Trong một thế giới mà biến đổi khí hậu và dân số tăng nhanh đe dọa an ninh lương thực, quy trình mang tính cách mạng này sẽ mang đến một giải pháp bền vững và hiệu quả.
Bằng cách khai thác vi khuẩn và năng lượng tái tạo, các nhà nghiên cứu đang tạo ra các protein giàu vi chất dinh dưỡng có thể đóng vai trò quan trọng trong việc nuôi sống con người trong tương lai. Cốt lõi của sự đổi mới này là một quy trình liên quan đến quá trình ủ bia đã có từ rất lâu.
“Đây là một quy trình lên men tương tự như cách làm bia, nhưng thay vì cung cấp đường cho vi khuẩn, chúng tôi cung cấp khí và axetat cho chúng”, Largus Angenent - tác giả từ Đại học Tübingen của Đức giải thích.
Phương pháp này gồm việc sử dụng hydro, oxy và CO2 để nuôi vi khuẩn, từ đó vi khuẩn sản xuất protein và vitamin B9. Nấm men có thể tự sản xuất vitamin B9 bằng đường, tuy nhiên, họ không biết liệu chúng có thể làm tương tự với axetat hay không.
Protein bền vững từ lò phản ứng sinh học
Khi dân số toàn cầu tiến gần đến 10 tỷ người, những thách thức về biến đổi khí hậu và cạn kiệt tài nguyên đất trở nên cấp bách hơn. Ông Angenent lưu ý, trước những thách thức trên, giải pháp được đưa ra là nuôi cấy protein trong lò phản ứng sinh học thông qua công nghệ sinh học, thay vì trồng trọt trên những vùng đất đai rộng lớn để làm thức ăn cho động vật. Điều này giúp nông nghiệp hiệu quả hơn nhiều.
Nhóm của ông đã thiết kế một hệ thống lò phản ứng sinh học 2 giai đoạn sản xuất ra nấm men giàu protein và vitamin B9, một chất dinh dưỡng thiết yếu cho các chức năng của cơ thể như tăng trưởng tế bào và trao đổi chất.
Ở giai đoạn đầu, vi khuẩn Thermoanaerobacter kivui chuyển đổi hydro và CO2 thành axetat, một hợp chất chính có trong giấm. Giai đoạn thứ 2, Saccharomyces cerevisiae, thường được gọi là nấm men làm bánh, ăn axetat và oxy để tạo ra protein và vitamin B9.
Quá trình này được cung cấp năng lượng từ các nguồn năng lượng sạch như cối xay gió, có thể tạo ra hydro và oxy cần thiết bằng cách sử dụng điện để làm sạch nước.
Sản xuất thực phẩm bền vững
Kết quả phản ứng sinh học thực sự ấn tượng và hứa hẹn đáng kể cho sản xuất thực phẩm bền vững. Men ăn axetat có thể sản xuất gần như cùng một lượng vitamin B9 như men ăn đường, cho thấy phương pháp cải tiến này không chỉ hiệu quả, mà còn có năng suất cao. Đáng chú ý, chỉ cần 6 gam (0,4 thìa canh) men khô là đủ đáp ứng nhu cầu vitamin B9 hàng ngày.
Theo đồng tác giả nghiên cứu Michael Rychlik từ Đại học Kỹ thuật Munich (Đức), người đứng đầu các phép đo vitamin, thành tựu này là một bước tiến đáng kể trong sản xuất thực phẩm bền vững. Về hàm lượng protein, men được sản xuất trong lò phản ứng sinh học vượt trội hơn các nguồn truyền thống như thịt bò, thịt lợn, cá và đậu lăng.
“85 gam, hay 6 thìa canh, men cung cấp 61% nhu cầu protein hàng ngày, so với 34% từ thịt bò và 38% từ đậu lăng”, ông Angenent cho biết. Tuy nhiên, ông cảnh báo rằng men phải được xử lý để loại bỏ các hợp chất có thể làm tăng nguy cơ mắc bệnh gút nếu tiêu thụ với số lượng lớn. Ngay cả sau khi xử lý, men vẫn cung cấp 41% nhu cầu protein hàng ngày, tương đương với các nguồn protein thông thường khác.
Giải quyết thách thức toàn cầu
Công nghệ đột phá này giải quyết các thách thức toàn cầu quan trọng như bảo tồn môi trường, an ninh lương thực và sức khỏe cộng đồng. Bằng cách sử dụng năng lượng tái tạo và CO2 khi sản xuất protein, hệ thống này giúp giảm lượng khí thải carbon trong sản xuất lương thực và giảm thiểu nhu cầu về đất, giải phóng không gian cho các nỗ lực bảo tồn.
Ông Angenent cho biết, thực tế là chúng ta có thể sản xuất vitamin và protein cùng lúc với tốc độ sản xuất khá cao mà không cần sử dụng bất kỳ loại đất nào là điều thú vị. Mặc dù, phương án thay thế protein bền vững này hứa hẹn rất nhiều, song vẫn còn nhiều việc phải làm.
Nhóm nghiên cứu có kế hoạch tối ưu hóa và mở rộng quy mô sản xuất, đánh giá an toàn thực phẩm và tiến hành phân tích kinh tế. Theo ông Angenent, sản phẩm cuối cùng là thực phẩm chay/thuần chay, không biến đổi gen và bền vững, có thể hấp dẫn người tiêu dùng.
Việc đưa sản phẩm này rộng rãi ra thị trường cũng sẽ mất thời gian. Ngoài ra, cách tiếp cận sáng tạo trên cung cấp một giải pháp tiềm năng cho tình trạng khan hiếm thực phẩm trong tương lai, đồng thời cũng góp phần vào cuộc chiến chống biến đổi khí hậu.
Bằng cách tách sản xuất thực phẩm khỏi việc sử dụng đất và sử dụng năng lượng tái tạo, công nghệ biến CO2 thành protein và vitamin mở ra những khả năng mới cho nền nông nghiệp bền vững và an ninh lương thực.
