Дорогие читатели, Нашему шестнадцатилетнему, волонтёрскому и некоммерческому проекту для создания новой, современной версии N-N-N.ru, очень нужно посоветоваться касательно платформы нашего сайта – SYMFONY & DRUPAL 8. Платформа не простая, но обещаем – мы не займём много времени, просто нужна консультационная поддержка квалифицированного разраба. Если вы можете помочь, то связаться с нами можно на страницах Facebook.com здесь и здесь.

NBICS-технологии в производстве качественного и безопасного продовольствия

Продовольствие, одежда, жилье – основные три краеугольных камня материальной жизни и благополучия с первых шагов цивилизации от первобытного человека до настоящего времени. Из этих трех материальных потребностей человека наименее удовлетворена потребность в качественном и безопасном продовольствии, как в планетарном, так и в региональном планах. В наиболее благополучном положении находятся граждане стран «Золотого» миллиарда, то есть, только ~1/6 часть населения Земли. Эта проблема на протяжении всей истории России не была решена. Попытка на государственном уровне решить эту проблему в СССР («Продовольственная программа») закончилась, мягко говоря, неудачно – пустыми полками в магазинах. Остается не решенной эта задача и в современной РФ, где ~30–40% продовольствия – это импорт.

Правда, определенные подвижки в отечественном сельском хозяйстве происходят в производстве зерновых, но это локальные успехи, за которыми необходимо добиться успехов в животноводстве и в других направлениях производства сырья для продуктов питания. Длинная цепочка производства продуктов питания (ПП) от сельхоз сырья: его переработки, упаковки, хранения, транспортировки, потребления (приготовления), утилизация отходов – требует решения двух важнейших задач: повышения производства на всех стадиях и обеспечения качества и безопасности продуктов питания.

Качество и безопасность являются ключевыми словами и характеристиками всего, что производит человек (рукотворное), но для продуктов питания они имеют чрезвычайную важность, определяя уровень и, что особенно важно, качество жизни людей. При этом понятие качества включает в себя большое число параметров, в том числе и безопасность, а безопасность (в широком смысле) является только одной из характеристик качества.

Обеспечение человечества качественными и безопасными продуктами питания, наряду с решением проблем энергетики, дефицита пресной воды, пандемий, устойчивости мировой и региональных экосистем, по оценке мировых экспертных групп все эти проблемы могут быть решены только при эффективном использовании научно-практического кластера NBICS (нано-, био-, инфо, когнито-, социо-) технологий. К сожалению, в РФ развитие этих конвергентных, прорывных технологий, двигателя развития цивилизации XXI века, отстают от уровня их научно-технического развития и практического использования в развитых (США, Германия, Япония) и развивающихся (Китай, Индия) странах.

Использование NBICS-технологий позволяет решать следующие задачи в рамках проблемы производства качественного и безопасного продовольствия:

  • Повышение эффективности использования и оптимизация дозировки удобрений в наноформе (повышение качества и безопасности сырья, снижение уровня отходов), снижение вредности удобрений;
  • Углубление знаний о сельхозсырье, о его составе, физической мультиуровневой структуре, используя современные методы анализа на нано- и микроуровне;
  • Разработка новых экологичных и экономичных технологий на всех этапах производства продовольствия;
  • Использование наносенсоров для мониторинга безопасности на всех этапах производства продовольствия от сырья до потребления и утилизации отходов;

Для решения этих проблем следует сосредоточиться на следующих направлениях:

  • Углубление знаний об иерархической структуре растений и моделирование процессов переработки растений в продукты питания, включая волокна и биотопливо;
  • Синтез новых наноструктурированных биокатализаторов для модификации сырья («Зеленая химия» – экология);
  • Разработа «умной» доставки наносистем защиты, профилактики и лечения агрокультур;
  • Улучшение соотношения урожайность/качество сельхоз продукции (генная инженерия, биотехнологии);
  • Создание и широкое применение эффективных, безопасных «умных» пестицидов, удобных и нетоксичных в применении;
  • Развитие наносистем для улучшения биосовместимости продуктов питания (антиоксиданты, витамины);
  • Повышение эффективности наноструктурированных биодеградируемых материалов;
  • Использование нанопористых фильтров для очистки стоков производства и нанокатализаторов для их биодеструкции.

Решения этих актуальных задач должно базироваться и подкрепляться следующими исследованиями:

  • Использование самых современных методов анализа (рентген высокого разрешения, УФ и ИК-спектроскопия, ЯМР, ЭПР, синхротронное излучение, нейтронная техника) для изучения динамики изменения химического строения и физической, многоуровневой структуры растительных и животных продуктов в процессе их роста, переработки, хранения и транспортировки.
  • Имитация внешних условий произрастания (температура, влажность) и переработки сельхозсырья и влияние их на качество и безопасность продовольствия;
  • Изучение роли и механизма действия ферментов на ткани растений и животных;
  • Изучение кинетики (динамики) действия наносистем (наночастиц) на белки, углеводы и жиры.

Драйверами, двигателями развития качественных и безопасных продуктов питания являются:

  • Демография, рост населения планеты, особенно в развивающихся странах;
  • Повышение требований к качеству и безопасности продовольствия, особенно в развитых странах;
  • Рост заболеваний, требующих специальных видов и форм продуктов питания (диабет, ожирение, сердечные болезни и др.).

Эти драйверы определяют не только необходимость повышения брутто производства, качества и безопасности продовольствия, но и структуру потребления. NBICS-технологии позволяют решать эту комплексную проблему. имеющую социальную и научно-техническую составляющую (табл.1).

Таблица 1. Социальные и научно-технологические составляющие решения проблемы качества и безопасности продовольствия

Социальные и медицинские аспекты Вызовы будущего Новые продукты питания (примеры)
– ожирение
 – сахар в крови
 – нейроцептики для пожилых
 – защита окружающей среды
 – стиль жизни молодые/пожилые
 – религиозные требования к продуктам питания
– продукты с низким содержанием жиров и сахара
 – капсулирование продуктов питания
 – снижение отходов
 – питание с высоким содержанием белков (растительного происхождения)
 – вегетарианские продукты
 – композиционные продукты
– сыр без жира
 – «мягкий» алкоголь
 – минерализованные витамины
 – биологически разлагаемая упаковка
 – напитки с содержанием белков до 40%
 – растительные белки взамен животных

С точки зрения современных представлений физики и химии полимеров сырье для продуктов питания и сами продукты питания представляют собой сложные многоуровневые структурные комплексы белков, углеводов, жиров, витаминов, антиоксидантов, микроорганизмов, пигментов (красителей) и минеральных солей. Поэтому для их изучения в развитии (динамике) целесообразно, как и в случае других сложных, многоуровневых биологических и рукотворных продуктов, применять самые современные методы анализа. До последнего времени этого не делалось и область производства продовольствия оставалась в значительной мере эмпирической, а не научно-обоснованной.

С развитием NBIC-технологий их использование начинает проникать и в производство продуктов питания, в качестве примеров можно назвать:

  • «Умная» упаковка с нанонаполнением способна дышать, но защищает от патогенных микроорганизмов;
  • Биоразлагаемая упаковка, содержащая катализаторы био- и фотодеструкции;
  • Хромные нанолейблы и коды на упаковке для борьбы с контрафактной продукцией;
  • Экологичная технология биоферментации;
  • Ферментная технология переработки сельхозсырья в продукты питания и не только (биотопливо, волокна);
  • Использование модельных систем для исследования поведения продовольствия на ранних стадиях производства и потребления (синтетическое молоко и жиры);
  • Изучение характера кристаллических и аморфных составляющих продовольствия и связь этих структурных особенностей с качеством продовольствия;
  • Изучение термодинамического поведения продуктов питания с точки зрения устойчивости их структур (агрегативная устойчивость коллоидных систем);
  • Разработка низкотемпературных технологий производства, переработки продовольствия и приготовления пищи с использованием ферментов;
  • Разработка новых форм продуктов питания, обеспечивающих адресную доставку на основе наносистем, что позволяет избежать повреждения желудочного тракта;
  • Разработка новых эффективных технологий производства устойчивых во времени гидрогелей на основе белков, углеводов и жиров.

Как было сказано выше без сильной науки, прорывных NBIC-технологий и самых современных методов аналитики (табл.2) проблему производства качественного и безопасного продовольствия решить невозможно.

Таблица 2. Современные методы анализа, необходимые для изучения состава, структуры и свойств продуктов питания на разных стадиях их производства

Уровень Размерность Вид организмов, уровень производства Методы исследования
Атомарный Ангстремы
Å
Спектральные, рентген высокого разрешения, ЯМР, атомно-силовая микроскопия, электронная микроскопия  
Молекулярный 0,1–1 нм Растения, животные Спектральные, масс-спектроскопия, ЯМР, рентген высокого разрешения
Макромолекулярный 1–100 нм Растения, животные, микробы, ферменты Светорассеяние, электронная микроскопия, рентген высокого разрешения, нейтронная техника
Ассамблея макромолекул 0,1–10 мкм Фабрика, кухня, хранение оптическая и электронная микроскопия, рентген, нейтронная техника
Продукты питания 1 мкм – 10 см Транспорт, дом, хранение Реология, текстура

Использование NBICS-технологии в решении проблемы производства качественного и безопасного продовольствия, как межотраслевой задачи требует очень тесной кооперации специалистов различных отраслей науки и техники: физики, химики, математики, материаловеды, специалисты нано-, био-, информационных технологий, технологи и инженеры пищевики.

Литература.

  1. Г. Е. Кричевский «Нано-, био-, химические технологии и производство нового поколения волокон, текстиля и одежды». М. Издание МГУ, 2011, 528 с.
  2. Г. Е. Кричевский «Все или почти все о текстиле». В 3-х томах. М. 2013–2014 гг.
  3. M. C. Roco, W.S. Bainbridge (Eds). Converging Technologies for Improving Human Perfomance: NBIC, Arlington. 2011.
  4. M. C. Roco, W.S. Bainbridge (Eds). Convergence of Knowledge, Technology and Society: Beyond NBIC, Springer, 2013.
  5. Г. Е. Кричевский. Волокна и биотопливо Ч.1. Портал НОР 08.06.2014. Волокна и биотопливо. Ч.2. Портал НОР 22.06.2014
  6. Г. Е. Кричевский. NBIC+Бионика:постоянно учимся мудрости у природы и «сами с усами». Портал НОР 01.11.2014
  7. Г. Е. Кричевский. Конвергенция/дивергенция – философия развития, тренд человеческой цивилизации 21 века. Портал НОР. 13.01.2014.
  8. Г. Е. Кричевский. Междисциплинарность и нанообразование в мире. Портал НОР. 31.12.2014.
  9. Г. Е. Кричевский. Бионика. Учимся мудрости у Природы. В печати, выход в свет май 2015 г.

Автор: Кричевский Герман Евсеевич, профессор, вице-президент НОР

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 3.8 (5 votes)
Источник(и):

rusnor.org