看看冰箱和垃圾箱:我们在加强注射后使用的创可贴可以用我们最喜欢的水果的尖皮制成,而我们通常丢弃的意大利面香草茎可以发酵成手感更柔软的消毒剂。
由于食物维持着所有形式的生命,食品科学和医学之间存在基本但未被充分认识的重叠。
除了公认的“食为药”或“药食通源”的中医概念外,食品科技还有其他多种用途,也适用于临床医学检验和治疗。
如果这些材料来自我们每天吃的食物,那么它们在其他意义上会被我们的身体接受和兼容也是有道理的。
可以重新注入医疗行业的副产品或食品生产副产品的有趣例子包括甘蔗和大豆的剩余果肉、香料抽屉中的香草、咖啡渣和啤酒糟- 制造啤酒或美禄粉的剩余材料。
对它们进行升级再造并将它们用作制造口罩和消毒剂的材料,可以避免这些有用且营养丰富的物品被添加到我们的垃圾填埋场,使它们在我们的日常生活中获得第二或第三次生命——甚至改善它们。
用于医疗和临床目的的食品技术的出现再合适不过了。持续的 Covid-19 大流行暴露了医疗材料的两个方面:医疗用品(手套)浪费的增加和防护材料(口罩)功能的改进。
这在很大程度上反映了当前由石油化工行业(手套和口罩)制成的医疗材料的性质,这意味着它们不可生物降解,并且它们的不正确处置会加剧全球废物问题。
另一个看似无关的环境污染源来自食品加工业。在全球范围内,2019 年价值 11 万亿美元(14.8 万亿新元)的食品加工业产生了大量具有高再利用价值的植物纸浆和废物。
我们熟悉的一些例子可能包括豆腐制作中的大豆残渣,以及美禄或啤酒制作中的大麦酒糟。这些通常作为废物处理。
仅新加坡一年就生产了 23,000 吨后者。通过焚化炉和垃圾填埋场处理和处理食物垃圾,反过来会产生更高的碳足迹。
为了减少全球食物浪费和全球碳足迹,已经开发了食品技术创新来回收营养并将固体残留物转化为可用材料。这些创新出人意料地连接了环境污染的两个来源:食品加工副产品和医疗材料。
这是一个例子。
在当前的 Covid-19 大流行期间,新加坡的所有家庭都收到了可重复使用的抗菌口罩。
然而,我们中可能没有多少人知道它的抗菌特性来自新加坡南洋理工大学食品科学与技术项目开发的腰果加工升级改造。
当地超市的表面消毒剂和消毒剂中也加入了同样的抗菌化合物。
这就是从虾壳发酵中开发出壳聚糖保鲜膜的团队。
这些例子说明了食品科学和技术创新在升级回收食物垃圾方面的巨大潜力,不仅可以减少浪费,还可以为我们的日常生活生产高价值材料。
一些这样的材料很可能是天然的“生物材料”,它们传统上是被设计成与生物组织或系统相互作用以用于治疗或诊断目的的物质。同样的天然生物材料也将与我们的身体系统具有天然的生物相容性,这样它们就不会引起患者的不良免疫或毒性反应。
临床应用需要生物材料具有生物相容性以及经过认证的医疗级,以最大限度地减少免疫排斥和感染风险。
对于临床生物材料应用,天然物质具有优于合成石油基或无机材料(玻璃、陶瓷、金属)的固有优势,例如整体更高的生物相容性。
各种形式的食品由所有不同的现有物质(碳水化合物、蛋白质和多核苷酸)的某种组合组成,并且根据定义,对于几乎所有临床生物材料应用来说都具有高度的生物相容性。
多糖纤维素和壳聚糖往往占主导地位,其次是纤维蛋白衍生的多肽,如胶原蛋白和明胶。
纤维素在食品中的普遍使用使其作为石化衍生塑料聚合物的替代品具有高度的可行性和经济性,特别是在伤口护理应用中。
壳聚糖的前体甲壳素是地球上第二丰富的生物聚合物,存在于昆虫、真菌、无脊椎动物和鱼类的表面。
植物作物和海产品加工的副流分别是纤维素和壳聚糖的高度未充分利用和高度可持续的来源,它们通常通过基于能量水解的方法提取,然后制成伤口护理和组织支架等。
目前,合成聚合物通常用于伤口护理,但由于其生物相容性和生物降解性低,因此并不理想。
由榴莲壳制成的水凝胶伤口敷料展示了纤维素作为替代品的强度,因为它具有天然的生物相容性、生物降解性和可持续性。
抗生素耐药性正在成为一个重大的全球公共卫生问题。亚太地区优质食品研究所最近的一份报告显示,在密闭环境中饲养的动物始终被喂食低剂量的抗生素,以保持它们的健康并促进体重增加。
预计 2010 年至 2030 年间,畜牧业中抗生素的使用将增长近 70%。
过度使用抗生素会导致抗生素耐药性超级细菌 (AMR) 的出现,而这些细菌已在全球每年造成约 700,000 人死亡。联合国抗菌素耐药性机构间小组估计,到 2050 年,这一数字可能会增加到每年 1000 万。
天然食品抗菌剂,主要是植物来源的抗菌植物化学物质,可能为对抗 AMR 超级细菌提供新策略。与基于食品的生物聚合物类似,食品生产侧流代表了丰富且易于获得的生物资源,可用于开发感兴趣的抗菌植物化学物质。
这些植物化学物质中的大部分已经通过水果和蔬菜中的存在而构成健康人类饮食的一部分,因此通常被认为具有较低的负面副作用风险,这与经典抗生素疗法的缺点相反。
植物抗菌剂通常是通过大规模提取药用或粮食作物生物质来生产的,这会通过森林砍伐、废物产生和碳足迹对环境造成相当不利的影响。
农作物副产品和食品加工副产品通常富含植物化学物质,是非常经济且环保的替代来源。
一种可重复使用的抗菌口罩最近在新加坡商业化,其中口罩织物中的活性抗菌成分来自工业坚果加工废料。
这代表了食品科学与医学之间的转化研究的切实成果,该研究也具有高度的环境可持续性。
尽管在以医学为导向的转化食品科学研究方面完成了大量工作,但仍有重大挑战和障碍需要克服。
有用的天然生物聚合物纤维素和壳聚糖被锁在复杂的植物结构后面,这通常需要苛刻的物理和/或生化处理方法,从这些废弃生物资源中提取在效率和工艺可持续性方面有很大的改进空间。
从食品科学和技术到升级循环食品加工副流的创新正在释放它们的潜力。
除了将回收的营养重新整合到食物链中之外,这些基于植物的侧流中的纤维和植物化学物质开始成为医疗应用的天然和可持续的主流材料。
预计食品技术创新将产生更多超越伤口敷料和抗菌剂的天然医疗材料,这不仅为“食品即药”提供了新的视角,而且还减少了食物垃圾和医疗材料这两个互不相关的来源对环境的污染。