Стали бы вы есть еду из пластика?

На Земле существуют сложности с утилизацией пластика. Но если вы любите цифры, то вот они: каждый год мы производим 359 миллионов тонн пластика, из которых 150–200 миллионов тонн попадают на свалки и остаются там. То есть более 40%.

Ситуация так себе. Но что вы думаете о превращении пластика в пищевые ингредиенты? Вы бы стали есть полученную таким образом еду?

И это не какая-то фантастическая гипотеза. Сложно представить, что пластиковые отходы можно перерабатывать в безопасные для употребления в пищу ингредиенты, однако недавно было проведено исследование, в ходе которого бутылки из-под воды были преобразованы в ванилин – искусственный ванильный ароматизатор.

Основная проблема с переработкой пластика заключается в следующем: если пластик расплавить и попытаться сформировать из него новое изделие, то переработанный материал не будет вести себя так же, как первичный.

Вот почему легче производить новый пластик, чем перерабатывать тот, что у нас уже есть. Итак, возникает вопрос: что мы можем сделать, чтобы не производить новый пластик?

Можно, например, взять пластиковый полимер, который представляет собой большую молекулу, состоящую из повторяющихся элементов, и подвергнуть его гидролизу, получив эти элементы по отдельности. Идея заключается в том, что мелкие соединения могут быть более полезными, чем сам полимер.

Например, полиэтилентерефталат (ПЭТ), из которого делают пластиковые бутылки, можно разобрать на более мелкие молекулы терефталевой кислоты и этиленгликоля. Возможно, эти вещества легче будет переработать в новый, более ценный материал.

Еще два года назад основным препятствием для такого решения было отсутствие подходящего фермента для переработки таких материалов, как ПЭТ. И нельзя сказать, что его плохо искали! Ученые протестировали несколько ферментов, известных своей способностью гидролизовать ПЭТ, но без особого успеха.

Наиболее эффективный из найденных ферментов – кутиназа компоста из листьев и веток – был выделен из бактерий Ideonella sakaiensis и перерабатывал только 31% ПЭТ в более простые вещества.

Все изменилось в 2020 году, когда группа исследователей открыла 209 различных вариаций кутиназы компоста из листьев и веток путем выборочной мутации области, которая взаимодействует с ПЭТ. Эта область называется активным центром – здесь фермент вступает в контакт с субстратом. Исследователи методично протестировали все 209 вариантов, чтобы посмотреть, как они взаимодействуют с пластиком из бутылок. Хотя у большинства измененных ферментов была нарушена способность разлагать ПЭТ, один из них смог с 90% эффективностью разложить ПЭТ на терефталевую кислоту и этиленгликоль. Это был огромный успех! Затем исследователи доказали, что, когда полученные вещества использовались для воссоздания ПЭТ, пластиковый полимер вел себя точно так же, как первичный ПЭТ, позволяя добиться безотходного производства.

Если бы эта система была внедрена повсеместно, больше не нужно было бы производить ПЭТ с нуля. Мы могли бы просто использовать тот, что у нас уже сеть, и производить пластик бесконечно.

Хотя переработка пластика во вторичный ПЭТ – уже шаг в правильном направлении, у другой группы ученых планы были еще серьезнее. Они хотели переработать два составных элемента ПЭТ – терефталевую кислоту и этиленгликоль – и получить что-то более ценное.

Исследователи заметили интересный компонент в составе терефталевой кислоты: он был очень похож на ванилин – основное вкусовое соединение ванили. Затем ученые подсчитали, что для превращения терефталевой кислоты в ванилин потребуется всего пять шагов.

Хотя каждый шаг в плане был теоретически осуществим, для некоторых реакций требовались специфические ферменты, которые получают из разных микроорганизмов. Чтобы обойти эту проблему, команда решила создать свой собственный микроорганизм, который производил бы все ферменты, необходимые для переработки. Для этого они взяли бактерию Escherichia coli, более известную как E. Coli, и добавили три новые плазмиды, дающие этому виду все необходимые ферменты для синтеза ванилина из терефталевой кислоты. Затем ученые подготовили терефталевую кислоту из пластиковых бутылок в качестве корма для новых бактерий и стали ждать, пока они произведут ванилин. Через 10 часов 79% терефталевой кислоты превратилось в ванилин. Это был большой успех – доказательство того, что вкусовые добавки можно получать из пластика и что для этого требуется гидролиз ПЭТ с помощью кутиназы компоста из листьев и веток, а также обработка с помощью нового варианта бактерии E. coli.

Несмотря на то, что ванилин, синтезированный из пластика, химически идентичен как искусственному ароматизатору ванили, который продается в магазинах, так и ванилину, который содержится в ванильных бобах, многие могут скептически отнестись к этому открытию. Сама идея еды, которая получена из пластиковых бутылок, вызывает некоторую тревогу (а также любопытство). Не говоря уже о том, что ферменты и бактерии, которые помогают в этом процессе, были генетически изменены — не всем легко такое принять.

С другой стороны, это чрезвычайно эффективный способ борьбы с пластиковым загрязнением. К тому же переработанный ванилин будет стоить недорого, особенно по сравнению с натуральным ванильным ароматизатором, который получают из капризной ванильной орхидеи, с которой чрезвычайно сложно работать. Вот лишь один интересный факт: большинство цветков ванили нужно опылять вручную, один за другим, с помощью маленькой ватной палочки. Получение ванильных бобов трудоемко, так что цените их.

Если употребление переработанного ванилина в пищу все-таки не станет нормой, есть еще другие варианты его использования. Например, в несъедобных продуктах вроде духов и ароматизаторов. Ведь сколько средств личной гигиены от шампуня до дезодоранта имеют аромат ванили? Не говоря уже об освежителях воздуха!

Так или иначе, пока что процесс переработки прошел успешно только в лабораторных условиях, и его еще нужно значительно расширить, чтобы это как-то повлияло на критическую ситуацию с пластиком. Однако переработка пластика в пищевые ингредиенты – это ново, необычно, креативно и инновационно.

При подготовке статьи использованы материалы публикации с сайта: Would you eat food made from plastic?

Еще больше свежих новостей и подробной аналитики об агротехе, IT и бизнесе, а также актуальных вакансий и стажировок вы можете найти на платформе «РСХБ в цифре» и в нашем Телеграм-канале.