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舌尖上的科技

 大科技杂志社 2019-11-09

在这个科技发达的年代,传统农业似乎显得有些过时和零碎。面对不断增长的全球人口,如果新技术发展得足够快,也许能够养活嗷嗷待哺的人类。


“向上发展”的农场

罗伯特·科朗吉洛是“绿色意识农场”的CEO,这间农场占地面积2760平方米,是美国最大的室内垂直农场,这里生长着迷你香料、紫苏等植物,研究人员采用水栽培技术,为这些蔬菜供给一定营养丰富的水(营养液),并在蔬菜上方安装专门的LED灯(发光二极管),提供光合作用所需光线。

科朗吉洛与电子巨头飞利浦公司合作,在“绿色意识农场”创造了一个独特的蓝光和红光的光谱环境,由计算机监控,使绿色蔬菜能在最佳光线下进行光合作用。这里有9000多个LED灯,当植物在这种经过特殊调节的LED灯下生长时,它们不用花费能量往上争夺光线来生长,相反它们的叶片会向外密集生长。

同时,科朗吉洛还优化了营养液中的养分浓度,缩短了蔬菜的生长时间。迷你香料的生长时间只需大约12天,嫩叶菜心约为30天,生菜约为35天,在这些新技术控制之下,人们每周可以采摘两次植物。而传统农耕农场的一年中,轮耕作物的次数可能仅为1~2次。

室内垂直农场的出现,或许会彻底改变未来的城市农业。这种农场的种植规模可以很大,但与常规农业相比,占地面积却很小。此外,一年四季里都可以种植作物,由人工控制天气,不受雨水或干旱等外界因素的影响。尤其在有漫长冬季或气候变化剧烈(台风、干旱)的城市,室内垂直农场就显得相当重要。

可以想象一个画面:从外面看,这种所谓的垂直农场与周围的摩天大楼没有什么不同。但是该建筑物的内部,人们正忙着耕种各种蔬菜或采摘新鲜蔬菜。

农场的蔬菜品种和时令不受限制,随时都能够就近为城里的人们供应新鲜、营养的蔬菜,减少了运输过程中的损坏,也大大削减了农业拖拉机和冷藏车的碳足迹,使蔬菜的种植和运输更加环保。

如今,技术专家和有环保意识的企业家已经耗费数亿美元,在全球范围内开展了各种培育室内垂直作物的实验。例如在日本东部,由原索尼半导体工厂改装成的室内垂直农场,一个植物科学家每天就可以收获1万多棵的生菜;在韩国水原市的一座3层高的建筑物里,农业学家也在进行垂直作物试验。在美国新泽西,一位农业教授在高盛集团和其它企业的支持下,将一个废弃钢铁厂变成一个约6410平方米的农场——空气农场,预计每年能够生产多达90万千克左右的粮食。空气农场在2015年冬季时期开始运营,投入使用之后,会超过科朗吉洛的“绿色意识农场”,成为世界最大室内垂直农场。

据联合国预测,到2050年全球人口将达到96亿,其中86%的人将居住在远离传统农场的城市里。人口的激增导致全球的耕地需求也会相应增加,耕地供应却不能无限制增加。在这样的形势下,室内垂直农场的出现,将有助于避免一场迫在眉睫的全球粮食危机,并终将有一天主导未来的农业。


信息技术改变的农业

几个世纪以来,农业一度被认为是单纯的耕作。今天,网络和技术正在改变我们传统的耕作方式。

几年前,美国的多恩·考克斯开始自家农场的自动化,他已经安装了数十个传感器,一些用来测量南瓜地周围的土壤水分,一些用来测量黄瓜地周围的温室气体的温度,还有一些用来记录风速和降雨量等数据。所有的数据都传到他的智能手机上,如果温度太高或等田地土壤的水分不足,他的手机就会收到警报。此外,他还可以派出无人机来调查田地作物的水分、土壤侵蚀和植物健康等情况。这些传感器不但让农场节约了大量的人力成本,还做得更好、更有效率。

不仅考克斯的农场如此,如今的大型农场都已经开始采用带有信息系统的农业工具,比如全球定位系统指导下的拖拉机、无人机、传感器,或利用计算机建立模型,自定义地精确到能够指导每一寸土地如何耕种。农场管理者可以测量土壤酸度、氮肥含量等数据,然后给特定的植物施肥。

2014年美国农业局联合会的一项调查显示,信息技术的引进,使农场的平均成本降低了15%,粮食产量却增加了13%。据统计,大型农场比小型农场的效果更好,比如考克斯的农场,削减了高达70%的劳动力和化肥成本,还使作物产量成倍增加。

考克斯还在考虑引进更多的信息技术。他使用了一个开源的农场管理软件,和其他农场主通过网站共享数据,实时分享作物的信息。未来,他还打算将在农场里使用机器人。

粮食生产设计师

每年,杂货店、餐馆、连锁酒店等行业,要扔掉约1.8亿千克的新鲜土豆,因为它们在运输过程中被擦伤或产生了黑色斑点,而消费者不喜欢“受伤”的土豆。

美国爱达荷州的食品巨头辛普劳公司发明了冷冻薯条和脱水土豆,这是应用转基因技术,花了14多年的时间从自然品种中“精心设计”出来的。从栽培和野生马铃薯中提取新基因,并将它们插入到目标品种的基因中。然后,新基因关闭了宿主(土豆)中会导致擦伤和产生丙烯酰胺的基因的表达能力。这个过程,科学家们称之为“基因沉默”。

跟普通的土豆相比,这些新土豆不仅能防止土豆受伤,还能减少70%的丙烯酰胺(高温烹调的食物产生的物质,可致癌),换句话说,新土豆更健康。新土豆是最新的转基因产品中对消费者利益影响最直接的,因为美国居民的日常饮食离不开土豆制品,据2012年的统计,美国消费者每年每人吃掉约23千克的土豆。

2015年的夏天,辛普劳公司的新土豆已经开始出现在餐厅中,但是一些大的土豆买家,如麦当劳并没有购买这些新土豆,可能是担心消费者对新食品(转基因)的反应。因为转基因食品目前在世界范围内确实还存在争议,就美国而言,根据美国佩尤研究中心2015年的调查,虽然88%的科学家声称食用转基因作物是安全的,但只有37%的公众同意这一看法。

另外一个原因是,尽管人们在日常生活中也有食用麦当劳、肯德基等快餐食品,或许非常喜欢炸薯条薯片,但有些人可能不太清楚丙烯酰胺这种物质以及它可能引发的问题,这也可能是消费者不太欣赏新土豆的原因之一。


水箱里的新海洋

海鲜是食物重要的组成部分,尤其是沿海城市人们,餐餐顿顿似乎都少不了海鲜,据统计,美国人一年大约吃掉180万吨的海鲜。如此巨大的消费量,已使大约90%的世界渔业已将处于完全开发或过度开发的状态,海洋每天都在“死亡”,海洋生物种群面临前所未有的压力。

如果仍要保持现有的海鲜消费量,世界必须在未来的15年内,生产“额外”的4000万吨的养殖海鲜,才能缓解海洋渔业危机。那么,这“额外”的海鲜从哪里生产呢?也许将海洋移到内陆,我们的海鲜才不会断顿,后者可能是提高海鲜产量最可持续的方式。

其实内陆的淡水养殖水产早已存在,但值得注意的是,并不是所有的水产养殖场都符合食品健康安全的规定,尤其是中国,关于养殖海鲜产品的问题层出不穷,很多人不知道自己所吃的鱼、虾和贝类来自何处,水体污染以及抗生素的滥用是最令人头疼的问题。

美国印第安纳州的卡拉尼娜·布朗,有一个家庭经营的非传统式内陆虾场,为我们展示了一种更便宜的、可持续的、更透明的方法。

在布朗家的虾场,室内培养的太平洋白虾生长在大型循环的塑料水箱中,塑料水箱靠细菌来消耗废物。水箱的基本结构上是带有空气泵的“游泳池”,使细菌能保持在悬浮液中,这个系统基于美国德克萨斯农工大学的一项研究,经由布朗和家人的改良而成。这个闭环系统是一项低科技,却很令人惊奇和实用。

该塑料水箱不需要过滤器就可以保持水的清洁,清洁的水则免除了昂贵的抗生素,实现了健康安全的想法。由于这项技术,未来美国印第安纳州可能成为世界的虾之都。

但布朗家的水产养殖方法有一个缺点:要经常给太平洋白虾投喂其它的海产物,这些海产物通过挖掘或其他潜在破坏性的方法从海洋中收获而来的。但好消息是,科学家们开发了一种改变天然摄食方式,基于素食的鱼饲料,这可能对布朗家有帮助。而布朗已经开始着手饲养龙虾、牡蛎和鲫鱼等,使海鲜品种更多元化。

拓展阅读

按钮式晚餐

几十年来,科幻小说中有各种各样的超能力机器,对于吃货来说,最为着迷的应该就是轻轻按下按钮就能制造出食物的机器。虽然现实版的3D食物打印机没有达到科幻影片《星际迷航》的水平,但我们可以利用它来做一些简单的食物。

那么,什么是3D食物打印机?它是一个可以把食物“打印”出来的机器。它使用的不是墨盒,而是把食物的材料和配料预先放入容器内,再输入食谱,烹制程序会由它去做,输出来的不是一张又一张的文件,而是真正可以吃下肚的食物。

以下是一些新产品,以及它们的味道从何而来。

Foodini自然机器:

打印面食、饼干和汉堡。然而,牛肉等原料必须事先调味好,送入机器打印,然后分别煮熟。预计下一款模型能更好地进行烹饪。

打印复杂的甜点,像五彩糖果和婚礼装饰用的甜点。ChefJet Pro使用糖粉来打印糖果,口味诸多,如巧克力、香草、薄荷糖和西瓜等。

3D水果打印机:

打印出来的“定制的水果”具有自然的形状、纹理和味道。比如它将调味液滴到钙盐中,形成凝胶状的簇状水果形,如桑葚的模样。

没有“食物”的食物

我们现在依赖的食物在未来可能都会过时。因为传统食物需要花费大量的时间和精力去购买、去准备,可能有时它会使营养不均衡(我们往往只吃自己喜欢的食物)。

在未来,我们可以“喝”饭菜了,颠覆传统饮食概念的“食物”——以不同蛋白饮料来补充营养,既提高效率,又节省资金。下面我们来看看几款未来的新概念食物。

Soylent:这是2013年推出的一种相当简便的精力汤饮料,约400毫升一瓶,每瓶含有400卡路里,由旧金山的电子工程师莱因哈特发明的。这种新型食物主要由大豆蛋白和海藻油组成,其脂肪含量低,吃起来的质地类似于我们日常喝的牛奶。对于普通成年人来说,每天喝上六七瓶这样的饮料,就可以保证每日所需的能量了。

Ambronite:被认为是Soylent的有机替代品,成分包括:燕麦、米糠和亚麻籽。你也许可以在午餐时间的会议或周末在家忙着打游戏时食用,即时快速补充能量。每袋Ambronite有500卡路里,含有30克蛋白质和13种不同的维生素和纤维。

DIY Soylent:是指没有申请专利的Soylent,也就是自制的。很多“饮食黑客”决定把自己自创的版本,贴在一个专门网站(diy.soylent.com)里。但不是每一种精力饮料都适合所有人,因此网站会根据个人的年龄、性别、体重、日常活动,以及是否要减少或保持体重等等因素,提供定制的餐饮记录。例如,“单身汉”(Bachelor Chow)这种食品,只有10种成分,每天提供约2000卡路里的热量。


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