Στην Καλιφόρνια, η βιοϊατρική μηχανικός Vayu Hill-Maini στοχεύει να μετατρέψει τα οργανικά απόβλητα σε θρεπτικά τρόφιμα, δουλεύοντας πάνω στη γενετική, τη γεύση και την υφή.

Μετασχηματίζοντας αυτό που απορρίπτει το διατροφικό σύστημα σε μια νέα βρώσιμη πρώτη ύλη, εκμεταλλευόμενοι οργανισμούς που εκτελούν αυτήν ακριβώς τη λειτουργία εδώ και εκατομμύρια χρόνια. Αυτή είναι η πορεία που ακολουθείται από Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ από τον βιοϊατρικό μηχανικό Βαγιού Χιλ-Μάινι, η οποία μελετά τους μύκητες ως βιολογικά εργαλεία ικανά να αποικοδομούν δύσχρηστα υλικά και να τα μετατρέπουν σε τρόφιμα με ελεγχόμενα θρεπτικά και αισθητηριακά χαρακτηριστικά.

Το ζήτημα πηγάζει από μια ανισορροπία που είναι πλέον διαρθρωτική: ένα σημαντικό μέρος των παραγόμενων τροφίμων δεν φτάνει στην κατανάλωση, ενώ ο παγκόσμιος πληθυσμός θα μπορούσε να πλησιάζει το 10 δισεκατομμύρια άνθρωποι μέχρι το 2050Συνεπώς, η Hill-Maini εστιάζει το έργο της όχι μόνο στην αύξηση της παραγωγής, αλλά και στη δυνατότητα ανάκτησης ενός μέρους των πόρων που έχουν ήδη χρησιμοποιηθεί και στη συνέχεια χαθεί. Οι μύκητες είναι ιδιαίτερα ενδιαφέροντες επειδή μπορούν να αναπτυχθούν σε υποστρώματα που πολλοί άλλοι οργανισμοί δεν είναι σε θέση να αποσυνθέσουν.

Στο εργαστήριο της Καλιφόρνια, ο στόχος δεν είναι απλώς η καλλιέργεια περισσότερων βρώσιμων μανιταριών. Η έρευνα αφορά τα μοριακή βιολογία, γενετική, μεταβολισμός και αλληλεπιδράσεις με υποστρώματα, έως και την πιθανότητα παρέμβασης στα χαρακτηριστικά του οργανισμού για τη βελτίωση της ικανότητάς του να αποικοδομεί υπολείμματα, το θρεπτικό του προφίλ και το αρωματικό του προφίλ. Είναι μια συνάντηση μεταξύ έρευνα και ανάπτυξη, βιομηχανική και επιστήμη τροφίμων που προσπαθεί να αντιμετωπίσει τα απόβλητα όχι ως το τελικό σημείο της τροφικής αλυσίδας, αλλά ως την αρχή ενός νέου κύκλου παραγωγής.

Οι μύκητες μετατρέπουν τα δύσκολα υποστρώματα σε νέα βιομάζα

Η βιολογική αρχή που διέπει την εργασία είναι σχετικά απλή. Τα μανιτάρια είναι αποικοδομητές και διαθέτουν ενζυμικά συστήματα ικανά να επιτεθούν σε πολύπλοκες οργανικές δομές. Τα ευρέως διαδεδομένα βρώσιμα είδη έχουν ήδη δείξει αυτή την ικανότητα: μανιτάρια όπως shiitake e πλευρώτους Μπορούν να αναπτυχθούν σε λιγνοκυτταρινούχα υλικά, συμπεριλαμβανομένου του πριονιδιού. Το εργαστήριο Hill-Maini στοχεύει στην ακριβέστερη κατανόηση αυτών των μηχανισμών και στη χρήση τους για τον σχεδιασμό πιο αποτελεσματικών διαδικασιών τροφίμων.

Η μετάβαση από τη φυσική αποσύνθεση στην ελεγχόμενη παραγωγή τροφίμων, ωστόσο, απαιτεί πολύ περισσότερα από την απλή καλλιέργεια μυκηλίου. Είναι σημαντικό να προσδιοριστεί ποια υποστρώματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν με ασφάλεια, ποια είδη είναι κατάλληλα, πώς αλλάζουν σε σύνθεση και ιδιότητες κατά τη ζύμωση, καθώς και η θρεπτική ποιότητα του τελικού προϊόντος. Σε αυτό προστίθεται ένας κρίσιμος παράγοντας για κάθε τρόφιμο: πρέπει να είναι κάτι που οι άνθρωποι είναι πραγματικά πρόθυμοι να φάνε.

Για τον λόγο αυτό, η έρευνα λαμβάνει επίσης υπόψη την γενετική τροποποίησηΣτόχος είναι η στόχευση συγκεκριμένων χαρακτηριστικών των μανιταριών για τη βελτίωση της υποβάθμισης των αποβλήτων και την τροποποίηση παραμέτρων όπως η θρεπτική αξία και η γεύση. Αυτή η προσέγγιση τοποθετεί την έρευνα σε έναν τομέα όπου η βιοτεχνολογία, η μικροβιολογία και η γαστρονομία αλληλεπικαλύπτονται, αλλά απαιτεί επίσης αυστηρούς ελέγχους ασφάλειας, σταθερότητας των ληφθέντων χαρακτηριστικών και μελλοντικής εφαρμογής σε κλίμακα παραγωγής.

«Τα μανιτάρια είναι οι ανακυκλωτές της φύσης. Αναπτύσσονται σε απόβλητα ή υλικά που άλλοι οργανισμοί δεν μπορούν να διασπάσουν.»

Αυτό είναι ένα από τα βασικά σημεία που θίγει η Hill-Maini περιγράφοντας το έργο που επιτελείται στο Στάνφορντ. Η φυσική ικανότητα ανάκτησης μορίων που περιέχονται σε βιομάζα που δεν αξιοποιείται επαρκώς καθιστά αυτούς τους οργανισμούς ελκυστικούς υποψηφίους για μια οικονομία τροφίμων στην οποία η αξία δεν εξαρτάται αποκλειστικά από την παραγωγή νέων πρώτων υλών.

Από τη γενετική μέχρι το μαγείρεμα, η γεύση μπαίνει στο εργαστήριο

Μία από τις λιγότερο συμβατικές πτυχές του προγράμματος αφορά τη σχέση μεταξύ επιστημονικής έρευνας και κουζίνας. Για τον Hill-Maini, ένα νέο τρόφιμο δεν μπορεί να αξιολογηθεί μόνο με βάση την απόδοση παραγωγής του, τη χημική του σύνθεση ή τις μειωμένες περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Γεύση, υφή, απόλαυση και κουλτούρα φαγητού επηρεάζουν άμεσα την πιθανότητα μια πειραματική λύση να βρει χώρο στις καθημερινές συνήθειες.

Στη συνέχεια, το Στάνφορντ ξεκίνησε ένα πρόγραμμα σεφ εν οίκον Υποστηριζόμενο από το Τμήμα Βιομηχανικής και αναπτυγμένο σε συνεργασία με τη Σχολή Βιωσιμότητας Doerr και το Γραφείο του Αντιπροέδρου Τεχνών, το έργο είναι ανοιχτό στο κοινό. Σεφ συμμετέχουν στο εργαστήριο και συνεργάζονται με ερευνητές, συμμετέχοντας στη διαδικασία μέσω διαλέξεων, εργαστηρίων και πειραμάτων. Στο ερευνητικό κέντρο βρίσκεται επίσης υπό κατασκευή μια κουζίνα, σχεδιασμένη να ενσωματώνει τη μοριακή και γενετική ανάλυση των μανιταριών με την αξιολόγηση των αισθητηριακών τους ιδιοτήτων.

Η επιλογή απαντά σε ένα συγκεκριμένο πρόβλημα την καινοτομία των τροφίμωνΜια τεχνικά αποτελεσματική λύση μπορεί να αποτύχει εάν παράγει κάτι που ο καταναλωτής θεωρεί μη ελκυστικό, πολιτισμικά ξένο ή δύσκολο να ενσωματωθεί στη διατροφή του. Υπό αυτή την έννοια, η κουζίνα γίνεται μέρος της διαδικασίας σχεδιασμού. Η υφή και το άρωμα δεν αντιμετωπίζονται ως λεπτομέρειες που πρέπει να αντιμετωπιστούν μετά την επιστημονική ανάπτυξη, αλλά ως μεταβλητές που πρέπει να ληφθούν υπόψη παράλληλα με τη βιολογία του οργανισμού.

Η σχέση μεταξύ μανιταριών και τροφίμων, επιπλέον, δεν προέρχεται από τη σύγχρονη βιοτεχνολογία. Το ψωμί, το τυρί, η σάλτσα σόγιας, το miso και το sake εξαρτώνται, μέσω διαφορετικών διεργασιών και μικροοργανισμών, από ζυμώσεις στις οποίες οι μύκητες μπορούν να διαδραματίσουν βασικό ρόλο. Αυτή η ιστορική συνέχεια προσφέρει στην έρευνα ένα πολιτιστικό πλεονέκτημα: η χρήση μυκήτων στην επεξεργασία τροφίμων αποτελεί ήδη μέρος πολυάριθμων γαστρονομικών παραδόσεων.

«Η καινοτομία στα τρόφιμα δεν αφορά μόνο την τεχνολογία και την επιστημονική ανακάλυψη, αλλά και την απόλαυση, την ομορφιά και την πολιτιστική διάσταση του φαγητού.»

Η βιοτεχνολογία που εφαρμόζεται στη διατροφή μετατοπίζεται έτσι από μια προσέγγιση που βασίζεται αποκλειστικά στη μηχανική σε μια προσέγγιση σχεδιασμού στην οποία η βιολογική απόδοση πρέπει να ανταποκρίνεται στις ανθρώπινες συμπεριφορές και προτιμήσεις.

Τα απόβλητα τροφίμων γίνονται πόρος προς αξιοποίηση

Το πρόβλημα στο οποίο βασίζεται η παρούσα έρευνα έχει σημαντικές περιβαλλοντικές και οικονομικές διαστάσεις. Η Hill-Maini θυμάται μια εκτίμηση σύμφωνα με την οποία περίπου Το 30% των παραγόμενων τροφίμων σπαταλιέταιΗ μείωση αυτής της απώλειας σημαίνει παρέμβαση όχι μόνο στην ποσότητα των διαθέσιμων τροφίμων, αλλά και στους πόρους που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή τους: έδαφος, νερό, ενέργεια, λιπάσματα, μεταφορές και εργασία.

Συνεπώς, το εργαστήριο μελετά ένα μοντέλο βιωσιμότητα Με βάση τη βιολογική ανάκτηση υλικών. Αντί να θεωρούνται ορισμένα οργανικά υπολείμματα ως απόβλητα προς απόρριψη, η διαδικασία θα μπορούσε να εκμεταλλευτεί τον άνθρακα και τα θρεπτικά συστατικά τους ως υπόστρωμα για την ανάπτυξη μυκήτων. Το θεωρητικό αποτέλεσμα είναι μια μορφή βιολογικής ανακύκλωσης στην οποία υλικό χαμηλής αξίας μετατρέπεται σε βιομάζα για εφαρμογές υψηλότερης αξίας.

Φυσικά, δεν μπορούν όλα τα απόβλητα να γίνουν αυτόματα τρόφιμα. Η σύνθεση του υποστρώματος, η παρουσία ρύπων, οι υγειονομικές απαιτήσεις, η αναπαραγωγιμότητα της διαδικασίας και οι κανονισμοί τροφίμων θέτουν περιορισμούς. Απαιτείται βασική έρευνα για να κατανοηθεί ποιοι μετασχηματισμοί είναι βιολογικά εφικτοί πριν μια λύση μεταφερθεί στη βιομηχανική παραγωγή.

Αυτή η διάκριση είναι επίσης σημαντική για την ορθή αξιολόγηση του έργου του Στάνφορντ: δεν πρόκειται για την ανακοίνωση ενός μεμονωμένου προϊόντος διατροφής που πλησιάζει στην εμπορευματοποίηση, ούτε αποτελεί απόδειξη ότι τα μανιτάρια από μόνα τους μπορούν να λύσουν το παγκόσμιο πρόβλημα των αποβλήτων. Το εργαστήριο αναπτύσσει γνώσεις και εργαλεία για να κατανοήσει ποια είδη, διαδικασίες και τροποποιήσεις μπορούν να μετατρέψουν την υπολειμματική βιομάζα με τον πιο αποτελεσματικό τρόπο.

Μια έρευνα που απαιτεί διαφορετικούς χρόνους από εκείνους των νεοσύστατων επιχειρήσεων

Η Hill-Maini αποδίδει μέρος της επιλογής εργασίας στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ, στο ΗΠΑ, η δυνατότητα συνδυασμού διαφορετικών επιστημονικών κλάδων και ανάπτυξης έρευνας χωρίς να χρειάζεται να μεταφραστεί άμεσα σε ένα ενιαίο εμπορικό προϊόν. Αυτό είναι ένα σημαντικό σημείο σε έναν τομέα όπου πολλές τεχνολογίες τροφίμων αναπτύσσονται μέσω νεοσύστατων επιχειρήσεων που χρηματοδοτούνται από επιχειρηματικά κεφάλαια και υφίστανται πολύ γρήγορους χρόνους επικύρωσης και ανάπτυξης.

Η βιολογία των μυκήτων, από την άλλη πλευρά, απαιτεί την κατανόηση των βασικών μηχανισμών πριν από την επιλογή εφαρμογών. Η ομάδα δεν ασχολείται μόνο με τη διατροφή: οι ίδιοι οργανισμοί μπορούν να μελετηθούν για να παράγουν υλικά και άλλα μόρια ενδιαφέροντος. Η ιστορία της ιατρικής προσφέρει ήδη παραδείγματα της βιοχημικής αξίας των μυκήτων, από την πενικιλίνη έως τα μόρια που συνέβαλαν στην ανάπτυξη φαρμάκων που μειώνουν τη χοληστερόλη, αν και αυτό δεν δικαιολογεί τους πολυάριθμους φαρμακευτικούς ισχυρισμούς που κυκλοφορούν σχετικά με αυτούς τους οργανισμούς, ελλείψει επαρκών επιστημονικών στοιχείων.

Το Χιλ-Μάινι είναι επίκουρος καθηγητής βιοϊατρικής στη Σχολή Μηχανικής και Ιατρικής και είναι μέλος του Stanford Bio-X. Η προσωπική της πορεία εξηγεί εν μέρει τη διεπιστημονική δομή του προγράμματος: υπόβαθρο στη βιολογία, τη χημεία και τη βιοχημεία συνυφασμένο με επαγγελματική εμπειρία στην κουζίνα, μετατρέποντας παρασκευάσματα, υφές και αρώματα σε πειραματικά ερωτήματα.

Η πρόκληση τώρα είναι να συνδεθούν αυτές οι δεξιότητες με μετρήσιμα αποτελέσματα. Για να έχει η ανάκτηση μυκητιακών αποβλήτων απτό αντίκτυπο, θα χρειαστούν ασφαλείς, αναπαραγώγιμες και επαρκώς αποτελεσματικές διαδικασίες, μαζί με τρόφιμα με διατροφική αξία και αισθητηριακά χαρακτηριστικά αποδεκτά από τους καταναλωτές. Σε αυτές τις προϋποθέσεις θα προστεθούν το κόστος παραγωγής, η διαθεσιμότητα υποστρωμάτων, η ρύθμιση και η δυνατότητα μεταφοράς εργαστηριακών ευρημάτων σε μεγαλύτερα συστήματα παραγωγής.

Η αξία της έρευνας έγκειται, επομένως, πάνω απ' όλα στην από κοινού εξέταση προβλημάτων που συχνά αντιμετωπίζονται ξεχωριστά: σπατάλη τροφίμων, παραγωγή θρεπτικών συστατικών, βιοτεχνολογία και καλλιέργεια τροφίμωνΟι μύκητες παρέχουν τη βιολογική σύνδεση μεταξύ αυτών των στοιχείων επειδή είναι ταυτόχρονα βρώσιμοι οργανισμοί, παράγοντες ζύμωσης και αποικοδομητές ικανοί να ανακτούν οργανική ύλη.

Εάν αυτή η ικανότητα μπορεί να ελεγχθεί και να κατευθυνθεί με επαρκή ακρίβεια, μέρος της καινοτομίας στα τρόφιμα θα μπορούσε να προκύψει όχι από την αναζήτηση νέων πόρων, αλλά από την πιο έξυπνη χρήση εκείνων που το σύστημα ήδη παράγει και σπαταλά. Πριν φτάσει σε αυτό το σημείο, το έργο του Στάνφορντ θα πρέπει να διαπιστώσει ποιοι μετασχηματισμοί είναι πραγματικά αποτελεσματικοί, ασφαλείς και μεταβιβάσιμοι πέρα ​​από το εργαστήριο: σε αυτό το τεστ, και όχι στην απλή διαθεσιμότητα μανιταριών, θα μετρηθεί η σκοπιμότητα μετατροπής της οργανικής ανακύκλωσης σε μια βιώσιμη τεχνολογία τροφίμων.

Ακολουθούν τρεις πληροφορίες που μπορεί να σας ενδιαφέρουν:

Τρόφιμα που έχουν υποστεί ζύμωση: η εργαστηριακή κουζίνα που δημιουργεί τα τρόφιμα του μέλλοντος
Τα… είδωλα φρούτων που επιτίθενται στα απόβλητα τροφίμων
Ένα ταξίδι στην Ελβετία που αναδιαμορφώνει το μέλλον του φαγητού