文｜觀察未來科技
人類是不會放棄吃肉的。肉類是人類獲取蛋白質(zhì)的主要來源之一，隨著生活水平的提高，人類對肉類消費(fèi)需求在不斷增加。自1960年至今，全球人口翻了一番人類對動(dòng)物制品的消費(fèi)已經(jīng)增長了5倍，這一數(shù)字還將繼續(xù)增長。
人類對肉類的消費(fèi)也帶來了巨大的資源浪費(fèi)——?jiǎng)游镲曫B(yǎng)與肉類生產(chǎn)會占用大量的土地、糧食和水，產(chǎn)生大量的糞便、污水與二氧化碳，加劇環(huán)境污染與溫室效應(yīng)。隨著全球人口的膨脹，如今，尋找到一種替代肉類已經(jīng)成為人類必須需要在21世紀(jì)解決的一個(gè)難題。
為什么需要人造肉？
今天，傳統(tǒng)畜牧業(yè)正在經(jīng)歷危機(jī)。
顯然，動(dòng)物不能有效地將飼料轉(zhuǎn)化為食物，它們把飼料浪費(fèi)在了生長上。為了長出500克肉，一頭牛必須吃掉大約6千克的谷物。在美國，家畜已經(jīng)吃掉了60%的糧食。畜牧業(yè)還非常耗水，500克牛肉需要約7 041升水。
與此同時(shí)，地球上的水資源正在面臨嚴(yán)重危機(jī)。過度抽水灌溉農(nóng)田，使得水資源危機(jī)正在世界各地發(fā)生。大約10年后，地球上一半以上的人口將不得不應(yīng)對水資源短缺的問題。隨著水資源的枯竭，流經(jīng)多國的河流上的水壩可能引發(fā)戰(zhàn)爭，政府也可能面臨崩潰。
更糟的是，肉類生產(chǎn)與氣候變化息息相關(guān)。在人類排放的所有溫室氣體中，14.5%來自畜牧業(yè)——畜牧業(yè)的溫室氣體排放量與所有交通工具的排放總量，包括乘用車、卡車、輪船、飛機(jī)等差不多。肉牛和乳牛不僅會透過腸道發(fā)酵和糞便排放甲烷、導(dǎo)致土地發(fā)生變化，還會在生產(chǎn)飼料、消耗能源、運(yùn)蝓的過程中間接排放溫室氣體，是甲烷和溫室氣體的最大排放源。
作為食物的來源，人們對動(dòng)物制品需求的增長將使地球不堪重負(fù)，導(dǎo)致氣候變化更劇烈、森林砍伐更嚴(yán)重、水資源消耗更大。不僅如此，動(dòng)物肉，特別是“紅肉”富含膽固醇與飽和脂肪，攝入過多會增加肥胖及心腦血管疾病產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。因此，在傳統(tǒng)肉類生產(chǎn)方式難以滿足人類對肉類蛋白的可持續(xù)需求下，尋找替代蛋白，以制造出健康又環(huán)保的“肉”就成為了當(dāng)前亟待解決的現(xiàn)實(shí)難題。
從人造肉的角度來看，目前三種主流替代蛋白人造肉分別是植物肉、細(xì)胞培養(yǎng)肉以及微生物發(fā)酵肉。
所謂植物肉，就是指利用大豆、 豌豆等植物的植物蛋白，通過特殊的工藝，生產(chǎn)加工成類似動(dòng)物肉品的口感、味道或外觀的食品。比如，手撕豆干、素肉、素雞、齋肉等一眾豆制品。目前市場中比較知名的 Beyond Meat、Impossible Food、珍肉、星期零等公司，都是植物肉領(lǐng)域的代表。不過，一直以來，植物肉都面臨一個(gè)關(guān)鍵性問題，就是如何讓人造肉吃起來像真正的肉，這也是所有人造肉公司都需要面對和解決的。
相較于植物肉，細(xì)胞培養(yǎng)肉似乎更加接近真實(shí)的肉類。細(xì)胞肉也叫動(dòng)物肉，是從動(dòng)物中提取出全能干細(xì)胞或肌細(xì)胞，在營養(yǎng)液中進(jìn)行培養(yǎng)，通過細(xì)胞增殖生長，形成組織類物質(zhì)。按照細(xì)胞農(nóng)業(yè)領(lǐng)域?qū)＜业脑O(shè)想，這種通過提取動(dòng)物細(xì)胞從實(shí)驗(yàn)室“種”出來的肉，從外觀、口感到營養(yǎng)成分，都能與真肉媲美。
微生物發(fā)酵造肉就是以葡萄糖、淀粉、糖蜜、合成氣、二氧化碳等為底物，利用微生物發(fā)酵方式生產(chǎn)肉類的方式。除了植物肉和細(xì)胞培養(yǎng)肉以外，現(xiàn)在，基于微生物發(fā)酵肉的獨(dú)特優(yōu)勢，微生物發(fā)酵造肉正在成為人造肉技術(shù)的新流行趨勢。
用微生物制造肉類
微生物發(fā)酵肉其實(shí)就是用微生物來發(fā)酵蛋白。
目前，發(fā)酵蛋白主要有3種生產(chǎn)途徑。第一種是我們中許多人可能已經(jīng)熟悉的“傳統(tǒng)發(fā)酵”，傳統(tǒng)發(fā)酵使用活性微生物來加工植物性成分，從而改變質(zhì)地、味道和營養(yǎng)成分，比如豆豉就是通過用真菌根霉發(fā)酵大豆而產(chǎn)生的。
第二種方法是“生物質(zhì)發(fā)酵”，生物質(zhì)發(fā)酵以微生物中蛋白質(zhì)含量高、生長速度快的成分為原料，生產(chǎn)大量蛋白質(zhì)，可用于制造肉類替代品，例如無肉品牌 Quorn就使用了絲狀菌類。
第三種就是“精密發(fā)酵”，精密發(fā)酵利用微生物宿主作為“工廠”，細(xì)胞在這里可以生產(chǎn)特定成分，從而能夠改善植物性或細(xì)胞性產(chǎn)品、感官特性，和功能品質(zhì)。比如，Impossible Foods 植物肉漢堡中的血紅素蛋白，賦予了其聞名的富含鐵質(zhì)的口感——就是使用這種技術(shù)制成的。
發(fā)酵蛋白中的蛋白含量高達(dá)40%-80%，含有多種維生素、纖維素、碳水化合物、脂類、礦物質(zhì)，以及豐富的酶類和生物活性物質(zhì)等，且不含膽固醇，對心腦血管疾病患者都非常友好。不僅如此，微生物發(fā)酵肉還具有植物肉和細(xì)胞肉都不具有的優(yōu)勢。與以大豆為原料的植物肉相比，發(fā)酵蛋白無豆腥味。與利用動(dòng)物干細(xì)胞制造的細(xì)胞肉相比，發(fā)酵蛋白成本也更低。
此外，發(fā)酵肉還能夠在口感上仿真真實(shí)肉類。蛋白質(zhì)的主要成分是氨基酸，不同肉類的氨基酸比例不同，通過調(diào)控微生物可以模擬生產(chǎn)出不同比例氨基酸的蛋白。比如，利用發(fā)酵蛋白制作的雞肉，其在口感、香味、質(zhì)構(gòu)、咀嚼特性等方面的仿真度可達(dá)85%左右。
而在制作工藝方面，人們一般利用含碳、氮、氧等元素的低成本原料，比如秸稈、工業(yè)廢氣、合成氣以及二氧化碳等，通過控制發(fā)酵罐的溫度、酸堿度和營養(yǎng)條件，來生產(chǎn)發(fā)酵蛋白——發(fā)酵蛋白的生產(chǎn)效率非常高，有研究表明，微生物發(fā)酵生產(chǎn)蛋白的速度是植物的500倍，是動(dòng)物的2000倍。
中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所研究員李德茂介紹，一畝大豆田每年可收獲約130千克大豆，獲得52千克植物蛋白。而利用100噸發(fā)酵罐進(jìn)行微生物發(fā)酵，一年能生產(chǎn)近100萬千克發(fā)酵蛋白。
此外，發(fā)酵蛋白轉(zhuǎn)化率也比較高。通過微生物發(fā)酵方式利用1千克淀粉可以生產(chǎn)出190—200克蛋白，而如果用1千克淀粉喂養(yǎng)家禽、家畜，僅能分別生產(chǎn)出47克和14克蛋白。
2022年5月，國際頂刊《自然》刊發(fā)的一份研究還表明，如果將全球20%的食用牛肉替換成微生物蛋白肉（比如英國初創(chuàng)Quorn家的產(chǎn)品），可以在未來30年減少一半的森林砍伐。不過，文章作者 Florian Humpen?der 博士也表示：“微生物蛋白質(zhì)不應(yīng)被視作萬能藥，而是作為大規(guī)模變革的一部分。整個(gè)食品和農(nóng)業(yè)系統(tǒng)都應(yīng)作出調(diào)整，同時(shí)結(jié)合減少食物浪費(fèi)、鼓勵(lì)健康飲食，并減少對影響環(huán)境的產(chǎn)品的支持。”
如何將發(fā)酵肉推向市場？
當(dāng)前，微生物發(fā)酵人造肉正受到越來越多的認(rèn)可。 Good Food Institute（GFI）報(bào)告確定，全球目前共有68 家公司正在使用發(fā)酵技術(shù)來生產(chǎn)或支持生產(chǎn)肉類、蛋類或乳制品的無動(dòng)物替代品的開發(fā)，盡管實(shí)際數(shù)字可能更高，因?yàn)樵摂?shù)據(jù)僅僅涵括了那些公開披露的項(xiàng)目。
比如，英國品牌Quorn利用高通量篩選技術(shù)，用絲狀鐮孢菌發(fā)酵出高纖維、低飽和脂肪的優(yōu)質(zhì)蛋白。最早上市的產(chǎn)品為健身蛋白粉，2011年Quorn發(fā)布了第一款發(fā)酵蛋白“肉”漢堡，近來又推出了香腸、肉卷類產(chǎn)品，深受消費(fèi)者喜愛。
美國公司Perfect Day利用微生物來制造乳清、酪蛋白等，模擬出真正的牛奶。此外，Perfect Day還推出了首款生物制乳蛋白冰淇淋，其口感和質(zhì)地與牛奶冰淇淋無異。Clara Foods則是全球第一家生物合成蛋清蛋白的美國公司，Clara Foods利用酵母菌生產(chǎn)蛋清蛋白作為烹飪和烘焙原料，口感與雞蛋相仿，且營養(yǎng)豐富，不含膽固醇。
顯然，微生物發(fā)酵肉作為一種優(yōu)于植物肉的替代蛋白選擇，它從風(fēng)味、口感、營養(yǎng)來講，都更為接近動(dòng)物源的肉，甚至在營養(yǎng)成份上優(yōu)于傳統(tǒng)動(dòng)物源的肉。微生物發(fā)酵肉還有一個(gè)優(yōu)勢是生產(chǎn)效率非常高，一般來說，發(fā)酵蛋白技術(shù)需要的土地面積、溫室氣體排放、水資源只是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的百分之個(gè)位數(shù)。根據(jù)微生物發(fā)酵肉公司Nature's Fynd的數(shù)據(jù)，他們目前每單位面積生產(chǎn)蛋白質(zhì)的量可以達(dá)到動(dòng)物源的3.6倍和植物源的1.8倍。
不過，微生物發(fā)酵肉如果要推向大眾，還需要解決一些發(fā)展中的問題。首先，就是發(fā)酵原料的問題。目前，發(fā)酵蛋白主要原料來自淀粉產(chǎn)生的葡萄糖，而淀粉仍來源于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。因此，要開發(fā)出更多負(fù)碳發(fā)酵技術(shù)，利用一些低成本原料，例如合成氣、二氧化碳等，使發(fā)酵蛋白技術(shù)更加可持續(xù)。
其次，飼料領(lǐng)域發(fā)酵蛋白生產(chǎn)成本仍然較高，為實(shí)現(xiàn)發(fā)酵蛋白產(chǎn)品替代傳統(tǒng)蛋白產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)可行性，人們要進(jìn)一步優(yōu)化生物工藝設(shè)計(jì)，提高單位體積生產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)發(fā)酵蛋白規(guī)?；a(chǎn)效益，降低發(fā)酵蛋白飼料領(lǐng)域生產(chǎn)成本。
最后，由于微生物發(fā)酵肉使用的技術(shù)為發(fā)酵蛋白，在安全性方面需要通過政府相關(guān)部門的審核，實(shí)際上，微生物發(fā)酵肉的一個(gè)劣勢就是食品安全審核的難度較高，需要的審核周期較長。微生物發(fā)酵肉不像核心原材料都是常見食材的植物肉，目前來看，微生物發(fā)酵替代蛋白在歐美國家的審核時(shí)間往往需要1年到2年。微生物發(fā)酵肉也不如細(xì)胞培養(yǎng)肉一樣監(jiān)管大門打開后就一通百通，地球上據(jù)估計(jì)有上億種微生物，許多微生物發(fā)酵技術(shù)還伴隨著對微生物的基因改造，這也給監(jiān)管審核帶來了很大的難度。
人類永遠(yuǎn)不會放棄吃肉，這意味著，在龐大的肉類消費(fèi)需求下，人造肉可能會重塑整個(gè)肉類產(chǎn)業(yè)鏈，大份額替代傳統(tǒng)肉類，而其中，微生物發(fā)酵肉可以成為肉類市場及人造肉市場很好的補(bǔ)充。