Naitrojeni katika madawa

1. IV. MATUKIO MUHIMU YA TEKNOLOJIA KATIKA CHAKULA NA KILIMO IV.1. Mbolea na Virutubisho vya udongo Naitrojeni katika madawa Utengenezaji wa madawa kwa kutumia naitrojeni ni mpango muhimu sana ambapo bekteria maalum hutumika kuipoza naitrojeni na kuwa dhaifu na kubadilika kuingia katika mfumo wa lishe na kuwa naitrojeni asilia ambayo ni virutubisho muhimu vya protini kwa mimea. Hatua mbali mbali kuu zimepita katika kuiboresha naitrojeni na kutumika kibiashara kuwa mbolea. Miongoni mwa hatua hizo ni pamoja na ile ya Haber-Bosch ya kutengeneza mbolea ya ammonia. Mafanikio makubwa katika kemia ya udongo yalifikiwa mwaka 1956 wakati muundo wa Kjeldahl ulipofahamika ambapo huchunguza kiwango cha naitrojeni katika mchanganyiko asilia. Mfumo-mzunguko wa Naitrojeni Vifundo vya mizizi Mpango wa Haber-Bosh Mnamo mwishoni mwa karne ya 19, uhaba wa usambazaji wa chakula kulisha idadi kubwa ya kasi la ongezeko la watu duniani ulikuwa na mashaka makubwa. Ardhi yenye rutuba kwa uzalishaji wa mazao ya chakula ilikuwa imechoka na mpango wa kutumia mbolea za viwandani bado kutolewa maamuzi. Baadhi ya wanasayansi walitabiri baa la njaa duniani kote. Hatimaye uamuzi ulifikiwa wa kutengeneza mbolea ya asili ya naitrojeni kwa kutumia hewa ya naitrojeni. Hatahivyo, maamuzi rasmi yalifikiwa mwaka 1908 kutoka Ujerumani ambapo Fritz Haber aligundua matumizi ya ammonia katika mbolea ikiwa ni muunganisho wa kemikali kadhaa zilizokuwa zikipatikana wakati huo. Mchanganyisho huo ulianza kwa kutumia vichachamshi vya metali ya chuma (iron catalyst) pamoja na mvuke wa joto kali. Mchanganyo wa BASF (Badische Anilin na Soda-Fabrik) ambapo Mkemia Carl Bosch mnamo mwaka 1913 alifanikisha kwa mara ya kwanza kutengenezwa kwa mbolea hiyo kiwandani. Utengenezwaji wake katika hatua ya viwanda uliweza kutanua shughuli za kilimo kukidhi chakula kutokana na kasi ya ongezeko la watu katika karne ya 20. Fritz Haber Mbolea za kemikali Kuanzia mwaka 1913, mbolea ya kemikali ilianza kutengenezwa kwa lengo la kutumika kibiashara na mara moja iliweza kuinua hali ya kiwango cha uzalishaji wa mazao. Uvumbuzi katika utengenezaji wa mbolea za kemikali umeanza muda mrefu kiasi, kwani mnamo mwaka 1930 mbolea ya chembe ilianza kuuzwa na mwaka 1965 aina nyengine za mbolea ziliingizwa katika soko nchini Marekani. Mnamo mwaka 1970, mbolea za chembechembe zilifanyiwa marekebisho na kugunduliwa mbolea ambazo zinaweza kuchanganywa kikawaida. Hivi karibuni aina nyengine mpya ya mbolea ilivumbuliwa ambayo iko katika vifuko (capsule) ambavyo huwa na muda maalum wa kupasuka hasa katika kipindi ambacho ardhi huwa inahitaji mbolea na pia kutoathiri mazingira. Mapinduzi ya kijani na mimea a kupandishia (chotara) Tokea katika miaka ya 1870, taaluma ya mimea ya kupandishia (hybrid) ilianza ktumika kwa kuunganisha baadhi ya vipande vya miti ya mimea (traits) kwa lengo la kuongeza ubora na wingi wa mazao. Kemia ya mimea hutumika katika kutambua mimea iliyo bora, na kuunganisha na vipande vingine vya mimea iliyo bora na kuongeza naitrojeni pamoja na mbolea. Hatua hii ya mabadiliko makubwa katika kilimo inafahamika kwa jina la ‘Mapinduzi ya Kijani’ (Green Revolution) ambapo Mexico ilikuwa nchi ya kwanza kujitosheleza kwa mtama mnamo mwaka 1943. Mwaka 1964 asilimia kubwa ya wananchi wa bara la Asia walitumia chakula kutoka katika mimea ya kupandishia (chotara) pamoja na virutubisho ardhi vya kemia. Nchini Marekani wakulima sasa wanafurahia aina mpya ya mazao kutoka katika mimea asilia ya kupandishia, kama vile mahindi na mbatata ambazo hutoa dawa za kuulia wadudu katika majani na vigogo vyake.

2. IV. MATUKIO MUHIMU YA TEKNOLOJIA KATIKA CHAKULA NA KILIMO IV.2. Uhifadhi wa Mazao naUdhibiti wa Madawa Njia ya Bordeaux katika kupambana na ukungu (kuvu) Mnamo mwaka 1882, mwanasayansi wa mimea wa Ufaransa Pierre M.A. Millardet alitengeneza dawa ya maji maji yenye mchanganyo wa kopa salfeti (copper sulphate) na ndimu (hydrated lime) kurowekwa ndani ya maji (mchanganyiko wa Bordeaux) ili kupambana na ukungu (kuvu) katika mashamba ya mizabibu nchini Ufaransa. Dawa hiyo ya mchanganyo wa Bordeaux sasa hutumika sana kama ni tiba ya kupambana na ukungu (kuvu) kwa zao hilo. Uvumbuzi wa kikemia wa dawa za mimea iliathirika na kuvu imepiga hatua zaidi kwa kuvumbuliwa dawa iitwayo dithiokabameti (dithiocarbamate) katika mwaka 1934 na strobilurini (strobilurin) katika mwaka 1996. DDT na matumizi yake Dawa ya kuua wadudu waharibifu wa mazao huzuia mazao kuathirika kutokana wadudu na bekteria wanaosababishwa na ukungu (kuvu), wadudu na ushindani wa mimea mingine (virukia). Mnamo mwaka 1939, Paul Muller aligundua dawa ya kuua wadudu isiyokuwa na gharama kubwa iitwayo kwa kifupi DDT (dichlor-diphenyl-trichlorethan) kupambana na wadudu wanaoathiri mashamba ya mbatata pamoja na wadudu wengine waharibifu. DDT na dawa nyengine za kuua wadudu waharibifu wa mazao ziliweza kudhibiti mazao pamoja na magonjwa yanayosababishwa na wadudu katika mimea kwa zaidi ya miaka 20. Katika miaka ya 1960 jamii ilianza kupata wasiwasi juu ya athari za kimazingira na afya ya binaadamu zinazoweza kupatikana kutokana na kuongezeka kwa kiwango kikubwa cha DDT ukichanganya na uwezo wake duni wa kuweza kuuwa wadudu katika mimea ilipelekea kvumbuliwa dawa mpya na kuzuia matumizi ya DDT. Hatua hiyo imepelekea kvumbuliwa dawa isiyokuwa na athari kubwa ya kimazingira na binaadamu, yenye matokeo mazuri kwa wakulima na yenye usalama wa kutosha. DDT katika kupambana na Malaria Vijigamba mfano wa mayai vinayosababishwa na DDT Tiba na Hifadhi ya wanyama Tiba kwa magonjwa ya wanyama, ama kwa sindano au kwa madawa ya kawaida, imeongeza ubora na idadi kubwa ya usambazaji wa chakula duniani. Mnamo mwaka 1881, Louis Pasteur, aligundua utaalamu wa kugudunga sindano wanyama ikiwa ni kinga kwa magonjwa ya kimeta (anthrax) na magonjwa mengine kadhaa ya wanyama. Mnamo mwaka 1981, dawa ya Ivermectin ilivumbuliwa ili kupambana kwa kiasi kikubwa na wadudu waharibifu, minyoo na aina kadhaa ya wadudu wanaosababisha magonjwa kwa wanyama. Hivi sasa utafiti unaendelea katika kutafuta dawa ya kupambana na ugonjwa wa kichaa cha ng’ombe (mad cow disease) ambayo inaaminika kwamba hutokana na maambukizi yanayosababishwa na vyakula vyenye wingi wa protini kwa wanyama hao. Louis Pasteur Vifaa vya Kilimo Kutokana na haja ya kuwa na utaalamu bora katika kilimo, kemikali mbali mbali zikiwemo mbolea na dawa za kuulia wadudu waharibifu wa mimea na mazao, maji, kemia ya kilimo pamoja na vifaa bora vya kilimo kwa pamoja vimeboreshwa tokea karne iliyopita. Kwa kiasi kikubwa sana imeongeza wingi na ubora wa mazao. Matrekta yanayotumia dizeli yameboresha na mvumbuzi wa Kimarekani Benjamin Holt mnamo mwaka 1904. Sasa matrekta, mashine zinazotumika kwa kupandia mbegu mbali mbali za mimea, mashine za kuvunia, mashine za umwagiliaji, teknolojia ya kutumia kompyuta katika kilimo ikiwemo programu ya kompyuta ya GPS yote hayo yamewezesha uvumbuzi na matumizi ya kemikali kama mafuta ya petro-kemikali, mchanganyo wa vifaa mbali mbali (aloi za metali na plastiki), teknolojia ya kutengeneza magurudumu imara pamoja na matumizi zaidi ya kompyuta katika sekta ya kilimo. Mashine ya kisasa ya kuvunia mazao Trekta zililovumbuliwa na Holt

3. IV. MATUKIO MUHIMU YA TEKNOLOJIA KATIKA CHAKULA NA KILIMO IV.3. Utengenezaji, Uhifadhi na Usalama wa vyakula Sakarini na Vikolezo Utamu (Saccharin and sweeteners) Sukari maalum ya kienyeji ikiwa imetengenezwa kwa msaada wa kemia kwa wagonjwa wa kisukari na wale wanaotaka kupunguza uzito mwilini ili kudhibiti viwango vyao vya sukari mwilini. John F. Quenny ndiye aliyetengeneza kwa mara ya kwanza sukari hiyo ya kienyeji, Sakarini (Saccharin). Mnamo mwaka 1967, utengenezaji wa sukari hiyo ya kienyeji itokanayo na shira ya mahindi na kutumia kemikali ya enzaimu (enzyme) ili kuongeza ladha ya utamu kutokana na shira ya mahindi kutoka asilimia 14 hadi asilimia 42 ilianza na kutumiwa katika vinywaji mbali mbali baridi. Sukari ya kienyeji ya Aspatame (Aspartame) iliuzwa kwa mara ya kwanza nchini Marekani mnamo mwaka 1985, sukari hii yenye kiwango kidogo cha kalori (calories) iliuzwa kwa jina la NutraSweet, iliboreshwa mwaka 1955 kwa uwezekano wa tiba ya vidonda vya tumbo. Virutubisho katika Vitamin (Vitamin additives) Ufahamu katika kemia ya chakula imeimarisha taaluma ya lishe kwa kutoa tiba ya uhaba wa lishe mwilini na utapiamlo unaosababishwa na ukosefu wa vitamini (vitamin). Kemia imechangia sana katika taaluma hii kama inavyothibitisha jinsi namna ilivyopelekea kugundulika kwa vitamini. Vitamini A (beta-catotene) ilitenganishwa kutoka katika siagi na kiini cha yai, na pia ni kirutubisho muhimu katika macho na pia ni kinga katika seli (epithelia) za mwili wa binaadamu. Mpango kemikali wa vitamini uligundulika mwaka 1931, na ulianza kutumika mwaka 1947. Mwanakemia wa Hungari Albert Szent-Gyorgyi aliweza kutenganisha tindikali za hexuronic (ascorbic acid) kutoka katika tezi ya adrenali (adrenal glands) katika mwaka 1928. Sasa hujulikana kama ni Vitamini C (Vitamin C). Mnamo mwaka 2001, virutubisho vilivyoundwa kijenetiki maarufu kwa jina la mchele wa dhahabu (golden rice) ambavyo hutoa Vitamini A vilipelekwa katika bara la Asia kwaajili ya kupambana na upofu na maradhi mengine ya ukosefu wa Vitamini A. Uhifadhi na Utengenezaji wa Vyakula (Preservation and manufacturing advances) Asili ya kemia ya vyakula imevumbuliwa na Mjerumani Justus Liebig alipovumbua kidonge maalum (chachu) cha kutengenezea supu kutokana na nyama (meat extract) katikati ya karne ya 19. Utaalamu wa uhifadhi na utengenezaji huo umepelekea kugunduliwa kwa vyakula vya kutengenezwa (processed food). Wakati kemia ya vyakula ikikuwa viwandani, vyakula mbali mbali vya kutengeneza vimegunduliwa. Teknolojia mpya imeweza kutoa mwanga kwa aina mbali mbali za uhifadhi wa vyakula kwa uhakika ikiwemo ile ya kukausha kwa baridi kali (freeze-drying – liophilisation) ya mwaka 1906, kugandisha vyakula (1920), utaalamu wa kugandisha vyakula kabla ya kupikwa (1939) na utengenezaji vinywaji (1946). Bango-ujumbe la Liebig kuhusu kidonge-nyama Usalama wa Vyakula na Majaribio yake (Food safety and testing) Vyakula vyote ghafi vitokanavyo na kilimo au vyakul vilivyotayarishwa vyaweza kupata viambukizi ambavyo vinaweza kuathiri hali ya afya ya binaadamu. Viambukizi vyaweza kupatikana wakati wa kutayarishwa, kupikwa, kusambazwa au kuhifadhiwa kwa vyakula. Kemikali ambazo huimarisha usalama wa vyakula ikiwemo majaribio ya mara kwa mara ambayo hugundua viambukizi katika vyakula pamoja na kudhibiti maradhi mbali mbali yanayosababishwa na vyakula. Maradhi maarufu yatokanayo na viambuizi katika vyakula kama vile pathojeni (pathogen) yamepungua kwa asilimia 20 kutoka mwaka 1997 hadi 1999 nchini Marekani.

4. IV. MATUKIO MUHIMU YA TEKNOLOJIA KATIKA CHAKILA NA KILIMO IV.4. Uhifadhi wa Chakula Uhifadhi wa Vyakula (Food packaging) Teknolojia ya kuhifadhi vyakula katika vifaa kama vya plastiki, metali, masanduku ya vioo pamoja na vyombo vya ufinyazi vimesaidia sana katika hifadhi ya vyakula wakati wa kuuzwa, usafishwaji pamoja na kutayarishwa kwake. Ralph Wiley, mnamo mwaka 1930 kwaajili ya kuhifadhia vyakula viwandani ambapo hadi mwaka 1953 ilianza kutumika kwa matumizi ya nyumbani chini ya uangalizi wa kiwango kinachohitajika cha oksijeni (oxygen), mvuke, ladha halisi na harufu nzuri, udhibiti wa kemikali bila ya kuathiri kiwango cha joto na mnyevumnyevu katika vyakula hivyo. Uvumbuzi mwengine ni wa kutumia mfano wa vibakuli vya aluminiamu (aluminium) kwa kuhifadhia vyakula pamoja na vinywaji, utaalamu uliogunduliwa katika miaka ya 1960 pamoja na matumizi ya vibakuli vya plastiki maalum yenye kusagika (recycling) kuchukua nafasi ya matumizi ya vioo au aluminiamu, utaalamu uliogundulika katika miaka ya 1970. Friji (Jokofu) – (Refrigerants and chlorofluorocarbons) Tokea kuanzishwa kwa matumizi ya nyumbani mnamo mwaka 1918, mafriji (jokofu) yamefanikisha sio tu hifadhi ya vyakula bali pia kusafirishwa na kutunza vyakula kwa usalama zaidi. Katika miaka ya 1920 mafriji hayakuwa maarufu sana hadi ilipobainika kemikali ya salfa diokside (sulphur dioxide) iliyokuwa ikitumika kama kipozi kuwa ni sumu. Mchanganyiko huo ulikuwa ni wa Freon 12, klorofluorokaboni (chlorofluorocarbons) ambayo pia hujulikana kama CFC, CCl2F2 - ambayo baadae imegeuzwa na kuwa hewa inayotumiwa katika mafriji na Thomas Midgley na Charles Kettering 1931. Mafriji yamepata umaarufu zaidi na kutumiwa majumbani, mikahawani na katika maduka yanayouza vinywaji. Ile kanuni iliyozoeleka ya kutumia Freon (Fluorine) imesitishwa kutokana na athari zake za kimazingira. Kasha la barafu (1890) na friji (jokofu) la kisasa Jiko la Mikrowevu (Microwave ovens) Kuvumbuliwa kwa matumizi ya vifaa vya jikoni katika karne ya 20 kumepunguza kwa kiasi kikubwa shughuli ya kupika vyakula kila siku. Moja kati ya uvumbuzi ambao ni mchango mkubwa wa wakemia ni kuvumbuliwa kwa jiko la mikrowevu (microwave oven). Imeripotiwa kwamba mnamo mwaka 1945, Percy L. Spencer akiwa amesimama karibu na trasmita ya rada katika Raytheon alipojibaini kwamba peremende yake imeanza kuyayuka. Alivutiwa na hali hiyo na baadae kuamua kujaribu pia na mahindi ya bisi (popcorn), hapo ndipo jiko la mikrowevu (microwave oven) lilipoanza na baadae kuboreshwa katika viwanda vya kutengenezea vifaa vya jikoni. Hivi sasa, mfano wa mfumo wa aina za mikrowevu zenye transmita zilizotumika katika vita vikuu vya pili vya dunia zinazoitwa magnetroni (magnetrons) ndizo zinazoendelea kutumika. Molikyuli za tindikali za hypochlorous Maji safi na salama (Clean and safe water) Maendeleo ya kemia yamehakikisha pia usambazaji wa maji safi na salama, yasiyokuwa na bekteria, virusi na viambukizi vyengine vya maradhi. Utaalamu ukiwemo wa kutumia kaboni (carbon) ili kuondosha ladha na harufu mbaya pamoja na viongezo vyengine ili kuyalainisha maji kutokana na metali mbali mbali zilizomo. Pia teknolojia imeongeza hali ya maji kuwa salama pamoja na usambazaji wake wa uhakika. Matumizi ya klorini (chlorine) katika maji yameanza mwaka 1910 wakati dawa za kuondosha madoa (bleach) kwa matumzi ya nyumbani zilianza kutumika 1913. Matumizi ya klorini kama dawa ya kuulia vijidudu mbali mbali imekuwa na mafanikio zaidi kwa kutumika kusafishia majiko na vifaa vingine vya kuhifadhia chakula jikoni ili kuweza kujilinda na magonjwa yanayosababishwa na vyakula.