November 12, 2017 | Author: Maxim Daniel | Category: N/A
GEORGETA TEMOCICO UNIVERSITATEA DE ŞTIINŢE AGRONOMICE ŞI MEDICINĂ VETERINARĂ BUCUREŞTI
NOI TEHNICI DE PRODUCȚIE ÎN DOMENIUL AGROALIMENTAR
EDITURA CERES Bucureşti, 2014
Referent ştiinţific: Prof. univ. dr. Ioan Niculae ALECU
Descrierea CIP a Bibliotecii Naţionale a României TEMOCICO, GEORGETA Noi tehnici de producţie în domeniul agroalimentar / Georgeta Temocico. - Bucureşti : Ceres, 2014 Bibliogr. ISBN 978-973-40-1051-6 664.8
Editor: Editura Ceres Piaţa Presei Libere nr. 1, sector 1, Bucureşti Tel./fax: 021 317 90 23 E-mail:
[email protected] Website: www.editura-ceres.ro ISBN 978-973-40-1051-6
2
CUPRINS Introducere........................................................................ CAPITOLUL 1 – Tehnica şi tehnologia prin creativitate şi inovare ……….............. 1.1. Conceptele de tehnică şi tehnologie...................... 1.2. Conceptul de creativitate…………....................... 1.2.1. Definiţia creativităţii. Etape pentru manifestarea creativităţii ............................. 1.2.2. Factorii care generează creativitatea............ 1.2.3. Metode şi tehnici de stimulare a creativităţii 1.2.4. Metode de evaluare a creativităţii................. 1.3. Conceptul de inovare ............................................... 1.3.1. Descrierea procesului de inovare.................... 1.3.2. Modele matematice utilizate pentru procesul de inovare................................................... 1.4. Sistemul de inovare tehnologică............................ 1.5. Ciclul de viaţă al tehnologiilor............................... 1.6. Inovarea de proces................................................ 1.7. Inovarea de produs............................................... 1.8. Conceptul de transfer tehnologic........................... 1.8.1. Etape interactive pentru procesul tehnologic.. 1.8.2. Mecanisme pentru transferul de tehnologie.. 1.8.3. Contractele de transfer tehnologic............... CAPITOLUL 2 – Noi tehnologii valoroase pentru agricultură şi industria alimentară ..... 2.1. Tehnologia genetică.............................................. 2.2. Alimentele funcţionale.......................................... 2.3. Utilizări nealimentare pentru produsele agricole.. 2.4. Robotica şi ingineria inteligentă pentru agricultură şi industrie alimentară........................................... 3
7
11 11 13 16 20 23 32 37 42 48 49 57 60 63 70 72 77 81
85 85 89 91 94
CAPITOLUL 3 – Apa pentru agricultură şi industria alimentară.......................................... 3.1. Mediul natural – spaţiul în care sunt implementate noile tehnici de producţie.......................................... 3.2. Apa şi rolul său pentru sistemele biologice.......... 3.3. Apa – structură şi coerenţă. Structurarea apei..... 3.3.1. Structura şi coerenţa apei........................... 3.3.2. Structura apei şi stocarea informaţiilor...... 3.3.3. Tehnici de obţinere a apei structurate............ CAPITOLUL 4 - Tehnici noi de producţie în agricultură ....................................... 4.1. Rolul tehnicilor noi de producţie în asigurarea siguranţei şi securităţii alimentare............................ 4.2. Sistemul agriculturii de precizie........................... 4.2.1. Definirea şi descrierea agriculturii de precizie......................................................... 4.2.2. Rolul şi importanţa agriculturii de precizie... 4.2.3. Impactul economic și de mediu al practicării agriculturii de precizie.......................... 4.2.4. Agricultura de precizie versus agricultura covenţională................................................ 4.2.5. Estimarea producţiei culturilor agricole prin folosirea teledetecţiei................................. 4.2.6. Evaluarea biologiei culturilor şi a tipurilor de stres, în vederea sporirii producţiilor agricole...................................................... 4.2.7. Sisteme de modelare agrometeorologică... 4.2.8. Modele de simulare a ecoluţiei cultuirilor agricole........................................................ 4.2.9. Modelul de aplicaţie biofizic – Platformă pentru agricultură şi schimbări climatice .... 4.2.10. Modelul de simulare a sistemelor de cultură 4.2.11. Simulatorul de producție agricolă și de externalități................................................. 4
99 99 102 103 105 109 112
120 121 124 125 127 128 129 132
134 136 139 146 147 148
4.2.12. Aplicaţii software – pentru gestiunea estimării producţiei.......................................... 4.3. Tehnici noi de cultivare a plantelor agricole.......... 4.3.1. Culturi agricole fără sol............................... 4.4. Agricultura fără lucrări ale solului – No till agriculture............................................................. 4.4.1. Istoricul agriculturii No till.......................... 4.4.2. Rolul agriculturii fără lucrări ale solului........ 4.4.3. Diferențe agroecologice între agricultura convențională și practicile no-tillage........... 4.4.4. Sistemul no-tillage, cale de reducere a amprentei apei.............................................. 4.4.5. Etapele adoptării sistemului No tillage........ CAPITOLUL 5 – Noi tehnici de producţie în domeniul alimentar............................................ 5.1. Noi tendinţe în procesarea şi conservarea alimentelor............................................................ 5.2. Clasificarea metodelor de prelucrare a alimentelor pentru conservare................................................. 5.3. Tehnologii emergente folosite în procesarea şi conservarea produselor alimentare ..................... 5.3.1.Utilizarea tehnologiei microundelor în industria alimentară .................................... 5.3.2.Utilizarea Presiunii Hidrostatice Ridicate în industria alimentară.................................... 5.3.3. Utilizarea câmpurilor electrice pulsatorii în industria alimentară.................................... 5.3.4. Utilizarea descărcării arcului electric de înaltă tensiune în industria alimentară ........ 5.3.5. Utilizarea plasmei reci în procesarea produselor alimentare................................. 5.3.6. Folosirea ultrasunetelor în industria alimentară…………………………………. 5.3.7. Utilizarea tehnologiei iradierii în industria 5
148 154 154 163 163 163 166 168 169 173
174 174 175 181 184 187 190 192 193 194
alimentară...................................................... 5.3.8. Iradierea produselor alimentare cu Raze X pulsatorii ......................................................... 5.3.9. Utilizarea luminii pulsate sau tehnologiei cu lumină de înaltă intensitate, în industria alimentară ........................................................ 5.3.10. Utilizarea încălzirii ohmice în industria alimentară....................................................... 5.3.11. Utilizarea liofilizării în industria alimentar 5.4.Tehnici moderne de ambalare a produselor alimentare............................................................. 5.4.1 Ambalarea în atmosferă modificată........... Bibliografie selectivă....................................................
6
204 214 215
218 219 224 224 237
INTRODUCERE Inovarea, internaţionalizarea şi globalizarea, sunt cele trei dominante care caracterizează astazi economia internaţională; inovarea materializează creaţiile ştiinţifice din cele mai importante sfere de activitate: economică, tehnică şi socială; internaţionalizarea face referire la distribuirea spaţială a proceselor tehnice şi economice, în exteriorul graniţelor ţării; globalizarea angajează mişcarea liberă de capital, mărfuri, servicii şi forţă de muncă etc. Dimensiunea celor trei dominante este evidenţiată de două manifestări majore: - concurenţa internaţională acerbă, care determină organizaţiile producătoare interne să caute căile cele mai potrivite pentru a eficientiza activitatea de producţie, management, distribuţie şi cooperare; - adoptarea imediată a tehnologiilor noi, inclusiv realizarea de produse noi, în scopul de a rămâne actori pe piaţa internaţională. În globalizarea economiei, rolul cel mai important îl deţin companiile multinaţionale, în cadrul cărora se desfăşoară peste trei sferturi din comerţul internaţional. Companiile multinaţionale sunt implicate astfel în politici de investiţii, schimburi comerciale, au putere economică, socială şi politică. În viitorul apropiat, independenţa şi creativitatea vor genera schimbari majore la nivel global, putându-se astfel construi noul model existenţial, menit să utilizeze alte elemente, factori şi resurse în noua ordine mondială. Maniera prin care societatea poate evolua continuu, prin transformări de ordin tehnologic bazate pe rezultate ale ştiinţei, prin transformări economice şi sociale adaptate nivelului de cunoaştere, va fi dictată de strategiile şi politicile care vor şti să abordeze cunoaşterea, ca factor de producţie. Forţa cunoaşterii, creativităţii şi inovării s-a manifestat în momentul în care s-au creat modele noi de obţinere şi transfer a 7
informaţiei; utilizarea internetului ca vector de difuzare a creaţiei individuală este un exemplu elocvent în acest sens. În modelul economic bazat pe cunoaştere - “economia informaţiilor”, organizaţii moderne, compatibile, susţin creşterea şi în egală măsură productivitatea. Bunurile nemateriale câştigă o binemeritată poziţie dominantă în economie. Economia informaţiilor este “deschisă şi mai permisivă pentru diferite forme de organizare a producţiei şi a consumului, decât economia fizică”. În acest context nou, pornind de la realităţile concrete, economice, sociale şi tehnologice, strategia cunoaşterii oferă organizaţiilor soluţii nu doar pentru a rezista pe piaţă, ci şi pentru a evolua. Se construiesc în acest sens alianţe impulsionate de cunoaştere, aflate sub influenţa însuşirilor organizaţiilor, ale pieţelor şi, de ce nu, a înţelegerilor contractuale. În condiţiile unei dezvoltări remarcabile a societăţii contemporane, unde se evidenţiază tot mai mult caracterul extrem de dinamic al progresului tehnic şi tehnologic aflat mereu cu un pas înaintea transformărilor economice şi financiare, devine deosebit de important modul în care sunt protejate, utilizate şi comercializate rezultatele creaţiei. Cum se estimează că populaţia lumii va ajunge la 9 miliarde până în anul 2050, gestionarea sistemelor de producție agroalimentară pe baze durabile, devina una dintre cele mai importante provocări pentru viitorul omenirii. Progresele tehnologice vor trebui să fie utilizate, pentru a oferi furnizorilor de produse agroalimentare, instrumente, soluţii și resurse, pentru a face o agricultură mai durabilă. S-a demonstrat că tehnologia agricolă modernă poate îmbunătăți substanțial producția agricolă și durabilitatea în sistemele agricole, fiind aplicate cele mai bune practici de management, utilizate pe scară largă în zilele noastre. Crearea noilor soiuri şi hibrizi la plante, precum și rase de animale care prezintă însușiri superioare, legate de 8
productivitate și rezistenţă la factorii de stress, controlul biologic al dăunătorilor, implementarea practicilor culturale care pot reduce incidenţa bolilor şi dăunătorilor, utilizarea raţională şi pe principii ştiinţifice a îngraşămintelor chimice, implementarea tehnologiilor agricole de precizie, sunt doar câteva exemple care evidențiază dinamica progresului tehnic în agricultură. În vederea creșterii conservabilității și siguranței alimentelor, au fost create noi sisteme de procesare, ambalare și depozitare, care răspund cerințelor de calitate şi evidențiate în standardele în vigoare. Publicaţia şi-a propus să aducă la dispoziţia studenţilor cele mai noi şi relevante informaţii legate de noile tehnici de producţie din domeniile agricol şi alimentar, precum şi efectele generate de implementarea acestora în organizaţiile cu specific agroalimentar.
9
10
CAPITOLUL I TEHNICA ŞI TEHNOLOGIA PRIN CREATIVITATE ŞI INOVARE Progresul tehnic şi tehnologic se află permanent în avans faţă de transformările economice şi financiare, într-o societate care evoluează.
1.1. CONCEPTELE DE TEHNICĂ ŞI TEHNOLOGIE Conceptul de tehnologie, în sensul producţiei agroalimentare, face referire la ansamblul proceselor, operaţiilor şi metodelor, prin care se acţionează asupra materiilor prime, obţinându-se ca rezultate, produse agroalimentare pentru consum şi comerţ. Tehnologia poate fi definită şi ca aplicarea conştientă a informaţiilor în designul, producţia şi utilizarea bunurilor şi serviciilor, precum şi în organizarea activităţilor umane. Cu alte cuvinte, ştiinţa descoperă iar tehnologia materializează descoperirea. Importanţa tehnologiilor în dezvoltarea economică, în sens larg, este recunoscută la nivel mondial, cu atât mai mult cu cât contribuie adesea decisiv, la succesul, supravieţuirea sau eliminarea organizaţiilor, în competiţia de piaţă mondială. În Lexiconul Tehnic Român, tehnologia este definită ca “ştiinţa metodelor şi a mijloacelor de prelucrare a materialelor”, şi “ansamblul proceselor tehnologice folosite pentru realizarea unui produs”. Pe de altă parte, în zilele noastre, se conturează o abordare conform căreia “tehnologia ar putea reprezenta şi un sistem de metode teoretice, experimentale şi cu caracter prospectiv, menite să fixeze obiectivele unei acţiuni de „construire a viitorului“ şi să determine cunoaşterea realităţii în vederea estimării
11
resurselor, delimitării mijloacelor şi evaluării rezultatelor acestei acţiuni” (Băloiu L.M., Călin C., 1999). Cuvântul tehnologie1, se pare că provine din limba greacă: tekhnologia - care se traduce prin “disertaţie sau tratat asupra unui meşteşug”. În fapt, istoria omenirii și tehnologiei au un trecut comun îndelungat care ne conduce în timp cu milioane de ani în urmă, la utilizarea pietrei ca unealtă și la dispozitivele din ce în ce mai eficiente care puteau pune in valoare abilitățile utilizatorului. Popoarele antice au descoperit utilizarea focului ca o tehnică de supraviețuire, iar mai târziu au elaborat sisteme din ce în ce mai complicate de gestionare surselor de apă pentru irigații, pentru a transforma energia apei în energie hidroelectrică și pentru multe alte utilizări (Heatrick D.R., 2009). Analizată prin prisma unui sistem, tehnologia înglobează componente invariabile precum: cunoaşterea ştiinţifică; cunoştinţe tehnice incluse în procese, echipamente şi materiale, precum şi în documentaţii, programe şi planuri; sisteme informaţionale specifice. Conform literaturii de specialitate, conceptul de tehnică se referă la instrumentele şi practicile legate de producţie, care au permis omului să studieze şi apoi să transforme resurse din mediul înconjurător în produse tangibile şi intangibile (Călin C., Botez F., 2000). Tehnologia este constituită astfel din totalitatea proceselor, metodelor, operaţiilor etc. folosite în scopul realizării unui anumit produs ori serviciu. 1
În antichitate, tehnologia a fost definit de către Homer şi Hesiod ca și cuvânt rostit pentru meșteșug manual sau aptitudini meşteşugăreşti. În perioada anilor 330 î.e.n, Aristotel a inventat cuvântul tekhnologia ca termen grecesc și a împărţit cunoaşterea științifică în trei părți:știință teoretică, știință practică și știință productivă (tehnologie) Cea mai timpurie utilizare a cuvântului tehnologie în Statele Unite a fost găsit într-un curs la Universitatea Harvard intitulat "Aplicarea Ştiinţei în Arte Utile", în anul 1816. În anul 1832 Enciclopedia Americana a definit tehnologia ca fiind: principiile, procesele și terminologia. Încă din la acele vremuri au existat dezbateri cu privire la definirea și identitatea tehnologiei. Dintr-o perspectivă istorică, filosofii tehnologiei sunt de acord asupra a două laturi ale tehnologiei care pot fi identificate: latura de meșteșug și latura modernă scientizată. Pentru un filozof, tehnologie modernă, constituie o structură unică de gândire, nu numai știință aplicată. (Patricia Baker, History of Technology, 2005)
12
În ultimii ani, se remarcă tot mai frecvent înlocuirea cuvântului „tehnică” cu cel de „tehnologie”, aceasta datorându-se cel mai probabil influenţei din limba engleză unde se foloseşte cuvântul „tehnologie”. Mai mult, în limba română, ca şi în limba franceză, cuvintele nu sunt sinonime. Tehnologia semnifică mai mult decât tehnica, tehnologia implicând cunoaştere în a crea, a verifica şi a utiliza tehnica. Tehnologia este o “tehnică încarnată”, deoarece ea este asimilată şi încorporată de către oameni. În acelaşi timp, din punct de vedere juridic tehnologia constituie un bun economic, având o anumită valoare (Dussage P, Ramantsoa B., 1994). Procesul tehnologic, este constituit din operaţiile concomitente sau succesive, utilizate pentru obţinerea unui produs finit sau serviciu tehnic, acesta putând să fie realizat prin diferite tehnologii. Procedeul tehnologic, arată modalitatea şi mijloacele, prin care are loc un proces tehnologic, finalizat cu un produs sau serviciu tehnic. O operaţie tehnologică, indică o singură etapă, care permite o anume transformare unui material sau a materiei prime. Gruparea conştientă şi ordonată a unor operaţii tehnologice determină obţinerea fazei tehnologice. Fluxul tehnologic, este construit de succesiunea etapelor tehnologice prin care materialele şi materiile prime sunt transformate în produs, iar timpul necesar pentru parcurgerea întregului proces tehnologic determină obţinerea ciclului de fabricaţie.
1.2. CONCEPTUL DE CREATIVITATE “Atitudinea creatoare presupune ca mai întâi să ai capacitatea de a fi nedumerit în faţa noului”(Erich Fromm)
Marele avans al civilizației de-a lungul secolelor a depins de gândirea creativă. Gândirea creativă reprezintă 13
procesul care stă la baza tuturor invențiilor și descoperirilor, în toate domeniile de activitate, fie că este vorba de artă, literatură, muzica, fie că este vorba de tehnică sau ştiinţele vieţii. Numeroase personalităţi subliniază rolul factorilor culturali din mediu, în naşterea și dezvoltarea creației: M.J.Stein: “Creaţia este condiţionată major de influenţa societăţii, de experienţele semnificative de viaţă”. M.Mead: ”Societăţile care încurajează gândirea divergentă şi apreciază mai mult procesul şi mai puţin produsul creativ, au rol stimulativ pentru creativitate”. H.Anderson:”Relaţiile dintre societatea creatoare şi personalitatea creatoare sunt de interdependenţă: societatea încurajează creaţia, iar individul îşi aduce aportul la îmbunătăţirea condiţiilor de mediu”. M. Tumin: ”Dacă accentul ar cădea mai degraba pe procesul creator şi mai puţin pe produs, ar putea fi diminuat conformismul” . P.Matusseck: ”Factorii importanţi în creaţie sunt: ambianţa, motivele interioare, cauzele sociale”.
Dacă fiecare om s-ar opri pentru un moment din activităţile curente și ar gândi la ceea ce ar fi viața fără confortul oferit de civilizaţie, ar deveni imediat conștient de importanța vitală a gândirii creative. În cazul în care pentru un minut s-ar imagina trăind într-o lume fără supermarket, unde se pot gasi produsele alimentare preferate, procesate sau proaspete, şi-ar da seama de importanța imensă a gândirii creative. Fiecare om, într-un moment sau altul, s-a întrebat cum o anumită creaţie sau o descoperire ştiinţifică a fost posibil să fie realizată şi care a fost momentul declanşator al ideii, sau cât de lungă a fost calea până s-a ajuns la procesul sau produsul preferat de noi azi. Se poate aprecia, pentru acest moment istoric, că tot ceea ce se putea crea fundamental, a fost creat. Gândirea creativă de mai lungă sau mai scurtă durată a fost mereu în spatele a ceva ce societatea aştepta să fie generat cu genialitate, atât în realitatea prezentă cât şi în viitoarul apropiat sau îndepărtat.
14
Nevoia de creativitate şi inovare a crescut semnificativ în ultimii ani, această tendinţă fiind anticipată şi pentru viitor, mai ales în detrimentul muncii de rutină. Dintr-o analiză atentă a realităţii se observă că au apărut ramuri industriale noi; se utilizează în procesele de producţie tehnologii şi materiale noi pentru obţinerea de produse noi, care prezintă caracteristici noi bazate pe cerinţele tot mai exigente ale unui consumator atent la nou; se utilizează principii manageriale noi pentru a a face faţă concurenţei acerbe pe piaţă, la nivel global. Elementul comun în jurul căruia gravitează ansamblul de procese, fenomene, produse, este noul. Nu orice produs al activităţii de inovare, care este nou şi/sau original, este întotdeauna şi creator. Dacă creaţiile nu îndeplinesc cerinţe obiective sau nu sunt potrivite unei realităţi economice şi sociale, înseamnă că nu vor produce valoare pentru societate. Inventatorul aparatului Polaroid, Edwin Herbert Land (1909-1991), afirma despre creativitate:“Descoperirile le fac acei inşi care au ştiut să se elibereze de modul de gândire propriu oamenilor comuni, care poate sunt mai inteligenţi, mai cultivaţi, mai disciplinaţi, dar care nu au reușit să stăpânească arta de a vedea vechile cunoştiinţe cu ochi proaspeţi şi puri” Începutul secolului al XlX-lea poate fi caracterizat, prin prisma cunoșterii de legi din domeniul ştiinţelor naturii care stau la baza unor descoperiri ce au influențat fundamental creațiile tehnice ulterioare: 1 - un material devine incandescent dacă este încălzit intens (lege cunoscută și aplicată încă din antichitate); 2 - materialul aflat în stare de incandescență, în contact cu aerul din atmosfera normală, se oxidează (descoperire alui Antoine Lavoisier în anul 1862); 3 - curentul electric este condus de grafit şi metale, determinând degajarea căldurii, neavând această proprietate oxizii (1841).
15
Toate aceste trei legi au fost conectate în anul 1882, fără să existe anterior vreo referire la legătura dintre ele, de Thomas Edison. Pornind de la crearea incandescenţei, prin trecerea curentului electric prin firul din grafit aşezat în interiorul unui balon în care s-a creat vid, pentru a nu interveni procesul de oxidare, s-a ajuns la becul electric, invenţie care a marcat epoca modernă. Intervenţiile ulterioare asupra becului electric, au determinat prelungirea duratei de folosinţă şi reducerea consumului de energie electrică, astfel încât această invenţie este utilizată şi astăzi. 1.2.1. Definiţia creativităţii. Etape pentru manifestarea creativităţii Termenul creativitate este originar din limba latină unde „creare”, înseamnă a crea, a făuri, a zămisli, a naşte. Etimologic, termenul de creativitate evidenţiază un proces dinamic care evoluează spre desăvârşire şi care are în cuprinderea sa atât originea cât şi scopul. Termenul şi noţiunea de creativitate au fost lansate în anul 1937, de psihologul american Gordon Williard Allport, care a transformat adjectivul „creativ” în „creativity”, utilizând sufixarea și transformându-l în substantiv, aşa cum apare mai apoi, în dicţionarele de specialitate. Începând cu anul 1970, neologismul a fost preluat din limba engleză de majoritatea limbilor: créativité în franceză, kreativität în germană, creativita în italiană, etc. Creativitatea poate fi astfel definită ca fiind acea abilitate de a observa conexiuni originale între diferite fenomene, elemente, evenimente, care aparent nu au nici un fel de legătura înte ele. Conexiunile se crează mai mult pe bază de intuiţie decât pe logică şi generează apariţia ideilor noi, unice, originale, denumite idei creative. Pentru manifestarea creativităţii este necesară parcurgerea unor etape specifice, după cum urmează: 16
- Alegerea informaţiilor – identificarea fenomenelor, principiilor, legilor, elementelor, evenimentelor cunoscute, care vor fi combinate în cadrul unei structuri unice, originale, geniale. - Identificarea conexiunilor noi. În ultimii 50 de ani, s-au pus la punct aşa-numitele tehnici de creativitate care permit unor indivizi obişnuiti (cum este majoritatea populaţiei) să genereze idei creative. - Analiza, prin care se doreşte să se vadă dacă ideea este sau poate fi făcută acceptabilă de către piaţă. Etapa de analiză este esenţială, întrucât o idee, oricât de original ar fi ea, nu poate fi valorificată imediat, trebuind analizată, dezvoltată cu consum de timp şi efort. Joseph Wallas (1926) distingea patru etape ale procesului creativ(Compton W., Hoffman E., 2012): 1. Pregătirea. Are drept scop dobândirea de cât mai multe informații despre o problemă identificată ca atare şi pentru care se doreşte rezolvarea. Culegerea informaţiilor din surse verificate, comunicarea, observaţia, activitatea mentală deliberată şi nedeliberată, determină succesiunea rapidă a ideilor. Omul de știință sau inventatorul, poate petrece multe ore în efortul mental intens, pentru a colecta mai multe informații despre problema identificată, fiind adesea traversat de stări de îndoială, nedumerire, mai ales după perioade lungi de pregătire, fără a ajunge la o soluţie convenabilă. Etapa de pregătire poate varia ca lungime de la câteva minute, la luni sau ani, mai ales pentru pregătirea pentru unei invenții sau a unui experiment crucial. Pregătirea este de obicei urmată de incubare, cu toate că cele două etape se pot suprapune. 2. Incubarea. Perioada de incubare se caracterizează prin recurența ideii care va fi adoptată în final ca o soluție pentru problemă. Ideea reapare spontan din timp în timp, cu îmbunătăţiri, așa cum aceasta reapare în diferite conexiuni mentale sau configurații. În această etapă, savantul sau 17
cercetătorul încetează să facă eforturi pentru a rezolva problema, îndreptându-și atenția către alte probleme sau către alte tipuri de efort mental. La sfârșitul acestei etape, ideea care a fost incubată este definită mai clar decât a fost la începutul etapei. Nu numai ideea de bază ci şi alte idei asemenea, care vor fi mai târziu eliminate, pot reveni spontan, din când în când, cu îmbunătăţiri, tot în această perioadă. Etapa de incubare poate dura de la câteva minute sau ore, la luni sau chiar ani. Durata perioadei de incubare, variază de la persoană la persoană, iar pentru aceeași persoană implicată în această etapă, durata variază în funcţie de factori externi diverși care ţin de natura situației inițiale, tipul de problemă identificată în etapa de pregătire, obiceiurile personale, precum și modul de viață. Suprapunerea etapei de incubare cu cea de pregătire este evidenţiată de revenirea spontană a ideii speciale, în acelaşi timp în care savantul sau cercetătorul este încă activ în colectarea de informații despre problemă. 3. Iluminarea. Este etapa de gândire creativă, în care ideea care a traversat etapa de incubare, capătă forma definitivă. În această etapă, ideea preluată din etapa anterioară, într-un mod spontan , capătă forma finală în baza unui puternic sentiment de certitudine. Iluminarea înseamnă intuiţie. Acest moment este însoţit de sentimente de bucurie sau chiar euforie, trăirile emoţionale fiind foarte puternice, în funcţie de personalitatea individului. Iluminarea este posibilă prin crearea unor condiţii propice: linişte, singurătate, ambianţa plăcută, capacitatea de transpunere. Mecanismele psihice utilizate în procesul de iluminare sunt: realizarea de analogii, de asociaţii îndepărtate, construirea de metafore, etc. În conformitate cu opiniile specialiştilor, în această etapă pot avea loc procese de iluminare succesive, însă numai primul constituie cel care aduce soluţia la problema ce se vrea rezolvată. 18
Această etapă are o durată scurtă şi constituie o încununare a eforturilor din etapele anterioare. 4. Verificarea sau revizuirea. Etapa finală a gândirii creative este cea de verificare sau de revizuire a ideii sau soluţiei. Ideea esențială, sau conturul ideii care a apărut în etapa de iluminare, este revizuită sau verificată prin utilizarea unor tehnici statistice sau echipamente de laborator. Revizuirea poate fi ușoară sau poate implica mult efort. Durata acestei etape poate varia de la câteva minute până la luni sau ani, în funcție de natura și dificultatea problemei care urmează să fie rezolvată. Etapa de verificare presupune o solidă cunoaştere în domeniul de activitate, un accentuat spirit de observaţie şi o remarcabilă intuiţie. Savantul sau creatorul adevărat dă dovadă de mare rezistenţă şi tenacitate pentru ca ideea sau soluţia să poate fi materializată. Unele persoane creative consideră că etapa de verificare este dificilă sau chiar imposibilă, datorită incertitudinii emoţioanale care precede acceptarea unor critici sau adaptări. Cele patru etape se pot suprapune în timpul procesului de creaţie, aşa cum etapa de incubație poate apărea în timpul pregătirii şi cum revizuirea poate să înceapă în timpul fazei de iluminare. Această divizare a procesului creativ a fost preluată, iar prin cercetări ulterioare au rezultat variaţii legate de numele sau numărul etapelor. Astfel, Alex F. Osborn (1963) a extins lista la șapte etape: 1) de orientare (sublinierea problemei); 2) pregătire (colectarea de date pertinente); 3) analiză (descompunera materialului relevant); 4) ideație (strîngerea alternativelor prin intermediul ideilor); 5) de incubare (“Lasă-te condus către iluminare!”); 6) sinteză (a pune piesele împreună); 7) de evaluare (a judeca ideile rezultate).
19
1.2.2. Factori care generează creativitatea Din studiul literaturii de specialitate (Amabile Teresa, 1988; Amabile Teresa şi Conti Regina, 1998) pot fi identificate 3 categorii de factori care afectează creativitatea: - factori intelectuali; - factori legaţi de personalitate; - factori externi. Factorii intelectuali care generează creativitatea sunt următorii: - Imaginaţia, care este este un proces cognitiv, ce permite selectarea şi combinarea în noi imagini a elementelor din exeperienţa anterioară sau care permite generarea de noi imagini, pentru care nu se găseşte corespondenţa în experienţa anterioară. Imaginaţia nefiind incapsulată în reguli şi rigori, permite acţiuni atât în sfera realului, cât şi în sfera irealului. Neavând limite, imaginaţia permite obţinerea ineditului, noului. - Fluiditatea intelectuală. Este un factor intelectual care permite generarea bogăţiei de idei şi a imaginilor asociate acestora. Fluiditatea permite obţinerea unui număr mare de răspunsuri şi determină creşterea probabilităţii de a obţine răspunsul potrivit pentru o problemă. De interes pentru creativitatea tehnică sunt: fluiditatea ideaţională – care permite generarea de numeroase idei, răspunsuri, soluţii şi fluiditatea asociativă – care permite emiterea de corelaţii, asociaţii, relaţii, analogii, similarităţi. - Flexibilitatea. Reprezintă uşurinţa cu care o persoană îşi poate schimba punctul de vedere când abordează o problemă. Flexibilitatea face referire la capacitatea unei persoane de a-şi modifica, restructura eficient gândirea, odată cu apariţia unor noi idei. - Originalitatea soluţiilor. Originalitatea reprezintă abilitatea unei persoane de a gândi într-o manieră independentă şi creatoare; este capacitatea unei persoane de a oferi soluţii sau 20
răspunsuri care sunt rare statistic. O idee sau soluţie originală este aceea care nu a fost gândită sau lansată de altcineva înainte. - Memoria. Noile idei apar, folosind indirect cunoaşterea anterioară. Memoria reprezintă procesul cognitiv superior care presupune fixarea, depozitarea, reactualizarea informatiilor, dar şi construirea într-o manieră creativă a informaţiei pentru memorarea adecvată. Memoria, reprezintă o funcție deosebit de complexă a inteligenței. - Gândirea. Prin gândire, este ghidat şi verificat continuu procesul de creaţie, datorită acelei “însuşiri a creierului uman de a reflecta într-o manieră generalizată şi abstractă, realitatea obiectivă, prin teorii, judecăţi”, aşa cum este definită în Dicţionarul Explicativ al Limbii Române. - Spiritul de observaţie. Prin abilitatea de a sesiza cu rapiditate, precizie şi uşurinţă, însuşirile mai puţin evidente sau chiar ascunse ale fenomenelor, imaginilor sau obiectelor, este permisă surprinderea rapidă a semnificaţiilor, relaţiior şi corelaţiilor în procesul de creativitate. Factorii legaţi de personalitate sunt următorii: - Abilităţile (ereditatea şi mediul), care reprezintă capacitatea sau mai degrabă predispoziţia unor persoane de a efectua anumite acţiuni în mod natural, având ca fundament învăţarea şi practica pe de o parte, ereditatea şi mediul pe de altă parte. Nu pot fi considerate abilităţi anumite însuşiri izolate, ci doar acelea care se sintetizează într-o anumită configuraţie, care determină un grad ridicat de operaţionalitate. Forma superioară de exprimare a abilităţii complexe este talentul - care rezultă prin dezvoltarea la înalt nivel a abilităţilor şi îmbinarea acestora într-o manieră care face posibilă creaţia, îndiferente ce formă îmbracă aceasta, fie artistică, fie tehnică. - Perseverenţa, ca şi caracteristică a personalităţii, determină continuarea unei acţiuni până la finalizarea acesteia, în ciuda tuturor dificultăţilor întâmpinate. Perseverenţa poate fi 21
apreciată ca putere a viitorului. Persoanele creative prezintă un nivel ridicat al perseverenţei. - Motivaţia, poate fi definită ca pasiune a creaţiei, dorinţele și aspiraţiile care fac ca un individ să vrea să descopere ceva. Motivaţia constituie în fapt motorul acţiunilor şi activităţilor. Motivaţia creativă are o importanţă majoră pentru demersul creativ, întrucât prin influenţa factorilor din exterior se poate înfluenţa creativitatea. Motivaţia creativă a unei persoane este recunoscută printr-o serie de însuşiri legate de caracterul ofensiv (de dezvoltare, de creştere), caracterul de neperiodicitate, orientarea către conţinutul acţiunii, orientarea către performanţe, orientarea către mai multe domenii de activitate. - Interesul. Privit din perspectiva creativităţii, interesul constituie preocuparea pentru a obţine succesul în demersurile acţiunii de creaţie. - Atitudinea creativă, este constituită ca o trăsătură de personalitate cu rol major în reuşită şi/sau autodepăşirea persoanei. Câteva dintre exemplele de mai jos, pot evidenţia atitudinea creativă a unei persoane: tendinţa continuă spre autoperfecţionare, aspiraţii continuu la cote ridicate, aprecierea şi autoaprecierea prin prisma originalităţii rezultatelor obţinute, nemulţumirea faţă de acţiunile finalizate, etc. Factorii legați de mediul extern sunt următorii: - Factorii socio-economici şi culturali. Rolul cerinţelor sociale în stimularea creativităţii, într-un anumit context istoric, atitudinea societăţii faţă de o anumită creaţie, pot stimula sau inhiba procesul de creaţie. O personalitate care crează, este influenţată de realitatea istorică, de clasa socială, de familie, de grupurile cu care interacţionează şi din care adesea face parte. Raymond Cattell (1949) apreciază, referitor la bagajul ereditar pentru creativitate, că nu sunt diferenţe în repartizarea persoanelor cu aptitudini excepţionale în populaţia generală, în toate arealele culturale, dar valorificarea acestor aptitudini necesita unele condiţii propice. Mai mult, 22
descoperirile şi invenţiile importante sunt generate în conexiune cu contextul ştiinţific al realităţii istorice în care au trăit creatorii, aşa evidenţia şi Gordon G. Wallace: “Ştiinţa este un produs social în care, chiar cel mai individualist dintre teoreticieni este dependent de o multitudine de cercetători care-i oferă datele necesare pentru elaborarea unei teorii” 1.2.3. Metode şi tehnici de stimulare a creativităţii Stimularea creativităţii necesită metode şi tehnici care au fost create şi dezvoltate în decursul timpului (Basadur M., 1997). Utilizarea metodelor este recomandabil să facă prin combinaţie şi alternanţă, pentru evitarea rutinei, iar trecerea de la o anumită metodă la o alta este necesar să fie facilă. Metodele de stimulare sunt foarte variate, putând fi împărţite în trei categorii importante: metode de abordare logică (convergente); metode euristice (divergente); metode imaginative. 1. Metodele de abordare logică (convergente) Metodele convergente sunt folosite cu preponderenţă în etapele de pregătire şi incubaţie, în procesul de creaţie, şi urmăresc să evidenţieze subprobleme, pentru o abordare facilă. Se caută idei de soluţionare, prin aplicarea tehnicilor de creativitate pentru fiecare subproblemă în parte, pentru a se putea obţine cât mai multe soluţii pentru fiecare subproblemă în parte şi pentru problema în ansamblu. Sunt utilizate următoarele metode convergente: - Analiza funcţională, care foloseşte specificarea funcţiilor (utilităţilor) unui produs, ordonarea funcţiilor specificate şi costurile acestora. În etapa următoare se caută soluţii noi pentru funcţiile identificate, care se manifestă în condiţii îmbunătăţite şi pentru care, costurile rămân constante sau sunt diminuate. - Analiza morfologică, presupune descompunerea produsului în componentele de formă, descoperirea soluţiilor existente, 23
combinarea soluţiilor, calcularea costului pentru aplicarea fiecărei soluţii şi, în final, selectarea variantei optime. 2. Metodele euristice (divergente) Metodele euristice intervin în etapele de iluminare şi verificare. Metodele imaginative şi divergente urmăresc identificarea unei soluţii dintr-un număr infinit de soluţii, fără însă a avea siguranţa că soluţia identificată este potrivită. Metodele euristice utilizate sunt: metoda morfologică, matricea descoperirilor şi desfacerea problemei în elementele sale. Metoda morfologică urmăreşte descoperirea tuturor soluţiilor pentru rezolvarea unei probleme, având o limitare dată de o serie de restricţii (tehnologice, financiare, comerciale, de mediu, etc). Metoda se utilizează la crearea de produse noi, ori la îmbunătăţirea produselor. Metoda presupune: specificarea problemei cu definirea parametrilor implicaţi în rezolvarea acesteia; analiza parametrilor şi calcularea valorilor pe care aceştia le pot avea; identificarea valorică a performanţelor pentru soluţiile posibile identificate. Se recomandă ca la utilizarea metodei să nu se facă aprecieri referitoare la utilitatea soluţiilor. Meoda morfologică poate servi şi la identificarea de soluţii noi şi de idei noi pentru cercetarea ştiinţifică. Matricea descoperirilor reprezintă tehnica ce face posibilă combinarea a doi factori. Se elaborează un tabel cu intrare dublă, unde sunt scrişi factorii de natură tehnică şi/sau economică ce pot influenţa produsul sau procesul, pe orizontală şi pe verticală. Aceştia se combină în vederea obţinerii unei idei legate de un nou produs/proces, sau orice altă nevoie apreciată ca necesară. Aplicarea acestei tehnici este eficientă, dacă echipa care o foloseşte este formată din experţi/specialişti din domenii relevante pentru creaţie, inclusiv furnizori de materiale şi beneficiari. Desfacerea problemei în componentele sale şi scrierea lor în matricea de analiză, reprezintă tehnica prin care fiecare componentă este studiată prin intermediul unei serii de 24
întrebări care fac parte dintr-o grilă. Fiecare caracteristică a produsului (mărime, culoare, formă etc.) se evaluează prin intermediul unei grile (de tipul: a omite, a adăuga, a separa etc.) şi al unei liste de întrebări (de tipul:de ce? cine?; ce?; unde?; cum?; când?;). Culisând proprietăţile produsului în ipostaze diferite (considerând posibilităţile de schimbare ca oportune, în contextul existenţei listei întrebărilor), se pot obţine soluţii noi de perfecţionare a produselor. Tehnica este utilizată în mod particular la îmbunătăţirea produselor existente pe piaţă. 3. Metode imaginative Pentru a stimula creativitatea se iau în considerare metodele creative (nu şi cele reproductive), orientate spre crearea unui lucru nou. Tehnicile utilizate sunt denumite: brainstorming, sinectică, carnetul colectiv, “Phillips 66” și notarea ideilor din timpul somnului. Tehnica Brainstorming a fost concepută în anul 1938, de Alex Faickney Osborn, şi a avut ca scop creşterea eficienţei şedinţelor din lumea afacerilor. În prezent, este cea mai utilizată metodă de stimulare a creativităţii în grup. Tehnica are ca specific separaţia între faza de elaborare şi cea de evaluare a ideilor. Brainstormingul este utilizat în toate domeniile, cu frevenţă foarte ridicată, de la cercetare la producţie și de la studii de piaţă la publicitate. Există anumite reguli în brainstorming care au menirea să diminueze inhibițiile ce apar la nivel de grup și în consecinţă, să stimuleze generarea de noi idei, conducând la întreţinerea unei sinergii dinamice: 1. Concentrarea pe cantitate. “Din cantitate poate rezulta calitate”, această regulă creând posibilitatea manifestării creativităţii divergente. Cu alte cuvinte, dacă numărul de idei este mare, crește probabilitatea identificării unei soluții optime pentru problema exprimată.
25
2. Înterzicerea criticilor. În brainstorming, critica este descurajată. Membrii grupului vor fi încurajaţi să consume timpul pentru elaborarea de idei neobişnuite şi construirea unei atmosfere armonioase şi creative, şi nu pentru identificarea elementelor negative dintr-o idee. 3. Incurajarea ideilor neobişnuite şi exagerate. O listă lungă de idei care cuprinde numeroase idei neobișnuite sau exagerate, este binevenită. Ideile neobişnuite pot constitui puncte de plecare pentru soluţii noi, în comparaţie cu cele obişnuite; în plus, pot contribui la dimnuarea prejudecăţilor şi la construirea de noi perspective. 4. Îmbunătățirea şi combinarea ideilor. Ideile bune pot fi îmbunătăţite şi/sau combinate pentru a ajunge la o idee excepţională (Sloganul “1+1=3”). Acţiunea în grup, pentru această abordare, permite identificarea unor idei originale şi complete, comparativ cu acţiunea. 5. Fiecare persoana și fiecare idee sunt la fel de valoroase. Fiecare persoană are un punct de vedere valid și o perspectivă unică asupra situației și soluției. Într-o sesiune de brainstorming, se pot prezenta idei pentru a le lansa către alte persoane și nu doar ca o soluție finală. Fiecare idee prezentată aparține grupului, nu persoanei care a spus-o. Este o responsabilitate a grupului și un indiciu asupra capacității sale de a face brainstorming, dacă toți participanții se simt în măsură să contribuie în mod liber și cu încredere. Desfăşurarea şedinţei de brainstorming. Grupul de brainstorming este format de 4-15 participanţi şi o persoană cu rol de coordonator al procedurilor, care să prezinte scopul sesiunii şi să sublinieze regulile. Această persoană numită mediator sau facilitator, urmăreşte ca regulile să fie respectate şi încurajează activ şi permanent participanţii. Etapa producţiei de idei. Se desfăşoară pe o durată de 15-45 de minute (durata optimă fiind de 30 de minute). Grupul
26
va fi constituit din persoane care să prezinte următoarele caracteristci: -statut social comparabil; -implicare benevolă, bazată pe cunoaştere; -relaţionare amiabilă cu ceilalţi membrii; Derularea sesiunii şi etapele sesiunii de brainstorming: 1. Anunţul sesiunii. Mediatorul precizează ziua, ora şi locul de desfăşurare. 2. Descrierea sesiunii. Cu 2 zile înainte de desfăşurarea sesiunii se formulează şi transmite un rezumat al problemei care urmează să fi rezolvată, dacă se apreciază că este util și se vor face precizări asupra unor idei. 3. Începerea sesiunii. Se prezintă clar și în detaliu datele problemei care urmează să fie rezolvată. Se descriu principiile şi regulile sesiunii de brainstorming (se înscriu pe tablă sau se proiectează). 4. Etapa luminii verzi: - Se recomandă formularea de idei clare şi concise. - Se scriu ideile formulate de participanţi, întocmai, fără nici o restricţie. - Dacă apare situaţia ca o idee, prin ricoşare, să declanşeze prin asociere, o nouă idee altui participant, acesta va interveni prioritar, semnalându-se prin trosnitul degetelor. Mediatorul sau conducătorului de grup poate interveni, ori de câte ori este necesar prin: - încurajare, utilizând expresii adecvate; - sancţionează intervenţii care declanşează inhibiţia, cu ajtorul unui clopoţel; la 3 greşeli de acest gen, roagă participantul sancţionat să părăsească sesiunea de grup; - dacă ritmul sesiunii se blochează conducătorul propune idei proprii ori utilizează una din strategiile stimulative. Etapa luminii roşii. În această etapă se verifică lista de idei, sunt clasificate ideile, care apoi sunt studiate de grup sau echipa de experţi, fiind păstrate ideile cele mai potrivite scopului. Dacă numărul ideilor păstrate este de circa 10-15% 27
din totalul ideilor emanate de grup, se poate aprecia că sesiunea a fost una de succes. Vor fi înmânate fiecărui participant, Copii ale Listei Ideilor Păstrate, iar un exemplar va fi arhivat la Banca de Idei a Grupului. Noile direcţii de studiu legate de brainstroming au condus către noi scenarii ale sesiunii, cu nuanţe particulare în etapizare (Rawlinson J., 1998): - Enunţarea problemei şi discuţiile pe marginea ei, reprezintă etapa în care se oferă un volum minim de informaţii, în maxim 10 minute; - Reformularea problemei începe cu enunţul:„Cum să.....”, pentru care se caută cât mai multe reformulări, pentru care se caută cât mai multe soluţii; - Alegerea unei reformulări principale ca bază de plecare a şedinţei, şi găsirea altor enunţuri pornind de la formularea: În câte moduri putem să.........” - Etapa de încălzire, are o durată de aproximativ 5 minute, în care participanţii emit idei foarte rapid, căutând cât mai multe utilizări pentru diferite obiecte; - Brainstorming-ul propriu-zis, în care este citită reformularea aleasă și pentru care se solicită cât mai multe soluţii din partea participanţilor, soluţii care vor fi înregistrate în scris şi puse într-un loc accesibil, pentru a putea fi văzute de către toţi membrii grupului. - Cea mai fantezistă idee, este etapa care se desfăşoară la sfârşitul şedinţei când este aleasă şi discutată cea mai fantezistă idee emisă în grup. Analiza ideilor colectate în sesiunea de brainstorming poate fi făcută fie de grupul participanţilor, fie de o echipă restrânsă de experţi. În prima situaţie, participanţii primesc lista cu ideile colectate şi selectează 10% din numărul acestora, cu posibilitatea evaluarii în detaliu. În a doua situaţie de analiză, grupul de experţi evaluează soluţiile asociate cu fiecare idee
28
emisă, utilizând două criterii: criteriul standard şi criterii specifice pentru problema lansată. Grupul de experţi evaluatori poate utiliza şi metoda brainstormung-ului invers, unde întrebarea de debut este „În câte moduri poate eşua această idee?” Sinectica, este o metoda bazata pe asociațiile libere de idei, mai fiind denumită şi metoda analogiilor. Această tehnică de creativitate în grup a fost elaborata de profesorul Williams I. Gordon (Universitatea Harward, SUA) în anul 1961. Sinectica provine de la cuvântul grecesc „synectikos”, care semnifică: unire, combinare, analogie. Sinectica urmăreşte să combine în actul creaţiei elemente aparent eterogene, din diverse domenii, cum ar fi: imaginarea de soluţii care depăşesc barierele raţionalului imediat; trecerea de la abstract la concret şi de la concret la abstract; trecerea de la sistemele biologice la cele tehnice etc. Metoda se aplică prin parcurgerea următorilor opt paşi: 1. Formularea problemei. 2. Analiza problemei. 3. „Purjarea” sau enunţarea de propuneri imediate. 4. Formularea problemei, în forma care a fost înțeleasă. 5. Sporirea „distanţei metaforice” folosind analogia personală, analogia directă ori conflictul condensat. 6. Posibila repetare a pasului 5, în context diferit. 7. Adaptarea impusă a fanteziei. 8. Generarea de solutii probabile. Membrii grupului, primesc descrierea temei şedinţei prin enunţarea problemei, după care urmează o analiză a problemei, pornind de la enunţul general audiat, la particular. În timpul analizei, mediatorul care a descris problema în mod general, o va descrie mai departe, răspunzând la toate întrebările care vor fi puse pe percusul analizei. La pasul 2, pot să apară soluţii imediate pentru rezolvarea problemei prezentate. Noile idei pot fi reținute ca idei de principiu, sau idei pilot. Pasul 3, „de purjare”, are oarecum acelaşi sens ca şi 29
cel tehnic, aici însă este înleles faptul că este necesară eliberarea minţii persoanelor din grup, de ideile care ar putea influenta negativ identificarea soluţiilor originale aplicabile. La pasul 4, problema va fi redefinită aşa cum a fost înţeleasă după analiza liberă, iar mediatorul va conduce grupul într-o călătorie creativă unde vor fi preponderente: tehnicile intuitive de creaţie, empatia, fantezia, analogia, inversia. Utilizând tehnica analogiilor personale, directe, ori a conflictului condensat, se va obţine efectul distanțăreii de problema de faţă, „impunând” astfel adaptarea fanteziei. În practică sunt utilizate trei tipuri de analogii: 1. analogia personală, care presupune că fiecare membru al grupului de sinectică va trebui să se identifice cu problema care trebuie dezvoltată; 2. analogia directă, care se referă la compararea a două lucruri, procese, fenomene, cu înţelegerea funcţionării acestora; 3. analogia simbolică, care constă în identificarea unor asociații de idei spontane şi libere, între problema ce urmează să fie rezolvată şi un grup de cuvinte, conectate sau nu la problemă, însă cu sens pentru aceasta. Tehnica Sinecticii are două procede operaţionale: transformarea neobişnuitului în obişnuit, prin aşezarea problemei într-un cadru cunoscut; transformarea obişnuitului, prin schimbare în bizar. Primul procedeu implică înţelegerea problemei în miezul ei prin analitiză. Al doilea, constituie o orientare nouă, o imagine complet diferită a problemei, izvorâtă din problema veche. Astfel, pot apărea idei şi soluţii originale de rezolvare a problemelor, caracterizate de utilitate şi simplitate. Pentru a face neobişnuitul familiar şi familiarul neobinuit, trebuie folosită analogia, în mod sistematic. Metoda carnetului colectiv, este apreciată ca fiind una dintre cele mai eficiente metode intuitive. Utilizarea metodei carnetului colectiv se face prin parcurgerea următoarelor etape: 30
- Construirea grupului de creativitate, format din 5-15 persoane, unde fiecare membru primeşte un caiet. Caietul este necesar pentru notarea, timp de o lună calendaristică, a ideilor necesare pentru rezolvarea unei probleme. - Elaborarea unui rezumat în baza ideilor notate, unde fiecare membru, după expirarea perioadei de o lună, propune cea mai bună idee a sa, grupului. - Colectarea caietelor şi sintetizarea ideilor de către conducătorul grupului. - Redistribuirea caietelor cu rezumatul conducătorului, fiecărui membru al grupului. - Organizarea discuţiei de grup pentru selectarea celor mai bune idei. Tehnica Phillips 6-6 (elaborată de J. Donald Philips de la Universitatea din Michigan), presupune organizarea unei sesiuni de creativitate, la care să participe maxim 30 de persoane, care vor dezbate o problemă de creativitate timp de 2 ore. Participanţii vor fi repartizaţi în grupuri de câte 6 persoane, în care o persoană va avea rol de reprezentant. Următoarea etapă este aceea de prezintare a problemei care trebuie rezolvată, fiind continuată de retragerea grupurilor timp de 6 minute. Fiecare reprezentant al grupului notează ideile elaborate. În penultima etapă, grupurile se reunesc, fiecare reprezentant al unui grup va prezenta ideile notate. În final, vor fi alese ideile interesante, fiind aleasă apoi idea cea mai valoroasă. Tehnica Phillips 6-6 este caracterizată ca fiind deosebit de operativă. Tehnica notării ideilor din timpul somnului. În timpul somnului pot fi stabilite noi combinaţii între informaţii. Problema este prezentată într-un grup sau în membrii unei organizaţii. Fiecare persoană din grup va fi preocupată de problemă timp de una sau mai multe zile. Înainte de culcare şi după trezire vor fi notate imaginile, ideile sau conexiunile. 31
Ideile noi vor fi discutate apoi în echipă, pentru evaluarea lor şi alegerea ideii valoaorase. Tehnica poate fi combinată cu sesiunile de brainstorming. 1.2.4. Metode de evaluare a creativităţii De-a lungul timpului, au fost elaborate numeroase instrumente şi metode pentru măsurarea creativităţii. Cu toate acestea, până în prezent, nu a fost stabilită de comun acord o măsură standardizată, general valabilă. Guilford, în discursul său prezidenţial din 1950 ţinut la American Psychological Association (APA), a subliniat importanţa centrală a talentului creativ pentru industrie, ştiinţă, artă şi educaţie, precum şi necesitatea cercetării îndreptate către natura creativității. 1. Metode bazate pe gândirea divergentă. Metodele bazate pe gândirea divergentă sunt evidenţiate de John Houtz şi Damon Krug (1995), ca fiind diferitele teste pentru evaluarea creativităţii. Astfel, aceştia exemplifică Testele Torrance ale Gândirii Creative (TTCT), Testele Wallach şi Kogan (Wallach and Kogan, 1965), și Bateria de teste Guilford. Testele Torrance se bazează pe modelul Structurii Intelectului (SOI) elaborat de Guilford (Guilford, J.P., 1962), care măsoară creativitatea prin gândirea divergentă. Structura Intelectului (SOI) sau (SI), după Guilford are o dispunere trei-dimensională. Guilford arată că inteligenţa nu este constituită ca un concept unitar, propunând un model teoretic tridimensional al structurii intelectului, conform căruia intelectul poate fi reprezentat prin trei aspecte: -
I. Operare: Memoria (depozitarea). Cunoaşterea (recunoașterea, informației).
32
descoperirea,
înțelegerea
-
-
-
-
Producţia divergentă (producerea de informaţii alternative, pornind de la o anume informaţie sau cunoscută). Producția convergentă (producerea unui răspuns, a unor concluzii logice, pornind de la o anume informaţie). Evaluarea (analiza care stabileşte dacă o informaţie este bună ori nu). II. Produse : Sisteme (structuri organizate). Clase (ansambluri de unităţi cu proprietăţi comune). Unităţi (componente ale informaţiei). Relaţii (conexiuni stabilite între unităţi). Transformări (modificări, redefiniri, tranzacţii). Implicaţii (circumstanţieri, extrapolări, conectări). III. Conţinut:
Figural/Vizual (concret sau amintit ca imagine perceptivă). - Simbolic (alcătuit din semne). - Semantic (ințelesurile). - Comportamental (propriu sau al celorlalți). În acest model de operare, Guilford a introdus unele operaţiuni noi (cunoaşterea, memorarea, producţia convergentă, producţia divergentă şi evaluarea). Rezultă astfel 180 posibile abilităţi unice, care sunt corelate între ele. Testele Torrance de Gândire Creativa, Torrance Tests for Creative Thinking, reprezintă cele mai utilizate instrumente pentru măsurarea creativităţii, la nivel internaţional. Larga lor utilitazare se datorează pe de o parte renumelui autorului acestora, Paul E. Torrance fiind o personalitate în studierea creativitatii, cât şi excelentelor lor calităţi psihometrice. Testele Torrance de Gândire Creativă sunt metode hibride de măsurare - cantitativ-calitative, care se bazează pe culegerea proiectivă, deschisă, a răspunsurilor persoanei evaluate. TTCT sunt 33
utilizate cu preponderență în evaluarea resursei umane din departamentele de creaţie, precum şi în sfera educaţională, pentru descoperirea potenţialului creativ (Kyung Hee Kim, 2006). Bateria Guilford constă în zece teste individuale care măsoară aspecte diferite ale producţiei divergente. Aceste teste sunt: 1. Titluri ale unor povestiri (producţia divergentă de unităţi semantice). 2. Ce este de făcut cu aceasta (producţia divergentă de clase semantice). 3. Semnificaţii similare (producţia divergentă de relaţii semantice). 4. Scrierea unor afirmaţii (producţia divergentă de sisteme semantice). 5. Tipuri de oameni (producţia divergentă de implicaţii semantice). 6. A face ceva în afara uzualului (producţia divergentă de unităţi figurative). 7. Grupe de litere diferite (producţia divergentă de clase figurative). 8. Execuţia de obiecte (producţia divergentă de sisteme figurative). 9. Litere ascunse (producţia divergentă de transformări figurative). 10.Adăugarea de decoraţiuni (producţia divergentă de implicaţii figurative). Fiecare dintre aceste sarcini este notată în ceea ce priveşte fluenţa şi originalitatea. 2. Metode bazate pe abordări psihometrice, biografice şi istoriometrice. Au fost realizate studii de evaluare a creativităţii care au avut ca scop descoperirea caracteristicilor personalităţilor creative şi cuntificarea lor. Tipurile de studii
34
sunt: abordările psihometrice, abordările biografice şi abordările istoriometrice. În cazul abordărilor psihometrice, studiile caută “să măsoare aspectele creativităţii asociate oamenilor creativi” (Plucker J., Renzulli J.S., 1999). Instrumentele utilizate în acest tip de studiu al creativităţii constau în liste cu trăsături ale personalităţilor, liste de control pentru adjective ca rapoarte proprii, analize biografice şi cuantificări ale interesului şi ale atitudinilor. Una din listele de control foarte apreciată este Lista de control cu adjective (ACL) elaborată de Gough (1952). Lista cuprinde 300 de cuvinte-descriptori pe care o personalitate le poate examina, acestea având caracter autodescriptiv. Alţi specialişti (Khatena J., Torrance E.P.1976) au elaborat un test de creativitate cu numele Inventarul Percepţiei Creative, care deţine două tipuri de evaluare a percepţiei creative: - Testul : Ce tip de persoană eşti? (What Kind of Person Are You?-trad.eng). Testul WKOPAY evaluează înclinaţiile auto-încrederii, înclinaţia către autoritate, imaginaţia disciplinată, curiozitatea. - Testul SAM Ceva despre mine însumi (Something About Myself-trad.eng). Testul SAM măsoară abilităţile artistice, sensibilitatea, iniţiativa, inteligenţa. etc. Abordările biografice, utilizează studii de caz îndreptate către personalităţile creatoare eminente, realizate prin metode de cercetare calitativă (Sternberg J.R., 1999). Abordările istoriometrice, vizează, de asemenea, studiul personalităţilor creatoare eminente care au făcut istorie. În urma analizei cantitative a „înregistrărilor biografice şi istorice”, care fac referiri la creatorii eminenţi, abordările istoriometrice urmăresc să determine creativitatea (Sternberg J.R., 1999). Testele de creativitate care se realizează la nivel de individ, necesită în mod particular anumite trăsături de 35
personalitate ori un tip anume de gândire divergentă, care au fost asimilate cu comportamentul creativ (Preiss D.D., Sternberg J.R., 2010). 3. Metode care utilizează indicatori ai creativităţii Pornind de la după cadrul generat de Richard Florida2 (2002), teoretician în studii urbane, care a creat „indicatorul de creativitate” , KEA European Affairs - Comitet de consultanţă strategică care susţine creativitatea şi cunoaşterea, a propus un Indice de Creativitate European. Acest indice necesită „identificarea unui set de factori care conduc la creativitate, construirea unor indicatori adecvaţi în relaţie cu aceşti factori şi stabilirea unui sistem de monitorizare a performacţelor de creativitate la niveluri naţionale”. Indicele de Creativitate European coprinde patru sub-indici: Talent, Cultură, Tehnologie şi Inovaţie, Diversitate.
1.3. CONCEPTUL DE INOVARE „Inovarea este instrumentul specific al unui manager întreprinzãtor, mijlocul prin care el exploateazã schimbarea ca o ocazie pentru diferite afaceri sau diferite servicii” (Peter Drucker). „Inovaţia reprezintă ceva ce nimeni a mai făcut şi care este, esenţial, nou pentru piaţă” (Joseph Schumpeter). „Lumea de astăzi este divizată nu de ideologie, ci de tehnologie; o lume a celor care au şi una a celor care nu au tehnologie. O mică parte a globului formată din America de Nord și părți din Europa și Asia de Est, include aproape toate inovațiile tehnologice din lume și brevete acordate. O mare parte a globului este înapoiată sau exclusă din punct de vedere tehnologic, nu este aptă să inoveze și nici nu este aptă să adopte și să adapteze noile tehnologii” (Jeffrey Sachs).
2
Richard Florida, măsoară creativitatea ţinând cont de factorii care sunt asociaţi cu creşterea economică urbană. Indicatorul de creativitate propus pentru creşterea economică, este compus din trei indici care se referăla Tehnologie, Talent şi Toleranţă „teoria celor trei T”). Richard. Florida mai afirma că succesul economic al centrelor urbane este asociat cu numărul persoanelor creative care pot fi atrase în regiunile caracterizate prin „cei trei T”
36
În ultimii ani, se poate remarca deosebita importanţă care se acordă cercetării ştiinţifice, în toate domeniile de activitate. Inovarea, cercetarea ştiințifică fundamentală, cercetarea ştiințifică aplicativă, transferul tehnologic, stau la baza numeroaselor parteneriate, acorduri internaţionale, iniţiative naţionale, europene şi internaţionale. Inovarea este poziţionată în miezul creşterii economice, constituind factorul esenţial în creşterea competitivităţii, atât pentru produse cât şi pentru servicii. Inovarea permite valorificarea experienţei acumulate de organizaţie şi oferă oportunităţi de folosire eficientă a resurselor, de diminuare a fenomenelor de ciclicitate ori sezonalitate, care pot apărea în existenţa sa. Inovarea‚ ca termen, este adesea însoţită de noţiunile de invenţie, inovaţie, descoperire. Cum pot fi definiţi şi explicaţi aceşti termeni, fără să existe riscul confuziei sau neînţelegerii! În conformitate cu definiţia dată de Organizaţia pentru Cooperare şi Dezvoltare-Economică (OCDE), “inovarea reprezintă procesul global de creativitate tehnologică şi comercială, transferul unei idei noi sau a unui nou concept, până la stadiul final al unui nou produs, proces sau activitate de service, acceptate de piaţă.” Obţinerea progresului tehnic are la bază cercetarea ştiinţifică, al cărui efect este invenţia. Invenţia este, prin urmare, „o rezolvare sau o realizare tehnică dintr-un domeniu al cunoașterii, care prezintă noutate și progres față de stadiul cunoscut până atunci”. Invenţia poate să facă referire la obţinerea unui produs ori procedeu, în cazul tuturor domeniilor tehnologice. De regulă, procedeul presupune activităţi specifice care duc la realizarea, producerea sau folosirea unui produs, ori, cel mai adesea, în domeniul agroalimentar, la rezultate calitative (măsurare, analize, control, diagnoză). Nu trebuie însă se se confunde invenţia cu descoperirea, cel din urmă termen presupunând contactul cu o realitate necunoscută.
37
Referitor la termenul de inovaţie, Manualul OSLO, recomandă următoarea definiţie: "O inovație este implementarea unui produs nou sau îmbunătățit semnificativ (un bun sau serviciu), sau a unui proces, a unei metode noi de marketing, sau a unei metode de organizare noi în practica afacerilor, în organizarea locurilor de muncă sau în relațiile externe" Inovația reprezintă constituirea invenției în produse sau servicii care se pot vinde pe piaţă. Cu alte cuvinte, dacă invenția începe să genereze consecințe economice, atunci se transformă în inovație. O organizaţie poate transforma invenţia în inovaţie doar deţinând resurse financiare, cunoaştere, capabilități, abilități și informații legate de pieță, etc. În cartea sa, The Essential Drucker: The Best of Sixty Years of Peter Drucker's Essential Writings on Management (2001), marele economist Peter Drucker evidenţiază că inovarea cu finalitate rezultă din analize, revizuire sistematică şi multă muncă, putând fi prezentată, replicată şi învăţată. Având un scop, inovarea sistematică începe întotdeauna cu analizele oportunităţilor, iar munca de căutare pentru inovare trebuie să fie organizată şi să se desfăşoare constant. Peter Drucker a identificat șapte surse de oportunitate, care în cele din urmă conduc către inovare : 1. Succese şi eşecuri neaşteptate, atât ale propriei organizaţii cât şi ale organizaţiilor concurente. 2. Incongruenţe, mai ales cele legate de proces (producţia sau distribuţia), incongruenţe în comportamentul clienţilor. 3. Nevoile procesului tehnologic. 4. Schimbări în domeniul de producţie sau structurile pieţei 5. Schimbările demografice. 6. Modificări de înţelegere şi percepţie. 7. Noile informaţii din ştiinţă. Inovaţia cuprinde amblele laturi, atât cea conceptuală cât şi cea perceptuală. Inovatorii de succes folosesc ambele laturi 38
ale creierului, analizează atât cifrele cât şi oamenii. Imperativ necesar este complexul de acţiuni: a privi, a cere şi a asculta. Aşa cum Drucker descria, o inovaţie de succes trebuie să fie simplă şi focusată. O inovaţie trebuie să rezolve o problemă, altfel se va crea o confuzie şi nu va funcţiona. Toate inovaţiile eficiente sunt incredibil de simple. Acestea se bazează pe o nevoie specifică ce este satisfăcută şi pe un rezultat final specific, pe care inovația îl produce. În opinia lui Drucker, inovaţiile efective încep la nivel restrîns şi nu trebuie să incerce să fie inteligente. Pornind de la lucruri mici sunt necesare și aplicate ajustări; pornind de la lucruri mici, se menţine atenţia către cerinţele oamenilor şi costurile rezonabile. Un alt factor important în inovare, după Druckner, este momentul pentru care se realizează - inovaţia este necesar să se realizeze pentru prezent şi nu pentru viitor. Inovaţia poate avea impact pe termen lung; daca inovaţia nu poate fi adoptată în prezent nu va putea fi adoptată nici în viitor. Există 3 condiţii care trebuiesc îndeplinite pentru o inovaţie de succes: 1. Inovarea solicită muncă. 2. Inovarea cere cunoaştere, ingeniozitate şi creativitate. Rareori inovatorii lucrează în mai mult de un domeniu de activitate. 3. Inovarea solicită stăruinţă, perseverenţă şi angajament. Pentru a avea succes inventatorii trebuie să construiască, bazându-se pe propriile forţe. Când inventatorul crează, trebuie să aleagă între multiplele oportunităţi oferite de realitatea în care traieşte, pe cele care se le potrivească lui dar şi organizaţiei; este necesară existența unei potriviri temperamentale cu practicianul - cel care va utiliza inovaţia şi implicit cu strategia organizaţiei. Inovarea produce un efect în economie şi în societate, o schimbare în comportamentul clienţilor, profesorilor, fermierilor, economiştilor, a oamenilor în general; se constituie 39
ca o schimbare în proces, în modul în care oamenii acţionează pentru a produce ceva. În plus, inovaţia trebuie să fie strâns legată de piaţă, focusată în piaţă şi determinată de piaţă. Inovarea, prin natura sa, este riscantă aşa cum este riscantă orice activitate economică. A susţine însă ceva ce a fost făcut ieri, este de departe mai riscant decât ca acel ceva să fie făcut mâine. Principiile inovării ale lui Drucker 1. “Inovarea este o activitate sistematică”. 2. “Antreprenorul este bine sfătuit să renunţe la ideile strălucitioare” 3.“Antreprenorii nu îşi asumă riscuri. Inovatorii de succes sunt conservatori – aceştia nu sunt focusaţi pe riscuri, ci sunt focusaţi pe oportunităţi”.
Inovatorii definesc riscurile şi caută să le minimizeze. Inovarea constituie un succes în măsura în care analizează atent sursele de oportunitate, indică oportunitatea şi apoi o exploatează, chiar dacă o oportunitate este însoţită de un risc mic şi determinabil sau de un risc mare și determinabil. În cartea sa, The Theory of Economic Development, economistul american J.A. Shumpeter evideţiază cinci tipuri de inovare care definesc un act antreprenorial (Swedberg R., 1991): 1. creerea unui nou produs; 2. introducerea unei noi metode de producţie; 3. intrarea pe o piață nouă (sau creerea unei noi piețe); 4. apelarea la o nouă sursă materie primă; 5. constituirea unei noi forme organizatorice. Inovarea are loc datorită evoluției societății în ansamblul său, în contextul economic, social și politic al momentului în care acestea se realizează, cauzele esențiale putând fi : - Diversificarea producţiei determinată de cererea pieței. Organizațiile pot adapta producția prin diversificare, pentru domeniul pentru care sunt specializate, iar în cazuri 40
imperative, pot interveni în ajustarea profilului, foarte rar fiind însă întâlnite schimbări ale profilului. Este evidentă tendința conform căreia organizațiile preferă să diversifice produsele, decât să schimbe tehnologiile pentru obținerea produselor. Menținerea poziției organizației pe piață/câștigarea competiției pentru poziția pe piață. Menținerea poziției pe piață, constituie una dintre prioritățile oricărei organizații implicate în producția agroalimentară. De existența acesteia, depind, în aval și în amonte, alte firme interesate de poziția pe piață. Restricții legate de cerințele impuse de legislația internă și/sau internațională sau normele și recomandările altor instituții, cu implicații în producerea și comercializarea produselor agricole și alimentare. Normele și recomandările cel mai des invocate, sunt cele legate de protecţia mediului și cerințele de calitate. În cazul produselor agroalimentare, normele și recomandările referitoare la mediu afectează semnificativ tehnologiile, iar normele și recomandările referitoare la calitate, afectează produsele. Presiunea legată de fluctuațiile de producție și preț pentru materia primă. Cele mai mari fluctuaţii ale nivelului de producţie şi preţ sunt cunoscute în obţinerea şi vânzarea energiei – componentă care stă la baza obţinerii şi implementării tehnologiilor. Crizele economice manifestate în ţările dezvoltate. În acest context, sunt materializate preferenţial inovaţiile care se materializează rapid. Se manifestă astfel, tendinţa de restrângere a investiţiilor care se finalizează pe termen lung şi care de regulă, permit realizarea de noi tehnologii. Necesitatea înlocuirii activităţilor de rutină şi a efortului fizic sau stresului la care poate fi supus factorul uman în procesele de producţie. Din aceste motive, nevoia de inspiraţie şi creativitate este din ce în ce mai mare, cu tendinţă de creştere în anii care urmează, şi care va fi materializată în
41
produse noi, revoluţionare sau procese de producţie care funcţionează pe principii ştiinţifice noi. 1.3.1. Descrierea procesului de inovare În perioada de dezvoltare industrială, au fost expuse o serie de opinii legate de ordinea conceptuală pentru analiza unui proces de inovare. Scopul acelor opinii a fost acela de a aprofunda natura şi traseul de derulare a activităților de inovare, în vederea construirii unui fundament solid pentru elaborarea politicilor de inovare. Au fost elaborate “modele ale procesului de inovare”, care fac astfel posibilă ordonarea raţională a procesului de inovare. Modele procesului de inovare cuprind câteva etape esenţiale, aşa cum au fost identificate de experţi: cercetarea de bază (fundamentală), prin intermediul căreia sunt realizate noile descoperiri ştiinţifice, sub formă de concepte, teorii, legităţi, fenomene etc. cercetarea aplicativă, în care rezultatele cercetării ştiinţifice sunt materializate prin intermediul proiectăriiingineriei, în componente practice de noi, sub formă de produse, procese, servicii, cunoscute sub denumirea de invenţii; transformarea noilor invenţii, prin procese de producţie în procese sau în bunuri comercializabile; difuzarea noilor creaţii în cadrul economiei de piaţă. În conformitate cu Roy Rothwell (1994), care a arătat o anumită perspectivă istorică pentru procesul de inovare, derularea procesului de inovare a evoluat de la un model liniar (perioada 1950-1960) către modele mult mai complexe (perioada 1980-1990). În context general, modelele de inovare trasează harta relaţiilor şi a fluxurilor informaţionale în interiorul organizaţiilor, precum şi în relaţia organizaţiei cu mediul economic (clienţii).
42
Roy Rothwell a evidenţiat în urma cercetărilor sale “5 generații de modele ale procesului de inovare” care caracterizează etapele de evoluție în mediul economic și științific. Generaţia 1- Technology push. Modelele lineare au fost dominante între perioada anilor 1950-1960, acestea fiind modelele de genul technology push, conform cărora inovațiile tehnologice sunt generate având ca stimulent cercetareadezvoltarea: inovarea debutează cu descoperirea științifică prin cercetarea științifică fundamentală, parcurge stadiul de invenție, care apoi, prin activitatea de proiectare-inginerie și de producție este materializată în produs, serviciu, tehnică inovative. În ultima etapă, prin marketing și vânzare toate aceste elemente inovative sunt împinse către piață. Prin urmare, abordarea evidențiază că procesul de inovare este format din etape diferite, care relaționează linear doar într-o singură direcție. Etapele modelului de inovare technology push pot fi redate schematic după relația: Cercetare științifică fundamentală →Proiectare →Fabricație →Marketing→ Vânzări
După Armelle Le Corre şi Gerald Mischke (2005), “Probabilitatea succesului inovației realizate în modul technology push este produsul dintre probabilitatea succesului tehnologic și probabilitatea succesului comercial pentru respectiva tehnologie inovativă.” Generația a doua de modele denumite market pull (în trad. piața care trage) a apărut la sfârșitul anilor 1960 și începutul anilor 1970. Modelele din generația a 2-a sunt tot liniare și pornesc de la premisa că inovațiile se generează de la o cerința identificată de piață, care influențează direcția și rata dezvoltării tehnologice, unde cercetarea ştiinţifică acţionează ca reacţie la cerinţa pieţei în procesul inovațional. Procesul de inovare se realizează către satisfacerea exigențelor consumatorilor. Modelul market pull este reprezentiv în 43
industria agro-alimentară.Etapele modelul "market pull" se poate reprezenta schematic astfel: Cerințele pieței → Cercetare-Dezvoltare → Fabricație → Vânzări
În conformitate cu unele critici, modelele liniare modifică realitatea procesului inovativ care, în fapt, este apreciat ca fiind neliniar, întrucât între etapele care se desfăşoară apar trasee marcate de feedback. Generaţia a treia - Modele cuplate sau interactive. Aceste modele, pot fi apreciate ca o combinaţie a modelelor technology push și market pull. Caracteristica acestor modele o constituie centrarea pe interactivitatea în proces, mai ales pe consecinţele feedback-urilor dintre etapele de piață și cercetare ştiinţifică specifice modelelor liniare anterioare. David Mowery și Nathan Rosenberg (1979) susțin că inovația se poate caracteriza printr-un cuplaj între interacțiunea științei și tehnologiei pe de o parte și spaţiul de piaţă, pe de altă parte. Procesul de inovare prin cuplaj sau interactivitate este constituit din secvențe logice, nu neapărat continue, putând fi împărţit în etape interdependente, evident deosebite funcțional, care relaţionează prin feedback-uri cu etapa anterioară. Aceste modele, propun sugestia de cuplare în echipe integrate, pentru dezvoltarea de produse și procese noi, care relaţionează inter- şi intra-organizaţional.
Fig.1. Schema de funcționare a generației a III-a. Sursa: Rothwell (1993)
44
Generație a patra - Modele integrate. Este caracteristică anilor 1980 - începutul anilor 1990 şi este reprezentată de “modelele proceselor de inovare integrate funcțional”. Aceste modele au caracteristic dezvoltarea și integrarea produselor simultan (paralel), care înlocuiesc implicarea departamentelor pentru proiectare şi dezvoltarea produselor, în mod secvențial. Aceste modele, s-au fundamentat pornind de la metodele utilizate de industriile japoneze pentru automobile şi electrotehnice. Organizaţiile inovatoare din Japonia realizează integrarea în interiorul firmei, în amonte cu furnizori și în aval cu clienți, evident actori importanţi şi activi pentru organizaţie. Aceste modele au încercat să surprindă gradul ridicat de integrare funcțională încrucişată în cadrul firmelor, precum și integrarea lor externă cu activitati în alte companii, inclusiv furnizori, clienți și, în unele cazuri, universități și agenții guvernamentale.
Fig.2. Schema de funcționare a generației a IV-a. Sursa: Rothwell (1993)
Modelele din generaţia a patra evideţiază iterații complexe, trasee de feedback și relații reciproce între toţi actorii implicaţi în procesul de inovare. Procesul de inovare are un rol important în realizarea de alianțe cu alte organizaţii sau chiar competitori.
45
Generația a cincea – Modele de Integrarea Sistemelor de Inovare în reţea (Systems Integration and Networking Models). Modelele se bazează pe observaţiile efectuate în anii 1980 și 1990, referitoare la creşterea alianţelor corporatiste, parteneriate, consorţii şi asocieri de cercetare-dezvoltare apărute în anii 1990. Aceste interpretări au fost extinse asupra celor patru modele anterioare, subliniind mai departe relațiile pe verticală (de exemplu, alianțe strategice cu furnizorii și clienții) și cu colaboratorii competitori. Modelele din generaţia a cincea se bazează pe integrarea sistemelor și organizațiilor şi pe construirea unor rețele colaborative care să cuprindă actorii inovatori. Scopul generării acestor modele este acela de a profita de cuplarea tehnologiilor, precum şi rezolvarea problemelelor complexe ale produselor. Inovarea în rețea a condus la digitizarea procesului de inovare, care implică utilizarea de noi mijloace electronice (modelarea prin simulare, sisteme CAD/CAM, sisteme expert destinate proiectării și fabricării rapide a prototipurilor fizice (Rapid prototyping). În cadrul sistemelor de inovare în rețea, se organizează echipe integrate de dezvoltare în paralel, care abordează procesul de creare a noilor produse pe baza conceptului de inginerie concurentă (“abordare sistematică în proiectarea şi dezvoltarea unui produs, care ia în considerare toate elementele din ciclul de viată al acestuia, de la concepţie până la retragerea acestuia din uz.”, Terziovski M., 2007). Procesul de inovare din a cincea generație, se constituie ca răspuns la risc și incertitudine în inovare - aflate la cote înalte. În cadrul organizaţiilor s-a ajuns la concentrare sporită pe folosirea celor mai bune modele organizaționale şi bune practici, care permit un maxim de sensibilitate și flexibilitate în relaţie cu piețele impredictibile și turbulente. Generaţia şasea de modele de inovare. Există specialişti care apreciază existenţa unei noi generaţii de inovare, cauzată 46
de necesitatea şi oportunitatea sporită pentru folosirea creativității și noilor soluţii amplasate pe traseul dintre actorii spaţiului economic, aflaţi în interiorul și organizaţiilor. O altă cauză a celei de-a şasea generaţii de inovare o reprezintă necesitatea de optimizare prin simulare și modelare, pentru producerea elementelor inovative reflecate în produse, procese şi servicii, şi mai ales pentru crearea de valoare prin strategii efective. În această ultimă generaţie, se încadrează abordarea Innovation Technology (IvT) care foloseşte modelarea, simularea, inteligența artificială, prototiparea rapidă, realitatea virtuală, extracția datelor (data mining), etc. 1.3.2. Modele matematice utilizate pentru procesul de inovare O anumită inovație Ik poate fi definită ca o invenție Ts(Ik), care are un succes comercial Ms(Ik). Armelle Le Corre și Gerald Mischke, au definit noțiunea de inovație Ik prin următoarea ecuație: Ik = Ts(Ik)&Ms(Ik), unde Ts -succesul tehnologic, Ms -succesul comercial al Ik. Fiind inovație, Ik trebuie să fie nouă, fezabilă şi să contribuie, într-o anumită măsură, la îmbunătăţirea tehnologiei utilizate într-un context istoric. În limbaj economic, obţinerea unui succes comercial presupune următoarea condiţie: costurile totale Tc(Ik) utilizate pentru inovația Ik, sunt mai mici sau egale cu profiturile comerciale respective obținute Mp(Ik), respectiv: Tc(Ik)< Mp(Ik). În cadrul modelului de inovare technology-push, Ps probabilitatea succesului inovației este redată de produsul dintre (Ts) - probabilitatea succesului tehnologic și (Ms) 47
probabilitatea succesului comercial pentru tehnologie, respectiv: Ps(Ip)= Ps(Ts(Ip)) x Ps(Ms(Ip)ǀ Ts(Ip)) La modelul de inovare market-pull, probabilitatea succesului inovației este proporțională cu produsul dintre probabilitatea succesului tehnologic şi probabilitatea succesului comercial, respectiv: Ps(Ip))= Ps(Ts(Ip)ǀ Ms(Ip)) x Ps(Ms(Ip))
1.4. SISTEMUL DE INOVARE TEHNOLOGICĂ Inovarea tehnologică poate fi definită ca transformarea unei idei într-o tehnică operatională aplicabilă în industrie sau comerţ, care permite realizarea de produse (bunuri ori servicii) comercializabile sau într-un produs complet nou ori ameliorat, care se comercializează. Inovarea, ca şi schimbarea, sunt cuvinte din ce în ce folosite la nivelul organizaţiilor producătoare şi furnizoare de produse agroalimentare, ca reacţie la evoluţia rapidă a acestei pieţe la livel mondial, datorită unei concurenţei acerbe şi nu în ultimul rând datorită solicitărilor consumatorilor aflate într-o continuă transformare, din cauze ce ţin de preferinţe, tendinţe, preţuri, etc. Inovarea tehnologică are la bază, în mod obişnuit, următoarele posibilităţi: - aplicarea unor tehnologii noi; - dezvoltarea de tehnologii noi; - combinatii noi ale unor tehnologii aplicabile. Sistemul de inovație tehnologică constituie un concept dezvoltat în domeniul științific al studiilor de inovare, care servește pentru a explica natura și rata de schimbare tehnologică. Un sistem de inovare tehnologică poate fi definit ca „o rețea dinamică de agenți, care interacționează într-o anumită zonă economic sau industrială, sub o 48
anumită infrastructură instituțională și implicată în generarea, difuzarea și utilizarea tehnologiei” (Smiths R.E.H.M., 2002; Carlsson B., Stankiewicz R., 1991; Jacobsson S., Johnson A., 2000). Abordarea poate fi aplicată la cel puțin trei niveluri de analiză: la o tehnologie în sensul unui câmp de cunoștere, la un produs, sau la un set de produse înrudite menite să satisfacă o anumită funcție (socială). Conceptul sistemului de inovare tehnologică, a fost introdus în special ca parte a unei școli teoretice mai cuprinzătoare, numită Abordarea Sistemului de Inovare. Ideea centrală din spatele acestei abordări a fost aceea conform căreia factorii determinanți ai schimbărilor tehnologice nu există (doar) pentru a fi găsite în firmele individuale sau în institute de cercetare, ci şi într-o structură social largă, în care sunt încluse organizaţiile și institutele de cercetare (Freeman C., 1995) Începând cu anii 1980, studiile legate de sistemul de inovare au subliniat influența structurilor sociale în schimbarea tehnologică, indirect asupra creșterii economice pe termen lung, în cadrul națiunilor, sectoarelor ori domeniilor tehnologice (Lundvall B.-Å., 1988). Scopul unui sistem de inovare tehnologică este acela de a analiza și evalua dezvoltarea unui anumit domeniu tehnologic cu privire la structurile și procesele care sprijină sau îl împiedică. Există două caracteristici speciale care definesc abordarea sistemului de inovare tehnologică în sistemului de inovare: 1. În primul rând, în conceptul sistemului de inovare tehnologică se subliniază că pentru a induce schimbările tehnologice și performanța economică, nu este suficientă doar stimularea fluxului de cunoștințe; este necesară exploatarea acelor cunoștințe, pentru a genera noi oportunităţi de afaceri. Se subliniază importanța persoanelor apreciate ca surse de inovare, aspect care este uneori supervizat în abordările sistemelor inovative, orientate la nivel macro sau orientate la
49
nivel național sau sectorial (Hekkert M.P., Suurs R.A.A., Negro S.O., Kuhlmann S., Smits R.E.H.M., 2007). 2. În al doilea rând, abordarea sistemului de inovare tehnologică se concentrează de multe ori pe dinamica sistemului (Suurs R.A.A., 2009). Accentul pe acțiunea antreprenorială, a încurajat oamenii de știință să aprecieze că sistemul de inovare tehnologică ca pe ceva care să va construi de-a lungul timpului., aşa cum invoca Carlsson şi Stankiewicz: „Sistemele de inovare technologică sunt definite în termen de fluxuri de cunoștere/competențe, mai degrabă decât fluxuri de bunuri și servicii obișnuite. Acestea constau din rețele dinamice de cunoștințe și de competență. În prezența unui antreprenor și a unei mase critice suficiente, astfel de rețele pot fi transformate în grupuri de dezvoltare, și anume grupuri sinergice de firme și tehnologii în cadrul unui sector ori un grupă de industrie” (Carlsson B., Stankiewicz R., 1991). Prin urmare, un sistem de inovare tehnologică poate fi analizat din punct de vedere al componentelor sale, ca sistem, și/sau din punct de vedere al dinamicii sale. Structura unui sistem de inovare tehnologică. Componentele unui sistem de inovare tehnologică sunt denumite structuri. Acestea constituie aspectul static al sistemului, deoarece sunt relativ stabile în timp. Se disting trei categorii de bază, după cum urmează: Actorii. Actori implică organizațiile, care contribuie la o tehnologie ca un dezvoltator sau adoptator, sau indirect, ca o autoritate de reglementare, finanțator, etc. Sunt actorii sistemului de inovare tehnologică care, prin alegeri și acțiuni, în fapt, generează, difuzează și utilizează tehnologii. Potențiala diversitate a actorilor relevanți este enormă, aceasta cuprinzând de la actorii privați până la actorii publici, de la dezvoltatori de tehnologie la adoptatori de tehnologie. Dezvoltarea unui sistem de inovare tehnologică va depinde de relațiile dintre toți acești actori. De exemplu, antreprenorii sunt puțin probabil dispuşi să investească în afacerile lor, dacă guvernele nu sunt dispuse să îi 50
sprijine financiar, iar în revers, guvernele nu au nici o informaţie în cazul în care este necesar un sprijin financiar, dacă antreprenorii nu le oferă informațiile și argumentele care stau la baza unui sprijin politic legitim. Instituțiile: constituie structurile instituționale care stau la baza conceptului de sistem de inovare (Edquist C., Johnson B., 1997). Este comună aprecierea conform căreia, instituțiile constituie „regulile jocului într-o societate, ori mai formal, (...) din punct de vedere uman, au fost concepute ca şi constrângeri care modelează interacțiunea umană” (North D.C., 1990). Se poate face astfel o distincție între instituțiile formale și instituții informale: instituțiile formale fiind regulile care sunt codificate și aplicate de către o autoritate, iar instituțiile informale ca existând tacit și organic sub forma interacțiunii colective de actori. Instituțiile informale poate fi normative sau cognitive. Regulile normative sunt normele sociale și valorile cu semnificație morală, în timp ce regulile cognitive poate fi considerate ca fiind structuri mentale colective sau paradigme sociale (Scott W.R., 2001). Factorii tehnologici: constituie structuri tehnologice, care constau în produsele și infrastructurile tehnologice în care acestea sunt integrate; implică, de asemenea, lucrările tehnicoeconomice de obţinere a produse, inclusiv costurile, siguranța, fiabilitatea acestora. Aceste aspecte sunt esențiale pentru înțelegerea mecanismelor de feedback între schimbările tehnologice și schimbarea instituțională. De exemplu, în cazul sistemelor de subvenții pentru cercetare și dezvoltare, care vin în sprijinul dezvoltării tehnologiei, acestea ar trebui să conducă la îmbunătățiri legate de siguranța și fiabilitatea în aplicații, aceasta ar deschide calea pentru schemele de sprijin mai elaborate, inclusiv demonstrații practice. Acestea, la rândul lor, pot să beneficieze de mai multe îmbunătățiri tehnologice. Se poate remarca astfel importanța caracteristicilor tehnologice care, adesea, au fost neglijate de oamenii de știință (Suurs R.A.A., 2009). 51
Factorii structurali sunt doar elementele care alcătuiesc sistemul. Într-un sistem real, acești factori sunt conectaţi unii de alţii. În cazul în care aceşti factori formează configurații dense acestea constituie rețele. Un exemplu ar fi reţeaua de firme care lucrează în comun cu privire la testarea unei aplicaţii. Alte exemple pot fi, de asemenea: asociații industriale, comunități de cercetare, rețele de politică, relațiile dintre utilizatori și furnizori, etc). O analiză a structurilor produce de obicei o perspectivă referitoare la: caracteristicile sistemice – complementaritate – conflicte, care constituie căi, dar și bariere pentru difuzarea tehnologiilor la un moment dat, sau într-o anumită perioadă de timp în timp. Dinamica sistemelor tehnologice inovative. Structurile sistemelor tehnologice inovative implică elemente, care sunt relativ stabile în timp. Funcțiile sistemului trebuie înțelese ca tipuri de activități care influențează construirea sistemului de inovare tehnologică. Fiecare funcție a sistemului poate fi îndeplinită într-o varietate de moduri, mai mult, pentru o dezvoltare corespunzătoare a sistemului, ar trebui executate toate funcţiile implicate. Au fost construite diferite liste cu funcții ale sistemului, care evidenţiază multe suprapuneri și diferențe, datorate în mare parte, în mod special grupării activităților. Un exemplu de astfel de listă este prezentat în continuare. Funcţiile sistemului de inovare tehnologică. Sistemul definit de Hekkert are şapte funcţii, fiind descris astfel (Hakket M.P. şi colab., 2007): F1. Activități de antreprenoriat: Rolul cunoscut al antreprenorului este acela de a transforma cunoștințele în oportunități de afaceri și în cele din urmă inovații. Antreprenorul realizează acest deziderat printr-o serie de experimente orientate spre piață, care stabilesc schimbarea, atât la tehnologia emergentă cât și la nivelul instituțiilor care-l înconjoară. Activitățile antreprenoriale implica proiecte menite 52
să demonstreze utilitatea tehnologiilor emergente într-un mediu practic și/sau comercial. Astfel de proiecte sunt, de obicei, sub formă de experimente și demonstrații. F2. Dezvoltarea cunoaşterii: Funcția de dezvoltarea cunoașterii implică activități de învățare, în cea mai mare parte legate de nivelul tehnologiei emergente, însă, de asemenea, pe piețele, rețele, utilizatori, etc Există diferite tipuri de activități de învățare, cele mai importante categorii fiind cele de învățare prin căutarea și învățarea prin execuţie; prima face referire la activitățile de cercetare și dezvoltare din domeniul științei de bază, în timp ce ultima implică activități de învățare într-un context practic, de exemplu, sub formă de experimente de laborator sau încercări de adoptare. F3. Difuzarea cunoaşterii/Cunoaștere prin intermediul rețelelor. Structura de organizare caracteristică a unui sistem de inovare tehnologică este cea în rețea. Funcția primară a rețelelor este aceea de a facilita schimbul de cunoaştere între toți actorii implicați în interiorul ei. Activitățile de difuzare de cunoștințe implică existenţa de parteneriate între actori, pentru organizarea de întâlniri, ateliere de lucru și conferințe. Rolul important al difuzării cunoașterii, provine de la noțiunea lui Lundvall, aceea de învățare interactivă ca raţiune de a fi a oricărui sistem de inovare (Lorenz, E., Lundval B.A., 2006). Abordarea sistemului de inovare, subliniază că inovarea se realizează numai în cazul în care actori din diferite medii interacționează. O formă specială de învățare interactivă este cea de învățare-prin utilizare, care implică activități de învățare bazate pe experiența utilizatorilor de inovații tehnologice, de exemplu, prin interacțiunile utilizatorproducător. F4. Orientarea căutării. Se referă la activități care modelează nevoile, cerințele și așteptările actorilor, cu privire la sprijinul acestora (continuu) pentru a emerge tehnologii. Orientarea căutării se referă la alegeri individuale legate de tehnologie, dar poate lua forma de instituții importante, cu 53
referire la obiective politice. Poate face referire la promisiunile și așteptările exprimate de diferiți actori din comunitate. Orientarea căutării poate fi pozitivă sau negativă. O orientare pozitivă a căutării, înseamnă o convergență de semnale pozitive, așteptări, promisiuni, directive politice, într-o anumită direcție de dezvoltare a tehnologiei. Dacă este negativă, va exista o digresiune sau o respingere a dezvoltării cu totul. Convergența prezintă importanţă, întrucât diferitele opțiuni tehnologice există într-un domeniu tehnologic emergent, fiecare dintre acestea necesitând investiții, în scopul de a se dezvolta în continuare. Deoarece resursele sunt limitate, este important să fie alese focusuri. Fără nici o focalizare a resurselor, va exista o diluție a resurselor, împiedicând opțiunile favorabile să prospere. Pe de altă parte, prea multă concentrare, poate duce la pierderea varietăţii. Un sistem de inovare tehnologice sănătos va asigura un echilibru stabil între creare și reducerea varietăţii. F5. Construirea pieţei: Nu este de aşteptat ca tehnologiile emergente să concureze tehnologiile existente. În scopul de a stimula inovarea, de obicei, este necesară crearea de (nișe) piețe artificiale. Funcția de formare a pieței, implică activități care contribuie la crearea cererii de tehnologie emergentă, de exemplu prin susținerea financiară în utilizarea tehnologiei emergente sau prin impozitarea utilizării de tehnologii concurente. F6. Mobilizarea de resurse, face referire la alocarea de capital financiar, resurse materiale și resurse umane. Accesul la astfel de factori de capital este necesar pentru toate celelalte dezvoltări. Activitățile specifice implicate în această funcție a sistemului sunt: investițiile și subvențiile. Acestea pot implica dezvoltarea de infrastructuri generice, cum ar fi sistemele de învățământ, facilități mari de cercetare ştiinţifică - dezvoltare sau infrastructuri. Funcția de mobilizare a resurselor, reprezintă o variabilă economică de bază. Importanța sa este evidentă; o tehnologie emergentă nu poate fi susținută, în nici un fel, în 54
situaţia în care nu există mijloace financiare sau naturale, ori fără prezenţa actorilor, cu aptitudinile și competențele potrivite. F7. Sprijin prin coalițiile de sprijin. Apariţia unei tehnologii emergente, de multe ori, conduce la o rezistență din partea actorilor cu interese în sistemul energetic în exercițiu. Pentru ca un sistem de inovare tehnologică să se dezvolte, este necesar ca alți actori să contracareze această inerție. Acest lucru, poate fi realizat de către autorități care recomandă reorganizarea configurației instituționale a sistemului. Funcţia de sprijin de la coaliții de suport, implica lobby politic și consiliere în numele unor grupuri de interese. Această funcție a sistemului poate fi considerată ca o formă specială de orientare, de căutare. La urma urmei, lobby-urile și consilierea, sunt raţiuni emanate în favoarea anumitor tehnologii. Caracteristica esențială care defineşte această categorie, este faptul că aceste coaliţii nu au putere precum guvernele, pentru a putea schimba în mod direct instituțiile formale, ci folosesc puterea de convingere. Noțiunea de coaliție de sprijin se bazează pe lucrarea lui P.A. Sabatier (1998, 2007), care a introdus această idee în contextul științei politice. Conceptul, subliniază ideea, conform căreia schimbarea structurală în cadrul unui sistem este rezultatul concurenţei grupurilor de interese, fiecare reprezentând un sistem de valori și idei, separat. Rezultatul este determinat de puterea politică. Dobândirea de noi tehnologii și capacități Pentru a îmbunătăți competitivitatea și a păstra durabilitatea, firmele au nevoie de noi tehnologii și capabilități. În aceast context istoric, caracterizat de complexitate și inovare rapidă, constituie adevărate provocări pentru organizaţii, care simultan trebuie să se dezvoltare în plan intern, în contextul menţinerii competitivităţii. Fuziunea, achiziția și alianța, constituie câteva dintre modalitățile de a realiza aceste deziderate, însă calea principală o constitie dorința de a obține resurse valoroase.
55
Numeroase achiziții nu au reușit să își atingă obiectivele, generându-se performanțe slabe, cauzate de: Documentația necorespunzătoare și schimbarea implicită de cunoaștere, care face dificil schimbul de informații în timpul achiziției. Pentru achiziţie, independenţa simbolică și culturală a firmei, care constituie baza tehnologică și a capabilității, sunt mai importante decât independența administrativă. Schimbul de cunoștințe detaliate și integrarea, sunt dificile atunci când firma achizitionată este mare și de înaltă performanță. Managementul conducerii executive al firmei dobândite este critic, referitor la promoții și plata stimulentelor pentru folosirea abilităţilor și valorii expertizei acestora. Transferul de tehnologii și capacități, reprezintă sarcina cel mai dificil de gestionat, din cauza complicatiilor în implementarea achiziției. Riscul de a pierde cunoaștere implicită este întotdeauna asociat cu achiziționarea în ritm rapid.
1.5. CICLUL DE VIAŢĂ AL TEHNOLOGIILOR Pentru crearea şi implementarea unei tehnologii, se construieşte un fundament solid bazat pe teorii ştiinţifice, studii şi cercetării – rezultate ale unor activităţi desfăşurate anterior, în timp. Prin urmare, tehnologia are o viaţă mărginită, cu o traiectorie asemănătoare ciclului de viaţă al produsului. Etapele ciclului de viaţă al tehnologiei pot fi descrise cu ajutorul elementelor particulare, ca de exemplu: starea tehnologiei, produse obţinute, utilizatorii tehnologiei, serviciile asociate cu tehnologia, concurenţa, preţul utilizării tehnologiei etc. În faza de lansare, tehnologia se află în faza de inovaţie (invenţie), nu are un caracter complex, sofisticat, iar numărul 56
utilizatorilor sau a celor care sunt interesaţi de ea este foarte redus; se poate vorbi mai mult de anumite componente decât de o tehnologie completă, concurenţa este slabă, uneori inexistentă, iar preţurile pentru utilizarea şi realizarea ei sunt în general foarte ridicate. În această fază se definesc şi se analizează cerinţele principale pentru viitoarea tehnologie, se fixează obiectivele din punct de vedere calitativ şi cantitativ, se definesc specificaţiile funcţionale şi se dezvoltă posibilele scenarii/alternative pentru viitoarea tehnologie. Importantă în această fază este definirea şi constituirea echipei de lucru pentru cercetare/concepţie. Faza de creştere se caracterizează prin faptul că tehnologiile se dezvoltă, sunt introduse cantităţile semnificative de materii prime/informaţii în sistem, gama de utilizatori începe să se extindă, încep să se dezvolte primele servicii asociate tehnologiei, concurenţa începe să îşi facă simţită prezenţa, iar preţurile îşi diminueaza ritmul de creştere. Sarcinile şi responsabilităţile personalului sunt definite complet, se identifică şi se elimină activităţile critice, se intensifică acţiunile de promovare a noilor tehnologii, se defineşte cu exactitate necesarul de resurse şi efectele generate, utilitatea şi avantajele faţă de alte tehnologii existente. În faza de consolidare, tehnologiile devin deja utilizate, cunoscute, experimentate, ceea ce implică costuri de aplicare din ce în ce mai reduse. Se definesc structurile de control şi se compară din punct de vedere calitativ şi cantitativ rezultatele înregistrate cu cele estimate. Se defineşte gama serviciilor asociate tehnologiei, cum sunt: asistenţa pentru alegere şi fundamentarea necesităţii, serviciile de transport, montaj, punere în funcţiune, garanţia. Piaţa se extinde considerabil, concurenţa este puternică şi implică o concentrare puternică asupra tuturor acţiunilor acestora, iar preţurile se menţin constante. Tehnologiile din aceasta fază se încadrează în
57
categoria „vedete”, adică au rată de creştere şi cotă de piaţă ridicată. Faza de maturitate, impune analiza sintetică a tehnologiei şi a evoluţiei acesteia, cu privire la performanţele atinse în vederea iniţierii unor acţiuni de dezvoltare prin modernizare, înlocuire sau substituire. Tehnologiile înregistrează caracteristici de masă, însă piaţa începe să dea semne de restrângere şi segmentare. Concurenţa este dominantă şi tinde să înlocuiască tehnologiile respective cu unele de substitutie. Preţurile sunt constante sau în scădere, iar eficienţa activităţii este puternic diminuată. Se evaluează rezultatele prin prisma eforturilor depuse pentru a se vedea dacă merită a se continua sau se opreşte activitatea. De asemenea, se impune efectuarea unor corecţii asupra bugetelor, planurilor de activităţi, calendare, sarcini în vederea optimizării ulterioare şi completarea gamei de servicii asociate, în funcţie de opiniile / informaţiile provenite de la parteneri. Faza de declin, marchează sfârşitul vieţii pentru tehnologia respectivă. Este de preferat ca tehnologiile ajunse în această fază să fie înlocuite, deoarece piaţa este foarte restrânsă, concurenţa este deja reorientată, preţurile sunt mici şi de obicei impuse de către clienţi, eficienţa economică, în măsura în care ea există, este foarte mică. Activitatea organizaţiei este orientată deja spre dezvoltarea altor tehnologii, care să menţină organizaţia pe piaţa respectivă. Tehnologiile sunt considerate pentru organizaţie „pietre de moară”, în sensul că profiturile aduse sunt foarte mici, nu există şanse de redresare, acţiunea impusă fiind cea de eliminare din portofoliul actual. Analiza teoretică a evoluţiei tehnologiilor trebuie completată cu cea practică, ce vizează starea actuală a principalelor tehnologii aflate în sistemele de producţie. Analiza şi conducerea în baza ciclului de viaţă al unui proiect de modernizare, implică un management permanent, adaptabil atât la schimbările aduse de aceasta în activitatea curentă cât şi 58
la schimbările multiple determinate de organizaţii/proiecte concurente. Spre deosebire de activitatea curentă, cu grad ridicat de repetitivitate şi stabilitate, ciclul de viaţă al unui proiect, pune resursele, costurile şi planificările într-o stare de permanentă schimbare. Aproape nimic din ceea ce se întâmplă într-un proiect de modernizare, nu poate fi considerat repetitiv. Din această perspectivă, programele de muncă, bugetele şi sarcinile trebuie concepute de aşa manieră, încât să se potrivească etapelor din ciclul de viaţă al unui proiect. Analiza ciclului de viaţă al tehnologiei presupune şi evaluarea dependenţelor performanţelor unei tehnologii, faţă de necesităţile utilizatorilor pe parcursul utilizării acesteia.
1.6. INOVAREA DE PROCES Inovarea de proces se referă la implementarea de procese de fabricaţie, de procedee de logistică şi distribuţie noi ori optimizate. Inovările de proces pot cuprinde: - Inovări de flux tehnologic, care operează asupra operaţiunilor de flux şi asupra înlănţuirii acestora. - Inovarile de mod de fabricaţie, care schimbă complet procedeul de fabricaţie. Inovarea de proces este un spaţiu de manifestare a creativităţii, cu rol major, oferit de efectele acesteia supra eficienţei şi competitivităţii întreprinderii, dar şi de efectele asupra evoluţiei domeniului de activitate, în ansamblu. Tehnologia şi producerea acesteia prin intermediul cercetării ştiinţifice, este apreciată în multe situaţii drept entitate omogenă, iar complexitatea acţiunii şi a elementelor specifice de influenţă nu poate fi apreciată, fără o evaluare adecvată. Tehnologia nouă reprezintă în fapt, rezultatul activităţii unor echipe cu un anumit nivel de expertiză şi specializare, care colaborează pentru iniţierea, dezvoltarea, implementarea şi propagarea acesteia. 59
În vederea unei analize a căii de obţinere a unei noi tehnologii, pentru determinarea rolului ce revine fiecărui participant la acest proces, precum şi a stimulentelor corespunzătoare, trebuie făcută distincţie între cercetarea ştiinţifică şi cea tehnologică, precum şi de delimitarea componentelor de bază ale tehnologiei (OECD, 2005). Orice tehnologie poate fi descrisă prin trei elemente majore: - tehnologia generică; - tehnologia aplicată, care derivată din cea generică; - infratehnologia, care permite dezvoltarea şi folosirea tehnologiei generice şi aplicate. Tehnologia generică este acea tehnologie care necesită pe de o parte utilizarea intensivă a cunoaşterii, asociată cu o activitate se cercetare ştiinţifică - dezvoltare de înaltă amploare, desfăşurată în cicluri de inovare accelerate, iar pe de altă parte personal de excepţie şi investiţii mari în capital; este trans-sectorială şi pluridisciplinară şi traversează numeroase domenii, având tendințe către convergență și integrare tehnologică. Apariţia tehnologiilor generice are impact semnificativ în sfera economică şi socială, determinând inovațiile de proces şi inovaţiile de produs/servicii. Aceste tehnologii sunt clasificate ca „generice”, întrucât sunt apropiate de discipline științifice precum: genetica, biochimia, microbiologie, optică termodinamică, etc. Termenul „generic” reflectă natura acestor tehnologii care au vocație generică, susţin dezvoltarea industrială generală și permit obţinerea de economii importante în raport cu tehnologiile complementare. În viziunea “Horizon 2020” - noul plan de cercetare dezvoltare şi inovare al Uniunii Europene, competitivitatea industrială poate fi asigurată doar prin intermediul Tehnologiilor generice esenţiale - Key Enabling Technologies, (KET). Dezvoltarea şi implementarea acestora, va fi necesar să fie realizată prin acumularea şi specializarea eforturilor la nivel 60
european. “Horizon 2020” prezintă următoarele Tehnologii generice esenţiale (KET): Nanotehnologie; Micro - şi nanoelectronica (incluzand semiconductorii); Biotehnologii industriale; Fotonica; Materiale avansate; Tehnologii avansate de fabricatie. Competitivitatea Europei pentru domenii de activitate este diferită, la fel cum şi tehnologiile generice se află în stadii de maturitate diferite. Infratehnologia reprezintă un ansamblu variat de instrumente tehnice (măsurători și metodele de testare, precum și baze de date științifice și tehnice care stau la baza dezvoltarea și punerea în aplicare a standardelor din industrie) care să permită dezvoltarea și utilizarea eficientă a tehnologiei în toate stadiile de activitate economică. Perfecţionarea tehnologiilor contribuie la creşterea competitivităţii organizaţiei pe piaţă, deoarece oferă calităţi noi produselor, permite scurtarea timpului de fabricaţie, diminuarea consumurilor, sporirea eficienţei mijloacelor fixe, toate acestea reflectându-se în rezultatele financiare ale întreprinderii. În egală măsură, îmbunătăţirea tehnologiilor urmăreşte sporirea performanţelor produselor, a uşurinţei în utilizare, micşorarea cheltuielilor cu exploatarea şi întreţinerea, creşterea timpului de viaţă, a fiabilităţii, precum şi a compatibilităţii acestora. Parcursul tehnologiei nu este liniar ci are o traiectorie ciclică, evoluţiile tehnologiei generice şi a infratehnologiei îmbinându-se cu aplicaţii variate pe piaţă. Există tehnologii care prezintă lungi etape de maturitate, aşa cum există tehnologii care nu ajung la maturitate. Succesiunea în timp a diferitelor etape ale ciclurilor tehnologiilor, nivelul lor de suprapunere ca şi durata fiecarui ciclu, sunt conectate de evoluţia fiecărei tehnologii noi. Analizele şi studiile evidenţiază o scurtare a ciclului de viaţă a majortăţii tehnologiilor, sporirea frecvenţei de generare şi implementare a tehnologiilor noi. Există frecvente situaţii în
61
care o tehnologie nouă să realizeze înainte ca tehnologia veche să fi traversat întreg ciclul de viaţă. Micşorarea duratei de viaţă a tehnologiilor reclamă utilizarea lor cu eficienţă optimă, în cadrul organizaţiilor în vederea recuperării, investiţiile realizate pentru crearea şi implementarea lor. De cele mai multe ori se apelează la colaborare instituţională pentru concentrarea eforturilor instituţionale şi financiare şi micşorarea riscurilor asociate Începutul pentru ciclul de viaţă al tehnologiei poate prezenta anumite riscuri, însă veniturile generate sunt în general ridicate, ca efect al aplicaţilor pe piaţă (Nadler D., 1992; Mackenzie K.D., 2013).
1.7. INOVAREA DE PRODUS Inovarea de produs, poate fi definită ca activitatea de dezvoltare a unor produse noi, de schimbare în designul unor produse consacrate sau utilizarea de materiale sau componente noi în fabricarea de produse consacrate (Trail B.,Grunert K.,1997). Prin urmare, inovarea de produs poate să se manifeste în două moduri: dezvoltarea de noi produse, precum și îmbunătățirea produselor consacrate. Inovarea de produs reprezintă forma de inovare cea mai des întâlnită, care face posibilă apariţia pe piaţă a unor entităţi fizice cu însuşiri superioare sau niveluri de complexitate ce satisfac cerinţele utilizatorilor/consumatorilor. În cadrul organizaţiilor, una dintre cele mai importante modalităţi de manifestare a creativităţii o constituie dezvoltarea şi introducerea pe piaţă de produse noi menite să-i sporească sau menţină competitivitatea. Dezvoltarea de noi produse descrie procesul complet de aducere a noilor produse sau servicii pe piață. Există două căi paralele implicate în procesul de dezvoltare a produselor noi: o cale care implică generarea ideii de produs, design de produs și 62
detaliile constructive iar cealaltă, implică studiile de piață și analizele de marketing. Produsul, reprezintă reprezintă entitatea fizică, oferită pe piaţă pentru utilizare sau consum, care corespunde unei necesităţi sau dorinţe şi care poate fi caracterizat prin însuşiri fizice, chimice, funcţionale sau alte proprietăţi specifice. Produsul, ca şi complex de atribute materiale şi imateriale poate fi ierarhizat astfel: - Produsul de bază, care cuprinde nevoile sau dorinţele principale pe care le are utilizatorul atunci când caută sau cumpără un produs (dacă utilizatorul nu vede întrebuinţarea practică a produsului, acesta nu este perceptibil pentru utilizator). - Produsul real, este poziţionat în proximitatea produsului de bază şi cuprinde trăsături care să evidenţieze avantajul de bază conform cu cerinţele utilizatorilor (marca, ambalajul, caracteristicile, designul). - Produsul total, este acela care completază produsul de bază cu anumite caracteristici imateriale care generează o mai mare atractivitate şi utilitate a produsului (o imagine de marcă garanţie, service gratuit, schimbarea produselor defecte, livrarea gratuită la domiciliu, etc.). Însuşirile imateriale ale unui produs pot influenţa major decizia unui cumpărător în căutările sale. În contextul actual al standardizării produselor şi al multitudinii de oferte, consumatorii selectează atent alegerile, folosindu-se de elementele imateriale (intangibile) care înconjoară un produs real. Tocmai acest detaliu determină concetrarea eforturilor către inovare, orice formă de creativitate contribuind la succesul produsului pe piaţă. La ierarhizarea preferinţelor contribuie publicitatea şi ambalajul produsului, consilierea şi serviciile complementare, care de cele mai multe ori seduc cumpărătorii. Însuşirile produsului au caracter tehnic (tipul şi structura materialelor, soluţia constructivă, caracteristici ergonomice, şi 63
siguranţa în funcţionare), economic (consumuri specifice, cheltuieli de întreţinere), social (utilitate) dar şi estetice, senzoriale (aspect, confort în utilizare, etc.) şi de influenţă asupra mediului înconjurător. Urmare a complexităţii sale, produsul este conceput pornind de la însuşirile sale tehnice (potrivit viziunii cercetătorului şi proiectantului), psihologice şi sociologice (ţinând cont de tendinţe, norme, conduite, context istoric etc.), dar şi economice (cu referire la rentabilitate, cost, preţ, etc.). La nivelul organizaţiei, produsele efectiv noi precum şi cele ameliorate sau perfecţionate, reprezintă rezultatele activităţilor de creativitate, inovare şi diversificare, având în vedere cheltuielile implicate, riscurile asociate şi nu în ultimă instanţă efectele pentru viitorul apropiat şi îndepărtat. Inovarea de produs poate genera şase categorii de produse noi: 1. Produse noi, originale, care pot determina apariţia de pieţe şi noi industrii. Produsele din această grupă apar cu o frecvenţă destul de redusă şi sunt însoţite de riscuri în dezvoltare şi în introducerea pe piaţă. 2. Linii noi de produse, care nu reprezintă o noutate pentru pieţă, dar sunt o noutate pentru organizaţia producătoare. 3. Extinderea liniilor de produse existente, care se aplică asupra liniilor de producţie utilizate de organizaţii; 4. Orientări noi, care sunt generate de utilizări noi pentru produsele existente sau repoziţionarea în noi segmente de piaţă. 5. Ameliorări şi revizuiri asupra produselor existente prin intervenţii de design, reambalare, schimbare de compoziţii, condiţionare, schimbări în compoziţia produselor, etc. 6. Diminuarea costului produsului, obţinută prin inovaţie de proces sau reproiectare, cu menţinerea performanţelor şi costuri de producţie mai mici.
64
Analizând gradul de noutate al produselor, pot fi catalogate ca noutăţi absolute acelea care sunt noi la nivel mondial, dacă facem o separare faţă de acelea care sunt noi pentru organizaţie sau o piaţă. Dovada noutăţii se obţine oricum prin confruntarea pe piaţă. În abordarea inovaţiei de produs este necesară construirea unei viziuni, în elaborarea căreia nu vor trebui să lipsească cerinţele inginereşti şi cerinţele pieţei. Organizaţiele ce pot furniza produse noi, ca rezultate ale creaţiei din interiorul său prin intermediului colectivului specializat, a cărui activitate este permanentă, fiind finanţată din surse interne şi externe, activitate care face parte din strategia organizaţiei pe termen scurt mediu şi lung; produsele noi pot fi furnizate şi prin cumpărarea de licenţe sau chiar achiziţia unei organizaţii. Produsele, în funcţie de gradul de noutate, pot fi clasificate, după cum urmează: 1. Produse care generează necesităţi care nu au existat. 2. Produse noi destinate necesităţilor care există; 3. Produse îmbunătăţite care îndeplinesc mai bine necesitatea existentă; 4. Produse în noi variante, adresate anumitor segmente noi de utilizatori; 5. Folosinţe noi pentru produsele existente; 6. Nou ambalaj destinat produsului; 7. Formă nouă de distribuţie destinată produselor existente; 8. Nou preţ pentru produsele existente. Produsele noi, competitive, pot constitui un suport puternic pentru depăşirea dificultăţilor în distribuţie pe piaţă, prin construirea de relaţii contractuale şi comerciale de pe poziţia de paratener puternic. Dezvoltarea de produse noi este asociată cu riscuri care adesea sunt apreciate ca însemnate. Astfel, pentru primul an de la lansare, s-a apreciat statistic o rată de eşec de circa 60-70%, multe din cele care au rezistat primului an, poate nu vor 65
constitui niciodată succese importante. Este explicabilă astfel atitudinea reţinută a multor conducători de organizaţii în abordarea unor viziuni inovative, în colaborarea cu organizaţii de cercetare ştiinţifică şi partajarea unor anumite riscuri, în construirea de departamente de creativitate şi inovare ori cumpărarea de licenţe, etc. Asa cum am menţionat inovaţia de produs poate fi o activitate riscantă. Există mai multe considerente care conduc către această concluzie: Crearea de noi produse constituie o afacere costisitoare. De exemplu, companie britanică Tate & Lyle este furnizor mondial de ingrediente de înaltă calitate şi soluţii pentru produsele alimentare, băuturi şi alte industrii. Această companie a cheltuit circa 150 milioane lire (circa 182 milioane euro) pentru a dezvolta un nou substituent al zaharului. Crearea de noi produse este mare consumatoare de timp. Chiar dacă firmele pot diminua durata procesului de inovare, în numeroase domenii precum, biotehnologia, industria alimentară, etc. sunt numeroase situaţiile în care aceasta poate fi de 5-15 ani. Caracterul imprevizibil al contextului pieţei (riscuri de comercializare). Compania britanică Boots UK Limited, care funcţionează din anul 1847, specializată în producerea şi comercializarea medicamentelor, ar fi trebuit să înlocuiască produsul Manoplex (medicament tratarea unor boli cardiace). După lansarea sa pe piaţa din Marea Brianie, s-au sesizat efecte negative în S.U.A. şi în alte piețe europene. S-au pierdut atunci circa 200 milioane £ la care s-au mai adăugat alte circa 20 milioane £ cheltuiţi pentru promovarea produsului. Întârzierile neprevăzute în realizarea produsului se traduc în costuri suplimentare. Istoria oferă numeroase exemple de proiecte inginereşti grandioase care au înregistrat eşecuri, în ciuda aşteptărilor companiilor, investitorilor ori politicienilor.
66
Succesul unor produse noi nu este întotdeauna motivant. Produsele noi eşuează într-un număr îngrijorător de mare. Din analiza literaturii de specialitate, se poate estima că produsele noi eşuează într-o rată medie de 65%, iar în diferite domenii industriale eşecurile se înscriu între limitele de 40-90%. Această rată de eşec, transformată în bani, de exemplu, la nivelul Statelor Unite ale Americii poate fi apreciată la 260 miliarde de dolari. Cu toate riscurile însă, firmele care inovează bine şi constant, sunt puternice şi greu de eliminat de pe piaţă, chiar dacă firmele concurente identifică modalitati noi de obţinere a valorii adăugate, la fel ca și soluţii pentru problemele consumatorilor. Abordarea referitoare la dezvoltarea produselor a evoluat considerabil din perioada anilor 1960 până în prezent. Acum 50 de ani, când consumatorul era suveran, organizaţiile percepeau dezvoltarea produsului cam la aceleaşi cote cu diversificarea, fiind pregătite în orice moment să se mobilizeze pentru adoptarea unor proiecte riscante şi costisitoare. Nu conta decât identificarea unor noi modalităţi pentru satisfacerea cerinţelor legate de necesităţile consumatorului sau îmbunătăţirea unui produs existent. Dimensiunea proiectului se mărginea în mod obişnuit la arealul ţării, exceptând bunurile cu folosinţă îndelungată, dar şi în cazul acestora, se puteau comercializa dincolo de graniţă. Prin urmare prioritatea era dezvoltarea internă, prin produse create în colectivele de cercetaredezvoltare ale organizaţiei şi comportarea acestora pe pieţe regionale. Tendinţele organizaţiilor referitoare la dezvoltarea produselor sunt diferite în prezent. Numeroase companii se limitează la domeniul sau domeniile în care au dobândit experienţa, la activităţile principale, precum şi la aprofundarea atuurilor concurenţei. În prezent, numărul de mărci noi dezvoltate este destul de redus. În multe situaţii, dezvoltarea presupune doar extinderea mărcii sau produsului; principalele 67
activităţi se focusează către dezvoltarea produselor exitente, mai precis către “revigorarea” produselor existente, întrucât acestea necesită acţiuni mai puţin costisitoare şi mai puţin riscante. Acum, proiectele majore ale companiilor mari au atenţia îndreptată către mai multe ţări, doar companiile mici îşi limitează proiectele la o singură ţară. Preferinţa externă a furnizorilor de facilităţi tehnice, licenţe de marcă, ambalaje şi chiar asocieri în vederea atingerii obiectivelor specifice legate de dezvoltare, a generat creşterea flexibilităţii în activitatea de dezvoltare. Comerțul cu produse, este apreciat ca având importanţă egală ca şi relația cu consumatorul final; companiile au ajuns la concluzia că indiferent cât de valoros este produsul prezentat consumatorului, acesta va eşua dacă cele mai importante reţele de vânzare en detail nu sunt de acord să-l distribuie. Din analiza tendinţelor, în inovaţia de produs s-a concluzionat că la nivel mondial, există un număr redus de produse noi importante. Bill Ramsay, fost director de marketing la General Foods (Journal of Brand Management, 2003) a realizat un studiu desfăşurat pe mai multi ani asuprea numărului de produse complet noi şi importante, care apar pe pieţele produselor alimentare. Conform rezultatelor studiilor sale, în perioada 1956 - 1989, în Marea Britanie au apărut doar 97 de produse noi de băcănie (sunt excluse produsele de tutun, bauturile alcoolice şi alimentele congelate), aceasta conducând la concluzia că au rezistat circa 3 produse/an. Studiile efectuate asupra produselor de noi de băcănie în Franţa, Brazilia, Mexic, SUA şi Canada, arată cam aceeaşi rata a succesului: 2 - 4 produse/an. După mai bine de trei decenii de studiu, Ramsay a elaborat trei recomandări pentru ameliorarea problemei: 1. Depăşirea temerilor legate de eşec - lipsa curajului reprezintă cauza principală pentru reuşita atâtor de puţine produse.
68
2. Alocarea resurselor necesare pentru dezvoltarea noului produs. 3. Dezvoltarea unei strategii organizaţionale reale, care să vizeze în egală măsură consumatorii şi distribuitorii. Cele trei recomandări apar ca fiind evidente, însă cu toate acestea, numeroase companii din cele mai puternice şi mai complexe din lume, nu ţin cont de ele. Cei care doresc să supravietuiască şi să prospere în viitor, nu-şi mai pot permite sa le ignore. O companie, în funcţie de condiţiile interne, externe şi de oportunităţi, poate trece de la un proiect la altul pentru a supravieţui sau a excela. De exemplu, compania United Biscuits a devenit interesată să dezvolte produse noi pe bază de ciocolată, însă a decis că ar fi foarte dificil pentru organizaţie. Apărând ca oportunitate achiziționarea firmei Terry's of York, aceasta a devenit cea mai bună soluţie pentru strategia firmei. United Biscuits a vândut firma britanică producătoare de ciocolată Terry's of York după circa 20 de ani, cu 220 milioane lire, obţinând un profit considerabil, către compania Philip Morris, întrucât a apreciat că nu mai corespunde nucleului principal al politii sale de dezvoltare şi inovare. Acest caz de conjugare a unor resurse complementare în tranzacţii cu parteneri, poate contribui la o generarea de posibilităţi unice de generare a produselor noi și importante.
1.8. CONCEPTUL DE TRANSFER TEHNOLOGIC Conceptul de transfer de tehnologie (sau transfer tehnologic) constituie o expresie uzuală în comunitatea ştiinţifică şi reprezintă procesul activ prin care o tehnologie este propagată între anumite entități (țări, întreprinderi, organizații), în scopul creşterii accesibilităţii dezvoltării științifice și tehnologice unui sector mai mare de utilizatori, pentru comercializare ca produse noi și/sau servicii. Prin urmare, transferul tehnologic reprezintă acţiunea de 69
comunicare care se concretizează cu implementarea în economie a rezultatelor cercetării ştiinţifice ori a cunoaşterii. Într-o altă descriere, transferul tehnologic (TT), este apreciat ca procesul de transfer de competențe, cunoștințe, tehnologii, metode de fabricare, eșantioane de producție și facilități între guverne sau între universități și alte organizaţii pentru asigurarea că progresele științifice și tehnologice sunt accesibile pentru o gamă mai largă de utilizatori, care mai departe pot dezvolta și exploata tehnologia, în noi produse, procese, aplicatii, materiale sau servicii. Tehnologia rezultă prin aplicarea științei, pentru obţinerea valoarii adăugate, pentru simplificare, diversificare, și productivitate, în cadrul unui proces sau produs. Valoarea tehnologiei dispare dacă nu poate fi transferată către un utilizator care poate aplica tehnologia, pentru a crea un beneficiu tangibil. Pornind de la aceast afirmaţie, dinamismul fondurilor publice pentru cercetarea ştiinţifică este dependent, în mod crucial, de transferul de tehnologie. Multe companii, universități, organizaţii de cercetare, companii multinaţionale, guverne și organizații guvernamentale, pot avea în structura lor un Departament de Transfer Tehnologic (cunoscut sub numele de “Transfer Tech” sau “TechXfer “), care are scopul de a identifica cercetarea care prezintă un potenţial interes comercial și strategiile pentru exploatarea acestuia. Urmare a complexității potențiale a procesului de transfer tehnologic, organizațiile implicate într-o astfel de activitate constituie cel mai adesea echipe multidisciplinare, incluzând specialişti cu diverse expertize: economiști, ingineri, avocați, specialişti în marketing, cercetători şi savanţi. Dinamica procesului de transfer de tehnologie a atras atenția asupra sa, determinând existenţa a numeroase societăți și publicaţii dedicate subiectului. Transferul de tehnologie se diferenţiază de transferul tehnologic, fiind mai restrictiv decât acesta, întrucât prin transfer de tehnologie, se poate presupune că se transferă doar 70
o tehnologie de fabricație. Transferul tehnologic este procesul de transfer al abilităților, cunoaștințelor, tehnologiilor, metodelor de fabricaţie și al unor facilități Utilizatorii pot mai apoi să dezvolte şi să exploateze în continuare tehnologia, în noi produse, procese, aplicații, materiale sau servicii. Această noțiune este strâns legată, fără a se confunda însă, cu noțiunea de „transfer de cunoștiințe” (Turner K. L., Makhija M. V., 2012). 1.8.1. Etape interactive pentru transferul tehnologic În viziunea lui Rabino S. (1992), procesul de transfer de tehnologie are șase etape interactive cu acțiuni-cheie și indicatori de transfer, pentru a distinge progresul printr-un model de flux-sistem. Procesul este descris pentru conștientizare și înțelegere în rândul actorilor implicaţi pentru a-şi a putea prelua un rol activ în aplicarea cu succes a propriei tehnologiei. Faza 1: Inovarea tehnologiei. Procesul de transfer de tehnologie începe atunci când cercetătorul/savantul comunică pentru prima dată idei legate de modul în care știința poate fi folosită pentru rezolva o problemă sau pentru a îmbunătăți o situație într-un domeniu prioritar de cercetare. Această fază de inovație tehnologică este reprezentată de schimbul de informații care au loc între omul de știință, colegi și alţi actori, pentru avansa idei referitoare la aplicarea cunoaşterii. Orice fel de suport acordat pentru a sprijini oamenii de ştiinţă pentru comunicarea ipotezelor şi teoriilor lor va facilita procesul de transfer de tehnologie. După rafinarea teoriilor care decurg din inovația tehnologică, cercetătorii sau savanţii prezintă propuneri de cercetare prin comunicare conceptuală unei surse de finanțare corespunzătoare. Propunerile ar trebui să includă planul de cercetare ştiinţifică şi protocolul specific. Cercetătorii trebuie să fie proactivi în sugerarea utilităţii finale a tehnologiei care le-au creat-o. 71
Exemple de acțiuni-cheie: idei legate de practici de management sau de inovare de produs; dezvoltarea diagramelor de inovație tehnologică; schimb de opinii cu membrii echipei de cercetare. Exemple de indicatori de transfer: diagrame de tehnologie afişate; prezentări comunicate referitoare la tehnologie; propuneri de cercetare care pledează pentru tehnologie.
Faza a II-a: Confirmarea tehnologiei Faza de confirmare a tehnologiei este reprezentată de efectuarea primei cercetări ştiinţifice de către o persoană sau o echipă de cercetare ştiinţifică, care furnizează date în sprijinul ideii/teoriei iniţiale despre tehnologie și apoi comunică rezultatele în medii ştiinţifice sau în medii care cuprind actori implicaţi în dezvoltarea tehnologiei. Indicatori de transfer din această fază ar putea fi rapoarte interne, prezentări și publicații care dovedesc succesul cercetării, şi care fac legătura științei cu comunitatea științifică. Example de acţiuni cheie: efectuarea cercetării privind inovarea tehnologică; discutarea rezultatelor cu colegii din colectivul de cercetare; raportare la organizaţii ştiinţifice. Exemple de indicatori de transfer: rapoarte privind progresul cercetarilor; comunicarea resultatelor unor experţi evaluatori; publicarea rezultatelor în reviste ştiinţifice. Faza a III-a: Direcţionarea către Consumatorii de Technologie Pe durata fazei a III-a sunt necesare deciziile de proces, referitoare la consumatorii care au nevoie și pot beneficia 72
potențial de noua tehnologie. Persoanele implicate în faza de direcționare a tehnologei, sunt cercetătorii și personalul de marketing. Acești specialiști ar trebuie să furnizeze informații legate de factori precum: cost, convenienţe, etc, care influențează acceptarea utilizatorilor de noi tehnologii sau factori care pot împiedica adoptarea noii tehnologii. Indicatorii de transfer corespunzători acestei etape, sunt constituiţi de interacțiunile din mediul științific, mediul de de afaceri și personalului de marketing pentru „brainstorming-ul” considerentelor legate de acceptarea tehnologiei. Modele de acţiuni cheie: deciderea caracteristicilor consumatorilor potenţiali; orientarea către consumatori cu trăsături prescrise; estimarea numărului de potenţiali utilizatori. Modele de indicatori de transfer: rapoartarea rezultatelor de cercetare către lideri de afaceri cheie; comunicarea cu potenţiali consumatori; negocierea potenţialelor bariere de acceptare. Faza a IV-a: Marketingul tehnologiei Faza de introducere pe piață a tehnologiei din cadrul procesului, face referire la diseminarea tehnologiei dincolo de centrul de cercetare. Acțiunile-cheie conectate de știință, implică abilităţile cercetătorilor, oamenilor de afaceri și specialiștilor în marketing, pentru educarea potențialilor consumatori referitor la a beneficiile sociale, economice și de mediu ale noilor tehnologii. Specialiştii mai sugerează o interacțiune frecventă între perosonalul de cercetare ştiinţifică și personalul de marketing, beneficiul stabilirii unui profil demografic al consumatorilor anticipaţi înainte de organizarea canalelor de comunicare. Ştiindu-se că în cazul în care potențialul client îşi îmbogăţeşte de obicei, cunoștințele în materie de produse si/sau servicii specializate, aceştia vor 73
influența alegerea metodelor de comunicare. Specialiştii recomandă de asemenea, o varietate de canale de comunicare, pentru a stimula şi sensibiliza opinia publică în înțelegerea științei și tehnologiei. Modele de acţiuni cheie: analizarea profilului demografic al consumatorului anticipat; pregătirea de materiale de informare educaţionale; transmiterea de informaţii prin mass-media. Modele de indicatori de transfer: Organizarea şi clasificarea componentelor de piaţă; Tirajul de materiale educaţionale; Contactele cu o diversitate canale de communicare. Faza a V-a: Implementarea technologiei Faza de implementare a tehnologiei se referă la înțelegerea de comportamentului utilizatorilor sau consumatorilor și la stabilirea măsurilor previzibile pentru a monitoriza utilizarea comercială a tehnologiei. Sunt necesare talentele și aptitudinile consultanților cu profil sociologic și financiar, precum și ale personalului de marketing, pentru identificarea comportamentului consumatorilor şi modelelor de utilizare. Factorii care influențează rata de adoptare a noilor tehnologii sunt factorii sociali, economici și de mediu (Arnon I.,1989). Chari V.V. și Hopenhayn H.,(1991) au dezvoltat un model matematic care măsoară factori sociali și economici, precum şi influența acestora în difuzarea inovațiilor tehnologice. Raportul dintre numărul de consumatori care utilizează tehnologia şi numărul de potențiali consumatori, este monitorizat cu atenție în vederea stabilirii cotei de piață pe care a atins-o tehnologia. Modele de acțiuni-cheie:
74
identificarea modelelor de comportament ale consumatorilor; stabilirea unor criterii de utilizare. dezvoltarea de metode pentru monitorizarea schimbărilor și/sau de utilizării. Modele de indicatori de transfer: Paşii documentaţiei care să conducă la adoptarea tehnolgiei noi. Monitoritzarea procentului de consumatori convertiţi pentru schimbare. Schimbările documentaţiei pentru adopții sau aplicaţii. Faza a VI-a : Evaluarea tehnologiei Cea de a șasea etapă a procesului de transfer de tehnologie documentează succesul sau insuccesul tehnologiei în adoptare. Acțiunile-cheie, pentru faza de evaluare a tehnologiei, trebuie să stabilească criterii de evaluare pentru autentificarea beneficiilor socio-economice și de mediu sau eventualele efecte negative generate. Evaluarea eficienței transfer de tehnologie, în general, necesită criterii specifice, care pot oferi o bază pentru măsurarea nivelului la care au fost efectuate acțiunile cheie. Metoda de definire a criteriilor specifice indicatorilor de transfer este, în esență, trecerea de la acţiuni generale, la acțiuni specifice. Cu cât un indicator al transferului este mai puternic, cu atât este mai util luarea deciziilor cu privire la finanțarea publică a cercetării ştiinţifice prezente și viitoare. Procesul de transfer de tehnologie se finalizează atunci când cercetătorii raportează rezultatele evaluării la organizaţia/agenţia finanţatoatre. Modele de acțiuni-cheie: stabilirea beneficiilor socio-economice; stabilirea beneficiilor legate de mediu; stabilirea unor criterii de evaluare. Modele de indicatori de transfer: 75
documentaţie referitoare la rata consumatorilor satisfăcuţi de tehnologia nouă. documentaţie referitoare la beneficiile obținute prin implementarea tehnologiei. rezultatele raportului de evaluare adresat sursei de finanțare. Termenul de transferabilitate evidenţiază modul facil prin care o tehnologie licențiată poate fi transferată și reprezintă capacitatea sa de a fi adaptată (dacă este necesar), transmisă și asimilată, în limitele de timp și resursele receptorului de tehnologie. Transferul de tehnologie ar putea implica anumite riscuri de adaptare a tehnologiei la condiții locale, situaţie în care nu este permisă folosirea beneficiilor pentru care a fost creată tehnologia respectivă. Este dificil de “transplantat” o tehnologie, dintr-un mediu de producţie în altul, fără adaptări, cel mai potrivi exemplu fiind transferul tehnologic din țări industrializate către țări aflate în stadii de dezvoltare inferioare. Transferul de tehnologie înspre țări în curs de dezvoltare este afectat de piețele subdimensionate, de unele limitări legate de materii prime ori materiale, de forță de muncă fără expertiza necesară în exploatarea unei noi tehnologii, precum şi de o infrastructură dezvoltată slab. Modificările cel mai frecvent întâlnite pentru transferul de tehnologie pentru o țară în curs de dezvoltare, sunt reducerea capacităţii pentru adaptarea la condiţiile unor pieţe mici, reconfigurarea tehnologiei pentru input-uri locale în deficit şi mentenabilitate la nivelurile de calificare existente. 1.8.2. Mecanisme pentru transfer de tehnologie Sunt identificate numeroase mecanisme ori moduri de transfer al tehnologiei, după cum urmează:
76
Dezvoltare în subcontractare pentru produse.Constituie mecanismul transferului de tehnologie prin care beneficiarul solicită proiect pentru un produs unei organizaţii care are ca obiect de activitate designul de produse. Beneficiarul va furniza ori negocia specificațiile tehnice ale produsului iar subcontractorul le va duce la îndeplinire. Acest mod de transfer este folosit doar atunci când tehnologia aplicată nu constituie tehnologie-cheie pentru subcontractant. Consultanța. Reprezintă o modalitate de transfer de tehnologie cu caracter intensiv, ce poate fi asimilată la capitolul “servicii”. Consultanţa ar putea utilizată pentru efectuarea de studii, analize şi recomandări cu caracter tehnologic pentru beneficiar; mai poate fi utilizată în vederea îmbogăţirii competențelor și abilităţilor beneficiarului de consultanţă. Consultanţa poate fi asociată cu mecanisme precum: brevetarea ori achiziţia de licenţe. Programe cooperare în cercetarea ştiinţifică. Reprezintă mecanismul de transfer de tehnologie folosit pentru a intensifica acțiuni comune pentru părțile implicate. Programele vor fi desfăşurate prin intermediul consorţiilor de cercetare de cercetare ştiinţifică - în care sunt incluşi mai mult de doi parteneri. Se utilizează mai ales în situaţia necesităţii unor condiţii prielnice pentru introducerea de produse ori servicii noi. Programele de cooperare în cercetare sunt generate adesea de organizații componente ale parcurilor științifice de inovare. Licențierea și Brevetarea, constituie moduri de transfer al tehnologiei care sunt codificate prin documente. Aceste modalităţi permit transferul de rezultate ale dezvoltării tehnologice în vederea exploatării, de la o organizție, către altă organizație. Licențierea și brevetarea pot fi completate cu alte mecanisme precum, consultanța, înstruirea personalului, transferul de persoane cu expertiză și transfer de documente
77
Transfer de documente - constituie mecanismul de transfer de tehnologie intens codificat, utilizat arareori singular. Documentele cuprinse în process pot fi: scheme ale fluxurilor tehnologice, scheme de echipamente și accesorii, anexe ale contractului de know-how etc. Mecanismul de transfer de documente ar putea fi utilizat în asocierea cu oricare mecanism de transfer de tehnologie (cu câteva excepții). Cumpărarea ori vânzarea de servicii sau produse constituie mecanismul cel mai tradițional de transfer de tehnologie. Modul acesta de transfer, poate avea predominanță în sistemele care au tehnologii ajunse în faza de maturitate. Sunt incluse aici și vânzarea, achiziția și importul: de mașini și echipamente pentru realizarea de produse. Instruirea personalului constituie un mecanism de transfer gen serviciu, recomandat mai ales în cazul transferului de competențe, abilități între partenerii de transfer. Instruirea poate fi asociată adesea cu transfer de produse și servicii, cu brevetare și licențiere. Se poate suprapune cu consultanța ori cu cumpărarea-vânzarea de servicii; este materializat adesea sub formă de serviciu din partea universităților înspre industrie. Transferul de personal, constituie singurul mecanism realizabil de transfer de tehnologie, uneori. Sunt situații particulare în care a fost unul dintre mecanismele cele mai valoaroase pentru forța de mișcare tehnologică și economică. Cooperarea în cercetarea științifică fundamentală3, constituie mecanismul bazat pe cunoaștere științifică identificată în cadrul unor parteneriate de tip public-privat sau 3
“Cercetarea fundamentală constă în lucrări experimentale şi teoretice realizate în principal în vederea dobândirii de noi cunoştinţe asupra bazelor fenomenelor şi faptelor observabile fără a prevedea o aplicaţie sau o utilizare specială. Cercetarea fundamentală analizează proprietăţi, structuri şi relaţii pe baza cărora se formulează şi se pun la încercare ipoteze, teorii sau legi.” (OECD, 2002, Manualul Frascati)
78
privat-privat, în care, de obicei, sunt numai doi parteneri, dintre care unul constituie academie sau institut de cercetare. Similar programelor de cercetare științifică în cooperare, mecanismul este util pentru formarea abilităților și competențelor în etapa pre-competițională a dezvoltării de produse. Cooperarea în cercetarea științifică aplicativă4, constituie mecanismul mai apropiat de etapa competiționale a dezvoltării unui produs decât de etapa de cooperare în cercetarea științifică fundamentală. Cooperarea în cercetarea științifică fundamental se poate realiza între firmele tinere (start-up-uri) și universități. Cooperarea în dezvoltarea produselor5 constituie un acord de colaborare pentru etapa competițională. Acest mecanism este mai frecvent între organizații producătoare din mediul privat sau public, între organizații producătoare și organizații de cercetare și mai puţin frecvent cu universități. Asocierile în participațiune sau companiile mixte (cunoscută la nivel internațional ca joint venture) reprezintă asocieri de firme din state diferite pentru a desfășura o activitate economică comună. Un joint venture constituie o colaborare în afaceri, realizată de două sau mai multe organizații, implicate în proiecte particulare, unice, de 4
“Cercetarea aplicată este îndreptată spre un obiectiv sau scop practic determinat şi cuprinde lucrări originale realizate pentru a obţine cunoştiinţe noi. Rezultatele unei cercetări aplicate conduc, în primul rând la un produs unic sau un număr limitat de produse, de operaţii, metode sau sisteme. Acest tip de cercetare permite transpunerea în formă operaţională a ideilor. Cunoştinţele sau informaţiile rezultate din cercetarea aplicată sunt adesea brevetate, dar pot, în acelaşi timp, să fie considerate secrete.” (OECD, 2002, Manualul Frascati) 5
“Dezvoltarea experimentală constă în lucrări sistematice bazate pe cunoştinţe existente obţinute prin cercetare şi/sau experienţă practică, cu scopul de a lansa fabricarea de noi materiale, produse sau dispozitive, de a stabili noi procedee, sisteme şi servicii sau de a le ameliora considerabil pe cele deja existente.” (OECD, 2002, Manualul Frascati) 79
construire a unei societăți noi, având la bază aceleiași strategii de afaceri și același plan de acțiuni. Organizațiile stabilesc să împart profiturile, riscurile și managemementul noii organizații, de comun acord. Un astfel de model de transfer tehnologic, poate reprezenta un success, mai ales în cazul în care, suplimentar tehnologiei schimbate, există compatibilitate și obiectivelor commune pentru organizațiile partenere. Alianțele strategice între organizații, constituie parteneriate între mari organizații, dar și între firme mici și mijlocii, pentru atingerea de obiective strategice. Angajamentele organizațiilor participante sunt stipulate în contracte. Există alianțe strategice construite prin acorduri de colaborare, care au menționate obiective necesare organizațiilor participante concretizate în alte forme de transfer tehnologic schimburi ori vânzări de tehnologii, obiective comune etc.). Investiții străine directe sunt o formă a transferului de tehnologie realizat de organizații multinaționale aparținând unor economii dezvoltate, către țări sau zone mai puțin dezvoltate. Investiţia străină directă reprezintă “o relaţie investiţională de durată între o entitate rezidentă şi o entitate nerezidentă; de regulă, implică exercitarea de către investitor a unei influenţe manageriale semnificative în întreprinderea în care a investit. ”(Geamănu Marilena, 2012) Alte mecanisme de transfer de tehnologie, care mai pot fi menționate sunt: cercetarea inovativă pentru IMM-uri, acord pentru transferul de materiale programul de schimb, schimbul de personal cu expertiză, acord pentru testare de produse/servicii noi, diseminarea informațiilor prin: conferințe expoziții și tîrguri, etc.
80
1.8.3. Contractele de transfer tehnologic Contractele de transfer tehnologic, pot fi de următoarele tipuri: - contract de licență; - contract de know-how; - contract de franciză; - contract de inginerie. Contractul de licență, în conformitate cu Dictionarul Juridic – Dreptul de Proprietate Intelectuală, “este o înțelegere scrisă între două părți, prin care una, numită titular (sau licențiator) se angajează să-i cedeze celeilalte, numită beneficiar (sau licențiat), dreptul de a folosi brevete de invenții, procedee tehnice, documentații tehnice, scheme operaționale de producție, metode de exploatare a mașinilor, metode de tratare a produselor, mărci de fabrică sau de comerț, mărci de serviciu, contra unui preț, în condiții și pe perioade determinate.”. În situația în care licențiatorul și licențiatul sunt din țări diferite, contractual va ține cont de legislația din ambele țări. Se recomandă ca și clauze principale, pentru contractul de licență următoarele: - dreptul/drepturile legate de proprietatea intelectuală acordate beneficiarului: documentație tehnică, lista de brevete, know-how, etc.; - obligații pentru licențiator: specificații, metode de recepție, metode de testare, asistența tehnică furnizată, acordul privind ameliorarea tehnologiei cumpărate etc.; - obligații pentru licențiat referitoare la exploatarea tehnologiei: volumul minim de producție, specificații referitoare la calitatea produselor, mențiuni legate de capacitatea de producție și distribuție; - obligațiile licențiatului referitoare la protecția proprietății intelectuale; 81
- clauze referitoare la secretului de producție; - durata contractului de licență; - obligații financiare (plata licenței); - rezilierea contractului: situații în care va avea loc. Contractul de know-how6 “constituie un document prin care una dintre părți, numită furnizor, transmite celeilalte părți, numită beneficiar, contra unei redevențe, cunoștințe tehnice nebrevetabile sau brevetabile, dar nebrevetate, necesare pentru fabricarea, funcționarea, întreținerea sau comercializarea unor mărfuri ori pentru elaborarea și punerea în aplicare a unor tehnici sau procedee”, conform precizărilor din Dicționarul Juridic: Dreptul la propietate intelectuală. Transferul de know how de la titular la beneficiar se poate face realiza prin intermediul următoarelor modalități: transmiterea documentației (desene, formule, planuri etc.) furnizarea materialului ori părților din material în care se află înglobat know-how; acceptarea specialiștilor beneficiarului pentru instruire și consultanță la organizația transmitatorului de know-how. Furnizorul de know-how, are următoarele obligaţii (în afară de dreptul de folosire a marcii sale de fabrică): de a transmite cunoștintele tehnice; de a oferi garanții asupra rezultatului; de a asigura asistența tehnică necesară; de a garanta dreptul exclusiv de folosință. Beneficiarul de know-how are următoarele obligații: de a păstra confidențialitatea legată de know-how; legate de menținerea calității produselor obținute; legate de plata prețului convenit; Plata unui know-how poate consta în bani, în produse sau chiar în alte informații cu caracter tehnic. 6
Know-How: “Patrimoniu de cunoștințe și experiențe tehnice privitoare la reproducerea unui produs sau proces existent, a căror dezvăluire către alte persoane nu este permisă fără o autorizare prealabilă”(Dicționarul explicativ al limbii române, 2009)
82
Contractul de franciză7 (Franchising), reprezintă un contract comercial reglementat în dreptul anglo-american, care are ca obiect acordarea de un comerciant-producător, numit franchiser (francizor), a dreptului de a vinde anumite bunuri, sau de a presta anumite servicii și de a beneficia de un sistem de relații care cuprinde marca, renumele, know-how-ul și asistența, unui alt comerciant (persoana fizică sau juridică) numit franchisee (francizat), în schimbul unui preț care constă într-o sumă de bani inițială și o redevență periodică numită franchisee fee sau taxa de franciză. Contractul de franciză corespunde concesiunii comerciale (exclusive), reglementat de dreptul European. Acest tip de contract cunoaste o largă utilizare în S.U.A., cunoascând o utilizare în creștere în țara noastră (Hogaș Diana Loredana, 2011). Contractul de inginerie (engineering8) reprezintă un contract complex, încheiat între un prestator sau furnizor și un beneficiar sau client, prin care primul se obligă să execute operațiuni de concepție, elaborare de studii inginerești sau economice, coordonare de activități, executare de proiecte, furnizare de material pentru realizarea proiectelor, recepția de proiecte, asistență tehnică, necesare pentru realizarea unui proiect, operațiuni plătit de catre beneficiar cu preț.
7
Conform OG 52/1997, franciza constituie “un sistem de comercializare bazat pe o colaborare continuă între persoane fizice sau juridice, independente din punct de vedere financiar, prin care o persoană denumită francizor acordă altei persoane denumită francizat, dreptul de a exploata sau de a dezvolta o afacere, un produs, un serviciu sau o tehnologie” 8 Conform Micului Dicționar de Neologisme, 2000, “Activitate complexă, cuprinzând operații dintre cele mai diverse, de la prestații de servicii de ordin intelectualtransmiterea de idei, concepții, planuri, schițe etc., executări de lucrări cuprinzând realizarea de instalații și punerea lor în funcțiune - până la furnizarea de materiale necesare executării acestor luctrări de construcții și montaje etc”.
83
CAPITOLUL II NOI TEHNOLOGII VALOROASE PENTRU AGRICULTURĂ ȘI INDUSTRIA ALIMENTARĂ De-a lungul ultimilor 50 de ani, noutăţile din știință și tehnologie au determinat o îmbunătățirea extraordinară a productivității fermelor vegetale şi animale, în Europa şi în întreaga lume. În timpul acestei Revoluţii Verzi, a crescut substanţial performanța, ca urmare a evoluției mecanizării, în tehnologiile culturii plantelor și creșterii animalelor, în irigarea, nutriţia şi protecția culturilor agricole, în alimentația şi sănătatea animalelor etc. Investițiile publice în cercetare și dezvoltare, pentru numeroase studii experimentale în culturile vegetale şi în creșterea animalelor, au condus la dezvoltarea serviciilor de de demonstrare şi extensie pentru agricultură. A apărut astfel un număr distinct de arii de cercetare sau subiecte de studiu la nivel mondial, care nu cu mult timp în urmă păreau imposibile. Noile tehnologii în curs de dezvoltare în întreaga lume au potențialul de a produce transformări importante în activitatea agricolă. Cu toate acestea, numai unele dintre aceste tehnologii vor avea un impact important în economia mondială. Rezultatele avansate în ameliorarea plantelor agricole și animalelor, au condus la îmbunătățirea performanțelor acestora, fiind aplicate sau urmând să fie aplicate pe scară largă sau restrânsă, ca noi tehnologii. Caracteristcile specifice furnizate prin intermediul ameliorării genetice a plantelor agricole, vor permite dezvoltarea culturilor eficiente economic, adresate unor noi nișe de piaţă. Mai mult, produsele alimentare funcționale vor crea o piață segmentată care va provoca spiritul antreprenorial al actorilor din agricultură și industria alimentară. 84
Vor apărea piețe noi urmare a dezvoltării unora dintre aceste tehnologii, iar unii fermieri vor avea capacitatea să relaţioneze cu acestea, la momentul potrivit, pentru a dezvolta mari organizaţii într-o pieţă în creştere. Odată cu apariția de noi tehnologii și noi piețe, oportunitățile pentru antreprenorii din industria alimentară vor fi impresionante. Legătura dintre cercetători şi agricultori va trebui menţinută permanent, prin întâlniri şi acţiuni în parteneriat, fie în spaţiile de creaţie ştiinţifică, fie în ferme sau alte organizaţii implicate în producerea, procesarea şi marketingul produselor agroalimentare, iar realizările acestora să fie cuantificate în baza impactului în activităţile agricole şi de industrie alimentară. Nu în ultimul rând, agriculturii şi procesatorii din industria aliementară au marea responsabilitate de a căuta noi soluţii şi tehnologii, aplicabile în fermele şi organizaţiile proprii. Internetul a deschis noi căi pentru aceşti actori importanţi, pentru a afla tot ce este nou şi aplicabil oriunde, în a comunica cu orice alt fermier sau procesator din orice loc de pe glob. Poate că aceste soluţii vor inspira agriculturii şi nu numai, din România, Europa sau din orice altă ţară, să navigheze pe internet, iar într-o după-amiază umedă de toamnă târzie, în căutarea lor, să descoperire acea tehnologie care le va transforma afacerea într-un succes impresionant.
2.1. TEHNOLOGIA GENETICĂ Tehnologia genetică constituie o disciplină relativ nouă, care include descoperirea de gene, înțelegerea funcțiilor genei și interacțiunile acesteia, utilizarea markerilor genetici care controleaza activitatea genelor, modificarea genelor și transferul de gene. Este clar că genetica este mult mai complexă decât s-a crezut inițial, iar tehnologia genetică nu a reușit să ofere ceea ce era de așteptat să ofere, cunoașterea fiind 85
în etapa de acumulare până la punctul în care poate oferi beneficii reale în agricultura industrială. Materialul genetic este format din acidul dezoxiribonucleic (ADN), care constă dintr-un helix dublu de nucleotide înlănțuite. ADN conține informațiile în baza cărora plantele și animalele cresc, funcționează și se înmulțesc. Există doar patru tipuri diferite de nucleotide, dar numărul lor este uimitor. Bovinele au 3 miliarde de perechi de nucleotide care codifică peste 30.000 de gene. Genomul la bovine şi găini a fost complet secvenţializat, urmând genomul porcinelor și ovinelor. Grâul este un hexaploid, genomul său fiind imens, însă până în prezent nefiind secvenţializat. Oamenii de ştiinţa au identificat un număr mare de gene individuale, împreună cu funcțiile acestora. Au descris de asemenea modul în care genele sunt transcrise și traduse pentru a produce proteine, un proces cunoscut sub numele de expresie a genei. Genele au promotori care le comută în pornit și oprit, devenind tot mai clar că genele și expresia genelor sunt mecanisme foarte complexe, mult mai complexe decât s-a avut în vedere atunci când tehnologia genetică a început să se dezvolte. Expresia genelor la animalele vertebrate este considerată a fi mult mai complexă decât la plante și mai este încă mult de descoperit. Diferențele în genomurile fiecărei specii, reprezintă un subiect de interes special pentru oamenii de ştiinţă, deoarece aceste mici diferente sunt responsabile pentru caracterele legate de productivitatea culturilor agricole și în creșterea animalelor, aspecte atât de importante pentru agricultură (de exemplu: dulceața unui măr sau frăgezimea unei bucăţi de carne de vită). Aceste diferențe apar sub forma polimorfismului uninucleotidic, prin care o singură pereche de nucleotide diferă de la un individ la altul. Multe din caracterele care sunt importante pentru agronomi, sunt influențate nu numai de o singură pereche de nucleotide, ci de un număr mare, între care unele sunt mai importante decât altele.
86
Oamenii de ştiinţă folosesc markerii genetici pentru a identifica părți ale genomului care sunt importante pentru agricultură. Dacă markerul este identificat într-o poziție, atunci se presupune gena este acolo, la fel și caracteristica, putându-se estima cu mare precizie performanța plantei sau a animalului. Identificarea acestor markeri genetici presupune compararea genomului cu fenotipul, pentru un număr mare de indivizi la plante sau animale. Există însă probleme legate de acurateţea unora dintre markeri genetici utilizaţi. Geneticienii din domeniul vegetal au identificat o cantitate imensă de variabilitate genetică în informaţia genetică a speciilor cu care lucrează. Acest aspect creează oportunităţi uriașe de a încorpora gene utile de la specii sălbatice în speciile cultivate. Oamenii de ştiinţă au descoperit un număr mare de gene care influențează caracteristici atât de diverse, de la rezistența la boli, la calitatea produsului. Geneticienii din domeniul vegetal lucrează cu două specii model: Arabidopsis și Brachypodium, pentru a-şi verifica ipotezele sau ideile în genetica vegetală. Odată ce un concept a dovedit că este benefic pe specia model este testat apoi pe culturi comerciale. Geneticienii din domeniul vegetal au făcut progrese semnificative în înţelegerea principiilor modificărilor genetice. Acest lucru implică modificarea și transferul de gene de la o specie la alta. Sunt utilizate două metode pentru a transfera gene: unul implică bombardarea genelor din celule cu un pistol în miniatură, iar cealaltă folosind bacterii pentru a transfera genele. Ca rezultate importante în domeniul geneticii vegetale, pot fi evidențiate: lipsa brunificării fructului de măr după tăiere în felii, un vaccin pentru virusurile plantelor, modificarea genetică a rapiței pentru ulei, astfel încât aceasta produce un lung lanţ de uleiuri Omega 39, uleiuri care sunt asociate în mod normal cu uleiul de peşte. 9
„Minneapolis (USA) si Limburgerhof (Germany) - 2011 - Cargill și BASF Plant
Science, au anuntat că vor co-dezvolta o noua sursa dietetică de EPA/DHA care va inlesni absorbtia de acizi grasi Omega-3 polinesaturați, bogati in EPA și DHA. Aceasta nouă generație
87
Geneticienii din domeniul animal au identificat o serie de gene individuale, asociate cu defectele genetice la animale, precum şi numeroase gene asociate unor caracteristici dorite în zootehnie. Accentul acestor cercetări a fost pus în principal pe utilizarea genomului în ameliorarea genetică pentru a înlocui testarea descendenților din programele convenționale de ameliorare genetică. Markerii genetici ai polimorfismului uninucleotidic sunt folosiţi pentru a identifica acele părţi ale genomului, care vor avea ca rezultat o caracteristică dorită la un individ din populaţia animală. Acest lucru s-a dovedit a fi mult mai dificil decât s-a estimat iniţial. Procesul se bazează pe datele fenotipice precise de la un număr mare de animale, care să fie asociate cu markerii genetici legați de trăsăturile dorite. În epoca de început a markerilor genetici, cercetătorii din domeniul ameliorării asistate au crezut că 200 markeri utilizaţi împreună cu 500 fenotipuri de animale vor genera rezultate suficient de utile. În prezent, se apreciază că 200.000 markeri genetici sunt necesari pentru asocierea cu 30.000 fenotipuri. Oamenii de știinta sunt, prin urmare, în stadiul de trecere de la utilizarea a 50.000 de markeri, la 500.000 de markeri. Folosind genomul animal şi înlocuind testarea convențională a descendenței, ar trebui să fie îmbunătățită precizia, să crească procentul de câștig genetic și să fie permisă selectarea de caracteristci care sunt acum dificil de măsurat. În prezent, este cu mult mai precisă folosirea genomului pentru a estima performanța descendenților, decât folosirea testul de descendență convențional. Inţelegerea actuală legată de genomul plantelor cultivate și al animalelor din fermele zootehnice, este în stadiul în care, poate oferi fermierilor certitudinea unei tehnologii care va oferi
de ulei de rapita care contine EPA/DHA, va permite producatorilor de alimente, suplimente farmaceutice și nutritionale, să distribuie beneficiile potentiale ale acizilor grași Omega-3.
88
o performanță îmbunătățită, noi caracteristici utile în calitatea producţiei şi în controlul factorilor de stress.
2.2. ALIMENTELE FUNCŢIONALE Alimentele funcţionale constituie o parte importantă a unei diete sănătoase. O dietă sănătoasă poate determina o bună stare de sănătate şi o reducere a riscului dezvoltării anumitor boli netransmisibile. O dieta poate fi nu numai sănătoasă, prin combinațiile benefice de alimente individuale (nefiind vorba numai de limitarea alimentelor care conțin componente dăunătoare, precum acizii grași), ci poate furniza acele elemente care pot oferi beneficii suplimentare. Aspecte precum stilul de viață, dieta și activitatea fizică, toate joacă un rol important în incidenta multor boli. Rezultatele cercetării ştiinţifice au demonstrat că dieta contribuie la reducerea incidenței bolilor și la îmbunătățirea stării de sănătate pe termen lung. Alimentele funcționale nu sunt medicamente.Un aliment functional este un aliment care are efecte benefice asupra sănătăţii dincolo de funcția sa de bază, acesta fiind consumat ca aliment și nu ca medicament sau supliment alimentar. Alimente functionale pot avea o influență asupra următoarelor aspecte legate de calitatea vieţii și sănătate: - Dezvoltarea timpurie și de creștere. - Reglarea echilibrului energetic și greutăţii corporale. - Reglează funcția cardiovasculară. - Apără organismul împotriva stresului oxidativ. - Reglează funcția intestinală. - Îmbunătățește stare mentală și performanța psihică. - Îmbunătățește performanța fizică. Alimentele funcţionale pot fi de asemenea folosite pentru regimuri alimentare specifice, generate de intoleranţa la glutenul și lactoză. 89
Un aliment funcțional poate fi un aliment natural, un aliment nemodificat prin procedee de prelucrare. Cercetătorii sunt implicaţi în identificarea căilor prin care alimentele pot fi transformate prin diverse modalități pentru a le îmbunătăți funcționalitatea. Aceste transformări sunt: - Îmbunătățirea componentelor alimentelor prin condiții speciale de creștere, ameliorare sau mijloace biotehnice. - Adăugarea unui component alimentar pentru a genera proprietăți noi. - Scoaterea unui component din aliment prin mijloace tehnologice sau biotehnologice, astfel că produsele alimentare oferă beneficii altfel indisponibile. - Înlocuirea unei componente a unui aliment, cu o componentă alternativă cu proprietăți favorabile. - Modificarea unei componente prin mijloace enzimatice, chimice sau mijloace tehnologice pentru a oferi un beneficiu. Substanţele antioxidante constituie o caracteristică importantă pentru multe alimente funcţionale. S-a demonstrat în câteva studii de mare anvergură că substanţele antioxidante au un impact important asupra incidenţei cancerului şi a bolilor cardio-vasculare, oamenii de știință continuând cercetările pentru descoperirea modul precis prin care aceste componente acționează. Multe substanţe antioxidante nu sunt absorbite de către organism în cantități semnificative, putându-se astfel activa mecanismele de absorbție pentru stimularea apărării organismelor impotriva stresului oxidativ. O ştiinţă nouă urmărește să dezvolte, în perspectiva apropiată, dieta personalizată. Au fost identificaţi markerii genetici, care pot fi folosiţi pentru a adapta diete pentru factori de risc specific individual. Există legături genetice pentru multe boli, inclusiv boli cardiovasculare, mai multe tipuri de cancer, artrita și boala Crohn. Acuratețea unora dintre acești markeri genetici este încă incertă, rezultatele cercetărilor putând fi privite ca îmbunătățiri ale stadiului cunoaşterii şi ca o 90
știință care se dezvoltă. Testele genetice tip “Direct-toConsumer”(DTC) sunt disponibile și aplicabile în prezent, estimându-se că în viitorul foarte apropiat tot mai multe persoane îşi vor cunoaşte propriii factori genetici de risc. Aceste rezultate ale științei vor conduce la o segmentare a pieței agroalimentare., astfel că parte dintre consumatori vor căuta diete personalizate, pentru a-şi rezolva probleme specifice sau factori de risc. În acest mod se vor genera noi oportunități pentru agricultori și industria alimentară, în sensul că aceste cerinţe noi, vor permite dezvoltarea unor activități noi, îndreptate către o piață tânără, activități care vor dovedi rezultate economice semnificative. Exemple legate demonstrarea modului în care evoluția rezultatelor cercetării ştiinţifice se conectează cu piaţa de produse alimentare funcționale pot fi: lapte cu conţinut scăzut de grăsimi saturate, orzul cu un nivel ridicat de fibre și amidonul rezistent, lapte hiperimun pentru a trata aftelor bucale sau candidozelor, brassicacee bogate în antioxidanti şi un soi de măr cu pulpa roșie.
2.3. UTILIZĂRI NEALIMENTARE PENTRU PRODUSELE AGRICOLE Produselor agricole pot fi utilizate pentru o întreagă varietate de scopuri, altele decât produsele alimentare. Prin scăderea nivelului resurselor de combustibilii fosili, agricultura va deveni o sursă din ce în ce importantă de materiale regenerabile și de produse chimice. Omenirea a petrecut peste 100 de ani folosind petrolul pentru a produce o mare varietate de materii prime și produse finite. În prezent, s-au demarat un număr mare cercetări legate de posibilitatea obținerii de produse finite nealimentare (chimice și fibre) sau a altor necesități, din produsele agricole utilizate ca materii prime. 91
Materiile prime de bază pe care agricultura le produce oferă o gamă uimitoare de posibilități referitoare la utilizările lor potențiale. Produsele agricole se încadrează într-o serie de domenii largi de utilizare alternativă. Acestea pot fi: - uleiuri - carbohidraţi; - fibre; - produse farmaceutice și cosmetice . Există oportunități semnificative pe piața de uleiuri, de fibre şi carbohidraţi, piețele limitate pentru anumite culturi de specialitate putînd fi ușor exploatate în acest moment. Principalele utilizări ale recoltelor de oleagionoase şi implicit a uleiurilor rezultate, sunt: ca lubrifiant, surfactant, izolator, polimer împreună cu aditivi funcționali și agenți reactivi pentru prelucrări industrie. Principalele utilizări ale fibrelor vegetale sunt pentru: panouri compozite, hârtie, ambalaje materiale, textile, filtre, absorbanți, materiale compozite cu fibre, celuloză pe bază de schimb de ioni. Carbohidrații produşi în agricultură sunt în principal sub formă de amidon și zahăr. Utilizarea amidonului este legată de producerea hârtiei, cartonului, detergenților, produselor farmaceutice, cosmeticelor, adezivilor, agenților tensioactivi, vopselurilor, produselor agrochimice, materialelor plastice, polimerilor și fibrelor specializate. Utilizarea zahărului include o gamă largă de substanțe chimice care sunt folosite în produsele farmaceutice, produse de îngrijire a sănătății, polimeri, produse agrochimice și cerneluri tipografice. Zahărul este, de asemenea, utilizat în fabricarea gips-cartonului, betonului, smalţului și gresiei. Culturile speciale și produsele de origine animală sunt utilizate pentru obţinerea de produse farmaceutice, produse de îngrijire a sănătății și cosmetice. Multe dintre produsele mai sus menționate, sunt obţinute prin procese industriale de înalt nivel tehnologic, care extrag şi modifică produsele din plante, înainte să le transforme în 92
produse utile și materii prime. Tehnicile noi au permis îmbunătățirea acestor procese industriale, în vederea extinderii gamei produselor agricole care pot fi utilizate, dar și pentru identificarea de noi și numeroase utilităţi pentru produsele finite. Multe dintre aceste procese implică obţinerea de substanțe chimice platformă. Acestea constituie molecule simple, funcționalizate, care pot servi ca schelet de construcţie pentru chimia îndepărtată. Facilitățile legate de producerea acestor substanţe chimice costă mult și constituie căi poziţionate dincolo de scopul esenţial al fermierilor. Prin urmare, acest domeniu tehnologic descris sumar, reprezintă o oportunitate pentru fermierii care pot deveni în mod invariabil doar furnizori de materii prime, de biomasă. Mai mult, există oportunități legate de înființarea de culturi noi în fermă, precum și de procesare a producţiei în fermă. Culturile agricole specializate sunt concentrate mai ales pe obţinerea uleiurilor aromatice și esențiale, care sunt produse de obicei de companiile mai mici. Cercetarea ştiinţifică este concentrată astfel pe utilizările alternative ale produsele agricole, după cum urmează: - Culturi noi şi produse noi. - Ameliorarea și dezvoltarea de culturilor noi. - Modificarea proprietăților şi a modalităţilor de prelucrare a materiilor prime agricole. - Îmbunătățirea performanțelor și proprietățile produselor. - Biotehnologia plantelor, inclusiv modificarea genetică a plantelor, pentru sintetiza directă a substanțelor chimice sau îmbunătățirea calității materiei prime, pentru extinderea potenţială a arealului de utilizare. Prin intermediul biotehnologiilor, plantele agricole își vor imbunătăți proprietățile asociate cu utilitatea nealimentară și neenergetică, avâd ca rezultat dezvoltarea organismelor modificate genetic. Cercetările şi rezultatele obţinute în utilizarea nealimentară și neenergetică a produselor agricole, 93
includ: fabricarea în fermă a ambalajelor ultrasubţiri şi ultraușoare din paie, obținerea și cultivarea unor plante arboricole cu dezvoltare rapidă a masei lemnoase, dezvoltarea anticoagulanților din subproduse de origine animală, utilizarea aquagel-urilor pe bază de amidon pentru a produce beton ușor. Aceste exemple demonstrează diversitatea extraordinară legată de utilizarea nealimentară a produselor agricole. Noile tehnici vor putea extinde această diversitate pe mai departe, într-un viitor destul de apropiat.
2.4. ROBOTICA ȘI INGINERIA INTELIGENTĂ PENTRU AGRICULTURĂ ȘI INDUSTRIA ALIMENTARĂ Dezvoltarea tehnologiilor în inginerie și în sistemele computerizate oferă oportunități uriașe pentru agricultură. Multe activităţi din agricultură sunt monotone și de rutină, implicând echipe numeroase şi cu mare volum de muncă, echipe ce îndeplinesc sarcini repetitive. Aceste activități pot fi deveni cu mult mai simple dacă sunt înlocuite de roboți. Fermierii au nevoie de date și informații referitoare la activităţi specifice, în scopul de unei gestiuni eficiente și a unui act decizional. Dezvoltarea în domeniul noilor tehnologii a senzorilor, oferă oportunități în primirea mai multor date și informații în timp util, al căror volum ar fi necesitat o muncă de colectare nerentabilă altfel pentru fermier. Dezvoltarea și utilizarea de roboți pentru agricultură este încă în fază incipientă. Un bun robot-inginer ar trebui să fie capabil “să gândească” în afara “programului specific” pentru a rezolva probleme specifice. Punctul de plecare în dezvoltarea de tehnologii robotice adecvate, este înțelegerea problemei (Ce reprezintă ce trebuie făcut, ca să fie făcut?). Există oportunități în a adapta ceea ce este de făcut, pentru a face soluția robotică mai ușoară? De exemplu, cultura căpșunului fără sol, în sistem 94
susţinut sau suspendat, furnizează informaţii despre producţie unui robot, într-o manieră mult mod mai abordabilă şi mai adecvată decât o cultură a căpșunului pe sol. Roboții vor trebui genereze economii activităţilor agricole, însă costul constituie un factor important în crearea și construirea lor. Cercetătorii sunt optimiști și pornesc de la premisa că odată ce soluțiile vor fi identificate, costul componentelor va tinde să coboare rapid, facând noile aplicații viabile din punct de vedere financiar. Roboții sunt construiți din următoarele componente de bază: - Sistemele de detectare - pentru a vedea, a localiza și a simţi. - Sistemele de control, inclusiv o unitate centrală de procesare. - Sisemele de alimentare - pentru a oferi energie. - Sistemul mecanic care realizează în fapt activitatea specifică. Roboții folosesc un număr de diferite sisteme de detectare, inclusiv un mecanism de vizualizare. Mecanismul de vizualizare este folosit pentru a ajuta roboții să localizeze obiectele muncii în cazul în care acestea sunt în lucru sau pentru o mare varietate de alte aplicații, inclusiv localizarea produselor pentru recoltare, plantele pentru pulverizarea pesticidelor sau fertilizanţilor și animalele pentru evaluarea condițiilor de viaţă. Mecanismul de vizualizare foloseşte o varietate de senzori, care folosesc diferite metode, de la camere color până la ultrasunete. Algoritmii procesează apoi imaginile pentru a crea un tablou de ansamblu al mediului înconjurător. Alți senzori sunt folosiți pentru a permite roboților să localizeze amplasamentul unde activează. Aceştia pot include GPS, codificatori rotativi și unități inerțiale de măsurare. Sistemele de control ale roboţilor constau dintr-o unitate centrală de procesare. Sistemele de control de nivel înalt permit luarea deciziilor, iar sistemele de control de nivel scăzut operează în legătură cu direcţia și controlul în deplasare sau 95
pentru acțiuni primare. Cele două sisteme componente trebuie să comunice eficient pentru ca procesul de decizie, să fie legat de cel de acțiune. Opțiunile unităților de putere includ: baterii, mecanisme şi electricitate, generate de sursă și de sistemele hibride. Pentru componentele mecanice ale roboților, care sunt asociate cu efectuarea operaţiilor specifice cu caracter agricol (culegere, stropire, colectare, așezare pe bandă, selectare pe clase de calitate, etc), există o largă varietate de soluții utilizate, care includ sisteme: pneumatice, hidraulice, rotative, și multe altele. Flexibilitatea în proiectare precum și în performanță, influențează alegerea modului în care robotul este dezvoltat. Securitatea constituie o caracteristică importantă a oricărui robot. Robotul trebuie să poată detecta pericolele, precum și condiţiile în care poate lucra în siguranță, trebuie să se poate opri sau să opereze în continuare, în funcţie de decizia luată legată de siguranţă. Pentru proiectarea roboților este utilizat mecanismul de învăţare, care rescrie propriul software pe baza propriilor experiențe. Majoritatea inginerilor din robotică prezic în prezent, un viitor bazat pe grupe de roboți mici care se vor afla sub controlul unui singur operator. Mașina fără șofer este o realitatea tehnică, iar asimilarea ei pare să fie limitată de probleme juridice, mai degrabă decât cele tehnice (cine va fi responsabil în cazul în care de mașina fără şofer va pătrunde prin camera de zi a cuiva?). Maşinile de mici dimensiuni pot limita daunele potenţiale care pot apărea și ar putea fi reținute mai ușor în jurul zonei de lucru. Dezvoltarea tehnologiei senzorilor creează o revoluție în informația care devine astfel disponibilă pentru agricultori. Sistemele sunt aplicabile pe de o parte, iar pe de altă parte sunt în curs de dezvoltare, putând fi utilizate pentru aplicații diverse, precum identificarea bolilor culturilor sau determinarea condiţiilor de viaţă la animale.
96
Exemple legate de punerea în aplicare a roboticii și ingineriei inteligente pot fi: robotul de recoltat sparanghel, mașini robotizate pentru plivit, roboți cu capete de pulverizare pentru umectarea plantelor sau tratamente fitosanitare localizate, măsurarea comportamentului în efectivele de animale, înregistrarea condiţiilor de mediu în adăposturile de animale, combina de recoltat fructe, inclusiv un prototip de robot pentru recoltat căpșuni. Recoltarea fructelor reprezintă o provocare deosebită pentru un specialist în robotică. Fructele coapte trebuie să fie identificate și apoi a desprinse fără a fi vătămate. Acest ultim detaliu implică, imitarea funcţiei tactile a omului - care nu este uşor de realizat.
97
CAPITOLUL III APA PENTRU AGRICULTURĂ ŞI INDUSTRIA ALIMENTARĂ 3.1. MEDIUL NATURAL – SPAȚIUL ÎN CARE SUNT IMPLEMENTATE NOILE TEHNICI DE PRODUCȚIE Pe valul de popularitate universală a ecologiei ca știință îndreptată către studierea şi protejarea mediului natural şi a biodiversităţii sale, ecologia umană, constituie una dintre disciplinele care a devenit cu adevărat un domeniu de ştiințific interdisciplinar. Se poate remarca, nu numai printre igieniști şi ecologiști, dar și printre cercurile largi de cercetători din domeniul medicinei şi din alte domenii, atenţia îndreptată către studiul relaţiilor cauzale şi a legilor de bază ale interacţiunii mediul natural - om – mediu. Astfel, aceasta a dobândit o importanţă globală şi în esenţă, este un factor major în dezvoltarea unei strategii de dezvoltare durabilă, a căror importanță creşte într-un lanţ de interconectare “om-familiepopulaţie-societate-omenire” (Rakhmanin Y, 2011). Un punct de legatură între ramurile științifice ale domeniilor sociologie, demografie, medicină, geografice, este ecologia umană, care studiază legitatea relaţiei dintre om şi mediul înconjurator, mediul social, mediul industrial, factori de viaţă şi alți factori, probleme legate de dezvoltarea populaţiei, protecţia şi dezvoltarea sănătăţii oamenilor, îmbunătăţirea posibilitaţilor fizice şi psihice ale omului. Dezvoltarea ecologiei umane şi a apropierii sale de igiena mediului înconjurator în anii '80, a constituit o a doua etapă foarte importantă de integrare a ştiinţelor care studiaza relaţia dintre factorii de mediu şi sănătatea populaţiei. În această etapă, a crescut considerabil rolul cercetărilor medicale 98
şi biologice (imunologice, biochimice, genetice, morfologice şi altele), în vederea îmbunătățirii metodologiei de normare a igienei, realizarea legăturilor dintre factorii de mediu şi starea de sănătate a diferitelor grupuri de populaţie, dezvoltarea principiilor şi metodelor de diagnostic pre-nosologic şi caracteristicile nivelului de adaptate a întregului sistem al organismului uman. În acest mod este prezentată importanţa biomonitorizării, ca parte integrantă a studiilor epidemiologice, necesitatea studiului acțiunii biomarkerilor, sensibilitatea şi efectele care caracterizează interacţiunea sistemelor biologice cu factorii fizici, chimici sau ai naturii biologice(Rakhmanin Y, 2011).. Probabilitatea dezvoltării tulburărilor de sănătătate ale omului sunt determinate de factori precum: stilul de viaţă şi de comportament, factori de mediu (inclusiv mediul de producţie şi ecosistemul), factori genetici și calitatea vieții. După cum afirma Elliot Joslin: “Genele încarcă armele, iar stilul de viaţă - factorii de mediu, apasă pe trăgaci. Biosecuritatea populaţiei ar trebui să reprezinte parte integrantă a Strategiei de Securitate Naţională, implicând asigurarea mijloacelor de protecție faţă de ameninţările tradiţionale şi moderne, amenințările biologice reale şi potenţiale, prevenirea și diminuarea daunelor provocate de biocatastrofe naturale şi tehnologice. Aspectele igienice ale biosecurității fac referire nu numai la riscurile semnificative pentru sănătatea populaţiei, dar și la strategiile legate de prelungirea duratei vieţii, a longevității profesionale, de activare în condiții de expunere pe termen scurt la factori de mediu cu influență cronică probabilă a mediului, de ordin biologic, chimic sau fizic, atât în condiții de sine stătătoare cât și în combinații (complexe, combinate), asupra organismului uman (Foster J., 2003). Când ne referim la relaţia mediul natural - om - mediu, trebuie să analizăm atât aspectele ce țin de om, ca element al mediului înconjurător, cât și de natura fiinţei umane. În prima 99
variantă, omul apare ca unul dintre subiecții mediului înconjurător, dar și ca parte componentă a acestuia. Componenta mediu din om se referă la nuanța care-l face pe individ tributar ciclului natural, fiind hrănit de mediu, trăind datorită acestuia și finalmente constituind substanță organică pentru acesta. Omul este procentual, alcătuit din cca. 72% apă. Mediul din om mai cuprinde, pe lângă apă, întregul spectru de substanțe și compuși biologici și chimici din natură. Fiecare element component al organismului se găsește și în natură de unde își trage seva continuu. Apa apare deci, ca și în cazul plantelor, factorul ce coagulează și transportă nutrienții în celulele și țesuturile corpului uman (ex. compoziția lichidului sanguin). Natura din om resimte orice ingerință străină, o repugnă și încearcă să o elimine, aducând totul la stadiul natural inițial, comun cu mediul înconjurător. Din punct de vedere normativ, în ultimele secole s-a pus accentul pe reconstituirea mediului pierdut, pe promovarea politicilor de mediu și pe protejarea acestuia de orice acțiuni nefaste provenite din activitatea antropică. Conceptul de dezvoltare durabilă vine în susținerea, în durabilitatea mediului înconjurător din care fac parte resursele de apă, alături de celelalte elemente ale mediului înconjurător. Se dorește ca mediul să poată reprezenta un veritabil izvor de condiții propice pentru viață, un izvor de resurse și de hrană pentru toate generațiile care vor succeda existența pe Pământ. Exploatarea resurselor, indiferent de felul acestora trebuie atent gestionată, astfel încât conceptul de durabilitate să fie aplicat practic. Problema nu abordează cu precădere resursele regenerabile, pentru care există alternative, ci cu obstinație, pe cele neregenerabile. De existența acestora depinde viața pe planetă. Un exemplu elocvent este reprezentat de apa potabilă, aceasta fiind afectată pe de o parte de factorul poluare, unde agricultura are o contribuţie importantă, iar pe de altă parte de consumului irațional și hazardat (Jelinski, D. E. 2005). 100
3.2. APA ȘI ROLUL SĂU PENTRU SISTEMELE BIOLOGICE Apa este o substanță indispensabilă vieții, cunoscându-se faptul că primele forme ale vieții au apărut în apă. Apa este o substanță incoloră, insipidă și inodoră, fiind totodată unul dintre solvenții universali. Ea este un compus chimic al Hidogenului și al Oxigenului, având formula moleculară H2O. Totodată, apa este una dintre substanțele cele mai răspândite pe planeta noastră, formând învelișul hidrosferei (ex. Oceanul Planetar), găsindu-se într-una din cele trei forme fizice, sau sub forma de apă dulce (calotele glaciare, ape curgătoare, lacuri, ape subterane) sau sărată (mări, oceane, lacuri). În atmosferă, norii și umiditatea atmosferică constituie alte forme ale apei, generatoare de viață (Braun C.L., Smirnov S.N., 1993). Din punct de vedere biologic, apa are numeroase proprietăți indispensabile proliferării vieții, care o deosebesc de celelalte substanțe. Apa își îndeplinește acest rol, permițând compușilor organici să reacționeze în moduri care să permită în cele din urmă replicarea. Apa este un bun solvent și are o tensiune superficială ridicată, permițând astfel mișcarea compușilor organici și a organismelor vii. Apa proaspătă are densitatea maximă la 4°C, această densitate scăzând pe măsură ce apa se răcește, se încălzește sau îngheață. Fiind o moleculă polară stabilă, dominantă în atmosferă, joacă un rol important în absorbția radiației infraroșii, crucială în cadrul efectului de seră, fără de care temperatura medie la suprafața Terrei ar fi de -18° Celsius. Apa are de asemenea o căldură specifică neobișnuit de mare, care joacă mai multe roluri în reglarea climatului global și regional, (Curentul Golfului), permițând existența vieții. Deoarece absoarbe foarte mult radiațiile infraroșii, are o foarte ușoară nuanță albastră, datorită eliminării unei mici cantități de lumină roșie care o traversează. Culoarea albastră poate fi observată 101
numai când apa este în cantitate mare, de exemplu în lacuri, mări sau oceane. În celulele și organismele biologice, apa se află în contact cu suprafețele membranoase proteice care sunt hidrofile, adică prezintă o puternică atracție pentru apă. Pentru a deshidrata suprafețele hidrofile este necesar un efort deosebit pentru învingerea unor forțe, numite forțe de hidrație. Aceste forțe sunt foarte puternice, dar valoarea lor scade rapid pe distanțe mai mici de un nanometru. Importanța lor în biologie rezultă în special atunci când celulele sunt deshidratate prin expunerea la atmosferă uscată sau la îngheț extracelular. Aproape 72% din masa corpului uman fără grăsimi este apă. Pentru o bună funcționare, corpul necesită între doi și șapte litri de apă pe zi pentru a evita deshidratarea, cantitatea exactă depinzând de nivelul de activitate, temperatură, umiditate și alți factori. Apa asigură transportul unor subsanțe la nivelul compartimentelor plantelor; transportă seva brută, de la rădăcini la frunze și seva elaborată de la frunze la organele de depozitare. Asigurând interacțiunea plantei cu mediul înconjurător, apa facilitează absorbția substanțelor organice din mediul înconjurător, întregul tranzit al acestora prin corpul plantei, precum și toate procesele de asimilație, transpirație și gutație. 3.3.
APA - STRUCTURĂ STRUCTURAREA APEI
ȘI
COERENȚĂ.
Secolul XXI va reprezenta încheierea capitolului conform căruia apa nu este decât o formulă chimică simplă – H2O. În secolul trecut, chimiştii au fost cei care au condus cercetările şi studiile legate de apă. În acest secol a venit rândul fizicienilor să investigheze secretul apei.
102
De sute de ani s-a încercat găsirea unui procedeu universal care să fie folosit pentru eradicarea oricărei afecțiuni. Cu cât oamenii de știință au aprofundat mai mult mecanismele de vindecare, cu atît au apărut mai multe medicamente și terapii, care au adus cu sine și contraindicațiile. Ținând cont de experiențele marilor savanți, întotdeauna marile invenții au avut la bază elemente simple și nu complexe, sofisticate. Astfel s-a plecat de la cea mai simplă, dar importantă idee, de a se orienta eforturile pentru studierea celui mai reprezentant element din natură și anume, APA. “Lumea spune că suntem ceea ce mâncăm. Eu spun că suntem ceea ce bem”10, afirma savantul român Henri Coandă11 americanului Patrick Flanagan, în 1963. “Coandă avea să studieze zeci de moduri de cristalizare a apei de pe Glob”. Într-adevăr, savantul a studiat fulgii de zăpadă şi sursele de apă în diferite părţi ale Terrei. Până în anul 1963, Coandă a studiat atent cinci zone celebre pentru longevitatea locuitorilor, zone în care apa avea proprietăţi particulare. Apa Hunza este apă structurată, la fel ca şi apa din celelelate zone celebre de pe glob. Aceasta înseamnă că atunci când oamenii consumă apă revitalizată (apă biologică sau apă 10
http://www.henricoanda.ro/ Henri Coandă este savantul român care a studiat secretele apei timp de peste 60 de ani. În anul 1910, savantul român demarează proiectul personal “apei vieţii” şi pleacă în Iran, de unde porneşte într-o călătorie memorabilă cu automobilul, de la Isfahan (centrul ţării) spre Tibet. Drumul său a trecut pe lângă Valea Hunza (actualul Pakistan), unde oamenii de ştiinţă consemnaseră deja existenţa unei populaţii cu o medie de vârstă de peste 100 de ani.“Sursa lor de apă este un gheţar”. Pentru a ajunge în principalul oraş, Karimbad, se trece printr-o trecătoare strâmtă situată la peste 4.000 de metri altitudine. Pentru a completa deficitul de apă, locuitorii din zona Hunza au apelat la un ingenios sistem de aducţiune a apei – utilizarea de apeducte care asigură transportul apei ce provine de la un gheţar situat la mare altitudine în zona locuită. În anii ’60, medicul american Jay Milton Hoffman vizita valea şi nota că oamenii de aici sunt străini de bolile de inimă, cancer, diabet şi alte zeci de alte afecţiuni. Chiar şi cei bătrâni aveau o dantură perfectă, nota Hoffman. Un studiu efectuat după anul 2000, arată că speranţa de viaţă a locuitorilor din Hunza care nu au părăsit niciodată zona, este de aproape 100 de ani. Hoffman şi alţi vizitatori au povestit despre locuitorii zonei care au devenit părinţi la 80-90 de ani bărbaţii, respectiv 60-70 de ani femeile. Deşi izolată, Hunza are cea mai mare rată a alfabetizării din Pakistan – peste 90% (Hoffman J.M., 1968). 11
103
structurată), care deţine toate caracteristicile de care organismul are nevoie, energia care ar trebui să o consume pentru prelucarea apei obişnuite, pe care o consumă, pentru a o transforma în apă biologică, este utilizată în revitalizarea şi întărirea organismului în lupta cu factorii externi (http://www.henricoanda.ro/). 3.3.1. Structura şi coerenţa apei Potrivit cercetărilor din domeniul rezonanţei fluidomagnetice, apa din celule şi din jurul celulelor prezintă o structură cristalină elevată. Apa normală pe care o bem de la robinet nu are o structură, este o apă amorfă. Pentru a o putea folosi, organismul trebuie să o prelucreze şi s-o transforme în apă biologică, care are structură cristalină. Structura fizică a apei este un sistem format din materie şi energie, aflat în acţiune continuă. La nivelul individual al moleculelor de apă, sistemul este în activitate perpetuă şi datorită fenomenului dipol şi altor însuşiri fizice ale sistemului, modul în care moleculele individuale interacţionează cu altele este extrem de variabil. Această interacţiune la nivel molecular se urmăreşte să fie controlabilă şi îmbunătăţită. Apa are capacitatea de a afişa un comportament coerent, nu aşa cum produce laserul lumina, ci ca tip de „sincronizare” a comportamentului dinamic care are loc la nivel molecular. Coerenţa este un tip de organizare la nivelul fundamental al întregului sistem al apei. Coerenţa este în fapt o caracteristică a structurii fundamentale a tuturor sistemelor vii. Un sistem coerent, poate stoca şi folosi energia în moduri în care un sistem incoerent sau dezorganizat nu poate. Sistemele vii folosesc acest mod de stocare şi utilizare a energiei dintr-un sistem coerent, în avantajul lor, tot timpul. Condiţiile meteorologice relativ stabile, crează condiţii potrivite, care determină ca plantele să crească armonios, pentru ca oamenii să trăiască normal şi pentru ca animalele să 104
supravieţuiască uşor. Cum supravieţuirea nu reprezintă o problemă în această situaţie, este posibilă consumarea timpului şi energiei pentru alte activităţi, cum ar fi producerea fructelor şi producerea seminţelor - în cazul plantelor, construirea unor societăţi mai bune - în cazul oamenilor şi perpetuarea speciei pentru regnul vegetal. În cazul în care vremea devine instabilă, dezechilibrele rezultate fac dificilă simpla supravieţuire. Trecerea de ploi şi secete, furtuni masive şi intense, diferenţele mari de temperatură, toate pot apărea pe neaşteptate şi acestea provoacă abilitatea întregului sistem ecologic de a se adapta şi de a supravieţui. Sistemele ecologice complexe şi înfloritoare sunt reduse la versiuni mult mai simplificate, cum ar fi de exemplu modul de „supraviețuire” (Johnson K., 2009). Apa, în care structura sa fizică, este organizată şi coerentă, este analogă cu vremea stabilă. Îmbunătăţirea structurii fizice a apei, înseamnă îmbunătăţirea relaţiilor dintre particulele individuale de apă (şi minerale) în interiorul sistemului. Nu se face referire aici la schimbarea formei de H2O, ci la schimbarea modului în care nenumăratele molecule de H2O din sistem, se comportă unele în raport cu altele (Johnson K., 2009). Molecula de apă este formată dintr-un atom de oxigen (dintre cei trei izotopi 16O, 17O, 18O) şi doi atomi de hidrogen (dintre cei doi izotopi ai hidrogenului 1H, 2H), legați de atomul de oxigen prin legături covalente. Pot exista astfel, teoretic, 18 tipuri moleculare de apă. Studiile şi cercetările arată că în natură, este dominantă molecula care rezultă din combinarea 16 O cu 1H, conținând în proporție de 1:6000 și apă grea (D2O). Viziunea modernă despre structura apei, descrie apa ca prezentând o structură cristalografică. Conform acestui concept, nucleul atomului de oxigen se află în centrul unui tetraedru, două vârfuri ale tetraedrului fiind ocupate de cele două nuclee ale celor doi atomi de hidrogen, iar în celelalte două vârfuri sunt concentrate zonele cu electroni neparticipanţi.
105
Molecula de apă este polarizată (asimetrică). Centrul de greutate al sarcinilor positive (q) nu corespunde cu centrul de greutate al sarcinilor negative (centrele fiind situate la distanţa d), din această cauză, molecula de apa este o moleculă polară (un dipol electric). Dipolmomentul molecular (µ=q*d) are valoarea 1,84 D(debye) pentru apa în stare gazoasă, creşte odata cu scăderea temperaturii, atingând valoarea de 2,5 D pentru apa în stare solidă. Prin intermediul mecanicii cuantice, a fost evidenţiată legatura covalentă dintre atomul de oxigen şi fiecare dintre atomii de hidrogen. Aceasta se realizează prin contopirea orbitalilor atomici, pentru a forma un orbital molecular comun și anume: orbitalul electronului de pe nivelul 1s (adică cu numărul cuantic principal n=1 și cel orbital l=0) al hidrogenului, cu orbitalul electronului de pe subnivelul 2p (n=2, l=1) al oxigenului. Structura stabilă a apei corespunde unei întrepătrunderi maxime a acestor subnivele, care determină un unghi între cele două legături covalente de 105o, unghi ce a fost determinat experimental folosind metoda difracției radiațiilor Roentgen. Prin aceeași metodă de analiză structurală, s-a determinat că distanța dintre atomul de oxigen şi fiecare dintre cei doi atomi de hidrogen este de 0,99 Å. Picătura de apă structurată are o formă perfect circulară uniformă - una din caracteristicile esenţiale care o deosebeşte de apa obişnuită. Printr-o mărire de 6000 - 7000 de ori a picăturii de apă, structura sa devine vizibilă. Când o picătură de apă structurată se evaporă, lasă pe o suprafaţă plană un model de grilă a structurii sale vizibil armonioase. În revers, o picătura de apă contaminată sau deteriorată are contururi circular neregulate, iar când se evaporă, lasă în urmă un model de structură neuniformă, diferită, cu particule vizibile de impurităţi. Apa obişnuită are tensiunea superficială de 73 dyn/cm. Apa formează la suprafaţă o peliculă, sau “pojghiţă”, iar forţa necesară pentru a o neutraliza se măsoară în dyn/cm. 106
Cu cât tensiunea superficială (TS) este mai mică, cu atât apa este mai “udă” (Flanagan P., 2004). Celulele din lumea vie necesită o apă cu tensiunea superficială de 45 dyn/cm. Motivul pentru care are nevoie de apă cu o astfel de tensiune superficială, este acela că celula are o membrană lipoproteică, adică este formată din grăsimi (acizi graşi) şi proteine. Apa nu numai că hidratează celula, dar este în acelaşi timp şi mijlocul de transport în două sensuri: introduce substanţe nutritive în celulă şi scoate din ea substanţe reziduale. Dar, dacă tensiunea superficială a apei nu este de 45 dyn/cm, atunci apa nu poate trece de membrana lipoproteică şi, ca urmare, schimburile, ca şi hidratarea, nu pot avea loc (Flanagan P., 2004).. Dimensiunea moleculară a apei este măsurată în clusteri. În cele mai frecvente cazuri dimensiunea clusterilor este foarte mare; din această cauză, apa nu poate penetra celulele vii. Ideal este ca aceşti clusterii să fie mici – aceasta însemnând că apa poate fi absorbită la nivel celular, putând transporta substanțe nutritive în celulă și elimina toxinele cu uşurinţă. Datorită existenţei acestui fenomen, se asociază îmbătrânirea prematură şi apariţia bolilor, cu capacitatea redusă a celulelor vii pentru a elibera toxinele. În picătura de apă structurată există particule dintr-un mineral, particule de dimensiuni foarte mici, de aproximativ 5 nanometri, adică de 2000 de ori mai mici decât o globulă roşie. Aceste particule au un potenţial electric foarte ridicat, numit potenţial Zeta, care fiind împrăştiate în masa apei structurate, atrag moleculele de apă. Particulele de mineral atrag moleculele de apă întrucât acestea sunt polare. Particulele de mineral din apa structurată sunt încărcate negativ, motiv pentru care acestea atrag hidrogenul, care este încărcat pozitiv. Astfel se creează o structură cristalină fluidă. Pentru a readuce structura apei la parametrii care să facă apa utilă pentru sănătatea omului şi naturii, au fost investigate tehnologii neconvenţionale în ultimii 50 de ani. Acestea includ: 107
tratarea apei cu temperaturi scăzute sau ridicate, impulsurile de cavitaţie, tratamente cu plasmă rece, radiaţii laser, tensiune electrică joasă şi înaltă, tratamente electrochimice, tratamente magnetice, electromagnetice și multe, multe altele. Apa structurată obţinută prin astfel de tehnologii nu avea însă capacitatea să-şi păstreze proprietăţile daca era agitată, încălzită sau răcită. Era nevoie de mai multă cercetare pentru ca apa structurată artificial să-şi păstreze proprietăţile indiferent de tratamentul fizic sau timpul de păstrare. Apa în starea naturală – apa structurată, are următoarele proprietăţi fundamentale: - Puritatea – apa structurată este liberă de substanţe chimice nesănătoase şi de contaminanţi biologici, precum şi de vibraţii sau frecvenţele negative. - Mineralizarea - ar trebui să fie bine mineralizată cu microelemente (Ca, Mg, Zi, Bo, etc). - Tensiunea superficială redusă - datorită dimensiunilor reduse ale clusterilor formaţi din molecule de apă. - Proprietăţi antioxidante – este încărcată negativ şi conține ioni de OH3.3.2. Structura apei și stocarea informațiilor Pentru a afla o serie de informaţii legate de viaţa pe Pământ în urmă cu 2000 de ani, nu trebuie decât să cercetăm rezervoarele profunde de apă. În Antarctica, studiul apei îngheţate la o adâncime de peste 70 de metri, poate face lumină în subiectele sensibile legate de mediul înconjurător. Specialiştii ruşi au forat în staţia de cercetare Vostok, situată în Antarctica centrală la 78° 27´ sud şi 106° 52´ est, în apropiere de polul sud magnetic, extrăgând o probă de ghiaţă în vederea descoperirii unor informaţii despre compoziţia aerului şi a florei în jurul datei de naştere a lui Iisus Hristos. În ghiaţa Antarcticii sunt ascunse informaţii valoroase despre istoria climei şi a vegetaţiei Pământului. Pot fi 108
descoperite aici bule de aer, praf provenit de pe alte continente, material biologic, resturi vulcanice, particule cosmice, izotopi şi alte materiale care au fost amestecate cu zăpadă şi transformate apoi în ghiaţă. Cercetătorii pot determina, similar cu determinarea numărului de inele din trunchiul unui copac, câte straturi de depunere anuală de zăpadă există în ghiaţa extrasă, pentru determinarea exactă a vechimii sale. Întregul strat de gheaţă măsoară aici 3.780 de metri. Fiecare strat de zăpadă depus îngheaţă imediat, formând un nou strat de gheaţă. (la staţia Vostok, temperaturile nu urcă vara mai sus de minus 30°C; tot aici, s-a înregistrat şi minimul termic absolut de pe această planetă: minus 89,2°C). Cercetătorii ruşi au făcut şi o altă descoperire senzaţională: în anul 1994 au descoperit în zona de foraj un lac subteran. În timpul scanării seismologice au determinat existenţa unui lac subteran având o lungime de 225 km, o lăţime de 48 km şi o adâncime de 914 metri. Vârsta apei din acest rezervor subteran este estimată la 35 milioane de ani. Acest lac a fost, cel puţin în ultimii 500.000 de ani, complet izolat de lumea înconjurătoare. S-ar putea chiar ca el să conţină bacterii şi microorganisme cu o structură genetică unică, provenind dintr-o perioadă în care Antarctica încă mai era acoperită de păduri tropicale. Cercetătorii ruşi au stopat însă forajul cu 120 de metri înainte de a ajunge la acest lac pentru a nu pune în pericol această relicvă unică a istoriei terestre; ghiaţa topită din adâncurile Pământului nu prezintă interes doar din punct de vedere ştiinţific ci este totodată un dar minunat ce trebuie manipulat cu mare atenţie şi preţuit ca atare. Cunoaşterea locaţiei în care stochează apa informaţiile precum şi înţelegerea mecanismelor de stocare informaţională încep abia acum să fie înţelese de către oamenii de ştiinţă, fiind descrise doar prin modele teoretice. Cunoaşterea experimentală a devansat în acest domeniu cunoaşterea teoretică, prin testarea sistematică a efectelor cunoscute ale fenomenului de stocare informaţională. Astfel, se ştie astăzi că structura internă complexă a apei este cea care 109
determină în cea mai mare parte proprietăţile ei. Acestea pot să prezinte variaţii de la o mostră de apă la alta şi determină spre exemplu durata de păstrare a apei, condiţiile de dezvoltare ale microorganismelor din apă şi în final, cât de placută şi de compatibilă este acea apă pentru toate formele de viaţă (inclusiv pentru oameni), cu care apa intră într-un proces subtil de simbioză. Aceste caracteristici importante, care apar în mod natural în natură, sunt distruse în cea mai mare parte, în zilele noastre, datorită influenţelor exterioare. Structura apei nu este încă luată în considerare în normativele oficiale care definesc parametrii calitativi ai apei de băut. Aceste directive au valoare de lege şi urmăresc să asigure o apă proprie consumului uman. În conformitate cu acestea, în apă nu trebuie să existe nici un fel de germeni patogeni iar conţinutul de metale grele sau substanţe chimice trebuie să se încadreze în anumite limite. Aceste directive nu iau în calcul faptul că, dincolo de îndeplinirea tuturor standardelor în domeniu, un parametru ce determină în mod fundamental calitatea apei de băut este structura ei, în principal datorită dificultăţilor de determinare riguroasă a acestei structuri. Se ştie că apa anumitor izvoare are efect tămăduitor, unele scad febra, altele îmbunătăţesc digestia, altele elimină afecţiunile dermatologice, pot vindeca răni sau alina dureri, dar aceste efecte nu au fost încă sintetizate în standarde oficiale. Structura fizică joacă şi la solide un rol important: atât diamantul cât şi grafitul sunt constituite de fapt doar din atomi de carbon, doar densitatea şi structura fizică diferă. Diamantul este cel mai dur material din lumea fizică, grafitul în schimb este moale. Dezvoltând mai departe această idee şi în cazul apei, putem observa că şi apa are o anumită structură internă. Diferitele moduri în care moleculele de apă se pot structura nu modifică „duritatea“ sa fizică sau densitatea, ca în cazul diamantului sau al grafitului; ceea ce se modifică în cazul apei este perioada de timp în care ea se păstrează proaspătă, 110
proprietăţile microbiologice fiind dependente în cel mai înalt grad de structura internă a apei. Două mostre de apă identice din punct de vedere al compoziţiei chimice pot avea proprietăţi biologice distincte, o anumită apă se poate comporta într-un organism viu într-un cu totul alt mod decât o alta, deşi amândouă au aceeaşi compoziţie. Nu este suficient, prin urmare, să înţelegem apa doar din punctul de vedere al chimiei sale sau al comportării microbiologice, trebuie să găsim căi şi metode de valorizare a structurării sale interne. Acest lucru este dificil întrucât de abia acum încep să apară metode de măsurare reproductibile şi nici un tratat ştiinţific recunoscut nu aminteşte de capacitatea apei de a înmagazina informaţii. Programele de tratare a apei potabile implică analiza de laborator a calității sursei de apă care urmează să fie folosită. Aceasta analiză poate oferi date importante despre compoziția apei testate. Nu trebuie însă pierdut din vedere faptul că apa, în calitate de solvent deosebit de eficient, culege particule mecanice şi informații chimice în contactul cu ţevile şi conductele, care constituie suportul fizic al călătoriei sale în drumul către consumatorul final. Explicaţiile sunt destul de evidente. Suprafaţa interioară a conductelor extrage oxigenul din apă şi rugineşte. Din acest motiv, s-a renunţat treptat la conductele metalice. Cum depozitele de rugină constituie medii propice dezvoltarii ciupercilor şi bacteriilor, aceste infecții sunt combătute prin clorinare, clorul fiind un element chimic care “otraveşte” în mare măsură apa. În final, ceea ce este oferit spre consum este o apă moartă si otravită. Nu doar ţevile de plumb sau cupru contaminează apa. În urma publicării unor teste efectuate în SUA, s-a demonstrat ca şi ţevile de plastic pot fi periculoase. De exemplu, ţevile fabricate din policlorură de vinil (PVC), pot produce, în contact îndelungat cu apa, o varietate de compuşi toxici care se acumuleaza apoi în apă, mai ales dacă aceasta staţionează pe conductă în timpul nopţii. Acestea sunt numai câteva exemple care demonstrează faptul 111
că în prezent, sunt utilizate pentru alimentarea cu apă, procedee și tehnologii neadecvate, iar apa a rămas încă un domeniu insuficient cercetat. 3.3.3. Tehnici de obţinere a apei structurate Johannes Grander este un cercetător austriac care a cercetat apa şi proprietăţile acesteia, la rândul lui, timp de peste 40 de ani. „Întreaga lume şi toată Creaţia, este pentru Johann Grander, ceva care ne este doar împrumutat şi pe care îl putem doar folosi fără însă a abuza. El crede că tuturor oamenilor, indiferent de rasă, sex sau poziţie socială le este dat acest timp pe Pământ pentru a învăţa, iar această „şcoală“ este o şansă ce trebuie să fie fructificată. Johann Grander a refuzat strict orice legătură sau înregimentare în asociaţii sau grupări. Aşa cum, chiar el spune chair el, adesea, „de sus să te laşi condus, dar de jos niciodată, altfel vei fi dus în pierzanie!“ El consideră că bunul cel mai de preţ este păstrarea libertăţii de gândire şi a libertăţii spirituale. Hans Grander gândeşte modern, deschis şi inteligent şi este întotdeauna informat despre ce se întâmplă în lume fiind adesea dispus să interpreteze aceste evenimente din perspectiva propriei filosofii. Revitalizarea/structurarea apei are o istorie proprie. Descoperirea fenomenului de revitalizare a apei de către Johann Grander este o combinaţie de cunoştinţe străvechi, observaţii atente ale naturii şi nenumărate experimente. Termenul „revitalizare a apei“ este citat de multe ori, fiind adesea greşit înţeles, alteori din păcate folosit abuziv. Dar de unde provine de fapt această terminologie? Johann Grander a fost cel care a numit procedeul său „revitalizare a apei“ după ce, privind la microscop, a observat adesea modificări în comportamentul microorganismelor, modificări ce surveneau de îndată ce apa era supusă acestui tratament. Pentru a descrie îndeaproape importanţa şi provenienţa 112
acestui termen, este necesar să aruncăm o scurtă privire în activitatea de cercetare a lui Johann Grander, care se întinde pe 20 de ani. Ca rezultat al eforturilor sale, a fost creată astfel tehnologia care îi poartă numele. Proprietăţile fundamentale ale apei pot fi reconstituite prin contactul cu eşantioane de apă încărcată informaţional. Apa structurată prin această metodă capătă proprietăţi pe care puţine izvoare de apă din natură le mai au. Apei i se imprimă acea structurare la nivel molecular şi o capacitate sporită de rezistenţă la influenţele exterioare nocive. Generatorul magnetic conceput de naturalistul Johann Grander vine în întâmpinarea neajunsurilor generate de tehnologiile actuale de tratare a apei şi imbunatatirea calităţilor naturale ale apei de uz domestic. Acest procedeu de optimizare a proprietatilor naturale ale apei este rezultatul unui indelungat studiu asupra magnetismului natural. Johann Grander readuce în atenția consumatorilor faptul că, dincolo de caracteristicile chimice și microbiologice, calitatea apei este influențată de însăși structura sa fizică. O apă cu o structură moleculară foarte ordonată realizează schimburi energetice benefice cu mediul inconjurător. După cum se știe, procedeele convenționale de tratare a apei, perturbă structura sa internă. În acest sens, tehnologia Grander permite îmbunătățirea calității apei prin reordonarea structurii sale moleculare. Această reordonare are la bază procese de reactivare a memoriei naturale a apei ca structură, care în mod normal, are un înalt grad de ordonare. Mai mult, se impulsioneaza procesele de reactivare a capacității naturale de autoepurare a apei. Cel mai important instrument pentru Hans Grander este microscopul. Cu ajutorul său se poate învăţa extrem de mult despre apă şi natura ei. Sute de probe de apă din toate colţurile lumii sunt adunate în laboratorul său, toate fiind studiate sub microscop pentru a afla cum se comportă. A 113
observat că dacă adaugă o picătură din apa sa revitalizată unei mostre de apă poluată şi contaminată microbiologic, aceasta începea să se regenereze. Literalmente, aceasta se reîntorcea la viaţă. Microorganisme benigne încep să se dezvolte nestingherit, purificând gradat acea apă. Descoperirea acestui fenomen l-a determinat pe Johann Grander să îl denumească revitalizarea apei. Dezvoltând o viziune inovatoare asupra procedeelor legate de tratarea apei, tehnologia a suscitat critica și opoziția diferitelor medii științifice care și-au exprimat frecvent șcepticismul. De aceea, s-a căutat demonstrarea în condiții de laborator și sub incidența unor măsurători riguroase a valabilității acestei teorii. După mai mulți ani de cercetări, o echipa de cercetători ai Academiei Științe ale Naturii din Federația rusă, coordonată de doctorul în medicină Yurii Rachmanin, membru al Organizației Mondiale a Sănătății, a efectuat măsurători precise asupra efectelor tehnologiei Grander și a evidențiat rezultatele remarcabile ale acestei tehnologii în direcția purificării și energizării apei, permițând reducerea toxicității și a influenței numeroaselor substanțe dizolvate în apă. Primele investigaţii legate de apa structurată au început cu cercetarea microorganismelor din apă, deoarece de cele mai multe ori acestea reacţionează foarte sensibil la structura apei. Astfel, au fost testate 11 grupe de bacterii patogene, şi cvasi-patogene, cum ar fi Salmonella. Structurarea apei a determinat accelerarea morții acestor bacterii, fenomen explicat prin schimbarea mediului de viaţă al acestor microorganisme - structura apei. În plus, a fost identificată o creştere a capacităţii de auto-purificare şi un efect de stabilitate microbiologică. Experienţele efectuate, atestă faptul că tehnologia Grander modifică structura moleculară a apei, generând fenomene de formare a clusterelor de molecule de apă, care conduc la modificări bacteriologice. Bacteriile din apă 114
reacţionează în mod evident la modificarea structurii moleculare rezultată în urma revitalizării Grander a apei, prin formarea de pin-points (colonii microscopice de bacterii). Acest fenomen generează o gamă impresionantă de noi proprietăţi rezultate în urma revitalizării. Cu ajutorul tehnologiei Grander, este posibil ca apa îmbuteliată în sticle să se păstreze şi să rămână potabilă ani de zile. „Prezervarea apei potabile“, spune Horst Felsch, „este probabil una dintre cele mai importante sarcini ale noului mileniu.“ Apa are şi ea un sistem imunitar care o ajută să se apere împotriva influenţelor negative din exterior. Calitatea acestui veritabil sistem imunitar depinde în mod esenţial de structura internă a apei. Modificări ale acestei structuri, conduc la modificarea proprietăţilor acelei ape, ceea ce înseamnă că mostre de apă identice din punct de vedere al compoziţiei chimice au proprietăţi fizice şi microbiologice diferite. Cu cât structura internă a apei este mai stabilă, cu atât acea apă rezistă mai bine unor agresiuni exterioare. Aceasta este şi cheia tehnologiei Grander: o apă revitalizată are o structură extrem de stabilă şi nu mai este atât de influenţabilă din exterior. În concluzie, efectul Grander constă în îmbunătăţirea parametrilor calitativi ai apei prin modificarea şi reactivarea structurilor microbiologice fundamentale” (Kronberger H., Lattcher S., 1998). Cercetările legate de apa structurată au urmărit efectul antimutagenic al acesteia. Rezultatele au fost unele semnificative şi au evidenţiat reducerea efectului antimutagebic în procesele biologice din lumea vie. Investigații legate de utilizarea apei structurate s-au realizat în agricultură, în managementul culturilor agricole. Agricultura este dependentă masiv de utilizarea apei, atât pentru animale, cât și pentru culturi. Rezultatele practice ale utilizării apei revitalizate în ferme de animale, arată că acestea se bucură de o sănătate mai bună și devin mai fertile. Apa revitalizată îmbunătățește și accelerează creșterea plantelor, 115
făcându-le mai rezistente la boli. Totodată, s-a demonstrat prin studii de specialitate, o creștere substanțială a producției agricole prin utilizarea apei revitalizate. O gamă largă de utilizatori au observat o îmbunătățire radicală a calității îngrășământului natural revitalizat. Într-un prim studiu care a urmărit determinarea influenţei apei structurate asupra productivităţii culturilor horticole protejate, s-au obţinut rezultate semnificativ pozitive din punct de vedere statistic. Astfel, au fost organizate parcele experimentale cu legume pentru frunze şi legume rădăcinoase, în sistem de cultură protejat seră, unde factorii de creştere şi dezvoltare a plantelor sunt atent controlaţi. Au fost plantate legume pentru frunze şi legume pentru rădăcini, în loturi de testare diferite, patru dintre parcelele fiind irigate cu apă obişnuită prin picurare, iar alte patru parcele fiind irigate cu apă revitalizată, folosind tehnologia Grander. Conductele pentru irigarea parcelelor cu apă structurată au fost echipate cu o unitate Grander (11/4, W540). Experimentul a fost condus corect din punct de vedere al tehnicii experimentale, pentru toate parcelele experimentale fiind create condiţii similare de dezvoltare a plantelor, fiind utilizate aceleaşi materiale pentru înfiinţarea şi întreţinerea culturii. Observaţiile şi determinările efectuate pe un număr mare de probe şi numeroasele teste, au condus la obţinerea valorilor medii ale parametrilor analizaţi, valori care sunt apreciate ca semnificative din punct de vedere statistic. Plantele au fost observate şi examinate, în toate fazele importante de creştere şi fructificare. Următorii parametri au fost analizaţi şi comparaţi pentru cele două variante experimentale: culturi irigate cu apă structurată prin metoda Grander şi apă nestructrată: - Numărul de frunze. - Greutatea părţii vegetative dezvoltate la suprafaţa solului şi greutatea părţii radiculare dezvoltate sub nivelul solului. 116
Greutatea părţii vegetative formată la suprafaţa solului în formă deshidratată şi greutatea părţii radiculare deshidratate. - Conţinutul în nutrienţi. - Proporţia de fibre extrase. - Conţinutul de zahăr, proteine, aroma, - Conţinutul în Na, K, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn. - Nivelul producţiei Rezultate obţinute la legumele pentru frunze, irigate cu apă structurată au fost următoarele: - Învelişul foliar şi sistem radicular, mult mai dezvoltate. - Greutatea părţii vegetative şi a sistemului radicular în stare proapătă şi deshidratată, sunt crescute. - Proporţia de fibre diminuată. - Sporul de producţie a fost de 13%. - Rapiditate în dezvoltarea sistemului radicular la plantele tinere, determinând formarea unor plante rezistente în faza de creştere. Rezultate obţinute la legumele rădăcinoase irigate cu apă structurată au fost următoarele: - Greutatea părţii vegetative şi a sistemului radicular în stare proapătă şi deshidratat, crescute. - Proporţia de fibre diminuată - Sporul de producţie a fost de 12,75 % În cazul legumelor rădăcinoase s-a remarcat că după o puternică dezvoltare iniţială a sistemului foliar deasupra solului, creşterea progresivă a masei a fost orientată către partea subterană a plantei. Plantele irigate cu apa obişnuită au un ritm de creştere constant atât la partea aeriană cât şi la partea subterană a plantei. Se pare că apa structurată determină o concetrare a eforturilor nutriţionale pentru plantă, acolo unde este nevoie pentru fiecare etapă de dezvoltare a plantei. -
117
Un al doilea studiu a fost efectuat pentru cultura de tomate în seră. Loturile experimentale au fost înfiinţate ca şi în primul studiu, fiind determinaţi şi o serie parametri suplimentari. Experimentul al doilea a fost condus corect din punct de vedere al tehnicii experimentale, pentru toate parcelele experimentale fiind create condiţii similare de dezvoltare a plantelor, fiind utilizate aceleaşi materiale pentru înfiinţarea şi întreţinerea culturii. Observaţiile şi determinările efectuate pe un număr mare de probe şi numeroasele teste, au condus la obţinerea valorilor medii ale parametrilor analizaţi, valori care sunt apreciate ca semnificative din punct de vedere statistic. Plantele au fost observate şi examinate, în toate fazele importante de creştere şi fructificare. Parametri analizaţi şi comparaţi pentru cele două variante experimentale: culturi irigate cu apa structurată prin metoda Grander şi apă nestructrată, au evidenţiat următoarele rezultate: - Înăţimea plantei: +13.07% - Grosimea tulpinii: +5.88% - Masa vegetativă a plantei deasupra solului: -2.67% - Masa părţii vegetative deshidratate situate la suprafaţa solului: +9.90% - Conţinutul în zahăr a tomatelor: +24.56% - Conţinutul în licopen: +25.48% - Creşterea conţinutului de substanţe nutritive şi a oligioelementelor - Extractul proteic: +6.56% - Creşterea producţiei: +11.85% Creşterea conţinutului în zahăr, minerale, licopen şi raportul zahăr/aciditate au contribuit semnificativ la îmbunătăţirea calităţii tomatelor obţinute în cazul parcelelor irigate cu apă structurată. În plus, valorile diferite ale raportului zahăr/aciditate contribuie la îmbunătăţirea gustului şi aromei la tomate. În cazul tomatelor, s-a remarcat, de asemenea, o puternică dezvoltare iniţială a părţii supraterane şi subterane, 118
urmată de orientare ulterioară către fructificaţiile plantelor. Plantele irigate cu apă obişnuită au un ritm de creştere constant atât la partea aeriană cât şi la partea subterană a plantei. Se pare că apa structurată şi pentru acest al doilea experiment, a determinat o concentrare a eforturilor nutriţionale pentru plantă, acolo unde a fost nevoie pentru fiecare etapă de dezvoltare a plantei. Important de subliniat este faptul că sporurile de producţie şi calitate la legume au fost obţinute fără fertilizare suplimentară.
119
CAPITOLUL IV TEHNICI NOI DE PRODUCȚIE ÎN AGRICULTURĂ 4.1. ROLUL TEHNICILOR NOI DE PRODUCŢIE ÎN ASIGURAREA SIGURANȚEI ȘI SECURITĂȚII ALIMENTARE Tehnologia joacă un rol important în agricultura modernă și în furnizarea de produse alimentare, aşa cum intervine în cele mai multe aspecte ale vieții moderne. Au fost introduse noi instrumente tehnologice în fiecare etapă a aprovizionării cu alimente, de la agricultură la transport, conservare și chiar de preparare a alimentelor. Aplicare științei și tehnologiei pentru producția de alimente a avut o ascensiune extraordinară în anii de după cel de-al doilea război mondial, un motivator major al acestui impuls fiind o creștere a conștientizării cu privire la necesitatea de a produce mai multe alimente pentru o populație umană infometată şi în creştere. Acest raționament rămâne o forță motrice din spatele dezvoltării continue de noi tehnologii agricole. Cererea pentru a produce mai multe produse agroalimentare, pentru o populaţie în creştere, folosind o suprafață de teren limitată, oferă un impuls pentru a crește productivitatea și eficiența. Există o mare nevoie de a produce alimente și atunci când calamităţi naturale precum inundațiile, seceta, bolile plantelor și animalelor, pot interveni. Pare mai greu de înțeles cât de mare este problema producției de alimente, mai ales atunci când se trăieşte într-o țară în care produsele alimentare sunt abundente și disponibile, aşa cum este situaţia consumatorilor din România. Prin urmare, 120
pentru mulți oameni, tehnologiile de producţie din domeniul agricol pot părea dispensabile. Însă, pentru unele părți ale lumii foamea și malnutriția sunt frecvente și dramatice. Există multe forțe care amenință securitatea alimentară umană; populația în creștere reprezintă o forţă, inegalitatea veniturilor, problemele de infrastructură, schimbările climatice și a dezastrele naturale, ar putea reprezenta alte forţe. Organizaţia Naţiunilor Unite (ONU) a comunicat că populaţia Terrei a ajuns la 7 miliarde de persoane în anul 2011. Această creştere poate fi apreciată ca spectaculoasă, dacă în anul 8000 î.e.n trăiau pe Pământ 5 milioane de oameni, iar în anul 1805, 1 miliard. Tot ONU estimează, în urma cercetărilor realizate, că populaţia lumii va ajunge la 9 miliarde de oameni la mijlocul acestui secol, urmând să crească până în 2100 la 10,1 miliarde. Creşterea populaţiei planetei nu este însă compensată de creşterea semnificativă a suprafeţelor agricole, acest aspect accentuând problemele cu care se confruntă omenirea. Din acest motiv, este absolut necesar să se identifice cele mai eficiente metode pentru diminuarea durabilă a acestui dezechilibru. Continuarea utilizării practicilor agricole tradiţionale, nu mai poate permite asigurarea gestiunii eficiente a potenţialului agricol al suprafeţelor cultivate, aşa cum se poate dobândi prin utilizarea tehnicilor noi de exploatare. Producția agricolă fiind în continuă creştere, atât cantitativ cât şi calitativ, este bazată pe cunoaştere şi pe rezultatele cercetării ştiinţifice. Au apărut și au fost dezvoltate astfel, noi domenii de cercetare strategice, cu efecte profunde asupra capacității de a produce alimente și de a gestiona resursele naturale și a mediului. O contribuţie importantă a secolului al XX-lea, a fost aceea de a oferi pentru întreaga industrie de producere şi prelucrare, o un bagaj generos de cunoaştere științifică, care a condus către abordări noi ale tehnologiilor. O mai bună înţelegere a complexităţii proceselor şi produselor din 121
domeniul agro-aliementar, a generat implicații profunde atât în nivelul producţiilor cât şi în calitatea produselor obţinute. Tehnologia de informare și de comunicare, are de asemenea un impact foarte semnificativ atât în cercetarea ştiinţifică cât şi în producţie, determinând influenţe importante la nivelul capacității de inovare la nivel de fermă şi/sau întreprindere. Consumatorii solicită produse alimentare convenabile ca preţ, inovatoare, proaspete şi minim procesate. Pentru a satisface exigenţele din ce în ce mai crescute ale consumatorilor din secolului XXI, agricultura şi industria alimentară vor utiliza tehnici şi tehnologii noi, pentru a furniza atribute noi de calitate produselor, care să vină în întâmpinarea solicitărilor consumatorilor pe de o parte, iar pe de altă parte pentru a acoperi toate aşteptările în materie de siguranţă alimentară. În domeniul agroalimentar, au fost introduse noi metode de ambalare şi conservare a produselor cu grade diferite de perisabilitate, care permit menţinerea stării de prospeţime, cu prezervarea principiilor şi componentelor nutriţionale ale alimentelor de origine vegetală şi animală În ultimul deceniu, problemele de siguranţa alimentară, mai ales cele legate de toxiinfecţiile alimentare înregistrate, au generate îngrijorare la nivel mondial. Prin urmare, un fost realizaţi paşi importanţi în industria alimentară pentru înţelegerea şi gestionarea riscurilor care există sau care sunt anticipate, precum şi în dezvoltarea de metode şi de modele pentru identificarea pericolelor pentru sănătate și estimarea siguranței alimentară, ca o prioritate. Sistemul de Analiză a riscului și a Punctelor Critice de Control (HACCP) se concentreză pe controlul riscurilor în vederea asigurării unei producții agroalimentare sigure și sănătoase, prin utilizarea unui sistem preventiv bazat pe monitorizare şi controlul proceselor de producţie. Siguranța alimentară constituie o responsabilitate 122
comună: toate verigile lanțului alimentar au rolurile lor specifice, pentru a asigura producția, distribuția și comercializarea de alimente sigure, abordare integrată, " de la fermă la furculiță ", fiind extrem de importantă. Odată cu dezvoltarea agriculturii durabile, s-au intensificat cercetările în: - controlului biologic al culturilor şi managementului intergrat al bolilor în culturile agricole; - cercetare în managementul resurselor genetice; - cercetări în domeniul fertilizărilor naturale; - cercetări în agro-ecologie; - cercetări pentru agricultura de precizie. În domeniul biotehnologiei, se remarcată dezvoltarea foarte rapidă a cercetărilor de biologie moleculară la o serie probleme legate de producți agricolă dar şi pentru problemele de sustenabilitatea practicilor agricole, după cum urmează: - Genetică moleculară: Cercetarea genomului, markerii genetici în ameliorare. - Dezvoltarea plantelor: Arhitectura plantei (înăţimea, ramificaţiile, sistemul foliar, sistemul radicular); Producţia soiurilor sau hibrizilor (autoincompatibilitatea, sterilitatea masculină). - Modificarea randamentelor intrărilor în producţia agricolă: Rezistenţa faţă de erbicide la culturile agricole alimentare şi non alimentare Rezistenţa faţă de insecte a plantelor din culturi culturile agricole alimentare şi non alimentare Rezistenţa faţă boli bacteriene, fungice şi virale a plantelor din culturile agricole alimentare şi nealimentare. - Produse şi aplicaţii pentru industria alimentară: Zahăr, amidon (diferite compoziţii sau conţinut ridicat); Uleiuri (diferite compoziţii sau conţinut ridicat); 123
Arome şi parfurmuri (ca extracte sau în alimente); Componente organice de specialitate (coloranţi); Proteine pentru stocare; Fructe (maturare şi calitate). Biotehnologia a făcut posibilă ameliorarea și hibridizarea plantelor. Acest proces permite transferul uneia sau mai multor gene dorite, permițând oamenilor de știință să dezvolte organisme cu caractere benefice specifice, fără caractere nedorite. Tehnicile actuale permit oamenilor de stiinţă să modifice o caracteristică a unei specii de plante în timp util, în comparaţie cu tehnicile convenţionale care necesitau consumarea de timp îndelungat şi resurse, pentru a testa, dezvolta şi obţine genotipuri valoaroase. Securitatea alimentară constituie, din cauze numeroase, o preocupare majoră la scară globală. Importanţa datelor şi informaţiilor precise, despre starea culturilor agricole utilizabile, în timp real, este apreciată ca importantă de toate statele lumii. În acest mod, tehnicile şi tehnologiile noi bazate pe componenta spaţială (Observarea Pământului şi Poziţionarea din Satelit) s-au transformat în instrumente indispensabile pentru agricultură.
4.2. SISTEMUL AGRICULTURII DE PRECIZIE Schimbările majore în tehnologiile agricole au fost adesea tratate cu dezinteres, au iscat controverse şi au întâmpinat numeroase piedici. Schimbarea legată de trecerea de la utilizarea cailor la utilizarea tractoarelor a fost dificilă pentru o mare parte din populaţie implicată în activitatea agricolă. Laptele de la ferme a fost iniţial depozitat și transportat în recipiente de mici dimensiuni, mulți ani. Atunci când au fost introduse tancurile de mari dimensiuni pentru păstrarea temporară a laptelui, oamenii erau convinși că laptele depozitat astfel ar putea suferi deprecieri calitative. Utilizarea semințelor 124
de hibrizi de porumb pentru înfiinţarea culturilor, de exemplu, a fost controversată la început, controversa fiind bazată pe susţinerea conform căreia creatorul matrialului semincer şi-a asumat “rolul de Dumnezeu” în relaţia cu plantele. Prin implementarea sistemelor legate de agricultura de precizie ne confruntăm, de asemenea, cu o schimbare majoră în tehnologia de cultivare a plantelor agricole. Ca și în multe din schimbările legate de tehnologiile agricole anterioare, chiar şi în cazul tehnicilor și instrumentelor modificate au existat controverse, care însă nu au împiedicat însă dezvoltarea şi implementarea acestora. 4.2.1. Definirea şi descrierea agriculturii de precizie Agricultura de precizie sau agricultura prin satelit sau sistemul de gestionare a culturii pentru areal specific (Specific Site Crop Management), este un concept de management agricol bazat pe observarea, măsurarea și tratare a variabilităţii condiţiilor de cultivare a plantelor şi a condiţiilor locale specifice. Importanța majoră a cercetării ştiinţifice pentru agricultura de precizie o constituie posibilitatea de a defini un sistem suport de decizie (Decision System Suport) pentru managementul întregii fermei agricole, cu scopul de a optimiza randamentul privind intrările, economisind resursele materiale şi conservând în același timp resursele ecologice. Agricultura de precizie utilizează sisteme interactive, care includ, teledetecţia, sisteme de calcul, date digitale cartografice, software şi aplicaţii din domeniile SIG/GIS, date şi informaţii agrometeorologie, pedologie, agrochimie, fitotehnice etc., receptori GPS montaţi pe echipamente agricole. Componenta spaţială, a oferit elemente care vin de la sateliţii de poziţionare GPS şi GLONASS şi care oferă localizarea cu precizie a senzorilor amplasaţi pe echipamentele 125
agricole, precum şi de la sateliţii de teledetecţie, care oferă suportul imagistic potrivit pentru a analiza multispectrală a fazelor fenologice (fenofazele) legate de evoluţia plantelor aflate în cultură. Senzorii multispectrali cu rezoluţie medii şi mari în infraroşu apropiat şi infraroşu mediu, fac posibilă analiză detaliată a unei suprafețe de teren, însă permit şi identificarea terenurilor cultivate. Aceste componente permit monitorizarea săptămânală şi lunară a indicelui de vegetaţie şi obţinerea de hărţi tematice: hărţi zilnice cu care se evidenţiază zonele expuse la excesul de temperatură; hărţi comparative care arată stadiul culturilor în momente ale perioadei de vegetaţie a culturilor; hărţi NDVI în care este evidenţiată dezvoltarea culturilor şi acoperirea cu vegetaţie; măsurarea săptămânală sau lunară a sumei temperaturilor de la suprafaţa solului, care evidenţiază eventuale areale supuse deficitului de umiditate. Conceptul de „agricultura de precizie” se referă în fapt la folosirea tehnologiei informaţiei şi comunicaţiilor (TIC) în managementul culturilor agricole. Utilizând agricultura de precizie, datele sunt colectate într-un sistem pentru a ajuta fermierii în luarea deciziilor, pe baza analizelor componentelor individuale ale sistemului, care includ aplicarea de îngrășăminte și pesticide, densitatea culturilor, normele de udare, și a regimului de pregătire a solului Deciziile corecte ale fermierului, luate prin aplicarea agriculturii de precizie, în comparaţie cu acelea care ar fi fost stabilite prin practicile agriculturii convenționale, determină cu certitudine, utilizarea eficientă a resurselor, reducerea costurilor legate de intrări, minimizează degradarea mediului şi în egală măsură, îmbunătățesc randamentul și calitatea culturilor. 126
Un fermier, ca orice om de afaceri, are nevoie de informații corecte, pe care să le obţină în timp util pentru a lua cele mai bune decizii în exploataţia sa. Pentru a formula o strategie eficientă în managementul exploataţiei sale, un fermier trebuie să cunoască trei elemente la nivelul unei culturi sau la nivelul întregii exploataţii.: (1) care sunt condițiile care prezintă stabilitate pe perioada de vegetație a unei culturi agricole, (2) care sunt condițiile care se pot schimba continuu pe tot parcursul culturilor agricole și (3) care sunt informațiile pentru a estima cât mai precis producția agricolă cu referire la: cantitate, calitate şi uniformitate. 4.2.2. Rolul şi importanţă agriculturii de precizie Agricultura de precizie are scopul de a optimiza managementul la nivel de fermă, cu privire la: Culturile agricole sau exploarea animalelor: de adoptare a practicilor agricole cele mai potrivite nevoilor de plantelor sau animalelor. Protecția mediului: prin reducerea riscurilor de mediu și amprentarea la sol a activităţilor agricole. Efectele economie: stimularea competitivității prin practici mai eficiente de management la nivel de cultură și exploatație. Agricultura de precizie oferă fermierilor o multitudine de informații benefice pentru: construirea unui sistem de înregistrare a datelor şi informaţiilor la nivelul fermei, care se vor constitui întrun istoric, util în adoptarea deciziilor prezente şi viitoare; îmbunătățirea procesului decizional, finalizat cu alegerea celor celor mai bune decizii; favorizarea trasabilităţii la nivel de organizaţie; sporirea gradului de comercializare a produselor agricole; 127
îmbunătățirea contractelor de leasing și a relației cu proprietarii; îmbunătățirea calitatății intrânseci a produselor agricole (de exemplu, nivelul de proteine din grâul comun, făină etc.) 4.2.3. Impactul economic şi de mediu al practicării agriculturii de precizie Fermierii care exploatează culturi agricole de mici sau mari dimensiuni, pot primi şi utiliza toate datele şi informațiile necesare, prelucrate şi interpretate pentru nevoi specifice, de la dimensionarea corectă a exploataţiei, până la elaborarea structurii culturilor, asigurarea optimului de input-uri în contextul protecţiei resurselor naturale, pentru a lua deciziile cele mai corecte (toate aceste activităţi constituind managementul producţiei agro-alimentare Avantajele utilizării tehnologiilor agricole de precizie: - lucrări agricole adecvate realizate cu echipamente reglate corect în baza unor măsuratori precise; - îmbunătăţirea sistemelor de monitorizare şi a mecanismelor de control; - distribuirea îngrăşămintelor în concordanţă cu particularităţile specifice ale solului din fiecare parcelă (textura, structura, compoziţia fizico-chimică, conţinutul de apă) şi de stadiul de dezvoltare a plantelor, etc.; - distribuirea apei pentru irigaţii în concordanţă cu particularităţile specifice ale solului din fiecare parcelă (textura, structura, compoziţia fizico-chimică), conţinutul de apă din sol şi din atmosferă şi de stadiul de dezvoltare a plantelor; - controlul bolilor, dăunătorilor şi buruienilor în baza localizării precise în cultură; - colectarea, înregistrarea şi structurarea automată a informaţiilor; 128
utlizarea informaţiilor într-un sistem de management care elaborarează modele de decizie; - creşterea eficienţei în agricultură, prin utilizarea serviciilor geo-informaţionale care includ componenta satelitară cu date agro-meteorologice şi informaţii, la nivel parcelar şi intra-parcelar; Dezavantaje: - Răspândirea tehnologiei agricole de precizie a fost limitată de costurile apreciabile necesare pentru dotarea echipamenetelor şi exploataţiilor. Practicile de management specifice agriculturii de precizie, determină reducerea semnificativă a cantitătii de resurse materiale utilizate pentru întreţinerea culturilor (fertilizanţi, pesticide, combustibil și altele asociate), concomitent cu creșterea producției. Fermierii pot obține astfel maximizarea profiturilor prin economisirea costurilor legate de materiale consumabile. Studii recente arată că implementarea agriculturii de precizie, poate sprijini economiile ţărilor în curs de dezvoltare. Agricultura de precizie a devenit o piatră de temelie a agriculturii durabile, întrucât vine în sprijinul culturilor, solurilor, mediului natural și fermierilor. Agricultura de precizie permite utilizarea sistemelor high-tech, în vederea îndeplinirii principalului obiectiv al agriculturii durabile: asigurarea unei aprovizionării continue cu alimente în limitele resurselor ecologice, economice și sociale, necesare pentru susținerea producției pe termen lung. -
4.2.4. Agricultura de precizie versus agricultura convențională Tehnologiile agricole tradiţionale sau conventionale au avut şi au ca obiectiv obţinerea eficienţei economice a exploataţiilor agricole (fermelor), prin analiza randamentului maxim sau costului minim de producţie, însă acest obiectiv de 129
multe ori nu este atins. Toate elementele unei tehnologii agricole în materie de intrări (ingrăşăminte, pesticide), urmăresc prevenirea deficitului nutritiv sau pierderile de producţie, așa cum este și cazul majorităţii fermelor din România Analize complexe efectuate asupra eficienţei utilizării resurselor agricole într-o exploataţie, arată că în prezent, deciziile în exploataţiile agricole nu sunt luate pe baza tuturor informaţiilor din fermă şi agro-ecosistem, pe o necesitate recomandată de specialişti sau pe măsurători precise a tuturor variabilelor din sistem, ci pe decizii care evită riscurile. Fermierii, cel mai adesea, analizează superficial variabilele care concură la obţinerea producţiei agricole. De exemplu, aplicarea dozelor suplimentare de îngraşăminte, determină pierderi ale intrărilor prin ieşiri neutilizate şi mai ales care generează efecte adverse asupra resurselor naturale apă, sol, sau ecosistemul în ansamblul lui. Se înregistrează de asemenea efectele indirecte asupra plantelor, asupra calităţii vieţii populaţiei şi implicit în economia naţională. Agricultura modernă, genereaza o serie de efecte negative asupra mediului. Input-urile din practicile agricole, în special îngrăşămintele şi pesticidele, sunt recunoscute ca fiind unul din principalii factori de poluare ai solului şi apelor subterane, nivelul poluării depinzând de cantitatea de compuşi chimici utilizaţi pentru întreţinerea culturilor agricole. Prin urmare, durabilitatea agro-ecosistemelor este serios afectată de alocarea necorespunzătoare a resurselor pentru obţinerea producţiei agricole. Dacă facem referire la tehnicile de teledetecţie, numai acestea, sunt insuficiente pentru a descrie evoluţia culturilor în perioada de vegetaţie. Experţii au identificat posibilitatea utilizării imageriei satelitare pentru a evalua calitativ starea culturilor şi nivelul de afectare a acestora de variaţiile factorilor de mediu.
130
Pentru a evalua impactul factorilor de mediu asupra producţiei agricole, este utilă înregistrarea de date care să poată permite folosirea de modele matematice pentru evoluţia culturilor,care vor uşura estimarea cu precizie a producțiilor agricole. Pe această cale, folosirea teledetecţiei pentru cartografierea culturilor, combinată cu informaţiile agrometeorologice, face posibilă generarea de modelele de creşterea şi dezvoltare a plantelor, fiind posibilă obţinerea de informaţii de natură cantitativă - estimarea producţiilor potenţiale. Toate concluziile mai sus menţionate sunt rezultate ale unor analize complexe care au fost concentrate pe creșterea utilizării eficiente a resurselor agricole. Unul dintre răspunsurile la aspectele specifice legate utilizărea eficientă ale resurselor pentru producţia agricolă este adoptarea agriculturii de precizie, un concept care a fost introdus pentru prima dată în Statele Unite ale Americii, în anii ‘80. Conceptul de agricultură de precizie a apărut pentru prima dată în Statele Unite ale Americii, la începutul anilor 1980, fiind adoptat mai apoi de Canada şi Australia. Agricultura de precizie s-a dezvoltat în ritm diferit, în diferite țări ale lumii. În anul 1985, cercetătorii de la Universitatea din Minnesota au experimentat variația cantitătii de var pentru corecția reacției acide a solurilor destinate culturilor agricole. Tot această perioadă a coincis și cu momentul introducerii practicii aplicării grilelor de eșantionare (aplicarea unei grile de eșantionare/hectar). Către sfârșitul anilor 1980, această tehnică a fost utilizată pentru a obține primele hărți pentru recomandarea cantităților de input-uri (îngrășăminte și componente pentru corecțile de reacție a solului). Continuând (după anii 1980) cu utilizarea senzorilor de producție realizaţi în baza noilor tehnologii alături de apariția receptoarilor GPS, agricultura de precizie a câștigat teren, toate componentele menționate fiind îmbunătățite, astfel 131
încât astăzi, astfel de sisteme acoperă multe milioane de hectare la nivel mondial. În Europa, Marea Britanie a fost prima ţară care a utilizat sistemele agriculturii de precizie, urmată îndeaproape de Franța, unde a apărut pentru prima dată în anii 1997-1998. În America Latină, prima ţară care a adoptat sistemul agriculturii de precizie a fost Argentina unde a fost introdusă la mijlocul anilor 1990, cu sprijinul Institutului Național de Tehnologie Agricolă. În Brazilia, unde activitatea agricolă urmăreşte obţinerea unei producții eficiente în contextul protecţiei mediului, s-a constituit Rețeaua Braziliană de Cercetare pentru Agricultura de Precizie, care are ca obiectiv generarea de cunoaștere, instrumente și dezvoltare tehnologică pentru agricultura de precizie, pentru culturile porumb, soia, grâu, orez, pășuni, bumbac, struguri, portocale, piersice, și trestie de zahăr. Prin sistemul agriculturii de precizie, fermierii au încercat să maximizeze profiturile, prin cheltuirea banilor doar pentru input-uri, pentru suprafețele din fermă în care era necesară utilizarea lor, în baza variabilităţii ratei de input din diferitele zone de câmp, determinată pe baza informaţiilor oferite de receptorii GPS sau alte metode. Dezvoltarea sistemelor GPS și a sistemelor de ratei-variabile au contribuit la implementarea și ancorarea practicilor de management specifice agriculturii de precizie. 4.2.5. Estimarea producției culturilor agricole prin folosirea teledetecţiei Managementul culturilor agricole cu ajutorul Sistemelor Satelitare de Observare a Pământului are ca scop efectuarea lucrărilor agricole adecvate, la momentul şi în spaţiul identificat cu precizie. Culegerea de date despre cultură şi despre proprietăţile fizico-chimice ale solului, precum şi analiza schimbărilor intervenite la nivel parcelar pe parcursul 132
perioadei de vegetaţie, conduc la exprimarea şi obţinerea potenţialului productiv şi de calitate a genotipurilor exploatate şi implicit la asigurarea protecţia mediului înconjurător. Tehnologia agriculturii de precizie presupune cunoaşterea însuşirilor relativ stabile referitoare la fertilitatea şi potenţialul solului pe parcursul unui sezon de vegetaţie, dar şi identificarea surselor de variabilitate legate de prezenţa sau absenţa substanţelor nutrive şi a apei, apariţia bolilor, dăunătorilor şi a buruienilor, în condiţii de monitorizate a temperaturii şi umidităţii. Cu alte cuvinte, se caută identificarea cu precizie a cauzelor care determină variabilitatea intraparcelară şi implicit deviaţiile în dezvoltarea plantelor din cultură. Datele şi informaţiile sunt obţinute prin intermediul Sateliţilor de Observare a Pământului (EO), cu ajutorul informaţiilor spectrale (imagini satelitare). Informaţiile spectrale sunt folosite la efectuarea de calcule computerizate, pentru obţinerea indicilor de vegetaţie în estimarea stării de sănătate a plantelor ori amplasamentul plantelor şi a buruienilor din cultură. Producția culturii poate fi estimată şi prin intermediul indicilor de vegetaţie, pentru aprecierea valorică a acestora fiind folosite grupe, cuprinzând date istorice legate de umiditatea solului, umiditatea atmosferică, precipitaţii, temperaturile minime, maxime şi medii, toate integrate în modele matematice complexe. Bolile care pot apărea în culturile agricole nu afectează în mod egal plantele aflate într-o parcelă. Tehnologia agricolă de precizie, prin intermediul sistemelor de monitorizare şi management, permite descoperirea rapidă a acelor factori care afectează sănătatea plantelor din cultură. Atacurile de dăunători sau apariţia buruienilor se pot identifica, în stadii în care pot fi controlate şi eradicate prin tratamente fitosanitare pe suprafeţele identificate. Pierderea apei din sol, carenţele sau diminuările de elemente nutritive pot fi completate prin aplicarea fertilizărilor 133
diferenţiate, precum şi udării controlate prin sisteme de irigaţii adecvate specificului culturilor. Prin intermediul tehnicilor specifice ale agriculturii de precizie se poate identifica şi înregistra variabilitatea intraparcelară, precum şi cauzele acesteia. Mijloacele care asigură identificarea spaţială şi cartografierea cu precizie a deviaţiilor în evoluţia normală a culturilor, permit asumarea deciziilor corecte, în baza unei fundamentări tehnice şi ştiinţifice, pentru evitarea sau corectarea în mod controlat a eventualelor pierderi de producţie. Prin intermediul sateliţilor de teledetecţie este posibilă măsurarea din spaţiu a umidităţii solului, conţinutului de clorofilă şi a proporţiei de acoperire a solului cu vegetaţie. În vederea determinării altor informaţii referitoare la parcelă, se procedează la prelevarea de probe de sol, folosind un sistem de eşantionare pentru realizarea analizelor fizico-chimice specifice, de mare precizie. Recoltarea mostrelor este cuplată de măsurători GPS, care au rolul de a face geo-localizarea datelor şi constituirea hărţilor de variabilitate intra-parcelară şi temporală (dacă sunt realizate prelevări şi determinări multidate). Informaţia fiind georeferenţiată, cu respectarea parametrilor specifici de mare precizie ai sistemului de proiecţie cartografică, informaţiile înregistrate vor fi structurate în straturi de informaţie (layere), apoi analizate prin intermediul modelării computerizate. Factorii care pot genera variabilitatea parcelară pot fi: data înfiinţării culturilor, calitatea lucrărilor de semănat sau plantat, calitatea lucrării depregătire a solului, etc. 4.2.6. Evaluarea biologiei culturilor şi a tipurilor de stres, în vederea sporirii producţiilor agricole Observarea culturilor agricole din stadiile cuprinse între germinaţia semințelor și până la stadiul de maturitate constituie
134
o componentă importantă pentru sistemele de urmărire a culturilor agricole. “În realitate”, sunt achiziţionate imagini satelitare multispectrale la date calendaristice corelate cu fazele de creştere a plantei, aşa încât să fie creată posibilitatea comparării cu serii imagistice de referinţă obţinute în ani anteriori. Cu cât plantele sunt mai viguroase (nuanţe de verde intens în natură) cu atât apar pe imagini nuanţe mai intense de roşu şi portocaliu” (Rydberg A. și Borgefors G., 2001). “Analiza variaţiilor de creştere a plantelor poate fi realizată prin fotointerpretare directă sau prin utilizarea unor programe specializate de procesare a imaginilor satelitare, prin clasificare automată sau supervizată. Astfel, se separă clase de culturi în funcţie de răspunsul spectral specific fiecărui tip de cultură agricolă. O mare importanţă o au şi aceste serii multitemporale care introduc un alt parametru simplu de analiză : existenţa sau inexistenţa unei culturi la un moment dat (de exemplu, în aprilie pe câmp se află culturi păioase.” (Rydberg A. și Borgefors G., 2001). În vederea construirii unui mecanism pentru managementul complex al culturilor agricole este utilă funcţionarea a trei componente tehnice: 1. Segmentul spaţial (poziţionare şi imagerie). Prin intermediul metodelor folosite de tehnologiile particulare ale teledetecţiei, pot fi generate eficient informații deosebit de importante referitoare la starea fitosanitară a culturilor şi stadiul de dezvoltare a plantelor din cultură: dezechilibre generate de efecte hidrice extreme (conţinut de apă în sol deficitar sau excedentar), atac de buruieni, atac de boli sau dăunători. 2. Segmentul terestru, la nivel de parcelă sau fermă, face referire la culegerea unor date adevăr teren referitoare la localizarea parcelei, tehnicile agrotehnice, însușirile solului şi a potenţialul suport de evoluție a plantelor, în funcție de variabilitatea indicilor de fertilitate pentru fiecare parcelă în 135
parte. În practica agriculturii de precizie, monitorizarea fertilităţii solului reprezintă una dintre etapele esențiale, utile pentru constituirea unor baze de date specifice. 3. Segmentul de laborator, permite procesarea informațiilor oferite de celelalte două componente tehnice, prin intermediul modelării computerizate. În acest segment, este permisă dezvoltarea algoritmilor referitori la interpretarea bazelor de date - utile pentru obţinererea efectelor economice favorabile, în contextul protecției agro-ecosistemului. Managementul corect al acestui sistem informațional poate genera fundamentul unui sistem de urmărire/decizie la nivel de parcelă sau fermă. 4.2.7. Sisteme de modelare agrometeorologică Conceptul sistemului de monitorizare a evoluţiei culturii a fost realizat pe principiul conform căruia, producţia agricolă constituie rezultatul interacţiunilor următorilor factori: condiţii edafoclimatice, cultura agricolă, modul de folosire a solului şi managementul fermei. Creşterea plantelor şi caracteristicile climatice constituie indicatorii esenţiali pentru dezvoltarea unei culturi agricole. Nivelul valoric al acestor indicatori este înregistrat, ca istoric pentru exploataţie sau areal, iar valorile anuale sunt comparate cu valorile din istoric, pentru a se determina eventuale abateri. Sistemul dee modelare agrometeorologică poate fi folosit pentru urmărirea indicatorilor de creştere, fiind posibilă o identificare timpurie a unor evoluţii nefavorabile legate de vreme, la nivel regional; furnizează informaţii legate de estimarea recoltelor ori de alertă în situaţii de calamitate. Sistemul este constituit din următoarele componente: 1. Componenta de monitorizare a vremii, dedicată colectării și prelucrării datelor meteorologice; produce indicatori meteorologici pentru atenţionare timpurie de alertă și pentru modelarea culturilor. 136
2. Componenta de modelare a evoluţiei culturilor, are scopul de a produce indicatori de stare ai culturii, prin procesarea datelor meteorologice și statice (parametri de cultură, informații legate de sol, practici de management), în soluții de modelare a culturilor. 3. Componenta de analiză statistică evaluează rezultatele, interpretează relațiile dintre indicatorii culturilor și recolte, participă la prognozarea recoltelor. 1. Monitorizarea vremii. Variabile meteorologice precum temperaturile medii, minime și maxime, precipitațiile, etc contribuie la înțelegerea dinamicii dezvoltării culturilor agricole și producţiei, de-a lungul sezonului. Datele meteorologice pot proveni din surse diferite: observatii directe de la stațiile meteorologice; produse meteorologice care rezultă din modelare meteorologică; observațiile teledetecției din platformele meteorologice. Informațiile meteo sunt apoi prelucrate pentru a genera straturi spațiale (hărţi) ale tuturor produselor cuprinse în setul de date. Prelucrarea și stocarea datelor meteorologice se face pe cât posibil foarte aproape de momentul înregistrării datelor. Numărul observațiilor efectuate asupra culturii şi întârzierea dintre aceste observații și data de utilitate a informaţiei, sunt principalele variabile care determină capacitatea sistemului de a produce actaulizări legate de estimarea culturii. Din această cauză, sursele de date meteorologice trebuie să îndeplinească două cerințe principale: Disponibilitate aproape în timp real (NRT). Observațiile trebuie să fie disponibile (Nivel 0 informații) maxim 1 zi de la data înregistrării. Timp de procesare scurt. Lanțul de procesare de la observațiile din câmp la rezultate preliminare nu trebuie să depășească 2 zile, permițând astfel să se calculeze 137
variabilele de ieșire de la modelarea culturilor într-un interval de timp de 3 zile după observații. 2. Modelarea culturilor. Un model de cultură este constituit de un grup de algoritmi care simulează evoluţia unei anumite culturi. Aceste grupuri de algoritmi imită principale procesele fiziologice care au loc în plante precum: interceptarea luminii, respirația, asimilarea de carbon, etc., prin intermediul unui set de ipoteze și parametri de calibrare. Practic, seturile de date de intrare ale modelelor culturilor integrează date meteorologice (temperatură, precipitații, radiație solară etc), informații legate de sol (capacitatea de apă a solului, adâncimea solului) și legate de practicile de management (de exemplu, de irigare). Ieșirile sunt constituite de indicatori de dezvoltare a culturilor, cum ar fi biomasa produsă, suprafața foliară produsă, biomasa aflată în organele de depozitare (cereale, în cazul cerealelor) etc. În activitățile de prognoză, la nivel național sau regional, modelele de cultură joacă un rol important. Acestea oferă informaţii de bază pentru evaluarea influenței factorilor meteorologici asupra producției culturilor agricole. Pentru a obţine informaţii previzionale, este mai util să se calculeze un set de indicatori care descriu variabilitatea inter-anuală a parametrlor biofizici ai culturilor şi care pot fi legaţi statistic la datele oficiale ale producţiilor culturilor respective, decât să fie calculată o anumită valoare care descrie producția culturilor recoltate efectiv. “Modelele operaționale actuale sunt integrate în platforma Bioma (Biophysical Model Aplication), fiind deja dezvoltată o nouă infrastructură de modelare a culturilor, în cadrul unității MARS (Monitoring Agricultural ResourceS Unit), care integrează modelele existente (WOFOST, pentru
138
cereale și tuberculi, LINGRA pentru pășuni), într-un context mai eficient.”12 3. Metode statistice Procedura de prognoză a producției agricole evaluează producția estimată în ton.ha-1 greutate în stare proaspătă, folosind diferite metode statistice și instrumente software. Sunt dezvoltate două abordări în scopul estimării producţiei culturii: Abordarea unei regresii clasice, în care se pune accentul pe relația dintre o variabilă dependentă - producţia și unul sau mai mulți parametri independenţi referitoari la efectele climatice/meteorologice. Analogie între condițiile contingente și trecute, investigând ani care dovedesc similaritate cu privire la evenimentele selectate și raportarea efectelor lor măsurate şi raportate la starea actuală, în scopul de a anticipa consecințele finale. ‘Prezicătorii’ recoltelor sunt produse de previziune, generate de soluții de modelare a culturilor precum: evaluarea impactului meteorologic (temperatura, precipitaţii, nivel minim sau maxim de radiație, etc), evaluarea stării culturilor (umiditate a solului, stadiul de dezvoltare), estimarea evoluţiei culturilor agricole (biomasa producţiei potențiale, potențial de stocare a producţiei). În cadrul sistemului CGMS, sunt în prezent implementate următoarele modele de culturi: WOFOST- pentru cereale și tuberculi, WARM - pentru orez și LINGRA - pentru pășune. 4.2.8. Modele de simulare a evoluţiei culturilor agricole Modelul World Food Studies (trad.ro.: Studii Alimentare Mondiale) reprezintă un model de simulare a creșterii culturilor 12
https://ec.europa.eu/jrc/en/about/institutes-and-directorates
139
dezvoltat de Departamentul de Producție Ecologică Teoretică al Universităţii Agricole Wageningen din Olanda și Centrul Cercetare Agrobiologică și pentru Fertilitatea Solului, Wageningen, Olanda. Programul de simulare a evoluţiei culturilor este implementat, în prezent, în cadrul Sistemului MARS de monitorizare a creșterii culturilor13, care permite estimarea variabilelor biofizice legate de producţiile culturilor (potențialul producției de biomasă, stadiul de dezvoltare a culturilor etc). Modelul World Food Studies este utilizat în prezent în Sistemul de Monitorizare a Creşterii Culturilor, în Europa și Asia, fiind astfel operațional pentru estimarea producției agricole în întreaga Europă, în Rusia, în țările de la Marea Neagră şi CSI, în China și India. Culturile care pot fi simulate de versiunea operațională a modelului World Food Studies sunt: grâu de toamnă, orz de primăvară, cereale și porumb verde, cartofi, sfeclă de zahăr, rapiță. Sunt disponibili, de asemenea, parametrii de intrare pentru culturile de fasole de câmp, soia și orez. La Primul Simpozion Internațional de Modelare pe Computer pentru Cercetarea în Pomicultură și în Managementului culturilor pomicole, organizat de Universitatea Hohenheim, Germania, C.T. de Wit, în expunerea sa, afirma (Wit C.Y., 1986) : “În general, în modelare și în modelarea biologică în special, se pot distinge două abordări: o abordare descriptivă și o abordare explicativă. În modelele descriptive, sistemele și comportamentul acestora sunt descrise la același nivel la care se fac observațiile - astfel cum acestea au fost efectuate. Un bun exemplu este constituit de modelele de unități de refrigerare, care sunt folosite pentru a calcula ora la care este satisfăcut necesarul de temperatură, pentru întreruperea hibernării 13
http://www.marsop.info/marsopdoc/cgms92/
140
mugurilor. Un alt exemplu îl constituie analiza statistică a relațiilor culturilor agricole-vreme; în procesul de eliminare a termenilor nesemnificativi, acesta poate duce la binecunoscutele ecuații de regresie care fac legătura între nivelul producției și, de exemplu, radiațiile solare, temperatură și precipitații în anumite luni sau decade ale anului, în termeni lineari, pătratici și cubici. Prin utilizarea acestei abordări statistice Blunderbuss14, pentru a împrumuta un termen al lui Monteith (1981), este facilitată disponibilitatea pe scară largă a computerelor și programelor soft pentru acest scop. Cu toate acestea, este nu numai lipsit de tact, dar într-o mare măsură neinstructiv, deoarece ignoră mecanismele care stau la baza acestora și valorifică cu greu cunoștințele existente. În cel mai bun caz, rezultatele descriu situațiile observate, dar acestea fac dificilă organizarea ideilor legate de fenomene posibile. Cealaltă abordare este construirea de modele explicative, în care procesele care au loc în sistem formează baza modelului. Nu comportamentul sistemului, în ansamblul său, ci procesele care stau la baza sistemului sunt analizate și descrise. Modele explicative se propun singure în biologie, din cauza diferitelor niveluri de organizare care se disting în această știință; nivelurile de organizare pot fi clasificate în funcție de dimensiunea elementelor care se disting (structuri moleculare, celulare, celule, țesuturi, organe, indivizi, populații și ecosisteme). Modelele care sunt realizate pentru a explica, sunt punți de legătură între nivelurile de organizare: acestea permit înțelegerea sistemelor mai mari, în baza cunoștințelor dobândite în experimentarea pe sisteme mai mici. În acest fel, proprietățile membranelor pot fi înțelese mai bine prin studierea moleculelor, iar proprietățile ecosistemelor prin studierea speciilor. Modele Blunderbuss sunt atât statice cât și descriptive, dar există și modele statice de tip explicativ. Un exemplu este 14
sin. Archebuză, armă de foc din evul mediu, asemnănătoare cu pușca
141
modelul realizat de Penning de Vries și colab. (1974), care conține toate informațiile necesare pentru a calcula raportul dintre respirație și creștere, în baza proceselor biochimice specifice. Un alt exemplu îl constituie modelele de lumină, care calculează transmisia, reflexia și distribuția internă a luminii în coronamentul culturii, bazat pe arhitectura, proprietățile frunzelor, cantitatea de lumină directă și difuză, poziția solară și așa mai departe.” Prin urmare, la originea familiilor de modele de simulare a creşterii culturilor - inclusiv care funcționează în baza unor principii comune, stau rezultatele lui C.T. de Wit, cu îmbunătățiri succesive, precum și evoluția programelor în diferite niveluri de complexitate (Miglietta F., şi Bindi M., 1995). Modelul World Food Studies funcționează pe un principiu banal, bazându-se pe simularea de interacțiuni între producția vegetală și factorii ecologici. Una dintre caracteristicile principale este constituită de nivelurile de dezvoltare ale culturilor, fiecare dintre aceste niveluri fiind asociate unui nivel de producție pentru cultură (Boogaard H.L și colab., 2014). Producția potențială. Creșterea plantelor este determinată de: radiația cumulativă, de temperatură și de caracteristicile intrinseci ale plantelor (ex.: răspunsul plantei faţă de temperatură și regimul radiațiilor solare). Această afirmație descrie cel mai potrivit scenariu de evoluție a culturilor agricole, într-un context climatic specific, cu un management optim al culturii: fertilizare, irigare și controlul dăunătorilor. Producția limitată. În plus faţă de variabilele mai sus menționate, se porneşte de la presupunerea conform căreia apa, alături de o serie de limitări de ordin abiotic, pot determina o creștere limitată a plantelor de cultură; se include astfel în sistem contribuția stresului hidric la producția finală a culturii sau efectul irigării în sistemele de cultură. Modelul este constituit din trei componente principale: 142
− Componenta legată de condițiile meteorologice. − Componenta legată de evoluţia culturilor agricole culturilor − Componenta legată de echilibrul apei din sol. Componenta legată de condițiile meteorologice include principalele intrări legate de creșterea culturilor: aerul atmosferic, radiațiile, temperatura și apa. Creșterea culturilor simulează principalele procese de dezvoltare a culturilor (transpirația și asimilația), în timp ce echilibrul apei din sol care constituie o interfață între condițiile meteorologice și componenta de evoluţie a culturilor, determină cantitatea de apă disponibilă pentru plantă şi având sarcina de a estima ratele de creștere limitate de apă, în comparaţie cu potențialul de creştere al plantei (Boogaard H.L și colab., 2014). Programul simulează evoluția unei culturi, de la înfiinţare până la recoltare, prin calibrarea parametrilor specifici culturilor precum: coeficienții de efect termic în asimilație, adâncimea de înrădăcinare, etc., pentru diferite culturi anuale (grâu, orz, floarea-soarelui, porumb, rapiță, cartofi, fasole de câmp și sfeclă de zahăr). Componentele modelului Datele meteorologice. Rolul principal al acestei componente este acela de a genera datele meteorologice de intrare care să fie implicate în creșterea culturilor și componentelor echilibrului apei din solului. Setul de date de intrare cuprinde următoarele grupe de parametri: − temperaturile maxime și minime; − precipitațiile; − viteza vântului; − presiunea de vapori de apă; − radiația globală; − evapotranspirația. Temperaturile maxime și minime, precum și precipitațiile, viteza vântului sau presiunea de vapori, sunt furnizate în mod obişnuit de stații meteorologice. Prelucrarea 143
datelor meteorologice brute pentru estimarea evapotranspirației și a radiațiilor globale, necesită anumite modele. Evapotranspirație potențială (ET0) - este definită ca rata de evaporare a apei direct de la suprafața solului, iar transpirația (la nivelul coronamentului plantelor) - este definită ca rata de evaporare de la suprafata culturii. În WOFOST, ET0 este bazat pe formula lui Penman, exprimată ca:
Unde: − ET0: rata evapotranspirației (în mm/zi); − Rn,a: radiația netă absorbită (exprimată în echivalent evaporare, mm/zi); − Ea: cererea de evaporare (mm/zi); − Δ: panta curbei presiunii de saturație a vaporilor (hPa /°C); − Γ: constanta psihometrică (hPa /°C). Evoluția culturilor. Componenta descrie patru procese principale care determină evoluţia plantelor: 1. Dezvoltarea fenologică Procesul simulează trecerea culturii prin etape succesive de dezvoltare, fiind determinat în principal de temperatură și/sau de lungimea zilei. Baza algoritmului îl constituie calculul așa-numitei temperaturi eficiente (Te) care conducere la dezvoltarea fenologică, ca intervalul cuprins între o temperatură minimă sau temperatură de bază, sub care activitățile fenologice se opresc și o temperatură maximă prag, de la care nu se mai produc modificări pozitive în evoluţia plantei. 2. Asimilația brută zilnică de CO2. Acest proces descrie asimilația potențială de CO2 brut (în caz că nu există limitări în acest sens) efectuată zilnic de plantă. Asimilația este generată în principal de cantitatea de lumina primită prin organele fotosintetice (verzi), fiind legată de valoarea suprafaței foliare 144
(determinată prin Indicele Suprafeței Foliare - ISA), care reprezintă raportul dintre suma suprafeței frunzelor plantelor și suprafața solului pe care planta crește. Legătura stabilită între radiația absorbită și rata asimilației brute este determinată prin intermediul parametrului numit eficiența utilizării luminii (ε), dirijând care parte din lumina absorbită va fi folosită în procesul de asimilație a carbonului. 3. Creșterea culturilor, foloseşte la calculul asimilației brute potenţiale, fiind afectată de anumite limitări precum: efectul stadiului de dezvoltare (ratele maxime de asimilare depind de stadiul de dezvoltare), efectul temperaturii (asimilarea optimă are loc între Tmin și Tmax, temperaturi care sunt specifice culturilor) și efectul stresului hidric. Efectul stresului hidric, conectează modulul evoluţiei culturilor cu modulul echilibrului de apă din sol, arătînd că efectul stresului hidric în evoluţia culturii este prezentat ca raportul dintre potențialul transpirației (transpirație maximă a culturii în condiţii de disponibilitate maximă de apă) și transpirația reală (condiţii în care conținutul de apă din sol este sub limita maximă). 4. Procesul de creștere a sistemului radicular. Procesul de creștere a sistemului radicular acționează ca interfață între partea aeriană a plantei și echilibrul apei din sol. În mod particular, adâncimea de înrădăcinare constituie un parametru util, care permite estimarea cantităţii de apă din sol care este disponibilă pentru consum în procesul de transpirație. Echilibrul apei din sol Solul acționează ca un rezervor, din care plantele absorb apa necesară pentru transpirație, prin procesul de asimilație a carbonului. O simulare corectă a cantității de apă prezentă în straturile de sol este esențială, deoarece foloseşte la determinarea rezistenței hidraulice a solului la absorbția apei de rădăcinile plantelor, care influențează rata de transpirație și de creștere a culturilor. Conținutul de apă din sol este reprezentat de echilibrul dintre intrările și ieșirile de apă, conform relației: 145
Unde: − SS reprezintă cantitatea de apă prezentă în sol, − Es reprezintă apa evaporată direct din sol, − Ta este apa utilizată în transpirația culturii și − SR reprezintă apa scursă la suprafață, − INup reprezintă termenul pozitiv al balanței, ca sumă a intrărilor de apă: precipitații (P) și de irigare efectivă (Ie), − RD reprezintă adâncimea de înrădăcinare. Calculul transpirației reale (Ta) - care reprezintă cantitatea de apă eliminată prin transpiraţie şi utilizată de către cultură pentru a produce biomasă, constituie unul din cei mai importanţi parametri. Acest parametru este determinat prin intermediul ratelor maxime de transpirație (preluate de la ET0) și reducerilor cauzate de lipsa de apă - care sunt determinate prin raportul dintre conținutul actual de apă din sol, conținutul de apă din sol la capacitatea de câmp (volum maxim de apă care poate fi depozitat în sol, în funţie de tipul de sol) şi conținutul de apă din sol la coeficientul de ofilire (limita cantitativă de apă din sol sub care planta se ofilește ireversibil, în funcție de tipul de sol și de tipul de cultură). 4.2.9. Modelul de aplicaţie biofizic – Platformă pentru agricultură şi schimbări climatice Modelul de aplicaţie biofizic constituie o platformă software modulară, care rulează soluții de modelare pentru o bază de date definită spațial. Această platformă program, a fost dezvoltată în ultimii ani de Joint Researche Center (JRC), fiind utilizată pentru studii sau analize legate de agricultură și schimbările climatic, care includ modelarea biofizică, în cadrul Unității de Monitorizare a Resurselor Agricole. Aplicaţiile de 146
modelare sunt puse la dispoziție în primul rând pentru proiectele Comisiei Europene, pentru agențiile UE și Banca Mondială, precum și terților, prin colaborare științifică sau proiecte de transfer de tehnologie (Autoritatea Europeană pentru Siguranța Alimentară, Banca Mondială, Institutul de Cercetări Agricole din Maroc, Academia de Științe Agricole din China). Gama de soluții de modelare variază de la modele simple până de compoziții de modele. Modelele pot fi statice sau dinamice. Soluțiile de modelare implementate în prezent sunt simulatoarele de cultură, precum și o soluție de modelare pentru simularea sistemelor de recoltare derivate din instrumente pentru simularea producţiei agricole şi externaşităţilor. Alte soluții de modelare permit simularea bolilor plantelor și indicii climatici. Platforma Model de aplicaţie biofizic, include instrumente pentru analiza de senzitivitate, de optimizare, precum și simularea evaluării ieșirilor; include interfețe grafice de utilizator, pentru a rula modele și instrumente legate de procese suplimentare și pentru a vizualiza date. Componentele de bază ale arhitecturii platformei permit adaugarea de soluții noi de modelare în mod independent, de terțe părți, beneficiind astfel de instrumentele şi capabilităţile oferite de platformă. În plus, platforma permite obţinerea unor compoziții de componente pentru crearea zunor noi soluții de modelare. Ultima dintre componentele utilizate în Platforma Model de aplicaţie biofizic (modele și instrumente), o reprezintă arhitectura independentă, care pot fi refolosită în alte sisteme, fără să fie obligatorie existenţa întregii platforme (Donatelli M. și Rizoli A.E., 2008). 4.2.10. Modele de simulare a sistemelor de cultură Modelul de simulare a sistemelor de cultură este în principiu conceptual simplu, prietenos cu utilizatorul, constituit 147
dintr-un set de programe pentru modelarea mediului și culturilor agricole. Modelul a fost dezvoltat pentru a servi ca un instrument analitic în vederea studierii efectelor managmentului sistemelor de cultură a plantelor agricole, asupra productivității și a mediului. Modelul simulează rezerva de apă din sol, rezerva de azot sol-plantă, coronamentul culturilor și creșterea rădăcinilor, producția de substanță uscată, producţia agricolă, producția de reziduuri și descompunerea materiei organice, eroziunea. Opțiunile de management includ: selecția soiurilor, rotația culturilor (inclusiv anii de odihnă), irigarea, fertilizarea cu azot, lucrările solului și managementul reziduurilor.
Fig.3. Imagine a câmpurilor de utilizator pentru modelul CropSyst. Sursa: http://www.wsu.edu, Site-ul oficial al Washington State University
4.2.11. Simulatorul de producție agricolă și de externalități Numeroase instrumente de simulare, permit studierea impactului de managementului agricol în activitățile de producție, pentru condiţii de cultură specifice. Astfel de instrumente sunt specializate, pentru diferite extensii, legate de activități specifice de producție: culturile de câmp/sisteme de cultură, pășuni, livezi, agrosilvicultură, creșterea animalelor. 148
Simulatorul este concentrat pe estimarea externalităților din sistem care ar putea avea un impact negativ asupra mediului, la diferite niveluri. Mai mult, structura unui astfel de sistem nu permite introducerea facilă de module pentru diferite activități de producție agricolă, nici utilizarea de abordări diferite pentru simularea proceselor prin intermediul componentelor alternative. Astfel de sisteme sunt brevetate fie de grupuri de cercetare sau fie de proiecte. Proiectul SEAMLESS, de exemplu, a dezvoltat cunoaștere și un cadru computerizat pentru evaluarea integrată a sistemelor agricole și de mediu. Proiectul a fost finanțat de Programul de Cercetare al UE, FP6 (Schimbarea Globală și Ecosisteme), care s-a desfășurat în perioada 2005 - 2009 și a avut ca scop furnizarea unui instrument de integrare a analizelor de impact pe o gamă largă de aspecte legate de durabilitate și multifuncționalitate. Acest sistem necesită evaluarea producției agricole și a sistemului de externalități pentru cele mai importante sisteme agricole de producție. Simulatorul implică existența unui cadru de simulare, care poate fi extins și actualizat de către echipe de cercetători cu expertize eventual diferite, cadru care permite un transfer gestionat al rezultatelor cercetării prin instrumente operaționale, fiind transparent în conținutul și funcționalitatea sa. Simulatorul de producție agricolă și externalități constituie un sistem modular de simulare, care vizează îndeplinirea cerințelor specifice, precum și estimarea comportamentului biofizic al sistemelor de producție agricolă, ca răspuns al interacțiunilor condițiilor meteorologice cu diferitelr opțiuni de management agricol. Toate modulele aceastei versiuni, sunt prime prototipuri, conectate pentru a testa ipoteza legată de componenţa structurii de bază și de evaluarea consecvenței modelării și a detaliilor tehnice. Simulatorul de producţie agricolă şi externalităţi, constituie o aplicație care utilizează mai multe componente, fiind dezvoltată pentru a oferi opțiuni de simulare pentru diferite procese importante din sistemele de producție agricolă. 149
Modelele sunt descrise în fișierele de ajutor asociate componentelor, fiind construită pe web și o ontologie comună. Astfel de componente, care sunt concepute pentru a fi reutilizabile, nu vizează în mod specific un anumit cadru de modelare, ci având menirea de a constitui o opțiune concretă şi de a împărtăși cunoașterea în modelare cu alte proiecte şi comunitatea științifică. Simulatorul include mai multe aplicații și instrumente, orientate fie către APES, fie către dezvoltarea de componente.
Fig.4. Sursa: http://www.apesimulator.org/
4.2.12. Aplicaţii software – pentru gestiunea estimării producţiei Pentru controlul estimării producţiei a fost creată o aplicație software, care rulează în sistemul AGRI4CAST15 din anul 2005. Principalele funcționalități ale aplicaţiei software sunt: gestionarea estimării producției agricole oferită de 15
Sistemul AGRI4CAST a fost dezvoltat și rulează ca un sistem operațional de prognoză a culturilor din anul 1992, în scopul de a asigura în timp util previziunile legate de producție ale culturilor, la nivel european. Acest sistem este capabil să monitorizeze evoluția culturilor anuale (cereale, plante oleaginoase, culturi proteice, sfeclă de zahăr, cartofi, pășuni, orez) incluzând și efectele pe termen scurt ale fenomenelor meteorologice asupra producțiilor culturilor și poate oferi previziuni anuale de producțiilor culturilor agricole europene .
150
sistemul AGRI4CAST și decizia de sistem. Unul dintre principiile-cheie în dezvoltarea sa a fost acela de a construi o suită de instrumente extrem de modulară și personalizabilă, cu care utilizatorul își poate crea propriul mediu de lucru. Aplicaţia a fost dezvoltată pentru a furniza personalului AGRI4CAST, un set de instrumente destinate procesului de estimare a producției agricole. Aplicația pentru gestiunea estimării producţiei a fost construită ca o aplicație web folosind și extensia mediului ORACLE Portal. Pe această platformă, aplicația a fost dezvoltată ca un set de componente (portlet-uri), fiecare dintre acestea fiind axate pe o anumită sarcină, putând fi vizualizate pe paginile web; componentele pot fi dispuse împreună, permitând astfel crearea unui mediu personalizat. Aplicația a fost mai apoi implementată ca un set de pagini web pentru afișarea datelor meteo, agrometeo, pentru analiza situațiilor de risc și pentru crearea previziunilor referitoare la producția agricolă. Aplicația pentru gestiunea estimării producţiei poate fi folosită în prezent ca un instrument de rulare a procedurilor statistice, cu scopul de a produce previziuni legate de producția agricolă. Ca proces de prognoză a producției în AGRI4CAST, a fost concepurt să ruleze ca o activitate de echipă, aplicația pentru gestiunea estimării producţiei constituind aplicația principală care atribuie fiecărui utilizator autentificat (analist), combinații de cultură /țară care urmează să fie prognozate. Prin urmare, aplicația poate fi folosită la fel de bine ca și un administrator de sistem, pentru a verifica integralitatea și consistența prognozei de producție, pentru fiecare perioadă de analiză (în mod normal o dată pe lună din aprilie până în octombrie) și pentru a produce tabele de sinteză tipărite în buletinul Monitorizarea culturilor agricole în Europa16.
16
http://www.thecropsite.com/
151
Aplicația pentru gestiunea estimării producţiei conține trei module software principale: 1. modului importului de date și de verificare; 2. modulul de producție și de propunere a unor previziuni de analiști; 3. modului de management al previziunilor producției agricole și generarea produsul final. 1. Modulul importului de date şi de verificare. Evaluarea estimării producției agricole depinde de două seturi de date externe: a) indicatori agro-meteorologici evaluați de modele deterministice de evoluţie a culturilor care simulează ciclul de viaţă al culturilor în funcție de condițiile meteorologice; b) o arhivă a producțiilor și suprafațelor statistice ale culturilor, pentru fiecare țară/regiune care urmează să fie analizată. Aplicația conține, de asemenea, anumite module care permit importul corect al statisticilor legate de producţiile agricole din surse externe. Aceste module induc o anumită ordine specifică în citirea diferitor formate de date, pentru a verifica eventua erori și pentru a le a le depozita în arhiva statistică. Aplicaţia are o conexiune directă la baza de date a GCSM17 pentru a accesa indicatorii modelelor de culturi simulate, care vor fi folosiți ca estimatori de producție. Modulul de import și control de date este accesibil numai de către administratorul de sistem, pentru a asigura integritatea și coerența bazei de date statistice. 2. Modulul de producție și propunerea unor previziuni de analiști, permite analistului să ruleze rutine statistice și apoi să propună administratorului, una sau mai multe prognoze de producție plauzibile pentru fiecare țară și cultură; aplicaţia pentru gestiunea estimării producţiei. înregistrează toate 17
Grupul de Coordonare pentru Sateliții Meteorologici (GCSM), are ca principale obiective ale activităților de coordonare, sprijinul pentru monitorizarea meteorologică operaționale și de prognoză, precum și de monitorizare a climei, ca răspuns la cerințele formulate de Organizația Mondială de Meteorologie, de programele sale, precum și la cerințele altor programe susținute în comun de către OMM și alte agenții internaționale.
152
valorile propuse și le afișează apoi într-o pagină rezumativă, pentru a-i permite administratorului, posibilitatea să aleagă varianta finală. Există 4 abordări statistice, care pot fi urmate de către analist: - Analiza tendinţei GCSM și modelul de predicție. - Analiza statistica a tendinţei producției. - Analize de scenarii. - Media ponderată sau valori personalizate. Analiza tendințelor statisticilor producției și analiza de scenarii, pot fi rulate la cerere de către analist în cadrul unei sesiuni CoBo, dar există și analize pre-definite conduse în mod automat de către aplicație, de fiecare dată că sunt calculați noi indicatori prin intermediul GCMS (la fiecare 10 de zile). Modelul de predicție GCMS, bazat pe regresie, se calculează numai prin sistemul automat. Media ponderată sau valorile personalizate, pot fi utilizate de către analist atunci când în baza informaţiilor unui expert nu poate fi o realizată o prognoză plauzibilă, prin oricare dintre metodele statistice menționate anterior. 3. Modulul de management al previziunilor producției agricole și formularea rezultattului final, permite gestionarea și stocarea previzionii propuse de analiști. Aceste prognoze sunt verificate de administratorul statistic, care încearcă să optimizeze modelul de incredere generat de toate sursele, acordând prioritate și "preferând predictori", corespunzători anumitor momente al anului. Deciziile, alegerile finale și toate etapele intermediare realizate prin intermediul funcției aplicaţiei pentru gestiunea estimării producţiei sunt înregistrate și urmărite, astfel că procesul de prognoză, în ansamblu său, este transparent și replicabil. Tabele de sinteză sunt generate de aplicație, în formatul potrivit pentru publicare.
153
4.3. TEHNICI NOI DE CULTIVARE PLANTELOR AGRICOLE
A
4.3.1. Culturi agricole fără sol Termenul de „culturi fără sol” (en. soilles, fr. horsol), cuprinde toate sistemele de cultivare care nu utilizează solul ca suport pentru înrădăcinarea plantelor. Prin „substrat” folosit pentru culturile fără sol, se înţelege un mediu solid sau lichid pentru înrădăcinarea plantelor, altul decât solul aşa cum este întâlnit în culturile convenţionale. Sistemul de cultură „fără sol” mizează pe administrarea unor cantităţi precise de soluţii nutritive, stabilite prin combinaţii complexe, elaborate în conformitate cu necesităţile nutriţionale ale fazelor de creştere şi rodire a plantelor, la nivelul substratului de înrădăcinare folosit (perlit, vată minerală, nisip, pietriş, talaş de răşinoase, scoarţă de nucă de cocos, vermiculit, argilă expandată, poliuretan, hidrocultura etc.). Alternativa culturilor agricole „fără sol” la tehnologiile convenţionale, reprezintă o performanţă tehnică care permite utilizarea celor mai noi creaţii ştiinţifice în producţia şi cercetarea ştiinţifică agricolă, performanţă care continuă să aducă rezultate originale, atât de utile în rezolvarea problemelor legate de necesitatea extinderii suprafeţelor ocupate cu culturi agricole atât pe orizontală dar şi pe verticală. Originile culturilor fără sol sunt, se pare, foarte îndepărtate în timp, dacă facem referire la azteci care practicau cultivarea de plante în apă. Cultura soilless a fost, de asemenea, utilizată în faimoasele grădini suspendate din Babilon şi în grădinile din China, de unde cultura pe pietriş s-a perpetuat peste milenii. De asemenea vechii egipteni au creat şi practicat diferite sisteme de culturi „fără sol”, eliminând parţial sau chiar total solul ca şi suport de înrădăcinare. 154
Cultura hidroponică aşa cum se practică azi a fost creată în Germania, în secolul al XIX-lea . Acesata a fost testată în anul 1860 de către doi cercetatori germani care au fost capabili să crească plante pe un mediu compus numai din apă şi săruri minerale. Knopp şi Sachs au construit astfel, suportul teoretic referitor la cultura plantelor în soluţii nutritive lichide cu compoziţie controlată. Primele teste de cultură a plantelor în mediu lichid au fost realizate de Boyle (1666) care a ajuns la concluzia că apa simplă nu poate susţine creşterea plantelor. În anul 1784, la Academia Georgofili din Italia, apar primele descrieri referitoare la hidrocultură. Cultivarea plantelor în soluţii nutritive s-a realizat în perioada anilor 1840-1842, prin experimente ştiinţifice de creştere a plantelor în medii inerte, cu utilizarea sărurilor minerale aflate în cenuşa plantelor (Mansantini, 1987; Davidescu D., 1956, 1981, 1992). La finele anilor 1970, în Danemarca şi alte ţări europene, s-a remarcat interesul crescut pentru cultura plantelor agricole pe alte medii decât solul, ca o soluţie alternativă la sterilizarea solului (apreciată ca operaţie costisitoare şi dăinătoare mediului). În Anglia, în anul 1960 Allen Cooper, a pus la punct tehnica de cultură pe film nutritiv (NTF), iar în Danemarca (Staţiunea Hornum) a fost descoperită vata minerală ca substrat de cultură. Sistemul hidroponic de creştere a plantelor a fost comercializat pentru prima dată în Statele Unite în anii 1930. A fost folosit în special, pentru a furniza armatei legume proaspete în timpul al doilea război mondial. În California, Gerike publică în 1929-1930 cele dintâi informaţii referitoare la cultivarea tomatelor în soluţii nutritive, Tot Gerike a experimentat în 1937-1938, amplasarea plantelor agricole cu sistemul radicular în soluţii nutritive şi a remarcat neajunsurile legate de lipsa aerului şi de necesitatea recirculării soluţiei nutritive.
155
În ultimii ani, NASA a făcut cercetări extinse asupra culturilor sistemul lor denumit Sistemul de Întreţinere Controlată a Vieţii Ecologice (var. eng. Controlled Ecological Life Support System – CELSS). Se intenţionează îniţierea unor culturi hidroponice pe planeta marte Marte unde să se utilizeze iluminarea artificială pentru creşterea plantelor, cu LED-uri în diferite spectre de culoare. În ţara noastră, au existat încercări de cultivare a legumelor în soluţii nutritive în anii: 1956 (Davidescu D.), 1965 (Savinova), 1968 (Maier), 1972 (Mănescu), 1989 (Ilie G., Ana Stănescu), 1992 (Lăcătuş V.). Au existat şi există preocupări privind cultura legumelor pe diferite substraturi de cultură şi după anul 1990, (N. Atanasiu şi colab.), privind producerea de răsaduril pe substraturi organice şi minerale cu soluţii nutritive (Gheorghiţa Hoza). “Cercetările referitoare la influenţa unor substraturi organice la cultura tomatelor arată că acestea influenţează favorabil timpurietatea şi calitatea producţiei. Rezultate bune s-au obţinut şi în condiţiile reutilizării substraturilor, dar dezinfectate cu formalină 3%. La castraveţii tip cornişon, folosind substraturi organice (turbă neagră 20% + turbă roşie 20% + compost forestier 40% + rumeguş 20% şi mraniţă 50% + rumeguş 50%), comparativ cu cultura pe sol, s-a constatat că prima variantă de substrat a dus la obţinerea celei mai ridicate producţii totale şi o calitate superioară a fructelor, apreciată prin conţinutul în vitamina C, substanţa uscată solubilă şi totală” (N. Atanasiu şi colab., 1990). ”Cercetările efecuate de Apahidean Al.S. şi colab. (2008) au arătat că la cultura tomatelor în sere, în vase cu substrat organic şi soluţii nutritive, se face o economie mare de substrat de cultură, de apă şi îngrăşăminte, faţă de cultura pe solul serei” ”Producerea răsadurilor de tomate, ardei şi vinete pe substraturi organice şi minerale, cu soluţii nutritive, a 156
determinat o scurtare a perioadei de obţinere a acestora faţă de martor cu 7 zile la tomate, pe substrat de turbă şi perlit, 10 zile la ardei şi 12 zile la vinete, pe substrat de turbă. Răsadurile produse în acest sistem au asigurat un spor la producţia timpurie (25-27% la tomate, 27-29% la ardei şi 1316% la vinete) faţă de martor (sistemul clasic). De asemenea, producţia totală a crescut cu 6-8% în funcţie de specie (Gheorghiţa Hoza, 1997).” Tehnica de cultură fără sol, introdusă în Europa în anii 1970, este răspândită pe milioane de hectare la nivel mondial. Culturile practicate cu preponderenţă, sunt culturile de tomatele şi de căpşun. Există însă suprafeţe apreciabile de culturi fără sol pentru speciile: castraveţii, ardei, vinete, dovlecei şi andive, şi în plus multe specii care furnizează pentru piaţă flori tăiate (trandafir, gerbera şi garoafe) La culturile convenţionale solul constituie suportul plantelor din culturile agricole, elementele nutritive care se formează la nivelul solului ca rezultat al diverselor reacţii chimice şi ca urmare a activităţii microbiologice, sunt sursa de hrană pentru creşterea şi dezvoltarea plantei, dar şi pentru producerea de recolte apreciabile calitative şi cantitative. Cultivarea soilless poate controla toate elementele necesare pentru creșterea plantelor: lumina, temperatura si umiditate, pH-ul şi conţinutul de substanțe nutritive (apă, minerale și oligoelemente). Încă de la începuturile sale, culturile fără sol au cunoscut o perpetuă îmbunătăţire. Evoluţiile cele mai recente sunt culturile aeroponice şi culturile ultraponice, două tehnici prin care plantele sunt întreţinute cu apă şi fertilizanţi prin intermediul ceţii artificiale nutriţionale produsă de un pulverizator. Susținătorii tehnicilor de cultivare fără sol, apreciază că aceasta este soluţia pentru a rezolva problema lipsei de apă şi ameninţările legate de malnutriţie şi subproducţie agricolă a planetei noastre. Mai mult decât atât, fermele verticale 157
dezvoltate prin agricultura urbană (proiecte de zgârie-nori dedicate agriculturii în oraş), se bazează pe utilizarea de tehnicilor agriculturii hidroponice. Avantajele culturii fără sol: - Excluderea lucrării de dezinfecţie a solului şi eliminarea pericolului de poluare a solului şi apelor freatice cu reziduuri ale produselor chimice de dezinfecţie a solului. - Reducerea substanţială a consumurilor fermei legate de pregătirea terenului pentru culturile convenţionale pe sol. - Optimizarea consumului de apă, prin normarea precisă conform nevoilor plantei, care are ca efect reducerea consumului de apă. - Folosirea optimă a fertilizanţilor chimici, care are ca efect reducerea consumului pe cultură şi economii substanţiale pe fermă. - Posibilităţi de control şi dirijare a proceselor de creştere şi fructificare a plantelor. - Eliminarea lucrărilor de întreţinere aplicate solului. - Obţinerea de producţii agricole şi horticole care pot fi adaptate la cultura „fără sol”, în zone în care condiţiile edafoclimatice nu sunt propice pentru înfiinţarea unor culturi concvenţionale pe sol. - Favorizarea dezvoltării operaţiunilor mecanizate şi automatizate pentru majoritatea operaţiilor folosite in tehnologia neconvenţională a culturilor „fără sol”. - Creşterea productivităţii şi eficienţei muncii şi diminuarea necesarului de forţă de muncă. - Creşterea gradului de calificare profesională a personalului responsabil cu întreţinerea culturilor. - Realizarea planificării recoltelor şi planificării livrării către piaţă, aspect care constituie un atu în relaţia cu comercianţii en-gros şi en-detail de produse propaspete de pe piaţă. - Îmbunătăţirea calităţii recoltelor.
158
- Creşterea producţiilor (se pot obţine recolte record: 500550 t/ha la tomate, 700-800 t/ha la castraveţi). Dezavantajele culturii fără sol - Nivelul destul de ridicat al investiţiilor, care însă poate fi recuperat prin eficienţa economică a sistemului. - Numărul relativ limitat de culturi care se pot realiza prin sistemul culturilor fără sol. - Efort financiar constant pentru întreţinerea echipamentelor. - Necesitatea efectuării operaţiilor cu personal cu o pregătire profesională mai ridicată. Sisteme de cultură ale plantelor legumicole fără sol William Frederick Gericke, un specialist un fiziologia plantelor de la Universitatea Berckeley din California a definit în anul 1937 noțiunea de culturi hidroponice, definită iniţial ca o creştere a plantelor în soluţii nutritive minerale. Termenul de hidroponic defineşte un subgrup al sistemului de cultivare soilless. Multe tipuri de culturi soilless, nu utilizează soluţii de elemente minerale nutritive cerute pentru culturile hidroponice. Plantele care nu sunt în mod natural cultivate într-un mediu sau areal, ar putea fi cultivate cu ajutorul unui sistem de control al culturii, ca cel hidroponic. NASA urmăreşte să utilizeze sistemele hidroponice de cultivare a plantelor pentru programul spaţial. Ray Wheeler, specialist în fiziologia plantelor la Centrul Spaţial Kennedy al NASA, consideră că au fost înregistrate progrese în obţinerea produselor alimentare vegetale proaspete destinate prin intermediul culturilor hidroponice, pentru misiunile pe termen lung, în spaţiu. El numeşte sistemele sistem ca un sistem bioregenerativ de întreţinere a vieţii (Anna Heiney, 2008). Clasificarea sistemelor de cultură a plantelor fără sol se realizează în funcţie de modul de furnizare a soluţiei nutritive, de modalitatea prin care soluţia nutritivă intră în contact cu
159
sistemul radicular al plantelor şi de recuperarea sau pierderea soluţiei nutritive. Sistemul de cultura hidroponică se caracterizează prin aceea că rădăcinile plantelor cresc direct în soluţia nutritivă, plantele fiind susţinute de o plasă de sârmă acoperită cu turbă, muşchi vegetal sau poliuretan. Aprovizionarea cu oxigen a rădăcinilor este dificilă, ceea ce necesită aerisirea şi reciclarea soluţiei. Lipsa sau insuficienţa oxigenului favorizează procesele de anaerobioză, cu formarea unor produşi toxici precum cei de fermentaţie alcoolică sau se produc tulburări în organizarea celulelor meristematice etc. Sistemul de hidrocultură constituie sistemul prin care plantele evoluează și produc, având sistemul radicular plasat în: materiale inerte precum nisipul, pietrişul, perlitul; materiale organice precum: turba, tescovina, fibra de cocos; granule din PVC: toate componentele menţionate se umezesc constant cu soluţie nutritivă, adaptată stadiului de dezvoltare a plantei, soluție care nu se mai recuperează. Sistemul de cultură aeroponică, are particularitatea că sistemul radicular al plantelor se dezvoltă în interiorul unor conducte din materiale plastice, unde soluţia nutritivă este difuzată sub formă de particule fine, generând în spaţiul de dezvoltare a sistemului radicular, un mediu umed, închis; este eliminat complet riscul de asfixiere asistemului radicular, întrucât respiraţia se desfăşoară în condiții optime datorită suficienței de oxigen, iar absorbţia elementelor nutritive este optimă. Aeroponica se poate practica pe orice resort, care nu trebuie să prezinte orizontalitate, unde plantele sunt plasate și în care se pompează soluţia nutritivă, care apoi se reciclează după o echilibrare prealabilă a conținutului de elemente nutritive. Sistemul de cultură pe film nutritiv (NFT), constituie sistemul prin intermediul căruia plantele se dezvoltă într-o peliculă de soluţie nutritivă, continuă și extrem fină. Noțiunea de film de este utilizată aici pentru a evidenția dimensiunea 160
extrem de mică a grosimii fluxului soluţiei nutritive, menţinut constant în scopul de a păstra partea superioară a rădăcinii în contact cu aerul. Sistemul de cultură pe film nutritiv, fiind complet automatizat, permite controlul în detaliu a nutriției optime a plantelor. Sistemul hidroponic plan - Plant Plane Hydroponic System, este răspândit în culturile protejate de legume din Germania, Italia şi Olanda. Specific acestui sistem este faptul că soluţia nutritivă este asigurată sub suprafaţă plană ,care de regulă susține planta, și nu prin intermediul tuburilor sau capilarelor. Plantele crescute prin intermediul sistemului hidroponic plan, sunt amplasate în cuburi de grodan, care sunt susținute pe o suprafață specială din poliester ori constituită de fibre vegetale, amplasate între 2 straturi de film plastic. Suprafața specială reţine soluţia nutritivă şi apoi o pune la dispoziţia rădăcinilor. Sistemul implică cheltuieli mai reduse cu aproximativ 30% comparativ cu alte sisteme, implică un consum mai mic de fertilizanți, se poate întinde pe o durată de utilizare de 10 ani, generând calitate și timpurietate producției. Soluţii nutritive utilizate în culturile fără sol Cultura plantelor pe medii artificiale, se bazează pe existența a circa 350 de reţete de soluţii nutritive care au o compoziţie diferă în funcție de specie, fenofaza plantei şi sistemul de cultură. Condițiile primordiale pe care trebuie să le îndeplinească o soluție nutritivă sunt următoarele: să conţină macroelemente precum: N, P, K, Mg, S, în forme uşor asimilabile, precum şi microelemente absolut necesare plantelor (Fe, B, Cu, Zn, Mn, Na etc); concentraţia soluţiei nutritive va fi în limitele recomandate, care permit absorţia apei precum şi a elementelor minerale în plante; pH-ul soluţiei va fi corelat cu specia aflată în cultură și cu fenofaza, fiind periodic monitorizat prin intermediul datelor generate de computerul sistemului hidroponic; 161
-
apa utilizată pentru prepararea soluției nutritive va avea pH-ul cca. 7, precum și un conținut scăzut în elementele: Na, Cl, S, Fe şi Ca.
Substraturi utilizate în culturile fără sol Literatura de specialitate evidențiază faptul că pentru sistemul de culturi fără sol se poate utiliza oricare material organic sau anorganic, altul decât pământul. Ca substrat organic sunt utilizate: turba, compostul forestier (componente simple sau mixate în diferite proporţii), fibra de cocos rezultată prin macerarea nucilor de cocos, compostul de frunze, subproduse ale culturilor cerealiere și leguminoase. Ca substrat anorganic sunt folosite: perlitul, vata minerală, nisipul, poliuretanul, vermiculitul, polistirenul expandat. Datorită interesului crescut pentru aceste modalităţi de cultură, în timp, la nivel mondial, a fost realizată o gamă variată de sisteme de cultură fără sol, obţinându-se rezultate din ce în ce mai favorabile. Practica de astăzi a acestor sisteme, care par din ce în ce mai sofisticate, este rezultatul unui şir de încercări succesive, menite să găsească varianta optimă. Alegerea mediului de creştere şi fructificare constituie un aspect de importanţă majoră. Sistemul de cultură în afara solului ridică probleme cu privire la costurile implicate pentru a obţine producţie eficientă şi cunoștinţe temeinice în aplicarea tehnologiei de cultură (mai ales cu privire la data înfiinţării culturii, nutriţie şi irigare). Nu este nici o îndoială că producţia din cultura în afara solului implică creşteri majore ale investiţiilor, necesitând în acelaşi timp şi o regândire a practicilor tehnologice cerute pentru o producţie care să ocupe toate perioadele anului.
162
4.4. AGRICULTURA FĂRĂ LUCRĂRI ALE SOLULUI - NO TILL AGRICULTURE 4.4.1. Istoricul agriculturii No-till Istoria agriculturii a cunoscut descoperirea unor tehnici revoluţionare la vremea lor: introducerea rotației culturilor, a mecanizarii, utilizarea hibridării pentru obţinerea de genotipuri noi, introducerea fertilizarii organice şi mai apoi chimice, folosirea pesticidelor, etc. Cultivarea plantelor fără lucrările solului, oferă însă parametrii unei adevarate revoluții în agricultura actuală. Dacă lucrarea de arătură a terenului era apreciată ca determinantă pentru nivelul şi calitatea recoltelor, din ce în ce mai multi cercetatori şi experţi apreciază arătura ca pe o măsură inutilă, consumatoare de input-uri și mai ales, dăunătoare solului. Plantele au crescut, s-au dezvoltat şi au rodit pe sol, vreme îndelungată, fără ca factorul uman să intervină în vreun fel asupra solului, în condițiile formării unui covor superficial de resturi vegetale care acopereau suprafaţa sa. Descompunerea mai lentă sau mai rapidă a covorului de resturi vegetale, în funcție de condiţiile climatice, a determinat formarea stratului fertil al solului prin acumularea de materie organică. Structura solului s-a constituit datorită succesiunii proceselor fizice de uscare şi umezire, a celor biologice legate de creşterea şi descompunerea sistemului radicular al plantelor, a acțiunilor macroorganismelor şi microorganismelor. Practicarea agriculturii a început în momentul în care omul primitiv, în căutarea hranei, a descoperit că prin mobilizarea solului, plantele au început să crească mai viguroase şi apoi a descoperit că în sol poate să semene, pentru obţinerea unor specii de plante pe care le prefera în alimentaţia sa. Prin aerarea solului mobilizat, sistemul radicular al plantei primea oxigen, care determina înmulţirea speciilor de bacterii 163
aerobe mineralizatoare. În acest mod aveau loc procese de descompunere la nivelul stratului superior al solului – humusul. Prin lucrările solului, repetate pe parcursul unui an de cultură şi timp îndelungat, măsurat în ani, materia organică se descompune în ritm accelerat, astefel încât, ce în mod natural sa creat în decursul timpului, se distruge. Ideea de agricultură modernă, fără arătură, a fost generată în anii 1940, în Statele Unite ale Americii, odată cu apariţia cărții agronomului Edward Faulkner – Nebunia aratului. Faulkner afirma în cartea sa: “Răspunsul la întrebarea: De ce ară fermierii? nu ar trebui să fie dificil de aflat. Aratul este aproape universal. Fermierilor le place să are. Dacă nu le-ar face plăcere să vadă solul întors cu susul în jos, ştiind că în timp ce ară scapă de resturile care mai târziu i-ar încurca la plantare şi cultivare, poate că nu s-ar ara atât de mult. Şi totuşi, fermierii sunt încurajaţi să are. Arătura adâncă este aprobată, sau, în loc de arătura adâncă, fermierii sunt sfătuiţi să taie adânc în subsol cu fiecare brazdă. Asemenea sfaturi provin din publicaţiile pentru fermieri, buletine informative, de la persoane oficiale a căror îndeletnicire este consilierea fermierilor, precum şi dintr-o listă lungă de alte surse, din care fermierii primesc în mod obişnuit sugestii şi informaţii. Ar trebui să existe o motivaţie clară, ştiinţifică, pentru justificarea unei practici unanim aprobate şi recomandate. Dacă asemenea motive există, eu nu am reuşit să le găsesc în mai mult de două-zeci şi cinci de ani de căutare” (Faulkner E., 2013). Agricultura fără lucrări ale solului a început să fie dezvoltată după cel de-al doilea război mondial în Statele Unite ale Americii, după care a început să fie utilizată în majoritatea ţărilor europene (Derpsch R., 2009). Invenția erbicidului Paraquat, în anul 1955, în Marea Britanie, a fost practic începutul epocii moderne de dezvoltare sistemului no-till în Europa și la nivel mondial. Aceasta descoperire a condus compania Imperial Chemical Company, 164
să demareze acțiuni complexe de cercetare științifică pentru agricultura fără lucrările solului. În perioada 1973-1974 suprafeţele cultivate fără lucrarea solului, în Marea Britanie atingeau 200.000 ha, iar 10 ani mai târziu 275.000 ha, astfel că Marea Britanie s-a situat pe locul doi la nivel mondial, după Statele Unite ale Americii. În Olanda cercetările științifice legate de cultura agricolă no-till au început în anul 1962 şi au vizat simplificarea lucrărilor solului şi obţinerea de efecte economice în fermă. În Germania cercetările au început în anul 1966. Cercetările efectuate timp de 18 ani la Universitatea din Giessen (Tebrügge F., Böhrnsen A., 1997), au permis obţinerea de rezultate conform cărora, cultivarea plantelor fără lucrările solului constituie un sistem de cultivare foarte profitabil, comparativ cu sistemul convenţional. În Franţa, experimentele pe termen lung cu diferite tehnici legate de lucrări minime ale solului (inclusiv notillage), au fost începute de INRA și ITCF în 1970, în principal pentru cereale (Boisgontier et al., 1994). Cercetătorii au obţinut date tehnice și economice care au permis dezvoltarea şi punerea în aplicare a agriculturii no-till. În Portugalia, Carvalho M. şi Basch G. (1994 ) au concluzionat că pentru majoritatea culturilor, poate fi aplicată metoda de semănat direct în mirişte. Cercetările legate de cultivarea fără lucrările solului au început în Spania în 1982, iar pentru solurile argiloase din sudul Spaniei s-a apreciat că această metode de cultură este avantajoasă din punct de vedere al consumului de energie și legat de conservarea umidităţii, în comparație cu tehnici convenţionale de lucrarea solui sau lucrări minime ale solului (Giraldez şi González, 1994). Primele încercări legate de culturile agricole no-till, în Italia au fost realizate în anul 1968, iar în ultimii 10 ani tehnologia a cunoscut o expansiune remarcabilă. Acest lucru se datorează mai ales necesității de reducere a costurilor legate de înfiinţarea şi întreţinerea culturilor, de mai marea disponibilitate pe piaţa 165
italiană de echipamente pentru semănat în sol necultivat, precum şi datorită progreselor înregistrate în obţinerea de erbicide adecvate. 4.4.2. Rolul agriculturii fără lucrări ale solului Condiţiile climatice dificile din ultimii vreme, cu ani secetoşi caracterizaţi prin temperaturi extreme vara sau cu amplitudini mari primăvara timpuriu, fenomene uneori manifestate pe o perioada lunga de timp, au început să schimbe viziunea fermierilor asupra practicării tehnicilor agricole consacrate. Dacă în urmă cu câțiva ani, mulți fermieri nici nu puteau să-și imagineze măcar că se poate semăna direct în miriște sau că mai multe lucrări agricole pot fi realizate în același timp, acum aceste subiecte sunt din ce în ce mai abordate şi cercetate în ţara noastră. No-till farming sau zero farming sau direct drilling, agricultura fără lucrările solului, constituie o modalitate de înfiinţare şi întreţinere a culturilor, fără a interveni asupra solului prin lucrări manuale sau mecanice. Agricultura no-till este o tehnică agricolă care permite conservarea şi/sau sporirea cantităţii de apă, conservarea și creșterea cantității de materie organică din sol, precum şi recircularea substanţelor nutritive în sol. În multe regiuni, poate contribui la eliminarea fenomenelor de eroziune a solului. În plus, prin intermediul agriculturii de precizie, are loc creşterea diversităţii florei şi faunei de la nivelul solului şi din sol, fiind stimulată refacerea echilibrului relaţiilor antagonice normale, în ecosisteme. Cel mai puternic beneficiu îl constituie însă refacerea fertilităţii solului pe cale biologică, naturală permiţând consolidarea unor soluri rezistente și durabile. Ca efect colateral, practicarea agriculturii fără lucrările solului permite eficientizarea lucrărilor agricole, efectuarea lucrării de semănat în timp optim şi o bună traficabilitate a maşinilor agricole. 166
No Till Agriculture constituie un concept care are la bază plasarea seminţelor direct în mirişte, fără a deranja solul cu alte utilaje, generând astfel economie de carburant, timp, forţă de muncă, echipamente, etc. Sistemul îmbunătăţeşte calitatea solului, iar datorită resturilor vegetale rămase pe sol de la cultura precedentă, se menţine umiditatea şi constanţa temperaturii. Prin acest sistem se reduce eroziunea solului şi dispare fenomenul de spulberare datorată vântului, evaporarea apei, distrugerea structurii solului şi compactizarea acestuia. Sistemul no-till, presupune utilizarea unor echipamente de semănat special utilate cu discuri sau cu brăzdare, reglate să deschidă rigole la adâncimea optimă de semănat, direct în mirişte18 , să plaseze sămânţa şi să acopere rigola cu un strat de sol. Echipamentele nu vor scoate cu organele active seminațele de buruieni la suprafaşa solului pentru a le stimula să germineze. Practic nici o altă lucrare a solului nu se mai face. Resturile vegetale de la cultura anterioară rămîn neatinse la suprafaşa solului, ca mulci. Dacă se efectuază doar lucrări superficiale la suprafaţa solului, atunci nu se practică un sistem no tillage, ci un sistem denumit mulch tillage. Managementul adecvat buruienilor constituie cheia pentru aplicarea cu succes a sistemului. Combaterea buruienilor se realizează în acest sistem folosind erbicide adecvate şi adoptarea rotaţiei culturilor, inclusiv utilizarea de specii agresive, adaptate, ca şi culturi de acoperire. Efectele de mediu relevante ale sistemului no-tillage cum ar fi controlul eroziunii, îmbunătăţirea calităţiii apei, infiltrarea adecvată a apei, pericolul redus de inundaţii, conservarea carbonului în sol, vor fi vizibile însă după mai mulţi ani de aplicare neîntreruptă.
18
Sol acoperit cu resturi vegetale de la cultura anterioară
167
4.4.3. Diferențe agroecologice între agricultura convențională și practicile no-tillage Pentru a înțelege diferențele dintre practicile agricole convenţionale şi practicile de cultivare no-tillage la nivel economic, social și de mediu, este esențial să fie îndreptată atenţia la funcțiile agroecologice ale fiecărui sistem, în special producția de CO2, aerarea solului, mișcarea apei, scurgerea și infiltrarea acesteia. În sistemul sol-plantă deschis, specific sistemului convențional de întreţinere a solului, pot fi evidenţiate următoarele caracteristici: Sistemul sol-plantă predispune la secetă; accelerează eroziunea la suprafaț a solului; necesită nivel ridicat de fertilizare pentru a menține fertilitatea; cauzează sedimentarea și poluarea apei în aval. Rezultatele aplicării sistemului convențional sunt exprimate în: oxidarea mult mai intensă a materiei organice a solului (MSO), fluxuri intense de nitraţi, prăbușirea porozităţii solului, capacitatea redusă de infiltrare a apei, scurgerea intensă a apei la suprafaţă iar fluxurile de nutrienţi sunt spălate de departe de plante. Lucrările solului deblochează potențialul de activitate microbiană, prin crearea de suprafețe mai reactive pentru schimbul de gaze în agregatele solului - care sunt expuse la mai mare concentrare de oxigen (21%) și temperaturi mai ridicate. De-a lungul timpului, arătura creează o zonă de compactare, care blochează continuarea mișcărilor ascendente ale faunei din sol și dezvoltarea rădăcinilor în adâncime. Levigarea intensă a nitraților și a cationilor specifici, (ex.: Ca, Mg), în zona rădăcinilor superficiale, duce la acidificarea solului și a poluării apelor subterane.
168
În revers, practicile nu-tillage reprezintă un sistem sol – plantă închis, prezentând următoarele caracteristici: Sistemul plantă-sol imită un ecosistem natural al solului. Sistemul este mai mult rezistent secetă, asigură utilizarea extrem de eficientă a substanţlor nutritive existente (sau adăugate dacă este necesar); reduce riscurile de contaminare a apei şi solului. Datorită activității biologice intense, atmosfera porilor solului este mai bogată în CO2 având un raport scăzut PO2/PCO219 al solului; temperatura solului este de asemenea scăzută. Ambele condiţii menţionate conduc la rate scăzute de oxidare și acumularea materiei organice a solului. Acoperirea permanentă a solului protejează solul de energia picăturilor de apă din ploaie20, determină creșterea infiltrării apei în sol, prin urmare reducând substanțial scurgerile de apă și riscurile de eroziune a solului. Determină creşterea populației de râme şi insecte, iar dezvoltarea unui sistem radicular mai profund, contribuie la o mai bună aerisire a solului și la distribuția materiei organice a solului în profilul solului, prin macropori biologici. Rularea eficientă a apei şi a nutrienților ca urmare a dezvoltării sistemului radicular al plantelor și o porozitate biologică stabilă. Sistemul practicilor no-tillage, determină scurgerea în aval a apei curate. 4.4.4. Sistemul no-tillage, cale de reducere a amprentei apei Conceptul de amprentă a apei este definit ca volumul total de apă dulce utilizat în mod direct sau indirect, pentru a 19
Raportul presiunii parţiale a CO2 şi O2 în atmosfera solului Când picăturile de ploaie lovesc solul, acestea distrug agregatele solului astfel încât particulele minuscule de sol pot înfunda porii, împiedicând apa să se infiltreze în sol. 20
169
realiza un produs sau un procedeu, incluzând cantitatea totală de apă necesară pentru întreţinerea unei culturi agricole de la înființare până la recoltare. Hoekstra, A.Y. şi Hung, P.Q. (2003), disting trei tipuri de apă, în funcție de sursa de apă: apă albastră, apă verde şi apă gri. Apa verde este apa folosită din ploaie, depozitată în sol, şi evaporată prin intermediul culturilor agricole. Apa albastră este apa dulce extrasă din surse de apă, precum râuri, lacuri sau din stratul acvifer şi folosite pentru irigare. Apa gri constituie cantitatea teoretică de apă, necesară pentru a dilua apa poluată până la limitele exprimate în standardele legale în vigoare. Prin urmare, aplicarea unor practici no-tillage poate avea ca efect consecințe pozitive referitoare la utilizarea apei, în producția vegetală. Cu toate acestea, efectele lucrărilor solului asupra calităţii apei, pot varia în funcție de mai mulți factori. Unii dintre acești factori includ: climă, tipul de sol, topografia, geologia, practicile de întreţinere şi management a culturilor utilizate, precum și modificărilor standardelor în vigoare. Practicile locale de management, ar trebui să fie selectate după o temeinică evaluare a impactului potențial al acestora și a efectelor secundare. Apa verde Sistemele no-tillage sunt foarte eficiente în reducerea evaporării apei din sol, în creșterea capacităţii de reţinere a apei și a umidităţii solului. Precum şi în creșterea infiltrării în sol. Utilizarea acoperirii solului cu plante reduce evaporarea apei din sol, prin urmare apa este disponibilă total pentru producție. Un studiu realizat la Universitatea din Nebraska a aratat că s-a evaporat cu mai puțină apă în cazul solurilor acoperite cu resturi vegetale, comparativ cu
170
-
-
solurile nude, iar evaporare a fost mai scăzută chiar și atunci când cultura agricolă acoperea solul21. Sistemul no-tillage determină creșterea substanțială a infiltrării apei în sol, în comparație cu infiltrarea apei în sol în cazul practicării arăturii. Suprafața acoperită în cazul sistemului no-tillage acţionează ca o protecție pentru sol (aşa cum pielea acoperă şi protejează corpul uman). Astfel, reduce impactul picăturilor de ploaie asupra solului, constituind de asemenea un tampon pentru sol în relație cu temperaturile extreme și evaporarea apei.
Apa albastră Sistemele nu-tillage sunt foarte eficiente pentru a reduce scurgerile şi eroziunea datorată apei, îmbunătățesc echilibrul apei în agroecosistem și permit un debit constant în fluxul apelor de suprafaţă. - Când picăturile de ploaie lovesc solul distrug agregatele solul, astfel încât particulele minuscule de sol pot bloca porii, împiedicând astfel apa să se infiltreze în sol, prin urmare, poate determina reducerea scurgerii apei la suprafaţă. - Creșterea cantităţii de apă verde reduce nevoia de apă albastră pentru a satisface cerințele culturii agricole legate de apă. În condiții de irigare, sistemul no-tillage contribuie în mod semnificativ la reducerea cantității de apă necesară pentru producția agricolă. Fermierii pot face astfel economii importante în lucrarea de irigarea culturilor, reducându-se totodată, la nivel global, consumul de apă dulce pentru agricultură. Au fost calculate astfel reduceri cu până la 15-50% a consumului de apă în cazul utilizării sistemelor no-tillage iar 21
http://www.aapresid.org.ar/blog/estrategias-publicas-y-privadas-para-el-usoresponsable-del-agua
171
eficiența utilizării apei a crescut cu până la 35%, ca urmare a punerii în aplicare a acestor practici. - Prin reducerea evaporării rezervelor de umiditate din sol și prin îmbunătățirea infiltrării apei în sol, culturile agricole au nevoie de irigare redusă. Apa gri Calitatea apei poate fi îmbunătățită, în cazul practicării sistemului no-tillage, dacă se utilizează o cantitate redusă la minim de îngrășăminte și pesticide, fiind drenată apă curată, iar poluarea, sedimentarea și eroziunea sunt reduse. - Solurile permanent acoperite determină creștea infiltrării apei, prin urmare sunt reduse scurgerile de apă la suprafață și riscurile de eroziune a solului. Reducerea scurgerilor apei la suprafaţa solului și în consecință reducerea sau evitarea eroziunii solului presupune o calitate mai bună a apei datorată cantității reduse de substanțe nutritive transportate. Sistemele no-tillage pot avea beneficii pentru mediu prin reducerea sedimentării reziduurilor de pesticide şi îngrăşăminte în râuri, lacuri și micro-captări, o calitate îmbunătățită a apei și, prin urmare, a cantitate redusă de apă gri pentru a aduce calitatea apei la cerinţele standardelor în vigoare. - În cazul în care sistemul no-tillage nu este aplicat corespunzător, ar putea conduce la utilizarea unei cantităţi sporite de erbicide pentru controlul buruienilor din cultură. Practicanţii sistemului no-tillage vor trebui să adopte strategii din cele mai diverse pentru controlul bolilor, dăunătorilor și buruienilor, inclusiv măsuri biologice, fizice și chimice, pentru a reduce utilizarea pesticidelor.
172
4.4.5. Etapele adoptării sistemului No tillage Pentru adoptarea sistemului no-tillage, specialiștii recomandă fermierilor următorii pași: 1. Documentare pentru cunoașterea practicilor agriculturii no tillage și planificarea adoptării sistemului prin analiza controlului buruienilor şi a parcelelor fermei, cu cel puțin un an înaintea iniţierii implementării. 2. Efectuarea analizelor solului pentru realizarea echilibrul nutriţional şi al nivelul pH-ului. 3. Evitarea solurilor cu drenaj slab. 4. Măsurarea stratului de sol fertil. 5. Eliminarea problemelor de compactare a solului. 6. Producerea unei cantități mari de mulci de acoperire . 7. Achiziționarea echipamentelor specifice pentru înfiinţarea culturilor. 8. Utilizarea pentru început, doar a 10 % din suprafaţa fermei. 9. Utilizarea rotației culturilor și a culturilor îngrășământ verde pentru a obține primele beneficii ale utilizării sistemului. 10. Învățare continuă și constantă și actualizare permanentă a cunoașterii cu referire la cele mai noi realizări tehnice.
173
CAPITOLUL V NOI TEHNICI DE PRODUCȚIE ÎN DOMENIUL ALIMENTAR 5.1.
NOI TENDINŢE ÎN PROCESAREA ȘI CONSERVAREA ALIMENTELOR
Noile tehnologii de prelucrare a alimentelor deţin un potențial semnificativ în a îmbunătăți calitatea produselor și în eficiența procesului de producţie. Comercializarea de noi produse și procese în industria aliemntară, oferă oportunități și provocări interesante. Exemplele de noi tehnologii de procesare a alimentelor, oferă experiențe de pionierat pentru mulți experți implicaţi în dezvoltarea şi comercializarea de produse alimenteare obţinute prin noi tehnologii de prelucrare. Conservarea reprezintă cel mai important proces legat de toate produsele alimentare. Conservarea produselor alimentare poate fi realizată prin diverse tehnici, cum ar fi adăugarea de sare, zaharuri, conservanți, antioxidanți, care apar în mod normal ca substanțe antimicrobiene și, de asemenea, prin procese precum uscarea, congelarea, depozitarea frigorifică, etc. Noile tehnologii, precum încălzirea cu microunde, tehnologia cîmpurilor electrice pulsate, procesarea la înaltă presiune, tehnologia luminii pulsate, încălzirea ohmică, tehnologia cu ultrasunete, tehnologia iradierii, sunt de asemenea aplicate pentru conservarea produselor alimentare. Principala problemă a metodelor de prelucrare termică o constituie pierderile unor proprietăţi şi atribute din alimente, precum: pierderea de culoare, gust, vitamine şi alte elemente nutritive și proprietăți senzoriale. Obiectivele principale ale noilor tehnici utilizate în procesarea produselor alimentare sunt legate de prezervarea 174
elementelelor nutritive și proprietăților senzoriale, precum și de prelungire a termenului de valabilitate, fără a se genera vreun efect negativ asupra calității acestora. Principalul obiectiv legat de păstrarea produselor alimentare este legat de creșterea duratei de depozitare, prin reducerea încărcăturii microbiene și a activității apei. Ambele procese pot fi realizate prin oricare dintre metodele convenționale de conservare sau prin oricare dintre procedeele non-termice precum încălzirea cu microunde, tehnologia cîmpurilor electrice pulsate, procesarea la înaltă presiune, tehnologia luminii pulsate, încălzire ohmică, tehnologia cu ultrasunete, tehnologia iradierii, cîmpul magnetic oscilant. Tehnicile non-termice sunt utilizate recent, pentru extinderea termenului de valabilitate al tuturor produselor alimentare. Tehnica de prelucrare utilizată pentru produsele specifice ar trebui să fie permanent optimizată. Alegerea tehnicilor de prelucare și conservare pentru produse alimentare specifice, se bazează pe următoarele criterii: costul de producție, nivelul de producție, tipul de produs (lapte, carne, carne de pasăre, fructe sau legume), termenul de valabilitate și modul de utilizare al produsului final (gata pentru consum sau gata pentru preparare).
5.2.
CLASIFICAREA METODELOR DE PRELUCRARE A ALIMENTELOR PENTRU CONSERVARE
Prelucrarea produselor alimentare pentru prelungirea duratei de valabilitate, sau pentru pentru modificarea atributelor senzoriale a apărut cu mii de ani în urmă, așa cum evidențiază descoperirile din ultimul secol. Astfel, în anumite înscrisuri sunt evidețiate: uscarea la soare, uscarea prin ventilaţie naturală sau cu foc, sărarea şi conservarea în grăsime 175
ori zahăr, conservarea măslinelor în apă (la Palatul din Cnossos au fost descoperite ulcioare în care erau păstrate măsline, acum 4000 de ani. Procede similare se utilizau şi pentru fructe, pentru condimente, prin păstrarea în alcool sau oţet, în cazul ouălor se folosea o soluție ușor acidifiată. Procedeul de fermentarea se folosea pentru pâine, (utilizată în Turcia cu 900 de ani în urmă), pentru băuturi alcoolice precum: cidru, bere și vin. Păstrarea alimentelor în frig artificial a fost folosită prima dată cu cca. 4000 de ani în urmă, de vânători (așa cum atestă dovezile descoperite la graniţa austro-italiană, la o altitudine de 3200 m), care păstrau în ghiaţă vânatul. Romanii păstrau peştele, langustele și stridiile în ghiaţă pentru a-și păstra proaspețimea până ajungeau la Roma. Populația nordică îngropa carnea și peştele în zăpadă ori ghiaţă. La curțile împăraților se servea îngheţată de fructe şi miere (în timpul lui Alexandru cel Mare şi Nero), în timp ce Ludovic al XIV-lea a amenajat un spațiu frigorific în incinta Palatului de la Versailles pentru conservarea alimentelor. După Vizireanu C. (2003), tehnicile de prelucrare pentru conservarea alimentelor poate fi clasificate astfel: I. După acțiunea exercitată asupra microroganismelor 1. Eliminarea microorganismelor prin separare fizică: - microfiltrare; - ultracentrifugare. 2. Distrugerea microorganismelor (sterilizare) prin : acţiunea căldurii: - fierbere clasică (100ºC); - sterilizare – apertizare (110...140ºC); - UHT; radiaţii ionizante (sterilizare la rece): - electroni acceleraţi; - raze γ şi X; - radiaţii ultraviolete; folosirea antisepticelor lichide sau gazoase: 176
- alcooli; - acizi; - conservanţi chimici. 3. Efect de oprire a înmulțirii microorganismelor – efect de protecţie și nu de eliminare: utilizarea temperaturilor scăzute: - refrigerarea prin scăderea temperaturii aproape de temperatura limită de 0ºC - refrigerare în vid; - congelare; - supracongelare; reducerea conţinutului de apă (eliminarea a 60-70% din apa de constituţie): - uscare şi uscare-afumare; - deshidratare; - liofilizare; protecţie prin încorporare de inhibitori: - sărare uscată şi umedă; - conservare în saramură; - conservare cu zahăr; - afumare; - conservare în oţet (marinare); - fermentaţie (produse lactate). 4. Tehnici mixte (cu utilizarea a minim două din tehnicile menționate anterior) : - refrigerare în atmosferă controlată; - tratament termic urmat de refrigerare; - tratament cu radiaţii ionizante şi refrigerare; - prin fermentare şi pasteurizare sau sterilizare; - prin acţiunea asupra activităţii apei (aw); - prin acţiunea asupra pH-ului. II. În funcție de principiile biologice (Vizireanu C.,2003): 1. Anabioza – care împiedică desfăşurarea proceselor vitale, atât pentru alimente cât şi pentru factorii de alterare a alimentelor (dăunători, microorganisme, etc). Se poate obține: 177
Cu mijloace fizice – fizioanabioza (psihroanabioză – refrigereare; crioanabioză - congelare lentă ori rapidă; xeroanabioza - deshidratare parţială sau uscarea produselor alimentare; osmoanabioza - haloosmoanabioza, sau sărarea produselor; Saccharosmoanabioza). Cu mijloace chimice – chimioanabioza (acidoanabioza acidifierea artificială sau utilizarea oţetului drept agent de conservare; anoxianabioza - utilizarea gazelor inerte precum dioxid de carbon ori azot drept bio-inhibanţi; narcoanabioza impregnarea cu dioxide de carbon – dizolvarea acestuia în produse alimentare lichide). Fizioanabioza include: - psihroanabioza – refrigerare; - crioanabioza –congelare; - xeroanabioza – deshidratare şi uscare; - osmoanabioza – sărare (haloosmoanabioza), conservare - cu zahăr (saccharoanabioza). Refrigerarea este tehnica prin care produsul alimentar este răcit până la 0 - 4ºC, având drept efecte asupra produsului: diminuarea vitezei de dezvoltare a microflorei aflate la suprafața și în interiorul produsului; diminuarea unor procese fizice; diminuarea vitezei pentru reacţii catalizate de enzime. Congelarea constituie tehnica prin care temperatura alimentului coboară sub 0 , - 18 ºC, pentru o perioadă de conservare de câteva luni sau mai mult. Efectele evidențiate în aliment sunt: oprirea multiplicării microorganismelor şi eliminarea prin criosterilizare a formelor de rezistență pentru patogenilor sensibile; blocarea multor reacţii biochimice. Deshidratarea se obține prin evaporarea apei din constituția produsului prin aducerea sa la suprafaţa produsului alimentar supus deshidratării, până la limita de împiedicare a dezvoltării microorganismelor (aw < 0,7). După modul de aportare a căldurii, uscarea se face: - prin convecţie – de la agent la produs; - prin conducţie –prin produs; 178
prin radiaţie – de la surse exterioare; prin încălzire în dielectrică (uscare cu curenţi de înaltă frecvenţă, microunde). După modul de îndepărtare a apei din produse, metodele de uscare sunt: - uscare în aer; - uscare în vid; - uscare prin convecţie la presiune atmosferică, cu variantele: - uscare clasică, în camere, tunele sau cu benzi; - uscare în strat vibrator, variantă pentru uscarea prin fluidizare (bucăţi sau granule); - uscare în strat fluidizat pentru legume feliate, sare, făină, zahăr, carne cuburi, cereale. - uscare în strat de spumă –cu variantele: - uscare în fileu subţire de spumă, - în strat (străpuns de spumă); - uscare prin dispersie, pentru produse lichide, piureuri, paste, inaplicabil la produse solide. Permite păstrarea în întregime principiilor nutritive, inclusiv a atributelor senzoriale ale produsului supus tratamentului; - uscare prin pulverizare, care are ca variante: - uscare prin pulverizare cu spumă; - uscare prin pulverizare în aer - procedeu Birs. Aplicabilă lichidelor şi semilichidelor; - uscarea prin conducţie la presiune atmosferică; - uscare sub presiune. Tehnici speciale de uscare: - uscare cu radiaţii infraroşii; - uscare cu microunde; - uscare favorizată de ultrasunete; - uscare azeotropă; - uscare parţial osmotică. Tehnicile de conservare combinate cu tehnici de uscare frecvent utilizate în industria alimentară: - uscare combinată cu blanşare – la fructe; -
179
uscare combinată cu blanşare şi expandare – cartofi, morcovi, rădăcinoase felii; uscare combinată cu încălzire – expandare; uscare combinată cu expandare prin extrudare termoplastică; dehidrocongelarea –scăderea umidităţii până la 50% la congelare; criodeshidratarea – liofilizare. Conservarea prin sărare permite creşterea concentraţiei sucului celular și creșterea presiunii osmotice, generând: distrugerea vitalităţii microorganismelor, diminuarea cantităţii de apă disponibilă microorganismelor, fixarea ionilor de Na+ şi de Cl- la legăturile peptidice, micşorarea solubilităţii oxigenului și inhibarea activității microorganismelor. Sărarea alimentelor permite: – ameliorarea conservabilității alimentelor; – îmbunătăţirea însușirilor senzoriale legate de textură și gust. Conservarea cu adaos de zahărul, se obține prin aport de de zahăr până la generarea creşterii presiunii osmotice pentru faza lichidă a alimentului, pentru împiedicarea dezvoltării (scăderea aw sub limita de dezvoltare a microorganismelor. 2. Cenoanabioza , constituie metoda prin care se generează în aliment condiţii propice pentru dezvoltarea unor microorganisme care prin evoluția lor în ciclul vieții, secretă în produsele alimentare compuși care acţionează ca bacteriorstatice pentru microflora de alterare a alimentelor; sunt stimulate şi procese de maturaţie a produselor alimentare. Se poate obține: - Cu mijloace fizice – fiziocenoanabioza (halocenoanabioza - sărarea slabă şi maturarea unor specii de peşte). - Cu mijloace chimice sau biochimice – chimiocenoanabioza (alcoolcenoanabioza –alcoolizarea naturală sau utilizarea fermentaţiei alcoolice pentru vin, bere etc; acidocenoanabioza - acidifiere naturală). -
180
3. Abioza sau absența vieţii – se obține prin următoarele tehnici: - fizice – fizioabioza; - chimice – chimioabioza; - mecanice – mecanoabioza. Procedeele fizice ale abiozei sunt: - termoabioza – conservarea produselor alimentare prin intermediul căldurii (pasteurizarea şi sterilizarea) prin tehnici convenționale şi moderne (microunde, radiaţii IR, încălzire ohmică); - atermoabioza – procedeu non-termic unde tratarea produselor se face prin intermediul tehnologiilor care utilizează presiunile înalte, câmpul magnetic, câmpului electric pulsatoriu şi lumina pulsată, ultrasunete; - radioabioza – procedeu non-termic prin care conservarea produselor alimentare se face utilizând radiaţiile gama şi electronii acceleraţi cu radiaţii UV; - antiseptabioza – conservarea produselor alimentare cu ajutorul substanţelor antiseptice, bacteriocinelor (parţial) şi antibioticelor secretate de microorganisme (parţial); - sestobioza – îndepărtarea microorganismelor prin filtrare sterilizantă (diferite tehnici de membrană); - aseptoabioza – ambalarea produselor deja conservate în condiţii aseptice (spaţii aseptice).
5.3. TEHNOLOGII EMERGENTE FOLOSITE ÎN PROCESAREA ȘI CONSERVAREA PRODUSELOR ALIMENTARE În acest subcapitol se face o analiză a diferitelor tehnolgii emergente de procesare, termice și non-termice, cu referiri asupra avantajelor, dezavantajelor și aplicațiilor acestora în diferitele sectoare ale industriei alimentare, pentru produse alimentare proaspete sau prelucrate. 181
Tratamentul termic convențional a fost conceput pentru a oferi siguranța alimentelor, însă poate conduce la schimbări nedorite atât din punct de vedere nutrițional dar şi legat de proprietățile senzoriale ale alimentelor. Pentru a fi evitate aceste schimbări nefavorabile în timpul tratamentului termic, în ultimele decenii, au fost supuse cercetărilor, noi tehnologii alimentare non-termice. Utilizarea presiunii hidrostatice ridicate, utilizarea câmpurilor electrice pulsatorii, procesarea în lumină pulsatorie de înaltă intensitate și plasma rece, constituie opțiuni viabile pentru extinderea termenului de valabilitate a produselor alimentare. Prelucrarea termică produselor alimentare constituie o tehnică clasică pentru a asigura siguranța microbiologică a alimentelor. Această tehnică conduce însă la modificări nedorite în atributele senzoriale ale alimentelor (prin supraîncălzire) sau la o valoare nutritivă scăzută a produselor alimentare. Interesul consumatorilor pentru calitatea alimentelor a crescut, iar interesul acestora pentru produsele alimentare de înaltă calitate, cu valoare nutritivă mai mare și atributele senzoriale legate de prospeţime, au condus la dezvoltarea unor tehnologii non-termice de prelucrare a produselor alimentare ca alterative pentru tratamente termice conventionale. Între aceste noi tehnologii, tehnologia care foloseşte presiune hidrostatică înaltă și cea bazată pe câmpurile electrice pulsatorii, sunt cele mai utilizate şi cercetate, în egală măsură. Tehnologia de procesare prin intermediul presiunii hidrostatice înalte constituie o tehnologie inovativă pentru conservarea alimentelor, care protejează atributele senzoriale ale alimentelor și determină producerea de pierderi minime în calitatea produsului. În plus, are potențialul de a îmbunătăți eficiența energetică și durabilitatea producției de alimente. Tehnologia bazată pe câmpul electric pulsatoriu constituie o tehnologie non-termică, ce furnizează către consumatori alimente prelucrate minim, cu calitate nutriţională şi 182
proaspeţime, în condiții de siguranță maximă. (Bilbao-Sáinz C., Younce F.L., Rasco B., Clark S., 2009). Tehnologia bazată pe câmpul electric pulsatoriu a fost aplicată pentru conservarea produselor alimentare lichide, ca etapă preliminară pentru procesarea produselor alimentare solide, precum şi pentru uscare și extracție. Aceste tehnologii se bazează pe efectul letal al presiunii hidrostatice ridicate și respectiv al câmpurilor electrice puternice, având ca scop prezervarea caracteristicilor de calitate și un termen de valabilitate mai lung. În ultimii ani, descărcarea arcului electric de înaltă tensiune și plasma rece, sunt propuse ca procedee alternative de procesarea non-termică pentru produsele alimentare. Pocedeul descărcării arcului electric de înaltă tensiune constă în utilizarea energiei electrice pentru a pasteuriza de fluide, prin descărcare rapidă de energie electrică printr-o breşă a electrodului, generându-se unde intense și electroliză, inactivându-se astfel microorganismele (Morris C., Brody A.L, Wicker L., 2007). Utilizarea descărcării arcului electric pentru alimentele lichide nu este în mare măsură adecvată deoarece, în timpul descărcării electrice, are loc electroliza și formarea de substanțe chimice extrem de reactive. Plasma rece reprezintă o tehnologie de decontaminare relativ neexplorată, care nu necesită condiții de proces extreme, comparativ cu metoda anterioară (Rod S.K., Hansen F., Leipold F., Knochel S., 2012). Deși mai multe cercetări au demonstrat eficacitatea plasmei pentru distrugerea microorganismelor, sunt necesare cercetări suplimentare legate de modificările nutriționale și chimice în produsele alimentare tratate cu plasmă, pentru a evalua cu exactitate efectul tratamentelor asupra calităţii produselor și duratei termenului de valabilitate, dar și pentru a confirma că produsele secundare generate nu sunt dăunătoare. Deși toate cele patru procedee menţionate oferă mari oportunități pentru conservarea alimentelor, acestea sunt de multe ori dificil de utilizat din anumite puncte de vedere, în 183
producție practică, sunt costisitoare și necesită de echipamente specializate și personal instruit. Mai mult decât atât, ar trebui să fie luate în analizate problemele legate de acceptare în rândul consumatorilor, precum și problemele de siguranță alimentară. În plus, cea mai mare parte a producătorilor alimentari europeni, sunt societăți mici, cu puține resurse și expertiza limitată în a dezvolta și implementa noile tehnologii emergente. 5.3.1. Utilizarea tehnologiei industria alimentară
microundelor
în
Încălzirea cu microunde se referă la utilizarea undelor electromagnetice de anumite frecvențe, pentru a genera încălzirea produselor alimentare. Atunci când un produs alimentar ambalat special pentru microunde ,este plasat într-un cuptor cu microunde și apoi cuptorul activat, partea alimentului de la marginea ambalajului se încălzeșc mai repede, gradientul de temperatură dezvoltându-se între centru și margini. Microundele sunt unde electromagnetice a căror frecvență variază între 300 MHz la 300 GHz. Cuptoarele domestice cu microunde operează la o frecvență de 2,45 GHz, în timp ce sistemele industriale cu microunde, funcționează la frecvențe de 915 MHz și 2,45 GHz (Datta A.K. și Anantheswaran R.C., 2000). 5.3.1.1 Mecanismul de funcționare Interacțiunea dipolară. Odată ce energia microundelor este absorbită, moleculele polare precumfi moleculele cele de apă din interiorul produselor alimentare, se vor roti în funcție de câmpul electromagnetic alternativ. Molecula de apă este un ‘dipol’, cu un capăt încărcat pozitiv și un capăt cu sarcină negativă. Similar acțiunii magnetului, acești ‘dipoli’ se vor
184
orienta şi vor fi supuși unui câmp electromagnetic. Rotirea moleculelor de apă va genera încălzirea produsului alimentar. Înteracțiunea ionică. În plus față de moleculele de apă dipoli, compușii ionici (sărurile dizolvate) din produsele alimentare pot fi accelerați în câmp electromagnetic și ciocniți prin alte molecule, pentru a produce energie termică. Încălzirea cu microunde este cauzată, prin urmare, de capacitatea materialelor de a absorbi energia microundelor și a o transformă în căldură. Încălzire cu microunde a materialelor alimentare are loc în principal ca urmare a mecanismelor de dipolare și ionice. Prezența umidității sau apei provoacă încălzirea dielectrică datorită naturii dipolare a moleculelor de apă. Atunci când un câmp electric oscilant este incident cu moleculele de apă, moleculele dipolare polarizate permanent încearcă să-și regleze poziția în direcția câmpului electric. Datorită frecvenței mari a câmpului electric, această realiniere are loc la nivelul de un milion de ori pe secundă, producând frecarea internă a moleculelor, având ca rezultat încălzirea volumetrică a produsului. Există mulți factori care afectează încălzirea și distribuția căldurii la echipamentele cu microunde, dar cei mai importanți sunt: proprietățile dielectrice și adâncimea de penetrare. Un echipament cu microunde are în general următoarele componente esențiale: Sursa de alimentare și de control, ce controlează puterea de alimentare a magnetronului și timpul de procesare, Magnetronul, care este un tub cu vid, în care energia electrică este convertită la un câmp electromagnetic oscilant (frecvență de 2450 MHz pentru cuptoarele cu microunde de uz casnic, a fost scoasă din fabricație). Ghidul de unde, este un tub metalic rectangular, care direcționează microundele generate de magnetron, către spațiul de tratament al alimentelor. Aceasta ajută la prevenirea expunerii directe a magnetronului la orice împroșcare din aliment, care ar putea interfera cu funcționarea magnetronului 185
Agitatorul, este de obicei folosit pentru a distribui microundele de la ghidul de undă, pentru a permite o mai mare uniformitate a tratamentului în aliment. Masa rotativă, rotește produsele alimentare prin fixare în interiorul cavităţii pentru produse, permiţând produselor alimentare să fie expuse în mod egal la microunde. Cavitatea pentru produs, reprezintă spațiul unde produsul alimentar este încălzit sau uscat, atunci când este expus la microunde. Ușa și sistemul de închidere, permit accesul la aliment în cavitatea de acțiune a microundelor. Ușa și sistemul de închidere sunt special construite astfel că împiedică scurgerile de microunde, prin spațiul dintre ușă și cavitatea produsului. 5.3.1.2. Procese specifice în care sunt utilizate tehnicile cu microunde Microundele au fost folosite cu succes pentru multe procese alimentare, în prepararea, uscarea și pasteurizare produselor alimentare. Cunoașterea de proprietăților dielectrice este foarte importantă în proiectarea unui cuptor cu microunde. Distribuția temperaturii poate fi neuniformă în timpul încălzirii cu microunde, putând fi afectată forma, dimensiunea și poziția unui produs alimentar. Procesarea alimentelor cu ajutorul microundelor este afectată de prezența umidității și a conținutului de grăsime din produsul alimentar, dar prezintă avantajul legat de prezervarea mai bună a gustului, culorii și valorii nutritive a alimentelor, comparativ cu cele preparate prin alte metode convenționale. Pasteurizarea cu ajutorul microundelor s-a dovedit a fi mai eficientă în distrugerea patogenilor sau în inactivarea enzimelor, datorită îmbunătățirii semnificative sau mai precis a amplificării efectelor termice.
186
Tehnica microundelor combinată cu alte tehnici de uscare, precum uscarea cu ajutorul aerului, uscarea în infraroșu sau în vid, uscarea prin congelare, a evidențiat caracteristici mai bune ale procesului, comparativ cu metodele respective de uscare, analizate individual sau cu utilizarea tehnicii individuale a microundelor. Deși energia microundelor are aplicabilitate pe scară largă, fiind utilizează în diferite procese alimentare, sunt încă necesare studii pentru îmbunătățirea anumitor aspecte. În mod particular, este necesară aprofundarea tehnicilor de obținere a produselor alimentare finite cu calități senzoriale și nutritive superioare. O altă zonă de interes o reprezintă îmbunătățirea eficienței energetice în prepararea alimentelor prin intermediul microundelor. În pofida caracterului complex al interactiunilor microunde-produse alimentare, vor fi necesare cercetări care să ofere rezultate pentru o mai bună înțelegere a procesului. Aplicații ale tehnologiei cu microunde Tehnologia cu microunde este folosită în coacere, fierbere, concentrare, preparare, uscare, deshidratare, finalizarea uscării, uscarea prin înghețare, pasteurizare, sterilizare, temperizare și decongelare. 5.3.2. Utilizarea presiunii hidrostatice ridicate în industria alimentară Tehnologia cu presiune hidrostatică ridicată oferă industriei alimentare o tehnologie inovatoare în curs de dezvoltare, pentru conservarea produselor alimentare, care minimizează pierderile calităţilor fizico-chimice și nutriționale ale produselor alimentare, produse care corespund cerinţelor consumatorilor legate de prospeţime (Bilbao-Sáinz C. şi colab., 2009). Procedeul este utilizat pentru păstrarea unei game largi de produse alimentare: carne, pește și fructe de mare, lactate și produse legumicole, mâncăruri gata preparate, dar și pentru unele produse fermentate precum berea sau vinul (Min S şi 187
colab., 2007). Presiunea acționează în mare parte instantaneu și uniform în toate punctele produselor alimentare, ceea ce înseamnă că indiferent de forma sau de dimensiunea alimentelor, efectul presiunii este uniform distribuit în conformitate cu legea Pascal22 (Rendueles E. Şi colab., 2011). Condițiile de procesare sunt situate în mod normal în intervalul de 300-800 MPa, combinate cu perioade diferite de timp, în general minute, care determină inactivarea microorganismelor. Mecanismul de inactivare a microorganismelor, prin intermediul presiunii hidrostatice ridicate, are loc la energie scăzută și nu promovează formarea de compuși chimici nedoriţi ori radicali liberi, aşa cum se întâmplă atunci când alimentele sunt iradiate de exemplu. Presiunea de 600 Mpa este considerată de mulți autori ca valoare de prag și de asemenea poate fi apreciată ca economică și microbiologic sigură pentru realizarea nivelul pasteurizare, dacă este combinată cu temperaturi cuprinse între 35-55°C (Garriga M. şi colab., 2004). Factorii critici care pot afecta inactivarea eficientă prin intermediul presiunii hidrostatice ridicate sunt: nivelul de presiune, timpul de presiune, timpul de atingere a presiunii pentru tratament, încălzirea adiabatică, timpul de decompresie, temperatura tratamentului și temperatura inițială a produsului, factorii intrânseci ai alimentului (pH, compoziție, activitatea apei, materiale de ambalare) și factori extrinseci dinainte de prelucrare, în timpul depozitării şi distribuţiei (Perera N., şi colab., 2010). Tehnologia de procesare a alimentelor cu presiune hidrostatică înaltă, are potențialul de a produce alimente de înaltă calitate, care evidenţiază însușirile specifice produselor proaspete, fiind în egală măsură sigure din punct de vedere microbiologic. Un avantaj important al acestei tehnici este acela conform căruia, alimentele pot fi supuse la presiuni ridicate cu sau fără ambalaj, eliminându-se posibilitatea 22
Presiunea exercitată într-un punct de pe suprafaţa fluidului, se transmite integral în toată masa fluidului şi în toate direcţiile
188
contaminării post tratament. Cu toate acestea, utilizarea doar a tratamentul cu înaltă presiune hidrostatică, adesea nu este suficientă pentru reducerea substanțială a numărului de spori viabili, fiind identificati spori aparținând unor specii care au supraviețuit la presiuni de până la 1200 MPa, la temperatura camerei (Devlieghere F. şi colab., 2004). Pentru a rezolva acest dezavantaj important al metodei, cercetătorii au oferit ca soluţie, combinarea prelucrării sub presiune cu alţi factori limitativi: creșterea temperaturii și presiunii, mărirea duratei de expunere, presiunea ridicată asociată cu pH-ul scăzut al mediului, combinarea cu anumiţi agenți antimicrobieni (de exemplu Nisin) (Devlieghere F. şi colab.,2004). Aplicarea simultană a tratamentelor cu înaltă presiune și a temperaturilor ridicate, pot produce efecte nedorite asupra filmelor de ambalare a alimentelor, cum ar fi: pierderea barierei de oxigen, fenomene de delaminare și modificări inacceptabile ale integrităţii structurii ambalajelor. Selecția și optimizarea structurii ambalajelor, pentru această metodă de prelucrare cu presiune hidrostatică ridicată, capătă o importanță extremă pentru producătorii de alimente, referitor la procesarea corectă, extinderea perioadei de valabilitate, marketing, logistică și distribuție (Mensitieri G. şi colab., 2013). Un dezavantaj important al utilizării tehnologiei de procesare cu înaltă presiune hidrostatică, pentru momentul actual, îl constituie costul acestui technogii. Tehnologia de procesare cu înaltă presiune hidrostatică nu trebuie să fie confundată însă cu procesul de presiune hidrodinamică. Presiunea hidrostatică face referire la caracteristicile lichidelor și a presiunii într-un lichid sau exercitată de un lichid pe un obiect scufundat. Hidrodinamica se referă la mișcarea fluidelor și la forța care acestea acționează asupra corpurilor solide cufundate în aceste fluide. Tehnologia cu presiune hidrodinamică, constituie o tehnologie nouă, folosită pentru a prelungi perioada de valabilitate a produselor din carne, în special pentru frăgezirea 189
cărnii cu ajutorul undelor de șoc din detonarea subacvatică a unor materiale explozive. Efectele tratamentului cu presiune hidrodinamică la prelucrarea produselor din carne nu sunt pe deplin înțelese, efectuându-se în continuare studii cu privire la prelucrarea produselor din carne cu diferite texturi, pentru a determina efectele acestei tehnologii asupra calităţii produselor supuse tratamentului (Bowker B. şi colab., 2010). 5.3.3. Utilizarea câmpurilor electrice pulsatorii în industria alimentară Tehnologia cîmpurilor electrice pulsatorii este utilizată în industria alimentară pentru a procesa și a conserva alimente în stare lichidă și semilichidă, fără bule de aer. Acest procedeu este mai eficient decât tratamentele termice convenţionale ale produselor alimentare, prezentând numeroase avantaje în comparaţie cu acestea: o mai bună prezervare a aromei, culorii și valoarii nutriționale, îmbunătățirea funcționalităţii proteinelor, creşterea duratei termenului de valabilitate și nivelurile reduse de patogeni (Stoica M. şi colab., 2011). Câmpurile electrice pulsatorii implică descărcarea de înaltă tensiune electrică în impulsuri scurte, care provoacă o permeabilizare tranzitorie sau permanentă a membranelor celulare (García D. şi colab., 2007). Aplicarea cu succes a tratamentului cu cîmpuri electrice pulsatorii, depinde de factori biologici, precum: tipul de celule, mărimea și forma celulelor, densitatea şi poziţionarea celulelor; sunt apreciate ca importante şi proprietățile fizice și chimice ale alimentelor (conductivitate, pH-ul și concentraţia ionilor). Utilizarea tehnologiei cîmpurilor electrice pulsatorii pentru procesarea şi conservarea produselor alimentare prezintă numeroase avantaje, precum: inactivarea microorganismelor, prelucrare cu efect minim sau inexistent asupra atributelor legate de calitatea produselor alimentare; retenția aromei proaspete și a gustului produselor alimentare; poate fi aplicată 190
și în alte procese industriale alimentare precum extracția de zahăr din plante. Eficiența tehnologiei cîmpurilor electrice pulsatorii este superioară metodelor convenţionale termice, din toate punctele de vedere (Grimi N. şi colab., 2011.). Din analiza literaturii de specialitate, se concluzionează că unii autori apreciază tehnologia cîmpurilor electrice pulsatorii ca având un dezavantaj major, legat de de supravieţuirea unor spori rezistenți la acest tratament. Acest dezavantaj identificat, conduce la alegerea metodelor termice ca metode preferate pentru procesarea produselor alimentare (Fryer P. J., Versteeg C., 2008). Sporii care persistă în produse alimentare în timpul prelucrării, conduc la alterarea acestora înainte de exprirarea termenului de valabilitate estimat. Alte carenţe legate de utilizarea sistemelor tehnologiei cîmpurilor electrice pulsatorii sunt legate de faptul că nu au fost studiate suficient, nefiind încă optimizate adecvat pentru a justifica utilizarea lor în prelucrarea produselor alimentare. Există o disponibilitate comercială limitată a sistemelor de procesare care utilizează cîmpurile electrice pulsatorii, din cauza costurilor inițiale ridicate. Costurile legate de investiția inițială sunt apreciate ca fiind mai mari decât la celelalte sisteme de prelucrare a produselor alimentare, cum ar fi refrigerarea (Min S. Şi colab., 2007). Prin urmare, limitările de ordin tehnic și economic în achiziționarea acestor sisteme au contribuit la utilizarea lor mai redusă în prelucrarea produselor alimentare, prin comparație cu metodele termice. Costul lor ridicat, a determinat reticenţa operatorilor din industria de prelucrare a produselor alimentare în achiziționare a acestor sisteme. Cea mai mare parte a industriei alimentare a continuat să folosească metode de prelucrare convenționale, prin conservare și refrigerare. Combinaţia dintre folosirea presiunii hidrostatice ridicate şi a cîmpurilor electrice pulsatorii, constituie una dintre cele mai interesante combinații de tehnologii emergente, care, de altfel, nu a fost studiată până în prezent, datorită efectului 191
sinergetic presupus microorganismelor.
acestora
al
în
inactivarea
5.3.4. Utilizarea descărcării arcului electric de înaltă tensiune în industria alimentară Descărcarea arcului electruic a fost folosită în multe domenii, precum: biochimie, biologie, medicină, la inactivarea microbiană a produselor alimentare, precum și la extragerea bio-compușilor din diferite produse (Boussetta N. Şi colab., 2009, 2012). Una din caracteristicile importante ale acestei tehnologii este generarea unor puternice și dinamice unde de șoc, de un arc electric. Descărcare în arc conduce la o multitudine de efecte fizice și chimice. Presiunea înaltă a undelor de şoc induce bule de cavitație, care pot crea șocuri secundare puternice de o durată foarte scurtă. Aceste șocuri pot interacționa cu structuri ale celulelor. Fenomenele produse, pot conduce la ruperea mecanică a membranelor celulare care accelerează extracția compușilor intracelulari. Descărcarea în arc la înaltă tensiune, determină formarea în produsele alimentare de radicali liberi, foarte reactivi. Radicalii liberi sunt compuși toxici, care servesc pentru inactivarea anumitor componente intracelulare necesare pentru metabolismul celular. Inactivarea bacteriană, de exemplu, prin utilizarea acestei metode, nu a fost cauzată de încălzire, ci de pierderea ireversibilă a funcționalităţii membranei care se constituia ca o barieră semipermeabilă între celula bacteriană și mediul înconjurător. Mai mult decât atât, a fost remarcată formarea de radicali liberi de oxigen și alți compuși oxidanți, ca şi compuși toxici. Dezavantajele majore ale acestei metode ar putea fi: contaminarea alimentelor supuse tratamentului cu produse chimice de electroliză și dezintegrarea particulelor de alimente din cauza undelor de şoc.
192
5.3.5. Utilizarea plasmei reci în procesarea produselor alimentare Utilizarea plasmei23 reci în prelucrarea non-termică a produselor alimentare, constituie o tehnologie, proiectată pentru inactivarea microorganismelor patogene și pentru îmbunătățirea siguranței produselor alimentare (Niemira B.A., 2012). Plasma rece reprezintă un gaz ionizat, care cuprinde un număr mare din diferite specii de particule, precum: electroni, ioni pozitivi și negativi, radicali liberi, electroni și atomii de gaz, fotoni, fiind recomandată pentru utilizare în procesele pentru care nu sunt recomandate temperaturi ridicate. Plasma rece ar putea fi utilizată în inactivarea microorganismelor de pe suprafata alimentelor proaspete și prelucrate. Acumularea de particule încărcate, poate determina ruptura membranelor celulare. Oxidarea lipidelor, a aminoacizilor și acizilor nucleici cu specii reactive de oxigen şi azot, poate provoca modificări care conduc la moarte sau leziuni microbiane. Contribuția mecanismelor menționate, depinde de caracteristicile plasmei și de tipul de microorganisme (Nehra V. şi colab., 2008). Plasma rece a fost folosită în industria alimentară, inclusiv la decontaminarea produselor agricole materii prime, precum: mere, salata verde, migdale, mango şi pepene galben, a suprfaeţei la ouă și sistemul de alimente preparate. Există însă puține studii referitoare la aplicarea acestei tehnologii în sistemele de preparare a produselor alimentare, precum şi la efectele tratamentului cu plasmă rece asupra proprietăților nutriționale și chimice ale produselor alimentare. Limitările tratamentului cu plasmă rece sunt date de tinereţea acestei tehnologiei, de complexitatea echipamentului 23
Plasma, constituie a patra stare a materiei reprezintă amestecuri de ioni, electroni, atomi, radicali sau molecule neutre/excitate cu energie superioară superioară stării neutre. Descărcările electrice de tip plasmă rece sunt caracterizate de speciile active şi radicali metastabili. Descărcările de tip plasmă rece sunt produse de reactoarele electrochimice de tip Corona, „barieră dielectrică” (DBD) şi Glidarc.
193
necesar şi de impactul în mare parte neexplorat al tratamentului asupra calităților senzoriale și nutritive ale alimentelor. Sunt utile rezultate noi ale cercetării, din care să rezulte că tratamentul nu ar putea avea un impact negativ asupra proprietăților organoleptice și nutritive ale alimentelor şi pentru a se stabili măsura în care utilizarea plasmei reci afectează perioada de valabilitate şi proprietățile chimice ale produselor alimentare. Din consultarea literaturii de specialitate, se concluzionează că sunt necesare studii suplimentare din care să rezulte aplicabilitatea acestei tehnologii, referitoare la aspectele de siguranță și de cost în utilizarea sa efectivă în vederea extinderii în industria alimentară (Misra N. şi colab., 2011). Combinând tratamentul cu plasmă rece cu alte tratamente nontermice, s-ar putea obţine un progres în acest domeniu pentru viitor, în care caz efectele sinergice ar putea fi evidente. Extinderea acestei tehnologii rămâne însă, pentru moment, o provocare ce merită analizată și soluționată. 5.3.6. Folosirea ultrasunetelor în industria alimentară24 Ultrasunetele reprezintă o formă de energie generată de undele sunetului, la frecvențe care sunt prea înalte pentru a fi detectate de urechea umană, adică peste 16 kHz. Frecvența undelor sonore la urechea umană variază de la 20 Hz la 20 kHz. Ultrasunetele care au frecvențe mai mari de 20 kHz sunt denumite ‘Ultrasonice’ sau ‘Supersonice’. Termenul de ‘Supersonic’ este folosit pentru undele sonore care au viteze mai mari decât cea a sunetului. Undele de sunet de frecvențe mai mici de 20 Hz sunt numite ‘Infrasonice’.
24
Prelucrare după lucrarea: Applications of ultrasound in food technology, 2007, Acta Scientiarum Polonorum, Vol. 6, Dolatowski Z.J and at.
194
Ultrasunete, când sunt propagate prin intermediul unei structuri biologice, induc compresii și decompresii ale particulelor din mediu și o mare cantitate de energie poate fi partajată. În funcţie de frecvența utilizată și de amplitudinea undei sonore aplicate, pot fi observate o serie de efecte fizice, efecte chimice și biochimice, care permit o varietate de aplicații ale ultrasunetelor. Tehnologia pe bază de ultrasunete a fost folosită în diverse domenii, precum comunicarea cu animalele (fluiere câine), detectarea defectelor în clădiri construite din beton, sinteza de produse chimice fine și în tratarea unor boli. Dezvoltarea aplicării ultrasunetelor în procesul de prelucrare a alimentelor a început în anii care au precedat cel de-al doilea război mondial, când a fost studiată pentru utilizarea într-o gamă largă de tehnologii, inclusiv emulsionarea și de curățarea suprafețelor. Începând cu anii 1960, aplicaţiile industriale ale ultrasunetelor au fost acceptate, acestea fiind utilizate în curățare și sudură plastică - care constituie şi astăzi aplicațiile cele mai frecvente ale acestei metode (Mason T.J., 2003). În ciuda utilizărilor sale ample și dezvoltării extrordinare, studiul ultrasunetelor este o știință încă tânără. Posibilitatea de a folosi ultrasunete de intensitate scăzută pentru a caracteriza produsele alimentare, a fost realizată pentru prima dată, în urmă cu peste 60 de ani, fiind cea mai recentă dată când tehnica a fost utilizată la întregul său potențial. Există însă o mare nevoie de informaţii, legate de interesul actual faţă de tehnicile pe bază de ultrasunete. Industria alimentară conștienetizează din ce în ce mai mult importanța dezvoltării noilor tehnici analitice, pentru a studia produsele alimentare complexe și pentru a monitoriza proprietățile alimentelor în timpul prelucrării. Tehnicile pe bază de ultrasunete sunt ideale pentru ambele aplicații, menţionate anterior. Instrumentarea echipamentelor cu ultrasunete poate fi deplin automatizată pentru a face 195
măsurători rapide și precise. Tehnicile pe bază de ultrasunete sunt non-distructive şi non-invazive, pot fi ușor adaptate pentru aplicații on-line și folosite pentru analiza sistemelor optic opace. În termeni de tehnologie alimentară, putem găsi aproape toate exemplele de prelucrare la care ultrasunetele pot fi aplicabile. Până de curând, majoritatea aplicațiilor cu ultrasunete din industria alimentară, erau întâlnite la analiza non-invazivă cu referire specială la evaluarea calității. Astfel de aplicații utilizează tehnici care sunt similare cu cele dezvoltate în medicină pentru diagnosticare sau cu testarea non-distructivă, folosind ultrasunete cu înaltă frecvență şi de mică putere. Exemple de utilizare a unor astfel de tehnologii se regăsesc în locaţiile în care apar corpuri străine în produsele alimentare, la analiza dimensiunii picăturilor din emulsiile de grăsimi și uleiuri comestibile și la determinarea gradului de cristalizare şi topire în picăturile de emulsie dispersate. Relația dintre proprietățile ultrasonice măsurabile ale alimentelor (viteză, coeficient de atenuare și impedanţă) și proprietățile lor fizico-chimice ale acestora (compoziția, structura și starea fizică), constituie baza analizei cu ultrasunete. Această relație poate fi stabilită fie empiric, prin pregătirea unei curbe de calibrare privind proprietatea de interes care să fie măsurată cu ultrasunete, sau teoretic, prin utilizarea de ecuații care descriu propagarea de ultrasunete în produse. Prin monitorizarea atenuării unui impuls ultrasonic, sa dovedit că este posibil să se determine gradul de omogenizare a grăsimii în lapte. Măsurarea vitezei ultrasunetelor în combinație cu atenuarea unui impuls ultrasonic, pot fi utilizate pentru a estima gradul de emulsionare în produse alimentare de acest tip. Este de asemenea posibil să se determine factori precum gradul de smântânire a unei probe, adică mișcarea particulelor solide/picaturilor de grăsime la suprafața produsului. Aceste informații oferă detalii, de exemplu, referitoare la stabilitatea pe termen lung a sucurilor de fructe și 196
stabilitatea emulsiilor precum maioneza. Combinația de viteză şi de atenuare a măsurătorilor, pot constitui o metodă de analiză a grăsimilor și uleiurilor comestibile, precum și pentru determinarea gradului de cristalizare și topire a picăturilor de emulsie dispersate. În ultimii ani, tehnologiile alimentare şi-au îndreptat atenția către utilizarea puterii ultrasunetelor în procesarea alimentelor. Dacă ne întoarcem în timp, în anul 1927, a apărut şi a fost remarcată publicaţia autorilor Richards W.T., Loomis A.L., intitulată “Efectele chimice ale undelor sonore de înaltă frecvență I. Studiu preliminar”. Efectele fizice, mecanice sau chimice ale undelor ultrasonice din această gamă, imăplică modificări în proprietățile materialelor (ex.perturbarea integrității fizice, accelerarea unor reacții chimice), prin generarea unei presiuni imense, forfecare și gradient de temperatură, în produsul în care acestea se propagă. Aplicaţiile cu ultrasunete de mare putere depind, în general, de un complex de vibrații induse în mediul de propagare, care produce cavitație în lichide sau în țesuturi biologice. În plus de cavitație, ultrasunetele sunt capabile să slăbească structura fizică a produsului sau a mediului. Una dintre primele utilizări ale ultrasunetelor în procesul de prelucrare a produselor alimentare, a fost în emulsificarea. Emulsiile generate prin intermediul ultrasunetelor sunt adesea mult mai stabile decât cele produse în mod convențional. Studiile realizate în ultimii ani, au evidenţiat că utilizarea ultrasunetelor ca auxiliar tehnologic, poate reduce timpul de producție la iaurt cu până la 40%. Mai mult decât atât, sonicaţia a redus dependența normală a procesului faţă de originea laptelui, în egală măsură contribuind la îmbunătățirea consistenței și texturii produsului. De asemenea, s-a constatat că expunerea la ultrasunete a ouălor de pește, la frecvențe 1 MHz timp de 35 minute, de trei ori pe zi, a condus la reducerea timpului eclozării pentru unele specii de peşte mic de la 72 la 60 de ore. Mai multe rapoarte din literatura de specialitate 197
evidenţiază că tratamentul cu ultrasunete a semințelor înainte de semănat, constituie o metodă eficientă de îmbunătățire a productivăţii culturilor agricole. Una dintre utilizările originale ale puterii ultrasunetelor în biochimie, a fost descompunea membranelor celulelor biologice pentru a eliberarea conținutului. Ulterior, s-a arătat că puterea ultrasunetelor poate fi utilizată pentru activarea enzimelor imobilizate, prin creșterea transportului de substrat către enzimă. Referitor la enzimele în cauză, ultrasunetele pot fi folosite de asemenea ca o metodă de inhibare a acestora. A fost evidenţiat faptul că pepsina pură a fost inactivată prin tratament cu ultrasunete, probabil ca rezultat al cavitației. Prin aplicarea ultrasunetelor timp de peste trei ore, activitatea inițială a peroxidazei, responsabilă pentru dezvoltarea de arome viciate și de pigmenți bruni, a fost redusă în mod progresiv cu 90%. Utilizarea puterii ultrasunetelor îmbunătățește semnificativ extracția compușilor organici conținuţi în compoziţia plantelor și semințelor. Efectele mecanice ale ultrasunetelor asigură o mai mare penetrare a solventului în materiile celulare și îmbunătățeşte transferul în masă. Beneficiile suplimentare, rezultă din întreruperea pereţilor celulelor biologice pentru a facilita eliberarea conținutui acestora. Prin combinarea cu acest proces se îmbunătățeşte transferul de masă, urmare a efectelor microcurenţilor generaţi care conduc la o metodă mai eficientă de extracție a unor componente importante din plante. Sonicaţia accelerează difuzia zahărului, furnizând cel mai ridicat nivel de conținut de substanță uscată și conținut de zahăr din suc. În unele cazuri, sonicaţia a determinat creşterea eficienței extracției la temperaturi mai mici, determinând obţinerea unor produse mai pure, într-un interval de timp mai scurt. Folosind ultrasunetele, a fost îmbunatăţită cu aproape 20% extracția substanţei uscate din frunzele de ceai. Cercetătorii au observat că majoritatea cantităţii de substanţă 198
uscată a fost extrasă în primele 10 minute ale sonicaţiei. S-a evidenţiat de asemenea că prin utilizarea ultrasunetelor s-a obţinut o producţie crescută a enzimei renina din stomacul de vițel. În plus, activitatea extractului ultrasonic s-a dovedit a fi ușor crescută, comparativ cu utilizarea tehnologiei convenționale. Puterea ultrasunetelor s-a dovedit a fi extrem de utilă în procesele de cristalizare, îndeplinind o serie de roluri în iniţiere, formarea cristalelor subsecvente și creștere. Ultrasunetele au fost utilizate de asemenea în procesul de filtrare. Umiditatea unor paste, de exemplu, care conțineau 50% apă, a fost redusă rapid la 25%; prin filtrarea convențională se atingea o limită de doar 40%. Utilizarea tehnologiei cu ultrasunete are mare importanță comercială pentru uscarea acustică. Uscarea, întensificată cu ultrasunete, poate fi efectuată la temperaturi inferioare metodologiei convenționale, reducându-se probabilitatea de oxidare sau de degradare în produs. Prin folosirea ultrasunetelor, transferul de căldură între o suprafață solidă încălzită și un lichid, este mai mare cu aproximativ 30-60%. Tehnologia pe bază de ultrasunete s-a dovedit o metodă eficientă în asistarea congelării alimentelor, iar beneficiile sale sunt numeroase. În plus față rolul său în accelerarea procesul de nucleație a gheții, tehnologia cu ultrasunete poate fi, utilizată în concentrarea congelării și în procesul liofilizare, în scopul de a controla distribuția dimensiunii cristalelor în produsele congelate. În cazul în care tehnologia pe bază de ultrasunete este aplicată în procesul de congelare a alimentelor proaspete, ultrasunetele nu numai că determină creșterea vitezei de congelare, dar îmbunătățesc şi calitatea produselor congelate. Aplicarea puterii ultrasunetelor poate aduce beneficii în fabricarea îngheţatei, prin reducerea dimensiunii cristalelor şi prevenind încrustarea pe suprafața congelată.
199
Printre alte utilizări, tehnologia pe bază de ultrasunete poate îmbunătăți extracția aromelor, filtrarea; în amestecarea, omogenizarea şi precipitarea pulberilor aeropurtate; în eliminarea materialelor spumoase care provoacă dificultăți de ordin general în controlul procesului de fermentație. Urmare a interesului continuu în cercetarea și dezvoltarea instrumentării acestei tehnologii, au fost dezvoltate noi aplicații, precum oxidarea uleiurilor nesaturate, învechirea băuturilor alcoolice, hidratarea acetilenei, decalcifierea oaselor, hidroliza esterilor, etc. 5.3.6.1. Utilizarea ultrasunetelor în inactivarea microorganismelor Cele mai frecvente tehnici utilizate în prezent pentru a inactiva microorganisme din produsele alimentare, sunt pasteurizarea termică convențională și sterilizarea. Prelucrarea termica nu ucide microorganismele vegetative și unii spori; cu toate acestea, eficiența sa este dependentă de temperatură și de timpul de tratament. Eficienţa tratamentului convenţional, depinde de durata și nivelul temperaturii procesului, care sunt, la rândul lor, proporționale cu valoarea pierderii de nutrienți, dezvoltarea de arome nedorite și deteriorare a proprietăților funcționale ale produselor alimentare. Tratamentul cu ultrasunete de mare putere este cunoscut pentru efectul său de deteriorare sau de distrugere a pereţilor celulelor biologice, care în final duce la distrugerea celulelor vii. Astfel, sunt necesare intensități foarte ridicate ale tratamentului cu ultrasunete dacă tratamentul este folosit singular pentru sterilizare permanentă. Utilizarea ultrasunetelor împreună cu alte tehnici de decontaminare, cum ar fi presiunea, temperatura ridicată sau limite extreme ale pH-ului, a oferit rezultate favorabile. Tratamentele termosonice (căldură şi sonicație), cele manosonice (presiune şi sonicaţie) și manotermosonice 200
(presiune, căldură şi tratament ultrasunete), constituie probabil cele mai bune metode pentru a inactiva microorganismele, fiind mult mai eficiente energetic și mult mai eficace. Avantajele tratamentului cu ultrasunete peste pasteurizarea cu căldură, includ: minimizarea pierderii aromei, o mai mare omogenitate și economii semnificative de energie Există numeroase studii şi informaţii legate de impactul ultrasunetelor asupra inactivării microorganismelor.Eficacitatea unui tratament cu ultrasunete, este dependentă de tipul de bacterie care a fost evidenţiată şi de alți factori precum: amplitudinea undelor ultrasonice, timpul de expunere, volumul de alimente prelucrate, compoziția alimentelor și nivelul de temperatură al tratamentului. Efecte bactericide ale ultrasunetelor, au fost observate la suspensiile mediilor de cultură. Spre exemplu formele de Salmonella aflate pe pielea puilor pentru carne, au fost reduse prin sonicaţie în peptonă la 20 kHz, timp de 30 de minute. Rezultatele cercetărilor efectuate la nivel mondial au dovedit că prelucrarea cu ultrasunete poate avea o influență semnificativă asupra contaminării microbiologice a cărnii. Există, prin urmare, un număr mare de aplicații potențiale ale ultrasunetelor de înaltă intensitate, în industria alimentară. Aplicațiile cu ultrasunete de înaltă și de joasă frecvență, şi-au demonstrat utilitatea în modificarea sau pentru caracterizarea proprietăților produselor alimentare. Tehnicile bazate pe utilizarea ultrasunetelor au dovedit astfel superioritate considerabilă faţă de multe dintre tehnologiile utilizate în industria alimentară. 5.3.6.2. Utilizarea ultrasunetelor în tehnologia de preparare a cărnii. Utilizarea tehnologiei cu ultrasunete, a fost consemnată la începutul anilor 1950, ca fiind utilizată pentru estimarea conținutului de grăsime și de mușchi la bovine în viu. Astăzi, 201
tehnologia cu ultrasunete este în mod curent utilizată în industria cărnii de vită pentru: identificarea datelor de sacrificare la bovine, estimarea calităţii şi palatabilităţii, precum și capacităţii de tăiere pentru carcase. Una dintre cele mai importante atribute de calitate care afectează satisfacția consumatorilor și percepție pozitivă a cărnii de vită, este frăgezimea. Lipsa de consecvenţă în furnizarea cărnii de vită cu frăgezime corespunzătoare, este apreciată ca fiind una dintre cele mai importante probleme cu care se confruntă industria cărnii, în prezent. În ciuda interesului pe termen lung al cercetării ştiinţifice în vederea obţinerii calităţii superioare a cărnii pentru consum, rămâne încă un obiectiv important de atins. Frăgezimea cărnii este influențată de compoziție, organizarea structurală și integritatea musculaturii scheletice. Frăgezimea cărnii este determinată de două componente majore ale musculaturii scheletice: țesutul contractil, care este în mare măsură reprezentat de fracțiunea miofibrilară și fracțiunea țesutului conjunctiv. Procesul de maturare a cărnii este mare consumator de timp, eficacitatea acestuia fiind diferită la nivelul speciile de animale sacrificate, în mod obişnuit, bazându-se pe proteazele endogene. “Slăbirea în timp a fibrelor musculare şi separarea lor, explică de ce carnea maturată 14 zile este mult mai fragedă decât cea maturată doar 2-3 zile, de exemplu” (Turtoi M., 2014). Frăgezimea cărnii poate fi controlată prin manipularea condițiilor pre-și post-sacrificare, prin utilizarea unor metode fizice, cum ar fi stimularea electrică și intinderea (suspensia pelviene) a carcasei prerigor. Frăgezimea cărnii postrigor poate fi de asemenea îmbunătățită, prin: metode mecanice precum metoda cu lame sau ace, tehnologia cu înaltă presiune sau proces Hydrodyne, metode chimice și metode biochimice. Importanța frăgezimii în determinarea acceptabilităţii cărnii, precum și necesitatea de a da îmbunătăți constanţa şi rapiditatea proceselor legate de
202
frăgezime, conduce la concluzia că trebuie să fie evaluate alte procese. O soluție ar putea fi utilizarea ultrasunetelor, care pot provoca perturbări fizice ale produselor prin mecanisme legate de cavitație, forfecarea de mare intensitate, presiune şi temperatură, formarea de radicali liberi. Aplicațiile cu ultrasunete destinate schimbării proprietăților fizice și chimice ale cărnii și produslor din carne, au atras interesul a numeroase colective de cercetare din întreaga lume în ultimele decenii, întrucât este o tehnică de fizică pură şi oferă o alternativă la mijloacele chimice sau termice de prelucrare. Ultrasunetele au fost testate pentru capacitatea acestora de a induce distrugerea membranei celulare care ar putea determina creșterea frăgezimii la carne, fie direct prin slăbirea fizică a structurii mușchiului, fie indirect, prin activarea proteolizei sau prin eliberarea de catepsine de lizozomi și /sau a ionilor de Ca + + din spaţiile intracelulare de depozitare, astfel încât aceastea să poată activa calpainele. Tratamentul cu ultrasunete la carne a produs însă și efecte contradictorii asupra frăgezimii cărnii, astfel că unele tratamente cu ultrasunete nu au produs nici un efect asupra frăgezimii cărnii, în timp ce altele au scăzut sau a crescut frăgezimea. Parametrii acustici (frecvență, intensitate, durata tratamentului, temperatură) determină obţinerea de rezultate prin tratamentul cu ultrasunete (frăgezimea cărnii a crescut prin tratamentul cu ultrasunete de frecvență joasă -22..40 kHz. 5.3.6.3. Aplicatii ale tehnologiilor cu ultrasunete în industria alimentară Tehnologia cu ultrasunete poate fi utilizată în: extracție, în inactivarea enzimelor, emulsionare, cristalizare, modificarea vâscozității și degazare, pulverizare sau acoperire, ca antivegetativ și despumant în procesle de fermentaţie.
203
5.3.7. Utilizarea tehnologiei iradierii în industria alimentară Tehnologia iradierii produselor alimentare câștigă din ce în ce mai mult interes la nivel mondial. În comparaţie cu tratamentele termice sau tratamentele chimice, iradierea este mai eficientă și constituie tehnologia adecvată pentru a distruge agenții patogeni din alimente (Farkas J., MohácsiFarkas C., 2011). Tehnica iradierii face produsele alimentare mai sigure pentru consum, prin distrugerea bacteriilor, fiind oarecum similară cu procesul de pasteurizare. Radiațiile nu lasă reziduuri radioactive în produsele alimentare din două motive. În primul rând, razele gamma din Cobalt-60 utilizate în iradierea produselelor alimentare nu deţin suficientă energie pentru a le face radioactive. În al doilea rând, produsul alimentar nu intră în contact cu sursa directă, nefiind astfel posibil ca alimentul să devină contaminat cu materiale radioactive. În scenariul legat de schimbarea comerțului mondial, trecerea la prelucrarea cu radiații a alimentelor capătă o mare importanță. Radiațiile vor prelua rapid statutul de “minune tehnologică”, pentru a satisface cerințele sanitare și fitosanitare ale țărilor importatoare. Produsele alimentare iradiate printr/un tratament pot fi predispuse la recontaminare, cu excepția cazului în care sunt ambalate corespunzător, de aceea dacă radioterapia este destinată controlului alterării microbiologice sau infestării cu insecte, preambalarea devine o parte integrantă a procesului. 5.3.7.1. Utilizarea iradierii pentru conservarea alimentelor Iradierea constituie unul dintre cele mai noi metode de conservare a alimentelor. Tehnica de iradiere face produsele alimentare mai sigure pentru consum, distruge 204
microorganismele, fiind aşa cum am afirmat şi mai devreme, foarte mult similară cu procesul de pasteurizare. Într-adevăr, iradierea întrerupe procesele biologice ale acestora, conducând la apariţia degradărilor și influenţând capacitatea de dezvoltare. Fiind un proces la rece, radiația poate fi folosită pentru la pasteurizarea și sterilizarea alimentelor, fără a provoca modificări în prospețimea și textura produselor alimentare, spre deosebire de tratamentele termice. Mai mult, spre deosebire de fumiganţii chimici, radiațiile nu lăsă reziduuri toxice nocive în alimente, fiind mai eficiente, putând fi utilizate şi pentru a trata produse ambalate. 5.3.7.2.
Utilizarea tehnicii iradierii pentru prelucrarea alimentelor
Iradierea constituie o tehnologie, care poate fi utilizată în condiţii de siguranță, pentru a reduce pierderile alimentare datorate deteriorării, precum și pentru controlul contaminărilor cauzatoare de boli. Iradierea alimentelor folosește energie radiantă - fascicule de electroni, razele gamma25 sau razele x26, pentru a elimina din alimente microorganismele dăunătoare, insecte, ciuperci și alţi dăunători, precum și pentru a întârzia alterarea produselor alimentare. Tratamentul prin iradiere nu lasă urme radioactive în alimente ci doar distruge agenții patogeni sau îi face incapabili să se reproducă. Există mai multe tipuri de procese care sunt denumite în mod colectiv: Iradierea produselor alimentare. Obiectivul fiecărui proces de iradiere este acela de a ucide sau de a afecta capacitatea de reproducere a organismelor vii nedorite ori să producă transformări benefice în morfologia produsului 25
Radiația sau razele gamma (gamma desemnează litera grecească γ) sunt unde electromagnetice de frecvențe foarte mari produse de interacțiuni între particule subatomice, cum ar fi la dezintegrările radioactive sau la ciocnirea și anihilarea unei perechi electron - pozitron. 26 Radiația (razele) X sau radiația (razele) Röntgen sunt radiații electromagnetice ionizante, cu lungimi de undă mici, cuprinse între 0,1 și 100 Å (ångström).
205
alimentar, care să prelungească termenul de valabilitate al produsului. Fiecare proces are o doză optimă de energie (radiație) ionizantă, de care depinde efectul dorit. Doza de radiație se măsoară în Gray (Gy)27. Un Gray este o unitate de energie echivalentă cu 1 J/kg. Această unitate de măsură este bazată pe sistemul metric. Astfel, 1 kilogray (kGy) este egal cu 1.000 de Gray (Gy). Toate cele trei forme de energie ionizantă au același efecte, Gray pentru Gray. O unitate tolerată este rad-ul (1 rad =10-2J/Kg). Unele dintre cele mai importante procese legate de prelucrarea alimentelor, în care iradierea este implicată sunt: sterilizarea, salubritatea şi dezinfestarea. Iradierea este folosită pentru a elimina în mod eficient organismele cauzatoare de boli, inclusiv bacterii şi paraziti (de exemplu, iradierea cărnii de vită pentru consumul sigur faţă de E. coli O157:H7, iradierea stridiilor vii pentru a le face sigure de consum faţă de Vibrio). Sterilizarea produselor alimentare. Iradierea este utilizată în doze foarte mari, pentru a elimina complet micro şi macro-organismele din produsele alimentare, cerinţe pe care refrigerarea nu le poate acopri (stabilitate la depozitare) (ex.: anumite alimente sunt sterilizate pentru astronauţii de la NASA). Salubritatea produselor alimentare. Iradierea este utilizată pe scară largă pentru a distruge organismele nedorite precum bacterii, mucegaiuri, din condimente, plante și alte produse alimentare vegetale uscate (ex.: amestecuri de condimente care sunt adăugate în preparate, care nu pot fi fierte sau prăjite, legate de produse gata pentru consum). Iradierea, aplicată anumitor părţi edibile din produse 27
Mărimea care măsoară efectele biologice ale radiaţiilor nucleare este echivalentul de doză (doză biologică) a cărui unitate de măsură în S.I. este sievert-ul. Prin definiţie, la o doză de 1 Gy corespunde o doză biologică de un Sievert dacă radiaţiile ionizate sunt X sau γ . O unitate de măsură toleretă pentru doza biologică este rem-ul. 1 rem reprezintă doza biologică corespunzătoare unei doze energetice de un rad pentru radiaţiile X sau γ .
206
alimentare proaspete (fructe și tuberculi), produce întârzieri de maturare și/sau de germinare(ex.: iradierea fructelor de pădure pentru a elimina mucegaiul; iradierea fructelor proaspete pentru a extinde perioada postrecolată; iradierea cartofilor, cepei și usturoiului, pentru a afecta diviziunile celulare care ar determina pornirea în vegetaţie nedorită). Dezinfestarea produselor alimentare. Iradierea este folosită pentru a opri reproducerea atât la produsele depozitate cât şi pentru produselde aflate în carantină, pentru insecte dăunătoare. Toate cele trei forme de iradiere descrise sunt menţionate ca un procese la rece. Deși toată energia radiației este transformată în căldură în timpul tratamentului, procesul crește temperatura produsului cu doar aproximativ 1oC. 5.3.7.3.
Tipuri de surse de radiaţie utilizate în industria alimentară
Există trei tipuri importante de surse de iradiere care pot fi utilizate în iradierii alimentelor, în conformitate cu Codex Alimentarius-Standarde Generale şi cu articolul 3 alineatul (2) din Directiva 1999/2/CE. Astfel, “produsele și ingredientele alimentare pot fi iradiate doar în unități de iradiere autorizate. Pentru unitățile din UE, autorizația este acordată de către autoritățile competente ale statelor membre. În conformitate cu articolul 7 alineatul (3), statele membre trebuie să informeze Comisia cu privire la unitățile de iradiere autorizate de pe teritoriul lor. Iradierea produselor și ingredientelor alimentare se poate efectua doar prin următoarele mijloace: raze γ provenite de la radionuclizi 60Co sau 137Cs; raze x generate de aparate care funcționează la o valoare a energiei nominale (energie cuantică maximă) egală sau mai mică de 5 MeV; electroni generați de aparate care funcționează la o valoare a energiei nominale (energie cuantică maximă) 207
egală sau mai mică de 10 MeV. Lista unităților de iradiere autorizate din statele membre a fost publicată de către Comisie28”. Datorită capacității mari de penetrare, razele γ și razele x pot fi folosite pentru prelucrarea produselor relativ groase sau dense. Pentru situațiile în care este nevoie numai de o penetrare superficială și în care pot fi utilizate viteze transportoare mari, energia radiantă dată de fascicule de electroni, poate furniza o putere mai mare la un cost mai scăzut pe unitate de produs, atunci când este vorba de cantități mari de produse. Razele gamma Sunt folosite în prelucrarea produselor alimentare şi sunt obținute din surse mari de radionuclizi 60Co. Acest tip de radiație este în esență monoenergetic (60Co emite simultan doi fotoni pe dezintegrare cu energii de 1,17 și 1,33 MeV). Folosind tehnici analitice precum metodele Monte Carlo, este posibil să se calculeze distribuția dozelor în produsele alimentare iradiate, chiar și atunci când sunt geometrii foarte complicate ale sursei. Rezultatele privind distribuția dozelor în adâncimea produselor alimentare, seamănă de în mod obişnuit cu o curbă exponențială. Iradierea din două părți (iradierea faţă -verso), se obține fie prin rotirea sursei procesului, fie prin iradiere din două părţi ale unei placi sursă, fiind utilizată adesea pentru a crește uniformitatea dozei în încărcarea procesului. Radiaţia de electroni29 Electronii emiși de acceleratori, au limite de energie spectrală destul de apropiate (de obicei mai mici de ± 10% din 28
JO C 265, 1.9.2012, p. 3. Radiația beta (β) este un tip de radiație, în urma căreia sunt emise particule beta. În dependență de particulele beta emise, radiațiile beta se clasifică în radiații β+ (emisie de pozitroni) și radiații β- (emisie de electroni). Acestea penetrează materialul solid pe o distanță mai mare decât particulele alfa. În cadrul experimentelor, acestea sunt deviate în câmpuri electrice în sens opus deviației radiațiilor alfa. Acest fapt demonstrează că fluxul de particule β emise sunt constituite din electroni. 29
208
energia nominală). Energia electronilor care ajunge în produs, este controlată în continuare de magneții de încovoiere ai sistemului de manipulare a fasciculelor. Gama unui electron într-un mediu este finită (spre deosebire de foton) și este strâns legată de energie. Radiaţia de frânare Bremsstrahlung (Raze X) Principiile de funcţionare ale iradiatorului cu raze x sunt în esență aceleași ca și cele ale iradiatorului cu electroni. O sursa extinsă de raze x este obținută prin distribuirea fasciculul primar de electroni pe o țintă (convertor de raze x) de mărime potrivită. Spre deosebire de sursele de radionuclizi, care emit aproape monoenergetic fotoni, sursele radiaţiei de frânare Bremsstrahlung (raze X) emit fotoni cu un spectru larg de energie. Eficacitatea în prelucrarea produselor alimentare cu radiații ionizante, depinde de furnizarea precisă a dozei absorbite și măsurarea fiabilă a acesteia. Pentru produsele alimentare destinate comerțului internațional, este extrem de important ca tehnicile dozimetrice utilizate pentru determinarea dozelor să fie utilizate corect şi cu precizie, tocmai de aceea procesul fiind monitorizat. Produsele alimentare ambalate în lăzi sau în cutii, sunt plasate pe banda transportoare, care le conduce în “inima” iradiatorului, unde sunt expuse la sursa de radiații. Fasciculul de electroni ai iradiatorului, poate trata alimentele ambalate la sfârșitul liniilor de prelucrare şi producție a alimentelor. Undele de mare de energie trec prin produsele alimentare, excitând electronii atât în produsele alimentare, precum și în orice dăunător sau patogen. Când electronii absorb suficientă energie, aceştia se desprind de atomii lor, lăsând în urma lor centre încărcate pozitive. Iradierea distruge structura moleculareă; elimină sau reduce numărul de bacterii și drojdii; întârzie formarea de mucegaiuri; sterilizează sau ucide paraziţii, insectele, ouăle și larvele. Nivelurile de radiații 209
absorbite sunt în prezent evaluate în kilogray(kGy). 5.3.7.4. Utilizarea iradierii alimentelor Comunitatea științifică a definit trei niveluri de iradiere a alimentelor: a) Tratamente la doze mici (10 Gy-1 kGy). Pornirea în vegetaţie a cartofilor, cepei, usturoiului, cepei eșalot, etc. poate fi inhibată prin iradiere la doze cuprinse între 20 - 150 Gy. Radiațiile afectează proprietățile biologice ale acestor produse, în așa fel încât pornirea în vegetaţie este semnificativ inhibată sau complet împiedicată. Procese fiziologice precum coacerea fructelor, poate fi întârziată în intervalul de doze de 0,1- 1 kGy, aceste procese fiind consecințe ale modificărilor enzimatice din țesuturile plantelor. Eliminarea insectelor prin intermediul iradierii, în intervalul de doze de 0,2-1kGy, are drept scop prevenirea pierderilor cauzate de insecte la cerealele depozitate; la leguminoase, cereale, făină, cafea, fasole, condimente, fructe uscate, nuci uscate, produse pescărești uscate și alte produse alimentare uscate. O doză minimă absorbită de aproximativ 150 Gy poate asigura securitatea de carantină împotriva diferitelor speciilor de Tephritidae care atacă fructificaţiile unor specii de fructe și legume proaspete, iar o doză minimă de 300 Gy, ar putea preveni atacurile insectelor altor specii în zonele neinfestate. În cele mai multe cazuri de iradiere, fie ucide fie inhibă în continuare dezvoltarea insectelor dăunătoare în diferitele etape ale ciclului de viață al acestora. Inactivarea unor paraziţi patogeni importanți pentru sănătatea publică, cum ar fi tenia și trichineloza din carne, se poate obținute cu doze în intervalul 0,3-1 kGy. În concluzie, utilitatea şi dozele de iradiere pot fi sintetizate astfel: - Inhibarea pornirii în vegetaţie: 0,05-0,15 kGy pentru cartofi, ceapă, usturoi, ghimbir, etc - Dezinsecţie şi dezinfecţie paraziţi: 0,15-0,5 kGy pentru cereale și leguminoase, fructe proaspete și uscate, pește 210
și carne de porc uscată, carne proaspătă, etc. - Întârzierea proceselor fiziologice (a maturării): 0,25-1,0 kGy la fructe și legume proaspete. b) Aplicații la doze medii (1-10 kGy) Iradierea îmbunătățește calitatea păstrării anumitor alimente prin reducerea substanțială a cantităţii produselor deteriorate provocată de microorganisme. Carnea proaspătă și fructele de mare, legumele și fructele proaspete, pot fi expuse la tratamente iradiere cu doze variind între limitele de 1-10 kGy, în funcție de produs. Acest proces de prelungire a termenului de valabilitate, este numit radurizaţie. Pasteurizarea alimentelor solide, precum carnea și fructele de mare, prin iradiere, constituie o metodă practică pentru eliminarea organismelor patogene și a microorganismelor, cu excepția virușilor. Aceast efect, se obţine prin reducerea numărului de microorganisme patogene specifice, viabile, ne-formatoare de spori viabili, astfel încât acestea nu mai sunt detectate în produsul tratat prin oricare metodă standard, doza de iradiere fiind cuprinsă între 2 și 8 kGy. Produsul va continua să fie refrigerat după radioterapie. Acest proces de îmbunătățire a calității igienice a produselor alimentare, prin inactivarea agenţilor patogeni, bacteriilor şi paraziţilor este uneori numit radicidaţie. În concluzie, utilitatea şi dozele pot fi sintetizate astfel: - Prelungirea perioadei de valabilitate: 1,0-3,0 kGy, pentru pește proaspăt, căpșuni, ciuperci etc - Eliminarea deteriorărilor și a microorganismelor patogene: 1,0-7,0 kGy, pentru fructe de mare proaspete și congelate, carne de pasăre proaspătă sau congelată, carne, etc. - Îmbunătățirea proprietăților tehnologice ale alimente: 2,0-7,0 kGy, pentru struguri (creșterea producţiei de suc), legume deshidratate (reducerea timpului de preparare) etc. c) Aplicatii la doze mari (10-100 kGy) 211
Iradierea la doze de 10 - 30 kGy, reprezintă o alternativă eficientă a fumigării chimice cu oxid de etilenă, pentru decontaminarea microbiană a condimentelor uscate, ierburilor și alte condimente vegetale uscate. Acest lucru se realizează prin reducerea încărcăturii totale microbiene prezentă în astfel de produse, inclusiv pentru organismele patogene. Sterilizarea prin iradiere în intervalul de dozare 25-70 kGy, determină extinderea termenului de valabilitate la semipreparate sau inactivarea enzimeatică la produsele alimentare aflate în recipiente închise, pe termen nelimitat. Acest lucru este valabil, independent de condițiile în care produsul este ulterior păstrat, dacă integritatea ambalajului nu este afectată. Acest efect este obținut prin reducerea numărului și /sau activităţii tuturor organismelor de alterare a produselor alimentare sau de deteriorare a sănătății publice, inclusiv sporii acestora, într-o asemenea măsură încât nu mai pot fi detectate în produsul tratat, utilizând metodele recunoscute şi acceptate. Acest proces este analog cu conservarea termică pentru obţinerea stabilităţii (stocare pe termen lung, fără a refrigerare), fiind denumită uneori radapertizare sau radiosterilizare. În concluzie, utilitatea şi dozele pot fi sintetizate astfel: - Sterilizarea industrială (în combinație cu căldură uşoară): 30-50 kG, pentru carne, carne de pasăre, fructe de mare, preparate alimentare. - Decontaminarea de anumiți aditivi alimentari: 10-50 kG, pentru condimente, preparate enzimatice, gumă naturală, etc 5.3.7.5. Ambalarea produselor alimentare tratate prin iradiere Alimente odată iradiate, pot fi predispuse la recontaminare, cu excepția situaţiei în care sunt ambalate corespunzător. Prin urmare, pentru tratamentul prin iradiere care are ca scop controlul alterării microbiologice sau infestării 212
cu insecte, preambalarea devine o parte integrantă a procesului de ambalare. Funcțiile tehnice ale ambalajelor sunt bine cunoscute, acestea incluzând prevenirea absorbției de umiditate sau pierderea acesteia, întreținerea unei atmosfere modificate intenţionat, protecția împotriva deteriorării mecanice sau pur și simplu păstrarea produselor alimentare curate. Întrucât materialele de ambalare sunt de asemenea expuse la radiații în timpul tratamentului, aceste materiale trebuie să satisfacă și o serie de cerințele suplimentare legate de rezistența la radiații raportat la proprietățile lor funcționale. În plus, materialele din care sunt compuse ambalajele nu ar trebui să transmită substanțe toxice și nici mirosuri străine în produsele alimentare pe care le conţine. Cele mai multe materiale de ambalare disponibile în prezent, precum: celuloza, sticla, metalele și polimerii organici, masele plastice etc., oferă avantaje aparte, care depăşesc utilizarea ambalajelor convenționale, din punct de vedere al flexibilității, costului scăzut, greutăţii scăzute și greutăţii reduse raportată la volum. Din ce în ce mai multe materiale pentru ambalare destinate utilizării în liniile de prelucrare aseptică a alimentelor, în farmaceutică, cosmetică, sunt sterilizate prin radiații ionizante. Cerințele legate de ambalarea unui anumit produs alimentar sunt influențate în mod semnificativ de obiectivul dorit al tratamentului prin iradiere. Materialele de ambalare folosite pentru iradierea produselor alimentare, sunt în general clasificate în funcție de tipul de tratmente în două categorii: - Procese de iradiere care necesită doze mai mici de 10 kGy, cum ar fi extinderea perioadei de valabilitate a alimentelor. - Procese care necesită doze de 10-60 kGy, pentru depozitarea alimentelor, precum carnea bovine și porc, carnea de pasăre, pentru perioade lungi de timp, fără refrigerare. 213
Iradierea alimentelor constituie, prin urmare, una dintre cele mai eficiente modalități de conservare a alimentelor pentru a inactiva microorganismele și pentru a distruge insectele dăunătoare. Eficienţa tratamentului cu iradiere la produsele alimentare este asociată cu eficienţa materialelor de ambalare care îndeplinesc toate funcțiile tehnice specifice ale ambalajelor, inclusiv rezistența la radiații. Deși multe materiale de ambalare, precum sticla, celuloza, metalele și polimerii organici, sunt disponibile în acest scop, materialele plastice oferă avantaje substanţiale legate de flexibilitate, cost scăzut, greutate redusă și greutate redusă raportat la volum, comparativ cu recipientele rigide folosite în mod convențional. Aplicaţiile iradierii produselor alimentare. Iradierea alimentelor constituie una dintre cele mai eficiente modalități de conservare a alimentelor pentru a inactiva microorganisme și a distruge organismele dăunătoare. Tratamentele cu iradiere efectivă a alimentelor sunt asociate cu ambalaje fabricate din materiale care îndeplinesc toate funcțiile tehnice de ambalare, împreună cu rezistența la radiații. 5.3.8. Iradierea produselor alimentare cu raze x pulsatorii Tehnologia cu raze X pulsatorii este o tehnologie care utilizează un comutator de deschidere în stare solidă, care generează impulsuri de electroni ale fasciculelor de raze X, de intensitate mare. Electronii au adâncimea de penetrare în alimente limitată, de circa 5 cm, în timp ce razele X, au adâncimi de penetrare semnificativ mai mari (60-400cm) în funcție de energia utilizată. Anumiţi autori (Curry.R, Unklesbay.N, Clevenger.T, Brazos.B, Mesyats.G and Filatov.A., 1999), au folosit pentru a demonstra acest lucru, un sistem format dintr-un accelerator de raze x, o unitate de încărcare tiristor, un compresor de puls magnetic, un comutator
214
de deschidere solid-state, o diodă de încărcare a fasciculului de electroni şi un convertor de raze x. Aplicații de Iradierii cu raze x pulsatorii Sunt folosite pentru: examinarea produselor alimentare ambalate, inactivarea E.coli în carne, eliminarea Salmonella din produsele alimentare. 5.3.9. Utilizarea luminii pulsate sau tehnologiei cu lumină de înaltă intensitate, în industria alimentară Lumină de înaltă intensitate este descrisă ca lumină albă pulsată în spectrul larg şi constituie o aplicaţie tehnologică pentru decontaminare sau sterilizare, care poate fi folosită pentru inactivarea rapidă a microorganismelor de la suprafaţa alimentelor, echipamentelor și materialelor de ambalat. Utilizarea luminii pulsate de mare intensitate, aduce multe beneficii potențiale pentru industria alimentară. Este o intervenție non-termică de conservare, care are capacitatea de a reduce la minimum efectele nocive ale tratamentelor chimice şi termice de prelucrare, asupra calităţii și intensităţii atributelor senzoriale ale alimentelor. Tehnologia luminii pulsate, constituie o alternativă la tratamentul termic pentru uciderea microorganismelor patogene și de alterare din produsele alimentare, inclusiv a bacteriilor, drojdiilor, mucegaiurilor și virușilor. Tratamentul constă în aplicarea unei serii foarte scurte cu înaltă intensitate de lumină cu spectru larg. Metodele de conservare a alimentelor care utilizează lumină albă de mare intensitate și lumina UV, folosesc lungimi de undă ale luminii de la ultraviolet la infraroșu apropiat, în pulsaţii de intensitate scurtă. Pulsaţiile de lumină utilizate pentru aplicaţiile din industria alimentară, emit energie electromagnetică prin 1 până la 20 de flash-uri pe secundă. Anumiţi autori din comunitatea ştiinţifică (Ozer N.P. şi Demirci A., 2006), au obţinut o serie de reduceri 215
ale populaţiilor de microroganisme mezofile şi microbi aerobi care se află în mod natural în legume prelucrate minim, precum spanacul, salata iceberg, varză, țelină, ardei gras verde, cuprinse între 0,5 și 2,04 log , utilizând o doză de tratament de până la 2.700 impulsuri de lumină. Decontaminarea tancurilor de lapte a fost de asemenea realizată cu lumina pulsată UV. În Statele Unite, Adminstraţia pentru Alimentaţie şi Medicamente, a aprobat utilizarea luminii pulsate pentru decontaminarea suprafețelor produselor alimentare sau de contact cu produsele alimentare, cu condiția ca tratamentul să folosească o lampă cu xenon cu emisie a lungimilor de undă cuprinsă între 200-1000 nm, cu o lățime de puls care nu depășește 2 ms și nivelul cumulat al tratamentului nu mai mare de 12 J/cm2 (Codul Regulamentului Federal). Componenta cea mai importantă a unei unități de lumină pulsate este o lampă bliț umplută cu un gaz inert precum xenonul, care emite radiații în bandă largă, ce variază de la circa 180 nm, până la infraroşu apropiat (în jur de 1.100 nm). Se generează o tensiune ridicată, un puls înalt de curent electric gazului inert din lampă, având loc o coliziune puternică între electroni și moleculele de gaz, producându-se astfel o excitație a moleculelor, care apoi emit un puls luminos foarte intens de scurtă durată (1 μs la 0,1s). Mecanismele exacte prin care fiecare pulsaţie a luminii provoacă moartea celulelor nu sunt încă pe deplin înțelese, însă este unanim acceptat faptul că lumina UV joacă un rol important în inactivarea microbiană. Efectele antimicrobiene ale luminii UV asupra bacteriilor, sunt atribuite schimbărilor structurale din ADN, fluxului anormal de ioni, creșterii permeabilităţii membranei celulare și depolarizării membranei celulare. Unele studii indică efecte ale unor afecțiuni sesizabile în celulele unor drojdii și în sporii de mucegai, urmare a expunerii la lumina pulsată. Ratele de supraviețuire în urma tratamentulcu lumină pulsată evidenţiază un declin neliniar. Principalul neajuns al tratamentului cu lumină pulsată 216
este profunzimea sa de penetrare limitată. De vreme ce eficacitatea luminii pulsatorii este puternic influențată de interacțiunea substratului cu lumina incidentă, tratamentul este cel mai eficient pe suprafețe netede, suprafețe nereflective sau pentru lichide care sunt libere de particule în suspensie. La tratamentele suprafață, pentru suprafețe rugoase este împiedicată inactivarea din cauza ascunderii celulelor, în timp ce pentru suprafețe foarte netede, reflexivitatea suprafaței și agregarea celulelor cauzată de efectele hidrofobe, au determinat limitarea gradului de reducere microbiană. Pentru ca orice tratament cu lumina pulsată să fie pe deplin eficient şi uniform, este esenţială expunerea la 360 ° a produselor alimentare ce urmează să fie tratate. În funcție de caracteristicile produsului, au fost observate efecte restrânse de încălzire. Încălzirea, în fapt este un inconvenient minor în comparaţie cu inactivarea microbiană sau modificările structurale și senzoriale, provocate în produsele alimentare tratate. În ciuda acestor limitări, există oportunități unice pentru folosirea acestei tehnologii, începând de la dezinfecția apei, la producerea sucuri de fructe netratate termic sigure din punct de vedere alimentar, la tratarea suprafeţelor alimentelor și a materialelor care intră în contact cu alimentele sau ca tratament final antimicrobian pentru alimente ambalate în materiale transparente UV. Tratamentul cu lumină pulsată, prin urmare, aduce noi oportunități pentru industria alimentară, care ar putea determina utilizarea acestui tratament ca un mijloc de a spori siguranța și perioada de valabilitate a unor produse alimentare, fără efecte negative asupra calității lor de ansamblu și proprietăților senzoriale.
217
5.3.10. Utilizarea încălzirii ohmice în industria alimentară Încălzire ohmică se bazează pe principiul de trecere a unui curent electric printr-un produs conductibil electric. Ca şi energia microundelor, energia electrică este transformată în căldură. Încălzirea ohmică este o modalitate eficientă de prelucrare a alimentelor care conțin particule mari, solide, fiind comparabilă cu metodele conventionale de procesare precum conservarea și prelucrarea aseptică. După încălzire, produsele pot fi răcite continuu prin intermediul schimbătoarelor de căldură și apoi plasate în ambalaje pasteurizate aseptic, în mod similar cu ambalarea aseptică efectuată prin metode convenționale. Atât produsele cu înaltă aciditate cât şi produsele cu aciditate joasă pot fi procesate prin această metodă de încălzire. Metoda ohmică nu poate fi utilizată pentru toate produsele alimentare. Metoda se aplică în funcție de conductivitatea electrică a produselor, dacă produsul este un izolator sau un conductor electric. În acest proces se poate realiza încălzirea simultană şi uniformă atât a fazelor solide cât și lichide, reducând astfel pericolul de sub-procesare și pierdere nutrițională. Parametrii esenţiali care influențează încălzirea ohmică includ: conductivitate electrică a alimentelor, dependența de temperatură a conductivității electrice, proiectarea dispozitivului de încălzire, timpul de staţionare, timpul de distribuție, proprietățile termo-fizice ale produselor alimentare și puterea câmpului electric. Au fost realizate experimente cu tratamente ohmice la fructe, acestea fiind analizate pentru conductivitate electrică în timpul încălzirii ohmice. La 25oC, conductivitatea electrică la ananas a fost foarte scăzută și diferită semnificativ față de mere și pere, iar conductivitatea electrică la piersici și căpșune a fost ridicată. La temperaturi mai ridicate (40-140o C), merele şi ananasul au înregistrat conductivitate scăzută. Căpșunele și piersicele au avut conductivitate mai mare și diferită 218
semnificativ faţă de alte specii de fructe. Decalajul în conductivitatea electrică între căpșuni și piersici, dar și la alte fructe, a crescut odată cu temperatura. Gemul de mur pitic (Rubus chamaemorus) a fost tratat cu căldură omică, iar ca martor a fost folosit tratamentul termic prin metoda convenţională. Nu a fost evidenţiată nici o diferență semnificativă pentru atributele senzoriale şi proprietățile rheologice între gemul tratat cu încălzită ohmică și gemul tratat prin metoda conveţională. Aplicații ale încălzirii ohmice Se utilizează pentru produsele alimentare lichide sau cu un anumit grad de vâscozitate şi cu un anumit raport solid/lichid. Această metodă se încadrează ca sistem UHT, iar efectul letal asupra microorganismelor este cauzat de căldură şi curentul electric. Este folosită în procesele de albire, evaporare, deshidratare, fermentare, extracție și oferă proceselor din industria alimentară valoare adăugată. 5.3.11. Utilizarea liofilizării în industria alimentară Liofilizarea constituie tehnologia aflată în spatele unora dintre produsele alimentare și băuturi din cele mai inovatoare: pentru camping și drumeții, adăugarea de fructe la cereale și pentru produsul înghețata din spațiu30. Ca un fenomen fizic și ca o tehnică de laborator, liofilizare era deja cunoscută la sfârșitul secolului al XIX-lea. Cu toate acestea, ea nu s-a dezvoltat ca proces industrial până după al doilea război mondial. Primele aplicații comerciale au fost în industria farmaceutică (antibiotice, celule vii, plasmă sanguină etc), care continuă să fie cel mai mare utilizator de 30
Înghețata liofilizată este înghețata, din care a fost îndepărtată cea mai mare parte a conținutului de apă prin procesul de liofilizare, nefiind necesară refrigerarea. Mai este este cunoscută sub numele de îngheţata astronaut sau înghețata din spațiu, care se comercializează ca un baton, fragil și suficient de moale pentru consum direct, ca înghețată deshidratată. Acesta a fost dezvoltat de către Whirlpool Corporation în contract cu NASA, pentru misiunile Apollo.
219
proces (Santivarangkna, C., Aschenbrenner, M., Kulozik, U., Foerst, P., 2011). Liofilizarea la nivel industrial a produselor alimentare a început la sfârșitul anilor 1950. Interesul industriei alimentare pentru liofilizare rezultă din calitatea superioară a produselor alimentare liofilizate, comparativ cu alimentele deshidratate prin alte metode. Liofilizare este condusă la temperaturi scăzute, prezervându-se astfel aroma, culoarea și aspectul, pe fondul minimizării pierderilor de nutrienți sensibili la căldură. Întrucât întregul proces are loc în stare solidă, schimbările structurale ale produselor alimentare sunt în mare parte eliminate. Produsele alimentare rezultate prin liofilizare sunt în general mult mai crocante decât cele obținte prin uscare cu aer cald (Pan și alții, 2008). Liofilizarea constituie o metodă scumpă de deshidratare, fiind justificată ca fezabilă din punct de vedere economic, în cazul produselor alimentare cu valoare adăugată ridicată sau dacă produsului finit obținut justifică cheltuielile de producție mai mari (Ratti C., 2001). Prin tehnologia de liofilizare, neajunsurile constatate în alte tehnologii de uscare, sunt soluţionate. Aceste neajunsuri pot fi sintetizate astfel: - Deshidratare - uscarea produselor alimentare cu energie termică, transformă apa din produs din stare lichidă în vapori. Când apa se evaporă din celule, pereții celulari sunt adesea deteriorați, afectând aroma, forma și textura alimentelor; doar 90 - 95% din apă este îndepărtată, fapt care încetinește activitatea bacteriilor și pe cea enzimatică, dar nu le oprește. Alimentele deshidratate nu pot fi de obicei readuse la starea lor inițială prin rehidratare, prin urmare această metodă de uscare poate compromite calitatea produselor alimentare. - Congelarea - păstrează alimentele prin depozitare la temperatură scăzută. Această metodă de conservare menține gustul și valoarea nutritivă a alimentelor, dacă 220
acestea sunt păstrate sub temperatura de -18C, însă alimentele au o durata de viata scurtă. Liofilizare sau uscarea prin congelare, constituie un proces în care apa din produsul alimentar este congelată, apoi este îndepărtată, inițial prin sublimare (uscare primară) și apoi prin desorbție (uscare secundară). Termenul de liofilizare descrie un proces, prin care se obține un produs care “iubește starea uscată”. Principiul de bază implicat în liofilizare este un fenomen numit sublimare, prin care apa trece direct de la stare solidă (ghiață), la starea de vapori, fără a trece prin starea lichidă. Sublimarea apei poate avea loc la presiuni și temperatură sub punctul triplu31, adică 4,579 mm Hg și 0,0099 oC. Produsul alimentar este mai întâi congelat și apoi supus tratamentului cu vid la temperatură ridicată (prin conducție sau radiație sau prin ambele), astfel încât lichidele congelate sublimează, lăsând doar componente solide, uscate ale produsului original.
Fig. 5. Parametri necesari pentru sublimare
Pentru a extrage apa din produsele alimentare, procesul de liofilizare este format din următoarele etape: 1. Congelarea produselor alimentare, astfel încât apa din alimentele devine ghiață. 31
In termodinamică, punctul triplu al unei substanțe este temperatura și presiunea la care cele trei faze (gazoasă, lichidăși solidă) care coexistă pentru substanța respectivă se află în echilibru termodinamic.
221
2. Sublimarea apei din stare solidă (ghiață) direct în vapori de apă. 3. Extracția vaporilor de apă. 4. Preluarea produselor finite liofilizate. Liofilizarea a devenit o metodă din ce în ce mai răspândită, pentru păstrarea pe termen lung a diferitelor produse biologice. Deși astăzi o mare diversitate de produse alimentare, produse farmaceutice, etc., sunt obținute prin liofilizare, utilizarea cu succes a liofilizării pentru conservarea pe termen lung a sistemelor vii (celulele vii), reprezintă una dintre cele mai importante provocări pentru cercetătorii care activează în acest domeniu. Inovarea continuă și optimizarea proceselor, au condus la numeroase și noi aplicații la scară industrială pentru liofilizare, fiind asimilată ca tehnica promițătoare pentru deshidratarea produselor sensibile termic, cum ar fi fructele (Marques L.G., Ferreira M.C., Freire J.T, 2007). În liofilizare, condițiile de procesare au influență asupra criteriilor de calitate utilizate pentru a evalua fructele liofilizate, cât și asupra timpului de liofilizare. În fapt, există două criterii (rehidratarea și textura) care sunt strâns legate de utilizarea finală a produsului liofilizat, insă nu pot fi considerate criterii absolute. Fructele deshidratate au ca destinație primară adăugarea la produse precum: fulgi de porumb, batoane de cereale, înghețată, sosuri de patiserie. De asemenea, s-a demonstrat că proprietățile fizice ale produselor liofilizate depind de temperatură și de timpul liofilizării. Pentru toate produsele alimentare, colapsul se produce la temperaturi peste pragul de tranziție la ghiață, fenomenul devenind mai intens cu creșterea temperaturii, influențând greutatea specifică și porozitatea produsului alimentar uscat. În conformitate cu rezultatele obținute de unii autori (Babic și colab., 2009), produsele liofilizate din carne, care au fost ambalate în mod adecvat, pot fi depozitate pentru perioade 222
nelimitate, prezervând majoritatea proprietăților chimice, fizice, biologice și senzoriale ale produsului în stare proaspătă. Scopul cercetarilor a fost acela de a studia efectul factorilor de proces ai liofilizării asupra calității cărnii de piept de pui, una dintre cele mai frecvent consumate și perisabile tipuri de carne. Prin intermediul rezultatelor obținute, s-a demonstrat că este posibil să se realizeze o bună calitate și o lungă perioadă de valabilitate pentru carnea de pui liofilizată, fiind însă necesară adaptarea diferiților parametrii pentru fiecare grosime a produsului din carne. Contrar acestor informații, în unele rezultate ale cercetărilor obținute de alți cercetători, se evidențiază că produsele finale din carne liofilizată au un defect major și anume deteriorarea tipică a texturii. 5.3.11.1. Aplicabilitatea și utilitatea liofilizării Produsele alimentare și băuturile obținute prin liofilizare, sunt aproape perfect conservate, nu prezintă nici o schimbare în formă, aromă, nutriție sau textură, un produs liofilizat putând fi restaurat în forma sa originală prin rehidratare în apă. Produse alimentare liofilizate sunt cu circa 90% mai ușoare deoarece conținutul de apă a fost îndepărtat, făcându-le ușor transportabile. Există o multitudine de beneficii pentru a obține produse finite prin liofilizatare: un termen de valabilitate de până la 25 de ani, costurile reduse de transport întrucât sunt produse ușoare, depozitarea ușoară, nu implică adaos de aditivi sau conservanți, concentrează principiile nutriționale și antioxidante la cote ridicate. Liofilizarea generează ingrediente de calitate pentru produse alimentare, care sunt superioare pe piața de produse deshidratate. Acest proces oferă toate beneficiile specifice alimentelor proaspete, care au însă suplimentar avantajul că pot fi păstrate în ambalajele proprii la temperatura mediului fără să se deterioreze, timp îndelungat. Prin provocările generate în 223
inovare și prin cuplarea cu alte metode moderne de procesare (radiațiile în infraroșu și infraroșu îndepărtat, microunde, deshidratarea osmotică, etc.), liofilizarea ar putea deveni un sistem tehnologic complet pentru industria alimentară.
5.4. TEHNICI MODERNE DE AMBALARE A PRODUSELOR ALIMENTARE Perioada de valabilitate a produselor alimentare perisabile precum carnea, carnea de pasăre, peștele, fructele și legumele, precum și produsele de panificație, este limitată în prezența atmosferei normale, de doi factori principali: efectul chimic al oxigenului atmosferic și dezvoltarea microorganismelor aerobe care produc alterarea. Acești factori, fie individual, fie în asociere, aduc schimbări în mirosul, gustul, culoarea și textura alimentului, care conduc în final la o deteriorare generală a calității produsului alimentar. Depozitarea în condiții de refrigerare, încetinește aceste schimbări nedorite în aliment, dar nu poate extinde suficient termenul de valabilitate, pentru a acoperi tot lanțul de distribuție până la raftul magazinului. 5.4.1 Ambalarea în atmosferă modificată Conceptul de atmosferă modificată pentru produse alimentare ambalate, constă în modificarea atmosferei din jurul unui produs alimentar prin vid, amestec de gaz sau permeabilitate controlată a ambalajelor (care controlează procesele biochimice, enzimatice și microbiene), pentru a evita sau a reduce degradările specifice unui anumit produs alimentar. Mai mult, această tehnică permite păstrarea stare în stare proaspătă a produsului alimentar, fără modificarea temperaturii sau tratamente chimice - folosite de alte tehnici de 224
procesare precum: conservarea, congelarea, deshidratarea și alte tehnici. Ambalarea în atmosferă modificată constă, prin urmare, în înlocuirea aerului într-un ambalaj cu un singur gaz sau cu un amestec de gaze; proporția fiecărui component este permanentă atunci când este introdus amestecul de gaz în ambalaj. Nu este exercitat nici un control suplimentar asupra compoziției inițiale, compoziția gazului putându-se schimba cu timpul, datorită difuziei gazelor prin intrarea și ieșirea din produs, permeabilității pentru gaze în interiorul și exteriorul ambalajului și efectelor metabolismului produsului și al celui microbian. Compoziția normală a aerului este de 21% oxigen, 78% azot și mai puțin de 0,1% dioxid de carbon. Modificarea atmosferei din interiorul ambalajului prin reducerea conținutului de oxigen, în timp ce este crescut nivelul de dioxid de carbon și/sau azot, a demonstrat32 că determină extinderea în mod semnificativ a duratei de conservare a produselor alimentare perisabile refrigerate, a alimentelor proaspete sau refrigerate, inclusiv carne materie primă sau preparată, carne de pasăre, pește proaspăt, fructe și legume și, mai recent, cafea, ceai și produse de panificație. 32
Istoria ambalării în atmosferă modificată menționat primul eveniment în anul 1927, prin extenderea a termenului de valabilitate al merelor păstrate în atmosferă sărăcită în oxigen și îmbogățită în dioxid de carbon. În anii 1930, atmosfera modificată a fost folosită pentru depozitarea și transportul fructelor în calele navelor, iar prin creșterea concentrației de dioxid de carbon din jurul carcaselor de carne de vită la transportul pe distanțe lungi a demonstrat o creșteren a termenului de valabilitate până la 100% (Davies, 1995). Cu toate acestea, tehnica nu a fost introdusă pe piață pentru vânzare cu amănuntul până la începutul anilor 1970, în Europa. În Marea Britanie, firma Marks and Spenser a introdus ambalarea cărnii în atmosferă modificată în anul 1979. Succesul acestui produs a condus, doi ani mai târziu, la introducerea ambalării în atmosferă modificată pentru șuncă, pește (atât de proaspăt și conservat), carne preparată felii și scoici fierte. Au urmat alți producători de produse alimentare și lanțuri de supermarketuri, având ca rezultat o disponibiltate crescută brusc pentru produse alimentare ambalate în atmosferă modificată, reflectată în creșterea cererii de consum pentru produsele alimentare cu durata de viață lungă, pentru care se utilizau mai puțini conservanți. Tehnicile de ambalare în atmosferă modificată sunt acum utilizate pentru o gamă largă de produse.
225
-
-
-
-
-
5.4.1.1. Avantaje și dezavantaje ale ambalării în atmosferă modificată Avantajele: Mărirea perioadei de valabilitate a produsului, care permite economii în maniparea produselor de-a lungul lanțul de aprovizionare și la vânzarea cu amănuntul. Reducerea cantității de marfă depreciată, la vânzarea cu amănuntul. Îmbunătățirea prezentării, prin expunerea clară a produsului și vizibilitate din toate toate unghiurile ambalajului. Ambalajele sunt igienice, stivuibile, etanșe și libere lichide și mirosuri. Permit separarea ușoară a produselor feliate. Necesită cantități mici de conservanți chimici sau nu necesită deloc conservanţi chimici. Determină creșterea ariei de distribuție și reducerea costurilor de transport, ca urmare a livrărilor mai puțin frecvente. Permit ambalarea centralizată și control cantității de produse ambalate. Permit reducerea costurilor de producție și depozitare, datorită unei mai bune utilizări a forței de muncă, a spațiului și echipamentelor. Dezavantaje : Costul ridicat al echipamentului; Costul ridical legat de consumabile (recipiente cu gaz și materiale specifice de ambalare; Costul echipamentului de analiză pentru a verifica dacă sunt folosite amestecurile de gaze corecte; Costul sistemelor de asigurare a calității, pentru a preveni distribuirea de produse necorespunzătoare, etc Volum mai mare de ambalaj, care poate ridica cheltuielile de transport și de depozitare pentru vânzarea 226
-
-
cu amănuntul; Potențial ridicat de dezvoltare a agenților patogeni legaţi de toxiinfectie alimentară datorită temperaturaturii ridicate la de comercianții cu amănuntul și la consumatori; beneficiile ambalării în atmosferă modificată sunt pierdute odată ce pachetul este deschis sau este distrusă etanşeitatea prin acţiuni mecanice accidentale. 5.4.1.2. Conceptul de bază al ambalării în atmosferă modificată. Gazele utilizate pentru ambalarea în atmosferă modificată
Conceptul de bază al ambalării modificate pentru alimentele proaspete, este cel de înlocuire a aerului înconjurător produselor alimentare din ambalaj, cu un amestec de gaze atmosferice diferit ca proporție de cea a aerului din atmosfera obişnuită (Tabelul nr.1). Tabelul nr.1 Compoziția gazoasă a aerului, la nivelul mării (Parry R.T., 1993) Concentraţia (%) 78.03 20,99 0,94 0,03 0,01
Gazul Azot (N2) Oxigen (O2) Argon (Ar) Dioxid de carbon (CO2) Hidrogen (H2)
Rolul oxigenului (O2) din amestecul atmosferic al ambalajului Produse alimentare se deteriorează din cauza unor factori fizici, chimici și microbiologici. Oxigenul este probabil gazul cel mai important în acest context, fiind utilizat metabolic, atât 227
de microorganismele de alterare aerobă cât și țesuturile plantelor, luând parte şi la unele reacții enzimatice din alimente, inclusiv în compuși precum vitaminele și aromele. Din aceste motive, în ambalajele cu atmosferă modificată, concentraţia de oxigen este redusă la valori stabilite, cât mai scăzute posibil. Excepțiile sunt stabilite pentru cazurile în care oxigenul este util în respirația fructelor și legumelor, în retenţia culorii pentru carnea roşie sau pentru a evita formarea de condiții anaerobe pentru peștele cu carne albă (Parry R.T., 1993). La ambalarea în atmosferă modificată, nivelurile de oxigen sunt în mod normal stabilite la valori cât mai mici posibil, pentru a reduce deteriorarea oxidativă a alimentelor. Oxigenul va stimula, în general, dezvoltarea bacteriilor aerobe și poate inhiba creșterea bacteriilor strict anaerobe, deși există o variație destul de mare legată de sensibilitatea microorganismelor anaerobe la oxigen. Una dintre funcțiile majore ale O2 , pentru carnea ambalată în atmosfera modificată, este aceea de a păstra mioglobina în forma sa oxigenată oximioglobina33, formă responsabilă pentru culoarea roșu aprins la carne, pe care majoritatea consumatorilor o asociază cu carnea roșie proaspătă (Robertson G. L., 2012). Rolul dioxidului de carbon (CO2) din amestecul al ambalajului
atmosferic
Dioxidul de carbon se găseşte atât în apă, cât și în formă solubilă în lipide și, deși nu este un bactericid sau fungicid, dioxidul de carbon are proprietăți bacteriostatice și antifungice. Efectul general asupra microorganismelor este în fapt o extensie a fazei lag (de întârziere) în creștere, precum și o 33
Oximioglobina este forma oxigenată al mioglobinei, care este un singur lant de proteine globulare. Funcția fiziologică a mioglobinei este de a stoca oxigen molecular în țesutul muscular, astfel încât există o rezervă de O2 în plus de cel legat de hemoglobina din sânge. Diferența structurală majoră între deoximioglobină și oximioglobină este accea că O2 este legat de hem la oximioglobină.
228
scădere a ratei de creștere în timpul fazei log - de multiplicare exponenţială (sau de creştere logaritmică). Cu toate acestea, efectul în faza lag este mai puternic, iar cum bacteriile trec de la faza lag la faza log de creșterere, efectele inhibitorii sunt reduse. Astfel, cu cât produsul este ambalat în atmosferă modificată mai repede, cu atît va fi mai eficient CO2. Efectul bacteriostatic este influențat de: concentrația de CO2, presiunea parțială a CO2, volumul de gaz din spațiul superior produsului ambalat, tipul microorganismelor, vârsta și încărcătura populației bacteriene inițiale, faza de creștere microbiană, mediul de creștere utilizat, temperatura de depozitare, aciditatea, activitatea apei și tipul produsului ambalat. Drojdiile, care produc dioxid de carbon în timpul creșterii, sunt stimulate de un nivel ridicat de dioxid de carbon, prin urmare, pentru unele produse alimentare acestea pot fi o potențială cauză majoră de deteriorare, caz în care ambalarea în atmosferă modificată nu mai reprezintă o opțiune recomandabilă. Patogenii Clostridium perfringens și Clostridium botulinum asociaţi cu produse alimentare, nu sunt afectaţi de prezența dioxidului de carbon, creșterea lor fiind încurajată de condiții anaerobe (Velu S. şi colab., 2013). Dioxidul de carbon este cel mai eficient, în general, pentru produsele alimentare în care organismele specifice de alterare sunt bacteriile gram-negative aerobe psihrotropice. Pentru un efect antimicrobian maxim, temperatura de depozitare pentru produsele ambalate în atmosferă modificată ar trebui să fie menținută cât mai scăzută posibil, deoarece solubilitatea CO2 scade în mod semnificativ cu creșterea temperaturii. Astfel, un regim necorespunzător de temperatură va impiedica manifestarea acţiunilor benefice ale concentraţiilor ridicate de CO2. Absorbția CO2, manifestă o dependenţă ridicată faţă umiditate şi conţinutul în grăsimi al produsului ambalat. Dacă produsul absoarbe excesul de CO2, volumul total din interiorul ambalajului va fi redus, oferind un aspect de ambalaj cu vacuum, fenomen 229
cunoscut ca şi ‚colapsul ambalajului’. Absorbția în exces a CO2, în asociaţie cu colapsul ambalajului, poate reduce de asemenea capacitatea de reţinere a apei în cărne, având drept rezultat scurgeri inestetice. Unele produse lactate (de exemplu, smântâna), sunt foarte sensibile la concentrațiile de CO2 şi vor fi păstrate, dacă sunt ambalate în atmosferă modificată, la niveluri ridicate de CO2. Fructe și legumele pot suferi deteriorări fiziologice, urmare a nivelurilor ridicate de CO2 (Robertson G. L., 2012). Deși efectul bacteriostatic al CO2 este cunoscut de mulți ani, mecanismul precis al acțiunii sale, constituie încă un subiect de mare interes. Au fost elaborate multe teorii referitoare la modul în care CO2 exercită influență asupra unor celule bacteriene. Acestea pot fi rezumate după cum urmează (Garcia-Gonzalez A.H. şi colab., 2007): modificarea funcției membranei celulare, inclusiv efecte asupra absorbției nutrienților și absorbției; inhibarea directă a enzimelor sau scăderi ale ritmului reacților enzimatice; penetrarea membranelor bacteriene, care conduce la modificări ale pH-ului intracelular; modificări directe ale proprietăților fizico-chimice ale proteinelor. Rolul azotului (N2) din amestecul atmosferic al ambalajului Azotul este un gaz inert, fără miros, foarte puţin solubil în apă şi grăsimi, care nu evidenţiază activitate antimicrobiană sau manifestă o activitate microbianp redusă. Datorită solubilităţii sale reduse în apă și grăsimi, prezența N2 într-un ambalaj alimentar cu atmosferă modificată poate preveni colapsul ambalajului care poate apărea atunci când se utilizează concentrații mari de CO2. În plus, N2, prin deplasarea O2 în 230
ambalaj, poate întârzia râncezirea oxidativă și, de asemenea, poate inhiba creșterea microorganismelor aerobe. În produsele alimentare, cum ar fi nucile, eliminarea oxigenului la valori de
