طوّر فريق بحثي من جامعة الإمارات بدائل غذائية غنية بـ البروتين وخالية من المكونات الحيوانية باستخدام مزيج متقدم من المحاكاة الجزيئية والطباعة ثلاثية الأبعاد والذكاء الاصطناعي، في خطوة تضع البحث العلمي الإماراتي داخل واحد من أسرع قطاعات الغذاء نمواً في العالم، وهو قطاع البروتينات البديلة والأغذية المستدامة.
المشروع الذي نفذه باحثون من قسم علم الأغذية في كلية الزراعة والطب البيطري لا يستهدف فقط إنتاج بديل نباتي يشبه اللحوم، بل يسعى إلى بناء جيل جديد من الأغذية المصممة علمياً، بحيث يمكن التحكم في القوام والشكل والقيمة الغذائية ونسبة الألياف ونوع البروتين قبل وصول المنتج إلى المستهلك. وهذا يجعل البحث مختلفاً عن كثير من منتجات بدائل اللحوم التقليدية التي تعتمد غالباً على خلط بروتينات نباتية ثم محاولة تحسين الطعم والقوام لاحقاً.
تأتي أهمية هذا التطور في وقت يشهد فيه العالم اهتماماً متزايداً بـ بدائل اللحوم والبروتينات النباتية، مع توقعات بأن يصل حجم السوق العالمي إلى نحو 49.5 مليار دولار بحلول عام 2036، وفق ما أوضح الدكتور ساجد مقصود، أستاذ الأنظمة الغذائية المستدامة في جامعة الإمارات. هذا الرقم يعكس أن المسألة لم تعد اتجاهاً غذائياً محدوداً للنباتيين، بل أصبحت صناعة عالمية مرتبطة بـ الأمن الغذائي والاستدامة وتقليل الاعتماد على سلاسل الإمداد الحيوانية.
لماذا تبحث الإمارات في بدائل البروتين؟
بالنسبة إلى الإمارات، يحمل هذا النوع من الأبحاث بعداً استراتيجياً واضحاً. الدولة تقع في بيئة صحراوية تعاني من محدودية المياه والأراضي الزراعية، وتعتمد بدرجة كبيرة على استيراد الغذاء من الخارج. لذلك، فإن تطوير مصادر غذائية جديدة داخل المختبرات والجامعات والمراكز البحثية يمكن أن يعزز مرونة الأمن الغذائي ويقلل تعرض السوق المحلي لصدمات سلاسل الإمداد العالمية.
الاستثمار في البروتينات البديلة يتماشى أيضاً مع توجهات الدولة نحو الاستدامة والابتكار الغذائي والزراعة الذكية. فقد بدأت أبوظبي والإمارات عموماً خلال السنوات الأخيرة في بناء منظومة أوسع حول الغذاء المستقبلي، تشمل الابتكار في البروتينات البديلة، والزراعة الدقيقة، والأغذية الوظيفية، وتقنيات تقليل الهدر. كما أن مبادرات مثل Protein Alternatives PALT في أسبوع الغذاء العالمي بأبوظبي تعكس رغبة الدولة في التحول إلى منصة إقليمية للابتكار في البروتينات البديلة، تجمع بين المستثمرين والشركات والجامعات والجهات التنظيمية.
هذه النقطة مهمة لأن البحث الجامعي وحده لا يكفي لتحويل الابتكار إلى سوق. ما تحتاجه هذه الصناعة هو منظومة كاملة تشمل مختبرات ومصانع تجريبية وتمويل وتشريعات غذائية وقبولاً مجتمعياً وشراكات مع شركات الأغذية. وإذا نجحت الإمارات في ربط هذه العناصر، فقد تصبح مركزاً إقليمياً لصناعة الأغذية البديلة، لا مجرد مستورد للمنتجات الجاهزة.
المشكلة الكبرى: البروتين وحده لا يكفي
التحدي الأكبر في بدائل اللحوم ليس فقط توفير كمية كافية من البروتين، بل إعادة إنتاج التجربة الحسية للحوم والأسماك والبيض. المستهلك لا يقيّم المنتج بناءً على نسبة البروتين فقط، بل بناءً على الملمس والطعم والعصارة والرائحة والإحساس أثناء المضغ. كثير من المنتجات النباتية تفشل في هذه النقطة لأنها قد تبدو صحية أو مستدامة، لكنها لا تمنح تجربة قريبة من المنتج الحيواني الذي اعتاد عليه الناس.
هنا ركز فريق جامعة الإمارات على ما يسمى القوام الحقيقي. فبديل السمك، على سبيل المثال، لا يجب أن يكون أبيض اللون فقط أو غنياً بالبروتين، بل يجب أن يمتلك بنية أليافية وملمساً قريباً من لحم السمك الطبيعي. وبديل الدجاج يجب أن يعطي إحساساً مختلفاً عن بديل البيض أو السمك. هذه التفاصيل الصغيرة هي التي تحدد ما إذا كان المستهلك سيجرب المنتج مرة واحدة فقط أم سيعود لشرائه باستمرار.
ولهذا السبب اعتمد الباحثون على النهج التصاعدي، أي البدء من المستوى الجزيئي لفهم كيفية تفاعل البروتينات النباتية مع بعضها، ثم استخدام هذه المعرفة لبناء المنتج النهائي. بدلاً من الاعتماد على التجربة والخطأ فقط، درس الفريق كيف يمكن لبروتينات مثل الصويا واللوبياء الشعاعية والبطاطس أن تتفاعل لتكوين بنية قادرة على محاكاة قوام السمك.
كيف تعمل المحاكاة الجزيئية في صناعة الغذاء؟
استخدم الفريق تقنية محاكاة الالتحام الجزيئي، وهي تقنية معروفة في مجال اكتشاف الأدوية، حيث تُستخدم عادة لفهم كيفية ارتباط الجزيئات الدوائية بالبروتينات داخل الجسم. لكن في هذا البحث، تم توظيف التقنية بطريقة غذائية مبتكرة، إذ استخدمها الباحثون لدراسة توافق البروتينات النباتية مع بعضها وقدرتها على تكوين بنية غذائية متماسكة.
بمعنى مبسط، يمكن اعتبار محاكاة الالتحام الجزيئي أداة تساعد الباحثين على معرفة أي بروتينات “تتفاهم” مع بعضها بشكل أفضل قبل تنفيذ التجربة في المختبر. فإذا كانت بروتينات معينة قادرة على تكوين شبكة قوية أو بنية مرنة، فقد تكون أكثر ملاءمة لصناعة بديل للحم أو السمك. أما إذا كانت التفاعلات ضعيفة أو غير مستقرة، فقد ينتج عنها منتج هش أو غير مقنع من حيث القوام.
هذا الأسلوب يقلل الوقت والتكلفة، لأن تطوير بدائل غذائية جديدة يمكن أن يتطلب مئات التجارب. باستخدام الذكاء الاصطناعي والنمذجة الجزيئية، يستطيع الباحثون تضييق نطاق الخيارات واختيار التركيبات الأكثر وعداً قبل الانتقال إلى مرحلة الطباعة والتجارب الحسية.
الطباعة ثلاثية الأبعاد: من السائل إلى قطعة غذائية مصممة
تعتمد الطباعة ثلاثية الأبعاد الغذائية على تحويل خليط غذائي قابل للطباعة إلى شكل محدد طبقة بعد طبقة. في حالة بدائل البروتين، يتم تجهيز ما يشبه “حبر غذائي” مصنوع من بروتينات نباتية ومكونات مساعدة، ثم تقوم الطابعة بوضعه بدقة وفق تصميم محدد، قبل أن يتحول المنتج من حالة لينة أو شبه سائلة إلى بنية أكثر تماسكاً.
الميزة هنا أن الطباعة لا تصنع الشكل الخارجي فقط، بل تسمح بالتحكم في البنية الداخلية. يمكن توزيع البروتين والألياف والدهون النباتية والرطوبة بطريقة مدروسة داخل المنتج. وهذا مهم جداً لأن اللحم والسمك ليسا كتلة متجانسة، بل يحتويان على ألياف وطبقات وتدرجات في القوام. كلما استطاعت الطباعة محاكاة هذه البنية، أصبحت التجربة أقرب إلى الغذاء التقليدي.
وقال الدكتور إبراهيم خليفة، الباحث في علوم الأغذية في جامعة الإمارات، إن الفريق نجح حتى الآن في تطوير بدائل لـ الدجاج والأسماك والبيض. كما أثبتت دراسة منشورة في مجلة الغرويات المائية الغذائية، بالتعاون مع جامعات دولية، إمكانية طباعة بديل للأسماك باستخدام بروتينات الصويا واللوبياء الشعاعية والبطاطس لمحاكاة قوام السمك بصورة دقيقة.
ليس تقليداً فقط بل تحسين للغذاء التقليدي
أحد أهم جوانب البحث أن الهدف ليس فقط تقليد المنتج الحيواني، بل تحسينه غذائياً. فالسمك الطبيعي، رغم فوائده، يحتوي على نسبة منخفضة جداً من الألياف. أما في بديل السمك النباتي، فيمكن للفريق البحثي إدراج الألياف داخل التركيبة النهائية، ما يجعل المنتج أكثر فائدة من ناحية الهضم والصحة المعوية وربما الشبع.
هذه النقطة قد تكون مفتاحاً تجارياً مهماً. كثير من المستهلكين لا يريدون فقط بديلاً أخلاقياً أو بيئياً، بل يريدون منتجاً يعطيهم سبباً صحياً واضحاً للشراء. فإذا كان البديل النباتي قادراً على تقديم بروتين جيد وقوام مقنع وألياف أعلى ودهون أقل أو مكونات مدعمة، فقد يصبح منافساً غذائياً حقيقياً وليس مجرد نسخة أقل من الأصل.
هذا هو التحول الأهم في صناعة الغذاء المستقبلي. الهدف لم يعد فقط أن نقول إن المنتج “يشبه اللحم”، بل أن نقول إنه قد يكون مصمماً بطريقة أفضل لتلبية احتياجات معينة، مثل الأطفال، أو الرياضيين، أو كبار السن، أو الأشخاص الذين يبحثون عن غذاء غني بالبروتين ومنخفض الدهون، أو من يحتاجون إلى أغذية أسهل في المضغ والهضم.
تقليل الهدر بنسبة تصل إلى 95%
من الأرقام المهمة التي كشفها البحث أن الطباعة ثلاثية الأبعاد يمكن أن تقلل الهدر بنسبة تصل إلى 95% مقارنة ببعض عمليات التصنيع التقليدية. هذا الرقم يحمل أهمية اقتصادية وبيئية كبيرة، لأن الهدر في صناعة الغذاء لا يعني ضياع المكونات فقط، بل يعني ضياع المياه والطاقة والنقل والتغليف والتخزين.
في التصنيع الغذائي التقليدي، قد يؤدي القص والتشكيل والمعالجة إلى فقدان جزء من المواد الخام، خصوصاً عند إنتاج أشكال محددة أو أحجام موحدة. أما الطباعة ثلاثية الأبعاد فتستخدم المادة بشكل أكثر دقة، لأنها تضع الكمية المطلوبة في المكان المطلوب. وإذا أمكن تطبيق هذه الكفاءة على نطاق صناعي، فقد يؤدي ذلك إلى خفض تكاليف الإنتاج وتقليل البصمة البيئية.
التقنية قد تكون مفيدة أيضاً في تصميم أغذية مخصصة للأطفال. يمكن طباعة منتجات غنية بالبروتين بأشكال جذابة ومحببة، ما قد يساعد الأطفال على تناول أغذية صحية بطريقة أسهل. وفي قطاع الرعاية الصحية، يمكن للطباعة ثلاثية الأبعاد أن تساعد مستقبلاً في إنتاج أغذية بقوام خاص لكبار السن أو المرضى الذين يعانون صعوبات في المضغ أو البلع.
السوق العالمي: فرصة بمليارات الدولارات لكن التحدي صعب
توقع وصول سوق بدائل اللحوم إلى 49.5 مليار دولار بحلول 2036 يوضح حجم الفرصة، لكنه لا يعني أن الطريق سهل. السوق شهد خلال السنوات الأخيرة حماساً كبيراً ثم بعض التباطؤ في عدة دول بسبب ارتفاع الأسعار، وضعف القبول الحسي لبعض المنتجات، ومخاوف المستهلكين من المكونات المعالجة، وصعوبة منافسة اللحوم التقليدية في السعر والطعم.
لذلك، فإن الجيل القادم من بدائل البروتين يجب أن يكون أفضل من الجيل الأول. لا يكفي أن يحمل المنتج علامة “نباتي” أو “مستدام”، بل يجب أن يكون مقنعاً من حيث السعر والطعم والقوام والقيمة الغذائية. وهنا تكمن أهمية بحث جامعة الإمارات، لأنه يعالج واحدة من أكبر نقاط الضعف في السوق، وهي القوام الحقيقي.
من منظور تجاري، إذا استطاعت التقنية تقليل الهدر وتحسين دقة التصنيع وتوفير منتجات ذات قبول أعلى، فقد تفتح الباب أمام مصانع صغيرة ومتوسطة لإنتاج أغذية بروتينية مخصصة للأسواق المحلية. وهذا يناسب دول الخليج التي تمتلك قدرة شرائية عالية واهتماماً متزايداً بالغذاء الصحي، لكنها في الوقت نفسه تعتمد بشكل كبير على الاستيراد الغذائي.
أين يدخل الذكاء الاصطناعي؟
يتطلع فريق جامعة الإمارات إلى توسيع استخدام التعلم الآلي والذكاء الاصطناعي في الدراسات المستقبلية، بحيث يمكن فحص عدد أكبر من البروتينات المحتملة وزيادة التركيبات الممكنة بينها. هذه الخطوة قد تغير سرعة تطوير المنتجات بالكامل.
بدلاً من اختبار كل تركيبة بشكل منفصل، يمكن للذكاء الاصطناعي أن يتعلم من نتائج التجارب السابقة، ويتوقع التركيبات التي قد تعطي قواماً أفضل أو قيمة غذائية أعلى أو ثباتاً أقوى بعد الطباعة. ومع مرور الوقت، يمكن بناء قاعدة بيانات ضخمة تربط بين نوع البروتين، وطريقة المعالجة، ونسبة الماء، ودرجة الحرارة، وسلوك الطباعة، والنتيجة النهائية في الطعم والقوام.
هذا يعني أن صناعة الغذاء قد تدخل مرحلة شبيهة بصناعة الأدوية أو المواد المتقدمة، حيث يتم تصميم المنتج رقمياً أولاً، ثم اختباره وتصنيعه. وقد يصبح لكل فئة من المستهلكين منتج مصمم حسب احتياجاتها، مثل بروتين مرتفع للرياضيين، أو ألياف أعلى للأطفال، أو دهون أقل للأنظمة الصحية، أو قوام لين لكبار السن.
التحديات قبل الوصول إلى السوق
رغم أهمية البحث، لا تزال هناك تحديات حاسمة قبل الوصول إلى التصنيع التجاري الواسع. أولها المذاق، لأن القوام وحده لا يكفي لإقناع المستهلك. المنتج يجب أن ينجح في الرائحة والطعم والملمس بعد الطهي، لا في المختبر فقط.
التحدي الثاني هو الثبات. يجب أن يحافظ المنتج على شكله وقوامه خلال التخزين والنقل والتجميد أو التسخين. بعض المنتجات النباتية قد تبدو جيدة فور إنتاجها لكنها تتغير بعد الطهي أو التبريد، وهذا قد يضر بقبول المستهلك.
التحدي الثالث هو التكلفة. تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد لا تزال غالباً أبطأ من خطوط الإنتاج الغذائي التقليدية، وقد تكون تكلفة المعدات أو الخلطات المتخصصة مرتفعة. لذلك، فإن نجاح المشروع تجارياً سيعتمد على قدرة الباحثين والشركاء الصناعيين على تحويل التقنية إلى عملية إنتاج قابلة للتوسع وبسعر مناسب.
التحدي الرابع هو التقبل الاجتماعي. في بعض الأسواق، قد يتردد المستهلك في شراء غذاء “مطبوع ثلاثياً” لأنه يبدو له غير طبيعي أو قريباً من المختبر. ولهذا ستكون مرحلة دراسة انطباعات المستهلكين التي أشار إليها الفريق البحثي مهمة جداً، لأنها ستكشف كيف يرى الناس هذه المنتجات، وما الكلمات والتصميمات والمذاقات التي تجعلهم أكثر استعداداً للتجربة.
تأثير البحث على الأمن الغذائي في الإمارات
إذا تطورت هذه التقنية محلياً، فقد تساعد الإمارات على بناء قدرة جديدة في إنتاج البروتين بعيداً عن التقلبات العالمية في أسعار اللحوم والأسماك والأعلاف والنقل. فبدائل البروتين لا تحتاج بالضرورة إلى مزارع ضخمة أو موارد مائية كبيرة، ويمكن إنتاجها داخل منشآت غذائية عالية التحكم.
هذا ينسجم مع مفهوم الأمن الغذائي الذكي، حيث لا تعتمد الدولة فقط على التخزين أو الاستيراد، بل تبني تقنيات إنتاج جديدة قادرة على العمل داخل البيئة المحلية. وفي حال ربط هذه الأبحاث بالصناعة، قد تظهر شركات إماراتية ناشئة في مجالات البروتين البديل والأغذية المطبوعة والمكونات النباتية عالية القيمة.
كما يمكن لهذا النوع من البحث أن يخلق فرصاً تعليمية ووظيفية جديدة في تخصصات تجمع بين علوم الأغذية والهندسة الحيوية والذكاء الاصطناعي وتصميم المنتجات والتصنيع الغذائي. وهذا مهم لأن اقتصاد الغذاء المستقبلي لن يعتمد فقط على المزارعين أو المصانع التقليدية، بل على علماء بيانات ومهندسين وباحثين ومصممي قوام ونكهة.
بحث جامعة الإمارات العربية المتحدة في بدائل البروتين المطبوعة ثلاثياً لا يمثل مجرد تجربة غذائية جديدة، بل يعكس تحولاً أعمق في طريقة تصميم وإنتاج الغذاء. فالعالم يبحث عن مصادر بروتين أكثر استدامة، والمستهلك يريد منتجات صحية ومقبولة من حيث الطعم والقوام، والدول تريد تقليل اعتمادها على سلاسل إمداد غذائية هشة.
الاختراق الحقيقي هنا هو الجمع بين المحاكاة الجزيئية والذكاء الاصطناعي والطباعة ثلاثية الأبعاد لصناعة أغذية يمكن تصميمها من الداخل إلى الخارج. وإذا نجح الفريق في تحسين المذاق والثبات والتكلفة وقبول المستهلكين، فقد يتحول هذا البحث من مشروع جامعي إلى نموذج عملي لمستقبل الغذاء في الإمارات والمنطقة.
المصدر: وام
