Workshop o potravinové budoucnosti Bude mít lidstvo i v budoucnosti dostatek potravin? Ovládají mikroorganismy naše životy? Jak je to s chemií a potravinami? To byla některá ze zajímavých témat, o nichž se 8. 11. 2016 diskutovalo v Ústavu chemických procesů. Program: Prof. Ing. František Kaštánek, DrSc. Zajištění potravinové bezpečnosti pro budoucí dekády Jídlo, počasí a nemoci jsou fenomény, které doprovázejí vývoj lidstva od nepaměti. Na rozdíl od třeba kvantové mechaniky, molekulární biologie, rozpínání vesmíru a podobných specialit, jsou tyto základní fenomény populací uchopitelné, ale současně též manipulovatelné. Kolikrát jsme již četli, že ta a ta potravina je nevhodná, někdy až fatálně, pro lidské zdraví, aby se za čas takový názor zcela změnil, kolik rozporných zpráv slyšíme o klimatických změnách a uhlíkové stopě. Jsou tyto zprávy skutečně vědecky ověřené? Není to jen byznys? Takových otázek si můžeme položit řadu. Pokud jde o problematiku potravin pro budoucnost i zajištění potravinové bezpečnosti je to obzvláště přitažlivé téma, protože živočišný organizmus je založen na metabolizmu a potravinu musí konzumovat. Dva fakty jsou reálné: populace globálně stoupá a Země má konstantní povrch pevniny a moří. Tam je třeba nalézt prostor, kde těžíme a budeme těžit potraviny, respektive všechny vstupní suroviny po jejich výrobu. Pro budoucnost musíme udržitelně exploatovat moře a udržet kvalitu ploch, kde vyrábíme rostlinnou a živočišnou potravu, resp. je rozšiřovat. Zdá se, že takový potenciál pro budoucnost existuje. Kategorický imperativ je především udržení kvantity a kvality orné půdy, která bude vždy hrát stěžejní roli. Výzkum pak doloží, co bude optimální na orné půdě pěstovat a na ostatní využitelné půdě chovat. Zdá se, že základní proteinová dieta, založená na živočišném chovu a polní kultivaci fotosyntetizujících rostlinách, zejména cereálií, bude nosným pilířem potravin v budoucnosti, přičemž se na základě výzkumu mohou chovat variantní typy masného dobytka, nad masem
převáží konzumace ryb z intenzivních chovů a různé odrůdy rostlinné produkce odolné vůči možným klimatickým změnám. Bude již určitě seriózně zodpovězena problematika GMO a změněny dietní návyky, na základě skutečných vědeckých výsledků. Je pravděpodobné, že bude vyřešena problematika umělého pěstování živočišných proteinů v reálných nákladech. Namísto obtížně předpověditelných cílů a úvah, které můžeme jen s velkou dávkou odvahy extrapolovat po budoucí dekády, můžeme ale operovat se skromnějšími cíli, které nejsou nesplnitelné, budou vědecky podložené a povedou jednodušeji k zajištění potravinové bezpečnosti, přinejmenším v rozvinutých zemích: Pokusit se o soběstačnost v bezpečném zásobování obyvatelstva včetně radikálního omezení ztrát Chránit půdu a důsledně vést dobrými zákony podepřený boj proti neurvalým praktikám developerů Zavést neformální výchovu obyvatelstva ke skromnosti, střídmosti a ohleduplnosti k přírodě Zvážit reálnou potřebu biosložek pro motorová paliva simultánně se snižováním spotřeby fosilních paliv Orientovat výzkum budoucích potravin s ohledem na možné klimatické změny, zejména v oblasti cereálií a zajištění proteinů To vše může, ale nemusí být reálné například v případě geopolitických změn. Nicméně, konstantním požadavkem zřejmě zůstane potřeba udržení kvality, event. rozšíření orné půdy a zde je prostor pro cílený vědecký výzkum. V přednášce budou stručně naznačeny trendy vývoje populace a zajištění potravinové bezpečnosti včetně zmínění možného vývoje budoucí potravinové skladby. Ing. Kamila Vávrová, Ph.D. Analýza potenciálu biomasy v ČR s respektováním potravinové bezpečnosti Biomasa jako domácí zdroj energie hraje důležitou roli nejen pro využití obnovitelných zdrojů energie, ale může také přispět k zajištění místních energetických potřeb v případě krizových situací způsobených selháním dodávky klasických energetických zdrojů. Příspěvek se věnuje identifikaci dostupného potenciálu biomasy při respektování potřeb zajištění potravinové bezpečnosti, reálných logistických vazeb a svozových vzdáleností a možné produkci biomasy v dané oblasti. Pro stanovení potenciálu biomasy na zemědělské půdě z energetických plodin cíleně pěstovaných a ze zbytkové biomasy z konvenčních plodin bude prezentována metodika založená na využití GIS modelu, která je založena na prostorové analýze s využitím primárních informací o půdních a klimatických charakteristikách jednotlivých pozemků evidovaných v systému LPIS ( bottom-up approach ). Model umožňuje stanovení potenciálu biomasy pro definovaná území (např. kraje) či pro celou ČR. Model v prostředí GIS umožňuje prostorovou analýzu jak potenciálu biomasy, tak i rozložení jednotlivých druhů vybraných perspektivních energetických plodin na daném území. Výnosy biomasy jak z energetických plodin, tak i z
konvenčních plodin se odvozují od podmínek jednotlivých stanovišť/pozemků (půdní a klimatické podmínky, sklonitost terénu). Alokace energetických plodin na analyzovaném území vychází z rozlohy zemědělské půdy předpokládané pro energetické plodiny a z maximalizace výnosu biomasy z energetických plodin (využívá se informace o výnosnosti jednotlivých druhů energetických plodin z tzv. rajonizace, kdy podle klimatických, půdních a reliéfních podmínek je danému stanovišti přiřazen konkrétní výnos dané energetické plodiny). Rajonizace vybraných druhů energetických plodin (plantáže RRD, porosty lesknice rákosovité, ozdobnice, šťovík) vychází z experimentálních dat z polních pokusů. Při rajonizaci je dané kombinací stanovištních podmínek (ze systému BPEJ, resp. HPKJ) přiřazen očekávaný výnos biomasy. Prof. Ing. Kateřina Demnerová, CSc. Mikroorganismy v potravinách nekonečný příběh První mikroorganismy bakterie, se objevily na Zemi před téměř 4 miliony lety a dá se předpokládat, že tady budou i další milióny let, i když ne nutně s naší asistencí. Sama historie poznání těchto mikroskopických organismů se mohla začít rozvíjet až po vynalezení prvního, byť i velmi primitivního, mikroskopu (17 stol.). Největšího rozvoje dosáhla tato věda v 19. století, kdy se na scéně objevili takoví velikáni jako Louis Pasteur a Robert Koch. V minulém století přišly na řadu další objevy, které určily pak směr a vývoj nejen mikrobiologie, ale i dalších věd z oblasti biochemických a molekulárně biologických věd. V dnešní době už se ví, že mikroorganismy nejsou jenom kolem nás, ale také v našem těle, a to ve značném množství. Zdá se, že ovládají celý náš život. Z hlediska jejich působení na člověka je můžeme obecně rozdělit na pozitivní a negativní, které svou činností znehodnocují potraviny nebo působí různá závažná či méně závažná onemocnění. A těm posledně jmenovaným se budeme v dnešní presentaci věnovat. Ing. Olga Šolcová, DSc. Chemie a potraviny jak to jde dohromady V současné době se často setkáváme s titulky jako Potraviny bez chemie, Chemie v potravinách tichá hrozba, nicméně se často zapomíná, že teprve rozvoj chemie, zvláště v 19. století například pomohl významně snížit dříve běžné otravy z jídla. V té době také vzniká celý obor Biotechnologie, bez kterého si moderní zpracovatelské postupy ani nedovedeme představit. Biorafinanční procesy jsou v moderní společnosti založeny na chemické, biologické a termické přeměně přírodních materiálů z odpadů rostlinného a živočišného původu ze zemědělské výroby i potravinářského průmyslu či řas na žádané produkty, pokud možno s vysokou přidanou hodnotou. Mezi tyto procesy spadá například izolace cenných látek jako je glukosamin, chondroitin a hyaluronová kyselina z hydrolyzátů chrupavek i dalších živočišných odpadů. Dále zpracování odpadního peří kuřat chemickou nebo enzymatickou hydrolýzou umožňující separaci aminokyselin nebo jeho recyklaci ve formě hnojiva či přídavku do krmných směsí. Mezi slibné biotechnologie patří enzymatická transesterifikace olejů a tuků pro výrobu biodieselu pomocí
imobilizovaných lipáz, která je ověřena na směsném slunečnico-řepkovém oleji, odpadním fritovacím oleji i odpadním vepřovém sádle. Jako velmi perspektivní se jeví zpracování rostlinné biomasy, ze které jsou nejprve získávány cenné látky využitelné jak v potravinářství, tak i ve farmacii, či v kosmetice jako jsou flavonoidy, fenolické glykosidy, terpenoidy, alkaloidy, steroidy a polynenasycené mastné kyseliny s protizánětlivým, antimikrobiálním, antifungálním i antikarcenogenním účinkem, přičemž odpadní rostlinná biomasy se využije pro výrobu energeticky cenných pelet, na kterých si můžeme třeba uvařit oběd. Příkladem může být nově navržená technologie na využití inulinu z topinamburu přinášející možnosti přípravy řady dietně příznivých produktů např. potravinových doplňků či sirupů pro diabetiky. Nesmí být opominuty biorafinační procesy postavené na využití a zpracování mikrořas pro jejichž pěstování je možno využít odpadní oxid uhličitý. Řasy obsahují řadu biotechnologicky perspektivních a dietologicky významných látek (mastných kyselin nasycených i nenasycených, přírodních barviv jako chlorofylů, karotenoidů především beta-karotenu, fykocyaninu, fykoerythrinů či alofykoerythrinu, polysacharidů a proteinů). Tyto příklady jasně dokazují, že vazba mezi chemií a potravinami je pevná a dlouhodobá a díky ní se i v budoucnu můžeme těšit na nové, ekologicky šetrné postupy v potravinářství, které nám na talíři přinesou mnohé kulinářské zážitky. Prof. Ing. Jiří Hanika, DrSc. Máte rádi kuřata? Kuřecí prsíčka, křidélka či stehýnka jsou pro mnoho lidí vítanou pochoutkou. Svědčí o tom skutečnost, že v tuzemských drůbežárnách se ročně vyprodukuje přes 100 milionů jatečních kuřat. Tyto potraviny nejsou ovšem jedinými výstupními produktovými proudy drůbežáren. Obtížným odpadem v drůbežárnách jsou kuřecí peří obsahující keratin a chrupavky s vysokým obsahem kolagenu. Likvidace těchto materiálů se v současné době řeší anaerobní fermentací na bioplyn. Jiné způsoby likvidace těchto odpadů pomocí spalování nebo kompostování jsou problematické, neboť tento odpad špatně hoří a při kompostování se velice pomalu rozkládá. Cílem vyvíjené technologie je tlaková hydrolýza při zvýšené teplotě za přítomnosti oxidu uhličitého, který zajišťuje nezbytné kyselé prostředí pro zdárný průběh reakce a je snadno oddělitelný z reakční směsi po provedení hydrolýzy. Hydrolytické rozštěpení peptidové vazby v bílkovinné struktuře keratinu peří resp. kolagenu chrupavek (želatiny) rezultuje na směs ceněných nutričních aminokyselin ve výhodném a téměř identickém poměru jako je jejich zastoupení ve výchozím keratinu či kolagenu. Vzniklý hydrolyzát peří (keratinu) lze snadno uplatnit jako nutriční a antistresovou komponentu do zálivek rostlin, čímž se dosáhne žádoucí recyklace biogenních prvků do zemědělského procesu. Kolagen, želatina, resp. aminokyseliny z kuřecích chrupavek mají samozřejmě medicínský význam jednak pro výživu kloubů, neboť dodávají nezbytné aminokyseliny pro regeneraci chrupavek v pohybovém aparátu organismu, a dále také v dermatologii pro krémy podporující výživu pokožky. Ing. Petr Kaštánek, Ph.D. Řasové biotechnologie pro potravinářství
Mikrořasy jsou perspektivní zdroj biomasy, která představuje cennou surovinu pro biorafinační postupy, jimiž je možno připravit širokou škálu bioproduktů proteinů, polynenasycených mastných kyselin Omega-3 typu, polysacharidů, karotenů a dalších bioaktivních látek s vysokou přidanou hodnotou, využitelných zejména v potravinářském, krmivářském, kosmetickém a farmaceutickém průmyslu. Chlorela, coby hlavní kandidát na biorafinaci řas, se již po desetiletí používá jako potravinářský doplněk s prokazatelnými přínosy pro zdraví. Je to nejen vlivem obsahu karotenoidů či proteinů, ale také díky širokému spektru dalších bioaktivních látek této prehistorické vodní rostliny, která žije na zemi již více než dva a půl miliardy let. Prospěšné účinky se během let staly hitem a díky rostoucí informovanosti tomuto módnímu trendu stále stoupá poptávka a také spotřeba chlorely a rozšiřují se její aplikace na další výrobky a obory. Chlorela se takto řadí mezi funkční tzv. super potraviny a poptávka směřuje na kvalitnější zdroje produkce, jakož i jednotlivé izolované komponenty, které chlorelu tvoří, při současném zlevnění výrobních nákladů. Pro výrazné rozšíření chlorely i dalších mikrořas mezi potravinové zdroje blízké budoucnosti je nezbytné vytvořit nové inovace v sektoru tzv. blue biotechnology a demonstrovat technickou a ekonomickou proveditelnost ekologicky udržitelné velkoobjemové produkce řasové biomasy pro bio-rafinerie s nízkým dopadem na životní prostředí. RNDr. Jaromír Lukavský, CSc. Extrémofilní řasy a sinice pro potravinové doplňky První pokusy o masovou kultivaci mikroskopických řas, přesněji rozsivek byly v Německu během II. sv. války s cílem produkovat oleje jako maziva pro armádu. Po válce pak se propagovala idea řas jako zdroje laciné a kvalitní potravy a krmiv v masovém měřítku. Nyní se ale ukazuje, že řasy a sinice mohou být spíše producenty speciálních látek a tudíž se uplatňují spíše jako přídavky do potravin a krmiv. Nejvíce se pěstuje Arthrospira (Spirulina) cca. 2 000 t sušiny/ročně, dále pak Chlorella, Dunaliella, Haematococcus, celkem se napěstuje ročně cca. 4 000 t sušiny mikroskopických sinic a řas. Pokud ale hodláme z řas a sinic získávat speciální látky je nutno hledat nové producenty, ne každá řasa produkuje všechno. Proto je významný tzv. bioprospekting. Perspektivní jsou extrémofilní sinice a řasy protože u nich lze očekávat speciální metabolismy a produkty. Např. sněžné řasy produkují karotenoidy (ochrana proti uv záření), afp (anti freeze proteins) a enzymy opravující poškozenou DNA. Prvé komerční produkty pro dermatologii a kosmetiku byly patentovány a jsou na trhu. V Třeboni máme sbírku cca. 50 ti kmenů sněžných řas a první už testujeme, např. Bracteacoccus bullatus. V patentovém řízení máme již řasu Monoraphidium sp, izolát z Antarktidy, ten je zajímavý vysokým obsahem kys. hexadekatetraenové (17%) a kys stearidonové (až 27% z FA, kterých je 30% v biomase). Navíc má teplotní optimum jen 12 o C a světelné 10 µmol.m -2.s -1 (= cca. 1 % plného Slunce) a proto nám dobře vyrostla v prosinci v nevytápěném skleníku na tenkovrstevné plošině. Opačné teplotní podmínky obývají termofilní organismy. Ty jsou zajímavé např. enzymy, které dokáží pracovat při vysokých teplotách. Zde jsme otestovali sinici Arthronema africanum, izolát z Kuweitu, z louže na mořském břehu, kde rostla v horké mořské vodě mezi zrnky písku a soli. Ukázalo se ale, že je spíše halotolerantní a termotolerantní (optimum má při 36 o C, ale přežije až 47 o C), nicméně zaujala vysokým obsahem fykobiliproteinů (až 30% v biomase). Ty jsou velmi ceněným potravinářským a kosmetickým modrým barvivem. Dobře roste na tenkovrstevné plošině s odstředivým čerpadlem, ačkoli je vláknitá a měla by tudíž jít filtrovat. Také termofilů máme menší sbírku a postupně je testujeme. Z atomové elektrárny Temelín jsme izolovali řasu Trachydiscus minutus, kmen, který má až 40% olejů v biomase, z nich je 26% kys. myristová a 42% EPA. Máme jej patentován a byl
testován úspěšně jako přídavek do krmení kuřat. Tato řasa navíc dobře roste na umělém světle u bioplynové stanice, která může dodávat živiny z fugátu a CO 2 z agregátu na výrobu elektřiny, čili recykluje odpady z živočišné výroby. Extrémofilní řasy a sinice jsou tedy docela perspektivním polem pro další biotechnologický výzkum. MUDr. Magdalena Zimová, CSc. Prevence vzniku potravinového odpadu Plýtvání potravinami je nejen pro Evropu značný problém. Odhaduje se, že ročně se v EU vyplýtvá asi 100 milionů tun potravin. Potraviny se ztrácejí nebo se jimi plýtvá během celého potravinového řetězce: v zemědělství, při zpracování a výrobě, v obchodech, v restauracích a pochopitelně v domácnostech. Kromě dopadů na hospodářství a životní prostředí není plýtvání potravinami nezanedbatelné ani ze sociálního hlediska. V září 2015 přijalo Valné shromáždění Organizace spojených národů cíle udržitelného rozvoje pro rok 2030, včetně cíle o polovinu snížit množství potravinového odpadu na obyvatele na úrovni maloobchodu a spotřebitelů a omezit ztráty potravin ve výrobním a dodavatelském řetězci. EU a její členské státy jsou odhodlány tento cíl splnit. Evropská komise přijala v roce 2015 nový ambiciózní balíček týkající se oběhového hospodářství v Evropě. Navržená opatření mají přispět k uzavření životního cyklu výrobků prostřednictvím větší míry recyklace a opětovného využívání a prospějí životnímu prostředí i ekonomice. Nový legislativní návrh o odpadech vyzývá členské státy, aby ve všech fázích potravinového řetězce omezily plýtvání potravinami a jeho míru zaznamenávaly v zájmu snazšího sledování dosaženého pokroku ze strany všech aktérů. Komise vyjasní právní předpisy EU o odpadech, potravinách a krmivech, aby bylo možné bezpečné a poživatelné potraviny snáze poskytovat lidem v nouzi, a v bezpečných případech i využívat zmetkové potraviny jako surovinu pro výrobu krmiv. Česká republika si také v rámci Plánu Odpadového Hospodářství pro rok 2015-2024 a v Plánu prevence vzniku odpadu stanovila řadu opatření týkající se odpadů z potravin s cílem vytvořit podmínky pro postupné snižování těchto odpadů na všech úrovních potravinového cyklu. Prof. Ivo Šafařík, PhD., DSc. Magnetické materiály pro biorafinaci potravinářských odpadů Magnetické materiály a částice, vzhledem k jejich snadné separaci pomocí magnetického pole, mohou významně usnadnit řadu procesů využívaných v průběhu biorafinace potravinářských a zemědělských odpadů. Magnetické materiály mohou být použity pro isolaci cílových produktů (např. enzymy, lektiny, enzymové inhibitory atd.) z komplexních vstupních surovin, jako nosiče pro imobilizaci enzymů a celých buněk (využití pro biokatalytické procesy) a jako magnetické kyselé nebo zásadité katalyzátory. Vybrané odpadní materiály (např. sláma, citrusové slupky, použitá káva a čajové lístky, mláto, pivovarské kvasinky apod.) mohou být po magnetické modifikaci využity jako adsorbenty pro zachycení vybraných kontaminant životního prostředí, jako jsou nejrůznější organické látky, ionty těžkých kovů a radionuklidy.
Fotogalerie