Svet danas proizvodi dovoljno hrane da prehrani sve svoje stanovnike, ali milioni ljudi i dalje gladuju, dok se ogromne količine hrane istovremeno bacaju ili gube na putu od njive do trpeze. Naučnici zato razvijaju nova rešenja, od bakteriofaga i pametne ambalaže do veštačke inteligencije, jestivih premaza i mikroskopskih iglica koje mogu da produže svežinu namirnica. Cilj je isti: manje kontaminirane i bačene hrane, duži rok trajanja i bezbedniji prehrambeni lanac.
Prema dostupnim procenama, oko 673 miliona ljudi širom sveta suočilo se sa glađu tokom 2024. godine. Istovremeno, procenjuje se da se približno petina proizvedene hrane izgubi pre nego što završi na nečijem stolu.
Možda vas zanima
Razlozi su brojni: usevi koji ostaju neubrani zbog niske otkupne cene, proizvodi koji se ne prodaju u trgovinama, kvarenje hrane tokom transporta i skladištenja, ali i ostaci hrane koji se bacaju u domaćinstvima.
Problem nije samo socijalni i ekonomski već i ekološki. Proizvodnja hrane zahteva zemljište, vodu, đubrivo, gorivo, poljoprivrednu mehanizaciju i transport, a hrana koja na kraju završi na deponijama dodatno doprinosi emisijama gasova sa efektom staklene bašte.
Zato naučnici pokušavaju da pronađu načine da hranu bolje zaštite, ranije otkriju kontaminaciju i produže rok trajanja lako kvarljivih proizvoda.
Bezbednost hrane: Bakteriofagi kao prirodni saveznici protiv opasnih bakterija
Kontaminacija hrane jedan je od važnih uzroka njenog gubitka i bacanja. Mikroorganizmi iz zemljišta i vode mogu da dospeju na povrće i žitarice još pre žetve, dok nepravilno rukovanje hranom i nedovoljno čista oprema mogu izazvati kontaminaciju tokom prerade.
Konzumiranje nebezbedne hrane širom sveta dovodi do stotina miliona slučajeva bolesti godišnje, zbog čega su rano otkrivanje patogena i efikasna dekontaminacija izuzetno važni.
Jedno od rešenja moglo bi da bude korišćenje bakteriofaga – virusa koji ciljano napadaju određene bakterije.
Tim biomedicinskog inženjera Tohida Didara sa Univerziteta McMaster razvija načine da bakteriofage koristi za zaštitu hrane. Didar ih opisuje kao svojevrsne „organske antimikrobne agense“, jer mogu da unište ciljane bakterije bez primene klasičnih sredstava za dezinfekciju.
Jedan od problema je, međutim, kako bakteriofage dovoljno dugo održati aktivnim. Istraživači su zato razvili mikrogelove koji mogu da sadrže milijarde ovih virusa i da se nanesu na površinu hrane u obliku spreja ili posebnih uklonjivih obloga.
U eksperimentima je na ovaj način uspešno uklonjen multirezistentni soj bakterije Escherichia coli sa zelene salate i sirovog mesa.
Novi Zakon o bezbednosti hrane: stroža pravila za proizvođače, veća zaštita za potrošače?
Mikroskopske iglice prodiru dublje u hranu
Naučnici su otišli i korak dalje. Umesto da deluju samo na površini namirnice, razvijaju flastere sa mikroskopskim iglicama koje bakteriofage mogu da unesu nešto dublje u hranu.
Istraživači su testirali različite kombinacije polimera i bakteriofaga, ali i uslove slične onima koji postoje na pravim proizvodnim linijama.
Rezultati su pokazali da flasteri sa bakteriofazima mogu efikasno da uklone E. coli sa mesa. Kombinovanjem više bakteriofaga istovremeno je bilo moguće delovati i protiv E. coli i bakterije Salmonella enterica.
Ideja je da se u budućnosti dobije jednostavno rešenje koje bi moglo da se primenjuje na različitim vrstama prehrambenih proizvoda.
Kvasac kao „nosač“ prirodnih antimikrobnih materija
Druga grupa naučnika istražuje mogućnost da se protiv kvarenja hrane upotrebe kvasci.
Nitin Nitin, stručnjak za prehrambeno inženjerstvo sa Univerziteta Kalifornije u Dejvisu, proučava mogućnost da ćelije kvasca posluže kao svojevrsni nosači antimikrobnih supstanci.
Zahvaljujući građi ćelijskog zida, kvasac može da „zarobi“ određene materije i zatim ih oslobodi tamo gde su potrebne. Naučnici promenom uslova u kojima kvasac raste mogu uticati na njegovu sposobnost da prihvati različita jedinjenja.
Posebno je značajno što za ovakav postupak nije potrebna komplikovana i skupa oprema. To bi moglo da omogući njegovu primenu ne samo u razvijenim zemljama već i tamo gde su sredstva i infrastruktura ograničeni.
Istraživači posebnu pažnju posvećuju biofilmovima, zajednicama mikroorganizama koje se formiraju na površinama i mogu biti veoma otporne na standardna sredstva za dezinfekciju.
U jednom istraživanju, antimikrobna supstanca „upakovana“ u ćelije kvasca efikasnije je uklanjala patogene bakterije i gljivice iz biofilmova nego uobičajeni tretman sredstvom na bazi hlora.
Etarska ulja protiv mikroorganizama
Još jedna mogućnost jeste primena etarskih ulja, koja se sve češće proučavaju kao ekološki prihvatljivija alternativa klasičnim dezinfekcionim sredstvima na bazi hlora i amonijumovih jedinjenja.
Etarska ulja sadrže brojne biljne materije koje mogu da deluju na mikroorganizme na različite načine, od narušavanja njihove ćelijske membrane do ometanja važnih metaboličkih procesa.
Njihova praktična primena u prehrambenoj industriji, međutim, nije jednostavna. Lako isparavaju, mogu reagovati sa organskim materijama i relativno su skupa.
Tu bi kvasac ponovo mogao da bude od pomoći. Kada se aktivne materije „smeste“ unutar ćelija kvasca, mogu duže ostati stabilne i osloboditi se prilikom kontakta sa mikroorganizmima.
Nitinov tim je, na primer, pokazao da kvasac može da prenosi timol, glavnu komponentu ulja majčine dušice poznatu po antimikrobnom dejstvu, i da na taj način pomogne u uklanjanju bakterijskih biofilmova sa površina koje dolaze u kontakt sa hranom.
Pametna ambalaža može da pokaže da li je hrana bezbedna
Veliki potencijal ima i takozvana pametna ili inteligentna ambalaža.
Klasična oznaka „najbolje upotrebiti do“ potrošaču daje samo okvirnu informaciju. Hrana ponekad može biti dobra i nakon tog datuma, dok se u drugim okolnostima može pokvariti i ranije. Zbog nerazumevanja ovih oznaka, deo potpuno ispravne hrane nepotrebno završava u otpadu.
Didarov tim zato radi na ambalaži koja bi mogla da prati stanje hrane u realnom vremenu.
Razvili su koncept „laboratorije u pakovanju“, sistem koji kombinuje biosenzore za otkrivanje patogena sa membranom koja sadrži potrebne reagense za identifikaciju mikroorganizama.
Takav sistem može da se ugradi, na primer, u posudu u kojoj se prodaje meso. Analizira tečnost koju namirnica prirodno ispušta, bez potrebe da se pakovanje otvara.
Signali senzora mogu se očitati prenosivim fluorescentnim skenerom, a rezultati prikazati i na pametnom telefonu.
Na taj način proizvođači i trgovci jednog dana bi mogli mnogo preciznije da znaju u kakvom je stanju proizvod, umesto da se oslanjaju prvenstveno na unapred određen datum.
Veštačka inteligencija prepoznaje E. coli za samo nekoliko sati
U praćenje bezbednosti hrane sve više ulazi i veštačka inteligencija.
Istraživači razvijaju modele mašinskog učenja koji mogu mnogo brže da analiziraju podatke i prepoznaju prisustvo mikroorganizama.
Nitinov tim je pomoću jednog AI modela uspeo da identifikuje E. coli u uzorcima zelene salate za oko tri sata. Klasične mikrobiološke metode zasnovane na uzgoju kultura mogu zahtevati nekoliko dana.
Naučnici sada pokušavaju da nauče modele da razlikuju bakterije od sitnih ostataka same hrane, koji u realnim uslovima mogu otežati analizu.
Cilj je stvaranje dovoljno pouzdanog modela koji bi mogao brzo da se prilagodi novom patogenu, bakteriji ili gljivici uz relativno malu količinu dodatnih podataka.
AI se takođe trenira da razlikuje štetne bakterije od bezopasnih mikroorganizama koji se prirodno nalaze na hrani. To bi omogućilo da se mere dekontaminacije mnogo preciznije usmere na stvarne patogene.
Jestivi premaz od svile produžava svežinu voća
Naučnici ne pokušavaju samo da spreče kontaminaciju već i da produže život namirnicama koje se brzo kvare.
To je naročito važno kod voća i povrća. Procenjuje se da se na globalnom nivou oko četvrtine voća i povrća izgubi između berbe i maloprodaje, a problem je posebno izražen u zemljama sa nedovoljno razvijenom infrastrukturom za skladištenje i transport.
Na MIT-u tim stručnjaka predvođen Benedetom Marelijem razvija tehnologiju zasnovanu na svilenom fibroinu, prirodnom proteinu koji se može dobiti i iz nusproizvoda tekstilne industrije.
Reč je o netoksičnom i jestivom materijalu koji može da formira veoma tanak, providan premaz na hrani.
Prethodna istraživanja pokazala su da takav premaz može da produži rok trajanja voća za približno nedelju dana.
Melatonin može da uspori žućenje povrća
Isti tim eksperimentiše i sa mikroskopskim iglicama napravljenim od svilenih materijala. Njima se određene supstance mogu uneti direktno u biljno tkivo.
Jedna od testiranih supstanci je melatonin – hormon koji učestvuje u regulaciji rasta i starenja biljaka.
Naučnici su pokazali da flasteri sa mikroiglicama koje sadrže melatonin mogu da uspore žućenje listova pak čoi povrća.
U eksperimentima je rok trajanja produžen za 10 dana u frižideru i četiri dana bez hlađenja.
Prednost mikroiglica u odnosu na prskanje jeste to što omogućavaju primenu manjih količina aktivne materije direktno tamo gde je potrebna, bez ponavljanja tretmana.
Premaz koji čuva voće, uništava bakterije i uklanja ostatke pesticida
Posebno zanimljiva istraživanja stižu i sa Univerziteta Britanske Kolumbije, gde tim naučnice Tianxi Yang kombinuje nanotehnologiju i analitičku hemiju kako bi razvio nove premaze za sveže proizvode.
Istraživači koriste takozvane metalno-fenolne mreže (MPN), strukture koje nastaju povezivanjem metalnih jona i fenolnih jedinjenja.
Pored antimikrobnog dejstva, pojedini metalni joni u ovim strukturama predstavljaju i mikronutrijente potrebne ljudskom organizmu, pa istraživači razmatraju mogućnost da ovakvi premazi imaju dodatnu nutritivnu vrednost.
Kombinovanjem MPN struktura sa nanočesticama skroba, istraživači su uspeli da poboljšaju svojstva premaza.
Tretirano voće duže je ostajalo čvrsto, sporije je sazrevalo, a rast bakterija bio je smanjen.
Još zanimljivije, istraživanja ukazuju da ovakvi premazi mogu pomoći i u uklanjanju ostataka pesticida sa svežih proizvoda.
Zbog toga naučnici govore o trostrukoj funkciji, uklanjanje ostataka pesticida, suzbijanje bakterija i produžavanje svežine proizvoda.
Tehnologija postoji, ali ko će je platiti?
Iako mnoga od ovih rešenja pokazuju veliki potencijal, prelazak iz laboratorije u svakodnevnu proizvodnju hrane donosi nove probleme.
Jedan od najvećih je cena.
Čak i ako nova tehnologija samo neznatno poveća cenu proizvoda, ostaje pitanje ko će taj trošak snositi – proizvođač, prerađivač, trgovac ili potrošač.
Upravo zato naučnici naglašavaju da nije dovoljno napraviti tehnologiju koja funkcioniše. Ona mora biti dovoljno jednostavna i jeftina da bi mogla masovno da se primenjuje.
Drugi izazov je poverenje potrošača. Deo ljudi može biti skeptičan prema hrani koja je bila u kontaktu sa bakteriofazima, nanočesticama ili drugim materijalima koji im nisu poznati.
Zbog toga će, paralelno sa razvojem tehnologije, biti važno jasno objasniti kako ona funkcioniše, koliko je bezbedna i kakvu korist donosi.
Ipak, pravac razvoja je prilično jasan. Budućnost prehrambenog lanca mogla bi da podrazumeva ambalažu koja sama „javlja“ da li je proizvod bezbedan, AI koji otkriva patogene za nekoliko sati, prirodne antimikrobne materije koje ciljano deluju na bakterije i jestive premaze koji voću i povrću omogućavaju da znatno duže ostanu sveži.
Ako takva rešenja postanu dovoljno pristupačna za masovnu upotrebu, mogla bi istovremeno da doprinesu bezbednijoj hrani, smanjenju otpada i efikasnijem korišćenju onoga što poljoprivreda već proizvodi.
Izvor: GLP
Komentari