Kotlet z bakterii, czyli białka z mikroorganizmów na talerzu

Pomyślmy sobie o tym jako o ostatecznym łańcuchu pokarmowym: bakterie pobierają azot z atmosfery i przekształcają go w formy zdatne do użycia przez rośliny. Te z kolei wytwarzają z nich aminokwasy, które są spożywane przez roślinożerców i używane do produkcji tkanek, będących pokarmem drapieżników. Przetrawiony azot, najczęściej w postaci amoniaku lub mocznika, wydalany jest przez zwierzęta do środowiska, gdzie w szeregu reakcji zostaje przekształcony w swoją pierwotną gazową formę, obecną w powietrzu. Cały cykl może rozpocząć się na nowo.

Dlaczego warto zainteresować się białkiem z mikroorganizmów? Jak wygląda proces jego produkcji?

Współczesny system produkcji białka zwierzęcego jest niewydajny. Do wytworzenia kilograma białka w ramach hodowli krów potrzeba wielu kilogramów białka roślinnego. Nawet gdybyśmy masowo przeszli na weganizm, to uprawy roślin wymagają dużych ilości środków ochrony roślin oraz nawozów azotowych, które przesączają się do rzek, jezior i oceanów. 

Produkcja białek z mikroorganizmów, nazywanych również niezbyt precyzyjnie SCP (single-cell proteins – białka z organizmów jednokomórkowych), unika wielu z tych problemów. Do hodowli nie potrzeba dużo miejsca, wszystko dzieje się w specjalnych urządzeniach nazywanych fermenterami lub bioreaktorami. Niektóre organizmy, jak na przykład mikroalgi (spirulina), można także rozmnażać w otwartych, naturalnych zbiornikach. Kluczowe jest zapewnienie odpowiedniej temperatury oraz składników odżywczych, gwarantujących maksymalny wzrost. Należy przy tym zaznaczyć, że większość mikroorganizmów ma bardzo małe wymagania pod względem pokarmu: w wielu przypadkach wystarczają im najtańsze cukry pochodzące z rozkładu skrobi. Jako źródła azotu do syntezy białek nie używają skomplikowanych związków organicznych, jak aminokwasy, tylko dużo łatwiejszych w pozyskaniu związków nieorganicznych, na przykład amoniaku. Fermentacja mikroorganizmów w celu uzyskania protein nie różni się fundamentalnie od tej, która prowadzi do uzyskania produktów takich jak piwo czy chleb. Jedyną różnicą jest to, że zależy nam na samych komórkach mikroorganizmów, a nie na ich pracy prowadzącej do przekształcenia innych surowców: słodu lub mąki.

Najlepiej przebadanym, a także najszerzej dostępnym produktem białkowym pochodzącym z mikroorganizmów jest Quorn – substytut mięsa pozyskiwany z grzybów Fusarium venenatum. Prace nad nim trwały niezwykle długo. Rozpoczęto od wyizolowania ponad 3 tysięcy szczepów grzybów. Po wstępnych badaniach wybrano 20 spełniających następujące kryteria: szybki wzrost, brak koloru i zapachu, umiejętność korzystania z nieorganicznego azotu, brak toksyn, zawartość białka powyżej 45%. Najważniejsze jednak były testy potwierdzające bezpieczeństwo żywienia się w ten sposób wytworzonymi mykoproteinami, czyli białkami pochodzącymi z grzybów.

Dziesięcioletnie studium, rozpoczęte w 1970 roku, które obejmowało testy na 11 gatunkach zwierząt oraz 2500 ochotnikach, dowiodło bezpieczeństwa tego produktu. Nie zaobserwowano żadnych negatywnych reakcji spowodowanych jedzeniem Quornu, który został dopuszczony do sprzedaży w Wielkiej Brytanii w 1985 roku. Do popularności produktu przyczynił się zwrot w zachowaniach konsumenckich, zaobserwowany na przełomie lat 80. i 90. – ponad połowa populacji Wielkiej Brytanii ograniczyła spożycie czerwonego mięsa, a jedna piąta przedstawicieli młodszych pokoleń wybrała wegetarianizm. Pozbawiony cholesterolu, wysokobiałkowy produkt o niskiej zawartości nasyconych tłuszczów był doskonałą odpowiedzią na ich oczekiwania. Nie bez znaczenia był również fakt, że grzyby są mocno zakorzenione w europejskiej kulturze kulinarnej. Pozwoliło to uniknąć problemów spowodowanych neofobią, czyli lękiem przed nowymi, nieznanymi produktami. 

Quorn, który po odpowiednim przetworzeniu ma strukturę przypominającą włókna mięsa kurczaka, jest wytwarzany w ciągłym procesie w ogromnych bioreaktorach o pojemności ponad 150 metrów sześciennych. Wpompowuje się do nich pożywkę składającą się z soli mineralnych, glukozy, powietrza oraz amoniaku. Temperatura jest utrzymywana na stałym poziomie 30 stopni. Mykoproteiny są zbierane na bieżąco, ale przed spożyciem wymagają odpowiedniego przetworzenia, ponieważ zawierają zbyt dużą koncentrację kwasów nukleinowych, których spożycie w nadmiarze może u człowieka prowadzić między innymi do kamicy nerkowej. Białko zatem podgrzewa się do wysokiej temperatury, by uaktywnić naturalne enzymy grzybów rozkładające RNA i czyniące produkt zdatnym do spożycia. Po odwirowaniu, dodaniu substancji smakowych oraz strukturyzujących (białko jaja lub wegański odpowiednik) Quorn zamraża się i dystrybuuje. Gotowy produkt, który można dusić, smażyć, piec czy grillować, w 100 gramach zawiera 12 gramów białka, 5 gramów błonnika i niewielką ilość tłuszczu, co czyni go zdrowym substytutem mięsa.

Z jakimi problemami wiąże się produkcja białek z mikroorganizmów i czego możemy się spodziewać w przyszłości?

Każdy, kto chciałby wprowadzić na rynek produkty białkowe pochodzące z mikroorganizmów, musiałby przeprowadzić ekstensywne i kosztowne testy bezpieczeństwa, podobne do tych wykonanych przez firmę produkującą Quorn. Poza wspomnianymi już nadmiernie wysokimi poziomami RNA, wspólnymi dla niemal wszystkich mikrobialnych protein, zagrożenie mogą stanowić różne produkowane przez mikroorganizmy toksyny, a także pochodzące ze środowiska metale ciężkie. Nie można wykluczyć również nieznanych reakcji alergicznych. Przeszkodą w wielu przypadkach jest niezbyt atrakcyjny smak wielu produktów z kategorii SCP, który uniemożliwia dodawanie ich do formulacji w większej koncentracji: mogą występować jedynie jako suplement, wzbogacający na przykład pieczywo lub przekąski. To wszystko pozwala sądzić, że Quorn pozostanie jeszcze przez wiele lat jedynym masowo produkowanym białkiem pochodzącym z mikroorganizmów, mogącym stanowić alternatywę dla mięsa. 

Najbardziej obiecujące wydają się pomysły użycia mikroorganizmów do przetwarzania odpadów z innych gałęzi przemysłu, co pomoże nam zbliżyć się nieco do marzenia o cyrkularnej gospodarce, w ramach której zużycie energii, emisje gazów cieplarnianych i produkcja odpadów są zminimalizowane. Algi bowiem potrafią w skuteczny sposób wiązać dwutlenek węgla, a bakterie – karmić się metanem. Powstają także pomysły stworzenia niewielkich fermenterów do użytku domowego, zasilanych na przykład energią słoneczną, w których można by wytwarzać białko na własny użytek.

Raczej nie ma co liczyć na to, że białko pochodzące z mikroorganizmów będzie w najbliższej przyszłości zaspokajało większą część zapotrzebowania ludzkości na ten składnik. Produkcja protein roślinnych, a nawet wielu zwierzęcych, wciąż jest bardziej opłacalna. W świecie mikroorganizmów tkwi jednak niesamowity potencjał, który tylko czeka na wykorzystanie.