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          充分挖掘生物資源潛力 向植物動物微生物要蛋白
          來源:中國安全食品網 2022/4/25 11:33:30

          中國工程院院士  陳 堅

            隨著經濟進入高質量發展階段,人民的生活水平不斷提高,膳食結構也發生了很大改變。如何讓“大食物觀”真正落地,國內食品領域的多位專家學者在推動形成食品工業大循環為主體、國內國際雙循環相互促進的新發展格局進程中積極探索和實踐。本期《中國食品報》特邀中食智庫專家、中國工程院院士陳堅圍繞“樹立大食物觀,做強大食業”,撰寫署名文章,分享自己的獨到觀點。

          中國工程院院士 陳堅  

          樹立“大食物觀”,保障國家食物安全和人民美好生活

            習近平總書記在今年兩會期間指出:“向森林、向江河湖海、向設施農業要食物”“發展生物科技、生物產業,向植物動物微生物要熱量、要蛋白”??倳涥P于“大食物觀”的講話,為未來我國食品產業高質量快速發展指明了方向。一是改變依賴種植業和養殖業的傳統食物供給模式,向更豐富的生物資源拓展,實現食物供給來源的多元化,向森林、向江河湖海要食物,向動物植物微生物要熱量、要蛋白;二是食物供給不僅要在數量上保障國家食物安全,而且要在質量上提升食品的功能與營養,滿足人民群眾對美好生活的需求。

            樹立“大食物觀”具有重要的長遠和現實意義。食品產業作為第一大制造業,在保障民生、拉動內需、帶動相關產業和區域經濟發展、促進社會和諧穩定等方面具有關鍵的戰略意義。食品營養與可持續供給是世界各國重點攻關、搶占前沿高地的關鍵領域,也是民生、民安、民康的重要基礎保障。以蛋白供給為例,食物蛋白是人類最重要的營養素,具有構成和修補人體組織、運輸各類物質、維持神經系統功能和提供能量等作用。預計2050年世界人口將達到90億左右,食品蛋白需求增量為30%—50%,達到2.65億噸左右。然而,現有的蛋白獲取大量依賴于種植業和養殖業,高度依賴土地和水資源,存在環境污染嚴重等問題,難以應對人口持續增長和生活水平不斷提升的巨大壓力。同時,由于動物性食品攝入過多引起膳食結構不合理是導致人類死亡的第一因素。因此,傳統蛋白生產方式在數量、質量和可持續供應方面,均無法滿足人類未來生活需求,大規模、低成本、可持續、高質量的蛋白生產方式急需創新和發展。

            針對日益增長的蛋白需求,構建可持續的高品質蛋白供給模式迫在眉睫。替代蛋白通過充分發揮合成生物學等先進生物技術的優勢,充分挖掘生物資源潛力、最大限度減少土地資源依賴和環境影響,利用植物、微生物以及動物細胞培養以工廠方式生產高品質蛋白,取代傳統的動物性蛋白質來源。在不超越當前環境承載能力的前提下,替代蛋白生產方式能夠利用更少的資源產出更多的高品質蛋白,顯著減少土地資源依賴和碳排放。建立基于植物、動物和微生物細胞工廠的高品質蛋白生產體系,對于保障國家食品供給安全,助力國家碳達峰、碳中和目標達成,具有十分重要的戰略地位。

          向植物要蛋白

            以大豆、豌豆、小麥等植物來源蛋白為原料開發的新型植物基食品,在質地、營養、風味、形態等方面與動物性食品十分相似。植物基食品的工業化生產,可以在很大程度上減少動物性食品消費,有效緩解動物性食品生產導致的資源、環境、健康、倫理等方面的壓力,已經成為未來食品生產的重要發展趨勢。植物基食品分為植物基肉制品、植物基乳制品、植物基蛋制品等,既具有類似動物性食品的品質特征,又與傳統素食食品具有顯著區別。以植物肉為例,利用植物原料(包括藻類和真菌類)或其制品為蛋白、脂肪等來源,整合合成生物學技術生產的品質提升關鍵物質,如血紅蛋白、谷氨酰胺轉氨酶、維生素等,經一定工藝制成具有類似動物肉質構、風味、營養等特征的食品。植物基食品是實現食品產業資源高效利用和綠色低碳發展的重要途徑。以單位千克蛋白計,畜牧肉類食品的碳足跡約為豆類食品的250倍。動物性食品的溫室氣體排放普遍高于植物源食品,植物基食品的推廣有助于減少碳排放。未來推動植物基食品的發展,優化膳食飲食模式,是食品產業實現綠色低碳和可持續發展的必由之路。

            植物基食品有助于改善居民膳食結構,是動物性食品的有效補充。膳食是導致人類死亡的第一因素,每年導致全球約1100萬人死亡、2559萬人縮短壽命。其主要原因是植物性食物攝入較低,動物性食品攝入過多。人類膳食必須達到兼顧健康和環境可持續性。植物基食品作為一類以植物性原料為主加工成具有類似特定動物食品感官品質的食品,不僅可以滿足人民對口味的追求,同時也滿足了降低飽和脂肪酸和膽固醇攝入、提供優質植物蛋白的營養需求。此外,植物基食品可進行成分設計,可以針對原料成分與消費者需求,優化維生素、礦物質等成分提升其營養價值,從而提高植物基食品品質。植物基食品設計與制造技術方面的不斷突破,特別是合成生物學技術和先進制造裝備的應用,為植物基食品大規?;瘧脛撛炝藯l件。

          向微生物要蛋白

            微生物發酵合成蛋白效率是傳統養殖業的上千倍,能夠顯著提升蛋白生產效率且降低二氧化碳排放。預計未來15年內,微生物合成的替代蛋白產品將占據約22%的全球食用蛋白市場份額,產業規模達到2900億美元左右。

            根據微生物種類劃分,典型的微生物蛋白包括以鐮孢霉發酵獲得的霉菌蛋白和釀酒酵母發酵獲得的酵母蛋白。霉菌蛋白具有以下三方面的優勢:一是蛋白消化率評分與牛肉糜、豌豆蛋白、昆蟲蛋白、大豆蛋白相近甚至更高;二是生產1公斤霉菌蛋白的碳排放量僅為肉類的10%,而且所需用水量和耕地面積顯著降低;三是在促進肌肉生長、降低膽固醇水平方面具有潛在積極作用。酵母蛋白具有含有全部必需氨基酸,屬于全價蛋白,營養豐富,能夠滿足人體營養的需求;發酵工藝成熟,制造效率高,適合于規?;圃?,所需用水量和耕地面積顯著降低;酵母蛋白無致敏成分,適合人群廣泛;無豆腥味,并且風味上能夠豐富肉味等優勢。

            根據制造蛋白的主要原料來源,微生物蛋白合成工藝可以分為3種典型路線:一是以淀粉質為原料。利用玉米等生物發酵常用的淀粉質原料,經過液化和糖化等處理得到的可發酵利用的糖作為底物,微生物能夠進行細胞生長和蛋白質合成,該方法具有原料處理工藝成熟和發酵工藝控制穩定的特點。二是以有機廢棄物為原料。相比于淀粉質原料,利用工農業和生活產生的有機廢棄物制造微生物蛋白,能夠顯著原料成本,實現廢棄物資源化,促進循環生物經濟。三是以碳一化合物為原料。以自然界含量豐富或工業生產中來源廣泛的二氧化碳、甲醇、甲酸和甲烷作為底物,創制出碳氮高效協同代謝與轉化的微生物細胞工廠,實現從低二氧化碳等碳一化合物和無機氮向微生物蛋白的轉變,實現微生物蛋白的高效綠色制造。

          向動物要蛋白

            開發動物蛋白的制造新模式也是保障蛋白供給的重要課題。近年來,在全球范圍迅速興起的采用動物細胞培養獲得細胞培養肉就是這方面的一個主要實踐。與植物基肉制品相比,通過動物細胞培養獲得的細胞培養肉與真肉結構更為相似、市場潛力巨大,受到廣泛關注。

            國際領跑企業及相關機構已系統評價和預測細胞培養肉的環境和經濟影響、規模成本、消費者接受度和監管政策等。利用成肌干細胞生產細胞培養肉的研究進展迅速,2013年成立的Mosa Meat公司首次實現了在實驗室水平制作出可食用的牛肉餅,2021年以色列FMT公司建成世界首個細胞培養肉工廠。我國細胞培養肉產業雖然起步較晚、本土企業數量較少,上下游產業鏈仍存在缺口,但是一批高校和科研院所在政府和社會力量立項科研項目的支持下進行攻關,干細胞增殖與分化、無血清培養等關鍵支撐技術近年來取得了很大進步。

            實現細胞培養肉品質提升與規?;圃煨枰攸c開展4方面的技術攻關:一是開發干細胞分化和增殖精細調控策略,實現低成本無血清體外定向增殖與分化;二是優化基于動物細胞代謝動力學生物反應器,實現細胞培養肉大規模、低成本培養;三是建立細胞培養肉營養與風味食品化技術,提升細胞培養肉的風味與營養;四是利用食品3D打印技術和支架技術,實現細胞培養組織三維結構重塑模擬真肉的復雜形態。上述技術突破將促進細胞培養肉低成本、規?;圃?,顯著提升細胞培養肉的質構、口感、風味及色澤等。

            通過植物、微生物和動物細胞培養,取代依賴傳統養殖業的動物性蛋白來源,充分發揮合成生物學等現代生物技術的優勢,突破蛋白的生物制造關鍵技術,利用更少的資源產出更多的高品質蛋白,做好新形態食品的安全評估和法規政策制訂等產業化實施保障措施,實現“農業生產的工業化”,有利于保障國家糧食戰略安全、搶占全球蛋白可持續供給食品生物技術制高點,顛覆傳統種植業與養殖業的未來蛋白生產新模式,是引領未來食品產業和細胞農業發展的關鍵支撐技術。

           

          《中國食品報》(2022年04月25日01版)

           ?。ㄘ熅帲?/span>周 巖

           

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