酵母菌能取代乳牛,生產環保又人道的鮮奶?

by:阿雀
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本文經授權轉載自友站科技新報文/ YAP KUO 

鮮奶含有維生素、鈣質及蛋白質等養分,消化吸收快速,營養豐富。但乳牛所排放的溫室氣體(二氧化碳、甲烷)及畜牧業對動物不人道的飼養方式等議題,已普遍引起各國重視。

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牛奶是許多人喜愛的飲品,也是常用的食材。(首圖來源:pixabay

合作廠商

雖然有業者試圖以杏仁奶和豆奶做為鮮奶替代品 ,但他們的風味就是和鮮奶不同,並非人人都能接受。因此乳品生產極需在科技上有突破性進展,好讓鮮奶成為營養健康又兼顧環保人道的飲品。

鮮奶的食安及環保議題

基於食品安全顧慮,有部分消費者傾向於選擇杏仁奶和豆奶,因為較不需要擔心各類生長激素和抗生素殘留的問題,這類替代品銷售量已占美國相關零售市場約三分之一。而乳牛消化道中微生物發酵所產生的甲烷氣體,是一種溫室效應強度比二氧化碳高數十倍的氣體,據聯合國農糧織統計,畜牧業占全球溫室氣體排放量的 14%,是全球第三大溫室氣體排放製造者,其中有三分之二來自牛隻。若能縮減地球上畜牧業規模,對改善全球暖化意義重大。

酵母菌能取代乳牛?

為了對地球環境做出貢獻,許多科學家投入開發環境友善的牛奶替代品。以色列特拉維夫大學(Tel Aviv University)就有科學家正在發展一項新技術,試圖以基因工程技術讓酵母菌生產風味和外觀都與鮮奶沒有兩樣的飲品,特拉維夫大學生物醫學工程系教授塔米爾·塔勒(Tamir Tuller)與創業家艾爾·伊弗佛根(Eyal Iffergan)已為此成立名為 Imagindairy 的新創公司。

該公司目標是生產出含有牛奶重要營養成分、同時具有人們熟悉風味、香氣與口感的替代牛乳飲品此外,塔勒教授強調,Imagindairy 的牛奶和奶酪產品將比傳統鮮奶更健康,因為它將不含膽固醇及乳糖。

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畜牧業占全球溫室氣體排放量的 14%,其中有三分之二來自牛隻。

Photo: Andy Kelly

風味及生產成本須兼顧

研發團隊明白他們的目標不僅止於生產杏仁奶或豆奶那樣的牛奶替代品,而必須讓酵母菌生產出與鮮奶一模一樣的產品,如此才可提升消費者的接受度。因此 Imagindairy 公司網羅了以色列最大食品公司的食品工程師和專家為產品把關,他們也正試圖從酵母中提取牛奶蛋白來生產乳酪,這其實是一個長期研發計畫,除了必須改善以酵母菌生產牛奶蛋白的產率,還要降低生產成本,才能讓酵母鮮奶成為大眾經濟負擔得起的產品。

改寫牛奶蛋白基因之語言編碼

利用酵母菌製造來自乳牛基因的牛奶蛋白是一回事,但是要讓它高效率地量產則是另一項挑戰。牛奶蛋白基因的編碼是以乳牛細胞較熟悉的基因語言編碼所編寫,這些基因編碼若想在酵母菌細胞內高效執行,勢必要重新以酵母菌細胞較熟悉的語言重新編寫。

十多年來,塔勒教授的實驗室致力於運用生物物理模擬、分子演化模擬及機器學習等方法來改良外來基因於微生物大量表現的技術。這些技術過去已成功運用於酵母菌、細菌及藻類等微生物生產疫苗、抗體等高經濟效益蛋白質,塔勒教授團隊目前則正在挑戰此一新目標:牛奶。他相信以他所累積的研發能量,將會在短時間內成功達標。

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釀酒以及麵包都需要使用酵母菌。

Photo: Hector Farahani

結語

人類運用酵母菌已有數千年歷史,舉凡釀酒麵包都需要有酵母菌幫忙,由於它培養容易、生長快速,許多生物學家利用它來研究細胞分裂、DNA複製及修復等生命現象。2016 年諾貝爾得主日本細胞生物學家大隅良典教授,早年即是以酵母菌為研究工具發現了細胞的自噬作用(autophagy)2013 年得主謝克曼(Schekman)教授同樣利用酵母菌研究,發現了細胞內囊泡運輸(vesicle traffic)機轉。可以這麼說,酵母菌不僅幫助滿足人類的口腹之慾,也滿足了人類的求知慾。