تبدیل ضایعات پلاستیک و پسماند کشاورزی به غذای پروتئینی با فناوری مخمر
پژوهشگران آمریکایی در یک پروژه زیست فناورانه، روشی را توسعه داده اند که می تواند برخی انواع پلاستیک و ضایعات کشاورزی را به مواد اولیه مورد استفاده در تولید محصولات غذایی تبدیل کند. این فناوری که با هدف تأمین غذا در محیط های دارای منابع محدود دنبال شده، می تواند در آینده برای مأموریت های فضایی و محیط های بسته نیز مورد استفاده قرار گیرد.
گروهی از محققان دانشگاه جنوب ایلینوی در کربوندیل با همکاری یک پروژه تحت حمایت ناسا، روی روشی برای تبدیل پسماندهای مختلف به ترکیبات قابل استفاده در تولید غذا کار کرده اند.
هدف اصلی این پروژه، یافتن راهکارهایی برای تولید مواد غذایی در شرایطی است که دسترسی به منابع اولیه محدود است؛ شرایطی که در مأموریت های طولانی مدت فضایی، زیردریایی ها و برخی محیط های دور افتاده می تواند اهمیت ویژه ای داشته باشد.
پلاستیک PET چگونه به ماده اولیه غذایی تبدیل می شود؟
در این فرآیند، پژوهشگران از موادی مانند پلاستیک PET و بخش های غیر قابل استفاده گیاه ذرت، از جمله ساقه و برگ، استفاده کرده اند.
این مواد در مرحله نخست وارد یک فرآیند شیمیایی موسوم به حل سازی گرمابی اکسایشی می شوند. در این روش، آب و اکسیژن در شرایطی شامل دمای بالا و فشار زیاد به کار گرفته می شوند تا ساختار پیچیده و مقاوم مواد اولیه شکسته شود.
هدف این مرحله، تبدیل پسماندهای اولیه به مولکول ها و ترکیبات کوچک تری است که قابلیت استفاده توسط میکروارگانیسم ها را داشته باشند. پس از آماده سازی مواد، نوبت به مرحله زیستی می رسد؛ جایی که مخمرهای مهندسی شده وارد فرآیند می شوند.
نقش مخمرهای مهندسی شده در تولید غذا
مخمرها میکروارگانیسم های تک سلولی هستند که سال هاست در صنایع غذایی، به ویژه برای تهیه نان و برخی فرآورده های تخمیری، مورد استفاده قرار می گیرند. اما در این پروژه، عملکرد مخمرها به کاربردهای معمول محدود نشده است. پژوهشگران با استفاده از مهندسی زیستی، گونه هایی از این میکروارگانیسم ها را برای تولید ترکیبات مشخص آموزش داده اند.
مخمرهای مورد استفاده در آزمایش می توانند مواد حاصل از تجزیه پسماند ها را مصرف کرده و آنها را به ترکیباتی مانند پروتئین، چربی و اسیدهای مختلف تبدیل کنند. به این ترتیب، ماده ای که در حالت عادی بخشی از زباله یا ضایعات کشاورزی محسوب می شود، وارد یک زنجیره زیستی شده و به مواد دارای کاربرد بالقوه در تولید غذا تبدیل می شود.
تولید «میکروبایت» با چاپ سه بعدی
پژوهشگران پس از تولید ترکیبات اصلی، برای ساخت محصول غذایی نهایی، موادی مانند فیبر، نشاسته و شیرین کننده را به ترکیب اضافه کردند. سپس این مخلوط با استفاده از فناوری چاپ سه بعدی به شکل کوکی های کوچک و پر پروتئین درآمد. این محصول آزمایشی با نام «میکروبایت» معرفی شده است.
استفاده از چاپ سه بعدی در این پروژه صرفاً جنبه ظاهری ندارد. چنین فناوری می تواند امکان کنترل شکل، ترکیب و میزان مواد تشکیل دهنده غذا را در محیط هایی فراهم کند که منابع غذایی محدود یا فرآیند تولید غذا دشوار است.
این ویژگی به خصوص برای مأموریت های فضایی طولانی مدت اهمیت دارد؛ زیرا در چنین شرایطی، حمل حجم بالایی از مواد غذایی از زمین همیشه راهکاری عملی و اقتصادی نیست.
آیا غذای تولید شده از پلاستیک قابل مصرف است؟
یکی از مهم ترین پرسش ها درباره این فناوری، ایمنی محصول نهایی است. بر اساس ارزیابی های انجام شده در این پروژه، نمونه های تولید شده از نظر ایمنی برای مصرف مورد بررسی قرار گرفته اند. با این حال، انجام آزمایش چشایی انسانی همچنان به دریافت تأیید رسمی از نهاد مربوطه نیاز دارد.
بنابراین، اگرچه نتایج اولیه امیدوار کننده گزارش شده، این فناوری هنوز در مرحله پژوهشی قرار دارد و نمی توان آن را به معنای عرضه یک محصول غذایی تجاری شده در بازار دانست.
ارزیابی های اولیه درباره ویژگی های حسی نیز نشان داده است که رایحه محصول توانسته امتیاز مناسبی کسب کند. همچنین بخش قابل توجهی از مشارکت کنندگان اعلام کرده اند که در شرایطی که دسترسی به غذا محدود باشد، احتمالاً حاضر به مصرف چنین محصولی خواهند بود.
طعم و بو؛ چالش مهم غذای آینده
تولید یک ماده غذایی از پسماند تنها زمانی می تواند به یک راهکار عملی تبدیل شود که محصول نهایی علاوه بر ایمنی، از نظر حسی نیز برای مصرف کننده قابل قبول باشد. به همین دلیل، تیم تحقیقاتی در کنار بررسی ارزش غذایی و ایمنی، روی بهبود طعم و عطر محصول نیز تمرکز کرده است.
پژوهشگران حتی مخمرهایی را توسعه داده اند که قادرند از مواد گیاهی، ترکیبات دارای رایحه و طعم وانیل تولید کنند. چنین رویکردی می تواند در آینده امکان تولید غذاهای متنوع تر از مواد اولیه غیر متعارف را فراهم کند.
این مسئله در محیط هایی مانند فضا اهمیت بیشتری پیدا می کند؛ زیرا محدود بودن تنوع غذایی می تواند بر تجربه مصرف کننده و پذیرش رژیم غذایی اثرگذار باشد.
تبدیل پلاستیک به بتاکاروتن
یکی از بخش های قابل توجه این تحقیق، استفاده از پلاستیک PET برای تولید ترکیباتی با ارزش تغذيه ای است. پژوهشگران نوعی مخمر مهندسی شده ایجاد کرده اند که می تواند اتیلن گلیکول به دست آمده از PET را به بتاکاروتن تبدیل کند. بتاکاروتن یک ترکیب رنگدانه ای است که بدن انسان می تواند آن را به ویتامین A تبدیل کند. ویتامین A نیز برای عملکرد طبیعی بدن و سلامت بینایی اهمیت دارد.
این بخش از تحقیق نشان می دهد هدف پروژه صرفاً تجزیه یا بازیافت پلاستیک نیست؛ بلکه پژوهشگران تلاش دارند مواد حاصل از تجزیه پسماند را به ترکیباتی با ارزش افزوده تبدیل کنند.
بازیافت ارزش افزا چیست؟
رویکرد بهکار رفته در این تحقیق را می توان نمونه ای از بازیافت ارزش افزا دانست. در بازیافت سنتی، هدف اصلی کاهش حجم زباله و بازگرداندن مواد به چرخه مصرف است. اما در بازیافت ارزش افزا، تلاش میشود ماده اولیه کم ارزش یا دورریختنی به محصولی با ارزش اقتصادی یا کاربردی بالاتر تبدیل شود.
در این پروژه، پلاستیک و بقایای کشاورزی به عنوان منابع اولیه وارد فرآیندی چندمرحله ای شده و در نهایت ترکیباتی تولید می کنند که قابلیت استفاده در ساخت محصول غذایی را دارند. چنین رویکردی میتواند دو مسئله را به شکل همزمان هدف قرار دهد: مدیریت پسماند و تأمین منابع برای تولید غذا.
کاهش فشار ناشی از پسماندهای پلاستیکی
انباشت پلاستیک یکی از چالش های مهم زیست محیطی در جهان است. بخش قابل توجهی از پلاستیک های مصرف شده پس از پایان عمر محصول، وارد جریان پسماند می شوند. فناوری هایی که بتوانند پلاستیک را به مواد شیمیایی یا زیستی قابل استفاده تبدیل کنند، می توانند مسیرهای جدیدی برای استفاده مجدد از این مواد ایجاد کنند.
در روش مورد بررسی محققان دانشگاه جنوب ایلینوی، هدف این نیست که پلاستیک مستقیماً وارد ماده غذایی شود؛ بلکه ابتدا ساختار آن از طریق فرآیند شیمیایی شکسته شده و سپس ترکیبات حاصل در اختیار مخمرهای مهندسی شده قرار می گیرند. به این ترتیب، محصول نهایی نتیجه یک فرآیند تبدیل زیستی است، نه مصرف مستقیم پلاستیک.
پسماند کشاورزی هم وارد چرخه تولید می شود
در کنار پلاستیک، بقایای کشاورزی نیز بخش مهمی از مواد اولیه این فناوری را تشکیل می دهند. ساقه و برگ ذرت و دیگر مواد زیستی که پس از برداشت محصول باقی می مانند، میتوانند در بسیاری از موارد به عنوان ضایعات کشاورزی شناخته شوند. تبدیل این مواد به ترکیبات مفید می تواند ارزش اقتصادی جدیدی برای زیست توده ایجاد کند. ترکیب پسماندهای کشاورزی با فناوری تخمیر و مهندسی زیستی، امکان تولید موادی را فراهم می کند که در حالت عادی باید از منابع جدید تهیه شوند. این موضوع به خصوص در محیط هایی که منابع محدود هستند، اهمیت بیشتری پیدا می کند.
کاربرد احتمالی این فناوری در مأموریت های فضایی
پروژه حاضر در چارچوب برنامه ای با هدایت ناسا دنبال شده و یکی از اهداف آن، توسعه روش هایی برای تولید غذا در محیطهای کم منبع است. در مأموریتهای اعماق فضا، ارسال مداوم غذا، آب و مواد اولیه از زمین با محدودیت های جدی رو به رو است. بنابراین یکی از ایده های مورد توجه دانشمندان، ایجاد سیستم هایی است که بتوانند بخشی از منابع مورد نیاز را در محل تولید کنند.
اگر فناوری تبدیل پسماند به مواد غذایی در مقیاس مناسب توسعه پیدا کند، می توان از مواد دور ریختنی موجود در یک محیط برای تولید بخشی از ترکیبات مورد نیاز غذایی استفاده کرد. این قابلیت میتواند در آینده برای مأموریت های طولانیمدت فضایی، پایگاه های ماه یا سکونتگاه های احتمالی مریخ مورد توجه قرار گیرد.
فقط فضا هدف این فناوری نیست
کاربردهای احتمالی این فناوری به خارج از زمین محدود نمی شود. محیط هایی مانند زیردریایی ها، پایگاه های تحقیقاتی دور افتاده و مکان هایی با دسترسی محدود به منابع نیز می توانند از سیستم های تولید غذای مستقل بهره ببرند. در چنین محیط هایی، کاهش وابستگی به تأمین مداوم مواد غذایی از خارج می تواند یک مزیت مهم باشد.
البته برای رسیدن به چنین مرحله ای، فناوری باید از نظر هزینه، مقیاس تولید، ایمنی غذایی، بازده تبدیل مواد و پذیرش مصرفکننده مراحل آزمایشی بیشتری را پشت سر بگذارد.
مرحله بعدی؛ تولید مواد غذایی بیشتر با مخمر
تیم تحقیقاتی اکنون به دنبال توسعه فرآیند است تا سهم بیشتری از مواد تشکیل دهنده محصول نهایی مستقیماً توسط مخمر ها تولید شود. در نمونه فعلی، بخشی از ترکیباتی مانند نشاسته، فیبر و شیرین کننده پس از فرآیند تخمیر به محصول اضافه شده اند. هدف بعدی پژوهشگران این است که امکان تولید این مواد نیز با استفاده از فرآیندهای زیستی بررسی شود. اگر چنین هدفی محقق شود، وابستگی فرآیند به مواد اولیه خارجی کاهش پیدا می کند و سیستم می تواند به یک چرخه تولید غذایی بسته تر نزدیک شود.
عرضه عمومی؛ چند سال تا تجاری سازی
با وجود نتایج امیدوار کننده، فناوری تولید غذا از پسماند هنوز در مرحله تحقیق و توسعه قرار دارد. پژوهشگران امیدوارند محصولات حاصل از این روش در صورت موفقیت آزمایش های بعدی، طی چند سال آینده به سطحی برسند که امکان استفاده عمومی از آنها فراهم شود.
با این حال، پیش از تجاری سازی، موضوعاتی مانند استانداردهای ایمنی غذایی، ارزیابی های انسانی، مقیاس تولید، هزینه اقتصادی و پذیرش عمومی باید بهطور کامل بررسی شوند.
ارائه نتایج در نشست انجمن شیمی آمریکا
نتایج این تحقیق در نشست سال ۲۰۲۶ انجمن شیمی آمریکا (ACS) ارائه شده است. انجمن شیمی آمریکا یکی از نهادهای علمی حرفه ای فعال در حوزه شیمی است و برگزاری نشست های علمی، ارائه پژوهش های جدید و تبادل یافته های علمی میان پژوهشگران از جمله فعالیت های آن محسوب می شود.
ارائه این پروژه در چنین رویدادی نشان می دهد پیوند میان زیست فناوری، شیمی، مدیریت پسماند و فناوری های تولید غذا به یکی از حوزه های مورد توجه پژوهش های نوین تبدیل شده است.
پسماند؛ ماده اولیه غذای آینده؟
پروژه تبدیل پلاستیک PET و بقایای کشاورزی به ترکیبات غذایی، نمونه ای از تلاش برای ایجاد یک چرخه تولید متفاوت است؛ چرخه ای که در آن بخشی از موادی که امروز به عنوان زباله شناخته می شوند، می توانند به منابع اولیه برای تولید محصولات جدید تبدیل شوند.
اگر پژوهش های تکمیلی بتوانند ایمنی، هزینه و مقیاس تولید این فناوری را به سطح قابل قبول برسانند، استفاده از مخمرهای مهندسی شده می تواند در آینده فراتر از آزمایشگاه توسعه پیدا کند.
با این حال، فاصله میان تولید نمونه آزمایشگاهی و عرضه یک غذای قابل مصرف در بازار همچنان قابل توجه است و موفقیت این ایده به نتایج آزمایش های بعدی و دریافت مجوزهای لازم وابسته خواهد بود.
نسرین دلاور
نظرات کاربران :