Kaliforniassa bioinsinööri Vayu Hill-Maini pyrkii muuttamaan orgaanisen jätteen ravitseviksi elintarvikkeiksi työskennellen genetiikan, maun ja rakenteen parissa.

Ruokajärjestelmän hylkäämän aineen muuttaminen uudeksi syötäväksi raaka-aineeksi hyödyntäen organismeja, jotka ovat suorittaneet tätä tehtävää miljoonien vuosien ajan. Tätä polkua Stanfordin yliopisto bioinsinööriltä Vayu Hill-Maini, joka tutkii sieniä biologisina työkaluina, jotka kykenevät hajottamaan vaikeasti käytettäviä materiaaleja ja muuttamaan ne elintarvikkeiksi, joilla on kontrolloitavia ravinto- ja aistinvaraisia ​​ominaisuuksia.

Ongelma johtuu epätasapainosta, joka on nyt rakenteellinen: merkittävä osa tuotetusta ruoasta ei päädy kulutukseen, vaikka maailman väestö saattaa lähestyä 10 miljardia ihmistä vuoteen 2050 mennessäHill-Maini keskittyy siksi työssään paitsi tuotannon lisäämiseen, myös mahdollisuuteen ottaa talteen osa jo käytetyistä ja myöhemmin menetettyistä resursseista. Sienet ovat erityisen mielenkiintoisia, koska ne voivat kasvaa alustoilla, joita monet muut organismit eivät pysty hajottamaan.

Kalifornian laboratoriossa tavoitteena ei ole pelkästään kasvattaa lisää syötäviä sieniä. Tutkimus koskee niiden molekyylibiologia, genetiikka, aineenvaihdunta ja vuorovaikutus substraattien kanssa, aina mahdollisuuteen puuttua organismin ominaisuuksiin sen kyvyn hajottaa jäämiä, sen ravintoprofiilin ja sen aromaattisen profiilin parantamiseksi. Se on kohtaaminen ricerca ja sviluppo, biotekniikka ja elintarviketiede, jotka pyrkivät käsittelemään jätettä uuden tuotantosyklin alkuna, ei ravintoketjun päätepisteenä.

Sienet muuttavat vaikeat substraatit uudeksi biomassaksi

Työn taustalla oleva biologinen periaate on suhteellisen yksinkertainen. Sienet ovat hajottajia ja niillä on entsyymijärjestelmiä, jotka kykenevät hyökkäämään monimutkaisia ​​orgaanisia rakenteita vastaan. Laajalle levinneet syötävät lajit osoittavat jo tätä kykyä: sienet, kuten sienestä e pleurotus Ne voivat kasvaa lignoselluloosapitoisilla materiaaleilla, kuten sahanpurulla. Hill-Maini-laboratorio pyrkii ymmärtämään näitä mekanismeja tarkemmin ja käyttämään niitä tehokkaampien elintarvikeprosessien suunnitteluun.

Siirtyminen luonnollisesta hajoamisesta kontrolloituun ruoantuotantoon vaatii kuitenkin paljon muutakin kuin vain rihmaston kasvattamista. On tärkeää määrittää, mitä substraatteja voidaan käyttää turvallisesti, mitkä lajit sopivat, miten niiden koostumus ja ominaisuudet muuttuvat käymisen aikana ja mikä on lopputuotteen ravintoarvo. Tähän lisätään ratkaiseva tekijä minkä tahansa ruoan kohdalla: sen on oltava jotain, mitä ihmiset ovat todella valmiita syömään.

Tästä syystä tutkimuksessa otetaan huomioon myös geneettinen muokkausTavoitteena on kohdistaa tutkimus sienten tiettyihin ominaisuuksiin jätteen hajoamisen parantamiseksi ja parametrien, kuten ravintoarvon ja maun, muuttamiseksi. Tämä lähestymistapa sijoittaa tutkimuksen alalle, jossa bioteknologia, mikrobiologia ja gastronomia limittyvät toisiinsa, mutta se edellyttää myös turvallisuuden, saatujen ominaisuuksien stabiilisuuden ja tulevan tuotantomittakaavan sovellettavuuden tiukkaa testaamista.

"Sienet ovat luonnon kierrättäjiä. Ne kasvavat jätteistä tai materiaaleista, joita muut organismit eivät pysty hajottamaan."

Tämä on yksi Hill-Mainin keskeisistä näkökohdista kuvaillessa Stanfordin yliopistossa tehtyä työtä. Luonnollinen kyky ottaa talteen huonosti käyttökelpoisen biomassan sisältämiä molekyylejä tekee näistä organismeista houkuttelevia ehdokkaita ruokatalouteen, jossa arvo ei riipu yksinomaan uusien raaka-aineiden tuotannosta.

Genetiikasta ruoanlaittoon, maku saapuu laboratorioon

Yksi ohjelman epätavanomaisemmista näkökohdista koskee tieteellisen tutkimuksen ja ruokakulttuurin välistä suhdetta. Hill-Mainin mukaan uutta elintarviketta ei voida arvioida pelkästään sen tuotantomäärän, kemiallisen koostumuksen tai vähentyneiden ympäristövaikutusten perusteella. Maku, koostumus, nautinto ja ruokakulttuuri vaikuttavat suoraan mahdollisuuteen, että kokeellinen ratkaisu löytää tilaa jokapäiväisissä tavoissa.

Stanford aloitti sitten ohjelman, jossa ravintola-alan kokki Biotekniikan laitoksen tukema ja Doerr School of Sustainabilityn sekä taiteen vararehtorin toimiston kanssa yhteistyössä kehitetty projekti on avoin yleisölle. Kokit liittyvät laboratorioon ja tekevät yhteistyötä tutkijoiden kanssa osallistuen prosessiin luentojen, työpajojen ja kokeiden kautta. Tutkimuskeskukseen on myös rakenteilla keittiö, jonka tarkoituksena on yhdistää sienten molekyyli- ja geneettinen analyysi niiden aistinvaraisten ominaisuuksien arviointiin.

Valinta vastaa konkreettiseen ongelmaan, elintarvikeinnovaatiotTeknisesti tehokas ratkaisu voi epäonnistua, jos se tuottaa jotain, mitä kuluttaja pitää epämiellyttävänä, kulttuurisesti vieraana tai vaikeana sisällyttää ruokavalioonsa. Tässä mielessä ruoasta tulee osa suunnitteluprosessia. Rakennetta ja aromia ei käsitellä yksityiskohtina, joihin puututaan tieteellisen kehityksen jälkeen, vaan muuttujina, joita on tarkasteltava organismin biologian rinnalla.

Sienien ja ruoan välinen suhde ei myöskään ole lähtöisin modernista bioteknologiasta. Leipä, juusto, soijakastike, miso ja sake ovat kaikki riippuvaisia ​​erilaisten prosessien ja mikro-organismien kautta käymisistä, joissa sienillä voi olla keskeinen rooli. Tämä historiallinen jatkumo tarjoaa tutkimukselle kulttuurisen edun: sienten käyttö elintarvikkeiden jalostuksessa on jo osa lukuisia gastronomisia perinteitä.

”Ruokainnovaatiot eivät koske pelkästään teknologiaa ja tieteellisiä löytöjä, vaan myös ruoan nautintoa, kauneutta ja kulttuurista ulottuvuutta.”

Ravintoteknologiaan sovellettu bioteknologia on siten siirtymässä yksinomaan tekniikkaan perustuvasta lähestymistavasta suunnittelutapaan, jossa biologisen suorituskyvyn on vastattava ihmisen käyttäytymistä ja mieltymyksiä.

Ruokahävikistä tulee kierrätettävää resurssia

Tämän tutkimuksen taustalla olevalla ongelmalla on merkittäviä ympäristöllisiä ja taloudellisia ulottuvuuksia. Hill-Maini muistuttaa arviosta, jonka mukaan noin 30 prosenttia tuotetusta ruoasta menee hukkaanTämän hävikin vähentäminen tarkoittaa puuttumista paitsi saatavilla olevan ruoan määrään, myös sen tuottamiseen käytettyihin resursseihin: maaperään, veteen, energiaan, lannoitteisiin, kuljetukseen ja työvoimaan.

Laboratorio tutkii siksi mallia, jossa kestävyys Materiaalin biologiseen talteenottoon perustuen. Sen sijaan, että tiettyjä orgaanisia jäänteitä pidettäisiin hävitettävänä jätteenä, prosessissa voitaisiin hyödyntää niiden hiiltä ja ravinteita sienikasvuston alustana. Teoreettinen tulos on biologisen kierrätyksen muoto, jossa vähäarvoinen materiaali muunnetaan biomassaksi arvokkaampia sovelluksia varten.

Kaikesta jätteestä ei tietenkään voi automaattisesti tulla ruokaa. Alustan koostumus, epäpuhtauksien esiintyminen, terveysvaatimukset, prosessin toistettavuus ja elintarvikesäännökset asettavat kaikki rajoituksia. Ennen kuin ratkaisu voidaan siirtää teolliseen tuotantoon, tarvitaan perustutkimusta sen ymmärtämiseksi, mitkä muutokset ovat biologisesti mahdollisia.

Tämä erottelu on tärkeä myös Stanfordin työn asianmukaisen arvioinnin kannalta: se ei ole ilmoitus yksittäisen elintarvikkeen kaupallistamisen lähestymisestä eikä todiste siitä, että pelkät sienet voivat ratkaista maailmanlaajuisen jäteongelman. Laboratorio rakentaa tietoa ja työkaluja ymmärtääkseen, mitkä lajit, prosessit ja modifikaatiot voivat tehokkaimmin muuntaa jäännösbiomassaa.

Tutkimus, joka vaatii eri aikoja kuin startup-yritykset

Hill-Maini pitää osan työvalinnasta johtuvana Stanfordin yliopisto, sisään Yhdysvallatkyky yhdistää eri tieteenaloja ja kehittää tutkimusta ilman, että sitä tarvitsee välittömästi muuntaa yhdeksi kaupalliseksi tuotteeksi. Tämä on merkittävä seikka alalla, jossa monet elintarviketeknologiat kehitetään riskipääomarahoitteisten startup-yritysten kautta ja niiden validointi- ja kasvuajat ovat erittäin nopeita.

Sienibiologia taas edellyttää perusmekanismien ymmärtämistä ennen sovellusten valintaa. Ryhmä ei työskentele pelkästään ravitsemuksen parissa: samoja organismeja voidaan tutkia tuottamaan MATERIALI ja muita kiinnostavia molekyylejä. Lääketieteen historia tarjoaa jo esimerkkejä sienten biokemiallisesta arvosta penisilliinistä molekyyleihin, jotka osaltaan vaikuttivat kolesterolia alentavien lääkkeiden kehittämiseen, vaikka tämä ei oikeutakaan näistä organismeista liikkuvia lukuisia lääkinnällisiä väitteitä, joista puuttuu riittävä tieteellinen näyttö.

Hill-Maini on biotekniikan apulaisprofessori Tekniikan ja lääketieteen tiedekunnassa ja on Stanford Bio-X:n jäsen. Hänen henkilökohtainen matkansa selittää osittain ohjelman monitieteistä rakennetta: biologian, kemian ja biokemian tausta kietoutuu keittiöalan ammatilliseen kokemukseen, muuttaen valmisteet, tekstuurit ja aromit kokeellisiksi kysymyksiksi.

Haasteena on nyt yhdistää nämä taidot mitattavissa oleviin tuloksiin. Jotta sienijätteen talteenotolla olisi konkreettista vaikutusta, tarvitaan turvallisia, toistettavia ja riittävän tehokkaita prosesseja sekä ravitsemuksellisesti arvokkaita elintarvikkeita ja kuluttajien hyväksymiä aistinvaraisia ​​ominaisuuksia. Näihin ehtoihin lisätään tuotantokustannukset, substraattien saatavuus, sääntely ja kyky siirtää laboratoriotuloksia suurempiin tuotantojärjestelmiin.

Tutkimuksen arvo piilee siis ennen kaikkea siinä, että siinä tarkastellaan yhdessä ongelmia, joita usein käsitellään erikseen: ruokahävikki, ravinteiden tuotanto, bioteknologia ja ruokakulttuuriSienet tarjoavat biologisen yhteyden näiden alkuaineiden välille, koska ne ovat samanaikaisesti syötäviä organismeja, käymisaineita ja hajottajia, jotka kykenevät orgaanista ainesta talteen orgaanista ainesta.

Jos tätä kapasiteettia voidaan hallita ja ohjata riittävän tarkasti, osa elintarvikeinnovaatioista ei voisi syntyä uusien resurssien etsimisestä, vaan järjestelmän jo tuottamien ja hukkaamien resurssien älykkäämmästä käytöstä. Ennen kuin tähän pisteeseen päästään, Stanfordin työn on selvitettävä, mitkä muunnokset ovat todella tehokkaita, turvallisia ja siirrettävissä laboratorion ulkopuolelle: juuri tällä testillä, ei pelkästään sienten saatavuudella, mitataan orgaanisen kierrätyksen muuntamisen toteutettavuutta kannattavaksi elintarviketeknologiaksi.

Tässä on kolme oivallusta, jotka saattavat kiinnostaa sinua:

Fermentoidut ruoat: laboratoriokeittiö, joka luo tulevaisuuden ruokaa
The… Hedelmäavatarit hyökkäävät ruokahävikkiin
Matka Sveitsin halki, joka mullistaa ruoan tulevaisuuden