ペットボトルはどうやってプロテインクッキーになったのか――SIUの「µBites」を解説

ペットボトルが、そのままクッキーの材料になるわけではありません。

米国・南イリノイ大学カーボンデール校（SIU）の「µBites（マイクロバイツ）」では、飲料ボトルなどに使われるPET樹脂と、廃棄されたトウモロコシの茎や葉などをまず化学処理します。そこで得られた炭素化合物を遺伝子改変した酵母に与え、タンパク質、脂質、有機酸、ビタミン、香料成分などを作らせます。最終的に、食物繊維やデンプン、甘味料と混ぜ、食品用3Dプリンターでクッキー状に成形する仕組みです。81011

ただし、現時点でµBitesは一般販売されている食品ではありません。NASAの深宇宙向け研究から生まれた、将来性のある初期段階の食品生産プラットフォームです。

µBitesができるまで

1. PETと植物廃棄物を化学的に分解する

原料となるのは、ポリエチレンテレフタレート（PET）と、廃棄されたトウモロコシの茎・葉などのバイオマスです。PETは水や炭酸飲料の透明ボトルなどに広く使われているプラスチックです。

研究チームはこれらを細かくし、「酸化水熱溶解（oxidative hydrothermal dissolution）」と呼ばれる処理を施します。水と酸素を高温・高圧下で作用させ、PETや植物繊維を、水に溶けて微生物が利用できる炭素分子へと変換する工程です。101113

この前処理が重要なのは、元のPETや繊維質の植物廃棄物を、通常の微生物がそのまま食品生産に利用するのは難しいからです。処理後には、酵母が代謝できる炭素を含むスラリー（液状混合物）が得られます。1011

2. 改変した酵母が食品成分を作る

次に、用途に応じて設計された複数の酵母株が、処理済みの炭素化合物を原料に発酵します。報告されている生成物には、タンパク質、脂質、有機酸、ビタミン、香味分子などがあります。

パン作りにも使われる酵母を含む酵母株が改変され、バニラ香料の生成に利用されています。また、別の株ではβカロテンなどの成分を作ることが目指されています。571013

つまり、プラスチックや植物廃棄物を人が直接食べるのではありません。廃棄物に含まれる炭素を微生物の「餌」として使い、酵母に食品成分を再構成させるという発想です。

3. 食品用3Dプリンターで成形する

酵母が作った成分を含むスラリーに、食物繊維、デンプン、甘味料などを加え、食品用3Dプリンターで積層していきます。試作品はギリシャ文字の「µ（ミュー）」の形に成形されており、そこから「µBites」という名称が付けられました。「µBites」は「マイクロバイツ」と読みます。101114

このシステムはクッキーだけを想定したものではありません。サプリメントや香辛料を加えたり、半固形食品から液体食品まで、最終的な食感や形状を調整したりする設計も考えられています。1011

安全性や香り、味はどこまで確認されているのか

ここは、話題性の高いニュースだからこそ注意が必要な部分です。試作品の評価結果は前向きですが、一般販売できる食品として安全性が確認されたことを意味するわけではありません。

SIUによると、初期のクッキー試作品について、安全性や栄養面の指標を調べた後、人を対象に官能評価を行いました。9点法による総合受容度は6.5点でした。評価項目では香りが最も高く7.33点となり、色、形、食感はいずれも5点を超えました。11

この結果から、少なくとも評価対象となった試作品は、参加したパネルに一定程度受け入れられたと考えられます。一方で、公開情報だけでは、評価人数の詳細、汚染物質の検査結果、毒性データ、独立した査読済み安全性検証などを十分に確認できません。

また、別の報道では、正式な味覚試験はなお承認待ちで、クッキーは人が食べるための許可を得ていないとされています。11したがって、現時点で最も妥当な評価は、「香りや初期の官能評価に期待が持てる研究試作品」であって、「安全性が確立した市販スナック」ではありません。

今後は、より大規模で管理された味覚試験に加え、独立した検証と、原料由来の不純物や副生成物を継続的に管理できることの証明が必要になります。

NASAとNSFはどのように関わったのか

µBitesの実用上の課題を設定したのが、NASAの「ディープ・スペース・フード・チャレンジ」です。

NASAは2021年、SIUのµBites構想を、将来の深宇宙航行に向けて有望な米国の18チームの一つに選び、チームにフェーズ2の開発を進めるための2万5,000ドルを授与しました。構想では、水やエネルギー、補給に制約がある3年間の火星ミッションで、4人分の食料を生産するシステムが想定されていました。110

長期の宇宙ミッションでは、地球から大量の食品を運び続けることは容易ではありません。NASAのチャレンジは、限られた資源と廃棄物を前提に、栄養価があり、食べられて、安定的に作れる食品システムを求めるものでした。µBitesは、船内で発生する廃棄物や保管済み包装材などに含まれる炭素を、微生物による食品生産の原料として活用しようとするものです。110

一方、米国国立科学財団（NSF）のCAREER助成は、関連する水熱バイオマス液化の基礎研究を支援したものです。助成課題の名称は「バイオ燃料向けバイオマスの水熱液化を高める極性操作」です。8

この助成は、基盤となる水熱処理科学を支えるものであり、µBites自体が市場投入可能な段階にあることを示す証拠ではありません。

宇宙以外での用途はあるのか

深宇宙ミッション

宇宙飛行士が滞在中に出す廃棄物や、持ち込んだ包装材の一部を、タンパク質や微量栄養素などの食品成分に変えられれば、補給への依存を減らせる可能性があります。水、電力、保管スペース、乗組員の作業時間が限られる環境で、より循環型の食料生産を実現する狙いです。110

資源が限られた環境

地球上でも、農地や冷蔵設備、安定した物流が確保しにくい場所で、モジュール型の食品生産システムが役立つ可能性があります。報道では、災害地域、潜水艦、極地観測基地などが利用先として挙げられています。1113

ただし、これらはあくまで想定される用途です。それぞれの環境で、安全性、信頼性、経済性を実証するまでは、実際に役立つと断定することはできません。

最大の壁はコストと量産化

現在の製造コストは、1キログラム当たり約60ドルと報告されています。これは一般的な主食や菓子と比べて非常に高く、現段階では試作品規模の推計値です。

また、この金額に、エネルギー、廃棄物の回収・分別、設備費、人件費、品質管理、規制対応、廃棄物処理などの費用がすべて含まれているのかは、公開情報からは明確ではありません。

量産化には、少なくとも次の工程を安定して連携させる必要があります。

• 大量処理に対応した酸化水熱処理装置
• 改変した微生物株による安定した発酵
• 水の回収と栄養バランスの管理
• 汚染物質や望ましくない副生成物の一貫した制御
• 自動化された配合と食品用3Dプリント
• 独立した安全性試験と、実行可能な食品規制上の承認ルート11

さらに、消費者の受け入れも大きな課題です。化学処理と発酵によって、出発原料と最終食品が別の物質になるとしても、「プラスチック廃棄物が原料に含まれていた食品」を食べることに抵抗を感じる人はいるでしょう。研究チームも、完全に統合された自動化システムや、さらなる技術開発、政策面での対応が必要だとしています。11

近いうちに店頭に並ぶのか

現時点の証拠からは、近い将来に一般販売されるとは言えません。SIUは、µBitesが「今後数年以内」に食卓へ届く可能性を示していますが、これは開発上の目標であり、確定した発売日ではありません。11

一般の消費者に提供するには、汚染物質の管理、栄養成分の再現性、毒性評価、食品としての規制承認、製造コスト、消費者受容性について、より強い根拠が必要です。

µBitesが示しているのは、ペットボトルをそのまま食べ物にする技術ではありません。廃棄物中の炭素を化学処理で取り出し、微生物の働きで食品成分へ組み替え、3Dプリンターで食品に仕上げるという、循環型の食料生産の可能性です。

科学的には注目に値する成果ですが、プラスチック由来のクッキーが日常のおやつになるまでには、安全性、価格、量産化、そして「食べてみたい」と思えるかどうかという、いくつものハードルが残されています。