Fra plastikflaske til proteinrig cookie: Sådan virker SIU’s µBites

En plastikflaske bliver ikke bare puttet direkte i en cookie. I Southern Illinois University Carbondales (SIU) µBites-system bliver PET-plast og kasseret biomasse først behandlet kemisk, så kulstoffet kan bruges af mikroorganismer. Specialdesignede gærceller omdanner derefter kulstoffet til blandt andet proteiner, fedtstoffer, syrer, vitaminer og smagsmolekyler. Blandingen kan til sidst formes og 3D-printes som en proteinrig fødevareprototype. 81011

Idéen er udviklet til miljøer, hvor traditionelle fødevareforsyninger er vanskelige at opretholde – især fremtidige missioner i det dybe rum. Potentialet er bemærkelsesværdigt, men de tilgængelige oplysninger beskriver stadig en tidlig platform og ikke et færdigt fødevareprodukt.

Sådan fungerer µBites

1. PET-plast og plantemateriale nedbrydes

Forskerne bruger polyethylenterephthalat, bedre kendt som PET – den plasttype, der findes i mange sodavands- og vandflasker – sammen med kasserede majsstængler, blade og anden biomasse. Materialerne males og behandles med såkaldt oxidativ hydrotermisk opløsning. Det er en proces, hvor vand, ilt, høj varme og tryk nedbryder materialerne til vandopløselige kulstofmolekyler. 101113

Det er et vigtigt trin, fordi intakt PET og sejt plantemateriale ikke uden videre kan bruges som råstof af almindelige mikroorganismer. Behandlingen skaber i stedet en kulstofrig opslæmning, som de specialdesignede mikroorganismer kan omsætte. 1011

2. Gærceller fremstiller fødevareingredienser

Forskellige gærstammer er programmeret til at omdanne de forarbejdede forbindelser til bestemte produkter. De rapporterede resultater omfatter proteiner, fedtstoffer, organiske syrer, vitaminer og smagsmolekyler. Blandt de organismer, der arbejdes med, er bagegær, som blandt andet er blevet udviklet til at fremstille vaniljesmag. Andre stammer er tiltænkt produktion af forbindelser som betakaroten. 571013

Grundideen er biologisk genopbygning: Man forsøger ikke at spise plast eller plantaffald direkte, men bruger deres kulstof som næring til en fermenteringsproces. De mikrobielle produkter kan derefter indgå i en mere traditionel fødevareblanding.

3. Blandingen 3D-printes

Den mikrobielle opslæmning blandes med fibre, stivelse og sødemiddel, hvorefter den lægges i form med en 3D-madprinter. Prototype-cookiesene er formet som det græske bogstav µ, hvilket har givet produktet navnet µBites – udtalt “micro-bites”. 101114

Systemet er dog ikke nødvendigvis begrænset til cookies. Ifølge beskrivelserne kan der tilsættes kosttilskud, krydderier og andre komponenter, og det endelige produkt kan potentielt være alt fra halvfast mad til en væske. 1011

Hvad ved man om sikkerhed, duft og smag?

Resultaterne er interessante, men foreløbige. Det er vigtigt at skelne mellem en afprøvet prototype og en fødevare, der er godkendt til almindeligt salg.

SIU har oplyst, at en tidligere cookieprototype blev undersøgt for sikkerhed og ernæringsmæssige parametre, før der blev gennemført en sensorisk analyse med mennesker. Prototypen fik en samlet acceptabilitetsscore på 6,5 ud af 9 på en såkaldt hedonisk skala. Duften blev vurderet højest med 7,33 ud af 9, mens farve, form og tekstur hver fik mere end 5. 11

Det tyder på, at mindst én prototype blev opfattet som acceptabel af det panel, der deltog i testen. Resultaterne dokumenterer dog ikke, at den nuværende version med flere ingredienser er sikker at spise uden begrænsninger. De offentligt tilgængelige oplysninger indeholder ikke alle de detaljer, der er nødvendige for en uafhængig vurdering – eksempelvis det fulde antal testpersoner, resultater for forurening, toksikologiske data eller uafhængig, fagfællebedømt sikkerhedsvalidering. Andre omtaler angiver desuden, at formelle smagstests stadig afventede godkendelse, og at cookiesene endnu ikke var godkendt til menneskeføde. 11

Den mest forsigtige konklusion er derfor, at projektet har frembragt en lovende prototype med opmuntrende resultater for duft og sensorisk accept – ikke en kommercielt godkendt snack. Der vil være behov for større, kontrollerede og uafhængigt dokumenterede forbrugertests, før man kan sige mere sikkert, hvordan produktet smager, og om det vil blive accepteret bredt.

NASA satte retningen, mens NSF støttede grundforskningen

NASA skabte den anvendelsesorienterede ramme gennem Deep Space Food Challenge. I 2021 udvalgte NASA SIU’s µBites-design som ét af 18 lovende amerikanske koncepter og tildelte holdet 25.000 dollar til at fortsætte arbejdet i fase 2. Systemet var tænkt til at kunne fremstille mad til fire personer under en tre år lang Mars-mission med begrænset adgang til vand, energi og forsyninger. 110

Udfordringen tog udgangspunkt i et konkret problem: Astronauter på langvarige missioner har brug for mad, der både er næringsrig, acceptabel og effektiv med hensyn til ressourcer og affald. µBites forsøger at imødekomme dette ved at behandle kasseret kulstof som en mulig råvare til mikrobiel fødevareproduktion i stedet for udelukkende at basere sig på medbragte ingredienser. 110

Et NSF CAREER-legat støttede beslægtet forskning i hydrotermisk forflydning af biomasse. Legatet hedder “CAREER: Manipulating Polarity to Enhance Hydrothermal Liquefaction of Biomass for Biofuels” og vedrører den underliggende hydrotermiske proces. Det skal derfor ikke opfattes som dokumentation for, at selve µBites-systemet er klar til markedet. 8

Hvor kan teknologien bruges?

Missioner i det dybe rum

For astronauter kan et kompakt system, der omdanner udvalgte affaldsstrømme og emballage til skræddersyede fødevareingredienser, potentielt mindske afhængigheden af forsyninger udefra. Det kan også bidrage til en mere lukket kredsløbsmodel for fødevareproduktion på missioner, hvor vand, energi, lagerplads og besætningens tid er begrænsede. 110

Miljøer med få ressourcer

På Jorden kan et modulopbygget fødevareproduktionssystem af samme type være relevant steder, hvor landbrug, køling eller regelmæssige leverancer er vanskelige – for eksempel i katastrofeområder, ubåde, polarstationer og andre ressourcebegrænsede miljøer. 1113

Det er dog potentielle anvendelser, ikke dokumenterede installationer. Før fordelene kan hævdes i praksis, skal teknologien vise, at den kan fungere stabilt, sikkert og økonomisk i hvert enkelt miljø.

De største udfordringer er pris og opskalering

Den rapporterede produktionspris er cirka 60 dollar pr. kilo. Det gør µBites langt dyrere end almindelige basisfødevarer på prototypestadiet. Tallet er et estimat og ikke en dokumenteret pris ved masseproduktion. De tilgængelige oplysninger viser heller ikke, om alle udgifter er medregnet – eksempelvis energi, indsamling og sortering, udstyr, arbejdskraft, kvalitetskontrol, myndighedskrav og håndtering af restaffald.

En opskalering kræver, at flere krævende systemer fungerer sammen:

• højkapacitetsanlæg til oxidativ hydrotermisk behandling;
• stabil fermentering med genetisk modificerede mikrobielle stammer;
• genvinding af vand og afbalancering af næringsstoffer;
• ensartet kontrol med forurening og uønskede biprodukter;
• automatiseret formulering og 3D-printning; samt
• uafhængige sikkerhedstests og en realistisk godkendelsesproces. 11

Forbrugernes accept er en anden stor hurdle. Selv hvis kemien og fermenteringen bliver grundigt valideret, kan mange være tilbageholdende med at spise mad, hvis udgangsmaterialer omfattede plastikaffald. Forskerne har også peget på behovet for et fuldt integreret, automatiseret system, yderligere udvikling og politisk arbejde. 11

Kommer µBites snart i butikkerne?

Det er der ikke belæg for at sige på nuværende tidspunkt. SIU har beskrevet muligheden for, at µBites kan nå middagsbordene inden for de næste få år, men det er et udviklingsmål – ikke en bekræftet lanceringsdato. 11

Før produktet kan blive tilgængeligt for offentligheden, skal projektet dokumentere bedre kontrol med forurening, stabil ernæringsværdi, toksikologisk sikkerhed, myndighedsgodkendelse, produktionsøkonomi og forbrugeraccept. Indtil da bør µBites først og fremmest forstås som en NASA-relateret forskningsprototype, der demonstrerer en opsigtsvækkende mulighed: Affaldets kulstof kan behandles og omdannes biologisk til ingredienser til mad.

Det gør projektet videnskabeligt interessant – men gør endnu ikke en cookie med plastik som udgangspunkt til hverdagsmad.