傳統(tǒng)發(fā)酵工藝，是一種通過微生物分解底物以生成其他細胞或分子的生物過程，早已廣泛應用于食品生產。而精準發(fā)酵雖然同樣基于微生物發(fā)酵原理，但它借助生物技術，能夠創(chuàng)造出傳統(tǒng)發(fā)酵過程無法自然生成的特定且優(yōu)質的成分。

 

當今食品生產正面臨一系列根本性挑戰(zhàn)，其中包括供應鏈不穩(wěn)定和環(huán)境變化等問題。近年來，一種有望同時應對這些難題，甚至提供更多解決思路的技術正在悄然興起——精準發(fā)酵。

傳統(tǒng)發(fā)酵工藝，是一種通過微生物分解底物以生成其他細胞或分子的生物過程，早已廣泛應用于食品生產，如啤酒、奶酪和醬油等產品都離不開這一技術。而精準發(fā)酵雖然同樣基于微生物發(fā)酵原理，但它借助生物技術，能夠創(chuàng)造出傳統(tǒng)發(fā)酵過程無法自然生成的特定且優(yōu)質的成分。

食品創(chuàng)新平臺Mista的首席科學官 Céline Schiff-Deb 表示：“精準發(fā)酵把微生物變成微型工廠，用來生產我們所需的特定成分。”

她進一步指出：“目前，部分新型成分已經獲得監(jiān)管批準并成功商業(yè)化，例如牛奶蛋白和甜味蛋白等。隨著技術的規(guī)?；l(fā)展和生產成本的持續(xù)下降，預計會有越來越多大型消費品企業(yè)、餐飲品牌及零售商將這些成分納入其產品體系中。”

精準發(fā)酵為當前食品行業(yè)面臨的多個核心問題提供了解決路徑。其中一個關鍵痛點是可持續(xù)性。從理論上看，與傳統(tǒng)農業(yè)相比，精準發(fā)酵可以使用更少資源生產蛋白質；另一個優(yōu)勢是提升供應鏈的穩(wěn)定性——這類蛋白質可在受控環(huán)境中持續(xù)生產，減少外部變量干擾；第三個關鍵點是食品品質，通過對發(fā)酵過程的精準設計，可按需定制出特定的功能屬性和感官特征。

食品科學家兼行業(yè)顧問 Bryan Quoc Le 指出：“精準發(fā)酵是一種重要的蛋白質生產方式，它能顯著提升食品質構、風味或營養(yǎng)價值。其最大優(yōu)勢在于，可制造出對替代蛋白食品產生關鍵影響的功能性成分。”

 

來自兩家公司的案例研究

Onego Bio公司和Nourish Ingredients公司是兩家運用精準發(fā)酵技術生產食品的典型企業(yè)。

Onego Bio公司計劃在今年將一款通過精準發(fā)酵生產的蛋清替代品推向市場，該公司是芬蘭VTT技術研究中心的衍生企業(yè)。Onego Bio首席技術官Chris Lewandowski曾在該研究中心工作了15年，致力于開發(fā)蛋白質生產平臺。

“Chris和VTT團隊發(fā)現(xiàn)，雞蛋中的一種關鍵蛋白質——蛋清蛋白，可以通過精準發(fā)酵來生產。”Onego Bio首席執(zhí)行官兼聯(lián)合創(chuàng)始人Maija Itkonen表示，“2022年，Onego Bio從VTT獨立出來，目標是將這種特定的蛋白質商業(yè)化。”

該公司培育了一種名為里氏木霉（Trichoderma reesei）的真菌來生產蛋清蛋白。他們向這種微生物提供葡萄糖以及必要的營養(yǎng)物質和礦物質，為其創(chuàng)造了一個能夠大規(guī)模生產蛋清蛋白的環(huán)境。完成發(fā)酵后，蛋白質從生物質中分離出來并進行干燥處理，最終得到一種名為Bioalbumen的蛋白質粉末，其氨基酸序列與雞蛋中天然存在的蛋白質完全相同。

“與傳統(tǒng)雞蛋的蛋清蛋白相比，這能夠使溫室氣體排放量大幅削減90%，土地使用量減少95%。”Itkonen說道。

更值得一提的是，這種微生物的一大優(yōu)勢在于它能夠利用多種類型的碳水化合物作為養(yǎng)分來源，這為未來采用替代性原料提供了可能。例如，可以利用豌豆淀粉或小麥麩皮等食品工業(yè)副產物，從而減少對玉米糖的依賴，進一步降低環(huán)境影響。
Itkonen 表示，Bioalbumen 生物蛋白具備與傳統(tǒng)蛋清相同的功能特性，包括起泡、凝膠、粘合和乳化等性能，食品制造商無需進行重大調整就能將其融入現(xiàn)有配方中。她預計該產品將在烘焙食品、糖果、意大利面及即食食品等多個品類中擁有廣闊應用前景。

Itkonen 還指出，公司希望將 Bioalbumen 的價格控制在與普通雞蛋相當?shù)乃剑麄兯非蟮膬r值遠不止于此：“Bioalbumen 有助于增強供應鏈的韌性、保障價格穩(wěn)定、提升食品安全性，同時通過減少土地和水資源消耗、降低氣候影響，幫助客戶實現(xiàn)其環(huán)境、社會和治理（ESG）目標。”

 

Creamilux有助于維持奶酪、奶油和黃油等傳統(tǒng)乳品的天然風味。

Nourish Ingredients公司則利用精準發(fā)酵技術開發(fā)了兩種脂質產品——Tastilux和Creamilux，并預計于2025年將其推向市場。

該公司創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官 James Petrie 解釋說：“我們通過分子解析，找出了那些在真實烹飪過程中最能生成關鍵風味的天然脂肪，并以此為藍本進行重構。我們在自然界，特別是在某些真菌菌株中，發(fā)現(xiàn)了特定脂質分子，并通過精準發(fā)酵對其加以優(yōu)化，從而成功合成出能在烹飪中釋放豐富風味的脂肪成分。”

Tastilux 和 Creamilux 并非傳統(tǒng)脂肪的“一對一”替代物，而是可用于提升其他原料風味表現(xiàn)和出品率的添加劑。它們的一大特點是在加熱過程中能模擬動物脂肪的反應過程，為植物基產品帶來更接近動物性食材的風味體驗。
Tastilux含有被真菌細胞包裹的長鏈ω-6磷脂，在烹飪過程中會經歷天然美拉德反應，釋放出與真肉相似的香氣和風味，貼近消費者對肉類產品的味覺期待。

Creamilux 則能為植物基乳制品帶來真實乳品的口感、風味與功能表現(xiàn)。Petrie 補充道，Creamilux 甚至可用于傳統(tǒng)乳制品中，有助于維持奶酪、奶油和黃油的天然風味。

“Creamilux提供了一種真實的奶油質地和出色的乳化性能，能夠再現(xiàn)全脂奶油在口中的順滑包覆感。”Petrie 表示。他同時指出，這類高效脂質還能幫助食品制造商簡化產品配方。

 “我們的產品具備極高效能，僅需微量添加即可達到理想效果。比如 Tastilux 添加量僅為 0.5% 時，就能顯著提升整體風味表現(xiàn)。正因如此，制造商可減少對氫化等復雜工或化學添加劑、人工香料的依賴，轉向更天然、簡單的成分。”他說。

 

精準發(fā)酵產品已陸續(xù)上市

盡管上述兩款產品預計于2025年推出，但市場上已有不少采用精準發(fā)酵技術生產的產品。

 

Oobli公司推出一款含有甜味蛋白的巧克力，這一成分通過精準發(fā)酵工藝制得。

例如，Oobli公司推出一款含有甜味蛋白（brazzein）的巧克力，這一成分通過精準發(fā)酵工藝制得。Brazzein原本天然存在于西非的一些水果和漿果中，借助精準發(fā)酵技術，Oobli公司無需采摘植物便可高效合成相同的蛋白質。該公司目前已推出多款添加該成分的黑巧克力和牛奶巧克力棒。

TurtleTree公司則利用精準發(fā)酵技術生產乳鐵蛋白，這是一種天然存在于牛奶中的功能性蛋白質。乳鐵蛋白可調節(jié)鐵元素吸收、支持免疫功能，并有助于維持腸道健康。然而其在天然牛奶中的含量極低，TurtleTree通過無動物參與的發(fā)酵工藝，實現(xiàn)了該蛋白的規(guī)模化生產。

該公司將其乳鐵蛋白產品命名為LF+，并與Cadence Cold Brew合作，為耐力運動人群打造了一款富含LF+的冷萃濃縮咖啡飲品。

如今，全球正有越來越多企業(yè)投身精準發(fā)酵技術的商業(yè)化探索。2023年，9家公司共同成立了“精準發(fā)酵聯(lián)盟”（Precision Fermentation Alliance），旨在推動該技術的健康發(fā)展。聯(lián)盟成立的新聞稿稱，該聯(lián)盟將有助于確保監(jiān)管機構在監(jiān)管精準發(fā)酵時進行基于科學的決策。

 “隨著精準發(fā)酵技術不斷拓展其在蛋白質、脂肪等多類食品原料中的應用，我們有望在無需動物參與的前提下生產出豐富多樣、深受消費者喜愛的食品，同時顯著降低對環(huán)境的影響。”Change Foods 首席營銷官、該聯(lián)盟副主席 Irina Gerry 表示。

 “要實現(xiàn)這項食品技術的廣泛應用，需要清晰的公眾溝通、穩(wěn)健的政策引導、一致的監(jiān)管框架以及各方利益相關者的積極參與，而這正是聯(lián)盟所致力推動的方向。”她補充道。

 

存在的局限性

盡管精準發(fā)酵技術展現(xiàn)出廣闊前景，但在實際應用中仍面臨不少挑戰(zhàn)。

當精準發(fā)酵被用于生產高效功能性添加劑時，例如Tastilux和Creamilux，其工藝可較順利地擴展至商業(yè)化規(guī)模，以滿足市場需求。然而，當它被用于生產需求量巨大的基礎原料，尤其是大量替代蛋白時，產能擴張便成為一道難題。

這是因為精準發(fā)酵涉及多個關鍵環(huán)節(jié)，均依賴大量設備支持。整個系統(tǒng)包括上游處理設備（如熱交換器和混料機），用于確保原料在進入發(fā)酵罐前不受污染；核心的發(fā)酵罐則需精確控制，使之能為特定微生物創(chuàng)造最佳生長環(huán)境；下游還需配備過濾、分離等設備，對產物進行提取和純化。

要將這整套設備系統(tǒng)擴展至高產能水平，并始終保持穩(wěn)定的產品質量，技術挑戰(zhàn)與投資成本都相當可觀。

 “將精準發(fā)酵大規(guī)模應用于食品生產仍面臨諸多挑戰(zhàn)，”Quoc Le指出，“這項技術的能耗主要集中在曝氣和攪拌兩個環(huán)節(jié)，因此整體運營成本仍偏高。與傳統(tǒng)農業(yè)，或是利用植物性或真菌性原料生產大宗產品相比，精準發(fā)酵在成本效益上仍處于劣勢。”

不過，部分研究正在探索更具經濟性的解決方案。例如，農業(yè)生產過程中常伴隨產生一些副產物，若將其開發(fā)為精準發(fā)酵的營養(yǎng)來源，便有望降低原料成本。

Quoc Le參與的一項研究，便評估了農業(yè)副產物在精準發(fā)酵中的應用潛力。“其中最具應用前景的是豆粕和菜籽粕——它們分別是大豆油和菜籽油壓榨后的副產品，”他說道，“這兩類副產物富含氨基酸，有望成為精準發(fā)酵過程中理想的氮源。”

精準發(fā)酵在擴大產能過程中還面臨另一個限制因素：參與發(fā)酵的微生物對環(huán)境極為敏感，一旦原料中存在雜質或污染物，就可能影響其正常代謝甚至存活。因此，所有原料在使用前都需經過嚴格的精煉和處理，這無疑進一步推高了生產成本。

Quoc Le 還指出，精準發(fā)酵還受到微生物自身進化特性的制約。“用于這項技術的菌株往往具有遺傳漂變傾向，隨著時間推移，產量和效率可能會逐漸下降。”

此外，由于精準發(fā)酵所生產的成分屬于新型原料，不同國家或地區(qū)的法規(guī)通常要求其通過特定安全認證，如美國食品藥品監(jiān)督管理局的“一般認為安全”（GRAS）認定，這也意味著產品上市前必須經過額外的審批流程。

盡管挑戰(zhàn)重重，Schiff-Deb依然看好精準發(fā)酵在食品領域的長期價值。

 “在我看來，短期內，最具市場潛力的精準發(fā)酵衍生成分將是那些具有高度功能性的特色成分，它們能為最終產品提供明確的價值主張，同時在使用成本上具有競爭力。”她表示，“隨著技術趨于成熟、規(guī)模不斷擴大和成本的降低，用于替代牛奶、雞蛋和肉類等大宗動物蛋白的產品也將更具吸引力。”

作者：Ed Avis

 

來源：榮格-《 國際食品加工及包裝商情》

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