איך בקבוקי PET ופסולת תירס הופכים לעוגיות חלבון

הכותרת נשמעת כמו מדע בדיוני, אבל חשוב לדייק: בקבוק פלסטיק לא נכנס ישירות לבצק. במערכת µBites של אוניברסיטת דרום אילינוי בקרבונדייל, פלסטיק מסוג PET ופסולת חקלאית עוברים תחילה עיבוד כימי והופכים לתרכובות פחמן. שמרים מהונדסים משתמשים בתרכובות האלה כדי לייצר חלבונים, שומנים, חומצות, ויטמינים ומולקולות טעם — שאפשר לשלב בתערובת מזון ולהדפיס כעוגיות חלבון. 81011

המטרה המקורית היא לא מדף הסופרמרקט, אלא מקומות שבהם שרשראות אספקה רגילות כמעט אינן אפשריות — ובראשם משימות חלל עמוק בעתיד. הפוטנציאל מסקרן, אך הראיות הזמינות מתארות פלטפורמה מחקרית בשלבים מוקדמים, לא מוצר מזון מוגמר.

איך התהליך עובד?

1. מפרקים את הפלסטיק ואת הפסולת הצמחית

החוקרים משתמשים בפוליאתילן טרפתלט, או PET — הפלסטיק הנפוץ בבקבוקי משקאות רבים — לצד גבעולי תירס, עלים ושאר ביומסה חקלאית שנזרקה. החומרים נטחנים ועוברים תהליך שנקרא המסה הידרותרמית חמצונית: מים, חמצן, חום ולחץ מפרקים אותם למולקולות פחמן מסיסות במים. 101113

השלב הזה חיוני משום ש־PET שלם ופסולת צמחית סיבית אינם חומרי גלם זמינים בקלות למיקרואורגניזמים רגילים. העיבוד יוצר תרחיף עשיר בפחמן שאפשר להזין בו מיקרואורגניזמים מהונדסים. 1011

2. שמרים מהונדסים מייצרים רכיבי מזון

זנים שונים של שמרים מתוכנתים להמיר את התרכובות המעובדות למוצרים מסוימים. בין התוצרים שדווחו: חלבונים, שומנים, חומצות אורגניות, ויטמינים ומולקולות טעם.

אחד הזנים הוא שמרי אפייה, שעברו הנדסה גם לצורך ייצור טעם וניל. זנים אחרים נועדו לייצר תרכובות כמו בטא־קרוטן. 571013

הרעיון המרכזי הוא מעין "בנייה מחדש" ביולוגית: לא מנסים לאכול פלסטיק או גבעולי תירס, אלא משתמשים בפחמן שלהם כחומר הזנה לתסיסה. התוצרים שהמיקרואורגניזמים מייצרים יכולים להשתלב לאחר מכן בנוסחת מזון מוכרת יותר.

3. מדפיסים את התערובת כעוגייה

את תרחיף התוצרים המיקרוביאליים מערבבים עם סיבים, עמילן וממתיק, ואז מזינים אותו למדפסת מזון תלת־ממדית. אב־הטיפוס הודפס בצורת האות היוונית µ, ומכאן שמו: µBites — "מיקרו־בייטס". 101114

המערכת הרחבה יותר אמורה להיות גמישה: אפשר להוסיף לה תוספי תזונה, תבלינים ורכיבים אחרים, והמוצר הסופי לא חייב להיות עוגייה. לפי התכנון, הוא עשוי להיות גם מזון חצי־מוצק או נוזלי. 1011

מה ידוע על הבטיחות, הריח והטעם?

כאן נדרשת זהירות. תוצאות ראשוניות עשויות להיות מעודדות, אבל אב־טיפוס שנבדק בתנאי מחקר אינו שווה ערך למזון שאושר למכירה או לצריכה חופשית.

אוניברסיטת דרום אילינוי דיווחה כי אב־טיפוס מוקדם של העוגייה נבדק מבחינת בטיחות ופרמטרים תזונתיים, לפני שנערך ניתוח חושי בבני אדם. הציון הכללי שקיבל האב־טיפוס היה 6.5 מתוך 9 בסולם העדפה. הריח קיבל את הציון הגבוה ביותר — 7.33 מתוך 9 — ואילו הצבע, הצורה והמרקם קיבלו כל אחד ציון גבוה מ־5. 11

התוצאות מעידות שלפחות אב־טיפוס אחד נתפס כסביר או מקובל על משתתפי הבדיקה. הן אינן מוכיחות שהגרסה הנוכחית, הכוללת כמה רכיבים ושמרים מהונדסים, בטוחה לצריכה ללא הגבלה. הדיווחים הזמינים אינם כוללים את כל הפרטים הדרושים להערכה עצמאית, כגון גודל קבוצת הבדיקה, תוצאות בדיקות מזהמים, נתוני רעילות ואימות בטיחות בלתי תלוי בפרסום מדעי שעבר ביקורת עמיתים. דיווחים אחרים מציינים כי בדיקות טעימה רשמיות עדיין היו ממתינות לאישור, וכי העוגיות טרם קיבלו אישור לצריכת בני אדם. 11

לכן המסקנה הסבירה ביותר היא שמדובר באב־טיפוס מבטיח עם תוצאות מעודדות בתחום הריח וההערכה החושית — לא בחטיף מאושר מסחרית. כדי לטעון טענות חזקות יותר על הטעם ועל מידת הקבלה של המוצר, יהיה צורך בבדיקות צרכניות גדולות, מבוקרות ומתועדות באופן בלתי תלוי.

מה היה תפקידה של נאס״א — ומה הקשר ל־NSF?

נאס״א סיפקה את ההקשר היישומי דרך אתגר המזון בחלל העמוק. בשנת 2021 בחרה נאס״א בתכנון µBites של הצוות מאוניברסיטת דרום אילינוי כאחד מ־18 הרעיונות האמריקאיים המבטיחים, והעניקה לו 25 אלף דולר להמשך העבודה בשלב השני. המערכת נועדה, ברמת היעד, לייצר מזון לארבעה אנשים במהלך משימה של שלוש שנים למאדים, תוך שימוש מוגבל במים, באנרגיה ובאספקה מחדש. 110

האתגר של נאס״א התמקד בבעיה המרכזית של משימות ארוכות: האסטרונאוטים יצטרכו מזון מזין, טעים ויעיל מבחינת משאבים ופסולת. µBites מציעות להתמודד עם הבעיה באמצעות הפיכת פחמן שמקורו בפסולת לחומר גלם לייצור מזון מיקרוביאלי, במקום להסתמך רק על מרכיבים שנשלחו מראש מכדור הארץ. 110

מענק CAREER של הקרן הלאומית למדע בארצות הברית (NSF) תמך במחקר המדעי הקשור להנזלת ביומסה הידרותרמית. שם המענק הוא: "מניפולציה של קוטביות לשיפור הנזלה הידרותרמית של ביומסה לדלקים ביולוגיים". מדובר בתמיכה במדע שמאחורי העיבוד ההידרותרמי, ולא בהוכחה לכך שמערכת µBites מוכנה לשיווק. 8

למי הטכנולוגיה עשויה להתאים?

משימות בחלל העמוק

מערכת קומפקטית שתמיר זרמי פסולת מסוימים ואריזות שנשמרו במלאי לרכיבי מזון מותאמים עשויה להפחית את התלות באספקה מכדור הארץ. היא גם יכולה לתמוך בגישה מחזורית יותר לייצור מזון במשימות שבהן מים, אנרגיה, שטח אחסון וזמן צוות מוגבלים. 110

סביבות קיצוניות ומקומות דלי משאבים

בכדור הארץ, מערכת מודולרית לייצור מזון עשויה להיות רלוונטית במקומות שבהם חקלאות, קירור או משלוחים שוטפים קשים לביצוע — למשל אזורי אסון, צוללות, תחנות מחקר בקוטב וסביבות אחרות המוגבלות במשאבים. 1113

עם זאת, אלה שימושים אפשריים בלבד, לא פריסות שהוכחו בפועל. לפני שאפשר יהיה לטעון ליתרונות מעשיים, יהיה צורך להראות שהמערכת פועלת באופן אמין, בטוח וכלכלי בכל אחת מהסביבות האלה.

המכשולים הגדולים: עלות, קנה מידה ואמון הציבור

עלות הייצור המדווחת עומדת על כ־60 דולר לקילוגרם — מחיר שהופך את µBites ליקרות בהרבה ממזונות בסיס רגילים בשלב האב־טיפוס. מדובר בהערכה ולא במחיר שהוכח בייצור המוני. בנוסף, הדיווחים הזמינים אינם מבהירים אם הסכום כולל את כל העלויות של אנרגיה, איסוף ומיון חומרי הגלם, ציוד, כוח אדם, בקרת איכות, עמידה בדרישות רגולטוריות וטיפול בפסולת.

הרחבת התהליך תחייב כמה מערכות מורכבות לפעול יחד:

• עיבוד הידרותרמי חמצוני בקצב גבוה;
• תסיסה אמינה באמצעות זנים מיקרוביאליים מהונדסים;
• השבת מים ואיזון חומרי הזנה;
• שליטה עקבית במזהמים ובתוצרי לוואי לא רצויים;
• ציוד אוטומטי לערבוב, ניסוח והדפסה בתלת־ממד; וכן
• בדיקות בטיחות בלתי תלויות ומסלול רגולטורי ישים. 11

גם קבלת הציבור תהיה אתגר. אפילו אם הכימיה והתסיסה יאומתו, אנשים עלולים להסס לאכול מזון שחומרי המוצא שלו כללו פסולת פלסטיק. החוקרים עצמם הצביעו על הצורך במערכת משולבת ואוטומטית לחלוטין, בפיתוח נוסף ובטיפול בסוגיות מדיניות. 11

האם µBites יגיעו בקרוב לחנויות?

לא לפי הראיות הזמינות כיום. באוניברסיטת דרום אילינוי תיארו אפשרות שהמוצר יגיע לשולחנות האוכל בתוך כמה שנים, אך זו מטרת פיתוח — לא תאריך השקה מאושר. 11

לפני זמינות לציבור יהיה צורך בתיעוד מקיף יותר של בקרת מזהמים, עקביות תזונתית ובטיחות רעילה, לצד אישורים רגולטוריים, כלכלת ייצור, בדיקות צרכניות ואימות בלתי תלוי.

עד אז, µBites הן בעיקר אב־טיפוס מחקרי הקשור לנאס״א, שמדגים אפשרות מדעית מסקרנת: אפשר לעבד פחמן שמקורו בפסולת ולהמיר אותו ביולוגית לרכיבים שניתן לשלב במזון. זה הופך את הפרויקט למעניין מאוד מבחינה מדעית — אבל עדיין לא הופך עוגייה שמקורה בפלסטיק למוצר מזון יומיומי.