Найденный во всем, от чипсов до зубной пасты, наша зависимость от нефти уничтожает тропические леса. Но маслянистые микробы, наконец, могут предложить устойчивую альтернативу.
Масло водорослей, капающее здесь с листа рукколы, можно производить более экологично, чем другие масла, такие как пальмовое масло. Микробные масла не уступают по универсальности пальмовому маслу, но для их производства не требуется вырубка лесов, а изменение климата не влияет на их производство.
Пальмовое масло - самое популярное в мире растительное масло, которое содержится в половине всех товаров в супермаркетах и в семи из каждых 10 средств личной гигиены. Это то, что придает чипсам из тортильи их хруст, моющим средствам - очищающую способность, а зубной пасте - мягкость. Он также используется в качестве биотоплива. С 2016 года мировое потребление пальмового масла выросло на 73 процента.
Тем не менее, пальмовое масло и неугасающий аппетит к нему проблематичны. Вырубка лесов под плантации масличных пальм является основной причиной обезлесения в тропиках: в период с 1972 по 2015 год две крупнейшие в мире страны-производители пальмового масла, Индонезия и Малайзия, потеряли 16 и 47 процентов своих лесов соответственно., к урожаю. Вырубка лесов связана с множеством экологических проблем, таких как изменение климата, проблемы плодородия почвы и плохое качество воды. Биоразнообразие также страдает от серьезного удара: исследования показывают, что разнообразие млекопитающих сокращается на 90 процентов, когда леса вырубаются для выращивания масличных пальм.
Однако на горизонте может появиться альтернатива пальмовому маслу, такая же многогранная, но не такая опасная: масло из микробов.
Возрождение старой технологии
Ученые начали искать альтернативные источники получения пищевого масла по необходимости, говорит Филипп Арбтер, биотехнолог из Гамбургского технического университета в Германии.
Когда во время Первой мировой войны масла и сала не хватало, немецкие исследователи обнаружили, что некоторые виды дрожжей также производят жирные липиды. Вскоре власти открыли две фабрики по производству пасты с высоким содержанием жира, которая использовалась «при выпечке хлеба в тесте вместо жира; для намазывания на хлеб вместо масла».
Эти усилия исчезли после окончания войны, когда снова стало достаточно растений и животных, говорит Арбтер.
Но интерес к микробным маслам, сделанным из дрожжей, а также других микроорганизмов, таких как водоросли, в последние годы возродился как экологически чистый заменитель пальмового масла, который кажется более жизнеспособным, чем другие растительные масла..
«Эта технология на самом деле очень старая, но так и не была внедрена в промышленность, и мне всегда было интересно, почему, потому что у нее большой потенциал», - говорит Арбтер. Например, по его словам, микробы можно быстро вырастить в компактном помещении с контролируемым климатом, чтобы получить потенциально большое количество масла. Ранее в этом году он стал соучредителем Colipi, одного из немногих новых стартапов, которые выращивают и модифицируют микробы для производства синтетической версии пальмового масла..
Ищу подходящую замену
Пальмовое масло трудно превзойти. Во-первых, это чрезвычайно эффективная культура - причина, по которой она такая дешевая по сравнению с другими маслами. Один акр масличных пальм - деревьев, на которых растут плоды пальмового масла - может производить более 1,35 тонны пальмового масла в год, что как минимум в шесть раз больше, чем других пищевых масел. Кроме того, масличная пальма процветает круглый год в тропиках, растет на самых разных почвах и является многолетней (до 25 лет), что делает ее «более продуктивной, чем однолетние культуры, такие как арахис, соя и другие масличные культуры». », - говорит специалист по охране природы Эрик Мейджаард, сопредседатель Целевой группы МСОП по масличным культурам.
Пальмовое масло также уникально тем, что содержит примерно равные части насыщенных и ненасыщенных жиров, что делает его чрезвычайно химически стабильным. Это обеспечивает длительный срок хранения упакованных продуктов.
Вид с воздуха на плантацию пальмового масла. Такие плантации являются основной причиной обезлесения в тропиках.
Эти свойства делают поиск подходящей замены чем-то вроде святого Грааля, хотя микробное масло с липидным профилем, подобным пальмовому маслу, вполне может справиться с этой задачей.
На сегодняшний день ученые идентифицировали более 40 водорослей и 70 штаммов дрожжей, которые, как известно, являются маслянистыми или богатыми маслом. Чтобы собрать это масло в лаборатории, микробы сначала выращивают, обычно в чашках Петри с агаром, а затем переносят в стеклянные колбы или варочные емкости из нержавеющей стали. Их кормят кислородом и сахаром - от тростникового сахара до патоки, - которые запускают ферментацию и заставляют клетки размножаться. Когда микробы достигают критической массы, что занимает несколько дней, они вскрываются, чтобы высвободить масло внутри.
Самое сложное - оптимизировать процесс, чтобы извлечь как можно больше масла.
Серафим Папаниколау из Афинского сельскохозяйственного университета, лидер в области исследований масличных дрожжей, говорит, что для этого нужно играть со многими движущимися частями: микробный штамм, температура культуры, скорость перемешивания, степень аэрации, тип сырья и частота кормления, а также метод лизиса клеток, и это лишь некоторые из них.
Если все сделано правильно, наград может быть много. Папаниколау ранее добивался выхода масла до 83 процентов, или 8,3 грамма масла на каждые 10 граммов дрожжей - «лучший показатель, описанный в литературе», - говорит он. Но в целом «достать 50-55 процентов не очень сложно».
Микробы как крошечные фабрики
Эти потенциально высокие урожаи отчасти делают микробное масло таким привлекательным в качестве альтернативы пальмовому маслу.
Кроме того, микробные масла обещают быть более экологичными, чем пальмовое. Микроорганизмы можно выращивать независимо от климатических условий и без больших участков земли, говорит специалист по продуктам питания Уильям Чен из Сингапурского технологического университета Наньян. «По сути, вам нужен биореактор, вот как это просто», - говорит он.
Разведение микробов, питающихся отходами, может еще больше повысить устойчивость, говорит Чен. Его команда, например, изучает, можно ли заменить традиционные питательные среды, используемые для выращивания микроводорослей, на пивоваренную дробину или остатки сои. Точно так же исследователи из NextVegOil в Германии, как сообщается, производят масло из грибка Ustilago maydis, который питается остатками урожая кукурузы, а масло нидерландского стартапа NoPalm получают из дрожжей, которые ферментируют картофельную кожуру и отбракованные овощи.
Кристофер Чак, инженер-химик из Университета Бата в Англии, который почти десять лет работал над микробным маслом, говорит, что они получают «наилучшие результаты с точки зрения устойчивости и эффективности», используя пищевые отходы. такие как хлебные концы.
Возможно, одним из самых больших преимуществ микробного масла является то, что организмы, производящие его, могут быть переработаны с использованием инженерных и вычислительных инструментов синтетической биологии. Хотя соотношение насыщенных и ненасыщенных жиров должно быть близким к 50-50, чтобы имитировать свойства пальмового масла, у исследователей есть свобода экспериментировать с типами жиров в каждой категории. Например, они могли бы заменить пальмитиновую кислоту, вызывающую повышение уровня холестерина, на относительно более здоровую насыщенную жирную кислоту, такую как стеариновая кислота, тем самым создав более желанное масло для потребительского рынка. И быстрее, так как все это происходит в течение нескольких недель в лаборатории.
Дорога к полкам магазинов
Большинство стартапов по производству микробного масла стремятся к тому, чтобы их первые продукты были в секторе красоты и косметики, а не в продуктах питания, из-за более высоких цен, которые они могут устанавливать, и относительно меньшего количества правил. На вопрос, может ли новое масло соответствовать ценам на пальмовое масло, особенно когда оно используется в пищу, Чак отвечает: «Мы должны быть на расстоянии соприкосновения с рынком пищевого масла», пока производство происходит в достаточно больших масштабах, чтобы снизить цену..
«Мы все должны выяснить, как лучше перенести технологию - из лаборатории в более быстрое масштабирование», - говорит Шара Тику, генеральный директор и соучредитель C16 Biosciences, нью-йоркского стартапа по производству микробной нефти, поддерживаемого Биллом Гейтсом. которая до сих пор была наиболее близка к крупному производству. В ноябре C16 достигла рубежа ферментации в 50 000 литров, а в начале 2023 года запустит в Соединенных Штатах увлажняющее биомасло, предназначенное для косметики, - одна из первых фирм, выпустивших на рынок продукт микробного масла.
Набег не мог произойти достаточно скоро; ожидается, что к 2050 году производство пальмового масла утроится и составит 240 миллионов тонн. Прогнозируется, что за это время население мира вырастет почти до 10 миллиардов, а спрос на липиды вырастет в три-четыре раза.”