Kukbuk
Kukbuk
Jajka i mleko (ilu. Ula Mierzwa)

Kotlet z bakterii, czyli białka z mikroorganizmów na talerzu

Dodaj do 'Przeczytaj później'

Proteiny pochodzenia zwierzęcego mogą nie wystarczyć do zaspokojenia potrzeb żywieniowych rosnącej populacji. Czy białka pochodzące z mikroorganizmów mają szansę stać się jedzeniem jutra?

Tomek Zielke

Wykształcony polonista, niedoszły filozof, kucharz z powołania, dziennikarz w międzyczasie. W KUKBUK-u odpowiedzialny jest za kuchenne laboratorium, w którym bada przepisy na idealne potrawy. Kontakt: teoriakulinariow@gmail.com

Tekst: Tomek Zielke

Ilustracje: Ula Mierzwa

Opublikowano: 8 Stycznia 2020
Ten artykuł przeczytasz w mniej niż 8 minut!

W połowie XX wieku przewidywano katastrofę: produkowanego białka, składnika niezbędnego dla funkcjonowania ludzkiego organizmu, miało nie wystarczyć do wyżywienia stale rosnącej populacji. Zwrócono się ku źródłom alternatywnym. Rozpoczęto intensywne badania nad białkami pochodzącymi z mikroorganizmów: drożdży, bakterii czy alg. 

Ponure prognozy nie sprawdziły się i konwencjonalne rolnictwo, dzięki skutecznej intensyfikacji technologii produkcji, ciągle dostarcza ludzkości potrzebnych składników odżywczych, na Zachodzie przede wszystkim pod postacią pokarmów zwierzęcych. Dzisiaj przypuszczamy jednak, że utrzymanie tego modelu rolnictwa będzie w najbliższej przyszłości niemożliwe. Potrzebne są inne niż mięso, ryby i nabiał źródła protein. Czy białka pochodzące z mikroorganizmów mają szansę stać się jedzeniem jutra?

Co to jest białko i skąd się w ogóle bierze?

Białka, nazywane również proteinami, nie tylko stanowią element budulcowy naszych tkanek, lecz także – pod postacią hormonów i enzymów – biorą udział w niemal wszystkich reakcjach, jakie zachodzą w żywych organizmach. Możemy wyobrazić sobie proteiny jako długie, zwinięte łańcuchy zbudowane z połączonych ogniw – aminokwasów. Choć w przyrodzie występuje ich wiele, zaledwie 22 spośród nich nadają się do syntezy białek. Z kombinacji aminokwasów nasze ciała są w stanie wytworzyć tysiące różnych protein, które spełniają wiele kluczowych dla życia funkcji.

Ogromny proces produkcji białek, będących fundamentem życia w ogóle, zaczyna się od tych skromnych organizmów

Aminokwasy od innych komponentów naszej diety, cukrów oraz tłuszczów, różnią się tym, że zawierają azot. To właśnie on decyduje o ich wyjątkowości. Pierwiastek ten stanowi 78% powietrza, jednak w formie, w jakiej występuje (diazot), nie może zostać użyty do budowy aminokwasów ani przez zwierzęta, ani przez grzyby, ani przez rośliny. Wiązaniem azotu z atmosfery zajmują się wyspecjalizowane mikroorganizmy, głównie bakterie, które przekształcają go w dostępne dla roślin formy. To niesamowite, że ogromny proces produkcji białek, będących fundamentem życia w ogóle, zaczyna się od tych skromnych organizmów. Cały azot, wchodzący w skład wszystkich aminokwasów, do momentu wynalezienia syntetycznego nawozu azotowego pochodził właśnie od nich.

Fiolki i zlewki (ilu. Ula Mierzwa)

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. 

Do wytworzenia kilograma białka w ramach hodowli krów potrzeba wielu kilogramów białka roślinnego

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.

Maszyna produkująca substytut mięsa (ilu. Ula Mierzwa)

Najlepiej przebadanym, a także najszerzej dostępnym produktem białkowym pochodzącym z mikroorganizmów jest Quornsubstytut 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.

Najszerzej dostępnym produktem białkowym pochodzącym z mikroorganizmów jest Quorn – substytut mięsa pozyskiwany 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.

Burger z grzybami (ilu. Ula Mierzwa)

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

Quorn prawdopodobnie pozostanie jeszcze przez wiele lat jedynym masowo produkowanym białkiem pochodzącym z mikroorganizmów

Algi potrafią wiązać dwutlenek węgla, a bakterie – karmić się metanem

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.

Źródła:

  • Obieg azotu w przyrodzie

    Bernhard, A. (2010) The Nitrogen Cycle: Processes, Players, and Human Impact, "Nature Education Knowledge", 3(10):25, 2010.

  • Aminokwasy w perspektywie ewolucyjnej

    Gutiérrez-Preciado, A., Romero, H., Peimbert, M.,  An Evolutionary Perspective on Amino Acids, "Nature Education", 3(9):29, 2010.

  • Proces produkcji jednokomórkowych białek

    Rassoul-Amini, S., Younes, G., Morowvat, M. H., Single Cell Protein: Production and Process, "American Journal of Food Technology", February 2011.

  • Jednokomórkowe białka: przemysł i patenty

    Ritala, A., Häkkinen, S. T., Toivari, M., Wiebe, M. G., Single Cell Protein — State-of-the-Art, Industrial Landscape and Patents 2001–2016,  "Front. Microbiol.", 13 October 2017.

  • Struktura protein

  • Quorn: historia i proces produkcji

W zawsze głodnym KUKBUK-u mamy niepohamowany apetyt na życie. Codziennie mieszamy w redakcyjnych garnkach. Kroimy teksty, sklejamy apetyczne wątki. Zanurzamy się w kulturze i smakujemy codzienność. Przysiądźcie się do wspólnego stołu i poczujcie, że w kolektywie siła!

Koszyk

suma:
NaN zł
Przejdź do koszyka