Azoto fiksacijaAzoto fiksacija yra gamtinis procesas, kurio metu mikroorganizmai paverčia nereaktyvų azotą neorganiniais azoto junginiais, kurie savo ruožtu, pirmieji patenka į mitybos grandinę kaip organiniai junginiai, tokie kaip baltymai ir augalai. Dirvos azotas, ypač nitratai, reikalingas derliui padidinti. Daugelis pramoninių procesų buvo sukurti gaminti azotines trąšas, tarp jų geriausiai žinomas Haber-Bosch amoniako sintezės metodas. Kjeldalis 1956 m. parengė metodą azotui nustatyti organiniuose junginiuose, kuris plačiai naudojamas dirvos balansui pasiekti.

Haberio-Bosh procesasDevynioliktojo amžiaus pabaigoje nepakankamas maisto kiekis greitai didėjant gyventojų skaičiui pradėjo kelti didelį susirūpinimą. Azoto kiekis dirvoje seko ir nebuvo žinoma, kaip apsirūpinti trąšomis pramoniniu būdu Azoto kiekis dirvožemyje buvo išnaudotas ir pramonės indėlis azoto trąšų gamybai buvo neišspręstas. Kai kurie mokslininkai perspėjo apie gręsiantį badą. Todėl iškilo uždavinys gaminti azoto junginius panaudojant ore esantį azotą. Klausimą išsprendė vokiečių mokslininkas Fritz Haberis 1908 m., kuris ado amoniako sintezę pasinaudodamas turimomis fizikos ir chemijos žiniomis. Sintezė vyksta naudojant geležies katalizatorių aukštame slėgyje ir temperatūroje. Carl Bosch, BASF (Badische Anilin- & Soda-Fabrik) chemikas komercializavo procesą ir 1913 m. prasidėjo pirmoji trąšų pramoninė gamyba. Šis pramoninis procesas leido padidinti žemės ūkio produktyvumą ir žmonių populiaciją 20 amžiuje.

TrąšosNuo 1913 m. gaminamos sintetinės trąšos ženkliai padidino javų derlių. Vėliau buvo tobulinama cheminių trašų gamyba: nuo 1930 m. gaminamos granuliuotos trąšos, 1965 m. pradėta gaminti trąšų suspenzija. Nuo 1970 m. naujas granuliavimas leidžia trąšų mišinius parengti buitinėmis sąlygomis.Naujausios inovacijos pramoninėje trąšų gamyboje susijusios su jų inkapsuliavimu, dėl to trąšos patenka į dirvą palaipsniui ir apsaugo aplinką nuo per didelės trąšų koncentracijos.

Žalioji revoliucija ir hibridiniai augalaiHibridiniai augalai buvo sukurti apie 1870 m. siekiant perkelti vienų augalų pageidaujamus bruožus kitiems ir padidinti maisto kokybę ir produktyvumą. Organinė chemija padeda nustatyti reikiamas augalų savybes, jos perkeliamos į hibridinius augalus, kurie maksimaliai įsisavina azotą. Šie pasiekimai vadinami „Žaliąja revoliucija", kuri prasidėjo Meksikoje 1943 m., kai ji pirmoji pradėjo užsiauginti reikiamą kviečių kiekį. Jau 1964 m. dauguma Azijos gyventojų turėjo pakankamai maisto iš hibridinių augalų panaudojant dirvožemio maistingas medžiagas. Dabar fermeriai naudoja naujus hibridinius augalus, tokius kaip kukurūzai ir bulvės, kurių lapai ir stiebai išskiria pesticidus.

Fritz Haberis

IV. TECHNOLOGIJŲ PASIEKIMAI MAISTO PRAMONĖJE IR ŽEMĖS ŪKYJE

Šaknų gumbeliai

Azoto ciklas

IV.1. Trąšos ir dirvožemio maistingosios medžiagos

Bordeaux metodas ir fungicidaiPrancūzų botanikas Pierre M. A. MillardetIn 1882 m. panaudojo vario sulfato ir kalkių vandens tirpalų mišinį (Bordo mišinį) efektyviai kovai su miltlige Prancūzijos vynuogynuose. Bordo mišinys dabar naudojamas ir prieš įvairius grybelius, kurie yra javų kenkėjai. Tai buvo plataus fungicidų panaudojimo pradžia javams apsaugoti. Chemikai kūrė naujus fungicidus − 1934 m. pradėtas naudoti ditiokarbamatas ir 1996 m. strobilurino grupės fungicidai.

DDT ir pesticidaiPesticidai apsaugo žemės ūkio kultūras nuo vabzdžių ir grybelių. Paul Mueller 1939 m. pasiūlė nebrangų insekticidą DDT (dichlor-difeniltrichloretaną) kovai su kolorado vabalais ir kitais vabzdžiais. DDT ir panašūs pesticidai kovai su kenkėjais buvo naudojami daugiau nei dvidešimt metų. Tačiau apie 1960 m. paaiškėjo, kad šis pesticidas kenkia aplinkai ir kaupiasi žmogaus organizme, be to, kenkėjai tampa jam atsparūs. Buvo pradėta ieškoti naujų pesticidų ir DDT nustota naudoti. Dabar naudojami efektyvūs pesticidai, kurie yra ekonomiškesni, saugesni ir mažiau kenksmingi aplinkai.

Galvijų apsaugaGalvijų ligos gydomos vakcinacija ar medikamentais prisidėjo tiekiant maisto kiekį ir\ kokybę. Louis Pasteras 1881 m. sėkmingai ištobulino galvijų vakcinavimą padidinant imunitetą prieš juodligės sukėlėjus. 1981 m. prieš parazitinis preparatas Ivermektinas buvo pradėtas naudoti kovai su įvairiais kirminais, erkėmis ir kitais vidiniais galvijų parazitais. Dabar vykdomi tyrimai siekiant užkirsti kelią kempinligei (jaučio spongiforminei encefalopatijai (BSE), kurią, manoma, sukelia proteinai gyvulių pašaruose, juose slepiasi infekcija.

Fermų mechanizacija Kartu su naujomis ir efektyviomis agrochemijos technologijoms (trąšos, pesticidai) per pastarąjį šimtmetį vystėsi ir fermų mechanizacija. Tai ženkliai padidino fermų efektyvumą ir produktyvumą. Dyzelinį traktorių amerikiečių išradėjas Benjamin Holt išrado 1904 m. Plačiai naudojami šiuolaikiniai traktoriai, kultivatoriai, pjautuvai, irigacinės mašinos, kompiuterinės technologijos, tarp jų pasaulinė vietos nustatymo sistema. Chemijos indėlis svarus kuriant naujas kuro rūšis, struktūrines medžiagas (metalų lydinius ir pažangius plastikus), padangas, elektroniką.

IV. TECHNOLOGIJŲ PASIEKIMAI MAISTO PRAMONĖJE IR ŽEMĖS ŪKYJE

Suplonėję kiaušinių lukštai

nuo DDT

Louis Pasteur

Šiuolaikinis kombainas

Traktorius, kurį išrado Holt

DDT naudotas kovai su maliarija

IV.2. Javų apsauga ir kova su kenkėjais

Sacharinas ir saldikliaiSintetiniai saldikliai sukurti panaudojant cheminius metodus kaip alternatyva cukrui sergantiems diabetu sumažinant cukraus vartojimą. John F. Quenny pradėjo gaminti sintetinį saldiklį sachariną 1901 m. 1967 m. pradėtas gaminti kukurūzų fruktozės sirupas panaudojant užpatentuotą fermentą, padidinantį kukurūzų fruktozės saldumą nuo 14% iki 42%. Jis greitai tapo daugumos vaisvandenių saldikliu. Aspartamas pradėtas pardavinėti 1985 m. JAV, šis mažai kaloringas saldiklis buvo sukurtas 1955 m. kaip galimas vaistas opaligei gydyti.

Vitaminų priedaiMaisto biocheminiai tyrimai patobulino mitybą pasiūlant priemones nepakankamam ir nekokybiškam maitinimuisi dėl vitaminų stokos. Chemijos indėlis svarbus atrandant pirmąjį vitaminą. Vitaminas A (beta-katotenas) buvo išskirtas 1913 m. iš sviesto ir kiaušinių trynio ier yra ypaą svarbi maistinė medžiaga regėjimui ir epitelio apsaugai. Jo cheminė struktūra buvo nustatyta 1931 m. ir pirmą kartą susintezuotas 1947 m. Vengrų biochemikas Albert Szent-Györgyi išskyrė heksurono (askorbo) rūgštį iš antinksčių liaukų 1928 m. Ji yra vitaminas C. 2001 m. genetiškai modifikuoti „auksiniai ryžiai" gamina pro-vitaminą A ir Azijoje padeda kovoti su aklumu ir kitomis ligomis.

Saugojimas ir gamybaMaisto chemijos pradžia laikomas devynioliktas amžius, kuomet vokiečių chemikas Justus Liebig pirmasis gavo mėsos ekstraktą. Pažangios saugojimo ir gamybos technologijos leido perdirbti maistą. Maisto chemija įgalino sukurti naujus procesus, šios technologijos pailgina maisto galiojimo laiką, įskaitant džiovinimą šaltyje (liofilizacija) (1906), užšaldytus produktus (1920) ir prieš virimą užšaldytą maistą (1939), gaminant koncentratus iš skysčių (1946).

Maisto sauga ir testavimasŽemės ūkio produktai ar maisto gaminiai gali būti užteršti ir pakenkti žmogaus sveikatai. Užteršti galima gaminant, tiekiant ar laikant maistą. Cheminiai metodai leidžia greitai nustatyti mikrobinį ir epidemiologinį maisto užterštumą ir naudojami užtikrinti maisto saugą. Sveikatos sutrikimai dėl paplitusių maisto patogenų sumažėjo 20% nuo 1997 m. iki 1999 m. JAV.

IV. TECHNOLOGIJŲ PASIEKIMAI MAISTO PRAMONĖJE IR ŽEMĖS ŪKYJE

Senovinė Liebigo mėsos ekstrakto afiša

IV.3. Maisto apdorojimas, tvarkymas ir sauga

Maisto pakuotėsMaisto pakavimui naudojami plastikai, metalas, stiklas ir keramika leidžia išsaugoti maistą gaminant, transportuojant, parduodant. Ralph Wiley 1930 m. iš vinilideno chlorido ir vinilchlorido pagamino polivinilideno polimerą. Buityje naudojama plėvelė pradėta naudoti 1953 m. apsaugoti maistą nuo deguonies, drėgmės, kvapų ir kitų aplinkos veiksnių nepalankiomis sąlygomis. Vėliau pradėtos naudoti aliuminio skardinės maistui ir gėrimams (1960s), ir perdirbamos taros PET (polietileno tereftalatas) pakuotės (1970s).

Šaldytuvai ir chlorofluorangliavandeniliaiŠaldytuvai nuo pat naudojimo buityje pradžios 1918 m. pagerino šviežio maisto laikymą ir transportavimą. 1920 m. pradžioje šaldytuvai kurį laiką prarado populiarumą, kai buvo nustatyta, kad šaldiklis sieros dioksidas yra toksiškas. Problemą išsprendė Freon 12, chlorofluorangliavandenilis (žymimas CFC, formulė CCl2F2), kurį šaldymo agentu pasiūlė naudoti Thomas Midgley ir Charles Kettering 1931 m. Šaldytuvai greitai tapo įprastiniai buityje, restoranuose, bakalėjos parduotuvėse. Freoną nustota naudoti, kadangi jis patekęs į atmosferą ardo ozono sluoksnį.

Mikrobangų krosnelėBuitinė įranga 20 amžiuje pakeitė kasdienį maisto ruošimą. Viena iš tokių inovacijų buvo mikrobangų krosnelė. Percy L. Spencer 1945 m. kelis kartus buvo netoli veikiančio radaro Rayteone, kai jo kišenėje buvęs saldainis pradėjo lydytis. Susižavėjęs jis pakartojo šį patyrimą su kukurūzų spragėsiais ir taip buvo sukurta mikrobangų krosnelė. Radarange krosnelė debiutavo viruvėse vėliau tą dešimtmetį. Ir šiandien II pasaulinio karo tipo mikrobangų siųstuvas, vadinamas magnetronu, yra šio plačiai naudojamo įrenginio pagrindinė dalis.

Švarus vanduoChemijos metodai įgalina tiekti švarų vandenį, kuriame nėra bakterijų, virusų ir kitų pavojingų teršalų. Panaudotos inovacijos leidžia pašalinti blogą skonį ir kvapą naudojant anglį, kiti priedai minkština vandenį, pašalina sunkiuosius metalus. Modernios technologijos naudojamos vandens apdorojimui ir tiekimui. Chloras naudojamas vandens dezinfekcijai nuo 1910 m., o buitiniai balikliai įdiegti 1913 m. Chloruoti dezinfekantai išlieka puikus metodas virtuvėje ir kitose maisto apdorojimo įrangose pašalinant maistinės kilmės ligų sukėlėjus.

IV. TECHNOLOGIJŲ PASIEKIMAI MAISTO PRAMONĖJE IR ŽEMĖS ŪKYJE

Ledo dėžė (1890) ir šiuolaikinis šaldytuvas

Hipochloro rūgšties molekulė

IV.4. Miasto saugojimas