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

世界中の家庭では、毎日、果物の皮、野菜の切れ端、食べ残しのスクラップといった有機廃棄物が絶え間なく発生しています。これらの材料が埋め立て地に投げ込まれると、酸素のない状態で分解が進み、二酸化炭素よりもはるかに効率的に熱を閉じ込める強力な温室効果ガスであるメタンが放出されます。数十年にわたり、科学者や環境保護活動家は、この問題を解決策へと変える方法、つまり単なる廃棄を超えて、廃棄物を資源へと変えるシステムへの道を模索してきました。そのようなアプローチの一つに、「ゴミ酵素発酵（garbage enzyme fermentation）」として知られる技術があります。この手法は、有機廃棄物、糖分、そして水を特定の割合で混ぜ、密閉容器に入れて発酵させるという単純なものに基づいています。時間が経つにつれ、天然の微生物が食品廃棄物の複雑な構造を分解し、有機酸と酵素が豊富な液体へと変化させます。これらの生物学的なツールは、汚れを溶かし、脂肪を分解し、さらには洗浄剤としても機能することができ、家庭の廃棄物を家庭や環境に役立つものへとリサイクルする手段を提供します。

ベトナムのホーチミン市にあるギフテッド高校（High School for the Gifted）の研究者は、最近、このプロセスを改良し、得られた液体をパーソナルケア製品に変えることができるかどうかを検証することを試みました。その目的は、石油由来の過酷な化学物質を使用せずに髪を洗うシャンプーを作り出し、同時に、台所の廃棄物が高品質で安全かつ効果的な消費財へと転換できることを証明することでした。研究は主に2つの問いに焦点を当てました。いかにして発酵プロセスをより速く、より信頼性の高いものにするか、そして、得られた液体を人間が使用できるほど優しいシャンプーとして処方できるかどうかです。

これらの問いに答えるため、研究者はまず、材料の準備方法に関する様々なテストから開始しました。この種の典型的な発酵レシピでは、砂糖、廃棄物、水の特定の比率が求められますが、廃棄物の物理的な状態や使用する糖の種類については、これまで厳密な比較が行われていませんでした。研究者は第一段階の実験において、4つのバリエーションをテストしました。あるものは、切っていない丸ごとの果物の皮や野菜の切れ端を使用し、別のものは、約0.5センチメートルから1センチメートルの大きさの立方体に刻んだものを使用しました。糖源も異なり、精製された白い粒状の砂糖を使用したバッチと、砂糖生産の過程で残る濃いシロップである糖蜜（モラセス）を使用したバッチがありました。これらの初期バッチには、細菌や酵母は一切添加されず、廃棄物に自然に存在する微生物のみに頼りました。30日後、結果は期待外れでした。丸ごとの廃棄物を用いた混合物は、ほとんど分解の兆候が見られませんでした。刻んだ廃棄物を用いたものでさえも発酵が非常に遅く、成功した変化を示す強い酸っぱい臭いも発生しませんでした。廃棄物に含まれる天然の微生物だけでは、1ヶ月以内にプロセスを効率的に進めるには不十分だったのです。

次に、研究者は第二段階の実験を導入し、今回は各バッチに「Emzeo」と呼ばれる商業用の微生物スターターを少量加えました。この製剤には、植物の繊維やデンプンを分解することで知られる特定の菌株が含まれています。この添加により、結果は劇的に変化しました。刻んだ廃棄物と糖蜜を使用した混合物が、最も速く、かつ完全に変化しました。これらの容器内では、固体の食品廃棄物が完全に溶け、透明感のある薄茶色の液体となり、その表面には微生物の厚い白い層が浮いていました。この液体は、フルーティーな酢のような、甘酸っぱい独特で心地よい香りを放っていました。丸ごとの廃棄物や白砂糖を用いた他の組み合わせは、依然として不完全な分解や弱い微生物の増殖を示していました。データは、廃棄物を小さく刻むことで微生物が作用できる表面積が増加すること、そして、糖蜜が精製糖よりも栄養素やミネラルが豊富な食事を提供することで、有益な細菌が急速に増殖し、所望の酵素や酸をわずか30日で生成できることを裏付けました。

最適な発酵プロセスが特定された後、研究者は得られた液体の洗浄力をテストしました。液体は固形粒子を取り除くために濾過され、その後、エンジンオイル、調理用油脂、および合成皮脂で汚れたガラス、セラミックタイル、ステンレス鋼の表面に塗布されました。液体は驚くべき成果を上げました。5分以内に、激しい擦り洗いを行うことなく、これら3種類の頑固な汚れを硬い表面から完全に除去しました。洗浄作用は、液体の酵素が汚れの中の脂肪やタンパク質を分解し、天然の酸がミネラル分を溶かし、汚れを浮かび上がらせるという、複数の要因によるものと考えられました。これは、発酵させた廃棄物が単なる理論上の解決策ではなく、実用的で効果的な洗浄剤であることを示しました。

最終ステップは、この洗浄液をシャンプーへと変えることでした。研究者は、最も優れた性能を示した発酵液を取り出し、グレディツィア（gleditsia）の果実、レモンピール、レモングラスを含む天然の植物エキスと混合しました。混合物に適切な質感と粘度を与えるため、少量の天然の増粘剤と塩が加えられました。その結果、新鮮なハーブ・シトラスの香りがする、透明感のある薄茶色の液体が完成しました。テストを行ったところ、このシャンプーは安定した豊かな泡を生み出し、最も重要な点として、pH値が5.5でした。この特定の酸性は、人間の頭皮の自然なpHと一致するため、皮膚の健康を保ち、髪のキューティクルを滑らかに保つのに極めて重要です。多くの市販のシャンプーはよりアルカリ性に傾いており、それが天然の油分を奪ったり肌を刺激したりすることがあります。しかし、この新しい処方は、ほとんどの市販シャンプーに含まれる石油由来の過酷な界面活性剤である硫酸塩を含んでいませんでした。それは髪の油分を除去しながらも、乾燥したり傷んだりすることなく、効果的に髪を洗浄しました。

本研究は、廃棄物のサイズを慎重に制御し、適切な糖源を選択し、特定の微生物スターターを加えることで、わずか1ヶ月でキッチンからのスクラップを高性能でエコフレンドリーなシャンプーに変えることが可能であると結論付けています。このプロセスは二重の利益をもたらします。すなわち、有機廃棄物を埋め立て地から遠ざけて有害な温室効果ガスの放出を抑制すると同時に、合成化学物質に伴う環境および健康への懸念を回避する持続可能な製品を生み出すことです。本研究は、廃棄物が継続的に新しい価値を生み出す循環型経済（サーキュラーエコノミー）の原則が、家庭内という小さな規模においても、日常使いに効果的で地球に優しい製品を作るために適用できることを示唆しています。今後の課題は、液体の正確な酵素レベルの測定と、シャンプーの棚持ち（安定性）のテストに焦点を当てますが、初期の知見は、持続可能なパーソナルケアへの明確で有望な道筋を示しています。