Može li se proizvesti umjetna hrana?

Kada je početkom prošloga stoljeća njemački kemičar Emil Fischer obznanio kako je uspio kemijskom sintezom („u epruveti“) dobiti proteide, „proteinima slične tvari“, novine su se o tome raspisale u tolikoj mjeri da se kemičar, prema vlastitim riječima, prestrašio (sve)moći tiska: nije mogao vjerovati što sve novinari nisu kadri sročiti, a čitatelji progutati. Pisali su kako je tajna života konačno riješena, a usto da Fischerovo otkriće znači kraj poljoprivrede jer nije daleko dan kada ćemo se umjesto s polja i iz štala hraniti iz kemijskih tvornica. „Sve bu to nama kemija“, govorio je moj prvi učitelj kemije, profesor Vuglen u sedmom razredu. „S jedne strane vuglen i kamenje, a s druge klobase.“

Dakako, profesor Vuglen (koji je zaslužio svoj nadimak upravo zbog „vuglena i kamenja“) nije mislio ozbiljno, kao što ni njemačkom kemičaru nije bilo ni na kraj pameti da svojom sintezom proizvodi nešto jestivo. No da je netko u njegovo vrijeme doista htio da proizvede proteine iz ugljena, mogao je to učiniti, jer je već bila  poznata sinteza polaznih tvari za Fischerovu sintezu, naime aminokiselina, koje su se mogle prirediti Streckerovom sintezom iz aldehida (a ovi opet iz ugljikovodika, dakle „vuglena“) te amonijaka i cijanida.

No pitanje dobivanja umjetne hrane, dakle  nečega jestivog bez sudjelovanja zelenih biljaka postaje opet aktualno. Na dugim svemirskim putovanjima, do Marsa i drugih, još udaljenijih planeta Sunčeva sustava, astronauti će se kad-tad suočiti s tim problemom. No prije nego se mi s njime suočimo, treba nešto reći kako se živi na svemirskim stanicama.

Najmanji problem u svemiru je voda. Ona se lako obnavlja pročišćavanjem otpadnih voda, sušenjem zraka, pa i destilacijom mokraće. Zapravo, vode u svemirskom brodu ima svakim danom sve više, a ne sve manje, jer se stvara iz hrane. Pri tome ne mislim samo na vodu koja se nalazi u hrani (koja je većinom dehidrirana) nego na metabolitičku vodu, vodu koja nastaje u tijelu oksidacijom hrane. Takve vode nastaje 350 grama po danu i astronautu. Ona se  ne može sva potrošiti, pa umjesto da se ispušta u svemir, voda se elektrolizira da bi se iz nje dobio kisik (kojeg astronaut dnevno troši 830 grama).

Kisik je manji problem upravo zbog navedenog. No ipak se ne može sasvim obnoviti jer se ugljikov dioksid, zajedno s vodikom koji se oslobađa pri elektrolizi vode, ispušta u svemir. No s kisikom se ispušta  i ugljik, jer ugljikov dioksid je - kako znamo iz kemije - spoj ugljika i kisika. Najelegantnije bi bilo taj problem riješiti na „zemaljski“ način, uzgojem biljaka u svemiru, no to je vrlo komplicirano, a biljke bi usto zauzimale mnogo mjesta i u ionako tijesnom prostoru svemirske stanice. Zato znanstvenici razmišljaju i o alternativnim procesima, naime kako da iz otpadnog ugljikova dioksida i vodika upravo kemijskom sintezom proizvodu jestive kemijske spojeve –što nam pokazuje i ova shema objavljena 2015. godine.

Temelj čitavog procesa čini Sabatierova sinteza, poznata još u 19. stoljeću: reakcijom ugljikova dioksida i vodika -  uz odgovarajući katalizator, naravno – nastaje metan i kisik. Čak i kad bi se metan ispuštao u svemir ovaj bi postupak imao smisla jer bi se njime obnavljao kisik. Uzmemo li u obzir i metabolitičku vodu, mogla bi se ne samo osigurati potpuna cirkulacija kisika nego bi se čak dio kisika morao, kao višak, ispuštati u svemir.

No pretvaranjem sveg ugljika u metan (pa čak, prema priloženoj shemi, onog iz izmeta) moglo bi se postići daleko više od obnavljanja kisika. Metan se naime u reakciji s kisikom pretvara u formaldehid (metanal), a od toga se spoja potom može svašta napraviti – čak i hrana za ljude.

Najjednostavniji i najćišći postupak je sinteza glicerola. Iako tu tekućinu (pod imenom glicerin) svi više-manje poznajemo, bilo da njome mažemo ispucane ruke ili ispucanu gumu na vjetrobranskom staklu, malo nas je svjesno činjenice da je svaki dan i ne znajući jedemo. Pri tome ne mislim samo na glicerol koji se u slobodnom stanju nalazi u hrani (u siru, a naročito u vinu – koje upravo glicerolu zahvaljuje svoju „gustoću“), nego prije svega na vezani glicerol u mastima. Masti su naime esteri glicerola (koji je pak trovalentni alkohol) s masnim kiselinama, pa se one na te sastavne dijelove razlažu u želucu. Glicerol je po okusu sladak (odakle mu i ime, jer glykos na starogrčkom znači sladak), pa ga ne bi bilo teško jesti pogotovo ako bi se miješao s drugom hranom, primjerice mlijekom ili sirom. (Mogao bi se miješati i s vinom, jer je glicerol jedini dozvoljeni dodatak za poboljšavanje njegova okusa.)
Drugi mogući put formaldehida do stola je njegovo pretvaranje u šećere. Tu je riječ o reakciji formoze (formose reaction), čije ime dolazi od „formaldehidnog šećera“ (nastavak –oza imaju u imenu svi jednostavni šećeri, a na samo glukoza) – i nema nikakve veze s azijskim otokom Formozom. Reakciju je još 1861. godine otkrio ruski kemičar Butlerov kada je vodenu otopinu formaldehida (formalin) pomiješao s vapnenom vodom te dobio slatki sirup. Za razliku od Nijemca Fischera, Rusa nije trebalo hvaliti: on se hvalio sam. Tvrdio je kako je uspio na krajnje jednostavan način dobiti „šećerastu“ (zuckerartiger) tvar te je na njoj čak uzgajao kvasce. Upravo to posljednje otvara mogućnosti za prehranu astronauta na dugim svemirskim putovanjima.

Kvasac naime nije samo „germa“ za dizanje tijesta, nego punovrijedna namirnica bogata vitaminima, esencijalnim aminokiselinama i mikroelementima. Dade se priređivati na mnogo načina (miješati s maslacem ili medom, ili se pak od njega – moj recept! – uz dodatak kurkume, papra, češnjaka i masalaca – može skuhati preljev za tjesteninu). Kvasci prilikom rasta proizvode i alkohol (etanol), koji bi se mogao oksidirati u octenu kiselinu, a ta kiselina potom spajati s glicerolom u najjednostavniju masnu tvar  - triacetin (koji se također može jesti).

No iako reakciju formoze vidimo na shemi, ona se, da tako kažemo, nalazi više u domeni znanstvene fantastike. Tom reakcijom ne nastaju samo jestivi šećeri, nego i mnogi nejestivi, čak i oni po zdravlje opasni. Usto nastaje i nešto otrovnog metanola i još otrovnije mravlje kiseline, pa uzgoj kvasca na Butlerovljevom slatkom sirupu još zapravo nikome nije uspio. No znanstvenici ne gube nadu – ni 150 godina nakon „otkrića“ postupaka proizvodnje šećera iz formalina.

Dr. Nenad Raos, po struci kemičar,  znanstveni je savjetnik u trajnome zvanju na zagrebačkom Institutu za medicinska istraživanja i medicinu rada. Intenzivno se bavi popularizacijom znanosti: autor je 13 znanstveno-popularnih knjiga, 7 izložbi u zagrebačkom Tehničkom muzeju te mnogo stotina članaka po časopisima.  Dobitnik je Nagrade za znanstveni rad u području prirodnih znanosti HAZU-a (1996.) i Državne godišnje nagrade za promidžbu i popularizaciju znanosti (2003.).