Предыстория

Глобальная задача прокормить прогнозируемое 10 миллиардов человек к 2050 году в условиях изменения климата и болезней сельскохозяйственных культур требует увеличения производства продуктов питания на 50% в течение следующих 25 лет.

Предыдущие исследования, включая Отчет о мировых ресурсах, выявили несколько решений, включая снижение роста спроса на продовольствие, увеличение производства без расширения сельскохозяйственных угодий, защиту экосистем, увеличение предложения рыбы и сокращение выбросов парниковых газов в сельском хозяйстве.

Для решения этих проблем требуются инновационные технологии, такие как точное земледелие, генетические модификации и альтернативные источники белка.

Однако внедрение этих технологических достижений в коммерческое применение имеет решающее значение, и часто инициаторами этого являются стартапы и дочерние компании университетов.

Несмотря на значительные усилия, по-прежнему существует пробел в эффективном масштабировании этих инноваций, особенно в разработке и коммерциализации альтернативных источников белка для удовлетворения потребностей в белке, обусловленных различными тенденциями в питании населения с низким и высоким доходом.

Этот обзор посвящен последним достижениям и коммерческому применению альтернативных источников белка для решения проблемы продовольственной безопасности.

Экосистема стартапов

Автор статьи, Елена Лури-Люк из Департамента биологических наук Даремского университета, Великобритания, использовала стартапы в качестве источника данных для оценки достижений в области альтернативных белков благодаря их гибкости и инновационности.

В отличие от традиционных обзоров, посвященных методам производства или конкретным источникам белка, этот подход рассматривает альтернативы белкам животного / рыбного происхождения с помощью трех стратегий: замена существующих продуктов доступными заменителями, модификация существующих белков неживотного происхождения и создание новых белков с использованием таких технологий, как трехмерная (3D) биопечать и прецизионная ферментация.

Проникновение этих альтернатив на рынок зависит от масштабируемости и стоимости. Чтобы проиллюстрировать это, стартапы были отобраны на основе их предложений протеинов, технологических подходов и активного статуса и классифицированы по основным направлениям «Заменить», «Модифицировать» и «Производить».

Эти стартапы были проанализированы на предмет их научной основы, этапов разработки продукта и ключевых проблем, что дало всестороннее представление об экосистеме альтернативных белков.

При разработке экосистемы стартапов был использован подход к инновационной стратегии решения проблем. Проблема, которую необходимо решить, заключается в поиске альтернативы белкам животного / рыбного происхождения, и когда дело доходит до поиска альтернативы, необходимо рассмотреть три основных варианта: (1) использование замены, (2) модификация существующих источников белков неживотного / не рыбного происхождения и (3) создание альтернативного источника белков. (1) Замена: этот вариант предполагает использование легкодоступного заменителя целевого соединения, например, современных вариантов вегетарианской диеты. (2) Изменение: этот вариант предусматривает модификацию существующих источников белков неживотного / не рыбного происхождения для замены целевого соединения, например, белком на основе насекомых. (3) Производство: Этот вариант исходит из точки зрения инноваций продукта, обеспечивая наибольший потенциал и в то же время решая самые сложные задачи. Это включает в себя использование новых технологических процессов для производства белков, например, 3D-биопечати, продуктов культивирования клеток, точной ферментации и т.д.

Замена мясных белков

Стратегия «Замены» предполагает использование существующих ингредиентов не животного происхождения, которые могут заменить животные и рыбные белки. Хотя этот подход может показаться не очень инновационным, он использует современные достижения в области машинного обучения и цифровых баз данных.

Алгоритмы машинного обучения могут разрабатывать заменители продуктов питания на растительной основе, анализируя обширные данные о составе продуктов, питательности и рецептурах. Например, некоторые стартапы разработали инструменты, которые используют искусственный интеллект (ИИ) для преобразования любого рецепта в версию на растительной основе, просто введя его в поле поиска на веб-сайте.

При одинаковом восприятии потребителями различных продуктов alternative proteins их проникновение на рынок в первую очередь будет зависеть от их масштабируемости (способности переходить из ниши на массовый рынок без ущерба для качества) и стоимости (по крайней мере, равной белковым продуктам животного / рыбного происхождения). Эти два параметра были использованы для составления карты потенциала проникновения на рынок различных альтернативных вариантов протеина на примерах текущего рынка. Примечание: примеры продуктов предназначены для иллюстрации относительного положения и представлены в немасштабном формате.

Использование источников неживотного белка

Стратегия «Модификации» использует существующие источники неживотного белка, такие как растения и насекомые.

Насекомые, которых потребляют около двух миллиардов человек во всем мире, являются устойчивым источником белка, поскольку они требуют меньше ресурсов и оказывают меньшее воздействие на окружающую среду. Продукты на основе насекомых набирают популярность на западных рынках, и, по прогнозам, рынок съедобных насекомых значительно вырастет.

Некоторые компании расширяются за счет стратегических партнерств и инноваций, таких как вертикальное земледелие и технология кластерных коротких палиндромных повторов с регулярным чередованием (CRISPR). Государственная поддержка также помогает масштабировать эту отрасль. Несмотря на преимущества, остаются проблемы с принятием потребителями и обеспечением безопасности пищевых продуктов.

Люди уже давно потребляют белки растительного происхождения, а современные технологии переработки повысили их привлекательность в качестве альтернативы мясу и молочным продуктам. Рынок растительных аналогов мяса (PBMA) и альтернатив молочным продуктам (PBDA) расширяется благодаря стартапам и крупным пищевым компаниям.

Такие инновации, как 3D-биопечать и методы улучшения текстуры, решают сенсорные и структурные проблемы продуктов растительного происхождения. Несмотря на достижения, проблемы включают проблемы аллергенов, улучшения вкуса и необходимость получения исчерпывающих данных о безопасности.

Разработка мяса, выращенного в лабораторных условиях

Стратегия «Make» сосредоточена на производстве мяса, выращенного в лабораторных условиях, что предполагает культивирование клеток животных в биореакторах. Этот метод значительно продвинулся вперед, и несколько компаний разрабатывают мясные продукты, такие как курица или говядина.

Однако выращенное в лабораторных условиях мясо сталкивается с такими препятствиями, как одобрение регулирующих органов, высокие производственные затраты и сенсорное восприятие. Инновации в области 3D-биопечати и точной ферментации направлены на преодоление этих проблем.

Эти технологии обещают снизить воздействие на окружающую среду и повысить экологичность, но требуют значительных инвестиций и развития инфраструктуры.

Выводы

Новые технологии продвигают альтернативные источники белка для решения проблем продовольственной безопасности и охраны окружающей среды за счет сокращения выбросов и землепользования. Экосистема альтернативных белков развивается благодаря инновационным подходам к замене, модификации и производству источников белка.

Каждая стратегия имеет уникальные преимущества и проблемы, от использования искусственного интеллекта для замены мяса на растительной основе до новаторских технологий выращивания мяса в лабораторных условиях. Успех этих альтернатив будет зависеть от преодоления технических, нормативных барьеров и приемлемости для потребителей.

Количество альтернативных белков, включая белки насекомых, грибов, растительного и клеточного происхождения (выращенное мясо и рыба), значительно возросло, и теперь продукты доступны в магазинах и ресторанах.

Тем не менее, сохраняются проблемы с принятием потребителями, ценовой доступностью и рыночным отношением из-за высоких затрат на производство, проблем с масштабируемостью и нормативных барьеров.

Решение этих проблем требует междисциплинарных исследований, новых партнерств, глобальных альянсов и постоянных инвестиций. Правительственные и неправительственные организации налаживают сотрудничество для поддержки инноваций и нормативной работы, способствуя росту стартапов и прорывным инновациям.