จากขวด PET สู่คุกกี้โปรตีนสูงได้อย่างไร

คุกกี้ µBites ของมหาวิทยาลัย Southern Illinois University Carbondale (SIU) ไม่ได้ทำจากการนำขวดพลาสติกไปบดแล้วผสมแป้งโดยตรง แต่เป็นกระบวนการเปลี่ยน “คาร์บอนจากของเสีย” ให้กลายเป็นวัตถุดิบอาหารผ่านเคมี จุลินทรีย์ และการพิมพ์อาหารสามมิติ

นักวิจัยนำพลาสติก PET ซึ่งเป็นวัสดุที่พบได้ในขวดน้ำและขวดเครื่องดื่ม รวมถึงเศษซัง ลำต้น และใบข้าวโพด มาผ่านกระบวนการทางเคมี จากนั้นใช้ยีสต์ที่ผ่านการปรับแต่งให้เปลี่ยนสารประกอบเหล่านั้นเป็นโปรตีน ไขมัน กรดอินทรีย์ วิตามิน และโมเลกุลแต่งกลิ่นรส ก่อนนำไปผสมเป็นอาหารต้นแบบรูปคุกกี้ 81011

แนวคิดนี้พัฒนาขึ้นเพื่อรับมือกับสถานการณ์ที่ห่วงโซ่อุปทานอาหารตามปกติทำได้ยาก โดยเฉพาะภารกิจสำรวจอวกาศห้วงลึก อย่างไรก็ตาม หลักฐานที่มีอยู่ในขณะนี้ชี้ว่า µBites ยังเป็นแพลตฟอร์มวิจัยระยะเริ่มต้น ไม่ใช่ขนมที่พร้อมวางขายทั่วไป

กระบวนการเปลี่ยนขยะให้เป็น µBites

1. ย่อย PET และเศษพืชให้เป็นคาร์บอนที่จุลินทรีย์ใช้ได้

นักวิจัยใช้พลาสติกโพลิเอทิลีนเทเรฟทาเลต หรือ PET ร่วมกับเศษวัสดุจากการเกษตร เช่น ลำต้นและใบข้าวโพด วัตถุดิบเหล่านี้จะถูกบดและผ่านกระบวนการที่เรียกว่า oxidative hydrothermal dissolution ซึ่งใช้ น้ำ ออกซิเจน ความร้อน และแรงดันสูง เพื่อสลายวัสดุให้เป็นโมเลกุลคาร์บอนที่ละลายน้ำได้ 101113

ขั้นตอนนี้มีความสำคัญ เพราะ PET ที่ยังคงสภาพเดิมและเส้นใยพืชไม่ใช่วัตถุดิบที่จุลินทรีย์ทั่วไปนำไปใช้ผลิตอาหารได้ง่าย การย่อยล่วงหน้าจึงช่วยสร้างสารละลายที่มีคาร์บอนเข้มข้นและเหมาะสำหรับการหมักด้วยจุลินทรีย์ 1011

2. ให้ยีสต์สร้างส่วนประกอบของอาหาร

ยีสต์แต่ละสายพันธุ์ถูกปรับแต่งให้เปลี่ยนสารประกอบที่ผ่านการย่อยแล้วเป็นผลิตภัณฑ์แตกต่างกัน ผลลัพธ์ที่มีการรายงาน ได้แก่ โปรตีน ไขมัน กรดอินทรีย์ วิตามิน และโมเลกุลแต่งกลิ่นรส

หนึ่งในสิ่งมีชีวิตที่ถูกนำมาใช้คือยีสต์ขนมปัง ซึ่งได้รับการปรับแต่งให้ผลิตกลิ่นวานิลลา ขณะที่ยีสต์สายพันธุ์อื่นมีเป้าหมายผลิตสารอย่างเบตาแคโรทีน 571013

หัวใจของแนวคิดนี้คือการ “สร้างวัตถุดิบขึ้นใหม่ด้วยจุลินทรีย์” ไม่ใช่การให้คนกินพลาสติกหรือเศษพืชโดยตรง แต่ใช้คาร์บอนจากวัสดุเหล่านั้นเป็นอาหารเลี้ยงเชื้อสำหรับการหมัก แล้วนำผลิตภัณฑ์จากจุลินทรีย์ไปประกอบเป็นสูตรอาหารที่คุ้นเคยมากขึ้น

3. ผสมและพิมพ์เป็นคุกกี้สามมิติ

สารละลายผลิตภัณฑ์จากจุลินทรีย์จะถูกผสมกับใยอาหาร แป้ง และสารให้ความหวาน จากนั้นเครื่องพิมพ์อาหารสามมิติจะค่อย ๆ ขึ้นรูปเป็นคุกกี้ที่มีลักษณะคล้ายอักษรกรีก µ จึงเกิดชื่อ µBites ซึ่งอ่านว่า “ไมโครบाइटส์” หรือ micro-bites 101114

ระบบนี้ไม่ได้จำกัดอยู่แค่คุกกี้เท่านั้น ในอนาคตอาจเติมอาหารเสริม เครื่องเทศ หรือส่วนประกอบอื่น ๆ ได้ และอาจปรับเนื้อสัมผัสให้เป็นอาหารกึ่งแข็งหรือของเหลว แทนที่จะต้องออกมาเป็นขนมอบเสมอไป 1011

ปลอดภัยและอร่อยแค่ไหน?

ข้อมูลด้านความปลอดภัยและรสชาติยังอยู่ในระยะเริ่มต้น จึงควรแยกให้ออกระหว่าง “ต้นแบบที่ผ่านการประเมินบางส่วน” กับ “อาหารที่ได้รับอนุญาตให้จำหน่ายและบริโภคทั่วไป”

SIU ระบุว่าได้ประเมินต้นแบบคุกกี้รุ่นก่อนในด้านความปลอดภัยและคุณค่าทางโภชนาการ ก่อนทำการวิเคราะห์การยอมรับทางประสาทสัมผัสโดยมนุษย์ ต้นแบบดังกล่าวได้คะแนนการยอมรับโดยรวม 6.5 จาก 9 คะแนนตามสเกลความชอบ ส่วนกลิ่นได้คะแนนสูงสุดที่ 7.33 จาก 9 ขณะที่สี รูปทรง และเนื้อสัมผัสได้มากกว่า 5 คะแนนทั้งหมด 11

ผลดังกล่าวบอกได้ว่า ต้นแบบอย่างน้อยหนึ่งรุ่นได้รับการประเมินว่าอยู่ในระดับยอมรับได้จากกลุ่มผู้ทดสอบ แต่ยังไม่เพียงพอที่จะยืนยันว่าคุกกี้สูตรปัจจุบันปลอดภัยสำหรับการบริโภคโดยไม่มีข้อจำกัด รายงานต่อสาธารณะยังไม่ได้ให้รายละเอียดทั้งหมด เช่น จำนวนผู้ทดสอบ ผลตรวจสารปนเปื้อน ข้อมูลพิษวิทยา หรือการยืนยันด้านความปลอดภัยจากงานวิจัยที่ผ่านการทบทวนโดยผู้เชี่ยวชาญอย่างเป็นอิสระ

รายงานอื่นระบุว่า การทดสอบรสชาติอย่างเป็นทางการยังอยู่ระหว่างรอการอนุมัติ และคุกกี้ยังไม่ได้รับอนุญาตให้มนุษย์บริโภค 11 ดังนั้น ข้อสรุปที่รอบคอบที่สุดคือ µBites เป็นต้นแบบที่มีแนวโน้มน่าสนใจและให้ผลด้านกลิ่นกับประสาทสัมผัสที่น่าพอใจในเบื้องต้น ไม่ใช่ขนมที่ผ่านการรับรองเพื่อวางจำหน่ายแล้ว

NASA และ NSF มีบทบาทอย่างไร

NASA เป็นผู้ให้บริบทด้านการใช้งานผ่านโครงการ Deep Space Food Challenge ซึ่งมองหาเทคโนโลยีผลิตอาหารที่มีคุณค่าทางโภชนาการ น่ารับประทาน และใช้ทรัพยากรกับของเสียน้อยสำหรับภารกิจอวกาศระยะยาว

ในปี 2021 NASA เลือกแนวคิด µBites ของทีม SIU เป็นหนึ่งใน 18 แนวคิดจากสหรัฐฯ ที่มีศักยภาพ และมอบเงิน 25,000 ดอลลาร์สหรัฐให้ทีมเดินหน้าพัฒนางานในระยะที่ 2 ระบบนี้ถูกวางเป้าหมายให้ผลิตอาหารสำหรับคน 4 คนตลอดภารกิจไปดาวอังคารนาน 3 ปี โดยใช้ น้ำ พลังงาน และการส่งเสบียงให้น้อยที่สุด 110

ส่วนทุน NSF CAREER สนับสนุนงานวิจัยทางวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับการทำให้ชีวมวลเป็นของเหลวด้วยกระบวนการไฮโดรเทอร์มอล ชื่อโครงการคือ “CAREER: Manipulating Polarity to Enhance Hydrothermal Liquefaction of Biomass for Biofuels” หรือการควบคุมขั้วของสารเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำให้ชีวมวลเป็นของเหลวสำหรับเชื้อเพลิงชีวภาพ 8

ทุนดังกล่าวจึงเกี่ยวข้องกับวิทยาศาสตร์พื้นฐานของกระบวนการแปรรูป ไม่ควรตีความว่าเป็นหลักฐานว่าแพลตฟอร์มอาหาร µBites พร้อมเข้าสู่ตลาดแล้ว

หากใช้จริง จะเหมาะกับที่ไหนบ้าง

ภารกิจอวกาศระยะไกล

สำหรับนักบินอวกาศ ระบบขนาดกะทัดรัดที่เปลี่ยนของเสียบางประเภทและบรรจุภัณฑ์ที่มีอยู่บนยานให้เป็นส่วนประกอบอาหาร อาจช่วยลดการพึ่งพาการส่งเสบียงจากโลก และสนับสนุนระบบผลิตอาหารแบบหมุนเวียนมากขึ้นในภารกิจที่มีข้อจำกัดด้านน้ำ พลังงาน พื้นที่จัดเก็บ และเวลาของลูกเรือ 110

พื้นที่ห่างไกลหรือขาดแคลนทรัพยากร

บนโลก ระบบผลิตอาหารแบบโมดูลาร์ลักษณะนี้อาจมีประโยชน์ในพื้นที่ที่การเกษตร ห้องเย็น หรือการขนส่งเสบียงทำได้ยาก เช่น เขตภัยพิบัติ เรือดำน้ำ สถานีวิจัยขั้วโลก และพื้นที่ที่มีทรัพยากรจำกัด 1113

อย่างไรก็ตาม ทั้งหมดนี้ยังเป็น “กรณีใช้งานที่อาจเป็นไปได้” ไม่ใช่การใช้งานที่พิสูจน์แล้วในภาคสนาม เทคโนโลยีจะต้องแสดงให้เห็นก่อนว่าสามารถทำงานได้อย่างสม่ำเสมอ ปลอดภัย และคุ้มทุนในแต่ละสภาพแวดล้อม

อุปสรรคใหญ่: ต้นทุนและการขยายกำลังผลิต

ต้นทุนการผลิตที่มีการรายงานอยู่ที่ประมาณ 60 ดอลลาร์สหรัฐต่อกิโลกรัม ทำให้ µBites มีราคาแพงกว่าอาหารหลักทั่วไปอย่างมากในระยะต้นแบบ ตัวเลขนี้เป็นเพียงการประเมิน ยังไม่มีข้อมูลยืนยันว่าเป็นต้นทุนสำหรับการผลิตจำนวนมากหรือรวมค่าใช้จ่ายทุกด้านแล้ว เช่น พลังงาน การเก็บและคัดแยกวัตถุดิบ เครื่องจักร แรงงาน การควบคุมคุณภาพ การปฏิบัติตามกฎระเบียบ และการจัดการของเสีย

การขยายระบบให้ใหญ่ขึ้นยังต้องทำให้หลายขั้นตอนทำงานร่วมกันได้อย่างน่าเชื่อถือ ได้แก่

• เครื่องปฏิกรณ์สำหรับกระบวนการ oxidative hydrothermal dissolution ที่รองรับปริมาณสูง
• การหมักด้วยยีสต์ที่ผ่านการปรับแต่งอย่างสม่ำเสมอ
• การนำน้ำกลับมาใช้และการควบคุมสมดุลสารอาหาร
• การควบคุมสารปนเปื้อนและผลพลอยได้ที่ไม่ต้องการ
• ระบบผสมสูตรและเครื่องพิมพ์อาหารสามมิติแบบอัตโนมัติ
• การทดสอบความปลอดภัยโดยหน่วยงานอิสระและเส้นทางขออนุญาตด้านอาหารที่ชัดเจน 11

การยอมรับของผู้บริโภคก็เป็นโจทย์สำคัญ แม้กระบวนการทางเคมีและการหมักจะผ่านการตรวจสอบ ผู้บริโภคจำนวนไม่น้อยอาจยังลังเลกับอาหารที่มีวัตถุดิบตั้งต้นมาจากขยะพลาสติก ทีมวิจัยเองก็ระบุว่ายังต้องพัฒนาระบบให้ครบวงจรและทำงานอัตโนมัติมากขึ้น รวมถึงจัดการประเด็นด้านนโยบาย 11

จะได้เห็น µBites วางขายเร็ว ๆ นี้หรือไม่?

จากหลักฐานที่มีอยู่ในขณะนี้ ยังตอบว่า “เร็ว ๆ นี้” ไม่ได้ SIU เคยกล่าวถึงความเป็นไปได้ที่ µBites จะไปถึงโต๊ะอาหารภายในไม่กี่ปีข้างหน้า แต่เป็นเป้าหมายการพัฒนา ไม่ใช่กำหนดวันเปิดตัวที่ยืนยันแล้ว 11

ก่อนจะวางจำหน่ายต่อสาธารณะ โครงการยังต้องมีข้อมูลที่ชัดเจนกว่านี้เกี่ยวกับการควบคุมสารปนเปื้อน ความสม่ำเสมอทางโภชนาการ ความปลอดภัยทางพิษวิทยา การอนุมัติตามกฎระเบียบ ต้นทุนการผลิต และการยอมรับของผู้บริโภค

µBites จึงควรถูกมองว่าเป็นต้นแบบวิจัยที่เชื่อมโยงกับ NASA และกำลังสาธิตความเป็นไปได้อันโดดเด่นว่า คาร์บอนจากของเสียอาจถูกย่อยและเปลี่ยนผ่านกระบวนการชีวภาพให้กลายเป็นส่วนประกอบอาหารได้ แต่ในวันนี้ ขวดพลาสติกที่เคยกลายเป็นคุกกี้ยังเป็นเรื่องของห้องทดลองมากกว่าของว่างประจำวัน