Hvordan plastflasker og maisavfall kan bli til kjeks

En plastflaske går ikke rett fra søppelspannet og inn i en kjeks. I SIU Carbondales µBites-system blir PET-plast og kassert landbruksbiomasse først brutt ned kjemisk til karbonforbindelser. Deretter bruker konstruert gjær disse forbindelsene til å lage blant annet proteiner, fett, organiske syrer, vitaminer og smaksmolekyler. Ingrediensene kan så blandes og formes med en 3D-matskriver til en proteinrik matprototype. 81011

Ideen er utviklet med tanke på miljøer der vanlige forsyningskjeder er vanskelige å opprettholde – særlig framtidige ferder langt ut i verdensrommet. Potensialet er stort, men dokumentasjonen beskriver foreløpig et tidlig teknologisk system, ikke et ferdig matprodukt.

Slik fungerer µBites

1. Plast og planteavfall brytes ned

Forskerne bruker polyetylentereftalat, bedre kjent som PET – plasttypen som ofte finnes i drikkevareflasker – sammen med maisstengler, blader og annet planteavfall. Materialene males opp og behandles gjennom såkalt oksidativ hydrotermisk oppløsning. Prosessen kombinerer vann, oksygen, høy temperatur og trykk for å bryte materialene ned til vannløselige karbonmolekyler. 101113

Dette trinnet er avgjørende fordi hele PET-molekyler og fiberrikt planteavfall ikke uten videre kan brukes av vanlige mikroorganismer i matproduksjon. Behandlingen lager i stedet en karbonrik slurry – en tykk væskeblanding – som konstruerte mikroorganismer kan omsette. 1011

2. Gjær lager matkomponentene

Ulike gjærstammer er programmert til å omdanne de bearbeidede forbindelsene til bestemte produkter. De rapporterte resultatene omfatter proteiner, fett, organiske syrer, vitaminer og smaksmolekyler. Også bakegjær er blant organismene som er blitt konstruert, blant annet for å produsere vaniljesmak. Andre stammer skal kunne lage forbindelser som betakaroten. 571013

Kjernen i ideen er en form for biologisk «gjenoppbygging»: Systemet forsøker ikke å spise plast direkte. I stedet brukes karbonet i plasten og planteavfallet som råstoff i en fermenteringsprosess. Produktene fra mikroorganismene kan deretter settes sammen til en mer tradisjonell matblanding.

3. Blandingen 3D-printes

Slurryen fra mikroorganismene blandes med fiber, stivelse og søtstoff før den legges lagvis med en 3D-matskriver. Prototypene er formet som den greske bokstaven µ, og derav kommer navnet µBites – uttalt «micro-bites». 101114

Plattformen er ment å kunne justeres. Det skal være mulig å tilsette kosttilskudd, krydder og andre komponenter, og sluttproduktet trenger ikke nødvendigvis å være en kjeks. Forskerne ser også for seg mat med konsistens fra halvfast til flytende. 1011

Hva vet vi om sikkerhet og smak?

Her er det viktig å skille mellom en lovende prototype og et matprodukt som er godkjent for salg.

SIU har opplyst at en tidligere kjeksprototype ble vurdert med hensyn til sikkerhet og næringsinnhold før en sensorisk test med mennesker. Prototypen fikk en samlet akseptskår på 6,5 av 9 på en såkalt hedonisk skala. Aroma var egenskapen som fikk høyest vurdering, med 7,33 av 9, mens farge, form og tekstur alle fikk over 5. 11

Resultatene tyder på at minst én prototype ble oppfattet som akseptabel av testpanelet. De dokumenterer imidlertid ikke at den nåværende blandingen av flere ingredienser er trygg for fritt konsum. Offentlig tilgjengelig omtale gir heller ikke alle opplysningene som trengs for en uavhengig vurdering – blant annet full panelstørrelse, resultater fra forurensningsanalyser, toksikologiske data eller uavhengig fagfellevurdering av matsikkerheten. Andre omtaler sier at formell smakstesting fortsatt ventet på godkjenning, og at kjeksene ikke var klarert for menneskelig konsum. 11

Den mest forsvarlige konklusjonen er derfor at prosjektet har laget en lovende prototype med oppmuntrende aroma- og sanseresultater – ikke en kommersielt godkjent snacks. Før det kan trekkes sikrere konklusjoner om smak og forbrukeraksept, trengs større, kontrollerte og uavhengig dokumenterte tester.

Hva hadde NASA og NSF med prosjektet å gjøre?

NASA ga prosjektet den praktiske rammen gjennom Deep Space Food Challenge. I 2021 valgte NASA SIU Carbondales µBites-design som ett av 18 lovende amerikanske konsepter og ga teamet 25 000 dollar til videre arbeid i fase to. Målet var et system som kunne produsere mat til fire personer på en tre år lang Mars-ferd, med begrenset tilgang på vann, energi og etterforsyninger. 110

Utfordringen tok utgangspunkt i et konkret problem: Astronauter på langvarige ferder trenger mat som er næringsrik, akseptabel og mulig å produsere med lite ressursbruk og lite avfall. µBites forsøker å møte dette ved å behandle kassert karbon som et mulig råstoff for mikrobiell matproduksjon, i stedet for å basere seg utelukkende på lagrede ingredienser. 110

Et NSF CAREER-stipend støttet beslektet forskning på hydrotermisk flytendegjøring av biomasse. Tittelen på bevilgningen er «CAREER: Manipulating Polarity to Enhance Hydrothermal Liquefaction of Biomass for Biofuels». Støtten gjelder den underliggende kjemien og prosessforskningen, og bør ikke tolkes som et bevis på at selve µBites-systemet er klart for markedet. 8

Hvor kan teknologien bli nyttig?

Romferder langt fra jorden

For astronauter kan et kompakt system som omdanner utvalgte avfallsstrømmer og lagret emballasje til skreddersydde matingredienser, i teorien redusere behovet for etterforsyninger. Det kan også bidra til en mer lukket og ressurseffektiv matproduksjon på ferder der vann, energi, lagringsplass og mannskapstid er begrenset. 110

Områder med få ressurser

På jorden kan et modulbasert system for matproduksjon være relevant på steder der jordbruk, kjøling eller regelmessige leveranser er vanskelig. Mulige bruksområder som er nevnt, er katastrofeområder, ubåter, polarstasjoner og andre miljøer med begrensede ressurser. 1113

Dette er mulige bruksområder, ikke dokumenterte utplasseringer. Teknologien må først vise at den kan fungere stabilt, trygt og økonomisk i hvert enkelt miljø.

Den største utfordringen er kostnad og oppskalering

Den oppgitte produksjonskostnaden er rundt 60 dollar per kilo. Det gjør µBites langt dyrere enn vanlige basisvarer på dagens prototypenivå. Tallet er et anslag, ikke en dokumentert kostnad ved masseproduksjon. Det er heller ikke klart om beløpet inkluderer alle utgifter til energi, innsamling og sortering, utstyr, arbeidskraft, kvalitetskontroll, myndighetskrav og avfallshåndtering.

En oppskalering vil kreve at flere kompliserte systemer fungerer sammen:

• reaktorer for høy gjennomstrømning og oksidativ hydrotermisk behandling;
• stabil fermentering med konstruerte mikroorganismer;
• gjenvinning av vann og balansering av næringsstoffer;
• kontroll med forurensning og uønskede biprodukter;
• automatisert blanding og 3D-printing; og
• uavhengige sikkerhetstester samt en gjennomførbar godkjenningsprosess. 11

Forbrukernes reaksjon blir også avgjørende. Selv om kjemien og fermenteringen kan dokumenteres, kan mange være skeptiske til å spise mat der råstoffet opprinnelig var plastavfall. Forskerne har dessuten pekt på behovet for et helintegrert, automatisert system, mer utviklingsarbeid og politiske avklaringer. 11

Kommer µBites i butikkene snart?

Ikke ifølge dokumentasjonen som er tilgjengelig nå. SIU har omtalt muligheten for at µBites kan nå middagsbordene i løpet av de neste årene, men dette er et utviklingsmål – ikke en bekreftet lanseringsdato. 11

Før produktet eventuelt kan bli tilgjengelig for publikum, må prosjektet dokumentere bedre kontroll med forurensning, stabilt næringsinnhold, toksikologisk sikkerhet, myndighetsgodkjenning, produksjonsøkonomi og forbrukeraksept.

Foreløpig er µBites best forstått som en NASA-knyttet forskningsprototype som viser en oppsiktsvekkende mulighet: Karbon fra avfall kan behandles kjemisk og omdannes biologisk til ingredienser som kan inngå i mat.

Det gjør prosjektet vitenskapelig interessant. Men det gjør ikke en plastbasert kjeks til hverdagsmat – ennå.