ספגטי בולונזה - Spaghetti Bolognese תוצרת חברת Quorn[1] אנגליה מיוצר עם חלבון צמחי כתחליף לבשר המכונה - Mycoprotein, שהופק מן העובשFusarium venenatum
חלבון חד-תאי הוא חלבון מיקרוביאלי המופק מחיידקים, שמרים, עובשים ואצות שגודלו בתנאים המתאימים להפקה מירבית של חלבונים אלה. החלבונים מופקים להזנה של בני אדם ובעלי חיים.[2]הביומסה או תמצית החלבון מתרביות טהורות או מעורבות של מיקרואורגניזמים אלה עשויה לשמש כמרכיב או תחליף למזונות עשירים בחלבון. חקלאות תעשייתית מתאפיינת בשימוש כמויות מים גבוהות, [3] שימוש מרובה של קרקעות, [4] הרס מגוון ביולוגי, [4] הידרדרות אקולוגית כללית [4] ותורמת לשינויי האקלים על ידי פליטת שליש מכל גזי החממה; [5] ייצור SCP גורם לאף אחד מארבעת החסרונות האלה. SCP נהוג לגדל על מוצרי פסולת חקלאית, אם כי עשוי להיות מיוצר ללא תלות במוצרי פסולת חקלאיים, באמצעות גידול אוטוטרופי.[6] הודות למגוון הגבוה של חילוף החומרים המיקרוביאלי, SCP אוטוטרופי מספק מספר אופני צמיחה, אפשרויות מגוונות של מחזור חומרים מזינים ויעילות גבוהה באופן משמעותי בהשוואה לגידולים חקלאיים. [6] פרסום משנת 2021 הראה שייצור חלבון מיקרוביאלי המונע על ידי תאי שמש[7]יכול לנצל פי עשר פחות אדמה עבור כמות שווה של חלבון בהשוואה לגידול פולי סויה בשיטה החקלאית המסורתית.[8] כאשר אוכלוסיית העולם תגיע לפי המשוער לתשעה מיליארד בני אדם עד שנת 2050, יש ראיות חזקות לכך שהחקלאות לא תוכל לעמוד בביקוש[9] ושיהיה קיים סיכון רציני למחסור במזון. [10][11] SCP אוטוטרופי מייצג אפשרויות של ייצור מזון המוני בטוח מזון איכותי גם בתנאי אקלים קשים.[12]
בשנת 1781 כוננו תהליכים ראשונים להכנת תוצרים מרוכזים מאוד של שמרים. המחקר על טכנולוגיית חלבון תא יחיד החל לפני מאה שנה כאשר מקס דלבריק הביופיסיקאי, זוכה פרס ועמיתיו גילו את הערך הגבוה של עודפי שמרי בירה כתוסף האכלה לבעלי חיים. [13] במהלך מלחמת העולם הראשונה ומלחמת העולם השנייה, השתמשו בו בקנה מידה גדול בגרמניה כדי להתגבר על מחסור במזון. התחלת ייצור SCP משמרים היווה לעיתים קרובות אבן דרך לביוטכנולוגיה המודרנית. בשנת 1919, סאק בדנמרק והיידוק בגרמניה המציאו שיטה בשם "Zulaufverfahren" שבה תמיסת סוכר הוזנה באופן רציף בתרחיף מאוורר של שמרים במקום להוסיף שמרים לתמיסת סוכר מדוללת. [13] בתקופה שלאחר המלחמה, ארגון המזון והחקלאות של האו"ם (FAO) הדגיש את בעיות הרעב והתת-תזונה בעולם והציג את הרעיון של מחסור בחלבון, תוך שהראה של-25% מאוכלוסיית העולם יש מחסור בצריכת חלבון בתזונה שלהם. [13] כמו כן, התהווה החשש שהייצור החקלאי לא יעמוד בדרישות ההולכות וגדלות של מזון על ידי האנושות. עד אמצע שנות ה-60, כמעט רבע מיליון טון של שמרי מזון הופקו בחלקים שונים של העולם. רק בברית המועצות יוצרו כ-900,000 טון שמרי מזון ומספוא עד שנת 1970. [13] בשנות ה-60 פיתחו חוקרים ב-BP- British Petroleum , תהליך המכונה "תהליך ייצור חלבונים משמן": המבוסס על טכנולוגיה לייצור חלבון חד-תא על ידי שמרים המוזנים על ידי פרפינים משעווה, תוצר לוואי של בתי זיקוק לנפט. עבודת מחקר ראשונית נעשתה על ידי אלפרד שמפניט Alfred Champagnat בבית הזיקוק לנפט Labret בצרפת; מפעל פיילוט קטן החל לפעול במרץ 1963, ואושרה אותה בנייה של מפעל הפיילוט השני, בבית הזיקוק לנפט Grangemoth בבריטניה.(Grangemouth Oil Refinery)[14] רעיון ה-"מזון מנפט" הפך לפופולרי בשנות השבעים של המאה ה-20, כאשר לשמפניאט הוענק פרס אונסק"ו למדע בשנת 1976, [15] ומתקני שמרים המוזנים בפרפין נבנו במספר מדינות. השימוש העיקרי במוצר היה כמזון לעופות ובקר.[16] תעשייה בשם "BVK" (belkovo-vitaminny kontsentrat התפתחה ביחוד בברית המועצות ליד בתי זיקוק של נפט, בערים Kstovo (1973)[17][18][19] ו- Kirishi (1974).[20] עד שנת 1989. בעיית האפשרות לרעילות מזונות אלה בעקבות ריכוזי תרכובות אורגניות טוקסיות - האלקנים[21], מפעלים אלה נסגרו על ידי הרשויות, או משמשים לצרכי מחקר מיקרוביאלי.[20]
חלבונים חד-תאיים נוצרים על ידי מיקרואורגניזמים שונים בתהליכי תסיסה של חומרי פסולת ממקורות שונים (עץ, קש, שימורים ופסולת עיבוד מזון, שאריות מייצור אלכוהול, פחמימנים או הפרשות של בני אדם ובעלי חיים). [22] בתהליכים המיועד להפקת חשמל התשומות הן חשמל, חד-תחמוצת הפחמן ומתכות קורט וכו כימיקלים שונים כגון דשן. [23] אפשר גם להפיק SCP מגז טבעי לשימוש כמזון. [24] באופן דומה ניתן להפיק SCP מפסולת פלסטיק על ידי תהליכי מחזור. [25]
הפקת חלבונים חד-תאיים מהפסולת כרוכה בעלויות גבוהות בגלל הצורך בשימוש בתהליכים יקרים בשל ריכוזים תפוקה נמוכים מאוד, בדרך כלל פחות מ-5%. מהנדסים פיתחו דרכים להע לאת הריכוזים בתהליכים של צנטריפוגה, ציפה, השקעה (Sedimentation), קרישה Coagulation, וסינון, או שימוש בממברנה חדירה למחצה
semi-permeable membranes . החלבון החד-תאי צריך לעבור תהליך של ייבוש עד לתכולת לחות של כ-10% כדי לאפשר אחסון ממושך ללא קלקול. השיטות להעלאת הריכוזים לרמות נאותות ותהליך הפחתת המים דורשים ציוד יקר ולא תמיד מתאימים לפעולות בקנה מידה קטן.
יתרונות החלבון המקרוביאלי החד- תאי SCP לעומת חלבון מן החי והצומח:[עריכת קוד מקור | עריכה]
לייצור בקנה מידה גדול של ביומסה מיקרוביאלית יתרונות רבים על פני השיטות המסורתיות לייצור חלבונים למזון או מזון.
הביומסה המיקרוביאלית נבנית מהר בגלל כושר החלוקה שלהם: אצות בין 2-6 שעות, שמרים בין 1-3 שעות, חיידקים בין 20-120 דקות. בעוד שחלקים גדולים של צמחים אינם נאכלים ואינם נעכלים, הרי שהביומסה המיקרוביאלית ניתנת לאכילה ולעיכול. הביומסה המיקרוביאלית מכילה רמות גבוהות יחסית של חלבון, 30-70% לחומר יבש בהשוואה ל ירקות וגרעיני חיטה.[26]. חלק מהמיקרואורגניזמים מסוגלים גם לסנתז ויטמינים, כולל ויטמין B12 בריכוזים משמעותיים. מיקרואורגניזמים מסוגלים להשתמש בקשת רחבה של מקורות חנקן, כולל, אלקנים, מתנול, מתן, אתנול וסוכרים, חומרים שנחשבו פעם לשאריות מזון שלא ניתן למחזר, אפשר כיום למחזר אותם על ידי שימושם לחומרים בעלי ערך תזונתי רב למיקרואורגניזמים שונים. מיקרואורגניזמים אאוטוטרופיים מסוגלים להתשמש בדו תחמוצת הפחמן כמקור לפחמן בבניית חומרים אורגניים, ביעילות של פי עשר בהשוואה לצמחים עילאיים בהשתמשם בתהליך על שם Wood–Ljungdahl
בטבע קיימים חיידקים המסוגלים לקבע את גז החנקן מן האוויר.[27] חיידקים רבים מסוגלים להשתמש במימן כמקור לאנרגיה, על ידי שימוש בהידרוגנזות (hydrogenases). [28] יצירת ביומסה מיקרוביאלית אינה תלויה בתנודות אקלימיות קיצוניות, בניגוד לגידולי שדה המושפעים באופן מובהק על ידי תנודות אקלימיות.
מיקרואורגניזמים שאינם תלויים בתאורה יכולה לצמוח בתנאי לילה בדומה לתנאי יום. צריכת המים לגידול מיקרואורגניזמים נמוכה בהרבה לעומת גידולי שדה המצריכה שימוש בהשקייה, מי תהום, מים עיליים ומי גשמים. גידולים אלה ניזקקים בממוצע ל-1800 ליטר מים לקילוגרם יבול [29] איוד, הזעה, וזליג ה של מים עיליים, תופעה שאינה קיימת בביוראקטורים לייצור SCP. גידול ביומסה של מיקרואורגניזמים אינה דורשת אדמה פורייה ולכן אינה מהווה תחרות לחקלאות. היא יכולה להתבצע גם באזורים בעלי אקלים יבש, בסביבה של אדמה לא פוריה, ומאפשרת הספקת חלבונים לאזורים שבהם קיים קושי חקלאי.
לצריכת חלבון SCP עלולה להתלוות גם תופעה של נזקים בריאותיים שונים: רגישות אלרגית, רגישות לריכוזים גבוהים של חומר גרעיני, נוכחות של מיקרוטוקסינים ופיקוטוקסינים. על כן, מוצרים אלה הנחשבים לחומרי גלם בתעשיות מזון שונות חייבים לעמוד בתקנים בין לאומיים המבטיחים אי חשיפה לריכוזים של חומרים רעילים מעל המותר.
שימוש בחלבוני SCP עלולה לחשוף אוכלוסיות לחלבונים חדשים שטרם נחשפו אליהם עד כה. טיפולים טרמיים שחלבונים אלה עוברים על מנת להופכם לאכילים, כגון, בישול, אפיה, טיגון וצלייה, עלולים להפוך חלבונים אלה לבעלי תכונות אלרגניות יותר מהחלבונים הבלתי מעובדים. משנת 2021 מתקיים תהליכי חקיקה על ידי ה-GFI
SPC המופק מעובשים עלול להכיל ריכוזים גבוהים של אפלטוקסינים ופיקוטוקסינים[32][33]. הפקת חלבונים מעובשים מחhיבת בקרה קפדנית ומחמירה בתהליך הייצור, על מנת להימנע ממוצר סופי שאינו עומד בדרישות התקנים ועלול לסכן את הצרכן.
סוג אחר של אנלוגי בשר מבוסס חלבון יחיד המופק מחיידקים [34]. המוצר קרוי Calysta[35] . מפיקים נוספים הם מפעלים בשם Unibio (דנמרק), Circe Biotechnologie (אוסטריה) ו-String Bio (הודו). SCP נחשב למקור למזון חלופי או עמיד. [36][37]
^Vrati S (1983). "Single cell protein production by photosynthetic bacteria grown on the clarified effluents of biogas plant". Applied Microbiology and Biotechnology. 19 (3): 199–202. doi:10.1007/BF00256454.
^Vrati S (1983). "Single cell protein production by photosynthetic bacteria grown on the clarified effluents of biogas plant". Applied Microbiology and Biotechnology. 19 (3): 199–202. doi:10.1007/BF00256454. S2CID36659986.
^Litchfield JH (16 במרץ 1989). "Single-cell proteins". In Marx JL (ed.). A Revolution in Biotechnology. Cambridge University Press. pp. 71–81. ISBN978-0-521-32749-7. {{cite book}}: (עזרה)
