Спеціалізовані мікроби перетворюють непоживні матеріали на багаті білком закуски.
Печиво, виготовлене частково з молекул, отриманих із пластикових відходів, більше схоже на усвідомлення, ніж на досвід їжі. Але дослідники з Університету Південного Іллінойсу Карбондейла використовують модифіковані дріжджі для перетворення компонентів пластику та сільськогосподарських відходів у білки, вітаміни, жири, ароматизатори та інші інгредієнти, які одного разу можуть допомогти виробляти їжу в середовищах з обмеженими ресурсами.
Цей підхід об’єднує дві основні проблеми: пошук корисних місць для пластикових відходів і розробка додаткових способів виробництва їжі.
Робота є частиною проекту під керівництвом NASA, спрямованого на виробництво їжі для дослідження далекого космосу, де ресурси обмежені. Ця ж технологія згодом може бути використана на Землі, в тому числі в зонах лиха.
«Ми намагалися розробити технології переробки пластику для виробництва цінних продуктів. Ми подумали, чому б не зосередитися на виробництві харчових продуктів? Тому що пластик — це вуглець, а їжа — це вуглець», — пояснює доцент Лахіру Джаякоді.
Дріжджі перетворюють відходи в харчові інгредієнти
Прототипом команди є багате білком печиво під назвою µBites, що вимовляється як «мікробайт». Замість того, щоб класти пластик безпосередньо в їжу, дослідники спочатку розкладають відходи на більш дрібні хімічні компоненти, які можуть споживати мікроби. Сконструйовані дріжджі потім регенерують ці молекули в харчові сполуки.
Однією з цілей є поліетилентерефталат, або ПЕТ, звичайний пластик, який використовується у багатьох пляшках для газованої води та води. ПЕТ містить молекули, багаті вуглецем, які можна відокремити та повторно використати. Замість того, щоб регенерувати їх за допомогою хімічних реакцій і розчинників у лабораторії, дослідники використовують для роботи мікроби.
Джаякоді додає: «Мікроби дуже розумні. Тому ми використовуємо їхні риси, щоб вирішити проблеми, які створюємо».
Вчені вже використовують мікроби, включаючи дріжджі, як мініатюрні фабрики для корисних молекул. Наприклад, інсулін можна виробляти за допомогою програмованих дріжджів, а не підшлункової залози тварин.
Джаякоді та аспірант Сандхя Джаясекара застосували цей принцип до відходів. Вони запрограмували кілька видів дріжджів, у тому числі пекарські, на перетворення молекул, знайдених у пластику та сільськогосподарських відходах, у білки, вітаміни, ароматизатори та інші компоненти їжі.
Тверді відходи необхідно спочатку розщепити
Але перш ніж дріжджі зможуть це зробити, тверді відходи повинні бути розбиті на форми, доступні мікробам.
Дослідники обробляли ПЕТ-пластик, стебла та листя кукурудзи та іншу біомасу, використовуючи запатентовану техніку під назвою окисне гідротермальне плавлення. Метод, розроблений професором геології SIU Carbondale Кеном Андерсоном, використовує воду та кисень при високих температурах і тиску, щоб розбити тверді матеріали на менші частини, які поглинають мікроби.
Потім ці продукти розпаду подають на дріжджі, які перетворюють їх на інгредієнти, включаючи білки, жири та кислоти. Наразі дослідники додають клітковину, крохмаль і підсолоджувач перед екструдуванням суміші через 3D-принтер для створення μBites.
Команда повідомляє, що отримані дані свідчать про те, що печиво безпечне для вживання в їжу, хоча ще очікується схвалення інституції, перш ніж дослідники зможуть провести тести на смак. У той же час учасники оцінювали їх смак і більшість сказали, що готові з’їсти печиво в ситуаціях, коли ресурси обмежені.
Ваніль і бета-каротин покращують рецепт
За менш екстремальних обставин зробити печиво привабливим для споживачів представляє іншу проблему: смак.
Jayasekara розробив пекарські дріжджі для отримання ванільного аромату з рослинної біомаси. Інший штам дріжджів може перетворювати етиленгліколь, отриманий з PET, на бета-каротин, який організм може перетворити на вітамін А.
«Ми використовуємо мікроби, щоб зробити печиво більш привабливим і зручним для споживача», — каже Джаясекара.
Мета виходить за межі файлів cookie
Зрештою дослідники хочуть, щоб мікроби виробляли більше основних інгредієнтів печива, включаючи крохмаль, клітковину та підсолоджувачі, які тепер додаються окремо. Джаякоді сподівається, що µBites буде готовий до загального споживання протягом кількох років.
Більш широке призначення виходить за межі файлів cookie. Технологія, яка перетворює відходи на корисні харчові інгредієнти, може мати застосування в середовищах з обмеженими ресурсами на Землі та в екстремальних умовах, включаючи підводні човни та потенційні колонії на Місяці чи Марсі.
«Очікується, що до 2050 року глобальний попит на продовольство зросте на 35-56%, і близько 30% населення світу в майбутньому опиниться під загрозою голодної смерті. На мою думку, вирішення цієї проблеми полягає у використанні мікробів».
Результати були представлені на симпозіумі ACS Fall 2026 «Дослідження для студентів і аспірантів у галузі біохімії та хімічної біології», який відбувся 23-27 серпня в McCormick Place.
Зустріч: ACS осінь 2026 р
Дослідження було профінансовано NASA Deep Space Food Challenge та грантом Національного фонду факультету Early Career Development Program (CAREER).
Назва
Дріжджовий консорціум створений для перетворення пластику та біомаси на цінні харчові добавки
Анотація
У 2025 році мільярди людей голодуватимуть і не зможуть дозволити собі здорову їжу, тому відсутність продовольчої безпеки залишається критичною глобальною проблемою. «µBites», спочатку розроблений для NASA Deep Space Food Challenge, — це новий спосіб виробництва поживної їжі шляхом перетворення пластику та рослинних відходів на харчові добавки, багаті білками. Окрім космічних подорожей, μBites може запропонувати багатообіцяюче рішення для одночасного вирішення проблеми нестачі їжі та забруднення пластиком. Раніше ми продемонстрували успішний 3D-друк їстівного білкового печива, µBites, з використанням субстратів, отриманих із пластику та дріжджової біомаси. У цьому дослідженні ми демонструємо покращення смаку, аромату та кольору цього печива з використанням натуральних інгредієнтів, виготовлених зі штамів дріжджів, безпечних для споживання. Saccharomyces boulardii, S. cerevisiaeі Rhodosporidium toruloides. Ми займалися розробкою S. cerevisiae ванілін, речовина, що відповідає за смак і аромат ванілі, виробляється з ферулової кислоти. Лабораторна еволюція адаптації R. toruloides використання етиленгліколю як джерела вуглецю для виробництва β-каротину, попередника вітаміну А. Ми продемонстрували виробництво цих інгредієнтів із відходів біомаси та пластикових субстратів у поєднанні з білком, отриманим із дріжджів, для виробництва надрукованих на 3D-принтері «µBites» із покращеним поживним вмістом. Результати цього проекту зроблять революцію у виробництві мікробних харчових інгредієнтів наступного покоління з органічних вуглецевих відходів і сприятимуть циркулярній економіці пластику.
Ніколи не пропустіть прорив: приєднуйтесь до інформаційного бюлетеня SciTechDaily.
Слідкуйте за нами в Google і Google News.
