单细胞甲烷蛋白——世界准备好迎接食品系统的这一创新了吗?

James Waddell 与 Jamie Hinks 博士就使用甲烷中的单细胞蛋白进行食品创新进行了交谈。

鉴于此 联合国粮食系统峰会 今天举行的会议旨在实现更健康、更可持续和更公平的粮食系统,如果人类打算实现更具弹性的粮食系统,现在迫切需要建立创新的粮食生产技术。 我们采访了新加坡环境生命科学工程中心首席研究员 Jamie Hinks 博士(选择),关于他目前使用高压生物系统从甲烷中生产高质量单细胞蛋白的研究。

Hinks 博士,您如何向非专业人士解释您对甲烷食品的研究?

开始了解这项技术的最佳方式是将食物和燃料视为可以互换的。 燃料是一种含有能量的材料,可以用来做有用的功,无论是在机器中还是在有机体中。 人类消耗的燃料,我们称之为食物,是生物来源的,简单地说,是由植物或动物生物质组成。 这种生物质随着生物体的进食和生长而积累。 其中一些非常好吃,例如蘑菇。

现在,从微生物的角度来看,任何含有能量的东西都是潜在的食物来源。 单细胞生物消耗一系列能源,包括非生物来源的能源,这些能源对人类来说似乎不寻常。 例如,微生物可以吃掉金属和溶剂等废弃化学品。 在用甲烷制成食物的情况下,甲烷被用来喂养细菌。 甲烷可以通过生物或地质过程产生。 因此,一些细菌专门消耗甲烷,随着它们的生长,它们的生物质成为可食用蛋白质的良好来源。 这些细菌被称为甲烷氧化菌,意思是“甲烷食者”。

具体的科学过程称为甲烷氧化菌的甲烷氧化。 甲烷营养在存在甲烷的环境中自然发生,例如稻田或碳氢化合物渗漏。 在生物反应器中在富含甲烷的条件下生长甲烷氧化菌可以利用该过程来产生蛋白质。 甲烷可以是废水处理或石油生产的副产品。 我目前正在研究和将开发的工艺将施加高压来增加甲烷的溶解度,从而更容易和更有效地种植占地面积更小的甲烷氧化菌。

为什么今天研究这个过程特别重要? 就您而言,您能否就新加坡等国家的兴趣提供一些见解?

嗯,可持续食品生产今天是一个大项目,我们必须考虑所有选择来满足对食品不断增长的需求,预计到 60 年食品需求将增加 2050%。新加坡政府已承诺满足其 30% 的营养需求到 2030 年在其“30的30” 粮食安全目标。 新加坡缺乏可用于传统农业的大量土地资源,因此高密度蛋白质生产过程将需要成为新加坡未来粮食安全格局的特色。 尽管新加坡政府在 COVID-19 之前宣布了这一决定,但这场流行病强化了主流食品安全的理念。

新加坡几乎没有缺货——我注意到的唯一缺货是一小段时间缺少罐装番茄,而且我的鼓放大器还没有发货! 这些只是轻微的不便。 然而,食品短缺的幽灵并没有让普通新加坡人感到满意,因此未来的食品供应是明智之举。

这种蛋白质来源与传统的牲畜饲料相比如何? 您能否告诉我们如何将这一过程用作人类食物消费创新解决方案的一部分?

它与传统的牲畜饲料相媲美。 就我而言,我打算开发一个适合新加坡需求的独特和改进的流程。 现在,我原本打算开发这个用于动物饲料的工艺。 要知道,在人们吃细菌蛋白之前,还有一个很大的社会障碍需要克服,还有一些技术问题需要解决,比如核酸水平。 所以,一步一个脚印。 与此同时,还有很多很酷的科学要做。 我相信高压新陈代谢的某些特殊方面将为最终产品带来独特的好处,这些产品将具有健康和益生元的品质。 我现在会把这些放在胸前。

ISC-IIASA 弹性食品系统 报告发现,“养活不断增长和更富裕的人口将需要提高作物和牲畜的生产力和多样性”,并且“需要保持和加速以开辟新的替代食物来源为重点的创新”,这将符合新的甲烷食物等技术。

但我们是否可以假设这种来自甲烷过程的食物真的会增加粮食系统的弹性,因为它还可以加强我们对天然气的依赖? 此外,如果扩大这一过程,它可以显着减少对土地的需求来种植牲畜的食物,但它不会也大大增加二氧化碳的排放吗?

好问题。 对于你的第一个,正如我所提到的,我最初建议使用来自可再生资源的甲烷,其中甲烷是生物来源的,由称为古生菌的产甲烷单细胞生物制成。 即使在这里,它也没有更好的用途,例如产生热量或电力。 尽管非生物甲烷废物流是兼容的,但我不认为这种类型的食品生产会成为石化生产或利用的驱动力。

关于第二个问题,根据政府间气候变化专门委员会(IPCC)的数据,甲烷的辐射强迫能力是二氧化碳的 86 倍。 因此,将甲烷转化为二氧化碳对我们的气候来说是一个更好的前景。 我建议使用废物流,这是对我们资源的合理利用,而生物来源的甲烷是一种可再生资源。


联合国粮食系统峰会旨在建立更健康、更可持续和更公平的粮食系统,因此我们认为这种方法的“利大于弊”,因此可以与其他创新技术一起帮助实现可持续发展目标?

绝对,这是一个没有道理的事。 气态废物流是制造蛋白质的好方法,因为它们易于控制、相对均质且易于灭菌。 更不用说这些工艺的密度非常高。 例如,您可以通过产甲烷转化产生的生产密度为 4kg m3 h-1. 那是每小时一立方米的4公斤生物质! 从这个角度来看,您可能在工业现场看到的 IBC 罐(中型散装容器)约为 18 立方米。 这相当于一头牛,或半吨生物量,大约五天! 养牛大约需要 XNUMX 个月,并且需要大约一英亩的土地。 这些只是使研究有价值的数字。 但除此之外,还有许多环境效益以及它是一种合乎道德的蛋白质来源这一事实,我认为它是一项非常引人注目的技术。


作为一名科学家,您希望政策制定者了解什么以使我们的粮食系统更具弹性?

我希望政策制定者明白,我们需要迅速采取行动,以实现向更有弹性的粮食系统的过渡。 我们需要克服许多文化障碍,以改善粮食生产系统。 政策需要灵活和支持,需要优先提供用于前沿研究的资金,最好是以更有效地支持初级和中级研究人员的方式。


杰米·欣克斯博士
Jamie Hinks 博士是新加坡环境生命科学工程中心的首席研究员(选择),由新加坡政府(国家研究基金会、教育部、南洋理工大学和新加坡国立大学)资助。 他曾在 SCELSE 担任高级研究员。 在此之前,Hinks 博士是新加坡南洋理工大学的研究员。

@jamiehinks5

图片由 惠纳切夫 on Unsplash

跳到内容