I California har bioingeniør Vayu Hill-Maini som mål å omdanne organisk avfall til næringsrik mat ved å jobbe med genetikk, smak og tekstur.

Å omdanne det matsystemet kaster til et nytt spiselig råmateriale, og utnytte organismer som har utført nettopp denne funksjonen i millioner av år. Dette er veien som følges av Stanford University fra bioingeniøren Vayu Hill-Maini, som studerer sopp som biologiske verktøy som er i stand til å bryte ned vanskelige materialer og omdanne dem til matprodukter med kontrollerbare ernæringsmessige og sensoriske egenskaper.

Problemet stammer fra en ubalanse som nå er strukturell: en betydelig del av maten som produseres når ikke forbruket, mens verdens befolkning kan være i ferd med å nærme seg 10 milliarder mennesker innen 2050Hill-Maini fokuserer derfor ikke bare arbeidet sitt på å øke produksjonen, men også på muligheten for å gjenvinne en del av ressursene som allerede er brukt og senere går tapt. Sopp er spesielt interessant fordi den kan vokse på substrater som mange andre organismer ikke klarer å bryte ned.

I det californiske laboratoriet er ikke målet bare å dyrke flere spiselige sopper. Forskningen gjelder deres biologia molecolare, genetikk, metabolisme og interaksjoner med substrater, opp til muligheten for å gripe inn i organismens egenskaper for å forbedre dens evne til å bryte ned rester, dens ernæringsprofil og dens aromatiske profil. Det er et møte mellom forskning og utvikling, bioingeniørfag og matvitenskap som prøver å behandle avfall ikke som sluttpunktet i næringskjeden, men som begynnelsen på en ny produksjonssyklus.

Sopp omdanner vanskelige substrater til ny biomasse

Det biologiske prinsippet som ligger til grunn for arbeidet er relativt enkelt. Sopper er nedbrytere og har enzymsystemer som er i stand til å angripe komplekse organiske strukturer. Utbredte spiselige arter viser allerede denne evnen: sopper som shiitake e pleurotus De kan vokse på lignocelluloseholdige materialer, inkludert sagflis. Hill-Maini-laboratoriet har som mål å forstå disse mekanismene mer presist og bruke dem til å designe mer effektive matprosesser.

Overgangen fra naturlig nedbrytning til kontrollert matproduksjon krever imidlertid mye mer enn bare å dyrke mycel. Det er viktig å bestemme hvilke substrater som kan brukes trygt, hvilke arter som er egnet, hvordan de endrer seg i sammensetning og egenskaper under gjæring, og den ernæringsmessige kvaliteten på sluttproduktet. I tillegg til dette er en avgjørende faktor for all mat: det må være noe folk faktisk er villige til å spise.

Av denne grunn vurderer forskningen også genetisk modifiseringMålet er å målrette spesifikke egenskaper ved sopp for å forbedre nedbrytningen av avfall og endre parametere som næringsverdi og smak. Denne tilnærmingen plasserer forskningen i et felt der bioteknologi, mikrobiologi og gastronomi overlapper hverandre, men det krever også grundig testing av sikkerhet, stabilitet av de oppnådde egenskapene og fremtidig anvendelighet i produksjonsskala.

«Sopp er naturens resirkuleringsmidler. De vokser på avfall eller materialer som andre organismer ikke kan bryte ned.»

Dette er et av hovedpoengene Hill-Maini trekker frem i sin beskrivelse av arbeidet som gjøres ved Stanford. Den naturlige evnen til å gjenvinne molekyler som finnes i dårlig utnyttbar biomasse gjør disse organismene attraktive kandidater for en matøkonomi der verdien ikke utelukkende avhenger av produksjonen av nye råvarer.

Fra genetikk til matlaging, smaken kommer inn i laboratoriet

Et av programmets mindre konvensjonelle aspekter gjelder forholdet mellom vitenskapelig forskning og matlaging. For Hill-Maini kan ikke en ny matvare evalueres utelukkende ut fra produksjonsutbytte, kjemisk sammensetning eller redusert miljøpåvirkning. Smak, tekstur, nytelse og matkultur direkte påvirke muligheten for at en eksperimentell løsning finner plass i daglige vaner.

Stanford startet deretter et program med kjøkkensjef Prosjektet, som støttes av Institutt for bioingeniørfag og er utviklet i samarbeid med Doerr School of Sustainability og Office of the Vice President for the Arts, er åpent for publikum. Kokker blir med i laboratoriet og samarbeider med forskere, og deltar i prosessen gjennom forelesninger, workshops og eksperimenter. Et kjøkken er også under bygging ved forskningssenteret, designet for å integrere molekylær og genetisk analyse av sopp med evaluering av deres sensoriske egenskaper.

Valget svarer på et konkret problem med matinnovasjonEn teknisk effektiv løsning kan mislykkes hvis den produserer noe forbrukeren synes er lite tiltalende, kulturelt fremmed eller vanskelig å innlemme i kostholdet sitt. I denne forstand blir mat en del av designprosessen. Tekstur og aroma behandles ikke som detaljer som skal tas opp etter vitenskapelig utvikling, men som variabler som skal vurderes sammen med organismens biologi.

Forholdet mellom sopp og mat oppsto dessuten ikke med moderne bioteknologi. Brød, ost, soyasaus, miso og sake er alle, gjennom ulike prosesser og mikroorganismer, avhengige av gjæringer der sopp kan spille en nøkkelrolle. Denne historiske kontinuiteten gir forskningen et kulturelt fortrinn: bruk av sopp i matforedling er allerede en del av en rekke gastronomiske tradisjoner.

«Matinnovasjon handler ikke bare om teknologi og vitenskapelige oppdagelser, men også om gleden, skjønnheten og den kulturelle dimensjonen ved mat.»

Bioteknologi anvendt på ernæring skifter dermed fra en utelukkende ingeniørbasert tilnærming til en designtilnærming der biologisk ytelse må møte menneskelig atferd og preferanser.

Matsvinn blir en ressurs som må gjenvinnes

Problemet som denne forskningen er basert på har betydelige miljømessige og økonomiske dimensjoner. Hill-Maini minner om et estimat som viste at omtrent 30 prosent av maten som produseres går til spilleÅ redusere dette tapet betyr å gripe inn ikke bare i mengden tilgjengelig mat, men også i ressursene som brukes til å produsere den: jord, vann, energi, gjødsel, transport og arbeidskraft.

Laboratoriet studerer derfor en modell av bærekraft Basert på biologisk gjenvinning av materiale. I stedet for å betrakte visse organiske rester som avfall som skal kastes, kan prosessen utnytte karbonet og næringsstoffene deres som et substrat for soppvekst. Det teoretiske resultatet er en form for biologisk oppsirkulering der lavverdimateriale omdannes til biomasse for bruksområder med høyere verdi.

Selvfølgelig kan ikke alt avfall automatisk bli mat. Substratsammensetning, tilstedeværelsen av forurensninger, helsekrav, prosessreproduserbarhet og matforskrifter setter alle begrensninger. Grunnleggende forskning er nødvendig for å forstå hvilke transformasjoner som er biologisk mulige før en løsning kan overføres til industriell produksjon.

Denne skillet er også viktig for å kunne evaluere Stanfords arbeid på riktig måte: det er ikke kunngjøringen av et enkelt matprodukt som nærmer seg kommersialisering, og det er heller ikke et bevis på at sopp alene kan løse det globale avfallsproblemet. Laboratoriet bygger kunnskap og verktøy for å forstå hvilke arter, prosesser og modifikasjoner som mest effektivt kan omdanne gjenværende biomasse.

En forskning som krever andre tider enn oppstartsbedrifter

Hill-Maini tilskriver en del av valget om å jobbe til Stanford University, i USA, evnen til å kombinere ulike disipliner og utvikle forskning uten å måtte oversette det til et enkelt kommersielt produkt. Dette er et viktig punkt i en sektor der mange matteknologier utvikles gjennom venturekapitalfinansierte oppstartsbedrifter og gjennomgår svært rask validering og vekst.

Soppbiologi, derimot, krever forståelse av grunnleggende mekanismer før man velger bruksområder. Gruppen jobber ikke bare med ernæring: de samme organismene kan studeres for å produsere materiali og andre interessante molekyler. Medisinsk historie gir allerede eksempler på den biokjemiske verdien av sopp, fra penicillin til molekylene som bidro til utviklingen av kolesterolsenkende legemidler, selv om dette ikke rettferdiggjør de mange medisinske påstandene som sirkulerer om disse organismene, da de mangler tilstrekkelig vitenskapelig bevis.

Hill-Maini er assisterende professor i bioingeniørfag ved School of Engineering and Medicine og er medlem av Stanford Bio-X. Hennes personlige reise forklarer delvis programmets tverrfaglige struktur: en bakgrunn i biologi, kjemi og biokjemi sammenvevd med profesjonell erfaring på kjøkkenet, der hun forvandler forberedelser, teksturer og aromaer til eksperimentelle spørsmål.

Utfordringen nå er å koble disse ferdighetene med målbare resultater. For at gjenvinning av soppavfall skal ha en konkret effekt, vil det være behov for trygge, reproduserbare og tilstrekkelig effektive prosesser, sammen med næringsverdifull mat og sensoriske egenskaper som er akseptable for forbrukerne. I tillegg til disse forholdene vil produksjonskostnader, substrattilgjengelighet, regulering og evnen til å overføre laboratoriefunn til større produksjonssystemer komme.

Verdien av forskning ligger derfor fremfor alt i å vurdere problemer som ofte behandles separat, samlet: matsvinn, næringsproduksjon, bioteknologi og matkulturSopp danner den biologiske forbindelsen mellom disse elementene fordi de samtidig er spiselige organismer, gjæringsmidler og nedbrytere som er i stand til å gjenvinne organisk materiale.

Hvis denne kapasiteten kan kontrolleres og styres med tilstrekkelig presisjon, kan deler av matinnovasjonen ikke oppstå fra søken etter nye ressurser, men fra mer intelligent bruk av de ressursene systemet allerede produserer og sløser bort. Før man når det punktet, må Stanfords arbeid fastslå hvilke transformasjoner som virkelig er effektive, trygge og overførbare utover laboratoriet: det er på denne testen, snarere enn bare tilgjengeligheten av sopp, at muligheten for å transformere organisk resirkulering til en levedyktig matteknologi vil bli målt.

Her er tre innsikter som kan interessere deg:

Fermentert mat: laboratoriekjøkkenet som skaper fremtidens mat
De... Fruktavatarer som angriper matsvinn
En reise gjennom Sveits som omformer fremtidens mat