты расщепляются, проходя ряд стадий, от применения физического давления до воздействия кислот и ферментов. Правда, эти шаги следуют в другом порядке (скажем, кислота действует на продукт до того, как начинается его механическое «пережевывание»), но результаты оказываются схожими: сложные продукты постепенно расщепляются до простых молекул, в основном сахаров.
«Сначала мы разделяем зерно кукурузы на части в ботаническом смысле, то есть на зародыш, эндосперму, клетчатку, – поясняет Джонсон, пока мы идем по заводу, – а затем – на химические компоненты». Первое, что делают с кукурузой, поступившей на завод, – это погружают ее на 36 часов в ванну с водой, содержащей небольшое количество диоксида серы. В кислотной ванне зерна набухают и высвобождают крахмал.
После замачивания разбухшие зерна аккуратно измельчают на мельнице. «К этому моменту ростки становятся эластичными и в процессе мягкого помола свободно отделяются от зерен, – поясняет Джонсон. – Мы берем полученную смесь и загружаем ее в гидроклон – это такая центрифуга для жидкостей. Там зародыши отделяются от остальной массы. После того как они высохнут, мы отжимаем из них кукурузное масло». Кукурузное масло можно использовать для приготовления различных блюд, в качестве масла для салатов, а в гидрогенизированном виде – в маргаринах и других продуктах глубокой переработки. Гидрогенизация – это химическая реакция, в ходе которой атомы водорода встраивают в молекулы жиров, чтобы сделать последние твердыми при комнатной температуре. (Первоначально такие трансжиры были разработаны как полезные для здоровья заменители жиров животного происхождения, но сегодня медики считают, что на самом деле трансжиры действуют на наши артерии хуже, чем сливочное масло.)
После удаления ростков из раздавленных зерен кукурузная смесь превращается в так называемый мельничный крахмал – белое месиво, состоящее из белков и крахмала. Для того чтобы извлечь из него как можно больше белка, мельничный крахмал последовательно пропускают через все более тонкие мельницы, фильтры и центрифуги. Извлеченный белок, называемый клейковиной, используется в качестве корма для животных. На каждом шаге переработка смеси требует все больше пресной воды (всего на бушель кукурузы ее уходит около пяти галлонов, или 23 литра) и огромное количество энергии. Мокрый помол – это очень энергоемкий способ приготовления пищи: на производство одной калории продукта требуется десять калорий, которые получают сжиганием ископаемого топлива.
На этом этапе процесса переработки получается рыхлая белая смесь. Ее высыпают на столы из нержавеющей стали и сушат до тех пор, пока не получается очень мелкий белый порошок – кукурузный крахмал. Мельницы мокрого помола начали появляться в 1840-х годах, и долгое время кукурузный крахмал был единственным продуктом, который они производили. Сначала крупнейшими клиентами таких мельниц были прачечные, в которых крахмалили белье. Но постепенно повара и рестораторы начали добавлять кукурузный крахмал во множество блюд, поскольку он очаровал их сочетанием современности, чистоты и абсолютной белизны. К 1866 году переработчики кукурузы научились с помощью кислот превращать кукурузный крахмал в глюкозу. Получаемые таким образом подсластители быстро стали – и остаются до сих пор – важнейшими продуктами, производимыми в отрасли. Кукурузный сироп, который в основном состоит из глюкозы (она же декстроза – эти термины взаимозаменяемы), стал первым дешевым отечественным заменителем тростникового сахара.
Помню, в средней школе мы проводили один научный эксперимент. Задача, поставленная перед нами, была проста: мы должны были жевать, жевать и жевать крахмал – жевать его до тех пор, пока внезапно язык не почувствует сладость. Преподаватель объяснил, почему это происходит: ферменты, содержащиеся в нашей слюне, расщепляют длинные молекулы крахмала на более короткие молекулы глюкозы. Почти такой же процесс, который называется «энзимный (ферментативный) гидролиз», в 1940-х годах произвел революцию в переработке кукурузы. По мере того как ферменты заменяли кислоты, переработчики получали возможность производить из кукурузы все более сладкие подсластители. Впрочем, ни один не был тогда столь же сладок, как сахар (точнее, сахароза). Этот порог был перейден только в конце 1960-х годов. Именно тогда, говоря словами официальной истории кукурузного подсластителя с высоким содержанием фруктозы, которую приводит Ассоциация переработчиков кукурузы (Corn Refiners Association), японские химики «взяли барьер сладости». Японцы обнаружили, что фермент глюкозоизомераза может превращать глюкозу во фруктозу, а последняя гораздо слаще сахара. В 1970-х годах процесс переработки кукурузы в фруктозу был усовершенствован, и на рынок поступил кукурузный сироп с высоким содержанием фруктозы. Этот сироп представляет собой смесь 55 % фруктозы и 45 % глюкозы, которая имеет точно такую же сладость, как сахароза. На сегодняшний день этот сироп – самый ценный пищевой продукт, получаемый из кукурузы; на его изготовление каждый год уходит 530 миллионов бушелей (13 миллиардов 250 миллионов килограммов), а из одного бушеля кукурузы (25 килограммов) получается 33 фунта (15 килограммов) фруктозы.
Итак, на дальнем конце трубы с пометкой «Кукурузный сироп с повышенным содержанием фруктозы» находится самый большой кран в том запутанном клубке труб, который называется «Система использования кукурузы». Но это далеко не единственный кран в этой системе, где существуют десятки других выходов. В различных точках пути через мельницу какую-то часть густой белой крахмальной смеси вполне могут перенаправить на другие цели, или, в терминах производства, «пустить на другие фракции». Сам крахмал способен образовывать молекулы различной формы: шарообразные, похожие на кристаллы и сильно разветвленные. Каждая из этих разновидностей используется в своей области: из них делают клей, покрытия, проклейки, пластмассовые изделия, стабилизаторы, загустители, гели и, наконец, вещества, регулирующие вязкость пищевых продуктов.
