每日雜誌｜微生物發酵轉廢為食物港缺空間難產業化學者倡小規模研發藻類菇菌

2023-12-26 13:00

《未來食物》系列之發酵類替代食品篇

地球上的微生物高達數萬億，科學家近年探索在食品中應用無窮無盡的微生物，替代有限的動物和植物資源，例如通過基因編輯讓微生物產出特定的蛋白質和營養素，並以發酵技術作高效生產，期望發展出產量高、可降低溫室氣體的「未來食品」。有關技術在港未被廣泛開發，有學者指，本港缺乏足夠空間，加上消費者對新型蛋白的接受度較低，較難發展大型產業，小規模的藻類和天然菇菌發酵或更適宜。

發酵蛋白（微生物蛋白）是以葡萄糖、澱粉、糖蜜、合成氣、二氧化碳等為受質（substrate），利用微生物如真菌、細菌和微藻等發酵，透過控制發酵器的溫度、酸鹼度等生產蛋白。由於過程或使用含碳、氮等元素的低成本原料，也被視為能「轉廢」為食物的環保技術。

發酵蛋白集中歐美研發

根據新蛋白顧問公司The Good Food Institute（谷孚）發表的報告，至2020年全球至少有68家公司正使用發酵技術生產肉類、蛋類和乳製品的替代品，集中在美國和歐洲，但大多尚未投入市場；發酵方式包括利用天然存在的微生物或發酵劑進行受控發酵的傳統發酵（Traditional fermentation）、利用受控微生物快速生產新細胞的生物質發酵（Biomass fermentation），以及生產特定功效蛋白或其他成分的精密發酵技術。

新蛋白的發酵方式

香港理工大學食品科學與營養學系研究助理教授常金輝博士舉例，傳統發酵常見以乳酸菌、酵母菌、芽孢桿菌等微生物，創造出優酪乳、麵包、泡菜、啤酒和豉油等傳統發酵食品；生物質發酵的例子如以農業廢棄物來生產菇菌類替代肉，或以工業廢氣為原料，通過乙醇梭菌生產蛋白作為飼料；精密發酵（Precision fermentation）用作生產的特定高價值功能性成分，包括蛋白質、酶、碳水化合物、維生素、調味劑、色素、抗氧化劑和防腐劑等，發酵過後還需要經提取得到高純度的產物。

香港大學理學院化學系講師袁美恩博士指，在精密發酵上，科學家會先揀選微生物，例如真菌或細菌等，進行基因定序，其後可以利用基因編輯技術，修改微生物的基因，令其在發酵過程生產所需的分子，如蛋白質或藥物等，例如糖尿病人打的胰島素，實際也是以細菌生產而成。

分離提煉不同組合加工銷售

袁續指，其後需在發酵器內，培養該些帶有基因工程的微生物，餵其所需食物及提供合適的生長環境，令其繁殖，「像細胞工廠一樣，不斷生產我們想要的蛋白質。」她解釋，蛋白質由氨基酸組合，可給微生物吃含有不同種類氨基酸的稻草，微生物將其分解後，組合形成所需要的蛋白質，再將蛋白質與微生物分離並提煉，便可繼續作加工和銷售。

相比直接產生製成品，國際上越來越多公司意識到可利用精密發酵技術，提升其他替代蛋白的最終品質，即混合植物或動物基因生產。袁美恩提到，有公司藉此將血紅素加入植物肉中，改善植物蛋白鐵質較難被人體吸收的缺點。據知，有美國公司通過改造畢赤酵母菌株（Pichia pastoris），以發酵取得豆血紅素，把經分離、提煉和純化的重組蛋白，加入植物肉，加強模擬傳統肉類的顏色和風味。

另有公司經改良菌株，以發酵取得β-乳球蛋白（乳清蛋白的主要成分），將分離純化得到的重組蛋白，再與其他成分混合製成人造乳製品，如牛奶、雪糕等；此外，有日本公司應用微生物發酵技術生產酶製劑（Zymin），為植物蛋白產品提供近似「味精」的鮮味調味。

港規管寬鬆市場接受度較低

本港鮮有大專院校或企業進行發酵蛋白的開發，常金輝指，香港關於可食用發酵蛋白（不包括醫藥用途的蛋白）的研究和產業都不算多，雖然香港在新食品原料的規管方面較為寬鬆，但市場規模小，消費者對新型蛋白的接受度較低，難以支撐起需要靠規模效應降低成本的食用蛋白，而歐盟和內地對新食品原料的管理嚴格，增加了投資的不確定性。她也說，目前本港沒有針對發酵蛋白的專門規範，如何使其相關的法律規範及企業監管做得更完善，不是短期內可解決的。

根據資料，如食物使用了中國傳統上沒有食用習慣的物質，便須向國家衞生健康委員會作出「新食品原料」的申報，當中包括微生物、從微生物中分離的成分，以及與原有結構發生改變的成分等，該申報要完成多項安全性評估，並經歷企業答辯、專家評審及公眾諮詢等程序，一般需時2至3年，成功者僅屬少數。

常金輝補充，小規模實驗室進行微生物蛋白的研發是可行的，但大規模產業化時需要全封閉的生產線和醫藥等級的潔淨條件。她提到，除了替代蛋白，替代動物來源的脂肪成分也是研究熱點，其研發團隊已經實現了利用天然菇菌中提取的膳食纖維，代替乳製品中的部分忌廉，例如代替雪糕80%的忌廉，降低脂肪但能提供相似的感官品質，相信對推動食品行業的環保革新有積極影響。

發酵蛋白是近年新興的替代蛋白，具研發潛力。

藻類毋須加熱相對較小規模

理大食品科學及營養學系助理教授趙丹玥博士也說，一般發酵工業需用到較大的空間、設備成本也高，而且因涉及排氣、降溫等程序，對安全管理和能源供應有較高標準，香港較難做到，「不需要加熱的藻類發酵，相對可較小規模進行。」

在替代蛋白的領域中，大型藻類和微藻的前景也被看好，全球已有不少以微藻作生物質發酵的公司，例如有加拿大公司培養細小裸藻（Euglena gracilis），產出包括蛋白粉和β-葡聚糖分離物的原料產品，可進一步應用在替代蛋白。

趙丹玥指，藻類發酵，可轉化營養物成為高質量蛋白，亦可轉化為其他營養素如胡蘿蔔素等，「性價比」較高。據了解，本港亦有公司培育微藻，生產替代蛋白和藻類油脂，可於工廈生產，獲得政府資助，或預視着未來香港的食品科研方向。

用作美容或製作寵物食品

發酵蛋白也被應用於製作美容和寵物食品。不少女性會服用膠原蛋白粉作美容用途，膠原蛋白實際是動物特有的蛋白質，一般萃取自動物的皮膚如牛皮、魚鱗和豬皮等。外國有公司利用合成生物學，改造大腸桿菌等微生物，以可再生植物為原料，通過發酵取得高純度、不含動物成分的膠原蛋白，並將加入至烘焙食物和軟糖等產品。

此外，寵物食品市場也具潛力。有公司把米麴菌（Aspergillus oryzae）製成狗糧，另有寵物食品公司收集雞的血液樣本，分離出蛋白基因，藉微生物發酵技術繁殖，再將成品乾燥製成高營養的寵物糧食，該類產品被稱為給寵物吃的「人造肉」。有美國寵物食品公司估計，未來10年內，寵物吃的「人造肉」將佔寵物食品市場的10%。