I Kalifornien siktar bioingenjören Vayu Hill-Maini på att omvandla organiskt avfall till näringsrika livsmedel genom att arbeta med genetik, smak och konsistens.

Att omvandla det som livsmedelssystemet kasserar till en ny ätbar råvara, och utnyttja organismer som har utfört just denna funktion i miljontals år. Detta är vägen som följs av Stanford University från bioingenjören Vayu Hill-Maini, som studerar svampar som biologiska verktyg som kan bryta ner svåranvända material och omvandla dem till livsmedelsprodukter med kontrollerbara näringsmässiga och sensoriska egenskaper.

Problemet härrör från en obalans som nu är strukturell: en betydande del av den producerade maten når inte konsumtionen, medan världens befolkning kan närma sig 10 miljarder människor år 2050Hill-Maini fokuserar därför sitt arbete inte bara på att öka produktionen, utan också på möjligheten att återvinna en del av de resurser som redan använts och sedan gått förlorade. Svampar är särskilt intressanta eftersom de kan växa på substrat som många andra organismer inte kan bryta ner.

I det kaliforniska laboratoriet är målet inte bara att odla fler ätbara svampar. Forskningen handlar om deras molekylärbiologi, genetik, metabolism och interaktioner med substrat, upp till möjligheten att ingripa i organismens egenskaper för att förbättra dess förmåga att bryta ner restprodukter, dess näringsprofil och dess aromatiska profil. Det är ett möte mellan forskning och utveckling, bioteknik och livsmedelsvetenskap som försöker behandla avfall inte som slutpunkten i livsmedelskedjan, utan som början på en ny produktionscykel.

Svampar omvandlar svåra substrat till ny biomassa

Den biologiska principen som ligger till grund för arbetet är relativt enkel. Svampar är nedbrytare och har enzymsystem som kan angripa komplexa organiska strukturer. Utbredda ätbara arter visar redan denna förmåga: svampar som shiitake e pleurotus De kan växa på lignocellulosahaltiga material, inklusive sågspån. Hill-Maini-laboratoriet syftar till att förstå dessa mekanismer mer exakt och använda dem för att utforma effektivare livsmedelsprocesser.

Övergången från naturlig nedbrytning till kontrollerad livsmedelsproduktion kräver dock mycket mer än att bara odla mycel. Det är viktigt att avgöra vilka substrat som kan användas säkert, vilka arter som är lämpliga, hur de förändras i sammansättning och egenskaper under jäsningen, och näringskvaliteten hos slutprodukten. Till detta kommer en avgörande faktor för all mat: det måste vara något som människor faktiskt är villiga att äta.

Av denna anledning beaktar forskningen även genetisk modifieringMålet är att rikta in sig på specifika egenskaper hos svampar för att förbättra nedbrytningen av avfall och modifiera parametrar som näringsvärde och smak. Denna metod placerar forskningen inom ett område där bioteknik, mikrobiologi och gastronomi överlappar varandra, men det kräver också rigorösa tester av säkerhet, stabilitet hos de erhållna egenskaperna och framtida användbarhet i produktionsskala.

"Svampar är naturens återvinningsmedel. De växer på avfall eller material som andra organismer inte kan bryta ner."

Detta är en av de viktigaste punkterna som Hill-Maini tar upp när hon beskriver arbetet som utförs vid Stanford. Den naturliga förmågan att återvinna molekyler som finns i dåligt användbar biomassa gör dessa organismer till attraktiva kandidater för en livsmedelsekonomi där värdet inte uteslutande beror på produktionen av nya råvaror.

Från genetik till matlagning, smaken kommer in i laboratoriet

En av programmets mindre konventionella aspekter gäller förhållandet mellan vetenskaplig forskning och matlagning. För Hill-Maini kan ett nytt livsmedel inte utvärderas enbart utifrån dess produktionsutbyte, kemiska sammansättning eller minskade miljöpåverkan. Smak, textur, njutning och matkultur direkt påverka möjligheten att en experimentell lösning finner utrymme i dagliga vanor.

Stanford startade sedan ett program med huskock Projektet, som stöds av institutionen för bioteknik och utvecklas i samarbete med Doerr School of Sustainability och Office of the Vice President for the Arts, är öppet för allmänheten. Kockar ansluter sig till labbet och samarbetar med forskare, och deltar i processen genom föreläsningar, workshops och experiment. Ett kök är också under uppbyggnad vid forskningscentret, utformat för att integrera molekylär och genetisk analys av svampar med utvärderingen av deras sensoriska egenskaper.

Valet svarar på ett konkret problem med matinnovationEn tekniskt effektiv lösning kan misslyckas om den producerar något som konsumenten finner oattraktivt, kulturellt främmande eller svårt att införliva i sin kost. I den meningen blir matlagning en del av designprocessen. Textur och arom behandlas inte som detaljer som ska tas upp efter vetenskaplig utveckling, utan som variabler som ska beaktas vid sidan av organismens biologi.

Förhållandet mellan svamp och mat har dessutom inte sitt ursprung i modern bioteknik. Bröd, ost, sojasås, miso och sake är alla, genom olika processer och mikroorganismer, beroende av fermentering där svampar kan spela en nyckelroll. Denna historiska kontinuitet ger forskningen en kulturell fördel: användningen av svampar i livsmedelsbearbetning är redan en del av många gastronomiska traditioner.

”Livsmedelsinnovation handlar inte bara om teknologi och vetenskapliga upptäckter, utan också om matens njutning, skönhet och kulturella dimension.”

Bioteknik tillämpad inom näring övergår således från ett uteslutande ingenjörsbaserat tillvägagångssätt till ett designperspektiv där biologisk prestanda måste möta mänskliga beteenden och preferenser.

Matavfall blir en resurs som ska återvinnas

Problemet som denna forskning bygger på har betydande miljömässiga och ekonomiska dimensioner. Hill-Maini erinrar om en uppskattning enligt vilken ungefär 30 procent av den producerade maten går till spilloAtt minska denna förlust innebär att ingripa inte bara i mängden tillgänglig mat, utan också i de resurser som används för att producera den: jord, vatten, energi, gödningsmedel, transporter och arbetskraft.

Laboratoriet studerar därför en modell av hållbarhet Baserat på biologisk återvinning av material. Istället för att betrakta vissa organiska restprodukter som avfall som ska omhändertas, skulle processen kunna utnyttja deras kol och näringsämnen som substrat för svamptillväxt. Det teoretiska resultatet är en form av biologisk uppcykling där material med lågt värde omvandlas till biomassa för tillämpningar med högre värde.

Naturligtvis kan inte allt avfall automatiskt bli livsmedel. Substratsammansättning, förekomsten av föroreningar, hälsokrav, processreproducerbarhet och livsmedelsregleringar utgör alla begränsningar. Grundforskning behövs för att förstå vilka omvandlingar som är biologiskt möjliga innan en lösning kan överföras till industriell produktion.

Denna distinktion är också viktig för att korrekt kunna utvärdera Stanfords arbete: det är inte ett tillkännagivande om en enda livsmedelsprodukt som närmar sig kommersialisering, och det är inte heller ett bevis på att svampar ensamma kan lösa det globala avfallsproblemet. Labbet bygger upp kunskap och verktyg för att förstå vilka arter, processer och modifieringar som mest effektivt kan omvandla restbiomassa.

En forskning som kräver andra tider än startups

Hill-Maini tillskriver en del av valet att arbeta till Stanford University, i USA, möjligheten att kombinera olika discipliner och utveckla forskning utan att omedelbart behöva omsätta den till en enda kommersiell produkt. Detta är en viktig punkt i en sektor där många livsmedelsteknologier utvecklas genom riskkapitalfinansierade startups och genomgår mycket snabba validerings- och tillväxttider.

Svampbiologi, å andra sidan, kräver förståelse för grundläggande mekanismer innan man väljer tillämpningar. Gruppen arbetar inte bara med näring: samma organismer kan studeras för att producera material och andra intressanta molekyler. Läkemedelshistorien erbjuder redan exempel på svampars biokemiska värde, från penicillin till de molekyler som bidrog till utvecklingen av kolesterolsänkande läkemedel, även om detta inte rättfärdigar de många medicinska påståenden som cirkulerar om dessa organismer, i brist på tillräckliga vetenskapliga bevis.

Hill-Maini är biträdande professor i bioteknik vid School of Engineering and Medicine och är medlem i Stanford Bio-X. Hennes personliga resa förklarar delvis programmets tvärvetenskapliga struktur: en bakgrund inom biologi, kemi och biokemi sammanflätad med yrkeserfarenhet i köket, där man omvandlar preparat, texturer och aromer till experimentella frågor.

Utmaningen nu är att koppla samman dessa färdigheter med mätbara resultat. För att återvinning av svampavfall ska ha en påtaglig effekt krävs säkra, reproducerbara och tillräckligt effektiva processer, tillsammans med näringsvärda livsmedel och sensoriska egenskaper som är acceptabla för konsumenterna. Till dessa villkor kommer produktionskostnader, substrattillgänglighet, reglering och möjligheten att överföra laboratorieresultat till större produktionssystem.

Forskningens värde ligger därför framför allt i att tillsammans betrakta problem som ofta behandlas separat: matsvinn, näringsproduktion, bioteknik och matkulturSvampar utgör den biologiska länken mellan dessa element eftersom de samtidigt är ätbara organismer, fermenteringsmedel och nedbrytare som kan återvinna organiskt material.

Om denna kapacitet kan kontrolleras och styras med tillräcklig precision, skulle en del av livsmedelsinnovationen kunna uppstå inte ur sökandet efter nya resurser, utan ur en mer intelligent användning av de resurser som systemet redan producerar och slösar bort. Innan man når den punkten måste Stanfords arbete fastställa vilka omvandlingar som är verkligt effektiva, säkra och överförbara bortom laboratoriet: det är utifrån detta test, snarare än enbart tillgången på svampar, som möjligheten att omvandla organisk återvinning till en livskraftig livsmedelsteknik kommer att mätas.

Här är tre insikter som kan intressera dig:

Fermenterade livsmedel: laboratorieköket som skapar framtidens mat
Fruktavatarerna attackerar matsvinn
En resa genom Schweiz som omformar framtidens mat