Штучна їжа та її проблематика
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
Останнім часом все більше говорять про штучну їжу. При всьому різноманітті продуктів, що поглинаються нами вони складаються з небагатьох компонентів: білків, вуглеводів, жирів разом з невеликими дозами вітамінів і неорганічних сполук — солей кальцію, магнію, натрію і т. д. Що стосується жирів — основних енергетичних ресурсів тіла, то синтез їх досить простий. Синтетичне вершкове масло можна приготувати, роздільно виготовляючи гліцерин з пропілену і жирні кислоти з вуглеводнів. Отриманому жиру запах і консистенція надається за допомогою летючих домішок. Важче синтезувати жири типу рослинного масла, однак і ця проблема цілком вирішена.
Світові запаси вуглеводів і зовсім не обмежені. Але тут вся біда в тому, що велика частина цих ресурсів знаходиться у формі, непридатної для харчування, наприклад у вигляді целюлози.
За допомогою ж ферменту глюкоамілази вже зараз вдалося гідролізувати крохмаль і перетворити його в глюкозу. На наступній стадії за допомогою іншого ферменту, глюкоізомерази, глюкоза перетворюється на фруктозу — сироп, що мало відрізняється за смаком від природного цукру.
Ще більший ефект обіцяє використання в якості джерела вуглеводів целюлози. Дослідження в цьому напрямку йдуть по шляху застосування ферменту целюлази. Подивіться, як проста і лаконічна принципова схема процесу:
Целюлоза > Целюлаза > Глюкоза
Освоєння технології цього процесу відкрило б людству безмежні ресурси харчових вуглеводів.
Найцінніша частина їжі – білки. Вони незамінні вже тому, що містять необхідний нам азот, якого немає ні в жирах, ні у вуглеводах. Синтезувати їх дуже важко через нескінченну різноманітність їх складної, нерегулярної структури. Однак є інший шлях. Білки в організмі повністю гідролізуються, перетворюючись в амінокислоти, з яких кожна клітина організму будує свої білки. Потрібно тільки доставити в організм достатню кількість амінокислот: він сам зв’яже їх потрібним чином. Значить, вся заковика в тому, щоб розробити дешеві індустріальні методи синтезу всіх амінокислот. Завдання це цілком можна вирішити, варто лише звернутися за допомогою до могутніх ферментів.
Добова потреба людини – близько ста грамів амінокислот. У рік це приблизно 10 мільйонів тонн на 250 мільйонів чоловік. Ця величина – крихти в порівнянні з тою гігантською кількістю сільськогосподарських продуктів, яка зараз надходить до нашого столу. Однак для промисловості органічної хімії це велика цифра. Щоб штучні харчові амінокислоти були досить дешеві, синтез повинен бути простим, коротким і без побічних продуктів.
Вченими проводяться інтенсивні дослідження по синтезу за допомогою ферментів ряду незамінних амінокислот, таких, як фенілаланін, триптофан, діоксифенілалаїн та інші. Великий інтерес хіміків до перетворення амінокапролактаму в лізин – недорогої сировини в біологічно важливе з’єднання. Причому це перетворення йде без утворення відходів.
Очевидно, синтетичні амінокислоти здатні підвищити якість і нашої звичайної їжі. Додаючи їх в звичні страви, можна заповнити недолік тих чи інших «природних» амінокислот.
Нарешті, можна «сконструювати» штучну їжу, еквівалентну м’ясу або рибі, хоча наше фізіологічне єство повстає проти самої думки про це. Чомусь штучна їжа асоціюється обов’язково з пігулками.
Тим часом амінокислоти та інші складові частини їжі неважко перетворити в їстівні і смачні, не відмінні від натуральних продуктів. До речі, що стосується смаку, то за своєю природою більшість харчових речовин абсолютно його не мають. Крохмаль, білок яйця в сирому вигляді, добре відмите м’ясо не діють на наші смакові органи.
Смак і запах створюють випадкові летючі речовини — супутники природних харчових продуктів, які в них присутні або виникають при підсмажуванні, варінні або іншій обробці, або при додаванні пахучих спецій (часник, цибуля, перець і т.д.). Будова молекул деяких з цих смакових речовин відома. Вона проста, і спеції можуть бути легко синтезовані.
Таким чином, індустріальний синтез смачної та ідеально поживної їжі з простих, існуючих в природі матеріалів принципово можливий. Наведені приклади – лише мала дещиця того, на що взагалі «здатні» ферменти.
Автор: С. Варфоломєєв.