Александр Артеменко - Удивительный мир органической химии

Расскажем немного о бумаге — важнейшем элементе человеческой культуры, основе просвещения и воспитания человека. Бумага — материальная основа всего, что создается человеческим разумом. Бумага и культура народа идут рядом.

Интересна история бумаги. Она была получена Цай Лунем во II в. в Китае. Долгое время эта страна была единственным производителем бумаги. Только в VI в. бумага смогла проникнуть в Центральную Азию. В VII в. бумага стала известна в Индии, а в VIII в. — в Западной Азии. До Африканского континента бумага добралась в X в., а в Европе объявилась в XII в. Американского континента бумага достигла только в XVII в.

Первой страной в Европе, которая занялась производством бумаги, была Испания (1150г.), а уже через четыре года ее стала производить Италия. Затем с производством бумаги начали знакомиться другие страны Европы: Венгрия (1300 г.), Германия (1390 г.), Англия (1494 г.), Россия (1565 г.), Голландия (1586 г.), Швеция (1698 г.). Кстати, о России. Следует отметить, что Россия закупала бумагу гораздо раньше, чем начала производить сама. Так, один из документов подтверждает покупку бумаги еще в 1299 г. Если же верить рукописной библии, написанной в 1280 г., то бумага на Руси появилась еще раньше.

Заканчивая наш короткий рассказ об углеводах, мы должны подчеркнуть, что углеводы — это не только глюкоза и фруктоза, крахмал и целлюлоза, бумага и различные изделия из целлюлозы. Углеводы — это вещества, составляющие большую часть органической массы на Земле, которые в огромных количествах синтезируются ежегодно за счет солнечного излучения. Углеводы могут обеспечить человечество всем необходимым до тех пор, пока светит солнце.

Итак, в пище человека, не считая воды, должны содержаться белки, жиры и углеводы. Необходимы также витамины и минеральные соли. Все эти компоненты очень важны, так как выполняют различную функцию в организме человека. Жиры и углеводы, как известно, обеспечивают организм человека энергией, а белки являются «строительным» материалом.

Если жиры и углеводы, как источники энергии, «сгорают» в организме, теряя при этом свою индивидуальность, то белки являются единственными «поставщиками» азота для организма. Созданные из аминокислотных остатков, белки распадаются в пищевом тракте на аминокислоты — структурные «кирпичики» для создания собственных белков организма. Поэтому человек и животные должны постоянно получать белки с пищей. Но если белки в организме распадаются на аминокислоты, из которых снова синтезируются белки, то нельзя ли питаться не белками, а аминокислотами? Ведь составить питательный рацион из необходимых аминокислот не так уж и трудно!

Но не все так просто. Полученная нами смесь аминокислот невкусна, неаппетитна. Мы не привыкли к такой пище. Поэтому необходимые аминокислоты мы получаем в основном с мясной пищей. Однако тут возникает другая проблема: где же брать белки животного происхождения? «Как где? — удивитесь вы. — Ведь для этого существует животноводство».

Но, как известно, такой путь получения белка очень долгий и малопродуктивный (если его пересчитать на выход аминокислот). Для этого необходимо годами растить животных, откармливая их растительными белками. Приведем такой пример. Теленок весом 300 кг при хорошем корме дает привес в сутки около 300 г. Происходит это потому, что теленок использует всего лишь 8% съеденной пищи для производства белка. Все же остальное — потери на движение, на испарение, на непереваренные стебли, листья, на несъедобные копыта, рога, шкуру...

Так выгодно ли получать белок таким образом? Не совсем.

Теперь вернемся к нашей идее — использовать в питании непосредственно аминокислоты. Но тут опять возникает проблема: как получать эти кислоты? Сегодня мы знаем, что для этого есть две возможности — органический синтез и микробиологический процесс. При химическом способе получения обычно используют предельные или непредельные углеводороды, которые содержатся в нефти. Если эти углеводороды ввести в реакцию с аммиаком, то можно получить аминокислоты. Второй же путь — микробиологический синтез белка — наиболее перспективен. Поэтому расскажем о нем подробнее.

Есть, оказывается, такие организмы, которые способны производить белок гораздо эффективнее, чем животные. Это — микроорганизмы, имеющие белковую плазму (бактерии, водоросли). Они способны размножаться с огромной скоростью. Одни из них поглощают в качестве корма отходы сахарного производства (мелассу), другие способны развиваться на обычных углеводородах. Так, известны микробы, которые «пожирают» метан или другие алканы, содержащиеся в нефти. При этом 500 кг микроорганизмов могут дать ежедневно почти 1000 кг белка! В качестве «корма» обычно используют тяжелые фракции нефти с добавлением калийных, азотных и фосфорных удобрений. Добавляют и микроэлементы. Образующийся «нефтяной» белок по аминокислотному составу очень сходен с обычным животным белком. В его состав входят даже витамины группы В. В то же время себестоимость такого белка почти в 10 раз ниже, чем белков мяса. Работы по изучению «нефтяного» белка начались еще в 1963 г. в Институте «ВНИИсинтезбелок». Полученный таким способом белок с успехом идет на корм домашних животных. Его может использовать в своей пище и человек. Но для этого белку необходимо придать соответствующий вкус, запах и привычный вид. Такой белок необходимо также очистить от избытка нуклеиновых кислот, которыми микроорганизмы гораздо богаче, чем ткани животных.

Существует еще одна возможность получения белковых продуктов. Она состоит в прямой переработке белка природного происхождения (чаще — растительного) в разнообразные продукты — молочные и мясные. Источником пищевого белка могут служить семена масличных, бобовых и зерновых культур, биомасса трав, дрожжей, а также отходы пищевой и мясо-молочной промышленности. При этом очень важно, чтобы биологическая ценность белка была максимально высокой. Для этого пищевые белки смешивают в таком сочетании, чтобы аминокислотный состав смеси отвечал составу идеального белка. Таким «сочетанием» мы занимаемся неосознанно каждый день. Например, готовя бутерброд, мы на хлеб кладем ломтик сыра или колбасы. При этом уверены, что делается это для вкуса. Однако если разобраться, то мы в пищу добавляем лизин и треонин (аминокислоты) с помощью сыра. В некоторых странах лизин добавляют даже в тесто при выпечке хлеба. Такой хлеб дают на школьных завтраках. Ведь растущий организм особенно чувствителен к сбалансированной пище. Конечно, такие продукты можно делать только в промышленных условиях. Кроме того, растительный белок нуждается в переработке в привычные для человека продукты: синтетические крупяные и макаронные изделия, волокнообразные продукты при приготовлении мясных блюд, студнеобразные капельки зернистой икры... Поэтому химикам, биологам и физикам предстоит в этом отношении большая работа. Но они уже сейчас знают, как построены волокнистые и студнеобразные структуры, и уверенно работают над созданием из пищевого белка волокнистой структуры мяса, тонковолокнистой — рыбы, полужидкой с тонкой оболочкой структуры икры и т. д. Например, много лет тому назад в Институте элементорганических соединений Академии наук СССР под руководством академика Александра Николаевича Несмеянова (1899-1980) была создана искусственная икра, отведав которую дегустаторы не смогли отличить от натуральной. Более того, они перепутали ее с натуральной!