每日杂志｜微生物发酵转废为食物港缺空间难产业化学者倡小规模研发藻类菇菌

2023-12-26 13:00

《未来食物》系列之发酵类替代食品篇

地球上的微生物高达数万亿，科学家近年探索在食品中应用无穷无尽的微生物，替代有限的动物和植物资源，例如通过基因编辑让微生物产出特定的蛋白质和营养素，并以发酵技术作高效生产，期望发展出产量高、可降低温室气体的「未来食品」。有关技术在港未被广泛开发，有学者指，本港缺乏足够空间，加上消费者对新型蛋白的接受度较低，较难发展大型产业，小规模的藻类和天然菇菌发酵或更适宜。

发酵蛋白（微生物蛋白）是以葡萄糖、淀粉、糖蜜、合成气、二氧化碳等为受质（substrate），利用微生物如真菌、细菌和微藻等发酵，透过控制发酵器的温度、酸硷度等生产蛋白。由于过程或使用含碳、氮等元素的低成本原料，也被视为能「转废」为食物的环保技术。

发酵蛋白集中欧美研发

根据新蛋白顾问公司The Good Food Institute（谷孚）发表的报告，至2020年全球至少有68家公司正使用发酵技术生产肉类、蛋类和乳制品的替代品，集中在美国和欧洲，但大多尚未投入市场；发酵方式包括利用天然存在的微生物或发酵剂进行受控发酵的传统发酵（Traditional fermentation）、利用受控微生物快速生产新细胞的生物质发酵（Biomass fermentation），以及生产特定功效蛋白或其他成分的精密发酵技术。

新蛋白的发酵方式

香港理工大学食品科学与营养学系研究助理教授常金辉博士举例，传统发酵常见以乳酸菌、酵母菌、芽孢杆菌等微生物，创造出优酪乳、面包、泡菜、啤酒和豉油等传统发酵食品；生物质发酵的例子如以农业废弃物来生产菇菌类替代肉，或以工业废气为原料，通过乙醇梭菌生产蛋白作为饲料；精密发酵（Precision fermentation）用作生产的特定高价值功能性成分，包括蛋白质、酶、碳水化合物、维生素、调味剂、色素、抗氧化剂和防腐剂等，发酵过后还需要经提取得到高纯度的产物。

香港大学理学院化学系讲师袁美恩博士指，在精密发酵上，科学家会先拣选微生物，例如真菌或细菌等，进行基因定序，其后可以利用基因编辑技术，修改微生物的基因，令其在发酵过程生产所需的分子，如蛋白质或药物等，例如糖尿病人打的胰岛素，实际也是以细菌生产而成。

分离提炼不同组合加工销售

袁续指，其后需在发酵器内，培养该些带有基因工程的微生物，喂其所需食物及提供合适的生长环境，令其繁殖，「像细胞工厂一样，不断生产我们想要的蛋白质。」她解释，蛋白质由氨基酸组合，可给微生物吃含有不同种类氨基酸的稻草，微生物将其分解后，组合形成所需要的蛋白质，再将蛋白质与微生物分离并提炼，便可继续作加工和销售。

相比直接产生制成品，国际上越来越多公司意识到可利用精密发酵技术，提升其他替代蛋白的最终品质，即混合植物或动物基因生产。袁美恩提到，有公司藉此将血红素加入植物肉中，改善植物蛋白铁质较难被人体吸收的缺点。据知，有美国公司通过改造毕赤酵母菌株（Pichia pastoris），以发酵取得豆血红素，把经分离、提炼和纯化的重组蛋白，加入植物肉，加强模拟传统肉类的颜色和风味。

另有公司经改良菌株，以发酵取得β-乳球蛋白（乳清蛋白的主要成分），将分离纯化得到的重组蛋白，再与其他成分混合制成人造乳制品，如牛奶、雪糕等；此外，有日本公司应用微生物发酵技术生产酶制剂（Zymin），为植物蛋白产品提供近似「味精」的鲜味调味。

港规管宽松市场接受度较低

本港鲜有大专院校或企业进行发酵蛋白的开发，常金辉指，香港关于可食用发酵蛋白（不包括医药用途的蛋白）的研究和产业都不算多，虽然香港在新食品原料的规管方面较为宽松，但市场规模小，消费者对新型蛋白的接受度较低，难以支撑起需要靠规模效应降低成本的食用蛋白，而欧盟和内地对新食品原料的管理严格，增加了投资的不确定性。她也说，目前本港没有针对发酵蛋白的专门规范，如何使其相关的法律规范及企业监管做得更完善，不是短期内可解决的。

根据资料，如食物使用了中国传统上没有食用习惯的物质，便须向国家衞生健康委员会作出「新食品原料」的申报，当中包括微生物、从微生物中分离的成分，以及与原有结构发生改变的成分等，该申报要完成多项安全性评估，并经历企业答辩、专家评审及公众谘询等程序，一般需时2至3年，成功者仅属少数。

常金辉补充，小规模实验室进行微生物蛋白的研发是可行的，但大规模产业化时需要全封闭的生产线和医药等级的洁净条件。她提到，除了替代蛋白，替代动物来源的脂肪成分也是研究热点，其研发团队已经实现了利用天然菇菌中提取的膳食纤维，代替乳制品中的部分忌廉，例如代替雪糕80%的忌廉，降低脂肪但能提供相似的感官品质，相信对推动食品行业的环保革新有积极影响。

发酵蛋白是近年新兴的替代蛋白，具研发潜力。

藻类毋须加热相对较小规模

理大食品科学及营养学系助理教授赵丹玥博士也说，一般发酵工业需用到较大的空间、设备成本也高，而且因涉及排气、降温等程序，对安全管理和能源供应有较高标准，香港较难做到，「不需要加热的藻类发酵，相对可较小规模进行。」

在替代蛋白的领域中，大型藻类和微藻的前景也被看好，全球已有不少以微藻作生物质发酵的公司，例如有加拿大公司培养细小裸藻（Euglena gracilis），产出包括蛋白粉和β-葡聚糖分离物的原料产品，可进一步应用在替代蛋白。

赵丹玥指，藻类发酵，可转化营养物成为高质量蛋白，亦可转化为其他营养素如胡萝卜素等，「性价比」较高。据了解，本港亦有公司培育微藻，生产替代蛋白和藻类油脂，可于工厦生产，获得政府资助，或预视着未来香港的食品科研方向。

用作美容或制作宠物食品

发酵蛋白也被应用于制作美容和宠物食品。不少女性会服用胶原蛋白粉作美容用途，胶原蛋白实际是动物特有的蛋白质，一般萃取自动物的皮肤如牛皮、鱼鳞和猪皮等。外国有公司利用合成生物学，改造大肠杆菌等微生物，以可再生植物为原料，通过发酵取得高纯度、不含动物成分的胶原蛋白，并将加入至烘焙食物和软糖等产品。

此外，宠物食品市场也具潜力。有公司把米麴菌（Aspergillus oryzae）制成狗粮，另有宠物食品公司收集鸡的血液样本，分离出蛋白基因，藉微生物发酵技术繁殖，再将成品乾燥制成高营养的宠物粮食，该类产品被称为给宠物吃的「人造肉」。有美国宠物食品公司估计，未来10年内，宠物吃的「人造肉」将占宠物食品市场的10%。