Биотехнологические аспекты решения проблемы экологической и продовольственной безопасности РФ

 

Биотехнология является одним из научно-технических приоритетов третьего тысячелетия и обес­печивает прогресс практически во всех отраслях экономики. Средствами современной биотехнологии будут решаться такие глобальные проблемы, как рост численности населения, истощение природных ресурсов, загрязнение окружающей среды, процессы изменения климата и др.

Д. А. Бараненко

Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий, г. Санкт-Петербург

Биотехнология является одним из научно-технических приоритетов третьего тысячелетия и обес­печивает прогресс практически во всех отраслях экономики. Средствами современной биотехнологии будут решаться такие глобальные проблемы, как рост численности населения, истощение природных ресурсов, загрязнение окружающей среды, процессы изменения климата и др.

В Римской декларации по продовольственной безопасности подтверждено право каждого человека на доступ к безопасным для здоровья и полноценным продуктам питания, в соответствии с правом на адекватное питание и основным правом каждого на свободу от голода. Стратегической целью Доктри­ны продовольственной безопасности Российской Федерации является обеспечение населения страны безопасной сельскохозяйственной продукцией, рыбной и иной продукцией из водных биоресурсов и продовольствием. Гарантией ее достижения является стабильность внутреннего производства, а так­же наличие необходимых резервов и запасов. Основными задачами обеспечения продовольственной безопасности, в частности, являются:

— устойчивое развитие отечественного производства продовольствия и сырья, достаточное для обеспечения продовольственной независимости страны;

— достижение и поддержание физической и экономической доступности для каждого гражданина страны безопасных пищевых продуктов в объемах и ассортименте, которые соответствуют установлен­ным рациональным нормам потребления пищевых продуктов, необходимых для активного и здорового образа жизни;

— обеспечение безопасности пищевых продуктов.

Большое количество развивающихся стран до сих пор не являются продовольственно независи­мыми. Существует несколько путей решения проблемы обеспечения населения необходимыми макро- и микронутриентами средствами биотехнологии, среди которых можно выделить два направления, которые можно условно обозначить как американское и европейское.

В США (а также Канаде, Бразилии, Аргентине и Китае) значительные сельскохозяйственные пло­щади заняты трансгенными культурами. Достижения биотехнологии сделали возможным производство генетически модифицированных культур со специфическими желаемыми особенностями, которых не было у родительских растений. Первые и наиболее широко распространенные свойства генетически модифицированных культур — это устойчивость против вредителей или переносимость специфических химических гербицидов. Развивающиеся приобретенные черты ГМО охватывают более широкий спектр требований производителей и потребителей сельскохозяйственной продукции таких, как увеличение пищевой ценности, устойчивость к засухе, предотвращение болезней растений и др. В настоящее время основными выращиваемыми пищевыми трансгенными культурами являются кукуруза, соя, рапс, рис, томаты, подсолнечник, арахис, маниок, тыква, батат, сахарная свекла, папайя [1]. Производители моди­фицированного сырья объясняют неизбежность перехода к этой технологии необходимостью увеличить производительность, истощением водных ресурсов, обеднением почвы, возможностью уменьшить объ­емы использования пестицидов, гербицидов и горюче-смазочных материалов.

В научных дискуссиях о безопасности использования ГМО в пищу на сегодняшний день точка не поставлена. Эта проблема является крайне актуальной и интересной для изучения. Кроме все еще изуча­емого воздействия на организм человека, уже с достаточной степенью достоверности выявлены другие угрозы ГМО. Среди них: генетическая эрозия — исчезновение местных видов под влиянием привне­сенных глобальных высокоурожайных организмов. Уменьшение биологического разнообразия и потеря части генетической информации может привести к невозможности дальнейшей гибридизации видов, которая может быть необходима против более устойчивых болезней и изменения климатических усло­вий. Также существуют риски уничтожения нецелевых насекомых, возникновения сорняков устойчивых к пестицидам, неконтролируемой передачи генетической информации (генетическое загрязнение).

В Европейском союзе приняты одни из самых строгих законов в мире в отношении регулирования продукции генетической инженерии. Все ГМО рассматриваются как новый вид пищевой продукции и являются предметом всесторонней научно обоснованной оценки. В настоящее время на территории ЕС разрешена только одна пищевая ГМ культура — кукуруза MON 810, отличительной чертой которой является выработка токсина Bacillus thuringiensis, губительного для вредителей. Вторая, допущенная к культивированию ГМ культура, является технической — картофель Амифлора, содержащий крахмал, который состоит только из амилопектина. Пищевые продукты, содержащие более 0,9 % допущенных к использованию в пищу ГМО, в обязательном порядке маркируются.

По данным Института мировых ресурсов (WRI) и FAO последние несколько десятилетий объем общемирового производства сельскохозяйственной продукции на душу населения неизменно увеличи­вался [2]. В развитых странах сельское хозяйство является высокоэффективной индустрией и демонстри­рует ежегодное увеличение производительности. При этом имеет место усугубление продовольственного кризиса и увеличение стоимости пищевых продуктов с опережением инфляции. Одной из причин по­добного парадокса являются огромные потери неиспользованного и испорченного сырья и пищевых продуктов. По последним исследованиям ежегодно около 1,3 миллиарда т, или одна треть всех произве­денных пищевых продуктов, теряется или портится [3]. В этой связи особую актуальность приобретают работы по переработке вторичного сырья и увеличению сроков годности пищевой продукции. Научные исследования в этом направлении ведутся в СПбГУНиПТ.

Добиться увеличения стабильности продукции при хранении можно при использовании инно­вационных технологий обработки и упаковки. В качестве антимикробных компонентов предлагается использовать безопасные для человека соединения естественного иммунитета растений и животных — биополимеры, фитонциды и экстракты пряностей. Мико- и бактериостатические вещества используются совместно с традиционными видами упаковки, наносятся на поверхность или встраиваются в структуру искусственных пленок или входят в состав съедобных защитных пищевых пленкообразующих покры­тий [4]. В последнем случае положительный экологический эффект применяемой упаковки обусловлен уменьшением количества используемой искусственной пленки, требующей утилизации. Увеличение сроков хранения и уменьшение потерь пищевой продукции положительно сказывается на экологии, так как в обратном случае потребленные ресурсы и сопутствующие производству выбросы парниковых газов были напрасны. Применение полипептидно-полисахаридных защитных пищевых покрытий на основе хитозана позволяет в несколько раз понизить уровень обсемененности мяса и мясопродуктов. Уста­новлена бактериостатическая активность их составов в отношении МАФАнМ, Pseudomonas fluorescens, Staphylococcus aureus, Escherichia coli и Bacillus subtilis. Использование данных покрытий для упаковки безоболочных мясопродуктов позволило увеличить срок хранения продукции в охлажденном состоянии в 2 раза [5].

Важной проблемой для пролонгации хранения пищевых продуктов и биоматериалов в заморо­женном состоянии без кристаллообразования является разработка смесей криопротекторов и новых способов холодильной обработки. Возобновление роста замороженных с использованием смесей крио- протекторов ростков батата демонстрирует до 94 % образцов [6]. Новые способы дегидратации, замора­живания и дефростации, которые оказывают минимальное воздействие на пищевую ценность и качество итогового продукта позволят существенно сократить потери пищевой продукции и максимально сохра­нить биологически активные вещества.

Немаловажным фактором продовольственной безопасности является экономическая доступность пищевых продуктов, поэтому особенно важна возможность конструирования недорогой продукции для здорового питания. Переработка вторичного пищевого сырья, малоценных частей и некондиционной продукции растениеводства является колоссальным ресурсом по получению макро- и микронутриентов. С помощью гидролиза, экстракции, ферментативного и биокатализа получают белковые препараты, пептиды, углеводы, жирные кислоты, структурообразователи, эмульгаторы, пребиотики и т. д. Эти высокоценные ингредиенты могут быть использованы для обогащения и создания новых пищевых продуктов согласно принципам рационального питания и пищевой комбинаторики. Для модификации сырья и увеличения пищевой ценности продукции также могут применяться пробиотические культуры микроорганизмов.

Нутриенты, в том числе полноценный белок, могут быть также получены без использования ресур­сов сельского хозяйства. В био- и фотореакторах возможно выращивание специально отобранных видов микроорганизмов, таких как Spirulina, Chlorella, Euglena и других микроводорослей и продуктивных культур [7]. Для питания таким микроорганизмам нужен диоксид углерода и свет для фотосинтеза, в процессе своей жизнедеятельности они выделяют кислород, а по химическому составу клетки содер­жат до 70 % полноценного белка, 10—15 % углеводов, а также витамины, минеральные вещества и полиненасыщенные жирные кислоты. При обогащении субстарата неорганическими элементами мик­роорганизмы способны накапливать их в хорошо усваиваемых человеком органических формах. Так как микроорганизмы обладают на порядок большей продуктивностью, по сравнению с традиционными сель­скохозяйственными культурами, на меньшей площади и без использования плодородной почвы можно получать высокоценное сырье для производства пищевых продуктов. Несомненным положительным для экологии моментом такого производства является утилизация CO2 и выработка кислорода.

Одним из рациональных направлений по развитию устойчивых систем в агропромышленном секто­ре экономики многих стран оказалось внедрение в практику землепользования биотехнологий, замены химических пестицидов и агрохимикатов биологическими препаратами. Активно стали применяться в так называемых «постурожайных технологиях» (post harvest technologies) микробиологические пре­параты, главной задачей которых является сохранение товарного качества и потребительских свойств растительной продукции. Как показывают данные проводимых экспериментов: инокуляция посевного материала и вегетирующих растений биопрепаратами позволяет снижать дозы минеральных удобрений без снижения урожайности культур за счет усиления продуктивности обработанного растения (до 30 %), увеличения интенсивности фотосинтеза, поглощения питательных элементов. По результатам биохи­мических анализов показано, что обработка биологическими средствами защиты картофеля и овощей стабилизирует физиолого-биохимические процессы в растительной ткани, что позволяет максимально сохранить биологически активные и пищевые вещества в течение длительного времени [8].

Кроме уже обозначенных примеров положительного воздействия новых биотехнологических прак­тик на экосистему необходимо особо отметить роль биотехнологии в очистке сточных вод, устранении промышленных и иных выбросов. Новые комплексы микроорганизмов, а также формы и способы их внесения в зону загрязнения позволяют добиваться недостижимого ранее уровня экологической безопасности [9].

Список литературы

  1. OzorN., Igbokwe E. M. Roles of agricultural biotechnology in ensuring adequate food security in developing societies //African Journal of Biotechnology. 2007. Vol. 6 (14). Pp. 1597-1602.
  2. Agricultural Production Indices: Food production per capita index // A World Resources Institute website. URL: http://earthtrends.wri.org/searchable_db/index.php?theme=8&variable_ID=180&action=select_countries (дата обращения 13.10.2011).
  3. Global food losses and food waste. Study conducted for the International Congress "SAVE FOOD!"at Interpack2011 Dusseldorf, Germany / FAO of the UN. Rome, 2011. 29 p.
  4. Quintavalla S., Vicini L. Antimicrobial food packaging in meat industry // Meat Science. 2002. № 62 (3). Pp. 373-380.
  5. Колодязная В. С., Бараненко Д. А. Технология мясных изделий эмульсионного типа с заданными функциональными свойствами // Вестник Международной академии холода. 2006. Вып. 3. С. 32-35.
  6. Chaohong Feng, Zhenfang Yin, Yanli Ma and others. Cryopreservation of sweetpotato (Ipomoea batatas) and its pathogen eradication by cryotherapy // Biotechnology Advances. 2011. Vol. 29. № 1. Pp. 84-93.
  7. Макарова Е. И., Отурина И. П., Сидякин А. И. Прикладные аспекты применения микрово­дорослей — обитателей водных экосистем // Экосистемы, их оптимизация и охрана. 2009. Вып. 20. С. 120-133.
  8. Kiprushkina E. I. The biological control and cold storage for preserving the quality and enhancing the safety of vegetables // Plant Science. 2007. № 44. Pp. 259-261.
  9. Maszenan A. M, Liu Y, NgW. J. Bioremediation of wastewaters with recalcitrant organic compounds and metals by aerobic granules //Biotechnology Advances. 2011. Vol. 29. № 1. Pp. 111-123.
22 Сентября 2014
Комментарии 0

Комментариев пока нет