蛋白质“大革命”

本文来自微信公众号：FBIF食品饮料创新（ID：FoodInnovation），作者：Tutu （Edmund）

现代社会，我们真的衣食无忧了吗？

可能未必。

在FBIF2020食品饮料创新论坛产品创新A分论坛上，阿法拉伐全球资深工艺工程师Bent Ludvigsen在“蛋白质革命”主题演讲中分享了这样几组数据：

30年后的2050年，世界人口预计会增长至97亿，这意味着人类需要每年多生产2.6亿吨蛋白质，才能满足需求。但不论是我们现有的资源还是大多数加工技术，都无法弥合这一差距。

中国每年猪肉产量约为4000万吨，相当于840万吨蛋白质，却需要消耗7200万吨大豆饲料和更大量的土地、淡水资源。

目前人类每年生产的5.25亿吨农业蛋白质中，有15%，也就是近8000万吨会被以各种形式浪费掉，没有得到有效利用。

在这样的警示面前，我们突然发现，过去几千年里，人类几乎最稳定且高效的蛋白质获取方式：畜牧业，似乎无法满足需求了。

我们需要寻找新的蛋白质来源，弥补逐渐扩大的蛋白质缺口，同时尽量降低这个过程对环境造成的不可逆损害。我们亟需一场蛋白质“大革命”。

变革：蛋白质大革命下，畜牧业成了那个“路易十六”？

英文中蛋白质“Protein”一词来自希腊语“proteios”，意思是“首要”、“优先”。蛋白质作为生命基本物质之一，与每个人的生存息息相关。

而回想我们的历史，畜牧业，几乎是人类最稳定而高效的蛋白质获取方式，它提供的肉、蛋、奶在几千年里帮助人类延续着文明。可到了新时代，这个“老家伙”遇上了一些问题。

一方面，世界人口数量和人们对生活品质的要求都在指数级增长，对蛋白质的需求量也在不断增长。可畜牧业的增速却是线性的。数据显示，2004~2014这十年内，全球猪牛鸡肉总产量每年都只有2%~3%左右的增长。[1]

另一方面。即使能生产出足够的蛋白质，这一过程中产生的资源浪费和温室气体排放也是惊人的。如今，畜牧业占用了全球约1/3的土地[2]和约1/4的淡水[3]，并释放了约15%的温室气体[4]。

这场“蛋白质大革命”中，陪伴我们几千年的畜牧业，可能会不幸成为那个“路易十六”。你可能听说过今年大热的人造肉风潮，可能听说过昆虫、海藻等原本不被当成蛋白质来源的食材，如今被摆上了餐桌。如果你对前沿科技比较关注，可能还会听说过分子生物学等前沿科技，为未来的蛋白质世界带来无限可能。这些新技术、新趋势在开辟着新的蛋白质获取方式，“革”着畜牧业的命。

或许生活在几十年后的孩子们翻开历史书，会惊奇地对我们说：“爷爷奶奶你们看啊，以前的人居然还要靠杀掉活的动物来吃肉，这也太残忍了！”

当然，革命也并不一定是要推倒重来。越来越多的生物、化学新技术，甚至是基因编辑和人脸识别这样的“黑科技”，都在改变着畜牧业，提高它的效率、降低它的损耗。总之，蛋白质正踏上一条“革命之路”，畜牧业也将会迎来剧变。

替代：不养猪牛羊，我们还能从哪里获取蛋白质？

然而，就像历史上每一场大革命一样，砸碎了旧制度，新制度并不会自行产生。我们可以彻底“革”了畜牧业的命，解放猪牛羊，看着它们在大草原上自由奔跑。可是，谁来填饱我们的肚子？我们该去哪里寻找新的蛋白质来源，填上越来越大的缺口？

别担心，人类自有办法。

1. 昆虫：人类新朋友？

用昆虫当食物，乍一听有点恶心，其实昆虫是非常优质且高效的蛋白质来源。有资料显示，蟋蟀的蛋白质含量高达69%，相比之下牛肉最高也不过29%。同时，昆虫对资源的消耗量也非常低，每100加仑（约378.5升）的水如果用在畜牧业中，只能生产出6g牛肉蛋白或者18g鸡肉蛋白。但如果用来养殖蟋蟀，可以生产出238g的昆虫蛋白。[5]

在专业的食品圈子中，“昆虫基”食物已经不算太新鲜的概念，已有大量应用产品面试，在国外甚至成为了相当一部分人的常规食品选择，Cision预测显示，到2021年，全球食用昆虫市场预计将达到15.3亿美元。[6]

专门生产昆虫基食品的初创公司也已经出现，例如新西兰公司Eat Crawlers，名字直译成中文意为“吃爬行者”，非常直观地说明了公司业务。该公司开发出了一系列昆虫基零食，包括蚂蚁、蝗虫、蟋蟀、甚至是狼蛛和蝎子。

Eat Crawlers昆虫巧克力系列，从左至右依次添加了：蟋蟀、蝗虫、蝎子、狼蛛，截图来源：Eat Crawlers官网

而在国内，昆虫基食品刚刚起步，但也已经有了相应产品。例如曾当过一段时间“网红食品”的馋巴拉蚕蛹蛋白脆，采用蚕蛹作为蛋白原料，生产出的脆片与薯片口感类似，却有着更高的蛋白质含量。

馋巴拉蚕蛹蛋白脆，图片来源：微博@馋巴拉蚕蛹蛋白脆

FBIF2020论坛中，Ludvigsen先生还为我们介绍了昆虫的更多优点。例如，昆虫不需要像猪牛羊那样专门准备饲料，他们的食物就是食品工业中产生的蛋白质废料。目前整个食品行业每年会产生超过10亿吨蛋白质废料，这些原本只能白白浪费掉的资源，如今可以通过昆虫这种神奇的小生物，实现再次利用。

Ludvigsen先生还为我们介绍了一种特别的昆虫原料：黑水虻幼虫（Black Soldier Fly Larva）。与鸡相比，黑水虻幼虫的养殖减少了92%的土地消耗、85%的淡水消耗和82%的二氧化碳排放。

Bug Bacon公司的黑水虻幼虫原料食品，图片来源：Business2Business

同时，阿法拉伐还有一整套昆虫幼虫加工工艺，将黑水虻幼虫转化成昆虫蛋白粉、昆虫油与冷凝水，整个过程几乎没有任何浪费。只要技术得当，小小的虫子也能肩负起保护地球的重任。

阿法拉伐昆虫幼虫加工流程，图片来源：阿法拉伐

2. 藻类：古老的物种，新时代的原料

藻类作为地球上最原始而古老的物种之一，早在人类出现前数十亿年就生存在了地球上。几十亿年来它默默地靠光合作用养育着自身，几乎从未引起人类注意。而到了这个时代，藻类的价值被突然发掘，一跃而成极具潜力的“新原料”。

藻类引人注目首先是因为它极高的蛋白质含量。研究显示藻类干重的蛋白质含量通常能达到40%~60%。[7]

但除此之外，藻类生产过程中的优点更是巨大：

理论上说，藻类几乎可以在任何环境，哪怕是恶劣环境下生长，而不占用宝贵耕地资源。从广袤海洋，到淡水湖泊或池塘，甚至是荒芜的盐碱地、废弃的沼泽，藻类都可以在其中生长；其次，藻类产量极高。常见农作物一年只能收获一到两季，猪、牛、羊等常见家畜生长周期也长达几个月甚至几年。而藻类只需要几天就能收获一代；最后，藻类本身生长只需要极少淡水，海藻的生长甚至完全不需要淡水，却可以通过光合作用捕获空气中的二氧化碳，整个生产过程非常清洁而环保。[8]

不知道各位读者看到这里是什么感受，我的感受是：这简直就像是上帝送给人类的礼物啊！

可口可乐投资的果汁公司Suja生产的添加了微藻的系列果蔬汁，图片来源：Suja官网

于是，藻类市场也在被逐渐打开，Global Market Insights今年的一份预测显示，未来6年间藻类蛋白市场将稳定保持每年6%的增长速度。到2026年有望突破10亿美元。[9]

各种应用产品自然也随之出现，例如美国食品科技公司Iwi Life就以海藻为原料，开发出了多款保健产品。

Iwi Life海藻保健品，图片来源：Iwi Life官网

而藻类家族的另一重要成员微藻（microalgae ），更是已被百事、雀巢、亿滋等多家食品饮料巨头看中，运用在旗下公司的产品中。

3. 甚至是....空气？

昆虫和海藻，虽然少见，但起码还可以纳入人们印象中的“食物”范畴。接下来说的这项新原料就有些奇怪了，那就是：空气。

去年11月，美国Air Protein公司宣布他们研发出一款“空气蛋白质”，是真的从空气中生产出来的蛋白质。

据Air Protein公司CEO丽莎·戴森（Lisa Dyson）介绍，她们利用一种叫做氢营养菌（hydrogenotrophs）的特殊微生物，以空气中的二氧化碳、氧气和氮气为原料，发酵转化成为可以食用的蛋白质。丽莎还介绍，这种蛋白质“具有与动物蛋白相同的氨基酸谱。它还富含维生素和矿物质，包括纯素食中缺乏的维生素B12。”[10][11]

丽莎·戴森，图片来源：The Spoon

今年1月，芬兰一家食品技术公司Solar Foods也宣布研发出了自己的空气蛋白质“Solein”。Solar Foods表示，他们的方法可以通过空气和电力在任何地方生产蛋白质，并且十年内价格就有望与大豆蛋白相竞争。

当然，这些“空气蛋白质”目前都还处于研发阶段，没有相应产品上市，但这一轮的技术创新往往会成为下一轮的技术基础。这种新技术值得我们关注。

4. 还有……难以描述的东东

如果你以为空气已经是最奇怪的蛋白质来源，那你可就天真了。人类在“吃”这条路上永远没有最奇怪，只有更奇怪。现在如果您正在吃饭，建议您暂缓查看这一段，因为我们要介绍一种有些重口的蛋白质来源：粪便。

所有人听到这个消息，第一反应可能都是震惊，为什么要用便便来做食物？难道食物真的缺乏到了这种程度吗？没错，这种新技术就是为一群可能面临食物困境的人制造的：宇航员。

对于航天工程来说，哪怕几十克的重量，都意味着成本的增加。而人类的排泄物中有着大量未消化的营养物质。如果能重复利用它们，就可以减少食物携带量，降低发射成本。

于是，美国宾夕法尼亚州立大学的研究团队开展了一个研究项目，用特殊的微生物处理宇航员排泄物，提取微生物分解出的营养物质，然后制作出可以食用的食品[12]。或许等到埃隆·马斯克带我们飞往火星的那一天，我们都会吃上....算了，还是不要设想了。

5. 黑科技，人类的未来是星辰大海

接下来要说的技术就有些“硬核”了。俗话说“科学技术是第一生产力”，如果我们把目光放远一些，跳出食品饮料领域，会发现有一些最新最热的蛋白质“黑科技”已经悄然出现。假以时日，这些新技术逐渐成熟，再走进食品饮料领域，可能会成为下一场“蛋白质革命”的生力军。

例如合成生物学技术，21世纪早就被预言为“生物的世纪”。如今，在合成生物学的帮助下，人类可以利用各种各样的“基因元件”直接搭建出想要的蛋白质产品，甚至是自然界中并不存在的蛋白质种类。

你可能听说过蜘蛛丝韧性高、强度大，是非常优质的纺织蛋白来源。但蜘蛛很难大规模人工养殖，蛛丝也就一直难以商业化应用。但美国一家科技公司Bolt Threads，用合成生物学技术，利用酵母菌合成人造蛛丝，产品可以被用来制作领带、衣物、甚至是防弹衣。

Bolt Threads合成蛛丝原料，图片来源：Bolt Threads官网

分子生物学的威力还不光在蛋白质领域有所应用。角鲨烷(Squalane)是一种化妆品中常用的保湿物质，过去只能从鲨鱼肝脏中提取，生产1吨角鲨烷需要杀掉3000条鲨鱼。而有了分子生物学，人们可以在酵母菌中直接合成角鲨烷。

另一项最新技术是获得了2018年诺贝尔化学奖的噬菌体展示（Phage Display）技术。简单来说，就是先在噬菌体中插入能表达蛋白质的基因片段，再通技术手段使噬菌体产生大量基因突变，最后筛选出所需的有特定功能的蛋白质。目前这种新技术已经在制药等前沿科技领域有了一定的应用。例如在2018年获得诺贝尔生理或医学奖的PD-1/PD-L1免疫疗法，就利用了噬菌体展示技术。

2018年诺贝尔化学奖得主，中间及右边为噬菌体展示技术的两位获奖者乔治·史密斯与格雷戈里·温特

科技为人类插上了一双翱翔的翅膀。这些最新最酷的科技是未来的方向。

6. 说了这么多，人造肉哪去了？

看到这里，你可能想问：人造肉呢？怎么到现在都没提到人造肉？的确，如今提到蛋白质革命，人造肉是绝对绕不过去的一环。

所以今天我们不会泛泛地谈人造肉，而是特地把人造肉留在了这一部分的最后，将大家从美好的未来拉回现实，来讨论一个大多数人，甚至一部分专业人士都会落入的人造肉误区。

观察一下如今的人造肉市场，会发现，两种截然相反的现象同时存在着。

一方面，人造肉概念异常火爆，即使是普通消费者也很可能听说过这种新概念。各大人造肉公司也纷纷获得资本热捧。去年5月，“人造肉第一股”别样肉客（Beyond Meat）在美国纳斯达克上市，上市首日公司股价便暴涨163%，创造了21世纪以来美国公司（市值2亿美元以上）IPO首日最佳表现。就在上周，另一家美国人造肉明星企业Impossible Foods再获2亿美元融资，自2011年公司成立以来，Impossible Foods总计已经获得15亿美元融资。包括肯德基、星巴克、喜茶在内的餐饮企业也都先后试水人造肉。

同时，人造肉也多次得到权威科技媒体的认可，被认为是可能改变世界的新技术。2018年9月，《科学美国人》将人造肉（Lab-GrownMeat）评为“2018十大新技术”之一[13]。2019年，人造肉汉堡（TheCow-free Burger）又被《麻省理工科技评论》评选为“2019十大突破性技术”之一[14]。要知道，一起入选这两份榜单的还有定制癌症疫苗、可流利对话的AI助手、增强现实技术（AR）等极有可能为世界带来翻天覆地变化的新技术。

另一方面，也有很多人对人造肉不屑一顾，他们的质疑听起来也很有道理。在知乎、微博等平台上经常能看到这样一种质疑：人造肉有什么新鲜的？我们从小吃到大的素鸡、面筋、甚至是辣条，和人造肉有什么区别？

而人造肉的那些优点，仔细看来也有点经不起推敲。如果说人造肉营养丰富，但各种营养物质早就可以制作出高浓缩版的营养补充剂。蛋白质有蛋白粉、维生素有维生素片、矿物质有矿物质胶囊，它们更方便搭配出完美的营养配比。但为什么没有人会在家里摆着一堆瓶瓶罐罐，每顿饭拿出几包粉几片药几粒胶囊，用水泡一泡喝下去？

人造肉常被提起的另一大优势是环保。但实际上，大多数人只愿意在不影响生活质量的情况下支持环保事业。一旦影响到真实生活，他们就不愿意了。就如同没有人会为了减少碳排放而放弃去巴黎度假的机票。

为什么这两种看起来截然相反的现象会同时存在呢？答案是，人造肉想要取代真肉，关键并不在“人造”，而在“肉”。人造肉的口感必须足够接近真肉。传统的素鸡、面筋、辣条，口感与真肉有着相当大的差距，一吃就能尝出来，因此他们算不上“人造肉”。而将别样肉客和ImpossibleFoods两家公司的专利分析一遍，就能发现它们的大量精力都花费在制作口感更像真肉的植物蛋白、植物脂肪与植物添加剂。Impossible Foods甚至专门研制出了一种通过特殊酵母生产的大豆血红蛋白，以模仿真肉中的血丝。

图片来源：Impossible Foods官网

说到这里，你可能也意识到了，这不光是人造肉，而且此前提到的昆虫、海藻等蛋白质原料共同存在的问题。我们此前的推文中曾经说过：人类花了几百万年爬上食物链顶端，并不是为了嚼蜡。这些年的食品圈出现了太多只顾着炒概念，却忽略了“好吃”这个“食品之根”的新产品。在这条蛋白质“革命之路”上，不忘初心，才不至于跑偏。

改造：畜牧业还能“再抢救一下？”

说了这么多要“革了畜牧业的命”的新产品、新技术。但至少目前，猪、牛、羊还是我们最主要的蛋白质来源。假如有办法放大畜牧业的优点，改进它的缺点，将畜牧业“再抢救一下”。似乎也没有必要“赶尽杀绝”。

办法还真有。

1. 节流：钱不是省出来的，但蛋白质是省出来的

序言中提到，每年被浪费掉的农业蛋白质近8000万吨，几乎等于中国10年的猪肉蛋白质产量。相比投入大量科研资本，从虫子、海藻中获取新的蛋白质，如果能有办法降低蛋白质浪费，或者将副产品中的蛋白质再次利用，蛋白质缺口就能被大大弥补。

说到这里，我们要再次请出Ludvigsen先生和他的阿法拉伐。在过去的鱼类、肉类生产过程中，副产品只能被加工成低价值的饲料产品。但阿法拉伐开发出了一套“CentriFlow”湿法提炼系统，可以从副产品中提取出食品级的蛋白质和油脂，大大减少浪费。

阿法拉伐CentriFlow湿法提炼系统，图片来源：阿法拉伐

2. 搭配：分“三六九等”的蛋白质

除了前面提到的寻找新蛋白，还有一种思路是，改变已有蛋白质的配比，使之更适合人类食用，从而提高蛋白质的利用效率。

许多人可能不知道，蛋白质也是分“三六九等”的。目前为止，人类发现了20种天然氨基酸，其中12种可以由人体自身合成，剩下8种必须从食物中获取。这8种氨基酸也就被称为“必须氨基酸”。评价蛋白质的好坏，就是看蛋白质种这8种必须氨基酸的种类与含量。

有了这个思路，就可以通过改变不同种类蛋白质的配比，使氨基酸组合更加丰富、多元，从而改进蛋白质了。

例如养生堂推出的蛋白质粉，就是主打“4：1”的黄金配比，用乳清蛋白和大豆蛋白的合适比例，让蛋白质粉含有全部8种必须氨基酸，更适合人体食用。

图片来源：养生堂天猫旗舰店

再比如轻养蛋白脆片，也是通过豌豆蛋白、大豆蛋白、微藻蛋白的配比，使氨基酸组合更合理。

图片来源：轻养

还有上月刚刚获得融资的ffit8 蛋白棒，则是利用从牛奶中提取的WPI分离乳清小分子蛋白，通过蛋白质小分子缓释吸收技术，提高人体吸收效率，并且解决国人乳糖不耐受问题。

图片来源  ：ffit8

3. 黑科技，又是黑科技

最后又来到了黑科技部分，科技再一次向我们展现出它的神奇力量。

首先出场的是基因编辑技术。《连线》杂志去年4月刊的封面文中，用一整篇长文详细介绍了基因编辑技术会给畜牧业带来哪些改变。

传统畜牧业工厂中，不同企业会对不同性别的动物有偏好。肉牛养殖场希望后代多生肌肉厚实的公牛，乳牛养殖场则希望多生能产奶的母牛。为了节约成本，养殖场通常会将不需要的性别在幼崽阶段就直接宰杀，不仅浪费，更会让每一个有爱心的人都觉得“太残忍”。而如今有了基因编辑技术，养殖场可以直接在胚胎阶段就决定动物性别，从而避免“屠杀”惨剧。

而现代养殖场中了提高效率，动物之间往往极度拥挤，一旦爆发传染病，可能就是整栏动物的“灭顶之灾”。

而基因编辑技术可以让动物带有特定抗病基因，大幅减少动物传染病造成的损失，也杜绝动物将传染病继续传播给人类的进一步隐患。例如，一种叫“猪繁殖与呼吸综合症”，俗称“蓝耳病”的疾病，每年会给美国养猪业带来超过5亿美元的损失。而如今，美国密苏里大学的遗传学家兰德尔·普拉瑟（Randakk Prather）已经利用基因编辑技术培育出了对蓝耳病有抵抗力的猪。

澳大利亚科学家范·埃宁钠姆还曾培育出一种经过了基因编辑的母羊，这种羊产下的奶中带有一种叫“溶菌酶”的人类蛋白质，可以降低人类患腹泻的几率。[15]

除了基因编辑，另一种可以“改造”畜牧业的黑科技是人脸识别技术，没错，就是那个你每天在用来解锁手机屏幕的技术。爱尔兰有一家创业公司Cainthus，专门从事用人脸识别技术提高奶牛产奶量的生意，还获得了美国第一大非上市公司嘉吉集团的投资。具体方法是在养殖场中安装大量摄像头，再利用人脸识别技术追踪每一头牛的“牛脸”。这样就可以精准跟踪每一头牛的活动轨迹、吃草量、产奶量等信息。快速找出有异常情况的奶牛，提高整个养殖场的运营效率。

Cainthus的“牛脸识别”，图片来源：Flykit Blog

最后，我们来说说转基因技术。利用转基因技术，从动物身上生产药品，已经是制药业的“常规操作”。2009年，用转基因山羊奶生产的抗凝血药Atryn就获FDA批准上市。2014年，用转基因兔生产的一种治疗遗传性血管性水肿药物也获得了FDA的认可。谁知道这样发展下去，会不会有一天制药业与畜牧业成功合并，开药厂和开养猪场是同一回事了！[12]

好了好了，再说下去就是科幻了。

结语

现代社会为我们带来了光荣与梦想，也带来了困难与挑战。畜牧业在过去几千年里为我们持续地提供蛋白质产品。但在如今这个时代，它体现出了一丝“老态”。但人类前进的脚步并不会因此停下，我们在用着各种各样的新方法、新技术，或变革、或改造，推进着这场“蛋白质大革命”。

就如同Ludvigsen先生所说：尽管世界总体上面临着蛋白质供应可持续性的严峻挑战，但解决方案已经找到，我们要做的就是迎接挑战，引领新时代！

参考来源：

[1]畜牧业市场空间巨大 总产值呈周期型上涨趋势，2018年5月25日，前瞻产业研究院

[2]Livestock a major threat to environment

[3]A Global Assessment of the Water Footprint of Farm AnimalProducts

[4]Rising global meat consumption 'will devastate environment'，2018年7月19日, The Guardian

[5]  The Explosion ofInsect Protein，2019年3月30日，interestingengineering

[6]  Global EdibleInsects Market to Reach $1.53 Billion in 2021 ，2017年2月22日，Cision

[7]  Algal proteins -ScienceDirect

[8]  《高端农业生态论：探研中国农业现代化前景》，杨承训等，社会科学文献出版社

[9]  Algae ProteinMarket revenue to hit $1 billion by 2026，2020年2月19日，Global Market Insights

[10]  Can You ReallyMake 'Meat' Out of Air? 2019年11月18日，LiveScience

[11]  Lisa Dyson Saysto Reduce Your Carbon Footprint, Eat “Air-Based Protein”, 2019年9月30日，The Spoon

[12]Scientists Are Figuring Out How to Get Astronauts to Eat TheirOwn Poop，2018年1月30日，Science Alter

[13]  10 BreakthroughTechnologies 2019, 2019年02月27日，MIT Technology Review

[14]  The Top 10Emerging Technologies of 2018, 2018年9月14日，MarietteDiChristina, Bernar S. Meyerson

[15]A More Humane Livestock Industry, Brought to You by Crispr，2019年3月19日，Wired

[16]美国批准转基因鸡加入制药队伍：应对罕见遗传病，2015年12月15日，中国国际电子商务中心

本文来自微信公众号：FBIF食品饮料创新（ID：FoodInnovation），作者：Tutu （Edmund）