Урожай под защитой: семь технологий будущего

Читать в полной версии

До 40% урожая в Северной Америке не доходит до потребителя. В России в 2025 году из-за климатических сложностей уровень потерь может составить до 25%. Новые технологии помогают решить эту проблему и меняют сельское хозяйство, делая его эффективнее и экологичнее.

Динамическая контролируемая атмосфера

Динамическая контролируемая атмосфера (DCA) — это одна из самых передовых технологий для длительного хранения фруктов, особенно яблок и груш. Она представляет собой усовершенствованную версию стандартного хранения в контролируемой атмосфере (CA), в рамках которой состав воздуха в камерах хранения искусственно изменяется.

DCA-технология выводит такое хранение на новый уровень, доводя содержание кислорода до экстремально низких, почти анаэробных (этот термин описывает процессы, которые проходят без кислорода) значений — для некоторых сортов яблок он достигает показателей 0,2–0,4%. Это позволяет максимально замедлить «дыхание» плодов и процессы их старения. Фрукты фактически вводятся в состояние «глубокой спячки».

Ключевое отличие DCA от стандартной CA — это обратная связь. Системы DCA постоянно отслеживают физиологическую реакцию плодов на стресс от недостатка кислорода. Специальные сенсоры измеряют уровень флуоресценции хлорофилла (показатель фотосинтетического преобразования энергии) или концентрацию этанола, которые являются индикаторами того, что плод находится на грани брожения. Как только датчики фиксируют пороговые значения, система автоматически немного повышает уровень кислорода, не давая продукту испортиться.

В результате применения DCA-технологии срок хранения яблок может увеличиваться на несколько месяцев по сравнению с обычными методами. Это позволяет поставлять на рынок свежие и хрустящие фрукты практически круглый год, значительно снижая потери и повышая рентабельность для производителей. Кроме того, экстремально низкий уровень кислорода помогает бороться с некоторыми физиологическими болезнями плодов и их деформацией, например с ожогами и потемнением мякоти, что также сохраняет их товарный вид.

«Умные» хранилища с IoT-сенсорами

Интернет вещей (IoT) улучшает хранение сыпучих культур, таких как зерно, кукуруза и соя. Традиционные склады превращаются в «умные» системы благодаря сети беспроводных датчиков, которые размещаются непосредственно в массе зерна. Эти сенсоры в режиме реального времени отслеживают ключевые параметры: температуру, влажность и уровень углекислого газа. Данные передаются на центральную платформу, где анализируются с помощью специального программного обеспечения.

Проблема традиционного хранения заключается в том, что порча зерна начинается незаметно, в глубине насыпи. Повышение температуры и влажности в одной точке создает идеальные условия для развития плесени, грибков и насекомых-вредителей. Когда проблему замечают, значительная часть урожая уже может быть безвозвратно утеряна. IoT-сенсоры позволяют выявить такие места на ранней стадии. Как только система обнаруживает отклонение от нормы, она отправляет оператору оповещение и может автоматически активировать системы вентиляции, чтобы охладить и просушить проблемный участок, предотвращая распространение порчи.

Такой подход не только минимизирует потери, но и оптимизирует энергопотребление. Вместо того чтобы постоянно вентилировать всю массу зерна «вслепую», система включает аэрацию только тогда, когда это действительно необходимо, и только в той зоне, где это требуется. Это значительно экономит электричество.

Герметичное хранение

Этот метод является настоящим прорывом, особенно для малых и средних фермерских хозяйств в развивающихся странах. Технология основана на принципе «удушения». Урожай (чаще всего зерно или бобовые) помещается в специальные многослойные, сверхпрочные и полностью герметичные мешки или контейнеры.

Через некоторое время уровень кислорода падает до критически низкой отметки, при которой насекомые-вредители на всех стадиях развития (от яйца до взрослой особи) погибают. Так создается неблагоприятная для жизни среда, которая естественным образом консервирует урожай без использования каких-либо химических пестицидов. Одним из самых известных примеров являются мешки PICS, разработанные в Университете Пердью в США.

У герметичного хранения есть несколько преимуществ. Во-первых, это экологически чистый метод, который исключает необходимость в инсектицидах (препараты для уничтожения насекомых), что делает конечный продукт более безопасным для потребителя и окружающей среды. Во-вторых, он чрезвычайно эффективен — потери от вредителей при правильном использовании технологии стремятся к нулю. В-третьих, он позволяет фермерам хранить свой урожай дольше и продавать его не сразу после сбора, когда цены на рынке самые низкие, а выжидать более выгодных условий и тем самым повышать доход.

Съедобные защитные покрытия

На фрукт или овощ наносят невидимую «вторую кожу», которая значительно продлевает срок его хранения. Именно так работают съедобные покрытия. Их создают из натуральных растительных компонентов (например, липидов и полисахаридов, извлеченных из кожуры, семян и мякоти растений) и наносят на поверхность свежих продуктов в виде спрея или через окунание.

После высыхания покрытие образует тончайший безвкусный и безопасный барьер. Он выполняет две главные функции. Во-первых, он замедляет потерю влаги, предотвращая увядание и сморщивание продукта. Во-вторых, он ограничивает доступ кислорода к поверхности плода, что замедляет процессы окисления и созревания.

Применение таких покрытий позволяет удвоить, а в некоторых случаях и утроить срок годности авокадо, цитрусовых, огурцов и других скоропортящихся продуктов. Это дает огромные преимущества для всей цепочки поставок: от фермера до конечного потребителя. Розничные сети получают возможность сократить списания просроченной продукции, а покупатели — приносить домой более свежие фрукты и овощи, которые дольше хранятся. Технология также способствует сокращению использования пластиковой упаковки, так как покрытые продукты практически не нуждаются в индивидуальной защитной пленке.

Обработка холодной плазмой

Холодная плазма, которую часто называют четвертым состоянием вещества, представляет собой ионизированный газ, состоящий из ионов, электронов, свободных радикалов и УФ-фотонов. При контакте с поверхностью продукта (или с водой, которая затем используется для его мытья) эти активные частицы оказывают мощное антимикробное действие, уничтожая бактерии, вирусы, споры плесени и грибки.

Температура холодной плазмы близка к комнатной. Благодаря этому ее можно применять для обработки термочувствительных свежих продуктов (ягоды, листовая зелень и фрукты), не повреждая текстуру, вкус и питательные свойства.

Исследования показывают, что обработка холодной плазмой способна не только обеззараживать поверхность урожая, но и замедлять некоторые биохимические процессы, такие как выработка этилена — этот газ ускоряет созревание. Таким образом, технология может одновременно повышать безопасность продукта и продлевать срок его хранения.

Вакуумное хранение

Это метод, при котором продукты помещаются в камеры с сильно пониженным атмосферным давлением, близким к вакууму. Этот подход работает по тому же принципу, что и высокогорные условия: чем ниже давление, тем меньше кислорода в воздухе.

В условиях низкого давления летучие соединения, выделяемые самим продуктом, активно удаляются из его тканей и окружающей атмосферы. Самое важное из этих соединений — этилен, растительный гормон, который запускает и ускоряет процессы созревания и старения. Эффективное удаление этилена из камеры и непосредственно из самого плода позволяет остановить созревание на очень длительный срок.

Этот метод особенно эффективен для нежных и скоропортящихся продуктов, таких как цветы, грибы, тропические фрукты и листовая зелень. Он позволяет сохранить не только свежесть, но и питательную ценность, так как скорость деградации витаминов также замедляется.

Генное редактирование

Этот подход принципиально отличается от остальных: вместо того, чтобы изменять условия хранения, он меняет сам продукт. С помощью современных технологий генного редактирования ученые могут точечно «отключать» или изменять гены, ответственные за быстрое созревание и порчу. Это позволяет создавать новые сорта овощей и фруктов с врожденным увеличенным сроком хранения.

Одним из самых известных примеров является работа с томатами. Ученые определили гены, которые контролируют выработку этилена и размягчение клеточных стенок плода. Через их редактирование удалось создать сорта, которые созревают на лозе до полного вкуса и аромата, но после сбора остаются твердыми и свежими в течение нескольких недель, а не дней.

Другой яркий пример — не темнеющие на срезе яблоки и картофель. Ученым удалось предотвратить реакцию окисления через «отключение» гена, ответственного за выработку фермента полифенолоксидаза, из-за которой мякоть продукта приобретает коричневый цвет на воздухе. Это не только улучшает внешний вид, но и снижает пищевые отходы, так как потребители и предприятия реже выбрасывают такие продукты. Хотя применение ГМ-технологий в пищевой промышленности все еще вызывает общественные дискуссии, потенциал генного редактирования для создания более устойчивых к хранению сортов огромен.