"Бифштекс из...", или как спасти планету от голода⁠⁠

Данный пост носит научно-популярный характер, поэтому будет представлять собой нарезку информации из открытых источников и данных, имеющихся у автора (меня) в связи с местом учёбы и работы.

Итак, начну с цитирования статьи из Википедии:

По данным ООН, на декабрь 2008 года число голодающих во всем мире превысило 960 миллионов человек. Большинство голодающих (907 миллионов человек) проживает в развивающихся странах. 65 процентов из них живут в Индии, Китае, Конго, Бангладеш, Индонезии, Пакистане и Эфиопии.
По информации NSA США, в 2004—2005 гг. каждый день от голода в мире умирало 24 000 человек.

Причины голода, в целом, логичны: население Земли с каждым годом увеличивается, количество ресурсов уменьшается, а население так называемой «Чёрной Африки» и, например, Индии (речь о нищих слоях населения) продолжает размножаться, умирать от голода, но не принимает сколько-нибудь заметного участия в решении данной проблемы ввиду необразованности и фактической отсталости от цивилизованного мира.

Если быть точным, то смерть чаще всего наступает не от голода, а от сопутствующих заболеваний. При этом происходит резкое падение рождаемости с последующим всплеском после массовых смертей (если интересно, огромная тема для изучения – модели роста численности популяции).

*на данный момент гиперболический закон уже не соблюдается, об этом тоже может быть интересно почитать

«С этим же можно и нужно что-то делать!» – скажете Вы. И будете правы. На данный момент международные организации принимают меры по обеспечению страдающих от голода регионов деньгами, так как продовольствие там есть, но оно не по карману беднякам. Однако (снова Википедия):

По данным одного из крупнейших аналитических центров Гонконга — Asian Patrion Portal, недоедание населения жителей Юго-Восточной Азии и Африки носит системных характер и связано с недостатком в организме дорогостоящего животного белка. Так емкость рынка животного белка была оценена в 180 млн тонн, а стоимость — более 6 млрд долларов в год. Выводы, к которым приходит Asian Patrion Portal — ни одна частная, пусть даже очень крупная компания не способна решить проблему заполнения этого рынка, поэтому проблему недоедания в регионе можно решать только сообща.

Вот мы и добрались до сути данного поста – дефицит белка. Под этим термином кроется как нехватка животного белка в пище человека, так и связанный с этим дефицит белковых веществ в корме для скота.

В настоящее время проблема дефицита белка стоит более остро, чем в начальный период формирования микробиологической промышленности. Общий дефицит белка на начало 2000-х годов составлял 50−60 млн тонн в год, а дефицит белка для пищевых целей в настоящее время определяется на уровне 20−30 млн тонн в год. Использование не сбалансированных по белку кормов приводит к перерасходу зерна на 25−30 млн тонн в год. Снижение белкового дефицита в кормах — необходимое условие для развития высокопродуктивного животноводства. [1]

И в Советском Союзе существовала программа восполнения этого дефицита самым малозатратным способом – микробиологическим синтезом. Что для этого нужно: субстрат (органические отходы производства – жмых, шрот, меласса; нефть, природный газ; экзотика, например, сточные воды), безопасная непатогенная культура микроорганизмов, богатая по белковому составу, и технология культивирования этой культуры, выделения и обогащения белка. В СССР данная программа была направлена на увеличение белковой составляющей в корме для животных. Но ведь отчаянные времена требуют отчаянных мер, не так ли? При желании (и это реализуемо на практике) можно использовать полученный белковый концентрат напрямую в пищевой промышленности для питания людей.

Чувствую, на этом моменте полетят минусы. «То есть, ты, такой, сякой, разэдакий, сам говоришь, что можно кормить этим животных, а потом есть нормальное мясо. И сам же теперь предлагаешь кушать кучу микробов, которую ты называешь едой?» – так, возможно, подумали некоторые читатели.

А всё дело вот, в чём: на каждом звене питания в пищевой цепи теряется огромное количество энергии и потенциальной биомассы:

То есть, например, мы получили 100 кг готового к употреблению белка микробиологическим синтезом. Скормили его коровке, которая благодаря нашим усилиям накопила в своей биомассе 10 кг белка (условно). Таким образом, мы потеряли 90% потенциальной пищи. Но даже развитие синтеза белка в животноводческом направлении будет очень полезным, так как лучше хоть что-то (а это, действительно, много), чем ничего.

«Кто же эту гадость есть будет? Ну ведь микробы же, фу». Здесь я бы мог рассказать о многих национальных блюдах, которые ещё живые во время употребления, но не буду. Просто приведу примеры. Наверное, самой знаменитой фирмой, выпускающей «одноклеточное мясо», является Quorn (на картинке ниже).

Белковую основу продукции составляет биомасса микрогриба Fusarium venenatum, в качестве связующего материала используется белок куриного яйца (в вегетарианском варианте иное связующее вещество).

Пищевым потенциалом обладают также многие виды дрожжей (одноклеточные грибы, не образующие истинного мицелия) и бактерий (например, водородные), а также микроводоросли. Например, при выработке месторождений природного газа около 20% газа остаются невостребованными, так как его добыча становится невыгодной. Культивирование же метанокисляющих бактерий (Methylococcus capsulatus) теоретически позволяет освоить и этот газ. Наработанная биомасса может быть переработана в белковую массу кормового назначения (гаприн). Вполне возможно, что совершенствование технологии позволит использовать этот белок напрямую в пищевых целях.

Что касается дрожжей, их в высушенном виде можно использовать в качестве добавок к обыденным пищевым продуктам для обогащения их белком. Например, практически все белки, которые есть в хлебобулочных изделиях, – это белки дрожжей. Некоторые виды дрожжей успешно культивируются даже на нефти, а точнее, на н-алканах, входящих в её состав.

Выращивание водородных бактерий сейчас ограничено стоимостью водорода, так как его преимущественно получают электролизом воды. Но в этом направлении биотехнологи и микробиологи активно работают: существует несколько потенциально реализуемых схем получения биоводорода.

Возможна и так называемая комплексная переработка биомассы. В этом случае из биомассы (например, метанокисляющих бактерий) выделяют нуклеиновые кислоты, которые являются коммерчески ценным продуктом, но большое количество их в пище может вызвать аллергические реакции. При необходимости можно выделить липидные компоненты и т.д. После этого из биомассы получают белковый концентрат, который можно высушить, а затем транспортировать и использовать в пищевых и кормовых целях.

После корректировки состава (обогащение витаминами, минеральными компонентами и пр.) и при соответствующей кулинарной обработке (в том числе добавление ароматизаторов, так как сама по себе белковая масса не имеет вкуса) конечный продукт может быть представлен в виде колбасы или изделий из фарша.

Но можно применять сухой белковый концентрат и в качестве добавки для обогащения пищи белком. Например, если у условных голодающих африканских жителей в рационе есть похлёбка, то в эту похлёбку можно добавлять порошок высушенного белка.

Если Вы дочитали до этого момента, то Вы герой, потому что букв уже очень много. Поэтому перехожу к заключению.

На данный момент существует три основных пути частичной замены традиционной пищи как источника белка:

1) описанные в статье белковые концентраты;

2) растительные белки, богатые по аминокислотному составу, например, соя (но соевые белки плохо усваиваются в организме человека и чаще вызывают аллергию, чем продукция Quorn);

3) «искусственное мясо», то есть выращенная «в пробирке» мышечная ткань животного (крайне амбициозный и очень сложный в реализации проект).

Если Вас заинтересовала тематика, можете пройти опрос из 13 основных вопросов, результаты которого опубликую в виде отдельного поста (при наличии интереса): https://forms.gle/PHBKL119N1mDfsss8

На этом, пожалуй, всё. Материала для беседы за чашечкой чая в биотехнологии – тридцать три вагона и столько же маленьких тележек. Если Вам будет интересно, с удовольствием расскажу (например, почему корова на самом деле питается вовсе не травой).

На сладкое: году в 2011 в Японии успешно разработали технологию создания белковых концентратов из активного ила сточных вод (гуглите «шитбургер», но лучше не во время еды).

Источники (не считая предметных знаний автора):

1. «Если завтра война...»: Несостоявшая продовольственная революция. https://regnum.ru/news/economy/2235501.html

2. Массовый голод. Википедия. https://ru.wikipedia.org/wiki/Массовый_голод

3. Quorn. Википедия. https://en.wikipedia.org/wiki/Quorn