Nie jesz plastiku. Jesz składniki wyprodukowane z jego węgla

Plastikowa butelka nie trafia bezpośrednio do ciastka. W systemie µBites opracowywanym przez Southern Illinois University (SIU) w Carbondale odpady PET i resztki roślinne są najpierw przetwarzane chemicznie na związki węgla. Następnie specjalnie zaprogramowane drożdże wykorzystują je do wytwarzania białek, tłuszczów, kwasów organicznych, witamin oraz cząsteczek odpowiadających za smak i aromat. Z tak powstałych składników można przygotować masę, a później wydrukować ją w formie wysokobiałkowych ciasteczek. 81011

Pomysł powstał z myślą o miejscach, w których trudno utrzymać tradycyjne łańcuchy dostaw żywności — przede wszystkim o przyszłych misjach w głębokiej przestrzeni kosmicznej. Na obecnym etapie µBites to jednak obiecująca platforma badawcza, a nie gotowy produkt spożywczy.

Jak działa system µBites?

1. Plastik PET i odpady roślinne są rozkładane

Naukowcy wykorzystują politereftalan etylenu, czyli PET — tworzywo powszechnie stosowane w butelkach po wodzie i napojach — oraz odpady z upraw kukurydzy, takie jak łodygi i liście. Materiały są rozdrabniane, a następnie poddawane tak zwanemu utleniającemu rozpuszczaniu hydrotermalnemu. Proces łączy wodę, tlen, wysoką temperaturę i ciśnienie, rozbijając surowce na rozpuszczalne w wodzie cząsteczki węgla. 101113

To kluczowy etap. Nienaruszony PET ani włókniste resztki roślinne nie są łatwo przyswajalne dla zwykłych mikroorganizmów. Obróbka tworzy bogatą w węgiel zawiesinę, którą mogą metabolizować odpowiednio zmodyfikowane drobnoustroje. 1011

2. Drożdże produkują składniki żywności

Różne szczepy drożdży programuje się tak, aby przetwarzały związki powstałe w pierwszym etapie na określone produkty. Wśród deklarowanych rezultatów są białka, tłuszcze, kwasy organiczne, witaminy i cząsteczki aromatyczne. W badaniach wykorzystywane są między innymi drożdże piekarskie, którym przypisuje się także zdolność wytwarzania aromatu waniliowego. Inne szczepy mają produkować związki takie jak beta-karoten. 571013

To rodzaj mikrobiologicznej „odbudowy”. Naukowcy nie próbują sprawić, by człowiek jadł plastik lub odpady roślinne w ich pierwotnej postaci. Chodzi o wykorzystanie zawartego w nich węgla jako pożywki fermentacyjnej, a następnie przekształcenie go przez mikroorganizmy w składniki, które można zastosować w recepturze żywności.

3. Masa jest formowana za pomocą druku 3D

Zawiesina zawierająca produkty mikrobiologiczne jest mieszana z błonnikiem, skrobią i substancją słodzącą. Tak przygotowaną masę nakłada drukarka do żywności 3D. Prototypowe ciasteczka mają kształt greckiej litery µ, od której pochodzi nazwa µBites — wymawiana po angielsku „micro-bites”. 101114

System ma być elastyczny. Do receptury można dodawać suplementy, przyprawy i inne składniki, a finalny produkt nie musi mieć formy ciasteczka. W zależności od potrzeb może być półstały, a nawet płynny. 1011

Co wiadomo o bezpieczeństwie i smaku?

Dostępne informacje są interesujące, ale wciąż wstępne. Nie należy utożsamiać obiecujących wyników dla prototypu z dopuszczeniem produktu do powszechnego spożycia.

SIU informowało, że wcześniejszy prototyp ciasteczka oceniano pod kątem bezpieczeństwa i parametrów odżywczych, a następnie poddano analizie sensorycznej z udziałem ludzi. Ogólna akceptowalność wyniosła 6,5 na 9 punktów w skali hedonicznej. Najwyżej oceniono aromat — 7,33 na 9. Kolor, kształt i tekstura uzyskały po więcej niż 5 punktów. 11

Wyniki sugerują, że przynajmniej jeden prototyp został uznany przez uczestników testu za akceptowalny. Nie dowodzą jednak, że obecna, wieloskładnikowa wersja jest bezpieczna dla każdego i może być bez ograniczeń sprzedawana. Publicznie dostępne materiały nie podają wszystkich informacji potrzebnych do niezależnej oceny, między innymi pełnej liczebności panelu, wyników badań zanieczyszczeń, danych toksykologicznych ani niezależnej, recenzowanej walidacji bezpieczeństwa. Inne relacje wskazują, że formalne testy smaku nadal oczekiwały na zgodę, a ciasteczka nie zostały dopuszczone do spożycia przez ludzi. 11

Najostrożniejszy wniosek brzmi więc: projekt doprowadził do powstania obiecującego prototypu z zachęcającymi wynikami dotyczącymi aromatu i części cech sensorycznych. Nie jest to jeszcze zatwierdzona przekąska. Przed formułowaniem mocniejszych wniosków potrzebne byłyby duże, kontrolowane i niezależnie opisane testy konsumenckie.

Jaka była rola NASA i NSF?

NASA zapewniła projektowi przede wszystkim kontekst zastosowań poprzez konkurs Deep Space Food Challenge. W 2021 roku agencja wybrała koncepcję µBites zespołu SIU jako jeden z 18 obiecujących amerykańskich projektów i przyznała mu 25 tys. dolarów na dalsze prace w drugiej fazie konkursu. System miał w założeniu produkować żywność dla czterech osób podczas trzyletniej misji na Marsa, przy ograniczonym dostępie do wody, energii i dostaw z Ziemi. 110

Konkurs NASA koncentrował się na problemie, który w długich misjach kosmicznych będzie szczególnie trudny: jak zapewnić załodze żywność odżywczą, akceptowalną i możliwą do wytworzenia przy minimalnym zużyciu zasobów. µBites odpowiada na tę ideę, traktując część odpadów i opakowań jako potencjalne źródło węgla dla fermentacji, a nie wyłącznie jako śmieci. 110

Powiązany grant NSF CAREER wspierał badania nad hydrotermalnym upłynnianiem biomasy. Jego tytuł — „CAREER: Manipulating Polarity to Enhance Hydrothermal Liquefaction of Biomass for Biofuels” — dotyczy podstawowej technologii przetwarzania hydrotermalnego. Sam grant nie jest dowodem, że system µBites jest gotowy do wejścia na rynek. 8

Gdzie taka technologia mogłaby się przydać?

Misje w głębokiej przestrzeni kosmicznej

Kompaktowy system, który przekształca wybrane strumienie odpadów i zużyte opakowania w dopasowane składniki żywności, mógłby ograniczyć zależność astronautów od dostaw z Ziemi. Pozwalałby też zbliżyć się do bardziej zamkniętego obiegu produkcji żywności w warunkach, gdzie liczy się każdy kilogram wody, energii i miejsca. 110

Środowiska ekstremalne i obszary z ograniczonymi zasobami

Na Ziemi modułowy system produkcji żywności mógłby potencjalnie znaleźć zastosowanie tam, gdzie brakuje sprawnego rolnictwa, chłodnictwa albo regularnych dostaw — na przykład w strefach dotkniętych katastrofami, na okrętach podwodnych czy w stacjach polarnych. 1113

To jednak potencjalne scenariusze, a nie potwierdzone wdrożenia. W każdym z tych środowisk technologia musiałaby najpierw dowieść, że działa niezawodnie, bezpiecznie i ekonomicznie.

Największe bariery: cena i skala

Obecny koszt produkcji szacuje się na około 60 dolarów za kilogram. To znacznie więcej niż w przypadku zwykłej żywności podstawowej. Jest to jednak szacunek dla etapu prototypowego, a dostępne materiały nie wyjaśniają, czy obejmuje wszystkie koszty energii, zbiórki i sortowania surowców, urządzeń, pracy, kontroli jakości, zgodności z przepisami oraz zagospodarowania odpadów.

Skalowanie wymagałoby niezawodnego połączenia kilku trudnych technologii:

• wysokowydajnego przetwarzania hydrotermalnego z udziałem tlenu;
• stabilnej fermentacji z wykorzystaniem zmodyfikowanych szczepów;
• odzysku wody i równoważenia składników odżywczych;
• stałej kontroli zanieczyszczeń i niepożądanych produktów ubocznych;
• automatycznego mieszania składników i druku 3D; oraz
• niezależnych badań bezpieczeństwa i realnej ścieżki regulacyjnej. 11

Osobną kwestią pozostaje akceptacja konsumentów. Nawet jeśli chemia procesu i fermentacja zostaną dokładnie zweryfikowane, część osób może niechętnie sięgać po żywność, której surowcem wyjściowym były odpady plastikowe. Sami badacze wskazują na potrzebę stworzenia w pełni zintegrowanego, zautomatyzowanego systemu, dalszych prac rozwojowych i zmian w polityce regulacyjnej. 11

Czy µBites wkrótce trafią do sklepów?

Na podstawie obecnie dostępnych dowodów — nie ma podstaw, by tak twierdzić. SIU opisywało możliwość pojawienia się µBites na stołach w ciągu kilku najbliższych lat, ale jest to cel rozwojowy, a nie potwierdzona data premiery. 11

Przed udostępnieniem produktu szerokiej publiczności trzeba byłoby dokładniej udokumentować kontrolę zanieczyszczeń, stałość wartości odżywczej, bezpieczeństwo toksykologiczne, zgodność z regulacjami, ekonomikę produkcji i akceptację konsumentów. Na razie µBites najlepiej traktować jako powiązany z NASA prototyp badawczy, który pokazuje intrygującą możliwość: węgiel z odpadów może zostać chemicznie przetworzony, a następnie biologicznie zamieniony w składniki żywności.

To czyni projekt naukowo wyjątkowym. Nie oznacza jednak, że ciasteczko z surowcem pochodzącym z plastiku jest już gotową przekąską na co dzień.