پلاستیک و تأمین غذا معمولاً دو مسئله کاملاً متفاوت به نظر می‌رسند؛ اما پژوهشگران دانشگاه Southern Illinois University Carbondale  در پروژه‌ای با حمایت ناسا، در حال بررسی راهی هستند که این دو چالش را به یکدیگر پیوند دهد. آن‌ها با کمک مخمرهای مهندسی‌شده، ترکیبات به‌دست‌آمده از پلاستیک PET و پسماندهای کشاورزی را به موادی تبدیل کرده‌اند که می‌توان از آن‌ها برای تولید مواد اولیه غذایی استفاده کرد.

نتیجه این فرایند، نمونه‌ای از کوکی‌های سه‌بعدی با نام µBites است؛ محصولی که ایده آن ابتدا برای تولید غذا در محیط‌هایی با منابع محدود، از جمله مأموریت‌های طولانی فضایی، توسعه پیدا کرد. البته این فناوری هنوز در مرحله تحقیق و توسعه قرار دارد و با یک محصول غذایی تجاری فاصله دارد.

نکته مهم این است که در این فرایند، خود پلاستیک مستقیماً وارد غذا نمی‌شود. ابتدا ساختار PET با یک فرایند شیمیایی شکسته می‌شود و سپس مخمرهای مهندسی‌شده از ترکیبات حاصل برای تولید مواد جدید استفاده می‌کنند. به این ترتیب، شیمی، زیست‌شناسی و مهندسی زیستی در کنار هم قرار می‌گیرند تا از موادی که معمولاً به‌عنوان پسماند شناخته می‌شوند، منابع جدیدی برای تولید غذا ایجاد کنند.

این نوع نگاه به یک مسئله، یعنی تبدیل یک چالش محیط‌زیستی به فرصتی برای نوآوری، با رویکرد «جشنواره اندیشمندان و دانشمندان جوان» نیز ارتباط نزدیکی دارد؛ جایی که ایده‌های خلاقانه در علوم پایه می‌توانند به راهکارهایی برای مسائل واقعی و آینده‌محور تبدیل شوند.

تبدیل پلاستیک PET به مواد غذایی چگونه انجام می‌شود؟

پژوهشگران در این پروژه روی PET یا پلی‌اتیلن ترفتالات تمرکز کرده‌اند؛ همان پلاستیکی که در بطری‌های آب و نوشیدنی و بسیاری از بسته‌بندی‌های روزمره استفاده می‌شود.

اما PET به‌سادگی قابل استفاده برای تولید مواد غذایی نیست. ساختار مقاوم این پلاستیک باعث می‌شود ابتدا به ترکیبات کوچک‌تر و قابل استفاده برای میکروارگانیسم‌ها تبدیل شود.

برای این کار، تیم پژوهشی از فرایندی به نام oxidative hydrothermal dissolution  استفاده می‌کند. در این روش، آب، اکسیژن، دما و فشار بالا به شکستن ساختار مواد مقاوم کمک می‌کنند و ترکیباتی به وجود می‌آیند که در مرحله بعد می‌توانند وارد فرایند زیستی شوند.

در این مرحله، هدف این است که یک ماده پیچیده و مقاوم به ترکیباتی تبدیل شود که مخمرهای مهندسی‌شده بتوانند آن‌ها را مصرف و به مواد جدید تبدیل کنند.

البته PET تنها منبع این فرایند نیست. پسماندهای کشاورزی مانند ساقه و برگ ذرت نیز می‌توانند به‌عنوان خوراک اولیه وارد این مسیر شوند. در نتیجه، فناوری µBites فقط درباره بازیافت پلاستیک نیست؛ بلکه به دنبال استفاده هم‌زمان از چند نوع پسماند برای تولید مواد ارزشمند است.

مسیر کلی این فناوری را می‌توان این‌طور خلاصه کرد:

مواد اولیه غذایی ← فرایند زیستی ← ترکیبات قابل استفاده برای میکروارگانیسم‌ها ← تجزیه شیمیایی ← پسماند

مخمر مهندسی‌شده چگونه پلاستیک را به مواد غذایی تبدیل می‌کند؟

بعد از اینکه PET و پسماندهای کشاورزی به ترکیبات قابل استفاده تبدیل شدند، نوبت به بخش زیستی فرایند می‌رسد؛ جایی که مخمرهای مهندسی‌شده وارد عمل می‌شوند. مخمرها می‌توانند برخی ترکیبات کربنی را مصرف کنند و از طریق مسیرهای متابولیکی خود، مواد جدیدی بسازند. پژوهشگران با تغییر ویژگی‌های ژنتیکی این میکروارگانیسم‌ها تلاش کرده‌اند توانایی آن‌ها را برای تولید ترکیبات مورد نیاز افزایش دهند.

در پروژه  µBites، از این مخمرها برای تولید موادی مانند پروتئین، چربی و برخی ترکیبات مورد نیاز در فرمولاسیون غذایی استفاده می‌شود. حتی در بخش‌هایی از این پروژه، قابلیت تولید موادی مانند طعم‌دهنده ویتامین نیز مورد بررسی قرار گرفته است.

این مرحله، جایی است که زیست‌شناسی مولکولی و ژنتیک به فناوری تولید غذا متصل می‌شوند. پژوهشگران باید مشخص کنند چگونه می‌توان عملکرد یک سلول را تغییر داد تا به جای تولید یک محصول معمول، ترکیبات موردنظر را بسازد.

در واقع، تبدیل پسماند به مواد اولیه غذایی فقط یک فرایند مکانیکی یا شیمیایی نیست؛ بخش مهمی از مسیر با کمک میکروارگانیسم‌های مهندسی‌شده طی می‌شود. همین ترکیب میان شیمی، زیست‌شناسی و مهندسی زیستی است که ایده µBites را به یک نمونه جالب از کاربرد علوم پایه در حل مسائل آینده تبدیل کرده است.

کوکی‌های µBites چگونه با چاپ سه‌بعدی ساخته می‌شوند؟

موادی که مخمرهای مهندسی‌شده تولید می‌کنند، هنوز یک کوکی آماده نیستند. برای رسیدن به محصول نهایی، این ترکیبات با موادی مانند فیبر، نشاسته و شیرین‌کننده ترکیب می‌شوند تا یک ماده اولیه مناسب برای تولید غذا شکل بگیرد. در مرحله بعد، این ماده با استفاده از چاپ سه‌بعدی غذا به شکل کوکی‌های µBites درمی‌آید. این فناوری به پژوهشگران اجازه می‌دهد شکل و ترکیب مواد غذایی را با دقت بیشتری تنظیم کنند؛ قابلیتی که در محیط‌هایی مانند مأموریت‌های فضایی طولانی، که دسترسی به منابع محدود است، می‌تواند اهمیت زیادی داشته باشد.

به این ترتیب، ساخت µBites یک مرحله واحد نیست، بلکه زنجیره‌ای از فرایندهای شیمیایی، زیستی و مهندسی را پشت سر می‌گذارد:

مرحله	عملکرد
پردازش PET و زیست‌توده	تبدیل مواد مقاوم به ترکیبات کوچک‌تر و قابل استفاده
مخمر مهندسی‌شده	تبدیل ترکیبات حاصل به مواد جدید مانند پروتئین و چربی
ترکیب مواد	افزودن موادی مانند فیبر، نشاسته و شیرین‌کننده
چاپ سه‌بعدی	شکل‌دهی ماده غذایی و تولید کوکی‌های µBites

در نهایت، چیزی که از این فرایند به دست می‌آید، فقط یک کوکی متفاوت نیست؛ بلکه نمونه‌ای از این است که چگونه می‌توان پسماند، زیست‌فناوری و چاپ سه‌بعدی را در یک مسیر واحد برای تولید غذا به کار گرفت.

از پلاستیک چه مواد غذایی می‌توان تولید کرد؟

ماجرای µBites فقط به تولید پروتئین یا چربی محدود نمی‌شود. یکی از جذاب‌ترین بخش‌های این پروژه، توانایی مخمرهای مهندسی‌شده برای تولید ترکیبات مختلف مورد نیاز در غذا است.

برای نمونه، یکی از سویه‌های مخمر می‌تواند از زیست‌توده گیاهی برای تولید ترکیبات طعم‌دهنده وانیل استفاده کند. سویه دیگری نیز قادر است از اتیلن‌گلیکول به‌دست‌آمده از PET برای تولید بتاکاروتن استفاده کند؛ ترکیبی که بدن انسان می‌تواند آن را به ویتامین A تبدیل کند.

این قابلیت نشان می‌دهد که هدف پروژه فقط پیدا کردن یک کاربرد برای پسماند پلاستیکی نیست. پژوهشگران در حال بررسی سیستمی هستند که بتواند از مواد اولیه مختلف، مجموعه‌ای از ترکیبات مورد نیاز برای تولید غذا را بسازد.

در ادامه مسیر، آن‌ها امیدوارند بتوانند موادی مانند نشاسته، فیبر و شیرین‌کننده‌ها را نیز از طریق فرایندهای زیستی تولید کنند. در چنین حالتی، بخش بیشتری از مواد مورد نیاز یک محصول غذایی می‌تواند از پسماندها و منابع در دسترس همان محیط تأمین شود.

این نوع نگاه به یک مسئله و پیدا کردن کاربردهای تازه برای منابع موجود، با مسیری که «جشنواره اندیشمندان و دانشمندان جوان» دنبال می‌کند، هم ارتباط دارد؛ مسیری که در آن ایده‌های علمی می‌توانند با پژوهش، آزمون و توسعه، از مرحله اولیه فاصله بگیرند و به راهکارهایی با امکان کاربرد واقعی نزدیک شوند.

آیا کوکی‌های µBites قابل خوردن هستند؟

«تبدیل پلاستیک به غذا» به این معنی نیست که PET مستقیماً وارد ترکیب کوکی می‌شود. ابتدا ساختار PET تجزیه می‌شود و ترکیبات حاصل در اختیار مخمرهای مهندسی‌شده قرار می‌گیرند تا از آن‌ها مواد جدید تولید کنند.

در واقع، محصول نهایی قرار نیست همان ساختار اولیه پلاستیک را داشته باشد. ترکیبات به‌دست‌آمده از PET پس از طی فرایندهای شیمیایی و زیستی، به موادی تبدیل می‌شوند که می‌توانند در تولید مواد اولیه غذایی به کار بروند.

بااین‌حال، µBites هنوز یک محصول غذایی تجاری نیست. طبق گزارش منتشرشده در سال ۲۰۲۶، داده‌های موجود از ایمنی نمونه‌ها پشتیبانی می‌کرد، اما پژوهشگران برای انجام آزمایش رسمی طعم همچنان منتظر تأییدهای لازم بودند.

بنابراین، فعلاً باید µBites را یک فناوری در حال توسعه دانست، نه غذایی که برای مصرف عمومی عرضه شده باشد. ارزش اصلی این پروژه در نشان دادن یک مسیر تازه برای تبدیل پسماند به مواد اولیه غذایی است؛ مسیری که شیمی، زیست‌شناسی و مهندسی را کنار هم قرار می‌دهد.

تولید غذا در فضا؛ چرا فناوری µBites اهمیت دارد؟

یکی از اهداف اصلی پروژه  µBites، پیدا کردن راهی برای تولید غذا در محیط‌هایی با منابع محدود است. در مأموریت‌های فضایی طولانی، نمی‌توان تمام مواد غذایی مورد نیاز را از زمین حمل کرد؛ چون وزن و فضای محدود، انتقال محموله‌های بزرگ را دشوار و پرهزینه می‌کند.

به همین دلیل، پژوهشگران به دنبال روش‌هایی هستند که بخشی از مواد اولیه مورد نیاز را از منابع موجود در همان محیط تولید کنند. در پروژه  µBites، پسماندهایی مانند PET و زیست‌توده گیاهی می‌توانند وارد چرخه تولید شوند و به ترکیبات مورد استفاده برای ساخت مواد غذایی تبدیل شوند.

این پروژه در چارچوب NASA Deep Space Food Challenge توسعه پیدا کرده و ایده آن فقط به فضا محدود نیست. چنین فناوری‌هایی در آینده می‌توانند برای محیط‌هایی مانند زیردریایی‌ها، مناطق آسیب‌دیده از بلایای طبیعی یا دیگر شرایطی که دسترسی به منابع دشوار است نیز کاربرد داشته باشند.

البته تولید غذا با این روش در ماه یا مریخ هنوز یک فناوری عملیاتی نیست. پیش از چنین کاربردهایی، مسائلی مانند ایمنی، مصرف انرژی، مقیاس تولید و عملکرد سیستم در شرایط واقعی باید بیشتر بررسی و آزمایش شوند.

تبدیل پسماند به غذا؛ آیا µBites آینده تولید غذا را تغییر می‌دهد؟

µBites   هنوز راه‌حلی برای بحران پسماند پلاستیکی یا کمبود غذا نیست؛ اما یک ایده مهم را دنبال می‌کند: تبدیل پسماند به مواد اولیه‌ای با ارزش بیشتر. در این فناوری، پلاستیک PET و پسماندهای کشاورزی پس از طی چند مرحله شیمیایی و زیستی، به ترکیباتی تبدیل می‌شوند که می‌توان از آن‌ها برای تولید مواد اولیه غذایی استفاده کرد. همین رویکرد می‌تواند در آینده برای محیط‌هایی که دسترسی به منابع محدود است، مثل مأموریت‌های فضایی طولانی، اهمیت پیدا کند.

البته برای رسیدن به چنین کاربردهایی، هنوز چالش‌هایی مانند هزینه، مصرف انرژی، ایمنی و مقیاس تولید باید برطرف شوند. بنابراین µBites را باید بیشتر یک مسیر پژوهشی و فناورانه دانست تا راهکاری آماده برای تولید انبوه غذا.

اهمیت این پروژه فقط به ساخت یک کوکی متفاوت محدود نمی‌شود. µBites نشان می‌دهد که با کنار هم قرار گرفتن شیمی، زیست‌شناسی و مهندسی زیستی می‌توان برای موادی که معمولاً به‌عنوان پسماند شناخته می‌شوند، کاربردهای تازه‌ای پیدا کرد. این رویکرد می‌تواند راه را برای ایده‌های تازه‌ای باز کند که از منابع موجود، راهکارهایی برای نیازهای آینده بسازند.

جمع‌بندی؛ وقتی پسماند به منبعی برای تولید غذا تبدیل می‌شود

پژوهشگران با استفاده از فرایندهای شیمیایی و مخمرهای مهندسی‌شده، در حال بررسی راهی برای تبدیل ترکیبات حاصل از PET و پسماندهای کشاورزی به مواد اولیه غذایی هستند.

نتیجه این فرایند، نمونه‌های سه‌بعدی µBites است؛ ایده‌ای که می‌تواند در آینده برای محیط‌هایی با منابع محدود، از شرایط خاص روی زمین تا مأموریت‌های فضایی، مورد بررسی قرار گیرد.

هنوز برای تبدیل این ایده به یک فناوری گسترده، چالش‌هایی مانند هزینه، مصرف انرژی، ایمنی و مقیاس تولید وجود دارد. بااین‌حال، µBites یک نگاه متفاوت به پسماند ارائه می‌دهد: شاید بخشی از منابع مورد نیاز آینده، همین موادی باشند که امروز دور ریخته می‌شوند.

اهمیت این پروژه فقط به ساخت یک کوکی متفاوت محدود نمی‌شود. µBites نشان می‌دهد که ترکیب علوم پایه، فناوری و زیست‌مهندسی می‌تواند برای موادی که معمولاً دورریختنی به نظر می‌رسند، کاربردهای تازه‌ای ایجاد کند. همین نگاه مسئله‌محور به علم و فناوری، یکی از مسیرهایی است که «جشنواره اندیشمندان و دانشمندان جوان» با تمرکز بر ایده‌های خلاقانه و آینده‌نگر دنبال می‌کند.

منبع: Science Daily