“利用微生物可解决‘气候变化·战争’导致的粮食危机”

Published 26 Jul.2023 12:33(KST)

KAIST研究团队向全球介绍微生物系统代谢工程

韩国研究团队提出利用微生物生产食品及调味品、化妆品的技术方案，作为应对气候变化、战争等导致粮食供应链不稳定的替代方案，受到国际社会关注。

韩国科学技术院（KAIST）表示，由生物工艺研究中心研究教授 Choi Kyungrok 和生命化学工程学系特聘教授 Lee Sanghyup 领衔的研究团队在国际学术期刊《自然生物工程评论》（Nature Reviews Bioengineering）上发表了题为《用于食品及化妆品生产的微生物系统代谢工程》的论文，相关内容于26日公布。

系统代谢工程是 Lee 教授创立的研究领域，其目标是更高效地开发作为生物产业核心的“微生物细胞工厂”，以取代对石油依赖度较高的传统化学工业。研究团队迄今为止应用系统代谢工程策略，开发出多种高性能微生物细胞工厂，可生产多种食品及美容相关化合物，包括：可提升人造肉风味与色泽的天然物质——血红素铁（heme）和锌原卟啉IX（zinc protoporphyrin IX）；可广泛用于食品和化妆品的功能性天然色素——番茄红素（lycopene）和β-胡萝卜素（β-carotene）；以及在食品或饮料生产中广泛用于赋予葡萄香味的葡萄来源化合物——甲基蒽酸甲酯（methyl anthranilate）等。

此次论文系统梳理了可生产氨基酸和蛋白质、脂类及脂肪酸、维生素、香味剂、色素、酒精、功能性化合物及其他食品添加剂等、被评价为具有重要意义的微生物细胞工厂开发案例，并全面汇总了成功将这些微生物来源物质产品化并供应市场的全球企业。此外，论文还整理并提出了多种系统代谢工程策略，有望加速开发既可环保生产、又兼具经济性的工业用微生物细胞工厂，从而生产更加多样的食品及美容相关化合物。

例如，通过微生物发酵过程，可利用目前作为动物饲料或肥料使用的非食用生物质等，生产具有较高营养价值的蛋白质或氨基酸，从而有助于提高全球粮食产量并实现稳定供应。进一步而言，通过开发人造肉等方式降低对动物性蛋白质的依赖，还有望减少畜牧养殖或水产养殖过程中产生的温室气体和环境污染。此外，赋予香草味或葡萄味的香兰素（vanillin）和甲基蒽酸甲酯（methyl anthranilate）广泛添加于各类食品中，但从植物中分离纯化的天然产品产量有限且成本高昂，因此在大多数情况下，食品中添加的香兰素和甲基蒽酸甲酯均来源于石油化工产品。

这些物质同样可以借助微生物的力量，以环保且对人体友好的方式生产。红色口红或草莓味牛奶等多种化妆品及食品中添加的胭脂虫红（胭脂红、胭脂虫色素），目前必须从仅栖息于特定仙人掌上的胭脂虫中提取；有助于皮肤美容的透明质酸，需从鸡冠或牛眼球中提取；被广泛作为保健品摄取、却需从鲨鱼或鱼类肝脏等提取的欧米伽-3脂肪酸，如利用微生物生产，则可在无伦理争议的前提下，以环保方式获得。

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Choi 教授表示：“不仅是泡菜或酸奶等传统发酵食品，必须通过发酵可可豆才能获得的巧克力原料可可脂，以及通过微生物发酵生产的调味品谷氨酸钠等，借助微生物帮助生产的食品早已是我们非常熟悉的存在。”他还称：“今后，通过微生物细胞工厂以环保、可持续方式生产的更多种类食品和化妆品，将在我们的日常生活中更加容易地被看到和使用。”

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