Đây là công nghệ hướng tới sản xuất thực phẩm trong môi trường khan hiếm tài nguyên, như các chuyến du hành dài ngày trong không gian.

Những chai nước bằng nhựa sau khi sử dụng có thể trở thành nguồn nguyên liệu cho thực phẩm thay vì chỉ được xem là rác thải. Đây là hướng nghiên cứu của nhóm khoa học tại Đại học Nam Illinois Carbondale, sử dụng vi sinh vật để chuyển carbon trong nhựa PET và sinh khối nông nghiệp thành các thành phần có giá trị dinh dưỡng.

Những chiếc bánh quy có nguồn gốc từ nhựa của nhóm nghiên cứu. Ảnh: SIU

Kết quả nghiên cứu được nhóm giới thiệu tại hội nghị mùa thu của Hiệp hội Hóa học Mỹ (ACS) ở Chicago. Công nghệ được phát triển trong khuôn khổ dự án µBites, từng tham gia chương trình Deep Space Food Challenge của NASA, nhằm tìm kiếm giải pháp sản xuất thực phẩm với mức tiêu thụ tài nguyên và lượng chất thải thấp cho các sứ mệnh không gian dài ngày.

“Chúng tôi nghĩ, tại sao không tập trung vào việc tạo ra thức ăn? Bởi nhựa là carbon và thức ăn cũng là carbon”, PGS Lahiru Jayakody, người dẫn dắt nghiên cứu, giải thích.

Tuy nhiên, quy trình này không đơn giản là nghiền nhỏ chai nhựa rồi trộn trực tiếp vào nguyên liệu làm bánh. Nhóm sử dụng polyethylene terephthalate (PET), loại nhựa phổ biến trong chai nước và nước giải khát, cùng thân, lá bắp bỏ đi và một số loại sinh khối khác làm nguồn carbon ban đầu.

Để biến những vật liệu khó phân hủy này thành dạng có thể sử dụng, nhóm áp dụng quy trình hòa tan thủy nhiệt oxy hóa do GS Ken Anderson tại Đại học Nam Illinois Carbondale phát triển. Nước và oxy ở nhiệt độ, áp suất cao được sử dụng để phá vỡ vật liệu thành các phân tử nhỏ hơn, tạo điều kiện cho vi sinh vật tiếp cận và chuyển hóa.

Sau công đoạn xử lý này, nấm men được đưa vào để thực hiện các phản ứng sinh học theo mục tiêu của nhóm nghiên cứu. PGS Lahiru Jayakody và nghiên cứu sinh Sandhya Jayasekara sử dụng nhiều chủng nấm men, trong đó có cả nấm men làm bánh, để chuyển các phân tử có nguồn gốc từ nhựa và phế phẩm nông nghiệp thành những hợp chất có giá trị dinh dưỡng.

Các vi sinh vật này có thể tạo ra protein, chất béo và các axit hữu cơ. Đặc biệt, nhóm còn thiết kế nấm men theo hướng tạo ra những thành phần giúp cải thiện hương vị và giá trị dinh dưỡng của sản phẩm.

Một chủng nấm men làm bánh được thiết kế để tạo hương vani từ sinh khối thực vật. Trong khi đó, một chủng khác có khả năng sử dụng ethylene glycol - sản phẩm thu được trong quá trình phân giải PET - để tạo beta-carotene. Đây là hợp chất mà cơ thể người có thể chuyển hóa thành vitamin A.

Nhóm nghiên cứu Mỹ biến nhựa PET thành nguyên liệu thực phẩm. Ảnh: SIU

Sau khi các thành phần được tạo ra từ quá trình lên men, nhóm bổ sung chất xơ, tinh bột và chất tạo ngọt rồi đưa hỗn hợp vào máy in thực phẩm 3D để tạo thành bánh quy giàu protein mang tên µBites.

Cách tiếp cận này cho thấy mục tiêu của nhóm không chỉ dừng ở việc tái sử dụng nhựa mà còn hướng tới xây dựng một quy trình trong đó chất thải giàu carbon có thể trở thành nguyên liệu đầu vào cho sản xuất thực phẩm. Thay vì xử lý từng loại chất thải theo những quy trình riêng biệt, hệ thống được kỳ vọng có thể tận dụng nhiều nguồn carbon khác nhau để tạo ra các thành phần cần thiết.

Dù vậy, µBites vẫn đang ở giai đoạn nghiên cứu. Nhóm cho biết dữ liệu phân tích hiện có cho thấy sản phẩm đáp ứng các yêu cầu an toàn được kiểm tra, nhưng vẫn phải chờ cơ quan có thẩm quyền phê duyệt trước khi tổ chức thử nếm chính thức.

Các tình nguyện viên hiện mới chỉ tham gia đánh giá mùi của sản phẩm. Theo ACS, phần lớn người tham gia cho biết họ có thể cân nhắc sử dụng loại bánh này nếu rơi vào tình huống thiếu thực phẩm.

Đối với nhóm nghiên cứu, mục tiêu dài hạn không chỉ là tạo ra một chiếc bánh quy từ nguồn carbon vốn được xem là chất thải. Họ muốn tiếp tục sử dụng vi sinh vật để sản xuất ngay cả những thành phần hiện vẫn phải bổ sung từ bên ngoài như tinh bột, chất xơ và chất tạo ngọt.

Nếu thực hiện được, một hệ thống quy mô nhỏ có thể tiếp nhận các nguồn chất thải giàu carbon và chuyển hóa chúng thành nhiều thành phần thực phẩm khác nhau. Cách tiếp cận này đặc biệt phù hợp với những môi trường không thuận lợi cho việc cung cấp thực phẩm theo cách thông thường.

Không gian là một trong những ứng dụng được nhóm hướng tới. Trong các chuyến du hành dài ngày tới Mặt trăng hoặc sao Hỏa, việc vận chuyển toàn bộ thực phẩm từ Trái đất sẽ làm tăng khối lượng hàng hóa và đồng thời tạo ra lượng chất thải đáng kể. Một hệ thống có khả năng biến nguồn carbon sẵn có thành thực phẩm có thể giúp giảm một phần nhu cầu tiếp tế.

Công nghệ này cũng có thể được nghiên cứu cho các môi trường khác, chẳng hạn tàu ngầm, khu vực chịu thiên tai hoặc những nơi chuỗi cung ứng thực phẩm bị gián đoạn. Trong những điều kiện đó, khả năng tận dụng nguồn nguyên liệu tại chỗ để tạo ra thực phẩm có thể mang lại giá trị thực tiễn.

Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu thận trọng khi nói về khả năng ứng dụng trước mắt. µBites hiện vẫn là một công nghệ trong phòng thí nghiệm và chưa phải sản phẩm thực phẩm có thể đưa ra thị trường. Việc đánh giá an toàn, phê duyệt và thử nghiệm trực tiếp với người sử dụng vẫn là những bước cần hoàn thành.

PGS Lahiru Jayakody kỳ vọng trong vài năm tới, nhóm có thể đưa công nghệ tiến gần hơn tới một sản phẩm thực phẩm thực sự dành cho con người. Khi đó, câu chuyện về một chai nhựa được biến đổi thành chiếc bánh quy sẽ không chỉ dừng ở ý tưởng tái chế mà có thể trở thành một hướng tiếp cận mới trong sản xuất thực phẩm từ các nguồn carbon khó sử dụng.