科学家将塑料废弃物转化为富含蛋白质的营养饼干

专门的微生物将不可食用的物质转化为富含蛋白质的零食

2025年，数十亿人面临饥饿，且无法负担健康饮食，粮食安全问题依然是一个全球重大挑战。“μBites”最初为NASA深空食品挑战赛开发，代表了一种通过将塑料和植物废弃物转化为可食用、富含蛋白质补充剂的营养食品的新颖方式。除了太空旅行，μBites还可能为同时解决食品短缺和塑料污染提供有前景的解决方案。科学家们此前已成功演示了使用塑料衍生底物和酵母生物质的可食用μBites蛋白饼干的3D打印。这项研究展示了利用安全酵母菌株（Saccharomyces boulardii）、酿酒酵母（S. cerevisiae）和罗多孢子虫托鲁洛伊德斯（Rhodosporidium toruloides）天然生产的原料，增强这些饼干的风味、香气和颜色。我们通过酿酒酵母工程，从阿魏酸中提取香草醛，这种化合物负责香草风味和香气。R. toruloides的适应性实验室进化增强了其利用乙二醇作为碳源以产生β-胡萝卜素（一种维生素A前体）的能力。他们演示了这些成分如何由废弃生物质和塑料基底，结合酵母蛋白制成营养增强的3D打印“μBites”。该项目成果将彻底开启了利用废弃有机碳生产下一代微生物衍生食品原料的方式，助力塑料的循环经济。

一块部分由塑料废弃物分子制成的饼干听起来更像是天方夜谭，而非食品实验。但南伊利诺伊大学卡本代尔分校的研究人员正在利用工程酵母，将废弃塑料和农业废弃物中的成分转化为蛋白质、维生素、脂肪、香料及其他成分，这些成分未来有望帮助在资源有限的环境中生产食物。

这项工作是NASA主导的一个项目的一部分，旨在为资源有限的深空探索生产食物。同样的技术最终也可能在地球上被广泛应用，包括灾区。

酵母将废物转化为食物成分

团队的原型是一种富含蛋白质的饼干，名为μBites，发音为“microbites”。研究人员没有直接将塑料放入食物中，而是先将废弃物分解成微生物可以消耗的更小化学成分。工程酵母随后将这些分子重建成对食物有用的化合物。

其中一个目标是针对苯二甲酸乙二醇酯（PET），这是一种许多汽水和水瓶常用的塑料。PET含有富含碳的分子，可以被分解和重新利用。研究人员没有通过实验室中的化学反应和溶剂重建这些微生物，而是利用微生物完成了大部分工作。

这些微生物非常聪明。所以，研究人员可利用他们的特质来解决制造食物的问题。

科学家们已经利用包括酵母在内的微生物作为微型工厂，生产有用分子。例如，胰岛素可以由程序化酵母产生，而非从动物胰腺中提取。

贾亚科迪和研究生桑迪亚·贾亚塞卡拉将这一原则应用于废弃物。他们编程了多种酵母，包括面包酵母，将塑料和农业废弃物中的分子转化为蛋白质、维生素、香料及其他食品成分。

必须先分解难处理的废弃物

然而，在酵母完成这项工作之前，必须将坚韧的废物分解成微生物能够接触的形式。

研究人员利用一种名为氧化热液溶解的专利技术处理PET塑料、废弃的玉米茎和叶子以及其他生物质。该方法由南伊利诺伊大学卡本代尔分校地质学教授肯·安德森开发，利用高温高压的水和氧气将坚韧材料分解成微生物可食用的小块。

这些分解产物随后被送入工程酵母，酵母将其转化为蛋白质、脂肪和酸等成分。研究人员目前在将混合物挤出后加入纤维、淀粉和甜味剂，并用3D打印机挤出，制作μBites。

团队报告称，数据显示这些饼干是安全的，尽管机构批准尚未完成，研究人员还无法进行味觉测试。目前，参与者已经评估了它们的香气，大多数人表示在资源有限的情况下愿意吃这些饼干。

香草和β-胡萝卜素让配方更完善

在较为温和的情况下让饼干对消费者有吸引力，还有另一个挑战：口味。

Jayasekara已将烘焙酵母工程化，从植物生物质中生产香草香料。另一种酵母菌株可以将PET提取的乙二醇转化为β-胡萝卜素，身体可以将其转化为维生素A。他们正在利用微生物将饼干开发成更具吸引力、更友好于消费者的产品。

目标不仅限于 Cookie

研究人员最终希望微生物能生产更多饼干的基本成分，包括目前单独添加的淀粉、纤维和甜味剂。Jayakody 希望 μBites 能在几年内准备好面向公众消费。

更广泛的目标不仅仅是饼干。将废弃物转化为有用食品成分的技术，可能在地球资源有限的环境中以及极端环境中应用，包括潜艇以及月球或火星上的潜在殖民地。

预计到2050年，全球粮食需求将增长35%至56%，未来约30%的世界人口面临饥饿风险。研究人员认为解决这个问题的方法就是利用微生物。