Chúng ta đang chứng kiến nhiều sự thay đổi lớn về thực phẩm: thay vì đến từ các trang trại, ngày càng nhiều thực phẩm ra đời trong phòng thí nghiệm; cây trồng theo mô hình canh tác nông trại thẳng đứng; các loại thịt được nuôi cấy tế bào… Và giờ đây, chúng ta có thêm một lựa chọn: protein được tạo ra từ không khí.
Tháng tư vừa qua, startup Solar Foods - công ty spin off khởi nguồn từ Trung tâm Nghiên cứu và Ứng dụng khoa học công nghệ Phần Lan và Đại học LUT (Phần Lan), đã khánh thành nhà máy sản xuất protein từ không khí ở quy mô thương mại đầu tiên trên thế giới ở Phần Lan, có công suất 160 tấn/năm.
Solar Foods đang sản xuất một loại protein bền vững từ không khí có tên Solein, với kỳ vọng đây sẽ là nguồn thực phẩm mới, góp phần giảm bớt việc tiêu thụ thịt, sữa cũng như các thực phẩm truyền thống khác có quy trình sản xuất phát thải nhiều carbon.“Nó có thể thay thế các protein hiện có trong nhiều loại thực phẩm, chẳng hạn như sữa và thịt thay thế”, theo tuyên bố của Solar Foods. “Đây là một trong những loại thực phẩm tiên phong vượt ra giới hạn nông nghiệp truyền thống, với phương pháp sản xuất bền vững, sẵn có và minh bạch”.
Protein làm từ không khí có thực sự là một lựa chọn tốt hơn cho môi trường? Việc tiêu thụ nguồn thực phẩm mới này liệu có an toàn? Và làm thế nào mà người ta có thể biến không khí thành đồ ăn?
Từ không khí đến thực phẩmVề bản chất, việc sản xuất protein từ không khí cũng giống như sản xuất bia: Solein bắt nguồn từ quy trình lên men.
“Bia sử dụng đường, lúa mì và tinh bột để chuyển hóa đường thành rượu, trong đó vi khuẩn lên men sử dụng không khí, bao gồm khí carbon dioxide làm thức ăn. Quá trình sản xuất protein từ vi khuẩn lên men cũng tương tự, do vậy mới có thuật ngữ ‘protein không khí’,” TS. Ying Zhang, nhà vi sinh học phân tử ở Đại học Nottingham nói với
BBC Science Focus.
Để sản xuất Solein, các nhà nghiên cứu ở Solar Foods đã sử dụng một loại vi khuẩn đặc biệt, có khả năng tiêu thụ carbon dioxide, nitơ và hydro. Họ cũng dùng điện mặt trời để thực hiện quá trình điện phân nước, tạo ra hydro và oxy để cung cấp cho loại vi khuẩn này sinh trưởng, bên cạnh việc bổ sung nitơ, khoáng chất và các chất dinh dưỡng khác. Sau đó, người ta sẽ tiến hành ly tâm, tách chúng khỏi chất lỏng, đem sấy khô, tạo ra loại bột mịn có hàm lượng protein khoảng 60-70%.
Mặc dù các nhà sáng lập Solar Foods vẫn giữ bí mật về các loại vi khuẩn này song họ cũng tiết lộ rằng chúng được tìm thấy gần bờ biển Baltic. Chúng nằm trong nhóm vi khuẩn có khả năng oxy hóa hydro (HOB). Dù đã được ứng dụng ở nhiều nơi song hầu hết người ta thường dùng loại vi khuẩn này trong sản xuất thức ăn chăn nuôi, xử lý nước thải và các quy trình công nghiệp khác chứ hiếm khi được dùng để sản xuất thực phẩm cho người.
Tuy nhiên, quy trình sản xuất Solein của Solar Foods có thể biến chúng trở thành đồ ăn phù hợp với khẩu vị và nhu cầu của con người. Bột protein Solein có màu vàng nhạt, với “mùi thơm nhẹ” và “vị umami kiểu bùi và béo ngậy”, là thực phẩm thuần chay, không chứa các chất gây dị ứng phổ biến. Người ta có thể dùng làm bột protein hoặc nguyên liệu để sản xuất nhiều loại thực phẩm khác nhau. Gần đây, Solar Foods đã hợp tác với các nhà sản xuất thực phẩm để sản xuất mì ống, kem gelato, thanh đồ ăn nhanh và thậm chí cả “thịt viên” từ bột Solein. Theo Solar Foods, loại protein mới này chứa chín loại axit amin, carbohydrate, chất béo và các khoáng chất thiết yếu (những tuyên bố này chưa được các chuyên gia độc lập ở Anh hoặc Mỹ xác nhận).
Một sản phẩm giàu protein, phù hợp với người ăn chay và thân thiện với môi trường - quả là một điều kỳ diệu. Tuy nhiên, việc phổ biến rộng rãi sản phẩm này không đơn giản. Thứ nhất, Solein vẫn đang chờ phê duyệt ở hầu hết các quốc gia (bao gồm cả Anh và Mỹ), cho đến nay sản phẩm này mới chỉ được Singapore chấp thuận.
Vấn đề tiếp theo nằm ở hydro. Quá trình sản xuất Solein phụ thuộc rất nhiều vào loại khí dễ cháy nổ này.“Hydro rất cần thiết trong quá trình lên men, nhưng nó là một loại khí dễ cháy nổ khó quản lý, đặc biệt là ở quy mô nhà máy của Solar Foods. Tất nhiên vẫn có thể sử dụng một cách an toàn, nhưng sẽ không dễ dàng trên quy mô lớn”, Zhang cho biết.“Họ sẽ phải thiết kế mọi thứ sao cho đảm bảo an toàn, đó phải là ưu tiên hàng đầu so với sản lượng cũng như các khía cạnh khác. Nếu muốn mở rộng quy mô sản xuất, họ cũng phải giải quyết một thách thức lớn là sự phối trộn giữa hydro và oxy”.
Tóm lại, việc xử lý hydro trong quá trình sản xuất cực kỳ phức tạp và nguy hiểm. Solar Foods tuyên bố rằng họ “nghiêm túc” về an toàn hydro, sử dụng vật liệu thích hợp để lưu trữ khí này. “Quản lý hydro là trách nhiệm của chúng tôi, đồng thời là kỹ năng quan trọng và tài sản chiến lược”, Pasi Vainikka, Giám đốc Điều hành của Solar Foods giải thích với
BBC Science Focus.
Dù họ có thể thành lập một nhà máy hoạt động an toàn và nhận được sự chấp thuận từ các cơ quan quản lý cho sản phẩm protein từ không khí, vẫn còn những mối lo ngại về loại sản phẩm mới này. Solein chứa protein và các chất dinh dưỡng cần thiết khác, nhưng nó vẫn chưa được chứng minh trong chế độ ăn uống của chúng ta. Hiện tại, chưa có nghiên cứu dài hạn nào về tác động của protein từ không khí đến cơ thể con người.
Có thể thấy, Solein sẽ phải vượt qua rất nhiều rào cản để trở thành một loại thực phẩm phổ biến. Tuy nhiên, ưu điểm lớn nhất của protein từ không khí là ít phát thải carbon. Nó không cần nhiều nhiều nước tưới, cũng không tiêu thụ nhiều điện như một số nhà máy [sản xuất thực phẩm]. Solar Foods cho biết công nghệ sản xuất Solein thân thiện với khí hậu hơn khoảng 10 lần so với hầu hết các loại protein có nguồn gốc thực vật và gấp 100 lần so với thịt.
Thực phẩm của tương lai?Hiện nay, các hoạt động nông nghiệp liên quan đến động vật chiếm khoảng 30% lượng phát thải khí nhà kính và 70% tổng lượng nước tiêu thụ trên toàn cầu, đồng thời gây suy thoái đất, ô nhiễm nước và góp phần vào nạn phá rừng. Cùng với đó là dịch bệnh lây truyền từ động vật sang người - chẳng hạn như dịch cúm gia cầm H5N1 đang có nguy cơ bùng phát. Tất cả diễn ra trong bối cảnh hằng năm dân số trên toàn cầu lại tăng thêm khoảng 73 triệu người.
Làm thế nào để có đủ thực phẩm cho loài người mà không tàn phá hành tinh thêm nữa? Câu trả lời của các startup công nghệ thực phẩm như Solar Foods là tìm cách sản xuất từ không khí. Thực ra, đây không phải là phương pháp mới. Từ những năm 1970, NASA đã phát triển phương pháp vi sinh để cung cấp dưỡng chất từ nguồn cung cấp khí oxy cho các phi hành gia, nhưng tất cả đã bị lãng quên cho đến khoảng 15 năm trước. (Điều này không có gì bất ngờ: thị trường thực phẩm thay thế vào những năm 1970 chỉ có một ít loại thịt giả, và cụm từ “biến đổi khí hậu” chỉ xuất hiện lần đầu tiên vào năm 1975.)
Nửa thế kỷ đã nhanh chóng trôi qua, giờ đây, cuộc đua mở rộng quy mô và thương mại hóa protein làm từ không khí đang diễn ra trên toàn cầu. Bên cạnh Solar Foods, một startup khác cũng sản xuất protein từ không khí là Air Protein ở Hoa Kỳ do Lisa Dyson và John Reed đồng sáng lập, đã huy động được hơn 107 triệu USD cho đến nay. Bằng một quy trình lên men bí mật, Air Protein đã sản xuất protein từ không khí để phát triển các loại thịt thay thế bao gồm thịt gà, sò điệp và cá.
“Sản phẩm của Air Protein rất giàu vitamin, khoáng chất và các chất dinh dưỡng, với tất cả 20 axit amin, bao gồm chín axit amin thiết yếu và gấp hai lần axit amin của đậu nành”, startup này tuyên bố. “Nó chứa nhiều protein hơn [tính theo kg], không biến đổi gene, không chứa thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, hormone và kháng sinh”.
Quy trình sản xuất của Air Protein cũng sử dụng ít đất hơn 524.000 lần và tiêu thụ lượng nước ít hơn 112.000 lần (tính trên mỗi kg) so với các phương pháp sản xuất thịt hiện tại. Hơn nữa, quy trình này cũng tốn ít thời gian. Air Protein đã ký thỏa thuận với tập đoàn thực phẩm hàng đầu thế giới ADM để thành lập một nhà máy sản xuất ở quy mô thương mại.
Tại Hà Lan, startup Deep Branch đã phát triển một loại protein đơn bào thông qua quá trình lên men, được gọi là Proton, dùng để làm thức ăn chăn nuôi. Lượng phát thải carbon từ quá trình sản xuất Proton ít hơn 60% so với các loại protein đang được sử dụng trong chăn nuôi. Cũng tại Hà Lan, gần đây startup Farmless đã tham gia cuộc đua thực phẩm không khí, tập trung vào vi khuẩn và năng lượng tái tạo (năng lượng gió) để phát triển các sản phẩm thương mại cho cả con người và động vật. “Vì nguyên liệu của chúng tôi ở dạng lỏng với chuỗi cung ứng sẵn có nên chúng tôi có thể sản xuất, vận chuyển và lưu trữ ở bất kỳ đâu trên thế giới”, Farmless cho biết.
Ở Hoa Kỳ, Calysta đã phát triển sản phẩm protein FeedKind bằng phương pháp lên men không khí từ năm 2012. Đến năm 2022, công ty này đã hợp tác với gã khổng lồ dinh dưỡng động vật Adisseo để xây dựng nhà máy ở Ả Rập Saudi, dưới tên hợp tác Calysseo. Mục tiêu của họ là đưa nhà máy sản xuất protein lên men với công suất 100.000 tấn hoạt động vào cuối năm 2026. Trước đó, Calysta đã xây dựng nhà máy đầu tiên có công suất 20.000 tấn ở Trung Quốc, sản xuất FeedKind cho thị trường nuôi trồng thủy sản nơi đây.
Một ưu điểm của phương pháp sản xuất protein từ không khí là tiết kiệm chi phí hơn, do vậy sẽ có giá cả cạnh tranh hơn so với phương pháp chăn nuôi và sản xuất thị truyền thống. Tuy nhiên, các startup trong lĩnh vực này sẽ phải đối mặt với các vấn đề khác. Các chính trị gia bảo thủ, đặc biệt là ở Hoa Kỳ và Ý, đã xác định thực phẩm nuôi cấy trong phòng thí nghiệm là mối đe dọa đối với nền nông nghiệp. Vainikka cho rằng “cái mới và cái cũ vẫn có thể tồn tại song song”, với các trang trại truyền thống, chất lượng cao vẫn tồn tại song song với thịt tế bào có thể cung cấp thực phẩm số lượng lớn, giá rẻ. “Đây là cơ hội của thế kỷ cho ngành công nghiệp thịt, họ có thể để tập trung vào chất lượng thay vì số lượng”, ông nói.
Nguồn: The Guardian, New Atlas,
BBC Science Focus