Древесина для… еды

Тема продуктового дефицита всё еще не сходит с повестки дня (даже не смотря на открытие украинских портов для вывоза зерна). Стремительный рост цен на энергоносители сильно ударил по европейским агропродовольственным компаниям, вынудив некоторые из них полностью остановить производство. Помимо этого, ситуация сильно осложняется температурными аномалиями. Совокупность указанных факторов неизбежно ведет к удорожанию еды. И самое печальное, что такая перспектива вырисовывается для развитых стран, давно уже, казалось бы, покончивших с угрозой голода.

Кажется немного странным, что научно-технический прогресс не застраховал человечество от воздействия подобных факторов. И в этой связи нельзя не отметить некоторые «альтернативные» подходы к производству еды, по духу своему соответствующие развитому индустриальному укладу. Сейчас мы не будем ссылаться на такую «мейнстримную» в наши дни тему, как производство искусственного мяса из живых клеток или выращивание насекомых для замены традиционных мясных продуктов. Показательным моментом является то, что уже на заре индустриальной эпохи ученые ломали головы над заводским способом производства органических веществ, пригодных в пищу. Причем, что самое важное, используя для этих целей несъедобное сырье.

Так, в начале позапрошлого века в роли такого сырья выступила древесина. В 1819 году французский химик и натуралист Анри Браконно представил Французской академии наук доклад, в котором излагался способ получения из древесины с помощью серной кислоты растворимых веществ, усваиваемых человеческим организмом. Данная работа была встречена положительно, однако практического осуществления в ту пору не получила. Тем не менее, в течение последующих десятилетий исследователи не раз обращались к идее Браконно. Ими были детально проработаны методы осахаривания древесины. Также была рассмотрена возможность получения спирта путем сбраживания древесных сахаров.

К сожалению, развитие данного направления сильно задерживала дороговизна технологии, что делало такое производство экономически невыгодным. Во многом это было связано с тем, что ученые не могли наладить повторное использование серной кислоты. При однократном же ее использовании овчинка не стоила выделки.

Эта задача была решена в Германии во время Первой мировой войны 1914-1918 годов. Немцы уже в то время пытались получать жидкое топливо на основе угля.  Конструкция аппаратов, использовавшихся в этих целях, подсказала технологическую схему регенерации серной кислоты, участвовавшей в осахаривании древесины. Это изобретение позволило осуществлять данный процесс в промышленных масштабах. Дальнейшая работа ученых и инженеров привела к тому, что древесина стала сырьем, из которого можно было получать сахара либо для откорма скота (и тем самым обеспечивать человека мясной пищей), либо превращать сахара в винный спирт.

Кроме того, путем изменения условий брожения можно было вместо винного спирта получать глицерин, ацетон или же целый ряд других веществ. Например, лимонную кислоту. Опыты, проводившиеся в довоенное время, показали, что если выращивать дрожжи в водном растворе древесного сахара в присутствии азота и фосфора (при энергичном перемешивании раствора воздухом), то мы сможем в больших количествах получать простейшие белки, которые в смеси с тем же древесным сахаром давали очень питательный корм, охотно поедавшийся домашней скотиной.

Ученые того времени, нацеливаясь на «древесную» пищу, исходили из того, что углеводы находятся в числе основных питательных веществ – как для человека, так и для животных. Сюда относятся все виды сахаров, крахмал, клетчатка и т.д. Само название «углеводы» возникло потому, что в чисто химическом смысле эти вещества состоят из углерода и воды. Правда, позже стало известно, что некоторые природные и искусственно полученные углеводы имеют более сложную структуру, в которой имеется несколько иная пропорция углерода и воды, нежели в простейших углеводах. Но это уже детали.

Важным качеством простейших углеводов является их способность непосредственно усваиваться человеческим организмом. Более сложные углеводы непосредственно не усваиваются, для чего наш организм предварительно разлагает их до состояния простейших углеводов.

Однако некоторые сложные углеводы, такие, например, как клетчатка (она же – целлюлоза), наш организм не в состоянии разложить на усваиваемые соединения. Задача технологий осахаривания древесины как раз и заключалась в том, чтобы превратить клетчатку в усваиваемые сахара посредством технологического процесса, называемого гидролизом. Правда, древесина состоит не из одной лишь клетчатки (целлюлозы). В ее состав также входит и лигнин. Целлюлоза и лигнин являются основными материалами, из которых построена древесная ткань. При осахаривании распадается только целлюлоза. В технологических линиях, применявшихся до войны, лигнин извлекался отдельно, промывался, высушивался и шел на производство топливных брикетов.

В свою очередь растворы сахаров, полученных из целлюлозы, избавлялись от кислоты, шедшей на повторное использование. Полученный крепкий сироп направлялся в сушилку, где из него выделялись сахара в виде порошка, содержащего немного воды и остатки кислоты. Дальше происходила дополнительная очистка этого продукта. Этот метод позволял использовать древесину на сто процентов. То есть получалось практически безотходное производство.

В нашей стране этот технологический процесс был хорошо отлажен еще в 1930-е годы. Как утверждали ученые того времени, получаемый с помощью такой технологии древесный сахар по своей питательности равен ржи! Согласно расчетам, из ста килограммов сухой хвойной древесины можно было получить 65 кг кормового сахара, 30 кг лигнина и 4 кг уксусной кислоты. В другом варианте те же 100 кг сухой хвойной древесины давали 55 кг сахара для сбраживания, 30 кг лигнина и 4 кг органических растворителей. В зависимости от метода сбраживания из тех же 100 кг древесины можно было получить на выходе 30 литров чистого спирта, 10 кг глицерина, 50 кг прессованных дрожжей и примерно 5 кг лимонной кислоты. На практике, конечно же, показатели были несколько скромнее, однако ученые рапортовали о том, что в скором времени промышленность приблизится к указанным расчетным показателям.

Поскольку в нашей стране была хорошо налажена лесная промышленность, перспективы производства «древесной» пищи казались головокружительными. В довоенный период площадь лесов в СССР составляла более 900 млн га. Ежегодно заготовлялось примерно 200 млн кубов леса. А учитывая то обстоятельство, что большая часть лесов расположена в северных регионах страны (с централизованной лесопереработкой), ученые ставили вопрос о том, чтобы заняться организацией на севере высокопродуктивного животноводства, опираясь на богатейшие «древесные» кормовые ресурсы.

Смелая идея, к сожалению, не нашла достойного воплощения в жизнь, хотя на уровне теории всё выглядело безупречно. Тем не менее, само стремление получать растворимые сахара из непищевого сырья никуда не делось. Технология, так или иначе, совершенствуется. Например, Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН несколько лет назад продемонстрировал технологию получения биоэтанола из соломы. Понятно, что биоэтанол еще совсем недавно считался более актуальным продуктом, нежели корма для животных. Однако тенденции меняются. Нельзя исключать того, что в скором времени буквально все части злаковых растений (пшеницы, ржи или кукурузы) будут рассматриваться как сырье для производства продуктов питания.

Николай Нестеров