„Sengirės kine“ šią savaitę rodomas dokumentinis filmas „(Ne)pusiausvyros elementai“ (rež. Othmar Schmiderer) pasakoja apie žmones, kurie, stebėdami gamtą ir mokydamiesi iš jos, ieško naujų būdų atkurti pažeistas ekosistemas ir kurti tvaresnius sprendimus – nuo miškų ir pelkynų atkūrimo iki inovacijų žemės ūkyje, architektūroje bei kitose industrijose.
Lapkričio 4 d. 18 val. filmą rodys Kauno miesto Vinco Kudirkos viešosios bibliotekos Meno ir muzikos skyrius (A. Mapu g. 18), lapkričio 7 d. 16 val. – Kauno apskrities viešoji Ąžuolyno biblioteka (Radastų g. 2).
Viena iš sričių, kuriose gamtos veikimo principai tampa įkvėpimu naujovėms, yra biotechnologijos. Lietuvos agrarinių miškų mokslų centre (LAMMC) veikianti „Biohifas“ laboratorija tyrinėja, kaip grybiena ir fermentacija gali padėti maisto pramonės šalutinius produktus paversti vertingomis, baltymais praturtintomis žaliavomis. Tai – bandymas ne tik sumažinti išteklių švaistymą, bet ir iš naujo pažvelgti į tai, ką laikome atliekomis, o ką – potencialiu ištekliumi.
Artėjant filmo seansams Aistė Račaitytė kalbėjosi su LAMMC Sodininkystės ir daržininkystės instituto Biochemijos ir technologijos laboratorijos vyriausiuoju mokslininku prof. dr. Pranu Viškeliu ir biotechnologijų startuolio „Biohifas“ įkūrėjais – mokslo vadove dr. Paulina Štreimikyte ir technologijų vadovu Simu Borkertu – apie dar nepažintą grybų pasaulį, fermentacijos galimybes, žiedinę bioekonomiką bei gamtos pamokas, kurios gali padėti ieškoti atsakymų į šiandienos ekologinius, ekonominius ir socialinius iššūkius. Ar galime atkurti pusiausvyrą ne bandydami vis labiau kontroliuoti gamtą, o geriau suprasdami jos veikimo principus?
Kada buvo pradėta galvoti apie tvarumą maisto pramonėje?
Prof. dr. Pranas Viškelis: Žiedinės ekonomikos idėjos gyvavo ir anksčiau, nors tada taip jų nevadinome. Pavyzdžiui, dar sovietmečiu bendradarbiaudami su Rokiškio sūrių gamykla matėme, kad po gamybos likusios pasukos, turinčios vertingų išrūgų baltymų ir bioaktyviųjų medžiagų, būdavo išpilamos į kanalizaciją. Jau prieš kelis dešimtmečius bandėme šias medžiagas išgauti dializės būdu, filtruodami per membranas.
Pramonėje likučius vadiname šalutiniais perdirbimo produktais, nes jie gali būti vertingi. Net tai, ką laikome atliekomis, gali tapti biologiškai aktyviųjų medžiagų šaltiniu. Pavyzdžiui, anksčiau esu teigęs, kad šaltalankių lapai gali būti vertingesni už uogas. Šiandien jų dažnai dedama į arbatas.
Svarbu įvertinti ir tai, kiek energijos bei kitų išteklių sunaudojame maistui užauginti ir pagaminti. Būtų neefektyvu panaudoti tik sultis, o likusias žaliavas išmesti, nors jose dar yra vertingų medžiagų.
Žinoma, ne visi šalutiniai produktai būtinai teršia gamtą – kai kurie gali būti naudingi mikroorganizmams ar biologinei įvairovei palaikyti. Tačiau gamybos procese turėtume siekti kuo geriau panaudoti užaugintą produkciją, taikyti žiedinės ekonomikos principus ir kurti beatliekes technologijas.
Ar optimistiškai vertinate žiedinės bioekonomikos ateitį?
P.V.: Taip, žiedinės bioekonomikos principus taikyti būtina – gyvenimas mus verčia tai daryti. Esu gana optimistiškai nusiteikęs. Pavyzdžiui, kai kuriais atvejais iššvaistoma net iki 50 proc. maisto. Geriau įvertinę, kiek iš tikrųjų užauginame ir kiek panaudojame, pamatytume, kad nebūtinai reikia plėsti dirbamos žemės plotus ir dar labiau alinti dirvožemį. Galime efektyviau panaudoti tai, ką jau užauginome, ir taip sumažinti papildomų žaliavų bei išteklių poreikį.
Kas paskatino įkurti „Biohifas“ laboratoriją ir kokias problemas siekėte savo veikla spręsti?
Simas Borkertas: Viskas prasidėjo nuo mūsų kolegos Tomo, kuris mus suvedė. Mus vienijo idėja įdarbinti grybus, o vėliau išryškėjo ir bendri tikslai. Man svarbu mažinti atliekų kiekį ir skatinti žiedinę ekonomiką, o Tomui, atėjusiam iš gyvūnų teisių aktyvizmo, – mažinti mėsos vartojimą ir kurti jos alternatyvas. Vėliau prisijungė Paulina, kuriai šios temos taip pat aktualios.
Laboratoriją įkūrėme Kaune, tačiau vėliau veiklą perkėlėme į Babtus – Lietuvos agrarinių ir miškų mokslų centro Sodininkystės ir daržininkystės institutą. Čia, naudodami atsinaujinančias perdirbimo žaliavas, ieškome būdų spręsti šias problemas pasitelkdami grybieną.
Ar nuo pat pradžių buvo aišku, kad grybuose ir grybienoje galima tų sprendimų ieškoti?
Dr. Paulina Štreimikytė: Grybiena būtų siauras atsakymas. Tai fermentacija, plačiaja prasme, yra tai, kas gali suteikti pridėtinės vertės maisto ir kitų pramonės šakų atliekoms. Grybai tėra vieni iš fermentacijoje dalyvaujančių mikroorganizmų, galinčių tai padaryti.
S.B. Iš pradžių galvojome auginti grybus, bet vėliau atradome kietafazę fermentaciją (solid-state fermentation). Taip supratome, kad nereikia daug laiko grybui užauginti – micelį galima išauginti vos per 3–5 dienas. Tai didelis privalumas, palyginti, pavyzdžiui, su gyvulininkyste, kur gyvuliui užauginti mėsai reikia pusmečio ar metų.
P.S.: Be to, grybiena žaliavą praturtina skaidulomis, baltymais ir kitais junginiais, galinčiais padėti sukurti visavertį maistą.
Kas yra mikrogrybai ir kaip jie padeda perdirbti organines medžiagas?
P.Š.: Kai kalbame apie grybus, dažniausiai įsivaizduojame valgomus vaisiakūnius. Tačiau egzistuoja ir plika akimi nematomų mikro grybų pasaulis, kurie yra Žemės virškinimo sistema. Jie išskiria fermentus, kurie skaido organines medžiagas – augalines žaliavas, sulčių išspaudas ir kitus perdirbimo likučius – į smulkesnius junginius. Taip žaliavos gali tapti mums lengviau pasisavinamos.
Tam reikia tinkamų sąlygų: drėgmės, atitinkamo pH ir temperatūros. Augdami mikrogrybai taip pat gali gaminti baltymus, aminorūgštis ir kitas maistines medžiagas. Jų skaidulos gali veikti kaip prebiotikai – maistas mūsų žarnyno bakterijoms.
Nors esame įpratę pelėsį sieti su sugedusiu maistu, tam tikros grybų padermės yra naudingos ir naudojamos maistui gaminti.
S.B.: Įsivaizduokite salyklo išspaudas, liekančias po alaus gamybos. Jos dažniausiai panaudojamos gyvulių pašarui arba išmetamos. Jų konsistencija primena grikių košę. Į ją įšvirkščiame skystą grybų kultūrą, o po trijų dienų gauname miceliu apaugusią masę. Tai ir yra mūsų fermentacijos rezultatas.
Kuo fermentuota žaliava naudingesnė už nefermentuotą?
S.B.: Priklauso nuo grybo rūšies, bet mūsų atveju po fermentacijos baltymų beveik padvigubėja, padaugėja ir skaidulų, ypač tirpiųjų, pasižyminčių prebiotinėmis savybėmis, pasikeičia ir skoni.
P.Š.: Grybų fermentacijos metu atlaisvinama glutamo rūgštis, suteikianti umami skonį, taip pat įvairūs skonio ir aromato junginiai. Fermentacija leidžia sukurti ne tik maistingesnį ir žiedinės ekonomikos principus atitinkantį produktą, bet ir išgauti norimą jo skonį bei tekstūrą.
Ar grybų pasaulis ir jų naudos žmonėms bei aplinkai yra pakankamai ištirti?
S.B.: Grybų pasaulis ištirtas labai menkai – vos keli procentai. Net dirbdami su viena rūšimi matome, kad kas tris ar keturis fermentacijos ciklus gauname skirtingus rezultatus. Kultūra kinta, todėl turime grįžti prie motininės kultūros. Dirbant ir tiriant nuosekliai, būtų galima kas mėnesį turėti naują padermę.
P.Š.: Dar mažiau žinome apie skirtingų grybų sąveiką. Kas nutiktų, jei fermentacijai naudotume ne vieną, o kelių rūšių grybų bendriją? Ar jie vienas kitam padėtų, ar trukdytų? Tai dar neištirta sritis. Naujos galimybės atsiveria ir dėl omikos mokslų, leidžiančių analizuoti didelius duomenų kiekius ir tirti skirtingų organizmų sąveikas. Šioje srityje dar daug nežinomųjų, todėl tiek daug erdvės eksperimentams ir atradimams.
Kodėl grybų karalystė dar taip mažai ištirta ir kokių galimybių ji slepia?
S.B.: Matome tik nedidelę grybų dalį – didžioji jų dalis gyvena po žeme, kur driekiasi micelio tinklai ir vyksta daugybė procesų. Pavyzdžiui, dar ne iki galo suprantame grybų ir medžių simbiozę. Jei suprastume, kokių sąlygų reikia baravykams augti, galbūt galėtume šiuos maistingus grybus auginti patys. Tam reikia tyrinėti gamtą ir bandyti jos procesus atkartoti laboratorijoje.
P.Š.: Grybų tyrimus skatina fundamentinis mokslas ir smalsumas – noras suprasti, kokios medžiagos gaminasi tame nematomame pasaulyje ir kaip jas galėtume panaudoti. Vienas žinomiausių pavyzdžių – penicilinas, iš grybo išgauta medžiaga, iš esmės pakeitusi mediciną. Mes daugiausia tiriame baltymus ir angliavandenius, tačiau fermentacija gali pakeisti ir kitų junginių kiekį. Pavyzdžiui, tyrinėdami fermentuotą ir nefermentuotą biomasę, aptikome ferulo rūgšties, pasižyminčios antioksidacinėmis savybėmis, pokyčių. Modifikuodami fermentacijos sąlygas galime padidinti jos kiekį.
Augalus ir gyvūnus tyrinėjame jau seniai, o grybų pasaulį tik dabar pradedame geriau pažinti. Tobulėjant technologijoms galime aptikti, išskirti ir tirti anksčiau sunkiai pastebimus organizmus bei suprasti, kaip jų savybes panaudoti.
Ar manote, kad ateityje grybai bus vis dažniau pasitelkiami problemoms spręsti?
S.B.: Labai tikiu. Pavyzdžiui, vyksta grybienos panaudojimo kosmose eksperimentai. Manau, kad ateityje statybinės medžiagos Marse vienaip ar kitaip bus susijusios su grybiena.
P.Š.: Svarbu neapsiriboti vien grybais. Bakterijos, mielės ir kiti mikroorganizmai taip pat gali būti naudingi. Gamtoje jie veikia kartu, tačiau dar mažai žinome, kaip skirtingos jų rūšys sąveikauja. Šių ryšių tyrimai gali atverti naujų galimybių.
Ar gamta gali pasiūlyti sprendimų šiandienos ekologiniams iššūkiams?
S.B..: Gamta gali pasiūlyti sprendimų, jei geriau suprasime jos veikimo principus. Kiekviena grybų rūšis gali atverti galimybių kurti naujus produktus ar atrasti naujų molekulių, tačiau didelė dalis jų dar neištirta.
P.Š.: Svarbu tyrinėti biologinę įvairovę ir mikroorganizmų bendradarbiavimą – tiek tarp organizmų gamtoje, tiek ir mūsų pačių.
Papasakokite šiek tiek detaliau apie tai, kaip „Biohifas“ šalutinius maisto pramonės produktus paverčia naujomis žaliavomis?
S.B.: Viskas prasideda nuo gamyklų, generuojančių didelius kiekius šalutinių perdirbimo produktų, kurie yra dažnai išmetami. Surenkame tokius likučius kaip alaus bravore panaudotą salyklą, kanapių, linų ir rapsų išspaudas norėdami suteikti jiems daugiau maistinės vertės ir padaryti panaudojamus. Pirmiausia juos stabilizuojame, kad nesugestų, ir sterilizuojame, kad nesidaugintų nepageidaujami mikroorganizmai. Tuomet įvedame pasirinktą grybo kultūrą, kuri fermentacijos metu žaliavą praturtina baltymais, mikoproteinais ir skaidulomis.
Sustabdę grybo augimą, stabilizuojame gautą biomasę ir ruošiame ingredientą, kurį galima naudoti įvairiuose produktuose – nuo dešrelių ir mėsainių iki miltų mišinių. Mes gaminame ne galutinį maisto produktą, o ingredientą, skirtą kitų produktų gamybai.
P.Š.: Maisto pramonės likučiai nebūtinai yra nevalgomi ar nesaugūs. Dažnai juose tiesiog daug luobelių ir ląstelienos, kurią žmogaus organizmui sunku suvirškinti, tačiau maistinių verčių juose yra daug. Grybai gamina fermentus, kurie skaido šias medžiagas. Taip žaliava tampa lengviau pasisavinama, o fermentacija papildomai padidina baltymų ir skaidulų kiekį.
Kodėl šalutinius maisto pramonės produktus vertingiau fermentuoti grybais, o ne šerti gyvuliams?
S.B.: Fermentuodami šalutinius produktus grybais galime praleisti vieną gamybos grandį – gyvulių auginimą – ir tiesiogiai panaudoti šias žaliavas žmogaus maistui. Taip išsaugoma jų maistinė vertė, o fermentacijos metu sukuriama daugiau baltymų ir skaidulų. Grybų baltymuose yra visos būtinosios aminorūgštys.
P.Š.: Svarbu ir tai, kad produktas būtų priimtinas vartotojui – skanus, tinkamos tekstūros, išvaizdos ir kvapo. Grybai mums gana artimi kultūriškai, todėl juos kaip mėsos alternatyvą gali būti lengviau priimti nei kitus pakaitalus.
Turbūt grybų fermentacijos technologijose yra ne tik privalumai bet ir ribos?
S.B.: Didžiausias iššūkis – gamybos masto didinimas. Mažais kiekiais fermentuoti galime, tačiau didinant gamybą iki tonos ar daugiau tampa sunku tolygiai paskirstyti ir kontroliuoti šilumą visame bioreaktoriuje.
Fermentacijos metu vykstančių cheminių reakcijų metu būtina palaikyti tinkamą temperatūrą. Priešingu atveju gali sutrikti mikroorganizmų augimas, pablogėti produkto kokybė ar susidaryti mikotoksinų.
P.Š.: Dėl per aukštos temperatūros mikroorganizmai taip pat gali žūti, o fermentacija sustoti. Taigi technologiją jau galime taikyti mažesniu mastu, tačiau norint ją pritaikyti pramoninei gamybai būtina išspręsti šilumos valdymo ir vienodos produkto kokybės užtikrinimo problemas.
Ar fermentacijos metu išsiskiriančią šilumą būtų galima panaudoti?
S.B.: Galbūt šią šilumą būtų galima panaudoti pačios gamyklos šildymui ir taip kurti žiedinės ekonomikos principais veikiančią gamybą. Galimybių daug, tačiau jas reikia apskaičiuoti ir išbandyti. Mūsų principas – žiedinė bioekonomika, kai vieno proceso šalutiniai produktai ar ištekliai panaudojami kitur.
Kuo žiedinė bioekonomika yra naudinga ekologinių krizių kontekste?
S.B.: Žiedinė bioekonomika reiškia, kad biologiniuose procesuose pakartotinai naudojame jau turimas žaliavas, o ne nuolat kuriame naujų poreikį. Mūsų atveju naudojame ne tik maisto pramonės likučius kaip fermentacijos substratą, bet ir iš jų paruošiame terpę grybų kultūrai auginti. Pavyzdžiui, panaudojame nusunktą bulvių tarkį. Taip siekiame kuo labiau uždaro gamybos ciklo ir skatiname kitus mąstyti panašiai.
Ar grybų fermentacija galėtų padaryti kokybiškus, maistingus produktus prieinamesniais ekonomine prasme?
P.Š.: Grybų fermentacija gali būti naudinga ne tik mėsos alternatyvoms gaminti. Ji naudojama ir padažams, pastoms bei gėrimams. Pavyzdžiui, Japonijoje koji grybas (Aspergillus oryzae) pasitelkiamas gaminant sojų padažą ir miso pastą, taip suteikiant produktams naujų skonio savybių ir maistinės vertės. Manoma, kad garsusis japonų ilgaamžiškumas yra susijęs su jų virtuvėje naudojamu koji. Šį grybą bandome pritaikyti ir savo gamyboje.
S.B.: Kol kas sunku pasakyti, ar tokie produktai galėtų būti prieinami visoms šeimoms, tačiau ilgainiui norėtųsi, kad žmonės galėtų juos pasigaminti ir namuose, kaip Japonijoje. Pavyzdžiui, fermentuojamos sojų pupelės ar ryžiai.
P.S.: Mes sprendžiame labiau industrinius iššūkius, bet fermentuoti galima pradėti ir namuose, nebūtinai pramoniniu mastu. Galima panaudoti maisto likučius ar sudžiūvusią duoną, kurią kitu atveju išmestume, ir taip sukurti naujų skonių bei suteikti produktams pridėtinės vertės.
Kiek laiko prireiktų, kad grybų fermentacijos produktai taptų įprasta ir prieinama mūsų raciono dalimi?
S.B.: Manau, kad tam reikėtų bent dešimtmečio. Pokyčiai priklauso ir nuo vartotojų pasirengimo priimti naujus produktus, todėl svarbu šviesti visuomenę. Mes, kaip mokslininkai, esame pasirengę tuo užsiimti.
P.Š.: Tačiau pirmiausia turime sukurti skanų, vartotojams priimtiną produktą. Tai viena pagrindinių sąlygų, kad ši technologija paplistų. Tiriame skonį, tekstūrą, technologijos efektyvumą, produkto galiojimo laiką, išvaizdą, saugą ir kokybę. Svarbu, kad produktas būtų ne tik maistingas, bet ir patrauklus vartotojui.
Kaip grybų fermentacijos technologijos galėtų padėti spręsti gyvulininkystės problemas ateityje?
S.B.: Gyvulininkystė niekur nedings, tačiau žavi galimybė vienu didesniu bioreaktoriumi per metus pagaminti tiek baltymų, kiek jų pagamina didelis gyvulininkystės ūkis, ir galbūt dar daugiau. Vertinant CO₂ emisijų skirtumą, tokia gamyba gali būti visokeriopai naudinga ir kur kas tvaresnė.
P.Š.: Be to, bioreaktoriuose pagaminti produktai galėtų būti naudojami ir gyvulių pašarams gerinti. Pasaulio gyventojų daugėja, todėl turime plėsti baltymų šaltinių pasirinkimą – ieškoti ne tik gyvūninės, bet ir augalinės bei grybų kilmės baltymų. Svarbu ne vien pakeisti esamus produktus, bet ir sukurti daugiau skirtingų būdų aprūpinti žmones baltymais.
Kaip mikroorganizmai gali padėti atkurti dirvožemio gyvybingumą?
S.B.: Žemdirbiai, susidūrę su trąšų tiekimo problemomis, vis dažniau ieško būdų mažinti priklausomybę nuo neorganinių trąšų ir pasitelkti mikroorganizmus dirvožemiui atkurti. Žemės ūkyje naudojamos mikroorganizmų suspensijos, kuriomis purškiami laukai, pavyzdžiui, siekiant paskatinti šiaudų skaidymą ir maistinių medžiagų, tokių kaip azotas ir anglis, grąžinimą į dirvožemį.
P.Š.: Žmogus taip pat neatsiejamas nuo mikroorganizmų: mūsų mikrobiomą veikia aplinka, maistas ir kasdieniai kontaktai. Visi esame vienos ekosistemos dalis, o geriau suprasdami nematomą mikroorganizmų pasaulį galime atrasti naujų atsakymų į daugelį šiandienos klausimų.
Šiandien tvarumas yra tapęs perteklinai naudojamu žodžiu, kaip paprastam vartotojui atskirti realias ir veikiančias iniciatyvas bei produktus nuo rinkodaros?
S.B.: Individualūs įpročiai svarbūs: mažiau plastiko, pakartotinis daiktų naudojimas, mažesnis mėsos vartojimas ir daugiau augalinio maisto. Tačiau didžiausi pokyčiai galimi pramonėje. Šimto žmonių pastangų poveikis gali neprilygti vienos gamyklos įgyvendintiems tvarumo sprendimams. Todėl svarbu skatinti įmones iš esmės keisti gamybos procesus ir ieškoti būdų mažinti jų poveikį aplinkai. Tikiuosi, kad prie šių pokyčių prisidės ir Europos Sąjungos iniciatyvos.
Kokias alternatyvas įprastoms pakuotėms kuriate?
S.B.: Kartu su Lietuvos agrarinių ir miškų mokslų centru įsteigėme startuolį „Packhifas“, kuris kuria visiškai suyrančias pakuotes iš šalutinių žemės ūkio perdirbimo produktų – šiaudų likučių ir įvairių išspaudų. Iš pradžių tokios pakuotės bus brangesnės, tačiau didinant gamybos mastą jų kaina turėtų mažėti.
Kas jus įkvepia darbe?
P.Š.: Gamta yra didžiausia mokytoja. Smalsumas ir jos tyrinėjimas veda prie naujų atradimų. Gamtoje skirtingos karalystės – augalai, grybai ir gyvūnai – bendradarbiauja, kurdamos veikiančias ekosistemas. Cikliškumas ir tvarumas atsispindi ir mūsų darbuose, kuriuose stengiamės šiuos principus pritaikyti.
S.B.: Europa stengiasi rodyti pavyzdį, kaip atkurti pusiausvyrą, tačiau tam reikia ir didžiųjų pasaulio valstybių veiksmų. Pavienių mažų valstybių iniciatyvų nepakanka, jei didžiausi teršėjai, tokie kaip Kinija ar JAV, nekeičia savo veiklos. Norint reikšmingų pokyčių, būtinas platesnis bendradarbiavimas.
