XXVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Пища будущего - какой она может быть?

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Лебзак М.В. 1

---

1МАОУ СОШ № 16

Веретенникова И.В. 1

---

1МАОУ СОШ № 16

Работа в формате PDF

775.7 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Пища - одна из биологических потребностей и условие выживания любого живого организма. Исторически человек научился получать ее натуральным путем: из растений и животных. Но сегодня этот старый способ сталкивается с большими проблемами. Во - первых, нас становится всё больше. К 2050 году на Земле будет жить почти 10 миллиардов человек. Нужно будет накормить всех, но воды, плодородной земли и ресурсов не хватает. Во – вторых, современная еда часто не очень полезна. Во многие продукты добавляют слишком много сахара, искусственных усилителей вкуса и консервантов. А ещё производство еды вредит природе. Обычные фермы используют много воды, загрязняют почву и воздух. Но к счастью, наука и технологии предлагают удивительные решения. Уже сегодня появляются идеи, которые раньше казались фантастикой.

Актуальность: Наука о пище и способах ее получения и приготовления развивается вместе с другими областями нашей жизни. Все больше появляется искусственной еды. Это достижение или опасность? Какой может быть пища будущего с точки зрения химии (состава и способов получения)? Что в этом направлении придумывают и развивают ученые и пищевые технологии?

Можно ли накормить растущее население Земли, не разрушая ее и сохраняя здоровье людей?

Гипотеза: Я думаю, что еда будущего — это привычные нам продукты, которые будут делать по-новому: из растений, водорослей или даже выращивать из клеток в лаборатории. Новые технологии позволят накормить всех, не навредив планете, и сохранить всё, что мы ценим в еде: вкус и питательность.

Цель проекта : Исследовать, могут ли технологии «еды будущего» обеспечить человечество полноценным питанием, одновременно при этом не

вредить нашей планете. Акцент – на белковой пище как самом важном и проблемном компоненте нашего питания.

Задачи проекта:

1. Проанализировать глобальные проблемы современной пищевой индустрии и сформулировать требования к пище будущего.

2. Исследовать теоретические основы и перспективные технологии создания альтернативных продуктов (растительное мясо и молоко, белок из водорослей и насекомых, 3D-печать, культивируемое мясо).

3. Освоить простейшие методы получения альтернативных продуктов в домашних условиях.

4. Провести сравнительный анализ органолептических и базовых свойств полученных образцов.

5. Сделать выводы о том, какой может быть пища будущего и какие технологии имеют наибольшие перспективы.

Объект исследования: пища будущего как источник необходимых питательных веществ. Предмет исследования: принципы изготовления продуктов питания, которые развиваются сейчас и могут быть использованы в получении пищи в будущем.

Методы исследования: изучение литературы, анализ полученной информации, наблюдения, проведение экспериментальных исследований, обобщение и анализ результатов.

Практическая значимость моей работы в том, что она превратила абстрактные темы о будущем в личный опыт. Я не только узнала о новых технологиях, но и сделала первый шаг к тому, чтобы стать осознанным потребителем и, возможно, в будущем — создателем тех решений, которые сделают наше питание полезным и безопасным.

Перед началом моего исследования я решила провести анкетирование (см. Приложение 1) среди одноклассников и понять, готово ли общество к новым технологиям в питании. Было опрошено 30 человек.

На вопрос «Какой на ваш взгляд будет еда будущего?» ответы распределились следующим образом: большинство опрошенных ответили, что в будущем еда будет производится искусственно (53,3%) в виде порошков для моментального приготовления (43.3%), но не смотря на это она будет полезной и здоровой (33,3%).

При выборе еды для 90% участников опроса главное, чтобы она была полезной. И только для 10% внешний вид еды важнее, чем то, из чего она приготовлена.

Не смотря на это, при ответе на воспрос «Какое блюдо вы готовы попробовать» больше половины опрошенных выбрали традиционное блюдо «мясную котлету с картофельным пюре» (53%). Всего 16% готовы попробовать гамбургер с котлетой, напечатанной на 3D-принтере, а бамбуковых червей со вкусом попкорна только 5%.

Вывод: Оказалось, что не все готовы отказаться от привычных для нас блюд. При выборе между инновационными и привычными блюдами побеждает классика.

 Внедрение «еды будущего» будет медленным, так как люди психологически привязаны к знакомым вкусам и форматам.

Теоретическая часть

Глава I. Пища – в прошлом, настоящем и будущем

1.1 Роль питания в развитии человека

Еда – источник веществ, как кирпичики для построения клеток и органов нашего организма, и энергии – «топлива» для жизни, для всех многочисленных процессов, ежеминутно происходящих внутри тела. Это и биологическая потребность, но также и значимое социальное понятие.

Добыча, приготовление и запасание пищи – самое древнее производство и двигатель развития человечества. Древние люди сами добывали себе пищу: источником пищи для них служили охота, рыбалка и собирательство. Продукты были в том виде, в каком их создала природа.

Затем люди научились выращивать съедобные растения около своих жилищ и разводить домашних животных и птиц, от которых можно было получать продукты. Возникла необходимость в орудиях труда, сосудах для хранения запасов и многого другого. Избыток продуктов и произведенных предметов быта и орудий стали обменивать на то, чего не хватало или не производилось в племени. Так добыча, хранение и переработка пищи способствовали накоплению знаний, обмену опытом, налаживанию связей и развитию человеческого общества в целом.

Приготовление пищи исторически развивалось естественным путем. Со временем пища стала производиться промышленным способом, крупномасштабно, продукты обрабатывались на специальном оборудовании, добавлялись вещества, улучшающие вид, вкус пищи, увеличивающие сроки хранения продуктов, а накопленные знания выделились в отдельную область науки - пищевую химию и технологию производства пищевых продуктов.

Но сегодня человечество столкнулось с такой ситуацией, что население Земли неуклонно растет, а производство необходимых и привычных продуктов связано с ростом экологических проблем. Ожидается, что численность населения мира достигнет почти 10 миллиардов к 2050 год.

При этом животноводство – главный поставщик белковой - один из крупных загрязнителей природы и один из факторов глобального потепления климата. Возникает вопрос: в каком направлении должна и может развиваться наука о пище и питании, чтобы это было безопасно для планеты и все люди на Земле получали достаточное количество полноценного здорового питания? [¹]

1.2 В чем состоит главная проблема пищи будущего?

Самый «проблемный» элемент в питании- белок. Это строительный материал нашего организма. Белки нам нужны разные и постоянно.

Традиционный источник белка в нашем питании - продукция сельского хозяйства: мясо разных видов, молочная продукция, продукты птицеводства. На их производство уходят огромные природные ресурсы. Под пастбища отведены более 80 % от всех сельскохозяйственных территорий. Содержание миллиардов животных требует большого количества земли, еды и воды, а их отходы заметно влияют на процессы в природе: уничтожают почву, загрязняют воду и воздух. Известно, что животноводство оставляет более 15 % углеродного следа в мире (для сравнения - весь транспорт - 13-14 %).

Учитывая рост населения Земли и нарастающие экологические проблемы, людям придется менять привычное питание, и в первую очередь - снижая потребление животной пищи. Значит, нужны другие источники белка. Что же придумывают ученые уже сейчас для питания людей в будущем?

1.3 Пища будущего - какая она?

Искусственное мясо "из пробирки" (биореактора) и 3D-принтера

Ученые уже несколько лет трудятся над получением котлет для бургеров в лабораториях. Специальные клетки из организма коров или свиней растят в специальных условиях в питательной жидкости. В результате получаются отдельные кусочки мышечной ткани (мяса), из которых делают фарш для котлет.

Другое направление – печать кусков искусственного мяса на 3D-принтере. В качестве «биочернил» используется масса, выращенная из клеток животных в биореакторе, из которой формируется («печатается») кусок натурального мяса, но полученного искусственным путем. [²,³]

«Белок из воздуха»

В прессе сообщается о выращивании белка "из воздуха" при помощи бактерий. В биореакторе «варятся» микробы, вода, химические вещества. Подпитываясь углекислым газом из воздуха, бактерии производят белковую массу, похожую после высушивания на муку или, точнее, на сухое молоко. Из микробов можно делать не только протеиновый порошок, но и заменители почти всех мясных и молочных продуктов. По мнению экспертов, производство еды за счёт бактерий в 20000 раз эффективнее традиционных способов получения пищи. Оно не зависит от климата, требует небольших площадей и позволит накормить всё человечество. [⁴]

Энтомофагия: насекомые как пища будущего.

Одним из будущих продуктов питания могут стать насекомые. Уже продаются макаронные изделия, изготовленные из муки с добавлением измельченных насекомых. Сверчки, личинки мух черной львинки — это не «химия», а натуральный продукт. 100-граммовая порция сверчков содержит 13 грамм белка, (для сравнения примерно такое же количество в говядине, печени, курице, твороге, сыре). При этом многие источники такого «мяса» не нуждаются в огромных площадях для наращивания массы, особых рационах и выделяют в 100 раз меньше парниковых газов. Но планы по «насекомой революции» в питании наталкиваются на одно устойчивое препятствие — отвращение. Основная причина — психологический и культурный барьер. Пока такая пища разрабатывается в сферах кормов для животных, а также спецпитания - протеиновые батончики.

Дневной рацион в одном напитке.

Еще одна новая форма еды - быстрорастворимые порошки «smartfood» или «сойлент»:из компонентов составляется смесь со строгой рецептурой. Порошок растворяется в воде и принимается в виде напитка.

Воздействие порошковой еды на состояние здоровья человека при долгом употреблении пока еще вызывает у ученых множество вопросов, но отмечается, что подобный тип питания может быть временной заменой пищи в некоторых ситуациях. [⁵]

Таким образом, при теоретическом изучении темы мы узнали, что пища – не только потребность, но и двигатель развития человечества, а также огромная область науки и технологии. Появление искусственной пищи – заменителей, добавок, пищи, выращенной с помощью приборов и новых технологий – неизбежно. Начался этот процесс уже давно и, очевидно, будет продолжаться и развиваться.

Глава II. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ «ЕДЫ БУДУЩЕГО»

Эволюция питания – это непрерывный процесс, который сопровождает развитие человечества. Чтобы понять, как сильно меняется наша еда, давайте рассмотрим эти изменения, сопоставив еду прошлого, настоящего и будущего.

Чтобы узнать, какие продукты употребляли в пищу 50-60 лет назад, я взяла интервью у своей бабушки. Она рассказала, что «в детстве они ели, в основном, то, что выращивали сами. Мясо, овощи – все было свое. Еду готовили в русской печи. Делали много заготовок: квасили капусту в деревянных бочках, собирали орехи, грибы, клюкву, березовый сок». Таким образом, рацион наших бабушек был простой и натуральный, зависел от сезонности и домашних заготовок.

Составим примерное меню (прошлого) на день (со слов моей бабушки):

• Завтрак: каша в чугунке с ржаным хлебом

• Обед: щи с домашней сметаной, домашние пироги

• Ужин: картошка жареная

Сегодня на смену традиционным блюдам из простых ингредиентов пришли промышленно обработанные продукты с обилием пищевых добавок, улучшающих их вид, вкус и увеличивающих сроки хранения. На наших столах появилось много продуктов, которых не было раньше: полуфабрикаты, фастфуд, огромное разнообразие сладостей.

Примерное меню (настоящего) на основании предпочтений моих одноклассников:

• Завтрак: бутерброд

• Обед: куриный суп с лапшой (или лапша БП)

• перекусы: чипсы, сухарики, фрукты

• Ужин: котлета с макаронами

Под влиянием глобальных проблем процесс изменения еды продолжается и сейчас. Учитывая развивающиеся пищевые технологии, представим, каким может быть меню будущего:

• Завтрак: овсяная каша на растительном молоке. Смузи со спирулиной.

• Обед: салат из ростков сои с добавлением жареных личинок насекомых, богатых белком, стейк из мяса, напечанного на 3D-принтере.

• Полдник: чипсы из водорослей, тофу

• Ужин: сойлент

Таким образом, вместе с развитием человечества и под влиянием внешних фактором меняется и наш рацион питания. И это естественный и неизбежный процесс, а мы с вами являемся его участниками. Скорее всего, те идеи о еде будущего, которые сейчас кажутся нереальными, уже через 50 лет станут для нас привычными. Главные отличия еды прошлого, настоящего и будущего я собрала в одну таблицу (см. Приложение 2)

Наши бабушки и дедушки не могли представить, что мясо можно «вырастить» в лаборатории, а молоко — сделать из овса или гороха. Сегодня это не фантастика, а реальность, которая стремительно входит в нашу жизнь.

Я решила не просто рассказывать о технологиях будущего, а создать их простейшие аналоги самой, чтобы на собственном опыте понять принципы, лежащие в их основе. Я начала с самого доступного и наглядного эксперимента — приготовления искусственного (растительного) молока.

2.1 Приготовление искусственного (растительного) молока.

2.1.1 Молоко из овсяных хлопьев (см. Приложение 3)

1. Мы взяли 100 г овсяных хлопьев «Геркулес», которые требуют варки, залили их 1 литром воды и оставили набухать на 12 часов.

2. Массу перенесли в чашу и взбивали с помощью блендера.

3. Пропустили ее через сложенную в несколько слоев чистую марлю, таким образом, отфильтровав. Полученную жидкость перелили в банку.

2.1.2 Молоко из риса (см. Приложение 3)

1. 100 г риса подрумянили на сухой сковороде, чтобы он лучше раскрыл аромат. Затем залили рис водой и вымачивали его всю ночь.

3. Утром промыли рис и смешали в чаше с 250 мл фильтрованной воды. Тщательно взбиваем блендером в течение 2 минут.

4. Полученную смесь ставим на средний огонь и, постоянно помешивая, варим до загустения. Затем вливаем еще 700 мл воды, перемешиваем, процеживаем и переливаем в банку с плотной крышкой. [⁶]

Вывод: По вкусу овсяное молоко напоминает жидкую овсяную кашу, оно полезно для пищеварения, дает ощущение сытости. Рисовое молоко – почти как вода с мягким вкусом. Там почти нет белка и полезных веществ.

2.1.3. Определение органолептических показателей качества молока

Я исследовала органолептические показатели рисового и овсяного молока и сравнила их с коровьим молоком. ( см. Приложение 4)

Вывод: Таким образом, растительное молоко не является идеальным, но может быть альтернативой коровьему молоку, особенно для людей с непереносимостью лактозы, пищевой аллергией. Кроме того, производство растительного молока требует меньше воды, земли и энергии по сравнению с продуктом животноводства, а значит, экологичнее.

2.1.4. Извлечение белка из растительного молока (Приложение 4)

Нам потребуется: соевое молоко (так как в нем самое большое содержания белка: 3 гр. на 100 мл), уксус, кастрюля, сито, марля.

1. Сначала нагреваем растительное молоко почти до кипения.

2. Медленно вливаем 2 столовые ложки уксуса, постоянно помешивания. Белок сворачивается в хлопья и отделяется от сыворотки.

3. Процеживаем через марлю. И получаем творог (тофу) – концентрированный растительный белок. Получившийся соевый творог белого цвета, очень мягкий и нежный, без выраженного вкуса и запаха.

Вывод: С помощью этого эксперимента, мы продемонстрировали, как можно получить новый пищевой продукт. Такой белок может стать основой для сыров, котлет и других продуктов, заменяющих мясо.

2.2 Приготовление искусственного (растительного) мяса (Приложение 5)

1. Из 1 стакана муки и 100 мл воды мы замесили эластичное тесто. Накрываем и оставляем его на 30 минут.

2. Приготовленное тесто промываем в воде, сдавливая его руками со всех сторон, до тех пор, пока вода не станет прозрачной, а в тесте не останется белых вкраплений (весь крахмал вымывается, остался только пшеничный белок). Отжимаем комок теста.

3. Полученное растительное "мясо" комок теста варим в бульоне с солью, лавровым листом и различными специями.15-20 минут. В конце варки он увеличился почти в 2 раза[⁷].

В 100 гр. такого «мяса» содержится 52,4 гр. белка

Из полученного «мяса» приготовим блюдо и продегустируем его. Для этого нарезаем «мясо» на небольшие кусочки и обжариваем с овощами. Изначально такое «мясо» имеет губчатую структуру, без вкуса и запаха, а после приготовления приобретает вкус овощей, с которыми тушится.

Вывод: Производство растительных заменителей мяса весьма вероятное направление развития пищевой химии. Оно экономит огромное количество воды, земли, сокращает выбросы парниковых газов и решает этические проблемы.

2.3.Приготовление суперфуда будущего: еда из водорослей (Приложение 6)

Свой «суперфуд будущего» я приготовила на основе порошка спирулины (микроскопических водорослей). В соответствии с инструкцией 5 гр. порошка растворяем в 200 мл сока. В 100 граммах порошка спирулины содержится 62 грамма белка!

Приготовленный нами напиток имеет зеленый цвет, вязкую консистенцию и очень специфический рыбный, даже болотный вкус.

Вывод: Скорее всего, популярность спирулины в будущем будет расти из-за большой концентрации белка, витаминов и минералов в ее составе. Единственная проблема - ее вкус.

2.5 Приготовление модели порошковой еды

Можно ли искусственно составлять полноценный рацион? Рассмотрим на примере порошковой еды. Для эксперимента мы использовали коктейль функционального питания от компании NL International. ED Smart 4.0 EasyFood. В составкоктейлявходит:белковая матрица из пяти видов белка, комплекс «правильных жиров», витамины, ароматизаторы, стабилизаторы, соль. Для его приготовления необходимо смешатьсухую смесь с 20 мл воды..

Для создания самодельного коктейля мы подобрали ингредиенты так, чтобы получилась сбалансированная смесь: углевода (50-60%), белок (20-30%), полезные жиры (10-20%), клетчатка, витамины

Нам потребуется: протеин, овсяное толокно, ржаные отруби, оливковое масло, витаминный комплекс. Мы рассчитали пищевую ценность ингредиентов коктейля (на порцию). (см. Приложение 6)

1. Перетираем в однородную массу ржаные отруби и витамины. Добавляем протеин, овсяное толокно и оливковое масло. (см. Приложение 7)

2. Взбиваем блендером полученную смесь со 150 мл жидкости.

Сравним коктейли: коктейль ED Smart 4.0 EasyFood имеет жидкую консистенцию, без вкраплений, как жидкое тесто для блинов, а самодельный коктейль получился более густой, напоминающий жидкую манную кашу. У готового напитка очень резкий химический запах и вкус черники из-за ароматизатора. Наш коктейль имеет легкий ненавязчивый запах овсянки с чуть сладковатым оттенком. Лично для меня оба напитка выглядели не слишком аппетитно. После приема коктейлей ощущения были практически одинаковыми: появляется чувство наполненности желудка, как после сытного обеда. Однако из-за вкусовых качеств у меня не возникло желания пить такие коктейли в дальнейшем.

Вывод: создать сбалансированную смесь для полноценного питания возможно. Кроме того, ее состав можно менять под разные нужды (спорт или диета). Но такие коктейли не подходят для постоянного питания. Скорее всего, они предназначены для чрезвычайных ситуаций и походов.

В практической части исследования я изучила, как можно получать заменители белковых продуктов из растительного сырья, какая искусственная пища нам уже доступна, а так же насколько ее вкус может соответствовать нашему восприятию.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Вместе с общим прогрессом человечества происходит изменение и развитие науки о питании и пищевых продуктах. Это неизбежно.

2. В будущем может измениться химический состав еды, ее форма. Но пища будущего — это не безвкусные таблетки из химического реактора.

Это еда, которая будет:

- Натуральной по происхождению (клетки, растения, грибы, микроорганизмы, насекомые).

- Умной по производству (биореакторы, вертикальные фермы для увеличения производства растительных продуктов, а также растительного сырья для получения «искусственного мяса», точная ферментация).

- Персонализированной под нужды здоровья человека.

- Этичной и устойчивой по отношению к планете и её обитателям.

Одна из проблем новых продуктами – это сделать их не только полезными и сбалансированными по составу, но, главное, аппетитными и приятными для употребления в пищу.

Таким образом, выдвинутая мною в начале исследовательской работы гипотеза подтвердилась: еда будущего будет отличаться от сегодняшней: она будет синтетической в том смысле, что состоять она будет из многочисленных компонентов - и натуральных, и искусственных (пищевые добавки, витамины, микроэлементы), а также иметь разные более удобные в тех или иных условиях формы.

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ