Yeni gıda teknolojileri: artan nüfusu beslemeye yardımcı olacak bir yol
2050 yılına kadar dünya nüfusunun yaklaşık 10 milyara ulaşması bekleniyor1, bu nedenle daha fazla gıda üretmemiz gerekiyor. Ancak tarımı büyütmek çare değil; yeterli ekilebilir arazi yok. Yeni teknolojiler, küresel gıda üretiminin sürdürülebilirliğini iklim etkisi, kaynak ve arazi kullanımı ve genel karbon ayak izi açısından iyileştirirken alternatif bir gıda kaynağı sağlayabilir mi?
Giderek artan bir nüfusu beslemek
Küresel gıda sisteminde şu an karşı karşıya olduğumuz birçok zorluk arasında, hızlı bir şekilde artan nüfusu beslemek en çok baskı yaratan sorun olarak görülüyor. 2050 yılında kadar dünya nüfusunun 2020'dekine kıyasla %25'ten fazla artarak yaklaşık 10 milyara1 ulaşması bekleniyor, ancak zaten sera gazı emisyonlarının üçte birinden fazlasından sorumlu olan2 ve kaynak yoğun endüstriyel ve tarımsal uygulamalara büyük ölçüde bağımlı olan gıda sistemleriyle, yalnızca bu uygulamaların genişletilmesi ve bu oranda kaynak tüketimine devam edilmesi sürdürülebilir değil.
Yeterli ekilebilir alan olmaması işin yalnızca bir tarafı. Bu nüfus artışının büyük bir kısmının Afrika'nın yanı sıra Güney ve Doğu Asya'da yoğunlaşması muhtemel olduğundan, gıda güvensizliği ve insanların sağlıklı ve besleyici bir beslenmeye erişimi de giderek artan endişeler haline gelecek. Aynı şekilde, su, arazi ve tarımsal kimyasalların aşırı kullanımından kaynaklanan biyolojik çeşitlilik kaybı da devam ediyor.
Yeni gıda teknolojileri bu noktada ne yapabilir?
Yeni gıda teknolojileri, bu sorunlara olası bir çözüm sağlayabilir. Yeni gıdalar çeşitli alternatif protein teknolojilerini kapsasa da, burada esas olarak iki fermentasyon tabanlı teknolojiyi ele alıyoruz: geleneksel proteinlerin besin açısından zengin analoglarının mantar gibi mikroorganizmalardan oluştuğu biyokütle fermentasyonu ve mikroorganizmaların diğer fonksiyonel bileşenleri oluşturmak için "hücre fabrikaları" olarak kullanıldığı hassas fermantasyon.
Bu tür alternatif proteinleri üretmenin bir yolu olarak iki yöntem de mevcut tarımsal uygulamalara kıyasla belirgin faydalar, en azından özellikle üretim için gerekli arazi miktarında önemli bir azalma sağlıyor3. Bu alternatif proteinler, geleneksel proteinlerle kıyaslandığında, eş değer besin değeri ve kalori üretmek için daha az girdi gerektiriyor, bu da üretim zinciri boyunca daha az enerji ve başka doğal kaynak tüketimi anlamına geliyor3. Ancak her teknolojinin ilgili iklim etkileri ve geniş ölçekte kullanmaya başlamanın sonuçları ile ilgili olarak, göz önünde bulundurulması gereken çeşitli hususlar bulunuyor.
Biyokütle fermentasyonu
Biyokütle fermentasyonunun sürdürülebilirlik yönüyle ilgili olarak Tetra Pak'ta Sürdürülebilirlik Yöneticisi olan Lilly Li, "Yiyecek ve içecek sektörü, henüz öğrenme eğrisinin başında" diyor. "Tam olarak ne ürettiğinize bağlı olarak proses ve ardından gelen su, arazi, enerji kullanımı ve atık üzerindeki etkisi değişiklik gösterebilir."
Mikoproteinler (mantar proteini biyokütlesi) şu anda biyokütle fermentasyonuyla vejetaryen ve vegan et alternatifleri üretmek için kullanılan önde gelen malzemelerden biridir. İlk çalışmalar, genel beslenmede kırmızı et yerine bu tür mikoproteinler kullanmanın, ormansızlaşma ve CO2 üzerinde önemli bir etki yaratacağını gösteriyor.
Kaynak: Humpenöder, F. ve ark. Nature 605, 90–96 (2022).
Aynı şekilde Kullanım Süresi Analizi yaklaşımı yoluyla, mikoproteinin her protein ürünü için karbon, su ve arazi kullanım ayak izleri dahil olmak üzere çevresel etkisinin analizi, insan tüketimi için bitki bazlı ve hayvansal proteinler gibi ürünlerle kıyaslandığında da aynı derecede ümit verici sonuçlar sağlıyor.
En göze çarpan avantaj, arazi kullanımıyla ilgili. Aşağıdaki şemada gösterildiği şekilde; dana kıyma, domuz filetosu ve tavuk göğsü gibi geleneksel olarak üretilen gıda ürünlerinde, mikoproteine kıyasla, aynı miktarda proteini üretmek üzere çok daha büyük bir alan gerekiyor (İsveç dana kıymasına kıyasla neredeyse 80 kat daha verimlidir)5.
Kaynaklar: Quorn Carbon-Trust-Comparison-Report-2022.pdf; Quorn Sustainability-Report-2022.pdf, Mycorenaimpact report 2022; J Hadi, G Brightwell-Foods, 2021
Mikoprotein, bitmiş protein ürünü oluşturmak için kg başına litre olarak daha az su kullanıyor. Önde gelen mikoprotein üreticilerinden biri için bu rakam 31 l/kg'dır ve bu da onu tofuya göre %62, soya fasulyesine göre %71 ve İsveç dana kıymaya göre %84 daha verimli yapıyor6.
Kaynaklar: Quorn Carbon-Trust-Comparison-Report-2022.pdf; Quorn Sustainability-Report-2022.pdf, Mycorenaimpact report 2022; J Hadi, G Brightwell-Foods, 2021
Genel anlamda bu, mikoprotein için nihai protein ürününü"beşikten proses kapısına kadar" üretmek üzere gerekli olan çeşitli proseslerin yaydığı tüm sera gazları olarak tanımlanan toplam karbon ayak izinin büyük ölçüde daha düşük olduğu anlamına geliyor. Önde gelen bir mikoprotein üreticisi için yalnızca 0,79 kg CO2/kg. Bu, tavuk göğüs etine kıyasla %82, domuz filetosuna kıyasla %92 ve İsveç dana kıymasına kıyasla %98 azalmayı temsil ediyor7.
Kaynaklar: Quorn Carbon-Trust-Comparison-Report-2022.pdf; Quorn Sustainability-Report-2022.pdf, Mycorenaimpact report 2022; J Hadi, G Brightwell-Foods, 2021
Hassas fermentasyon
Tetra Pak'ta Gıda Teknolojisi Yöneticisi Ashish Acharya'ya göre hassas fermentasyonun, her birinin ayrı ayrı ele alınması gereken iki yönü vardır: biyolojik malzemeler için ve biyofarmasötik sektöründe kullanımı ve yeni gıda bileşenleri oluşturmak için kullanımı. "Hassas fermantasyon yeni değil; aksi takdirde çok büyük miktarda kaynak tüketecek veya doğal olarak elde edilmesi imkansız olan nadir veya karmaşık bileşenleri üretmek veya hasat etmek için uzun yıllardır, hatta bazen on yıllardır kullanılıyor." diyor. Peynir üretiminde kullanılan peynir mayası temel bileşeni kimozin veya bebek beslenmesinin hayati bir parçası olan anne sütünde bulunan oligosakkaritler gibi birçok farklı gıda bileşeni ve besleyici ürün bunun örnekleri arasında yer alıyor.
"Bu fermentasyon proseslerinden bazıları çok fazla su ve enerji kullanıyor, ancak oligosakkaridler gibi bazılarını doğal şekilde büyük ölçekte üretmek mümkün değil. Elbette, ısıyı geri dönüştürmenin, atık suyu arıtmanın yollarını bulabiliriz ve prosesi daha verimli hale getirmek için diğer gelişmiş teknolojilerimizden bazılarını uygulayabiliriz, ancak şu anda bu bileşenler için herhangi bir üretim alternatifi yok."
Ancak hassas fermentasyon, süt ve hayvansal protein üretimiyle ilgili olarak, sürdürülebilirlik bakış açısından da giderek daha çok önem kazanıyor. Acharya, "Endüstriyel tarımsal uygulamaların ormansızlaşma veya sera gazı emisyonları üzerindeki artan etkisine baktığınızda hassas fermentasyon, bu sorunlardan bazılarını ele almaya yardımcı olabilir." diyor. "Örneğin süt proteinlerini düşünün. Gelecekte, hassas fermentasyonun daha da gelişmesiyle bu kadar ineğe ihtiyacınız olmayacak; yani o kadar araziye ve suya ihtiyaç duymayacaksınız, yemlere ve hatta bu yemi yetiştirmek için daha fazla araziye ihtiyacınız olmayacak. Ayrıca CO2'den 25 kat daha fazla etkiye sahip bir sera gazı olan, büyükbaş hayvanlara ilişkili metan gazı emisyonlarını da azaltmış olursunuz8."
Acharya, iklim değişikliği açısından en yüksek negatif etkiye sahip olduğu kabul edilen9 bir ürün olan kırmızı et ve diğer hayvansal proteinler için de durumun aynı olduğunu söylüyor. Hassas fermentasyonu ve biyokütle fermentasyonunu büyük ölçekte kullanmak, üretim zincirindeki önemli iklim etkisi etkenlerini büyük ölçüde azaltabilir: ormansızlaşma, hayvanlar için su, otlatmak ve yem yetiştirmek için gereken arazi.
Atık ve yan ürünlerle mücadele
Bununla birlikte, hassas fermentasyon ve biyokütle fermentasyonu, prosesin genel iklim etkisi değerlendirilirken dikkate alınması gereken faktörler olan atık ve yan ürünler üretiyor. Acharya, "Biyokütle fermantasyonunda olduğu gibi, oldukça büyük miktarda gaz üretiyor." diyor. "Çoğu durumda bu CO2'dir ancak ürettiğiniz bileşene, fermentasyon türüne ve ne tür bir mikroorganizma kullandığınıza bağlı olarak başka gazlar da olabilir." Biyoteknolojideki gelişmelerle birlikte, belki de gelecekte bu gazlar, arındırılabilir veya karbon ham madde kaynağı olarak döngüye tekrar alınabilir. Bu konuda şu anda çok fazla araştırma yapılıyor10.
Ayrıca harcanan mikroorganizmalar ve bu atığın nasıl ele alındığı konusu da var. Hassas fermentasyon, kullanılan mikropların genom modifikasyonunu içerir; bu nedenle çıkan atık ürünlerin nasıl ele alındığına yönelik sıkı bir yönetmelik çerçevesi mevcuttur.
Acharya, "Şu anda GMO (Genetik Olarak Modifiye Edilmiş Organizma) öldürme adı verilen bir işlem gerçekleştiriliyor" diyor. "Konsantre sodyum hidroksit ekleyip pH'ı > 11'e çıkarırsınız. Bu, tüm DNA'yı nötrleştirir ve yapısını bozar/parçalara ayırır." Belirli GMO içerme düzeyine bağlı olarak atıklar farklı şekilde ele alınır ancak nihai hedef aynıdır: çevreye hiçbir aktif genetik materyalin salınmaması11.
Tetra Pak'ta Ekipman Güvenlik Uzmanı olan Christina Schornack, "Daha düşük kapsama düzeyi olan GMO'larda GMO, kimyasal dezenfeksiyon ve/veya ısıl işlemle öldürülebilir" diyor. "Ele alma prosedürü gerekliliklerini belirleyen kapsama düzeyidir12; bu, patojenlerle çalışan kişiler, daha geniş topluluğu ve çevreyi, özellikle de atık işleme konusunda korur."
Ayrıca Lilly Li, "GMO atıkları, özellikle ekosistemler ve insanlar için olası toksisite riskleri açısından tam kapsamlı Kullanım Süresi Değerlendirmesi gerektirir." diye ekliyor. Lilly Li, bu atık akışının geri dönüştürülmesi veya yeniden kullanımının da araştırıldığını belirtiyor. "Yeniden kullanım veya biyokütle fermentasyonu atık akışlarından önemli miktarda suyun geri kazanılması oldukça önemlidir" diyor. "Gelecek yıllarda döngüsellik kavramlarını proses tasarımına entegre etme konusunda araştırma ve geliştirmeden daha fazla sonuç almayı bekliyoruz."
Geleneksel olarak üretilen ürünler ve hassas fermantasyonal elde edilmiş proteinleri içeren ürünler arasındaki doğrudan karşılaştırma verileri oldukça sınırlıdır. Acharya, "Bu tür malzeme üretimi hâlâ yenidoğan aşamasında ancak hızla gelişiyor" diyor. "Süt proteini gibi ayrı bileşenleri üretmek için kullanılan prosesle ilgili kullanım süresi değerlendirmeleri mevcut ancak bu, son üründeki yalnızca bir bileşen; hassas fermentasyon kullanılarak üretilen süt bileşenlerinin tam spektrumu değil."
Ancak Acharya için hassas fermentasyon ve biyokütle fermentasyonu olasılığı net görünüyor. "Özellikle besin değerleri açısından üstün proteinler kullanarak ve protein alerjilerinden kurtularak fonksiyonel gıdalar üretmek istiyorsanız olasılıklar çok fazla" diyor. "Söz konusu bileşen proteinin mevcut verimine baktığımızda aynı sürede daha fazla hacim üretebilirsiniz. Önümüzdeki beş yıl gibi bir sürede fermentasyon prosesinin ve böylece hasadın verimliliğini beş veya altı kat artırabileceğiz. Sonrasında, eş zamanlı olarak ticari düzeylere çıkarılan ölçekler göreceğiz. Bu, oyunun kurallarını değiştirecek."
İlgili bağlantılar
Dipnotlar:
- Kaynak: https://sdg.iisd.org/news/world-population-to-reach-9-9-billion-by-2050/
- Kaynak: https://www.unido.org/stories/new-research-shows-food-system-responsible-third-global-anthropogenic-emissions
- Kaynak: https://gfi.org/blog/regenerative-agriculture-and-alternative-proteins/
- Kaynak: Humpenöder, F. ve ark. Nature 605, 90–96 (2022).
- Arazi ayak izi, nihai ürünü üretmek için gereken fiziksel alana odaklanır. Et ürünlerinde genelde büyükbaş hayvanların yetiştiği arazi (hayvanların yaşaması gereken alan gibi) ve bu hayvanların tükettiği yemi yetiştirmek için kullanılan arazi dahil edilir. Arazi ayak izi, proteinler veya gıdadaki proteinler olarak nihai ürünün kilogramı başına yıllık metrekare şeklinde (m2a/kg) ifade edilir.
Veri kaynakları: Quorn Carbon-Trust-Comparison-Report-2022.pdf; Quorn Sustainability-Report-2022.pdf, Mycorenaimpact report 2022; J Hadi, G Brightwell-Foods, 2021 - Nihai ürünü üretmek için gerekli prosesler boyunca kullanılan suyun toplam miktarı. Buna hayvanların tükettiği su (hayvanların içmesi gereken su gibi), yemleri üretmek ve ekinleri büyütmek için kullanılan su ve proses sırasında tüketilen su dahildir. Su ayak izi, nihai protein ürününün kilogramı başına litre olarak ifade edilir (l/kg).
Veri kaynakları: Quorn Carbon-Trust-Comparison-Report-2022.pdf; Quorn Sustainability-Report-2022.pdf, Mycorenaimpact report 2022; J Hadi, G Brightwell-Foods, 2021 - Ölçüm birimleri, karbondioksit eşdeğeridir (CO2e). CO2e, karbondioksit ve metan gibi çeşitli sera gazlarının küresel ısınma potansiyelini değerlendirmek için kullanılan referans birimdir. Karbon ayak izi, proteinler veya içerdiği proteinler olarak nihai ürünün kilogramı başına ifade edilir (kg CO2e/kg).
Veri kaynakları: Quorn Carbon-Trust-Comparison-Report-2022.pdf; Quorn Sustainability-Report-2022.pdf, Mycorenaimpact report 2022; J Hadi, G Brightwell-Foods, 2021 - Kaynak: https://www.epa.gov/gmi/importance-methane#:~:text=Methane%20is%20more%20than%2025,due%20to%20human%2Drelated%20activities
- Kaynak: https://www.nature.com/articles/s43016-021-00358-x
- Kaynak: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S095816692200057X
- Kaynak: The Alkaline Denaturation of DNA Biophys J. 1969 Kasım; 9(11): 1281–1311.
- Genetiği değiştirilmiş mikroorganizmaların kontrollü kullanımına ilişkin 6 Mayıs 2009 tarihli 2009/41/EC numaralı AVRUPA PARLAMENTOSU VE KONSEYİ DİREKTİFİ'ne atıf