Valorization of kitchen waste via garbage enzyme fermentation: optimization and formulation of a sustainable bio-shampoo

تنتج المنازل حول العالم كل يوم تدفقاً مستمراً من النفايات العضوية: قشور الفاكهة، وبقايا الخضروات، وبقايا الطعام. وعندما تُلقى هذه المواد في المكبات، فإنها تتحلل بدون أكسجين، وهي عملية تطلق غاز الميثان، وهو غاز دفيئة قوي يحبس الحرارة في الغلاف الجوي بفعالية أكبر بكثير من ثاني أكسيد الكربون. لعقود من الزمن، بحث العلماء والبيئيون عن طرق لتحويل هذه المشكلة إلى حل، والانتقال من مجرد التخلص البسيط إلى نظام تصبح فيه النفايات مورداً. يتضمن أحد هذه النهج تقنية تُعرف باسم تخمير إنزيم القمامة. تعتمد هذه الطريقة على خليط بسيط من النفايات العضوية، ومصدر للسكر، والماء، يُترك ليتخمر في حاوية مغلقة. ومع مرور الوقت، تقوم الكائنات الدقيقة الطبيعية بتفكيك الهياكل المعقدة لبقايا الطعام، محولة إياها إلى سائل غني بالأحماض العضوية والإنزيمات. يمكن لهذه الأدوات البيولوجية أن تذيب الأوساخ، وتفكك الدهون، وحتى تعمل كعامل تنظيف، مما يوفر طريقة لإعادة تدوير الفضلات المنزلية إلى شيء مفيد للمنزل وللبيئة.

قام باحث في مدرسة المواهب الثانوية في مدينة هو تشي منه بفيتنام، مؤخراً، بمحاولة لتطوير هذه العملية ومعرفة ما إذا كان يمكن تحويل السائل الناتج إلى منتج للعناية الشخصية. كان الهدف هو ابتكار شامبو ينظف الشعر دون استخدام مواد كيميائية قاسية مشتقة من البترول، مع إثبات أن نفايات المطبخ يمكن تحويلها في الوقت نفسه إلى سلعة استهلاكية عالية الجودة وآمنة وفعالة. ركزت الدراسة على سؤالين رئيسيين: كيفية جعل عملية التخمير أسرع وأكثر موثوقية، وما إذا كان يمكن صياغة السائل النهائي في شكل شامبو لطيف بما يكفي للاستخدام البشري.

للإجابة على هذه الأسئلة، بدأ الباحث باختبار طرق مختلفة لتحضير المكونات. تتطلب الوصفة القياسية لهذا النوع من التخمير نسبة محددة من السكر والنفايات والماء، لكن الحالة الفيزيائية للنفايات ونوع السكر المستخدم لم يتم مقارنتهما بدقة. اختبر الباحث أربع متغيرات في الجولة الأولى من التجارب. استخدم بعضها قشور الفاكهة وبقايا الخضروات كاملة وغير مقطعة، بينما استخدم البعض الآخر قطعاً مقطعة إلى مكعبات صغيرة بحجم نصف سنتيمتر إلى سنتيمتر واحد تقريباً. كما اختلف مصدر السكر أيضاً، حيث استخدمت بعض الدفعات السكر الأبيض المكرر والحبيبات، بينما استخدمت دفعات أخرى المولاس، وهو شراب كثيف داكن يتبقى من إنتاج السكر. لم تتلقَّ أي من هذه الدفعات الأولية أي بكتيريا أو خميرة مضافة؛ بل اعتمدت تماماً على الميكروبات الموجودة طبيعياً على بقايا الطعام. بعد ثلاثين يوماً، كانت النتائج مخيبة للآمال. فقد أظهرت الخلطات التي تحتوي على نفايات كاملة وغير مقطعة عدم وجود أي علامات على التحلل تقريباً. وحتى النفايات المقطعة تخمرت ببطء شديد، وفشلت في تطوير الرائحة القوية والحامضة التي تشير إلى التحول الناجح. ببساطة، لم تكن الميكروبات الطبيعية على النفايات كافية لدفع العملية بكفاءة خلال شهر واحد.

ثم قدم الباحث مجموعة ثانية من التجارب، أضاف هذه المرة كمية صغيرة من بادئ ميكروبي تجاري يسمى "إميزيو" (Emzeo) إلى كل دفعة. يحتوي هذا المستحضر على سلالات محددة من البكتيريا والفطريات المعروفة بقدرتها على تفكيك الأليات النباتية والنشويات. ومع هذه الإضافة، تغيرت النتائج بشكل كبير. فقد تحولت الخلطات التي استخدمت النفايات المقطعة والمولاس بسرعة وبشكل كامل. وفي هذه الحاويات، ذابت بقايا الطعام الصلبة تماماً، تاركة وراءها سائلاً شفافاً بنياً فاتحاً مع طبقة بيضاء سميكة من الحياة الميكروبية تطفو على السطح. كان لهذا السائل رائحة مميزة وجميلة، تجمع بين الحلاوة والحموضة، مثل الخل الفاكهي. أما التركيبات الأخرى، مثل تلك التي استخدمت نفايات كاملة أو سكراً أبيض، فقد ظلت تظهر علامات على التحلل غير الكامل أو النمو الميكروبي الضعيف. أكدت البيانات أن تقطيع النفايات إلى قطع صغيرة يزيد من مساحة السطح المتاحة للميكروبات للعمل عليها، وأن المولاس وفر غذاءً أغنى بالمواد المغذية والمعادች مقارنة بالسكر المكرر، مما سمح للبكتيريا النافعة بالتكاثر بسرعة وإنتاج الإنزيمات والأحماض المطلوبة في غضًون ثلاثين يوماً فقط.

بمجرد تحديد عملية التخمير المثلى، اختبر الباحث قوة التنظيف للسائل الناتج. تم ترشيح السائل لإزالة أي جزيئات صلبة، ثم تم تطبيقه على أسطح زجاجية وسيراميك وفولاذ مقاوم للصدأ كانت ملطخة بزيت المحركات، ودهون الطبخ، والدهون البشرية الاصطناعية (sebum). عمل السائل بشكل رائع؛ ففي غضون خمس دقائق، أزال تماماً الأنواع الثلاثة من البقع المستعصية من الأسطح الصلبة دون الحاجة إلى فرك شديد. بدا أن فعل التنظيف يأتي من مزيج من العوامل: فالإنزيمات الموجودة في السائل قامت بتفكيك الدهون والبروتينات في الأوساخ، بينما قامت الأحماض الطبيعية بإذابة الرواسب المعدنية وساعدت في رفع الأوساخ بعيداً. أثبت هذا أن النفايات المتخمرة لم تكن مجرد حل نظري، بل منظفاً عملياً وفعالاً.

كانت الخطوة الأخيرة هي تحويل سائل التنظيف هذا إلى شامبو. أخذ الباحث أفضل السوائل المتخمرة الناتة وخلطها مع مستخلصات نباتية طبيعية، بما في ذلك تلك المستخرجة من فاكهة "الجليديتسيا" (gleditsia)، وقشر الليمون، وعشب الليمون (lemongrass). ولإعطاء الخليط القوام والكثافة المناسبين، تمت إضافة كمية صغيرة من عامل تثخين طبيعي والملح. وكانت النتيجة سائلاً شفافاً بنياً فاتحاً برائحة عشبية حمضية منعشة. وعند اختباره، أنتج الشامبو رغوة غنية ومستقرة، والأهم من ذلك، كان مستوى الحموضة (pH) لديه 5.5. هذه الحموضة المحددة أمر بالغ الأهمية لأنها تطابق درجة الحموضة الطبيعية لفروة رأس الإنسان، مما يساعد في الحفاظ على صحة الجلد ونعومة طبقة الشعر. العديد من أنواع الشامبو التجارية تكون أكثر قلوية، مما قد يؤدي إلى تجريد الشعر من الزيوت الطبيعية وتهيج الجلد. ومع ذلك، كانت هذه التركيبة الجديدة خالية تماماً من الكبريتات، وهي المنظفات القاسية الموجودة في معظم أنواع الشامبو المتاحة في المتاجر والمشتقة من البترول. لقد نظفت الشعر بفعالية، وأزالت الدهون دون أن تتركه جافاً أو تالفاً.

تخلص الدراسة من أنه من خلال التحكم الدقيق في حجم قطع النفايات، واختيار مصدر السكر المناسب، وإضافة بادئ ميكروبي محدد، فمن الممكن تحويل بقايا المطبخ إلى شامبو عالي الأداء وصديق للبيئة في غضون شهر واحد فقط. توفر هذه العملية فائدة مزدوجة: فهي تحول النفايات العضوية بعيداً عن المكبات، مما يقلل من انبعاث الغازات الدفيئة الضارة، وتنشئ منتجاً مستداماً يتجنب المخاوف البيئية والصحية المرتبطة بالمواد الكيميائية الاصطناعية. تشير الأبحاث إلى أن مبادئ الاقتصاد الدائري، حيث تُعاد النفايات باستمرار لخلق قيمة جديدة، يمكن تطبيقها على نطاق صغير في المنزل لإنتاج سلع فعالة للاستخدام اليومي ولطيفة على الكوكب في آن واحد. سيركز العمل المستقبلي على قياس المستويات الدقيقة للإنزيمات في السائل واختبار مدى استقرار الشامبو على الرف، لكن النتائج الأولية توفر مساراً واضحاً وواعداً نحو العناية الشخصية المستدامة.