Ένα μπισκότο που ξεκίνησε τη «ζωή» του από ένα πλαστικό μπουκάλι και μπορεί να καταλήξει στο ανθρώπινο πιάτο δημιούργησε ομάδα ερευνητών στις ΗΠΑ, αξιοποιώντας ειδικά προγραμματισμένους μικροοργανισμούς.
Η νέα τεχνολογία μετατρέπει πλαστικά και γεωργικά απόβλητα σε βρώσιμες πρωτεΐνες, λιπαρά, βιταμίνες και αρωματικές ουσίες, ανοίγοντας παράλληλα τον δρόμο για μια διαφορετική προσέγγιση τόσο στην αντιμετώπιση της πλαστικής ρύπανσης, όσο και στην κάλυψη των μελλοντικών διατροφικών αναγκών.
Η ερευνητική ομάδα από το Southern Illinois University Carbondale (SIU) ανέπτυξε τη συγκεκριμένη τεχνολογία στο πλαίσιο ενός προγράμματος της NASA, με στόχο τη δημιουργία τροφίμων για περιβάλλοντα όπου οι διαθέσιμοι πόροι είναι εξαιρετικά περιορισμένοι, όπως οι μελλοντικές διαστημικές αποστολές.
Τα αποτελέσματα παρουσιάστηκαν στην φθινοπωρινή συνάντηση της American Chemical Society (ACS), η οποία πραγματοποιείται από τις 23 έως τις 27 Αυγούστου στο Σικάγο.
«Οι μικροοργανισμοί είναι πολύ έξυπνοι. Χρησιμοποιούμε λοιπόν, τις ιδιότητές τους για να λύσουμε τα προβλήματα που εμείς δημιουργήσαμε», δήλωσε ο αναπληρωτής καθηγητής Lahiru Jayakody, ο οποίος συμμετέχει στην ερευνητική προσπάθεια.
Η βασική ιδέα είναι σχετικά απλή. Τόσο το πλαστικό όσο και η τροφή περιέχουν άνθρακα. Οι ερευνητές επιχείρησαν να αξιοποιήσουν τον άνθρακα που περιέχεται σε απόβλητα, αντί να τον αφήσουν να καταλήξει σε χωματερές ή στο περιβάλλον.
«Προσπαθούσαμε να αναπτύξουμε τεχνολογίες για την ανακύκλωση και αναβάθμιση του πλαστικού, ώστε να παράγουμε προϊόντα μεγαλύτερης αξίας και σκεφτήκαμε, γιατί να μην επικεντρωθούμε στην παραγωγή τροφής; Επειδή το πλαστικό είναι άνθρακας και η τροφή είναι επίσης άνθρακας», εξηγεί ο Jayakody.
Ένα από τα συνηθέστερα πλαστικά υλικά είναι το τερεφθαλικό πολυαιθυλένιο, γνωστό ως PET, το οποίο χρησιμοποιείται ευρέως για την κατασκευή μπουκαλιών αναψυκτικών και νερού. Τα μόρια του PET περιέχουν μεγάλες ποσότητες άνθρακα, ο οποίος θεωρητικά μπορεί να ανασυντεθεί και να μετατραπεί σε ενώσεις χρήσιμες για την παραγωγή πρωτεΐνης. Αντί όμως να βασιστούν αποκλειστικά σε χημικές αντιδράσεις και διαλύτες, οι ερευνητές ανέθεσαν μεγάλο μέρος της διαδικασίας σε μικροοργανισμούς.
Δεν πρόκειται για μια νέα τεχνολογία
Οι επιστήμονες χρησιμοποιούν εδώ και χρόνια μικροοργανισμούς, μεταξύ άλλων και ζύμες, ως μικροσκοπικά «εργοστάσια» παραγωγής διαφόρων μορίων. Χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελεί η ινσουλίνη, η οποία παλαιότερα λαμβανόταν από το πάγκρεας ζώων, ενώ σήμερα μπορεί να παραχθεί από γενετικά τροποποιημένες ζύμες.
Με παρόμοια λογική, ο Jayakody και η μεταπτυχιακή φοιτήτρια Sandhya Jayasekara προγραμμάτισαν διαφορετικά είδη ζυμών, μεταξύ των οποίων και μαγιά αρτοποιίας, ώστε να μετατρέπουν ενώσεις που προέρχονται από πλαστικά και γεωργικά απόβλητα σε πρωτεΐνες, βιταμίνες και αρωματικές ουσίες.
Για την παραγωγή των νέων συστατικών, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν PET, πεταμένους μίσχους και φύλλα φυτών καλαμποκιού, καθώς και άλλες μορφές βιομάζας. Τα υλικά υποβλήθηκαν αρχικά σε μια διαδικασία που ονομάζεται οξειδωτική υδροθερμική διάλυση.
Αυτή η μέθοδος που αναπτύχθηκε από τον καθηγητή Γεωλογίας του SIU Carbondale, Ken Anderson χρησιμοποιεί νερό και οξυγόνο σε υψηλή θερμοκρασία και πίεση για να διασπάσει τα ανθεκτικά υλικά σε μικρότερα μόρια που μπορούν να αξιοποιήσουν οι μικροοργανισμοί.
Στη συνέχεια, αυτά τα προϊόντα διάσπασης τροφοδοτούν τις προγραμματισμένες ζύμες. Οι μικροοργανισμοί τα μετατρέπουν σε νέα συστατικά τροφίμων, μεταξύ των οποίων πρωτεΐνες, λιπαρά και οξέα. Στο τελικό μείγμα προστίθενται επίσης φυτικές ίνες, άμυλο και γλυκαντικά.
Το μείγμα περνά από έναν τρισδιάστατο εκτυπωτή, ο οποίος το διαμορφώνει σε μικρά μπισκότα πλούσια σε πρωτεΐνη. Οι ερευνητές ονόμασαν τα μπισκότα “µBites”, ένα όνομα που προφέρεται «microbites».
Τα μέχρι τώρα δεδομένα δείχνουν ότι τα µBites είναι ασφαλή για κατανάλωση ωστόσο η ερευνητική ομάδα περιμένει την απαραίτητη θεσμική έγκριση προκειμένου να πραγματοποιήσει δοκιμές γεύσης.
Μέχρι στιγμής, πάντως, τα μπισκότα έχουν αξιολογηθεί θετικά ως προς το άρωμά τους, ενώ οι περισσότεροι που ρωτήθηκαν δήλωσαν ότι θα ήταν διατεθειμένοι να τα καταναλώσουν σε συνθήκες όπου οι διαθέσιμοι πόροι είναι περιορισμένοι.
Στόχος των ερευνητών είναι ωστόσο, τα µBites να μην αποτελέσουν απλώς μια λύση ανάγκης για καταστάσεις έκτακτης ανάγκης. Για αυτόν τον λόγο η Jayasekara δημιούργησε νέες ζύμες που μπορούν να παράγουν περισσότερα συστατικά και πρόσθετα τροφίμων. Η μαγιά αρτοποιίας μπορεί πλέον να παράγει άρωμα βανίλιας από φυτική βιομάζα, ενώ ένα διαφορετικό στέλεχος μπορεί να μετατρέπει αιθυλενογλυκόλη που προέρχεται από το PET σε β-καροτένιο, μια ουσία που ο ανθρώπινος οργανισμός μπορεί να μετατρέψει σε βιταμίνη Α.
«Χρησιμοποιούμε μικροοργανισμούς για να εξελίξουμε το μπισκότο σε ένα πιο ελκυστικό προϊόν για τους καταναλωτές», σημειώνει η Jayasekara.
Το επόμενο βήμα για την ομάδα είναι να καταφέρει να παραγάγει μέσω μικροοργανισμών ακόμη περισσότερα από τα βασικά συστατικά των µBites, μεταξύ άλλων το άμυλο, τις φυτικές ίνες και το γλυκαντικό.
Ο Jayakody εκτιμά ότι τα µBites θα μπορούσαν να είναι έτοιμα για ευρύτερη κατανάλωση μέσα στα επόμενα χρόνια, με πιθανές εφαρμογές όχι μόνο στη Γη αλλά και σε ιδιαίτερα απαιτητικά περιβάλλοντα.
Μεταξύ των πιθανών εφαρμογών που εξετάζουν οι ερευνητές είναι σε υποβρύχια περιβάλλοντα, όπου η μεταφορά και αποθήκευση τροφίμων αποτελεί σημαντική πρόκληση, αλλά και σε μελλοντικές εγκαταστάσεις στη Σελήνη ή τον Άρη, όπου η παραγωγή τροφής από διαθέσιμα υλικά θα μπορούσε να αποκτήσει καθοριστική σημασία.
Η ανάγκη για νέες διατροφικές λύσεις αναμένεται να γίνει ακόμη πιο έντονη τις επόμενες δεκαετίες. Σύμφωνα με τον Jayakody, η παγκόσμια ζήτηση για τρόφιμα εκτιμάται ότι θα αυξηθεί κατά 35% έως 56% μέχρι το 2050, ενώ περίπου το 30% του παγκόσμιου πληθυσμού ενδέχεται στο μέλλον να αντιμετωπίσει επισιτιστική κρίση.
«Ο τρόπος για να αντιμετωπίσουμε αυτό το πρόβλημα, πιστεύω, είναι χρησιμοποιώντας μικροοργανισμούς», καταλήγει ο ίδιος.
Η έρευνα χρηματοδοτήθηκε από το NASA Deep Space Food Challenge και από επιχορήγηση του προγράμματος Faculty Early Career Development Program (CAREER) του National Science Foundation.
