Искусственная пища

Не так давно искусственная пища переходила из одного научно-фантастического романа в другой, в виде «питательных таблеток». Путешественника по времени, прибывшего в отдаленное будущее и отчаянно проголодавшегося, угощали одной-двумя конфетами величиной с пуговицу. Искусственная пища

Эти конфетки-таблетки, как правило, «легко таяли» во рту, «были приятны на вкус», герой внезапно ощущал абсолютную сытость и немедленно становился ярым сторонником «таблеточного питания».

Энергия пищи

Сегодня искусственная пища вышли из области фантастики. В сутки человеческий организм должен в среднем получать 500-3000 калорий энергии. Эта энергия скрыта в химических соединениях молекул пищи и освобождается при их разложении в организме подобно тому, как освобождается в процессе горения химическая энергия, скрытая в куске каменного угля,(подробнее: Природные энергоносители).

Но процесс освобождения и использования энергии пищи несравненно сложнее и тоньше процесса горения топлива. Пища необходима организму для двух целей.

1. Первая цель - восполнение энергетических затрат (это назначение пищи прямо подобно назначению топлива, сжигаемого в топке паровой машины).
2. Второе назначение пищи - служить строительным материалом, из которого организм синтезирует себя.

Пища для восполнения энергетических затрат

Чтобы человеческий организм мог успешно осуществлять обе задачи, в пище должны содержаться вещества пяти групп:

• белки,
• жиры,
• углеводы,
• соли,
• витамины.

И обязательно, вода. Потребность организма:

• солей организму необходимо в сутки около 20 граммов,
• витамин - около грамма,
• жиров и белков - приблизительно по 100 граммов,
• углеводов - около полукилограмма,
• воды в среднем человеческий организм потребляет около двух литров.

Отсутствие или систематический недостаток в пищевом рационе веществ хотя бы из одной из групп приводит к тяжелым заболеваниям. Например:

• отсутствие микроскопических доз йода вызывает появление зоба,
• недостаток витамина С влечет за собой цингу.

Минимальный вес необходимой человеку пищи составляет в сутки - в обезвоженном виде - более 700 граммов. Вряд ли такое количество вещества поместится в таблетки величиной с пуговицу. А меньший объем пищи не может содержать достаточного количества энергии, ибо человеческий организм приемлет ее только в виде химических связей.

Химия - создатель искусственной пищи

Химия - одна из ведущих наук современной жизни. Новшества, внесенные ею в жизнь людей, грандиозны. Ей принадлежит главная роль в создании искусственной пищи. Естественные красители, лекарства из трав, каучук из сока гевеи давно заменены синтетическими продуктами. За ними последовали синтетические ткани, заменители кожи и меха - красивые, долговечные, гигиеничные, более дешевые, чем их предшественники.

Ну а дальше? Что еще подлежит синтетической замене? Пища,- отвечают химики. Действительно, наша пища и сегодня в основном остается почти такой же, как века и тысячелетия назад. Изменилось буквально все. Человек пересел из тарантаса и телеги в автомобиль и самолет. Сигнальный барабан «там-там» и скороходов-курьеров заменили телефоны и радио.

Встали стоэтажные дома, загорелись электрические солнца. А много ли в нашем пищевом рационе того, что было бы неизвестно людям и сто, и тысячу лет назад? Мясо животных, плоды растений, молочные продукты. Пища человека

Впрочем, лучшие умы человечества давно предвидели приближающуюся революцию. Вот что писал великий русский ученый Д. И. Менделеев:

Как химик, я убежден в возможности получения питательных веществ, из сочетания элементов воздуха, воды и земли помимо обычной культуры, то есть на обычных фабриках и заводах.

А вот слова знаменитого французского химика М. Бертло, сказанные им в самом конце XIX века:

Проблема продуктов питания - проблема жизни. Когда будет получена дешевая энергия, станет возможным осуществить синтез продуктов питания из углерода (полученного из углекислого газа), из водорода (добытого из воды), из азота и кислорода (извлеченных из атмосферы).

Сегодня и эта давно предвиденная революция стоит на повестке дня.

Получение синтетических продуктов

Организму нужны белки, жиры, углеводы, витамины, соли. Покрыть недостаток в минеральных солях крайне несложно. Проблема синтетического получения витаминов тоже решена: любой витамин вы сегодня просто можете купить в аптеке. И если на земном шаре встречается еще зоб, цинга, бери-бери и другие заболевания, связанные с недостатками в пище тех или иных витаминов и солей, виновата в этом не наука, а социальные условия.

Вряд ли имеет смысл вести речь об углеводах: недостатка их на нашей планете нет и не предвидится. Процессы получения сахара из крахмала известны уже две сотни лет. А сегодня сахар получают даже из древесины. Виды сахара

Фактически решен и вопрос синтеза жиров. Остаются белки. Если углеводы и жиры организм использует главным образом как источник энергии, то белки нам нужны прежде всего как строительный материал. И к сожалению, именно пищевого белка на нашей планете пока еще не хватает. По данным ЮНЕСКО, в настоящее время голодает третья часть населения земного шара. В большинстве случаев это белковое голодание.

Разнообразие белков

Наверное, многие наслышаны о фантастической трудности синтеза белка, о том, что биохимики более ста лет бьются над этой проблемой, но что и сегодня синтезировано лишь несколько простейших белков. Да, действительно, белков, притом чрезвычайно сложно устроенных, бесчисленное множество.

Мало того, каждому организму свойственны свои белки. Но все бесконечное разнообразие белков складывается из очень ограниченного числа аминокислот, как бесконечное разнообразие слов складывается всего из нескольких десятков букв.

Аминокислоты

Таких аминокислот, не очень сложных органических соединений - два десятка. Вот как невелик алфавит белкового мира. Любые белки, попадающие в пищеварительный тракт человека, разлагаются ферментами на эти аминокислоты, а они усваиваются организмом. Следовательно, мы только облегчим работу пищеварению, если будем кормить человека не белками, а аминокислотами.

Кстати, часть из этих кислот может синтезироваться в организме из других аминокислот, а незаменимых кислот оказывается всего восемь. Молекулы аминокислот

Соотношение их в пище должно быть довольно строгим, недостаток хотя бы одной может привести к трагическим результатам. Именно в этом в значительной мере причина белкового голода, так как в некоторых случаях организм получает много белка, но не может его усвоить из-за недостатка в нем всего одной аминокислоты. Синтез аминокислот несравненно проще синтеза белка.

В ряде стран некоторые аминокислоты производят в промышленных масштабах. Производство в мире одной из незаменимых аминокислот - метионина - еще в середине прошлого столетия перевалило за 70 тысяч тонн. В то же время более 10 тысяч тонн другой незаменимой аминокислоты - лизина - выпускается в США и Японии.

Производство аминокислот, полностью заменяющих в пищевом рационе человека белок, под силу современной химии.

Синтетическая пища для человека

Не случайно на повестке дня стоит вопрос о синтетической пище для человека, а не о синтетических кормах для животных, которые можно было бы затем употребить в пищу. Решить проблему синтетических кормов проще, да она уже практически решается в ряде случаев.

Но это слишком дорогой и долгий путь: система синтетические корма - животное - мясо имеет коэффициент полезного действия всего 10-20 процентов. Значит, общий объем синтетических кормов должен быть в 5-10 раз больше, чем человеческой пищи, да еще нужны немалые затраты труда для обслуживания промежуточных звеньев - животноводства.

Известный советский ученый академик А. Н. Несмеянов, под руководством которого решались многие принципиальные вопросы создания синтетической пищи, настойчиво подчеркивал, что речь должна идти о принципиальном решении проблемы, о создании синтетической пищи для человека, а не корма для скота. Но возникают два вопроса:

1. Обеспечит ли синтетическая смесь из незаменимых и заменимых аминокислот и четырех других составляющих, плюс вода все необходимое для развития и жизнедеятельности человеческого организма? На этот вопрос есть ответ: да, обеспечит. Синтетическая смесь, составленная по четким рецептам современной науки, не раз проходила испытания, ею кормили животных - не одно, а целый ряд последовательных поколений. Ею кормят в некоторых случаях людей - она используется в качестве лечебной диеты. И люди выздоравливают и крепнут.
2. Будет ли искусственная пища вкусной? И не заменит ли она то удовольствие, которое каждый из нас получает от еды, однообразным и скучным насыщением?

Самое сложное здесь - имитировать не только собственный вкус, но и запах пищи. Но ученые химики работают в этом направлении. Так например созданы синтетические соединения с запахом тушеной говядины, вареной курицы, вареной рыбы.

Эти синтетические запахи, являются результатом взаимодействия соответствующих наборов аминокислот, жиров и сахаров. И уже совсем простая инженерная задача - добиться, чтобы синтетическая пища поступала к нам на стол не только в виде студнеобразного мусса или полужидкой пасты. Из порошкообразной синтетической смеси можно формировать продукты любой консистенции.

Например, искусственная черная и красная икра, которая ни видом, ни вкусом и запахом, ни консистенцией не отличается от икры натуральной. Искусственная красная икра

Искусственная пища уже прошла по существу всесторонние испытания. Так, в Англии еще в 1974 году было продано примерно 1500 тонн искусственного мяса - свинины, птицы, говядины. В настоящее время аминокислот в мировом масштабе производится 600 тысяч тонн в год, искусственных глюкозо-фруктозных сиропов более 3 млн. тон в год.

В США разрешено 30 процентов школьных завтраков заменять «соевым мясом». Здесь из бобов и сои ежегодно получают около 300 тысяч тонн белка, им заменят 10% мясного сырья. Эксперты Всемирной организации здравоохранения считают, что к 2020 году суточный рацион каждого человека будет минимум на треть состоять из искусственного молока и мяса.

Создание искусственной пищи - грандиознейшая из революций, которые совершала и совершает химия.