Роль хімії у розв’язанні продовольчої проблеми

3.Продовольственная проблема и  химия.

Население нашей планеты растёт. По прогнозам ООН к 2000г. оно составит около 6,5 млрд. человек и будет, естественно, увеличиваться в последующие десятилетия. Это значит, что уже сейчас необходимо задуматься над тем, как обеспечить население Земли питанием в предвидимом будущем. Расчёты учёных приводят к выводу, что проблема будет решена, если за  ближайшие 40 - 50 лет мировое производство продуктов питания возрастёт в 3 - 4 раза. Подобный прирост может быть осуществлён только  в том случае, если произойдёт "зелёная революция" - резкий подъём сельского хозяйства, прежде всего в развивающихся странах, на базе внедрения всех достижений современной науки, в том числе химии. Есть ли основания верить в возможность такой "зелёной революции"? Учёные отвечают на этот вопрос определённо: да, можно. Модернизированное сельское хозяйство с помощью своих могучих союзниц - химии и биологии - без труда может прокормить более 6,5 млрд. человек. В решении продовольственной проблемы в глобальном масштабе основной акцент делается на увеличение производства растительной и животной пищи естественного происхождения. Увеличение же объёма производства пищи естественного производства, по мнению специалистов, будет в ближайшем будующем достигаться за счёт создания благоприятных условий для размножения и роста растений и животных. Сюда относится в первую очередь применение удобрений, а затем стимуляторов роста, искусственных кормов для сельскохозяйственных  животных, средств  защиты растений и животных, введение в практику питания новых продуктов, добытых в океане, и т. д. Начнём с удобрений. Без них немыслимо современное сельское хозяйство. Один из главных элементов вводимых в почву в составе минеральных удобрений, - азот. Если водород, кислород, углерод доставляются растениям с водой и углекислым газам, то азот, без которого невозможен синтез аминокислот и, следовательно, белка, поступает в растения через корневую систему в виде нитратов и иона аммония, которых обычно в почве не хватает. Поэтому производство азотных удобрений - это одна из мощнейших отраслей химической промышленности сегодняшнего дня. Большую их часть получают из аммиака, который в свою очередь синтезируют из водорода и азота в присутствии катализаторов при температуре от 400 до 500оС и высоком давлении - от 20 до 30 МПа:

3Н2+N2 ó2NH3 -112 кДж. Пока, однако, сельскому хозяйству требуются огромные количества азотных удобрений: аммиака и производимых из него сульфата, карбоната и нитрата аммония, а также мочевины. Аммиак -  это самое концентрированное азотное удобрение (содержит более 80% азота). В настоящие время он является одним из главных продуктов большой химии. В 1980 г. во всём мире было получено 100 млн. т азота  в виде аммиака. По  содержанию азота  следующим за аммиаком удобрением является мочевина (NH

2)2CO.Исходными веществами для её синтеза являются аммиак и углекислый газ. Последний представляет собой побочный продукт при конверсии метана из водяного газа. Поетому современное производство аммиака и мочевины комплексное, на "входе" которого - метан, азот и кислород атмосферы, а так же вода, а на "выходе" - аммиак и мочевина. В настоящие время 85 - 90%  всей получаемой  в мире мочевины идёт на производство удобрений. В ближайшие десятилетия должен произойти не только резкий количественный рост, но и качественные изменения в характере производимых удобрений. Большие потери урожая связанны с вредителями и болезнями сельскохозяйственных растений. Гибнет примерно одна треть урожая. Если отказаться от применения химических средств защиты растений, то эта доля удвоится. Для 3 тыс. видов культурных растений известно около 30 тыс. возбудителей болезней! Из них более 25 тыс. - грибы, около 600 - нематоды (черви),более 200 - бактерии, около 300 - вирусы. В результате заболеваний растений люди теряют 10 - 15% урожая ещё до того, как он собран. Совместное же  воздействие болезней, вредителей и сорняков отнимают от урожая  от 25  до 40%. Цифра не малая, но и это ещё не всё. От 5 до 25% продукции сельского хозяйства теряется при перевозке и хранении. В результате суммарные потери урожая, до того как он попадёт к потребителю, составляют в разных странах около 40 до 50%.Есть над чем призадуматься специалистам по борьбе с вредителями и болезнями сельскохозяйственных культур. С 1947 по 1980 г. потребление пестицидов1 в разных странах возросло в 10 - 20 раз. Отказаться от пестицидов сейчас невозможно. Более того их применение постоянно растёт. Но использовать пестициды, как и другие токсичные вещества, да ещё столь распространённые, следует очень осторожно: с водой и пищей они могут попасть в организм человека и о том, что некоторые из них накапливаются в организме, а это увеличивает их токсическое действие. Их рассеивание в природе может оказывать отрицательное действие на природные экосистемы. И это ставит перед химиками сложные задачи. Первая из них - разработка методов контроля содержания пестицидов в пище. Вторая задача – усовершенствование пестицидов. Практика требует от химиков создания таких пестицидов, которые не вымывались бы с полей в реки и другие природные экосистемы, вообще не оказывали бы вредного воздействия на окружающую среду. Кроме насекомых, значительную часть урожая уничтожают или портят бактерии, вирусы, грибы. Работа по созданию современных химических средств защиты от них ещё только развёртывается, это дело будущего. Здесь предоставляют прекрасные возможности для творческой  деятельности химиков. Так, сейчас во многих лабораториях мира получают системные фунгициды, т.е. средства борьбы с грибковыми заболеваниями растений. 1 пестициды (от лат."пестис" - зараза, чума и "цидос" - убивать) - средства борьбы с вредными организмами, насекомыми (инсектициды), грибами (фунгициды), растениями (гербициды) и др. Одной из главных составных частей общей проблемы обеспечения пищей растущего населения земного шара является проблема полноценного белка в пище. Растительный белок, как правило, содержит лишь очень  небольшое количество аминокислот, в том числе так называемых незаменимых (аргинин, валин, лизин и др.), т.е. таких, которые не синтезируюся в организме человека или синтезируются со скоростью, недостаточной для потребностей жизнидеятельности организма. Значит, они должны поступать в достаточном количестве с пищей, содержащей все нужные аминокислоты. Такой пищей может быть животный белок. В животноводстве приобретают всё большее значение искусственные, производимые на специальных заводах корма. Для увеличения массы домашний скот должен в достаточном количестве снабжаться сырьём. Это может быть растительный белок, рыбная мука и т. д. Однако при расширении масштабов животноводства и увеличении спроса на его продукцию этих источников белка может не хватать, поэтому химики совместно с биологами давно уже начали искать пути замены таких кормов. Одним из хороших заменителей оказалась мочевина (NH2)2CO. Другой путь обеспечения сельскохозяйственных животных полноценными белками основан на его мокробиологическом синтезе с использованием дрожжей и бактерий. Получение биомассы путём миккробиологического синтеза - это  основа индустриального производства пищи в будущем. Сырьём могут служить самые разнообразные вещества , в том числе растительные отходы. Так как микробиологический синтез  осуществляется на заводах,  производство белка таким  способом не требует ни больших пахотных площадей замли, ни благоприятных погодных условий. Оно идёт равномерно и непрерывно, поддаётся механизации и автоматизации. Пока получаемая биомасса применяется лишь как корм для животных. Чтобы использовать её в качестве пищи для людей, необходимо решить ряд проблем. Главная из них - тщательная проверка такого продукта на безвредность, отсутствие побочных последствий длительного употребления. Необходимо исследовать усвояемость разных видов "одноклеточных" белков, так как содержание в них аминокислот ещё не говорит о свойстве хорошо перевариваться в пищеварительном тракте человека. Известно, например, что белок высших грибов (а дрожжи  - их родственники) плохо усваивается человеком, а свободные аминокислоты в значительной мере "перехватываютя" в пищеварительном тракте живущими там бактериями. Кроме микробиологического синтеза белков, методами биотехнологии в настоящее время получают витамины, антибиотики, гормональные препараты, энзимы, некоторые биополимеры, инсектициды, красители для пищевых продуктов и т.д.