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Einzelliges Methanprotein – ist die Welt bereit für diese Innovation in den Ernährungssystemen?

James Waddell spricht mit Dr. Jamie Hinks über Lebensmittelinnovation unter Verwendung von Einzelzellproteinen aus Methan.

Angesichts der Gipfeltreffen der Vereinten Nationen für Ernährungssysteme Heute abgehaltene Konferenz, die darauf abzielt, gesündere, nachhaltigere und gerechtere Lebensmittelsysteme zu verwirklichen, ist es jetzt dringend erforderlich, innovative Lebensmittelproduktionstechniken zu entwickeln, wenn die Menschheit widerstandsfähigere Lebensmittelsysteme erreichen will. Wir sprachen mit Dr. Jamie Hinks, Principal Research Fellow am Singapore Centre for Environmental Life Sciences Engineering (SCELSE), über seine aktuelle Forschung mit biologischen Hochdrucksystemen zur Herstellung hochwertiger Einzellerproteine ​​aus Methan.

Herr Dr. Hinks, wie würden Sie Ihre Forschung zu aus Methan hergestellten Lebensmitteln einem Laien erklären?

Der beste Weg, um diese Technologie zu verstehen, besteht darin, Nahrung und Kraftstoff als austauschbar zu betrachten. Kraftstoff ist ein Stoff, der Energie enthält, die für nützliche Arbeit verwendet werden kann, sei es in einer Maschine oder in einem Organismus. Der Brennstoff, den der Mensch zu sich nimmt und den wir Nahrung nennen, ist biologischen Ursprungs und besteht vereinfacht ausgedrückt entweder aus pflanzlicher oder tierischer Biomasse. Diese Biomasse sammelt sich an, wenn sich Organismen ernähren und wachsen. Einige davon sind sehr lecker, wie zum Beispiel Pilze.

Nun, aus der Sicht einer Mikrobe ist alles, was Energie enthält, eine potenzielle Nahrungsquelle. Einzellige Organismen verbrauchen eine Reihe von Energiequellen, einschließlich solcher, die nicht biologischen Ursprungs sind und die dem Menschen ungewöhnlich erscheinen mögen. Beispielsweise können Mikroben Metalle und Abfallchemikalien wie Lösungsmittel fressen. Im Falle von Lebensmitteln aus Methan wird Methan verwendet, um Bakterien zu ernähren. Methan kann biologisch oder durch geologische Prozesse hergestellt werden. Einige Bakterien spezialisieren sich auf die Aufnahme von Methan, und während sie wachsen, wird ihre Biomasse zu einer guten Quelle für essbares Protein. Diese Bakterien werden Methanotrophe genannt, was „Methanfresser“ bedeutet.

Der spezifische wissenschaftliche Prozess wird als Methanoxidation durch methanotrophe Bakterien bezeichnet. Methanotrophie tritt natürlicherweise in Umgebungen auf, in denen Methan vorhanden ist, wie z. B. in Reisfeldern oder Kohlenwasserstoffquellen. Das Züchten von Methanotrophen unter mit Methan angereicherten Bedingungen in einem Bioreaktor ermöglicht es, das Verfahren für die Proteinerzeugung zu nutzen. Methan kann ein Nebenprodukt der Abwasserbehandlung oder der Erdölförderung sein. Das Verfahren, an dem ich derzeit forsche und das ich entwickeln werde, wird hohen Druck anwenden, um die Löslichkeit von Methan zu erhöhen und es somit einfacher und effizienter zu machen, Methanotrophe mit einem kleineren Fußabdruck anzubauen.

Warum ist es heute besonders wichtig, diesen Prozess zu untersuchen? Könnten Sie in Ihrem Fall einen Einblick geben, warum es für Länder wie Singapur interessant ist?

Nun, nachhaltige Lebensmittelproduktion ist heute ein großes Thema, und wir müssen alle Optionen in Betracht ziehen, um die wachsende Nachfrage nach Lebensmitteln zu befriedigen, die bis 60 um 2050 % steigen soll. Die Regierung von Singapur hat sich verpflichtet, 30 % ihres Ernährungsbedarfs zu decken bis 2030 in seinem „30 durch 30„Ernährungssicherheitsziel. Singapur fehlt es an beträchtlichen Landressourcen für die traditionelle Landwirtschaft, daher müssen hochdichte Proteinproduktionsprozesse in Singapurs zukünftiger Ernährungssicherheitslandschaft eine Rolle spielen. Obwohl die Regierung von Singapur diese Entscheidung vor COVID-19 angekündigt hat, hat die Pandemie die Idee der Ernährungssicherheit für den Mainstream verstärkt.

In Singapur gab es nur sehr wenige Engpässe – die einzigen Engpässe, die ich bemerkte, waren ein kurzzeitiger Mangel an Dosentomaten und mein Drum-Amp wurde noch nicht geliefert! Dies sind nur geringfügige Unannehmlichkeiten. Das Gespenst der Lebensmittelknappheit gefiel dem durchschnittlichen Singapurer jedoch nicht, daher ist es ein kluger Schachzug, die Lebensmittelversorgung zukunftssicher zu machen.

Wie schneidet diese Proteinquelle im Vergleich zu herkömmlichem Viehfutter ab? Und könnten Sie uns sagen, wie dieser Prozess als Teil einer innovativen Lösung für die Nahrungsaufnahme beim Menschen genutzt werden könnte?

Es lässt sich gut mit herkömmlichem Viehfutter vergleichen. Meinerseits beabsichtige ich, einen einzigartigen und verbesserten Prozess zu entwickeln, der auf die Bedürfnisse Singapurs zugeschnitten ist. Nun möchte ich dieses Verfahren ursprünglich für Tierfutter entwickeln. Wissen Sie, es gibt noch eine große soziale Barriere, die überwunden werden muss, bevor Menschen bakterielles Protein essen, und einige technische Probleme, die es auszubügeln gilt, wie z. B. der Nukleinsäurespiegel. Also Schritt für Schritt. In der Zwischenzeit gibt es eine Menge cooler Wissenschaft zu tun. Ich glaube, dass es einige besondere Aspekte des Hochdruckstoffwechsels gibt, die dem Endprodukt, das gesundheitliche und präbiotische Eigenschaften haben wird, einzigartige Vorteile bringen werden. Ich werde diese vorerst nah an meiner Brust halten.

Die ISC-IIASA Widerstandsfähige Lebensmittelsysteme Der Bericht stellt fest, dass „die Ernährung einer wachsenden und wohlhabenderen Bevölkerung eine Steigerung der Produktivität und Diversität von Pflanzen und Vieh erfordert“ und dass „Innovationen, die sich auf die Erschließung neuer und alternativer Nahrungsquellen konzentrieren, aufrechterhalten und beschleunigt werden müssen“, was mit neuen übereinstimmen würde Techniken wie Nahrung aus Methan.

Aber können wir davon ausgehen, dass dieses Verfahren zur Herstellung von Lebensmitteln aus Methan die Widerstandsfähigkeit der Lebensmittelsysteme wirklich erhöhen würde, wenn man bedenkt, dass es auch unsere Abhängigkeit von Erdgas verstärken kann? Wenn dieser Prozess ausgeweitet wird, könnte er außerdem die Nachfrage nach Land für den Anbau von Nahrungsmitteln für Vieh erheblich reduzieren, aber würde er nicht auch die Kohlendioxidemissionen erheblich erhöhen?

Tolle Fragen. Zu Ihrer ersten schlage ich, wie bereits erwähnt, zunächst vor, Methan aus erneuerbaren Ressourcen zu verwenden, wobei das Methan biogenen Ursprungs ist und von methanogenen einzelligen Organismen namens Archaea hergestellt wird. Und das sogar dort, wo es keine bessere Verwendung wie Wärme- oder Stromerzeugung gibt. Obwohl nicht-biogene Methanabfälle kompatibel sind, sehe ich diese Art der Nahrungsmittelproduktion nicht als Treiber der petrochemischen Produktion oder Nutzung.

Zu Ihrer zweiten Frage: Laut dem Zwischenstaatlichen Ausschuss für Klimaänderungen (IPCC) ist der Strahlungsantrieb von Methan bis zu 86-mal höher als der von Kohlendioxid. Die Umwandlung von Methan in Kohlendioxid ist also eine bessere Perspektive für unser Klima. Ich schlage vor, Abfallströme zu nutzen, was eine sinnvolle Nutzung unserer Ressourcen ist, und Methan biogenen Ursprungs ist eine erneuerbare Ressource.


Der Food Systems Summit der Vereinten Nationen zielt auf gesündere, nachhaltigere und gerechtere Ernährungssysteme ab, daher glauben wir, dass die „Vorteile die Nachteile“ für diese Methode überwiegen und daher neben anderen innovativen Techniken dazu beitragen könnten, eine nachhaltige Entwicklung zu erreichen Ziele?

Absolut, es ist ein Klacks. Gasförmige Abfallströme sind eine großartige Möglichkeit, Protein herzustellen, da sie leicht zu kontrollieren, relativ homogen und leicht zu sterilisieren sind. Ganz zu schweigen davon, dass diese Prozesse sehr dicht sind. Beispielsweise betragen die Produktionsdichten, die Sie mit der methanogenen Umwandlung erzeugen können, 4 kg m3 h-1. Das sind 4 Kilogramm Biomasse in einem Kubikmeter pro Stunde! Um dies ins rechte Licht zu rücken: Die IBC-Tanks (Intermediate Bulk Container), die Sie vielleicht an Industriestandorten herumliegen gesehen haben, sind etwa einen Kubikmeter groß. Das entspricht einer Kuh oder einer halben Tonne Biomasse in etwa fünf Tagen! Die Viehzucht dauert etwa 18 Monate und erfordert etwa einen Hektar Land. Das sind nur Zahlen, die das Studium lohnenswert machen. Aber fügen Sie dazu eine Vielzahl von Umweltvorteilen hinzu, zusammen mit der Tatsache, dass es sich um eine ethische Proteinquelle handelt, denke ich, dass es sich um eine sehr überzeugende Technologie handelt.


Was möchten Sie als Wissenschaftler den politischen Entscheidungsträgern vermitteln, um unsere Ernährungssysteme widerstandsfähiger zu machen?

Ich möchte, dass die politischen Entscheidungsträger verstehen, dass wir schnell handeln müssen, um den Übergang zu widerstandsfähigeren Ernährungssystemen zu ermöglichen. Wir müssen viele kulturelle Barrieren überwinden, um verbesserte Lebensmittelproduktionssysteme zu erreichen. Die Politik muss flexibel und unterstützend sein, und vorrangige Mittel für Spitzenforschung müssen verfügbar gemacht werden, vorzugsweise in einer Weise, die Nachwuchsforscher und Forscher in der Mitte ihrer Karriere effektiver unterstützt.


Dr. Jamie Hinks
Dr. Jamie Hinks ist Principal Research Fellow am Singapore Centre for Environmental Life Sciences Engineering (SCELSE), finanziert von der Regierung Singapurs (der National Research Foundation, dem Bildungsministerium, der Nanyang Technological University und der National University of Singapore). Zuvor hatte er die Position eines Senior Research Fellow bei SCELSE inne. Davor war Dr. Hinks Research Fellow an der Nanyang Technological University in Singapur.

@jamiehinks5

Bild von Megumi Nachev on Unsplash

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