Fixação do nitrogênioA fixação de nitrogênio é um processo natural essencial, no qual microorganismos convertem o nitrogênio gasoso, de baixa reatividade, em compostos inorgânicos nitrogenados, que por sua vez entram na cadeia nutricional como compostos orgânicos nitrogenados, como proteínas em plantas. A quantidade de nitrogênio no solo, especialmente na forma de nitratos, é normalmente insuficiente para a produção intensivas de culturas. Muitos processos comerciais foram desenvolvidos para produzir fertilizantes nitrogenados, incluindo o conhecido método de Haber-Bosch para síntese de amônia. A obtenção de um solo quimicamente equilibrado foi também obtida em 1956 com o desenvolvimento do método de Kjeldahl para analisar automaticamente a quantidade de nitrogênio em compostos orgânicos.

O processo Haber-BoshNo final do século XIX, a escassez de alimentos para uma população mundial em expansão trouxe preocupações crescentes. O teor de nitrogênio dos solos agrícolas tinha sido esgotado e a questão da produção industrial de adubos permanecia em aberto. Alguns cientistas preveram que haveria fome no mundo inteiro. Portanto, a produção de compostos nitrogenados utilizando o nitrogênio no ar era uma tarefa urgente. A solução veio em 1908, da Alemanha, onde Fritz Haber descobriu os princípios da síntese da amônia, utilizando todos os recursos físicos e químicos disponíveis na época. A síntese ocorre no catalisador de ferro sob alta pressão e temperatura. Carl Bosch, um químico da BASF (Badische Anilin- und Soda-Fabrik) comercializou o processo, estabelecendo a primeira e mais moderna produção industrial em 1913. Este processo industrial permitiu a expansão da produção agrícola e do crescimento populacional no século XX.

Avanços em fertilizantes químicosAdubos sintéticos teem sido produzidos comercialmente desde 1913, contribuindo dramaticamente para um aumento no rendimento da produção agrícola. Inovações na produção básica de adubos químicos foram feitas desde então, incluindo a comercialização, em 1930, dos adubos granulados e a introdução, em 1965, e da suspensão de adubos no mercado americano. Na década de 1970, a técnica de granulação foi ainda mais refinada introduzindo fertilizantes para uso caseiro. As inovações comerciais mais recentes incluem adubos encapsulados com liberação gradual, que evitam a sobre-fertilização indesejável para meio-ambientalmente .

A Revolução verde e plantas híbridasDesde a década de 1870, plantas híbridas teem sido criadas com o fim de manter as características desejáveis e aumentar a produção e a qualidade de alimentos. A química orgânica identifica as qualidades desejáveis das plantas, usa essa informação para produzir híbridos, e maximiza a absorção de nitrogênio com adubos químicos. Esses avanços levaram à ‘revolução verde’, a qual começou quando o México se tornou pela primeira vez auto-suficiente na produção de trigo em 1943. Em 1964, grande parte da população da Ásia estava sendo alimentada através com novas plantas híbridas e novos nutrientes químicos do solo. Os agricultores americanos agora estão abraçando os novos tipos de plantas híbridas, como milho e batatas, que secretam um pesticida nas suas folhas e caules.

Fritz Haber

IV. AVANÇOS TECNOLÓGICOS EM ALIMENTAÇÃO E AGRICULTURA

Nódulos de raiz

O ciclo do nitrogênio

IV.1. Fertilizantes (ou Adubos) e Nutrientes do Solo

O método bordeaux e fungicidasEm 1882, o botânico francês Pierre M. A. Millardet usou uma mistura de sulfato de cobre (II) e cal hidratada dissolvidos em água (mistura de Bordeaux ou calda bordalesa) para combater eficazmente a criação de fungos em vinhas francesas. A mistura de Bordeaux é tambem usada para controlar uma série de fungos que atacam outras culturas. Isso também marcou o primeiro uso de fungicidas em larga escala e revolucionou a proteção química de culturas. As inovações químicas em fungicidas agrícolas continuaram com a introdução dos fungicidas ditiocarbamatos em 1934 e strobilurina em 1996.

DDT e pesticidasOs pesticidas protegem as culturas agrícolas de danos causados por fungos, insetos e a concorrência com outras plantas. Em 1939, Paul Mueller desenvolveu o insecticida de baixo custo DDT (Dicloro-Difenil-Tricloroetano) para controlar o besouro-da-batata (Leptinotarsa decemlineata), um inseto coleópteros, e outros insectos. Por mais de vinte anos, o DDT e pesticidas semelhantes controlaram pragas em cultivares bem como doenças transmitidas por insectos. Na década de 1960, preocupações com danos ambientais e a acumulação de DDT no corpo humano, combinado com a crescente resistência em por parte das pragas conduziram ao desenvolvimento de novos pesticidas e ao declínio do DDT. Atualmente, pesticidas de baixa dosagem fornecem mais economia para os agricultores, adicionado segurança aos trabalhadores e ao meio-ambiente.

Proteção de animaisO tratamento de doenças em animais, tanto por vacinação como por medicação, aumentou a qualidade e quantidade da oferta de alimentos. Em 1881, Louis Pasteur aperfeiçoou as técnicas para vacinar animais para induzir a imunidade contra o organismo causandor do antraz. Em 1981, o antiparasitário ivermectina foi introduzido para combater uma vasta gama de ácaros, vermes e outros parasitas internos que afetam a saúde animal. Atualmente, pesquisas tentam evitar a encefalopatia espongiforme bovina, vulgarmente conhecida como ‘doença da vaca louca’ ou BSE (do acrônimo inglês bovine spongiform encephalopathy) que se acredita ser causada por proteínas na alimentação animal, que abrigam o agente infeccioso.

Mecanização agrícola A química e a mecanização agrícolas desenvolveram-se ao longo do século passado juntamente com a necessidade de tecnologias eficientes para aplicação de produtos químicos agrícolas (adubos, pesticidas) e água. Eles aumentaram de forma significante a eficiência e a produtividade das fazendas. O trator diesel foi desenvolvido pelo inventor americano Benjamin Holt, em 1904. Atualmente, tratores, cultivadores e ceifadorores mecânicos, máquinas de irrigação, tecnologia de computador e GPS todos devem à inovações químicas, tais como combustíveis petroquímicos, materiais estruturais (ligas metálicas e plásticos avançados), tecnologia de pneus e computação eletrônica.

IV. AVANÇOS TECNOLÓGICOS EM ALIMENTAÇÃO E AGRICULTURA

Ovos com cascas mais

finas causadas por DDT

Louis Pasteur

Debulhadora Moderna

O trator de esteira desenvolvido pela

Holt

DDT na luta contra a malária

IV.2. Proteção de Cultivos e Manejo de Pragas

Sacarina e edulcorantesEdulcorantes artificiais criados usando química ajudam tanto diabéticos como possoas sob dietas especias a controlar a ingestão de açúcar. Em 1901, John F. Quenny fabricou o edulcorante artificial sacarina. O ano de 1967 marcou o início da fabricação do xarope de milho rico em frutose. O aumento nesse teor de frutose, de 14% para 42%, foi obtido com o uso de uma enzima patenteada. Rapidamente, esse xarope de milho se tornou o adoçante principal em muitas bebidas não-alcoólicas. O aspartame foi vendido pela primeira vez nos Estados Unidos em 1985; esse edulcorante intenso de baixa caloria, comercializado com as marcas NutraSweet e Equal, foi desenvolvido em 1955 como uma possível droga contra a úlcera.

Suplementos vitamínicosO entendimento da bioquímica de alimentos revolucionou a nutrição, oferecendo soluções para deficiências dietéticos e desnutrição causadas por falta de vitaminas. A química fez grandes avanços neste campo, tal como a primeira vitamina a ser descoberta. A vitamina A (betacaroteno) foi isolada em 1913 da manteiga e gema de ovos e é um nutriente essencial para a visão e a protecção do tecido epitelial. Sua estrutura química foi determinou em 1931 e foi inicialmente sintetizado em 1947. O bioquímico húngaro Albert Szent-Györgyi isolou o ácido hexuronico (ácido ascórbico) da Glândula supra-renal em 1928. Esse ácido é agora conhecido como vitamina C. Em 2001, o ‘arroz dourado’ (golden rice), que é geneticamente modificado para produzir pro-vitamina A chega à Ásia, para combater a cegueira e outras doenças de deficiência nutritivas.

Avanços na preservação e fabricaçãoO início da química de alimentos ocorreu em meados do século XIX quando o alemão Justus Liebig preparou extrato de carne pela primeira vez. Avanços nas técnicas de preservação e fabricação permitiram-nos criar alimentos processados. Como a química de alimentos abasteceu práticas industriais, foram desenvolvidos muitos outros alimentos processados. Novas tecnologias também estendem a vida de prateleira de alimentos, incluindo secagem a frio (liofilização) (1906), congelamento profundo de alimentos (1920), congelamento de alimentos pre-cozidos (1939) e o preparo de concentrados líquidos (1946).

Segurança alimentar e controle de qualidadeQualquer produto agrícola bruto ou alimentos enlatados podem se tornar contaminados e afectar negativamente a saúde humana. A contaminação pode ocorrer durante a preparação, cozedura, armazenamento our quando servida. Avanços químicos que aumentam a segurança alimentar incluem métodos de teste rápido que permitem a detecção de contaminantes alimentares microbianos e o controle de epidemias alimentares. Doenças causadas pelos agentes patogênicos alimentares mais comuns foram reduzidas de 20 % entre 1997 e 1999 nos Estados Unidos.

IV. AVANÇOS TECNOLÓGICOS EM ALIMENTAÇÃO E AGRICULTURA

Um antigo cartaz da compania de carnes Liebig

IV.3. Processamento, Manipulação e Segurança de Alimentos

Embalagem de alimentosA embalagem de alimentos com tecnologias à base de plástico, metal, vidro e cerâmica ajudam a preservar alimentos durante a venda, o transporte e a preparação. Ralph Wiley inventou o polímero industrial Saran na década de 1930 e os filmes para embalagem à base de Saran foram introduzidos em 1953 para fornecer uma excelente barreira para oxigênio, umidade, aroma e produtos químicos sob condições extremas de humidade e temperatura. Os filmes à base de Saran consistem de um copolímero de cloreto de vinilideno e cloreto de vinila. Outras inovações incluem a utilização de latas de alumínio para alimentos e bebidas (década de 1960) e de PET (politereftalato de etileno) como containers recicláveis para embalagens em substituição ao vidro e alumínio (1970).

Gases refrigerantes e clorofluorocarbonosDesde que ele foi introduzida para uso doméstico, em 1918, a refrigeração mudou o conceito de preservação de alimentos, fornecendo a capacidade de transportar e armazenar alimentos frescos com segurança. No início da década de 1920, refrigeradores se tornaram impopulares devido à ação toxica do dióxido de enxofre usado com gás de refrigeração. A solução foi o Freon 12, um composto clorofluorocarboneto (também conhecido como CFC, CCl2F2) usado como gás refrigerante por Thomas Midgley e Charles Kettering, em 1931. Refrigeradores rapidamente logo se tornaram padrão em lares, restaurantes e supermercados. O uso do Freon agora está sendo descontinuado devido do seu papel na destruição da camada de ozono da Terra.

Fornos de microondas O aparelhos eletrodomésticos no século XX diminuíram muito o trabalho quotidiano de preparação de alimentos. Uma dessas inovações ajudada pelos avanços químicos foi o forno de microondas. Em 1945, Percy l. Spencer estava trabalhando com um transmissor de radar na Raytheon quando uma barra de doce no seu bolso começou a derreter. Fascinado, ele reproduziu esta experiência com pipoca e o forno de microondas nasceu. Seu “Radarange” (literalmente, “forno de radar”) estreou em cozinhas industriais mais tarde naquela década. Atualmente, os transmissores de microondas do tempo da 2a Guerra Mundial, chamados magnetrões, ainda formam o cerne deste aparelho popular.

Água limpaAvanços em química garantiram o abastecimento de água seguro e isento de bactérias, vírus e outros contaminantes nocivos. Inovações incluem o uso carbono para remover o mau gosto e odor, outros ingredientes para suavizar a água e remover metais pesados e a tecnologia moderna para o tratamento de água, fornecimento e distribuição. Desinfecção à base de cloro em sistemas de tratamento de água estava em uso em 1910 e o alvejante doméstico foi introduzido em 1913. Desinfetantes baseados em cloro continuam a ser um excelente método de proteção contra doenças alimentares em cozinhas e instalações de processamento de alimentos.

IV. AVANÇOS TECNOLÓGICOS EM ALIMENTAÇÃO E AGRICULTURA

Caixa de gêlo (1890) e um refrigerator moderno

Molécula de ácido hipocloroso

IV.4. Armazenagem de Alimentos