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大发国际:维也纳初创利用古菌负碳发酵,直接生成20种常见氨基酸发布日期:2024-01-16 浏览次数:

新蛋白领域的三类:发酵基、植物基和细胞培养肉。传统发酵历史久远,它使用活性微生物来加工植物性成分,从而改变质地、味道和营养成分,例如通过真菌根霉发酵大豆而产生的豆豉大发国际。

现在,为“新蛋白”而生的“生物质发酵(biomass fermentation)”和“精密发酵(precision fermentation)”正迅速发展应用。前者以微生物中蛋白质含量高、生长速度快的成分为原料,生产大量蛋白质,可用于制造肉类替代品,例如无肉品牌 Quorn 使用的丝状菌类;后者利用微生物宿主作为“工厂”,细胞在那里可以生产特定成分,从而改善植物性或细胞性产品、感官特性和功能品质,例如 Impossible Foods 的血红素蛋白。

总部位于维也纳的初创公司 Arkeon Biotechnologies 别出心裁,仅通过三种原料即可生产 20 种常见氨基酸:微生物、二氧化碳和氢气。而其微生物更加与众不同,利用的是古菌(Archaea)。今年 3 月,该公司完成种子轮融资 650 万美元。近日,该公司创始人兼首席执行官 Gregor Tegl 博士在接受 FoodNavigator 采访时谈论了他们如何“通过以‘最可持续的方式’生产蛋白质成分,来修复世界上破碎的食物系统”。

另外两位联合创始人,首席战略官 Simon Rittmann 和首席技术官 Günther Bochmann 也都为这个共同的使命加入该公司大发国际。他们对气体发酵有兴趣,希望通过发酵的途径重新发掘已对气候产生巨大威胁的二氧化碳的潜力。

另一方面,Tegl 长期以来一直对酶着迷大发国际。他回忆道,“这就是我们联合起来创业之所在。我们发现,结合两方面,特别是气体发酵和酶,可以升级生物反应器的功能——它会成为将废物流(如二氧化碳)转化为增值产品的强大工具。”


1 次发酵产生 20 种氨基酸

古菌是被认为是“地球生命主要部分”的单细胞生物。

第一批观察到的古菌生活在温泉和盐湖等极端环境中。后来陆续在土壤、海洋、沼泽等各种环境发现。古菌在海洋中尤其多,浮游生物中的古菌可能是地球上最丰富的生物群之一。

而在人类微生物群中,古菌存在于肠道、口腔和皮肤。它们的形态、代谢和地理多样性支持多种生态作用:碳固定、氮循环、有机化合物的循环、维持微生物共生和合养群落。

古菌的生化代谢是独一无二的,例如它们依赖于细胞膜中的醚脂质、使用比真核生物更多样化的能源:除了二氧化碳,从糖等有机化合物到氨、金属离子甚至氢气都可为其所用。大发国际

2009 年,在利用二氧化碳生产增值化合物的技术领域工作了 10 多年的 Simon Rittmann 想到利用古菌制造蛋白质。2017 年,他与 Günther Bochmann 博士合作,想出了如何通过自然发酵将二氧化碳转化为全部 20 种常见氨基酸。Gregor Tegl 的加入则贡献了他关于微生物和通过二氧化碳生产食品的发现。


(来源:Arkeon Biotechnologies 官网)

Arkeon 利用古菌的“自然”发酵产生人类营养所需的所有 20 种氨基酸。Tegl 称,这是 Arkeon 的“关键优势”之一。“在一次发酵中产生所有氨基酸是‘闻所未闻’的。” Tegl 强调说,“其他产生氨基酸的微生物倾向于‘为微生物自己而产生’。而古菌产生的氨基酸会吐出胞外,因此我们可以检索这些氨基酸,从培养基中获得真正有价值的营养来源。”

Arkeon 所生产的这些氨基酸将作为构建蛋白质的“砖块”。“蛋白质是复杂的,可能难以使用,这就是为什么初创公司只对生产‘砖块’本身感兴趣。如此,我们规避了蛋白质其性质所带来的复杂性。”


负碳发酵的蛋白,质量堪比牛肉

Arkeon 另一个技术优势是负碳。据 Tegl 介绍,发酵过程可以使用源于任何行业的二氧化碳,最简单的便是微生物生产的,如啤酒厂,且这种来源的二氧化碳为食品级。

能量来源则是氢气,由水和电生产。而绿色氢方法则需要可再生的电能。Arkeon 使用电解槽在现场生产氢气,但也与绿色氢气生产商保持联系,以确保强大和安全的供应。

发酵在一个在大气压下的生物反应器中进行。Tegl 解释说这在气体发酵中并不常见,“容器内的压力越高,气体溶解得越好。但是,当有古菌这类微生物时,由于它对气体的利用非常有效,不需要更高的压力。”

Tegl 表示,这样的气体发酵过程在经济上是可行的。

有了氨基酸,Arkeon 表示它可以以此制造各种功能性食品。


(来源:Arkeon Biotechnologies 官网)

使用氨基酸而不是蛋白质的一个关键好处是氨基酸高度可溶,与植物蛋白质相比,避免了蛋白质行业的一些“痛点”,例如需要掩盖的味道和生物利用度。

蛋白质质量通常根据蛋白质消化率校正后的氨基酸分数(PDCAAS)来定义,PDCAAS 是人体 8 种必需氨基酸组成和消化率的衡量标准。

虽然一些植物蛋白,如大豆蛋白的 PDCAAS 评分为 1(最高分)的优质蛋白质,但其他植物蛋白的得分低得多,例如,坚果蛋白低于 0.5,而小麦面筋只有 0.25。另一方面,鸡肉为 0.95,牛肉为 0.92。

而 Arkeon 的解决方案提供的营养相当于肉类,高于许多可用的植物蛋白。因此,该公司的氨基酸可以帮助改善植物基替代蛋白的营养。

Tegl 预测,下一代植物性产品将越来越关注替代海鲜,例如熏制的生鱼,“但若这些产品不能提供肉类的营养价值,营养缺乏便是一大问题。”——这也是该公司计划有所作为的地方。该公司希望与纯素初创公司合作,以确保其产品的蛋白质含量符合标准,且不会影响味道。

Arkeon 正在寻求在欧洲、美国和新加坡的商业化。

根据欧盟法律,该公司产品被归类为新型食品,需要监管部门的批准。不过,由于其技术不依赖于基因工程,若能证明其最终产品没有被细胞的 DNA 污染,批准过程就比较简单。

由于进程与效率,Arkeon 在中短期内将不考虑基因工程技术,但也不反对在未来对其微生物进行基因编辑。“对于蛋白质成分来说,这只是一件非常有效的事情,而且无害。”

另一个挑战是规模化,也是几乎所有基于发酵蛋白初创企业都面临的挑战。Arkeon 目前正在向 150L 生物反应器过渡。大发国际

关于价格,Arkeon 表示在全面投入生产时,预计其产品零售价约为每公斤干重7欧元。

在消费者接受度的问题上,Tegl 认为“食品发酵已有数千年历史,这是生产蛋白质最自然的方式之一,人们了解这个过程。而对于初创企业,关键的是美味健康。”


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