预计2050年，全球人口数量将增长到100亿，下一代面临的最大挑战之一是养活全世界。随着人口的不断增长，人们对肉类需求总量也会持续增加，这将对全球食品体系的发展构成威胁和挑战。基于此背景下，肉类替代蛋白市场迎来快速发展的阶段，各种新兴蛋白层出不穷，尤其以植物蛋白增长最为明显。波士顿咨询公司近期发表的市场数据显示，预计2035年，替代蛋白市场规模将有望达到2900亿美元，其中植物基制品将达69%的市场占有，其次是微生物发酵蛋白（22%）和细胞培育蛋白（9%）。然而，就市场消费量而言，2020年全球消费约1300万吨替代蛋白，仅占动物蛋白市场的2%，市场增长空间还非常巨大。
2035年替代蛋白市场规模
Innova Market Insights市场数据显示，2019年全球市场上推出的替代蛋白新品中，领先的原料均为植物蛋白，应用前五的是小麦蛋白（44%）、大豆蛋白（17%）、大豆分离蛋白（11%）、水解植物蛋白（8%）以及豌豆蛋白（8%）。传统的植物蛋白也面临着市场“挑战”，对植物蛋白需求的增加正在导致森林砍伐、土壤侵蚀和生物多样性丧失等全球性问题。
2019年全球市场推出的主要替代蛋白
数据来源：InnovaMarket Insights
微生物蛋白也是市场上值得期待的一种蛋白原料，相较传统农业生产模式更具可持续性。The Good Food Institute2020年发布的市场数据显示，全球范围内有8.37亿美元的风险投资投向了替代蛋白质发酵公司，2019年--2020年也是全球微生物发酵蛋白企业的集中爆发点。加拿大Smallfood是新兴替代蛋白领域市场玩家，寻求可持续解决方案来应对世界上巨大的蛋白质和食品生产挑战，发现了一种潜力巨大的“微生物”。Smallfood公司对外表示，这是一种新型的非转基因完整蛋白质，这种蛋白质来自单细胞海洋微生物，声称其可与动植物蛋白进行市场竞争。
图1：Smallfood蛋白的可持续性
图源：Smallfood
Smallfood公司CEOMarc St-Onge表示，公司有时候会被描述为“微藻”公司，但这并不严格准确，因为它生长的生物体“与微藻完全无关”。其在研究一种单细胞海洋生物或原生生物，它属于破囊壶菌科，严格来说不是动物、植物或真菌。与实际微藻相比，它更接近褐藻。目前正在生产“小规模”蛋白质浓缩物和分离样品（每周几公斤），用于食品和饮料制造商试验。Smallfood公司研究的这种微生物不同寻常，因为它能产生高水平的蛋白质（约60%）、碳水化合物和长链Omega-3脂肪酸。通过对2万多种独特的微生物进行测序，从而产生一种候选微生物，这种微生物产生的蛋白氨基酸结构更接近于牛肉，而不是植物蛋白。该款蛋白质的大多数氨基含量与大豆或豌豆相当或更好，并且含有动物蛋白相同水平的苏氨酸和蛋氨酸，详见图2。
图2：Smallfood蛋白质氨基酸结构对比（植物&牛肉）
图源：Smallfood
这是一种野生型菌株，不需要基因改造（不像目前在合成生物学的帮助下生产的某些微生物蛋白），但需要一个特殊的过程。从工业规模方面来说，这些浓缩蛋白将具有与植物蛋白浓缩蛋白和分离蛋白相比的价格竞争力，同时提供优越功能和营养。Smallfood通过专有的无溶剂工艺提取蛋白质，以制造蛋白质浓缩物（80%蛋白质）和分离物（最低90%蛋白质，PDCAAS评分：1）。与浓缩蛋白和分离物相比，全食品/生物质的市场是相当小的。此外，该公司还将高价值的脂类（长链Omega-3脂肪酸）和碳水化合物（类似于卡拉胶）的硫酸多糖形式推向消费市场。从这种微生物中生产的分离蛋白带有淡琥珀色，轻微鲜味，将其滴入到一杯水中，它在相当高的浓度下仍然是100%可溶的，不会产生沉淀。目前，该原料的应用范围从RTD和粉状饮料到膳食补充剂，烘焙食品，肉类类似物以及各种形式的蛋白质强化产品。Smallfood蛋白质也可混合到植物配方产品中，以改善其营养和功能，目前仍然做大量的工作去了解蛋白质的功能。同时，该原料含有的碳水化合物在某种程度上类似于卡拉胶，但不完全相同，并有一些潜在的有趣食品应用创新。
图3：Smallfood分离蛋白
图源：Smallfood
在过去的12-18个月里，植物蛋白市场迅速增长，从酒糟生产的豌豆蛋白到大麦蛋白再到燕麦蛋白等。相比之下，生物反应器中生长的微生物蛋白有一些市场优势。首先，这些微生物生长快速、高效（生物量在每2-3个小时就会翻倍），这意味着可以有效地在任何地方使用蛋白质，不需要衡量天气原因。据悉，该公司目前正在转向半连续的工艺过程，每天都能实现蛋白质的收获，一天之内就能装满一个工业化规模的发酵罐。其次，从环境影响角度来看，微生物蛋白质的生产对淡水和土地投入最少。Smallfood公司的微生物需要盐水培养基，可消耗许多不同类型的糖，并能高效地将它们转化为蛋白质。同时，将农业废料作为原料，将其打造成循环经济的一部分，围绕这些关键的供应链建立伙伴关系。最后，提供可持续和安全的供应链。Smallfood的创新加工系统可在短短几天内提供高质量植物蛋白，而豌豆和大豆蛋白需要好几个月的时间。这个过程不仅花费更少的时间，而且还消除了对耕地、杀虫剂和有害化学物质的需要，以及土地侵蚀。
图4：Smallfood的创新加工系统
图源：Smallfood
随着消费者对环境意识的增强，食品和饮料制造商一直在密切关注对地球友好的非转基因蛋白质来源，这些来源为各种产品提供了市场空间，包括植物、微生物和细胞培养物。豌豆蛋白一直在改进，例如，在肉类替代品中效果很好，但它们在现成的饮料等产品中仍然存在感官挑战，因为它们可能会脱离悬浮物，品质受到影响，或需要风味掩盖。它们还必须与其他蛋白质结合，如大米，以平衡氨基酸的组成。该原料可应用于广泛的pH值范围，不会形成相应的沉淀；配方简单；无砂粒，口感良好等。据悉，该公司正在与世界各地的顶级食品和饮料制造商交谈，计划将该原料应用到食品饮料产品配方中。对于消费者而言，该原料目前还存在法规和标签方面的挑战。比如，如何向消费者表述食用来自微生物的蛋白质（不是在普通食品柜里可以找到的东西），以及如何在配料表中描述Smallfood蛋白质。目前，这两方面的工作仍在进行中。严格来说，该款蛋白质描述为“基于植物的”并不准确，而且它也不是真菌。然而，它的可持续和非转基因特性对食品公司很有吸引力。未来，随着耕地变得越来越稀缺，食物越来越多地在本地垂直农场、生物反应器、管道和其他系统中培育种植，我们必须找到更广泛地与消费者谈论由微生物食品工厂生产的越来越多的原料方法。在标签方面，Smallfood正与监管机构进行对话。举例来说，使用其蛋白质的公司可能必须列出微生物的名称和“分离蛋白”一词，目前已经完成初步的毒理学工作，证明其安全性，正在汇总一份GRAS检测结果。Smallfood是利用微生物（酵母、细菌、真菌、藻类和其他微生物）生产蛋白质的初创公司之一。目前，Smallfood是加拿大首家获得许可的细胞水产养殖公司，这个过程花了大约一年的时间，但为公司在加拿大合法培育和销售海洋微生物，并出口到国外铺平了道路。还有一些公司利用合成生物学技术培育微生物来生产乳清或蛋清等特定蛋白质（比如Perfect Day，Geltor，ClaraFoods，Motif Foodworks，ChangeFoods）。另一些则通过收割整个生物质来种植富含蛋白质的天然食物原料，包括Nature’s Fynd，Air Protein，Meati Foods，Atlast Food，Superbrewed Food以及Triton Algae Innovations。迄今为止，St-Onge已筹集逾2000万加元，目前正在筹集B轮融资，为商业规模生产提供资金。目前正处于将这项技术产业化的阶段，有许多外部合作可以提供资源和资助，但有一个12人的核心团队，随着8个月的构建阶段，这个团队将持续壮大。
参考文章：
1.Smallfood gears up for commercial production of novelhighly soluble complete protein source
2.波士顿咨询报告：十五年内，替代蛋白市场规模将至2900亿美元，植物基产品占比达7成，35斗
