来源：Eric Mongeon/MIT Technology Review
这种说法听起来难以置信，但这恰好是某些生活在土壤中的细菌的生存方式。在自然界中，这些“自养”微生物以氧气、氮气、二氧化碳和水蒸气为食，直接从空气中获取资源。在实验室中，它们也这样运作，通过消耗废弃的碳快速繁殖，填满大型发酵罐。经过抽取和脱水处理后，这些细菌的生物质变成富含蛋白质的粉末，不仅营养丰富，而且几乎可以无限再生。
Lisa Dyson 是其中一家名为 Air Protein 的公司的创始人。谈到公司创办的灵感，她常引用 20 世纪 60 年代 NASA 的研究。当时 NASA 希望在长途航行中为宇航员提供细菌食品，但最终因不符合心理接受度而放弃了。“地球其实就像一艘飞船，”Dyson 在 2016 年的一次 TED 演讲中说，“我们空间和资源有限，必须找到更好的碳循环方式。”这些细菌会是答案吗？
目前，这个答案尚不确定。全球约有 25 家公司在挑战如何将大量的二氧化碳转化为富有营养的“空气蛋白”。这些公司希望能够创造一种比传统农业排放更低的食物来源，甚至可能彻底改变农业。但要实现这个目标，他们面临诸多挑战，比如需要大规模生产蛋白质来实现商业化，同时避免增加更多的排放或环境问题。此外，他们还需解决消费者对于细菌食品的抵触情绪。
一些公司专注于工业动物饲料、鱼粉和宠物食品，这些产品利润较低，但消费者要求相对较少，监管障碍也更少。然而，真正的利润和影响力在于人类食品。这也是像 Dyson 的 Air Protein 这样的公司将重点放在这个领域的原因。2023 年，Air Protein 在加州圣利安卓开设了首个“空气农场”，并宣布与全球最大的农业商品贸易公司之一 ADM 达成战略合作，共同开展研发，并计划建立更大规模的商业生产工厂。公司研发的“空气鸡肉”（实际上并非真正的鸡肉）正逐步走向商超货架和餐桌。
替代蛋白
从环境角度来看，微生物蛋白的优势显而易见：它在土地、能源以及供养人口方面有明显的优势。全球蛋白质需求已达到历史新高，预计到 2050 年人口将增长至 97 亿，传统农业难以满足需求，尤其是在应对气候变化、土壤退化和疾病的挑战时。此外，全球中产阶级的扩大预计将增加肉类消费，但工厂化养殖的肉类是温室气体排放的主要来源之一。尽管像大豆这样的高蛋白替代品更为环保，但目前大部分大豆被用作动物饲料，而非人类食品。
相比之下，细菌“作物”可以直接将二氧化碳转化为蛋白质，所需土地和水资源更少。微生物蛋白“农场”可以全年在任何可获得廉价可再生电力的地方运行，甚至在像智利阿塔卡马沙漠这样几乎无法进行农业生产的地区。这将减轻农业用地的压力，甚至可能为土地回归自然提供机会。
芬兰初创公司 Solar Foods 的联合创始人兼首席技术官 Juha-Pekka Pitkänen 在一段公司视频中解释道：“我们正在将食品生产从农业的限制中解放出来。”2024 年 4 月，Solar Foods 在距赫尔辛基机场不远的 Vantaa 开设了一个示范工厂，名为 Factory 01，计划每年生产约 160 吨其独特的黄色蛋白粉 Solein，以证明其商业可行性。
像 Air Protein 一样，Solar Foods 的生产过程始于天然存在的氢氧化细菌，这些细菌代谢二氧化碳的方式类似于植物。细菌在类似于酿酒工业中的发酵罐中，靠水和稳定供应的二氧化碳、氢气以及氮、钙、磷、钾等营养成分得以繁殖。当它们大量繁殖时，逐渐使水变得浓稠，随后将其连续抽取并脱水，得到可以用于替代肉类、乳制品和零食的蛋白质粉末。
在 Solar Foods 的年度公司夏日聚会上，内部厨师用 Solein 制作了明亮的黄色千层面。Pitkänen 说，这种粉末非常适合制作新鲜意面，还能出人意料地替代冰淇淋中的奶油。Solein 富含类胡萝卜素，因此味道带有“胡萝卜味”，并含有丰富的维生素 B12 和可被人体吸收的铁，特别适合素食者。然而，这一产品并非直接替代牛奶、鸡蛋或肉类，而是作为一种营养价值、成本和口感竞争的成分。Pitkänen 表示，公司最大的竞争对手不是其他新型蛋白，而是豆粕。
名称各异的发酵工艺
Air Protein 和 Solar Foods 所处的领域非常新，以至于尚未形成统一的称呼。有人形象地称其为“细胞农业”，也有称为“气体发酵”或“生物质发酵”，分别强调其工艺或最终产物。这些术语不同于“精准发酵”，后者是一种利用基因改造的酵母或细菌生产与动物蛋白相同的工艺。精准发酵并非新技术：美国食品和药物管理局（FDA）早在 1982 年就批准其用于胰岛素生产，现今 80% 的干酪凝乳也是通过这种方法生产的，避免了从小牛胃中提取酶。
与其引导微生物生产我们已熟悉的动物蛋白，像 Air Protein 和 Solar Foods 这样的公司提议跳过中间环节，直接将微生物干燥成粉末食用。这种新的发酵技术生产的微生物生物质富含纤维、维生素且用途广泛。更重要的是，这些细菌以碳为食，几乎不需要土地和水，也不需化石燃料衍生的肥料。据赫尔辛基大学和芬兰自然资源研究所的一项生命周期分析，微生物蛋白的生产效率比动物蛋白高 53% 到 100%。
当然，这样的数值区间较大。芬兰的电力组合偏向水电和风能等可再生能源；在以化石燃料为主的国家，Solein 或其他微生物蛋白的生产对环境的影响可能会更高。
来源：ERIC MONGEON/MIT TECHNOLOGY REVIEW
几乎全球所有人为制造的氢气——细菌“食物”中的关键成分——都来自化石燃料生产。而 Solar Foods 在其示范工厂使用的“绿色”氢气，则是通过可再生能源驱动的电解水技术分离得到的，目前这一工艺还不普及。微生物蛋白公司 NovoNutrients 的 CEO David Tze 指出，依赖氢气驱动的微生物蛋白产业可能会优先在氢气成本最低的地方落地。
这项技术所需的碳来源也多种多样。如果企业选择使用捕获的废弃碳，则需与其他行业建立合作关系，将蛋白工厂与这些碳源相连接。另一种选择是利用直接空气捕获（DAC）技术从大气中获取碳，但 DAC 技术目前仍较新、能耗高且成本昂贵。现阶段，Air Protein 公司使用的是与碳酸饮料中相同的商品化二氧化碳，而 Solar Foods 示范工厂所需的碳约有 15% 通过 DAC 获得，剩余部分则来自商业采购。两家公司都希望在扩大生产规模时进一步调整碳源，待 DAC 技术普及后可以更多地依赖这一技术。
即使细菌摄入的碳完全来自捕获的废碳，碳也不会永久留在大气外，因为人类消化食物时会释放碳。不过，Tze 认为，“我们为二氧化碳赋予了第二次生命，让它在经济中创造更大的积极价值。”更重要的是，基于细菌的产品大幅降低了蛋白质的碳排放量。根据世界资源研究所 2016 年的一项研究，生产一吨牛肉约会产生 2,400 公吨的温室气体排放。而对于脉类等植物蛋白，这一数值则不到 300；而微生物蛋白的排放可能最终低至个位数。“如果有人选择吃一口我们的产品，而不是其他任何蛋白，”Tze 表示，“排放量可能会有数十倍甚至数百倍的差异。”
当然，如果微生物蛋白依旧停留在小众行业，或价格过高难以让普通消费者接受，那么这一切的努力都将无济于事。即便满负荷运转，Solar Foods 的示范工厂产能也只能勉强满足整个芬兰人一年的一餐需求。Solar Foods 的 Pitkänen 认为，这从商业角度来看是个好消息，说明行业还有很大增长空间。但如果希望在未来食品系统的可持续发展中发挥作用，Solar Foods 和 Air Protein 等公司需要实现数个量级的扩产，能否应对这一挑战、消费者是否愿意接受尚未可知。
尽管发酵技术和微生物原材料都与大自然一样古老且天然，但将空气与微生物“搅拌”成食物的想法仍让许多人觉得不可思议。毕竟，饮食带有很强的文化属性，尤其是在美国，蛋白质更是带有某种政治意味。在采访中，Dyson 格外强调称 Air Protein 过程中的细菌为“发酵菌群”，以强化它与传统发酵食品如酸奶、啤酒或味增的联系。而在 Solar Foods 官网上，优雅的北欧风餐桌上，人们品尝着黄色的 Solein 奶昔，网站上却丝毫不见细菌的身影。
Solar Foods 目前仍在等待欧盟和美国的最终监管批准，而在新加坡，Solein 已经开始销售，出现在巧克力冰淇淋和榛子草莓能量棒中。如果新加坡人对食用细菌粉有异议，那他们至少并未表现出抗拒。在全球范围内，最积极推动食品生物科技的国家往往是那些可耕地极少的国家。新加坡几乎完全依赖进口，希望到 2030 年实现 30% 的食品自给率。以色列是一个半干旱国家，国土面积有限，因此大力投资生物制造；而荷兰的农田因化肥过度使用而严重耗竭，也在这一领域投入大量资源。但即便是在条件较好的国家，气候变化也让农业步履维艰。监管专家 Lester 表示：“不幸的是，我们迟早将无法再用传统方式生产食物。我们确实需要替代方案，需要政府支持，并从根本上改变食品资金的政策。”
这种观点似乎在美国也引发了共鸣。2022 年 9 月，美国总统乔·拜登签署了一项行政命令，旨在推动生物制造的发展，扩大培训、简化监管，并加强对生物技术研发的联邦投资，特别提到“促进可持续生物质生产”是重要目标之一。2021 年，美国国防高级研究计划局启动了 Cornucopia 项目，要求包括 Dyson 的 Air Protein 公司在内的四个研究团队开发一个足以装进悍马车的小型完整营养系统，能够从空气中提取氮和碳，以生产微生物营养品，如奶昔、能量棒、凝胶和牛肉干。微生物蛋白是否会如 NASA 所希望的那样部署到长途太空旅行中尚未确定，但美国政府似乎正在押注这种蛋白质能够保障“地球飞船”上的生命延续——前提是“船员们”能够接受它。
Claire L. Evans是一位作家兼音乐人，关注生态、技术与文化的探索。
原文链接：
https://www.technologyreview.com/2024/10/21/1105171/air-protein-biotech-solar-foods-novonutrients-alternative-protein/