Un sistema alimentare costruito intorno al recupero dei rifiuti
Un gruppo di ricercatori della Southern Illinois University Carbondale sta sviluppando un processo che utilizza lieviti programmati per trasformare alcuni composti ricavati dai rifiuti plastici e agricoli in ingredienti destinati alla produzione alimentare. Il risultato dimostrativo è µBites, un biscotto proteico formato mediante stampa 3D e pensato, in prospettiva, per ambienti nei quali il rifornimento di alimenti è complesso o impossibile. Il progetto è stato sostenuto con 25.000 dollari nell’ambito della NASA Deep Space Food Challenge e ha ricevuto anche il supporto del programma Faculty Early Career Development, denominato CAREER, della National Science Foundation. I risultati sono stati presentati il 24 agosto 2026 all’ACS Fall 2026 dell’American Chemical Society, durante il simposio dedicato alla ricerca universitaria in biochimica e biologia chimica. Il progetto non risulta collegato, nelle informazioni pubbliche disponibili, a un’azienda alimentare o a un produttore di stampanti 3D: i soggetti indicati sono la Southern Illinois University Carbondale, la NASA, la National Science Foundation e l’American Chemical Society.
Il punto di partenza è il PET delle bottiglie
La materia prima plastica impiegata è il polietilene tereftalato, conosciuto con la sigla PET e utilizzato per bottiglie di acqua e bevande, contenitori e imballaggi. Il concetto non consiste nel triturare la plastica e inserirla direttamente in un alimento. Le lunghe catene molecolari del PET devono essere prima scomposte in molecole più piccole contenenti carbonio, che possano essere assimilate dai microrganismi. Il processo abbina il PET a residui vegetali, tra cui steli e foglie delle piante di mais e altre biomasse agricole. Plastica e materiale vegetale vengono macinati, uniformati e sottoposti a un trattamento che li trasforma in un liquido ricco di molecole organiche accessibili ai lieviti.
La fase iniziale utilizza una tecnologia proprietaria chiamata oxidative hydrothermal dissolution, o dissoluzione idrotermale ossidativa. Il procedimento è stato sviluppato da Ken Anderson, professore di geologia e direttore dell’Advanced Energy Research Center della Southern Illinois University Carbondale. Acqua, ossigeno, temperatura e pressione vengono impiegati per rompere le strutture resistenti della plastica e della biomassa, ottenendo composti solubili. Il processo evita quindi che i lieviti debbano attaccare direttamente una bottiglia o un frammento di PET, operazione che sarebbe troppo lenta e inefficiente: i microrganismi ricevono un materiale già depolimerizzato e convertito in un substrato adatto alla fermentazione.
I lieviti programmati diventano piccole fabbriche biologiche
La seconda parte del sistema è stata sviluppata dal gruppo guidato da Lahiru Jayakody, docente associato della School of Biological Sciences e del Fermentation Science Institute della Southern Illinois University Carbondale, insieme alla ricercatrice Sandhya Jayasekara. Il gruppo ha lavorato su più varietà di lievito, compreso il comune lievito da panificazione, modificandone i percorsi metabolici affinché potesse utilizzare le molecole provenienti dal trattamento del PET e delle biomasse. I lieviti consumano il carbonio contenuto nel substrato e lo incorporano in nuova biomassa microbica, dalla quale possono essere ottenuti proteine, grassi, acidi organici, vitamine, pigmenti e sostanze aromatiche.
La distinzione è importante: il carbonio originariamente presente nella plastica viene prima separato dalla struttura del PET e successivamente riorganizzato dal metabolismo dei microrganismi. Il prodotto alimentare non conserva la struttura chimica della bottiglia dalla quale deriva. Il processo deve comunque controllare impurità, prodotti intermedi, contaminanti, residui della depolimerizzazione e composizione finale. In un materiale destinato all’alimentazione umana non basta dimostrare che il PET è scomparso: occorre verificare che ogni frazione ottenuta sia identificata, purificata e presente entro limiti compatibili con la sicurezza alimentare.
Vaniglia, beta-carotene e nutrienti prodotti dai microrganismi
Una parte del lavoro riguarda la produzione biologica di ingredienti che rendano il prodotto più nutriente e accettabile. Sandhya Jayasekara ha sviluppato un lievito da panificazione capace di produrre vanillina a partire dalla biomassa vegetale. La vanillina è una delle principali molecole responsabili dell’aroma associato alla vaniglia e permette di limitare l’aggiunta di aromi provenienti da una filiera esterna. Un altro ceppo è stato programmato per utilizzare il glicole etilenico derivato dal PET e convertirlo in beta-carotene, il pigmento presente anche nelle carote e utilizzabile dall’organismo umano come precursore della vitamina A.
L’obiettivo è costruire un consorzio di microrganismi nel quale ceppi diversi svolgano funzioni complementari: alcuni producono biomassa ricca di proteine, altri lipidi, pigmenti, vitamine o aromi. Questo approccio offre un maggiore controllo sulla formulazione, ma rende più complessa la gestione del bioreattore. Ogni ceppo deve mantenere prestazioni stabili, non generare metaboliti indesiderati e lavorare in condizioni compatibili con gli altri microrganismi. In una missione spaziale sarebbe inoltre necessario ridurre la manutenzione, automatizzare i controlli, prevenire le contaminazioni e garantire risultati costanti anche dopo lunghi periodi di conservazione dei ceppi.
La stampa 3D non trasforma la plastica, ma dà forma all’alimento
La produzione biologica e la stampa 3D svolgono compiti distinti. La conversione del materiale di scarto avviene attraverso la dissoluzione idrotermale e l’attività dei lieviti. La stampante 3D interviene soltanto nella fase finale, quando la biomassa proteica viene mescolata con fibra, amido e dolcificante per ottenere un impasto estrudibile. Il composto viene depositato strato dopo strato in porzioni con geometria e quantità controllate. I prototipi sono stati chiamati µBites, pronunciato “microbites”, e hanno una forma ispirata alla lettera greca µ racchiusa in un anello.
Dopo la stampa, il biscotto viene sottoposto a cottura mediante microonde. La fabbricazione additiva consente di controllare dimensioni, massa, composizione e distribuzione degli ingredienti e potrebbe essere utilizzata per preparare porzioni differenziate in base alle esigenze nutrizionali dei singoli membri dell’equipaggio. Il vantaggio non è quindi soltanto estetico: un sistema automatizzato potrebbe modificare la percentuale di proteine, grassi, vitamine, fibra e carboidrati in funzione dell’attività fisica, della durata della missione o delle condizioni di salute. La stampa 3D richiede però che l’impasto mantenga proprietà reologiche precise, perché un materiale troppo fluido non conserva la forma, mentre uno troppo viscoso non attraversa correttamente l’ugello.
Un prototipo che non è ancora un alimento commerciale
L’American Chemical Society descrive una procedura articolata in 32 passaggi per trasformare la materia prima in un ingrediente sottoposto a controlli di sicurezza. La comunicazione diffusa in occasione dell’ACS Fall 2026 afferma che i dati raccolti indicano la sicurezza dei µBites, ma precisa anche che il gruppo attende l’autorizzazione istituzionale per le prove di assaggio della formulazione presentata nel 2026. Le valutazioni sull’aroma sono state positive e numerosi partecipanti hanno dichiarato che prenderebbero in considerazione il consumo del prodotto in un ambiente con risorse limitate.
Esiste però una differenza tra le comunicazioni pubbliche del progetto. Un articolo pubblicato dalla Southern Illinois University Carbondale nel maggio 2024 riferiva che un precedente prototipo era stato sottoposto a un’analisi sensoriale presso il Fermentation Science Institute, dopo verifiche di sicurezza e composizione nutrizionale. In quella prova il prodotto avrebbe ottenuto 6,5 punti su 9 nella scala edonica, con 7,33 punti per l’aroma. Il comunicato dell’American Chemical Society del 2026 parla invece di autorizzazione ancora in attesa per l’assaggio. Le fonti non spiegano se si tratti di formulazioni diverse, di nuovi protocolli o di una distinzione tra test preliminari e studio autorizzato. È quindi più corretto considerare µBites un prototipo sperimentale e non un alimento già approvato per la vendita o per l’impiego operativo da parte della NASA. L’autorizzazione di un’università a una prova sensoriale, inoltre, non equivale all’approvazione commerciale da parte delle autorità alimentari.
Perché produrre alimenti durante una missione spaziale
Una missione umana verso Marte potrebbe durare diversi anni considerando viaggio, permanenza e ritorno. Trasportare dalla Terra tutto il cibo necessario comporta massa, volume, imballaggi e sistemi di conservazione. Alcune vitamine si degradano durante lo stoccaggio e i rifornimenti non possono essere gestiti con la frequenza utilizzata per la Stazione Spaziale Internazionale. In questo scenario, la bioproduzione permetterebbe di fabbricare alcuni nutrienti durante la missione, utilizzando sistemi relativamente compatti e materie contenenti carbonio già disponibili a bordo.
La NASA sta studiando questo principio anche con il programma BioNutrients. Gli esperimenti BioNutrients-1, iniziati sulla Stazione Spaziale Internazionale nel 2019, hanno utilizzato confezioni di produzione contenenti microrganismi ingegnerizzati per verificare la possibilità di ottenere vitamine fresche nello spazio. La sperimentazione è stata estesa fino a quasi sei anni per valutare stabilità, crescita dei lieviti e quantità di nutrienti prodotti dopo una lunga conservazione. BioNutrients e µBites non sono lo stesso progetto: il primo studia soprattutto la produzione di nutrienti mediante fermentazione, mentre il secondo aggiunge il recupero di carbonio da plastica e biomassa e la formatura dell’alimento mediante stampa 3D. I due programmi mostrano però il medesimo orientamento verso sistemi alimentari parzialmente rigenerativi.
Il sistema non costituisce ancora un ciclo completamente chiuso
I µBites richiedono ancora fibra, amido e dolcificante aggiunti dall’esterno. Il gruppo della Southern Illinois University Carbondale intende produrre anche questi ingredienti attraverso microrganismi, riducendo la quantità di materiali da trasportare. Resta inoltre necessario valutare il bilancio complessivo di massa ed energia: la disponibilità di rifiuti contenenti carbonio non elimina il fabbisogno di acqua, ossigeno, elettricità, nutrienti per i lieviti, sistemi di controllo, filtri e componenti per il bioreattore. La dissoluzione idrotermale opera con temperature e pressioni elevate e la sua integrazione in un veicolo spaziale richiederebbe apparecchiature compatte, affidabili e protette.
Devono essere misurati anche la resa di conversione, il consumo energetico per chilogrammo di alimento, la quantità di rifiuti effettivamente recuperabile, la durata del ciclo produttivo e il volume degli scarti non utilizzabili. Un sistema destinato a una colonia lunare o marziana dovrebbe funzionare per mesi senza personale specializzato, tollerare guasti parziali e impedire che un problema microbiologico comprometta l’intera riserva alimentare. Il passaggio dal biscotto dimostrativo a un’apparecchiatura autonoma rappresenta quindi la parte più impegnativa del progetto.
Dai viaggi spaziali alle emergenze sulla Terra
La Southern Illinois University Carbondale indica possibili impieghi anche su sommergibili, navi militari, basi artiche e antartiche, aree colpite da disastri e comunità isolate. In questi contesti, un impianto modulare potrebbe utilizzare rifiuti locali per produrre una parte delle proteine e degli ingredienti necessari, riducendo la dipendenza dalle catene logistiche. L’applicazione terrestre richiederebbe comunque una selezione rigorosa dei rifiuti: il PET raccolto può contenere coloranti, adesivi, residui alimentari, altri polimeri e contaminanti non presenti nelle materie prime controllate di laboratorio.
Una linea di ricerca parallela è stata sviluppata dalla Defense Advanced Research Projects Agency attraverso il programma ReSource. DARPA ha finanziato gruppi guidati da Battelle, Iowa State University, Massachusetts Institute of Technology e Michigan Technological University, con la partecipazione del National Renewable Energy Laboratory, per convertire rifiuti misti in oli, lubrificanti, prodotti chimici ed elementi nutritivi. DARPA ha dichiarato di collaborare con la Food and Drug Administration per rispettare i requisiti di sicurezza. Rispetto a µBites, il programma ReSource è orientato soprattutto alla logistica militare e agli interventi umanitari, ma condivide l’idea di trasformare i rifiuti disponibili sul posto in prodotti utili.
Dalla dimostrazione di laboratorio a una piattaforma alimentare
Il valore del progetto µBites non risiede soltanto nel biscotto, che serve come dimostratore visibile di una catena tecnologica più ampia. Il sistema integra pretrattamento dei rifiuti, conversione biologica, produzione di proteine e micronutrienti, formulazione dell’impasto, stampa 3D e cottura. Ciascuna fase esiste già come disciplina scientifica o industriale, ma deve essere adattata per lavorare con le altre all’interno di un impianto compatto.
Prima di un utilizzo operativo saranno necessari studi completi sulla sicurezza, prove nutrizionali, sperimentazioni sensoriali autorizzate, analisi dei contaminanti, valutazioni energetiche e test di lunga durata. Sarà inoltre necessario stabilire un percorso regolatorio per gli ingredienti prodotti da microrganismi geneticamente modificati e da materie prime derivate dai rifiuti. Le informazioni diffuse nel 2026 non indicano una data certificata per l’impiego commerciale né un accordo con aziende alimentari o produttori di sistemi di stampa 3D. µBites rimane quindi una piattaforma di ricerca che mostra come biotecnologie, trattamento dei rifiuti e fabbricazione additiva possano essere integrate per affrontare la produzione alimentare in ambienti con risorse limitate.
