Пролог:

Привет, я Ванесса, студентка факультета пищевых технологий и сельскохозяйственных продуктов. В настоящее время я активно исследую пути достижения продовольственного суверенитета, особенно в развивающихся странах. Прочитав множество журналов и прослушав лекции, я, как мне кажется, теперь знаю и понимаю альтернативные способы применения продуктов питания, которые, надеюсь, помогут решить проблему. Прежде чем приступить к написанию статьи, я представила, что пребываю в мире, где желание добыть еду не требует финансовых вложений. Таким образом, каждый, у кого проблемы с финансами, может удовлетворить свои потребности в питании и ежедневном потреблении.

 _________________________________________________________________________________

Когда речь заходит о еде, мы полагаем, что она производится из сырья (ферма, ранчо, сад и т. д.), которое должно быть обработано, чтобы его можно было должным образом употребить, поскольку это способствует лучшему перевариванию и усвоению макроэлементов и микроэлементов. В чем здесь проблема? Понятно, что сырье быстро портится и нуждается в обработке, чтобы продлить срок годности. А что было бы, если бы мы не занимались обработкой? Проблема пищевых убытков и пищевых отходов могла бы нарушить баланс между людьми и пищей. При большом количестве штабелей отработанных материалов происходили бы выбросы углерода, потому что сжигание и твердые отходы способствуют образованию углекислого газа. Следовательно, возник бы парниковый эффект. Чтобы найти решение этой многослойной проблемы, можно применить множество методов, таких как:

 

1. Упаковка в модифицированной газовой среде

Определяется как упаковочная система, предполагающая изменение газовой среды, которая окружает пищевой продукт внутри упаковки, и применение упаковочных материалов и форматов с определенными газобарьерными свойствами для поддержания измененной атмосферы на уровне, необходимом для сохранности пищевых продуктов. Широкий спектр пищевых веществ обусловливает такое же разнообразие газовых смесей. Плотность газов зависит от их давления и температуры. Кислород вызывает реакции окисления липидов. Результатом является высокая степень газообразования во фруктах и овощах. Увеличение газообразования приводит к сокращению срока годности. Наличие кислорода способствует росту аэробной порчи. Возможно также потенциальное образование других нежелательных микроорганизмов.

Упаковка в модифицированной газовой среде, содержащая продукт, снижает объем внутреннего кислорода. Это также может предотвратить образование водяного пара. Кислород внутри упаковки часто заменяется другими газами. Модифицированные газовые смеси для упаковки обычно состоят из обычных атмосферных газов, таких как двуокись углерода (CO2), азота (N2) и кислорода (O2). Рост микроорганизмов также можно в определенной степени подавлять с помощью других газов, таких как оксид азота (N2O), аргон (Ar) и водород (H2). Эти газы можно применять по отдельности или смешивать в определенных соотношениях. CO2, например, наиболее эффективно подавляет рост микроорганизмов, таких как плесень и другие распространенные аэробные бактерии. Этого можно добиться, растворяя его в жидкой и жировой фазах пищи, тем самым снижая значение pH. Он также проникает через биологические мембраны, изменяя показатели проницаемости и функционирования. Упаковка может продлить срок годности продуктов питания, что снижает уровень убытков и отходов пищевых продуктов. Когда наступает время окончательного распада содержимого, модифицированная газовая среда внутри упаковки сможет замедлить метаболизм, чтобы избежать быстрого распада.

 

2. Использование микроорганизмов против загрязняющих веществ с применением технологии контроля

Прежде всего, мы должны сформулировать определение загрязняющих веществ. Согласно Codex Alimentarius,[1] 1995 г., загрязнители – это вещества, которые не были намеренно добавлены в пищу. Процессы производства продуктов питания могут привести к попаданию веществ в продукты питания в любое время в процессе производства, перевозки, хранения, обработки или распределения. Загрязняющие вещества также попадают в пищу из окружающей среды. Присутствие таких веществ в пищевых продуктах необходимо тщательно контролировать, чтобы избежать загрязнения, которое делает продукты небезопасными. Некоторые токсинообразующие микроорганизмы, такие как афлатоксигенные грибы, обычно производят афлатоксин, который снижает качество пищевых продуктов (особенно, кукурузы). Таким образом, для достижения безопасности пищевых продуктов и суверенитета в будущем можно применить подход с использованием микроорганизмов, обладающих хорошим потенциалом для устранения загрязняющих веществ. Применение технологии «Умного земледелия» позволяет контролировать активность воды и относительную влажность благодаря хранению сырья в резервуаре, который обеспечивает качество продукта.

Состояние сырья, особенно семян, можно поддерживать после сбора урожая, на пути от фермы до фабрики. Фермеры могут предупредить появление микотоксинов с помощью надежных методов контроля влажности на начальном этапе. Измеритель влажности зерна PerkinElmer AM 5200 снимает показатель влажности за 10 секунд одним нажатием кнопки, что позволяет фермерам оптимизировать процессы сушки и хранения зерна. Полевой скрининг с помощью наборов AuroFlow LF и простых в использовании тест-полосок помогает исключить проникновение микотоксинов в элеваторы. При высокой степени заражения образцы отправляются в специализированные зерновые лаборатории, которые проводят тесты с помощью тест-полосок и тестов с высокой пропускной способностью ELISA (твердофазный иммуноферментный анализ). Переработчики зерна, использующие MaxSignal HTS, предотвращают распространение микотоксинов путем скрининга. Поскольку микотоксины термически стабильны, они не разрушаются при переработке и в ряде случаях могут концентрироваться. Конечные и сопутствующие продукты, а также корма для домашних животных можно быстро и точно протестировать с помощью автоматизированных тестов с высокой пропускной способностью ELISA компании PerkinElmer. Это устройство также может удерживать токсины в обработанных пищевых продуктах и имеет сертификат ISO, подтверждающий его эффективность. Если рассматривать применение дрожжей и грибков в качестве агентов биоконтроля, Saccharomyces cerevisiae значительно способствуют распаду ДОН (дезоксиниваленол), который вырабатывают E.graminearum и F.culmorum. Этот типичный грибок обычно встречается в продуктах из пшеницы. Kluyveromyces marxianus может быть полезен в связывании AFB1, OTA и ZEN (зеараленон). Candida utilis может применяться для связывания микотоксинов; Yarrowia lipolytica эффективно снижает концентрацию ОТА (охратоксина А). Более того, такие грибы, как Aspergillus, Rhizopus, Trichoderma, Clonostachys и Penicillium spp. доказали свою эффективность в детоксикации микотоксинов. Что касается полезных бактерий, применение пробиотических штаммов (способных снижать/связывать афлатоксины в молоке) используется в качестве закваски для производства более безопасного ферментированного молока. Развитие молочнокислых бактерий (МКБ) можно увидеть на диаграмме ниже:

 

 

Стартовая культура - Ферментированные продукты (молочные продукты, овощи, мясо и т.д.)

Пищевые биоконсерванты Нисин Бактериоцин Биомасса ЛАБ

Молочнокислые бактерии

Продуцент бактериоцина как пробиотик

Продуцент бактериоцина как стартовая культура

Пробиотик Функциональные продукты Молочные продукты Пробиотический напиток   на фруктовой основе Кондитерские изделия и т.д.

Ферментированные продукты как пробиотик

 

 

Молочнокислые бактерии (МКБ) состоят из семейства Lactobacillus, Streptococcus, Lactococcus, Leuconostoc и Pediococcus. Для полноты информации, МКБ эффективны против бактериальных токсинов и их продуцентов, токсигенных Escherichia coli, Listeria Monocytogenes, предотвращают рост и выработку токсинов Clostridium botulinum и других патогенных бактерий. МКБ также могут нейтрализовать микотоксины афлатоксина (AFB1), охратоксина A (OTA), дезоксиниваленола (DON), фумонизинов и зеараленона (ZEA). Кроме того, МКБ снижают уровень пестицидов в пище, борются с интоксикацией тяжелыми металлами и детоксикацией в пище вследствие природных антинутриентов.

 

3. Применение метаболомики[2] для предотвращения пищевых убытков

Что касается проблемы значительной потери урожая, метаболомика может исследовать причину заболевания, способствовать систематическому и эффективному послеуборочному управлению, что улучшит качество. Например, если патогенные бактерии заражают растение, мы можем определить, какие изменения происходят после заражения или какой фактор изменяет метаболизм растения-хозяина. Мы можем остановить дальнейшее распространение болезни ещё до появления симптомов и воздействия на другие растения. Например, обработка бананов хитозаном может задержать образование этилена (хитозан подавляет синтез этилена). Еще один способ отсрочить созревание бананов — хранить их в камере с низкой температурой. При анализе метаболитов выясняется, что низкая температура влияет на некоторые метаболиты, участвующие в гипоксии (недостаток кислорода), что снижает уровень газообразования и приводит к подавлению действия этилена.

Метаболомика доказывает, что низкая температура способствует замедлению роста фруктозы, глюкуроновой кислоты, галактозы, галактуроновой кислоты и рамнозы (в основном сахаров или полисахаридов, которые могут смягчить кожуру и изменить ее цвет).

Несколько десятилетий назад задачи фенотипирования растений считались особенно трудоемкими, поскольку требовали интенсивного вмешательства человека от проращивания семян и мониторинга роста растений до измерения конечного урожая [25]. Благодаря последним достижениям в области сенсорных технологий, автоматизации, машинного обучения и искусственного интеллекта, фенотипирование растений стало полностью автоматизированным, с минимальным участием человека. Автоматизированное фенотипирование в настоящее время широко рекомендуется в ходе комплексного анализа растений. Его можно проводить как в неконтролируемых условиях открытого грунта с использованием, например, аэрофотосъемки или автоматических роботизированных транспортных средств, так и в теплично-регулируемых условиях с использованием полностью автоматизированных установок ВПС[3]. В первую очередь, автоматизированное фенотипирование направлено на отслеживание физико-химических изменений в процессе роста, когда растения взаимодействуют с окружающей средой. Несмотря на то, что фенотипирование в открытом грунте широко применяется для оценки продуктивности посевов в надлежащих условиях, значительное время нужно будет потратить на подготовку при использовании тепличных систем и контролируемых сред. Руководствуясь выводами анализа, проведенного в теплицах, из тысячи генотипов лишь небольшое количество будет подвергнуто полевым испытаниям в результате предварительного отбора. Таким образом, испытания в теплице и в открытом грунте являются взаимодополняющими компонентами.

 

4. Футуристическая инновация: 3D-печать продуктов питания

С течением времени предпочтение отдается практической и эффективной деятельности. Одним из примеров является создание безопасных пищевых продуктов с помощью 3D-принтера. Термин 3D-печать определяется как изготовление объектов путем нанесения материала с использованием печатающей головки, сопла или другой технологии печати, однако он часто используется как синоним аддитивного производства (SFS-ISO/ASTM 52900:2016; Wohlers, 2014). Пищевая структура с высоким отношением поверхности к объему может быть получена с помощью трехмерной (3D) печати. 3D-печать открывает перспективы производства пищи со сложной геометрией и внутренней структурой, контролируемым составом и индивидуальным содержанием питательных веществ (Godoi, Prakash, & Bhandari, 2016; Liu, Bhandari, Prakash, & Zhang, 2018; Sun, Zhou, Yan, Huang. & Lin, 2018). Метод 3D-печати представляет собой моделирование методом наплавления (ММН), которое подходит для печати таких материалов, как вязкие суспензии, пасты и тесто (Schutyser, Houlder, De Wit, Buijsse, & Alting, 2017; Yang, Zhang, Prakash, & Liu, 2018). 3D-печать пищевых продуктов представляет множество преимуществ, например: космическая еда из порошка (смешанного с вязкой массой) может быть преобразована в суспензию и напечатана слой за слоем, для имитации блюд, приготовленных вручную.

 

5. Торговый автомат с едой

Продукты в торговых автоматах часто оказываются вредными для здоровья из-за высокого общего содержания жиров, насыщенных жиров и натрия, превышающего стандартное значение. В будущем мы должны таким образом перестроить пищевую составляющую, чтобы функциональная пища тоже была полезной. Технологии, используемые внутри торгового автомата, могут создать подходящую среду для предотвращения порчи питательных продуктов. Разумное содержание консервантов и удобная упаковка позволят получить высокопитательный фаст-фуд. Для предотвращения появления микробов и продления срока хранения, показатель активности воды можно снизить с помощью нескольких обработок, таких как нагревание, лиофилизация, сушка и копчение. В частности, когда консервы хранятся в торговом автомате, бактерии штамма Clostridium могут расти с интервалом минимального значения Aw[4] 0,94–0,97. Следовательно, оптимальная стерилизация при высокой температуре должна выполняться в течение примерно 4 минут, чтобы устранить 12-логарифмический бактериальный цикл. Так и представляемая мной система циклов, начиная с обработки сырья до консервирования продукта (например, клубничного чизкейка), может быть реализована с использованием автоматической роботизированной руки, чтобы уложить тесто и глазурь, а затем, когда пирог уже испечен и обработан асептическим методом, на следующем шаге его нужно будет положить / сохранить в контейнере, запечатать его при помощи пара под высоким давлением, чтобы удалить воздух, а затем контейнеры должны быть простерилизованы в нагревательной камере в течение четырех минут. После этого стерилизованные банки можно размещать на витрине торгового автомата. В результате, клиенты могут выбрать любой торт, который они хотят съесть, без необходимости его создания с нуля. Это конкретизирует мою основную идею в отношении разумного и здорового питания.

 

Вывод:

Продукты питания и технологии — это вещи, без которых мы не можем жить. В реальности нам все еще нужно потреблять пищу, чтобы поддерживать жизнь, а также постоянно развивать технологии для поддержки практически во всем. Но в этой конкретной области сочетание технологий и пищевой промышленности необходимо для поддержания здорового питания, продовольственной безопасности и продовольственного суверенитета. Кроме того, благодаря сотрудничеству технологий и биологических знаний можно предотвратить убытки и порчу пищевых продуктов, а также сократить выбросы газов в атмосферу. Надеюсь, что несколько примеров, разъясненных мной выше, позволят нам как можно скорее адаптировать новые технологии для продуктов питания. И я, конечно, полагаю, что правительство сделает это возможным, несмотря на некоторые риски, такие как проблемы с финансированием, ограниченные человеческие ресурсы и принятие футуристических технологий.

 

Список использованной литературы:

Fellows, P. (2017). Properties of food and principles of processing. Food Processing Technology, 3–200.

Hall, R. D., D’Auria, J. C., Silva Ferreira, A. C., Gibon, Y., Kruszka, D., Mishra, P., & van de Zedde, R. (2022). High-throughput plant phenotyping: a role for metabolomics? Trends in Plant Science, 27(6), 549–563.

Lille, M., Nurmela, A., Nordlund, E., Metsä-Kortelainen, S., & Sozer, N. (2018). Applicability of protein and fiber-rich food materials in extrusion-based 3D printing. Journal of Food Engineering, 220, 20–27.

Zhang, L., Lou, Y., & Schutyser, M. A. (2018). 3D printing of cereal-based food structures containing probiotics. Food Structure, 18, 14–22.

Raposo, A., Carrascosa, C., Perez, E., Tavares, A., Sanjuan, E., Saavedra, P., & Millan, R. (2016). VENDING MACHINE FOODS: EVALUATION OF NUTRITIONAL COMPOSITION. Ital. J. Food Sci., 28, 448–463.