¿Cómo pueden los hongos abordar el problema mundial del desperdicio de alimentos?

tEscondido en la encimera de la cocina hay una sustancia viva y burbujeante en un frasco. Cada día se alimenta con una mezcla de harina y agua. el brebaje beigecomenzando una danza ritual que invoca levaduras y bacterias silvestres del aire. Esta transformación convierte ingredientes simples en una maravilla picante y fermentadora adoptada tanto por panaderos profesionales como por chefs caseros para crear hogazas de pan rústico.

La cocina está profundamente arraigada en la ciencia. Reemplazar los huevos al hornear con aquafaba de legumbres cocidas o usar bicarbonato de sodio para aumentar el pH de las cebollas para una caramelización más rápida son solo un par de ejemplos de cómo una comprensión más profunda de los principios físicos y químicos puede transformar el proceso de cocción.

En su laboratorio de la Universidad de Stanford, el chef convertido en científico Vayu Hill-Maini Le encanta experimentar con la ciencia de los alimentos. Aprovecha sus experiencias en la cocina y su formación científica en bioquímica y microbiología para abordar los desafíos que enfrenta el sistema alimentario. Específicamente, su equipo utiliza hongos filamentosos (mohos y hongos) como plataforma para abordar estos objetivos y transformar los desechos de alimentos en comidas sabrosas. Él cree que dominar la conservación de los alimentos, la minimización de residuos y los ingredientes alternativos puede conducir a prácticas culinarias más sostenibles, reduciendo el impacto ambiental del sistema alimentario moderno. Para Hill-Maini, la basura de un hombre es la cena de otro.

De chef a científico, la comida es un terreno común

Para muchos, la cocina es un espacio sagrado, un refugio cálido donde los aromas de las especias hirviendo y del pan horneado se mezclan con risas, rostros familiares y recuerdos. “La comida es profundamente significativa, profundamente personal y profundamente conectada con quién soy y cómo veo el mundo”, dijo Hill-Maini, quien destacó la influencia de su educación global. Nacido en Estocolmo de padre cubano y noruego y madre india criada en Kenia, la comida se convirtió en su puente para conectarse con estas diversas culturas.

A la edad de 18 años, Hill-Maini se mudó a los Estados Unidos para seguir una carrera como chef. Después de algunos años trabajando en una tienda de sándwiches en la ciudad de Nueva York, Hill-Maini regresó a la escuela y se matriculó en Carleton College. Recordó lo difícil que fue conectar con el material demasiado teórico que se impartía en las clases de introducción a la biología, la química y la física; anhelaba más aprendizaje práctico que le permitiera aprovechar su lado creativo. Durante el verano después de su primer año, visitó el Fundación Aliciainiciado por Ferran Adrià, chef de tres estrellas Michelin y pionero en la gastronomía molecular, un enfoque científico de la cocina que explora las propiedades químicas y físicas de los alimentos para crear platos innovadores.

“Fue un espacio que realmente adoptó la ciencia como una forma de crear nuevas innovaciones alimentarias”, dijo Hill-Maini.

Regresó a la universidad con una nueva perspectiva de sus estudios, reconociendo que la ciencia le servía como una lente a través de la cual podía entender y conectarse con su pasión; la química orgánica proporcionó una base para comprender el olfato y las sensaciones, mientras que la biología fue un vehículo para explorar la experiencia y la nutrición humanas. Sus incipientes intereses encontraron el apoyo de mentores que lo alentaron a continuar sus estudios, lo que lo llevó a realizar un doctorado en bioquímica en la Universidad de Harvard.

“Nunca lo soñé ni lo consideré realmente, hasta que estas experiencias me llevaron allí”, dijo Hill-Maini.

“¿Qué pasaría si realmente reimagináramos esos productos de desecho… y pensáramos en ellos como oportunidades, como ingredientes?”
– Vayu Hill-Maini, Universidad de Stanford

Allí estudió cómo bacterias intestinales descomponer alimentos y drogas y exploró cómo la aparición de cocinando en la evolución humana puede haber cambiado la estructura y función del microbioma intestinal.^1,2 Sus estudios de posgrado lo llevaron a obtener una beca postdoctoral en la Universidad de California, Berkeley (UC Berkeley), donde trabajó con bioingenieros. Jay Keasling desarrollar herramientas de biología sintética para manipular el metabolismo microbiano.

Mientras continuaba sumergiéndose en los ámbitos de la bioquímica y la microbiología, Hill-Maini vio la oportunidad de combinar sus pasiones por la ciencia y la cocina, imaginando soluciones innovadoras a los desafíos apremiantes que enfrenta el sistema alimentario.

Fermentación de hongos para combatir el desperdicio de alimentos

¿Qué pasa con el grano sobrante que se utiliza para producir cerveza, el suero restante de la elaboración del queso o los restos de soja y avena de la elaboración de leches vegetales? La cadena mundial de suministro de alimentos crea un cuarto del total de emisiones de gases de efecto invernadero generadas por el hombre, con importantes contribuciones por la pérdida y el desperdicio de alimentos.^3,4 Además, la producción moderna de alimentos está haciendo que los suelos sean más ácidos y las masas de agua más densas en nutrientes, lo que afecta negativamente a la biodiversidad y los ecosistemas naturales.

“El desperdicio de alimentos no es sólo un problema doméstico con cáscaras de huevo en el bote de basura”, dijo Hill-Maini. “Es realmente una escala industrial [problem].” Estos subproductos, que se producen en masa en todo el mundo, también están llenos de nutrientes esenciales como fibra, grasas y proteínas y, por lo tanto, ofrecen una oportunidad única para abordar dos problemas que enfrentan los sistemas alimentarios del mundo: la sostenibilidad y la inseguridad alimentaria.

“¿Qué pasaría si realmente reimagináramos esos productos de desecho… y pensáramos en ellos como oportunidades, como ingredientes?” dijo Hill-Maini.

Durante su beca en UC Berkeley, se interesó cada vez más en cómo Los microbios podrían transformar los residuos de alimentos. en alimentos sabrosos y nutritivos que generan una menor huella de carbono.⁵ La fermentación es una tradición milenaria en muchas culturas, desde el queso hasta la salsa de soja y el tempeh.

“No somos los primeros en pensar en ello”, dijo Hill-Maini. “Estamos construyendo miles de años de ingenio humano”.

Por esa época, un colega chef le presentó un libro sobre fermentaciones tradicionales del sudeste asiático y le indicó el oncom (pronunciado ahn’ cham), una especie de sustituto de la carne que se encuentra en Java occidental y que se produce a partir de pulpa de soja. Pensó que este era el punto de partida perfecto para profundizar en la biología molecular que subyace a la fermentación fúngica.

Para estudiar la práctica de la fermentación de hongos, desentrañar la bioquímica y explorar nuevas dimensiones culinarias, Hill-Maini se asoció con expertos en oncología en Indonesia, un chef con estrella Michelin en Copenhague y científicos de la Universidad de California en Berkeley. Su colaboración culminó en un papel publicado en microbiología de la naturaleza, y una comida que agradará al público.⁶

Cuando el equipo realizó un estudio metagenómico de oncom, se sorprendieron al descubrir que la fuente de alimento estaba dominada por un solo hongo: Neurospora intermedia. En algunas muestras, fue el único hongo que detectaron, lo que sugiere que probablemente sea suficiente para convertir los desechos en alimento. Con curiosidad por saber cómo un solo hongo logra tal hazaña, los investigadores exploraron los cambios bioquímicos y genéticos que ocurren durante el proceso de fermentación. Cuando cultivaban N. intermedio en los subproductos de la leche de soja, encontraron que N. intermedio Secreta enzimas que descomponen la pectina y la celulosa, dos biopolímeros abundantes en los desechos vegetales. Las reacciones bioquímicas también alteraron el valor nutricional y el perfil de sabor de los productos: el equipo observó un aumento en el contenido de proteínas y antioxidantes y una reducción significativa del hexanal, un compuesto que crea un sabor “fuera de nota”.

Cuando Hill-Maini y su equipo secuenciaron diferentes cepas de N. intermedioincluidos los que se encuentran en la naturaleza y los asociados con oncom, descubrieron que las especies de hongos existen como dos grupos diferentes en la naturaleza: uno está asociado con el desperdicio de alimentos y el otro crece en el camino de un incendio. Cuando profundizaron en los datos, descubrieron que las cepas asociadas a desechos eran mejores en la degradación de la celulosa que sus contrapartes silvestres. Los análisis filogenéticos del genoma completo confirmaron que las cepas asociadas a oncom eran genéticamente distintas de las cepas silvestres. Esto sugirió a los investigadores que algunas cepas de N. intermedio han sufrido adaptaciones genómicas en respuesta a subproductos generados por humanos.

“Es una hermosa historia de las adaptaciones genéticas y la domesticación que podrían haber ocurrido cuando los humanos tomaron hongos silvestres y los convirtieron en estos poderosos [fermentation] fábricas”, dijo Hill-Maini.

Hill-Maini y su equipo se preguntaron si N. intermedio También podría dar una segunda oportunidad a otros productos comunes de desperdicio de alimentos. Ellos cultivaron N. intermedio con 30 subproductos industriales diferentes, incluido cáñamo, orujo de manzana, cáscaras de plátano, posos de café y semillas de calabaza, y descubrió que el hongo crecía en 27 de los subproductos de origen vegetal.

N. intermedio-Los alimentos fermentados demostraron ser seguros y nutritivos, pero ¿a qué sabían? Para descubrirlo, Hill-Maini trabajó con el chef danés Rasmus Munk para crear prototipos de oncom. Luego, 60 invitados los calificaron por su sabor, textura y apariencia. “Todo el mundo se mostró muy positivo al respecto”, dijo. “Nuez”, “hongo” y “terroso” son sólo algunas de las palabras que los participantes utilizaron para describir el sabor. “Esta no es sólo una interesante innovación científica; esto es algo que la gente quizás quiera comer”.

Ahora, en la Universidad de Stanford, donde recientemente abrió su propio laboratorio, Hill-Maini busca preparar nuevas colaboraciones y diseñar soluciones comestibles para un sistema alimentario más sostenible y equitativo.

Un laboratorio de ciencias para dejarle cocinar

Históricamente, señaló Hill-Maini, el mundo académico ha sido una “zona muerta de innovación alimentaria”, algo que espera revitalizar con su nuevo programa de investigación. Está ansioso por ampliar su investigación sobre hongos filamentosos y aprovechar los avances en biología y medicina humanas para ampliar los límites de la innovación alimentaria e impulsar los avances en la salud planetaria. Señaló: “De ahí vendrá la próxima innovación alimentaria”.

Recientemente, desarrolló un kit de herramientas de biología sintética para el hongo comestible Aspergillus orizaeincorporando herramientas genéticas como CRISPR-Cas9.⁷ Este conjunto de herramientas permitirá a los científicos realizar bioingeniería de hongos para aplicaciones en la producción de alimentos, como mejorar el valor nutricional y la sostenibilidad, como biorremediación.⁸

Hill-Maini también está entusiasmado de seguir trabajando con chefs en proyectos para la conversión de desperdicios de alimentos. “Cada año demostramos que hay magia en esta interfaz”, afirmó Hill-Maini. “Chefs estrella Michelin [are] escrito en Microbiología de la naturalezay los científicos de primer nivel aparecen escritos en revistas de chefs, por lo que estamos demostrando el poder de esta colaboración una y otra vez, y estoy entusiasmado de seguir ampliando esa conexión”.

Anteriormente, estas colaboraciones ocurrían más allá del laboratorio académico. Pronto tendrá una cocina de investigación y desarrollo al lado de su laboratorio de microbiología y biología sintética. “Lo que esperamos hacer es decir: traigamos a un chef a un laboratorio de biotecnología durante tres meses y hagamos que comparta sus habilidades y perspectivas en torno a la comida, pero también introdúzcalos en el mundo de la microbiología y la bioquímica. ” dijo Hill-Maini.