瞄准1400亿美元人造肉市场,替代蛋白领域核心研究盘点

作者:35斗的朋友们 2020-08-08 09:27

在地球环境压力、食品安全担忧、动物饲料成本上升的大背景下,“替代蛋白”成为了一个炙手可热的新领域。美国巴克莱银行于2019年5月发布的研究报告认为,未来10年,人造肉有可能拿到肉类市场10%的份额,规模升至1400亿美元。

 

目前备受关注的人造肉属于植物肉类的范畴,正是“替代蛋白”领域的一个研究方向。此外,“替代蛋白”领域还有细胞人造肉、植物乳蛋、昆虫蛋白等多方向的研究,旨在利用分子生物学、植物学、3D打印等专业知识和技术,产生更低成本、更好口感的人造蛋白,以降低畜禽养殖压力,减少环境风险,保障食品安全。

 

为了对“替代蛋白”领域有一个清晰的认识,了解研究热点和进展,35斗将对“替代蛋白”领域的核心研究和机构进行盘点。

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(图 1 替代蛋白领域主要研究和技术,来自newprotein.org)

 

降成本,消灭人造肉发展之路的“拦路虎”


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(人造肉制品商品化步骤)


目前人造肉发展尚存以下挑战:


①大环境

从消费者习惯和目前国内市场来分析,“人造肉”产品主要面对素食者,体量难以扩大。数据调查显示,我国素食人口比例大约在4%-5%,且这批人往往由于宗教、信仰等原因对素食有着严格的要求,“仿荤”很难被接受。其余非素食者的市场尚未打开,用户基数少。

 

②成本较高

在过去几年,“人造肉”成本随着制造工艺的逐步成熟大幅下降,但仍然无法实现量产。2013年,Mosa Meat的创办人Mark Post教授造出第一块人造肉饼的成本是32.5万美元。2017年,Memphis Meat培育的人造鸡肉产品制作成本为每磅9000美元。2018年,以色列公司Future Meat生产的人造肉成本还在每磅10000美元左右。降低“人造肉”成本的决定性因素是降低血清成本,因目前单算血清成本就远高于鲜肉价值,导致“人造肉”缺乏价格竞争力,很难大量生产。

 

③技术壁垒

“人造肉”行业在未来将会具备很大的发展空间,但是有许多重大的技术挑战需要克服,如不朽细胞系的发展、培养基的回收(用于制造细胞的血浆)、小分子取代生长因子以及设计不同的反应器等。

 

④原料利用

虽然中国部分地区有食用昆虫的习惯,但为人类设计的昆虫蛋白食品较为少见。除了鸟、鱼这样的小众宠物品类,部分猫粮、狗粮也开始尝试以昆虫蛋白为主要原料,比如品牌“乐施”,背后的厂商是郑州立蓓生物工程有限公司,2018年底开设天猫旗舰店,目前销量最高的狗粮月销200余份,打开市场仍有难度。

 

⑤预期色香味

很多消费者认为人造肉的色香味和口感都非常的差,这是Tucker等的研究重点,其发现缺乏感官吸引加剧了消费者对培养人造肉的排斥。对于愿意尝试人造肉的消费者,只有当人造肉与传统肉尝起来类似,他们才愿意长期消费人造肉。研究发现,消费者在网上对人造肉口感预期的评论好坏对半,那些对口感预期较差的消费者认为人造肉产品缺少脂肪,因此口感和风味会比较差。


各擅胜场,海外知名研发机构及成果展示


目前,美国和欧洲等地都已开展大量植物性人造肉相关研究,国外的植物蛋白肉产品主要以素肉饼、素肉肠和素鸡块为主,可加工成汉堡、热狗、炸鸡块等,成本较高(如表1)。

 

表 1 海外市售植物蛋白产品基本信息

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(资料来自文献整理)

 

虽然早在20世纪30年代就有学者提出人造肉的概念,但人造肉的研究工作始于21世纪初,且主要集中在欧美发达国家。2000年,美国杜鲁大学支持的生物科学研究联合体用金鱼细胞培养出了人造鱼肉。2009年,荷兰马斯里特赫特大学的生物学家利用成肌细胞培养方法生长出几片猪肉,但这些猪肉片不含肌红蛋白,故肉色呈现白色。

 

2011年,美国南卡罗莱纳医科大学的科学家用动物细胞在试管中培养出可食用的肉类。2012年,荷兰马斯里特赫特大学的生物学家在实验室培养出试管牛肉,无论是外观、质感和口感都与真正的牛肉没有太大差异。2013年,该大学的血管生物学家马克·鲍斯特用动物细胞组织培养方法生产出有史以来的第一整块人造肉,引起广泛的关注。2017年,由美国Impossible Foods公司研发的人造牛肉汉堡Impossible Burger开始生产,目前在美国已经有超过1000家餐厅销售这款产品,且融资超2.6亿美元[2]。2019年,日本的食品企业日清食品控股公司与东京大学合作,通过人工培育牛肌肉细胞成功制成约1cm3的肌肉组织。

 

在产品商业化方面,重点关注Beyond Meat和Impossible Foods的进展。


Beyond Meat公司

2019年人造肉公司Beyond Meat在纳斯达克上市,成为人造肉第一股。该公司原名“萨维奇河”公司,创立于2009年,是一家制造100%全植物成分的肉类替代品的制造商,除了素食汉堡,Beyond Meat的产品还包括鸡肉和香肠替代品。从2013年开始,该公司产品已可通过美国全食超市购买。随着技术逐渐成熟,该公司在2015年共计申请了14件专利,在中国、美国、澳大利亚等国家均进行了布局,2016年在澳大利亚、加拿大等多个国家进行了专利申请,2017年通过PCT途径进入中国香港,2018年在西班牙也开展了专利申报,其产品市场成快速扩张趋势。


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(图 3 Beyond Meat公司2009 -2018年专利申请技术分析)

 

Impossible Foods公司

Impossible Foods公司成立于2011年,是一家以植物制造的食品来取代动物食品的公司,创始人为来自斯坦福的生物化学科学家Patrick O. Brown,该公司专利布局开展的时间较早。2012年首先在乳酪复制品上进行专利申请。2013 - 2017年,该公司与斯坦福大学共同对蛋白质分离、提纯等方向进行专利申请。2014 - 2015年出现专利申请高峰,主要申请方向为食品风味改良方向,如风味剂、香味物质,另外对血红素的制备技术也进行了保护;2015年专利申报方向为人造肉制备相关工作。

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(图 4 Impossible Foods 2012—2019 年专利申请技术分析)

 

迎头赶上,国内知名研发机构及成果梳理


国内主要以传统素肉为主,通过加工植物蛋白制成素肉饼、素鸡、素鸭等产品,成本较低。国产植物蛋白肉在价格上已经比境外植物蛋白肉更具优势,且中国传统素肉产业链完整,可实现规模化、集约化生产,从而更好地降低成本。但国产植物蛋白肉与真肉差距较大,肉色较深、无光泽且肉质感差,无咀嚼脂肪、软骨等口感,还有很大的提升空间。

 

我国南京农业大学的周光宏教授团队使用猪肌肉干细胞培养20天后于2019年11月18日,获得了中国第1块细胞人造肉(重5g),这是我国首例由动物干细胞扩增培养而成的人造肉。

 

南京林业大学和河南科技大学的研究人员分别利用不同来源的蛋白水解产物,再辅以氨基酸、酵母膏、还原糖和脂肪等物质,经美拉德反应形成香气浓郁圆润、口感醇厚逼真的肉味香精。

 

江南大学的研究人员通过对形成香味物质反应体系条件的葡萄糖-半胱氨酸系统优化,合成了具备肉味的1,2-乙二硫醇、2-乙基吡嗪、2,4,5-三甲基噻唑和2-乙酰基呋喃等4种风味化合物。

 

除此之外,在合成风味物质的基础上,天津科技大学的研究人员进一步利用酵母菌株合成了牛肉中的风味强化肽,应用该合成寡肽能提升其他风味物质的呈味作用,并能增强鲜味显著改善肉制品的风味。

 

表2 国内部分人造肉专利技术盘点

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院企结合,通过孵化器等进行产业转化


要想将专利技术有效地实现市场化、规模化生产,推动“替代蛋白”领域的迅速发展,需要创建“孵化器”,校企联合共建实验室,利用高校等科研院所的专业技术与企业的市场运营结合,实现技术上突破和成果的不断转换,将专业技术“落地”、“生根”、“开花”,推动“替代蛋白”市场的发展。这方面,荷兰公司Mosa Meat和周光宏院士团队周子未来是典型案例。

 

Mosa Meat

2018年,荷兰马斯特里赫特大学(Maastricht University)支持的人造肉初创公司Mosa Meat 宣布完成750万欧元A轮融资,此次融资由科技公司Merck的风投部门M Ventures和瑞士肉类加工商 Bell Food Group 领投,现有投资者 Glass Wall Syndicate 参投。

 

Mosa Meat由公司首席科学官Mark Post教授于2013年联合创立,专注于开发实验室培育的“人造肉”。Mark Post 教授于同年推出了全球第一块“人造”汉堡肉饼,其中的“牛肉”是从牛的细胞中培育而来。该项目源自马斯特里赫特大学多年的研究成果,投入的经费总额为25万欧元,其中部分由谷歌(Google)联合创始人 Sergey Brin 资助。Mosa Meat 研发“人造肉”的目的是找到一种替代肉类的食物,并且从可持续发展、健康和动物权益的角度为快速增长的人口提供食物。

 

M Ventures 负责人 Alexander Hoffmann 表示:“投资 Mosa Meat 有助于增强 Merck在培养细胞和生产高质量的可扩展细胞培养基方面的专业知识。对于人造肉来说,细胞培养基目前占成本的80%,努力降低这上面的成本是未来该领域发展的关键 。”

 

周子未来

2020年1月,南京周子未来食品科技有限公司签约落户南京农高区未来食品产业园,该项目主要从事细胞培养肉的开发及规模化生产。细胞培养肉,即大家俗称的“人造肉”。本次签约落户的周子未来食品科技有限公司由国际食品科学院院士、南京农业大学周光宏教授担任首席科学家,主要开展细胞培养肉的开发及规模化生产。

 

2019年,周光宏院士团队成功研发出我国首块“人造肉”,“周子未来”公司的成立是其技术的发展与应用,将有效地解决肉品供求矛盾等问题,使我国跻身于本领域国际前列。周子未来食品项目主要从事“人造肉”的生产研发,总投资1亿元,是国内领先的“人造肉”的生产研发平台,将推动我国培养肉科学技术的发展乃至整个科研体系的水平提升,实现国家食品领域的重大战略需求。

 

小结:

基因工程、生物技术的创新与进步都将不断地增强人造肉的味道和营养价值,用来刺激人们的消费意愿。短期看,成本、渠道、消费者接受程度是行业发展的主要挑战,但长期来看,替代肉类蛋白会成为至关重要的一个市场,因为它能提高食物系统的多样性,弥补传统畜牧养殖行业的产能不足、环境污染、周期变化等问题。科研院所是技术创新的枢纽,许多对产业发展有里程碑意义的技术和创新都源自科研院所,学术和产业的有效融合能够加速创新的产业化,帮助我们更好地发现未来农业食品的秘密。


 

(作者:满吉勇)

 

[1]. 赵鑫锐,张国强,李雪良,孙秀兰,周景文,堵国成,陈坚.人造肉大规模生产的商品化技术[J].食品与发酵工业,2019,45(11):248-253.

[2]. 赵鑫锐等, 人造肉生产技术相关专利分析. 食品与发酵工业, 2020. 46(05): 第299-305页.

注:文中如果涉及35斗记者采访的数据,均由受访者提供并确认。

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