加快微藻产业的研究助力健康中国 ——访国际欧亚科学院院士、美国医学与生物工程院院士、国际食品科学院院士、深圳大学高等研究院院长陈峰

“营养健康是未来食品工业的发展趋势,营养健康产业是‘健康中国’行动中的重要组成部分。”近日,陈峰在“未来食品高峰论坛”接受《中国周刊》采访时表示,“人造肉”是未来食物的代表。微藻 “人造肉”具有巨大开发潜力,发展适合微藻特性的个性化加工技术是关键。目前微藻培养技术仍较传统导致产率偏低,发展新型培养策略和先进的代谢调控技术将是未来的趋势。同时,对微藻功能成分及功效的研究亟需加强以提升产品价值。

自1987年起,陈峰在微藻领域的探索有三十余年,率先提出利用异养方式规模化高密度培养微藻以生产高附加值功能性食品成分及藻类生物能源,从根本解决了传统上微藻光合养殖由于光限制导致生物质产量低的问题,同时还将研究扩展到其它微生物和植物资源的开发及功能性成分研究等领域。

 

前景广阔

根据Credence Research的报告显示,微藻的全球市场在2016-2023年间的年均复合增长率超过5.2%,预计在2023年将达到447亿美元。

自然界中的微藻有200,000-800,000种,代谢路径丰富,富含蛋白、油脂、多糖、色素等产物,但真正工业化应用的种类仅十几种,截至目前在我国共有6种藻获得食品资质,具有巨大的挖掘潜力。

陈峰表示,微藻替代蛋白“人造肉”的优势是从原料生产到终产品,全程实现工业化生产、蛋白获取效率高,有望降低价格、赋予更多健康功能。

 

他介绍说,微藻类蛋白质拥有人体必需的氨基酸种类,蛋白质含量可达60%—70%,远高于牛肉、大豆等高蛋白食物。以小球藻为例,由高达60%的蛋白质组成,其蛋白质含量比牛肉高3倍。大多数小球藻提取物每盎司最多可含16克蛋白质,并含有多种必需氨基酸,使其成为理想的植物蛋白来源。

畜肉中饱和脂肪与胆固醇不利于健康,而藻油中不但不含胆固醇,还有丰富的不饱和脂肪酸,尤其是陆生植物缺少的长链多不饱和脂肪酸,如DHA、EPA。脂肪对于“人造肉”必不可少,添加藻油会提高其健康功能。

微藻中含有丰富的色素,如虾青素、岩藻黄素、玉米黄素等,其中脂溶性的类胡萝卜素有多重功能:着色、抗衰老、抗肥胖、抗氧化功能、抑制AGEs、调节肠道菌群等。微藻类胡萝卜素用于“人造肉”,可以发挥如下作用:其前体具有规模化生产血红素的可能、天然色素,混合不同类胡萝卜素藻粉,模拟肉类血红色、抑制AGEs产生,提高热加工安全性、赋予健康功能,减肥、护眼、抗老化。

 

面临挑战

微藻的技术研究虽然取得了诸多进展,但也面临着不少挑战。陈峰向《中国周刊》表示,微藻蛋白质在未来食品应用面临着由于光合作用为主,细胞密度和含量低导致蛋白质等食品营养素产率受到限制;微藻蛋白质性质差异较大,加上颜色和特殊气味,限制了其在食品中的广泛应用;功能成分及功效的研究尚有不足,限制了产品升级和升值等挑战。

陈峰通过发酵罐发酵策略提高产率、基因工程改造合成途径、代谢工程提高产率、目标产物生物合成与调控、微藻原位磁分离收获技术等方式来提高食品营养素。首次开发了一种新型、快速体外分析DGATs功能的方法。揭示了DGATs在微藻合成中性油脂途径的关键作用及在基因工程中的应用价值,显著提高EPA等脂肪酸产率。

陈峰采取微藻藻种选择及相关生物技术(颜色解决方案),通过异养培养裸藻使得藻粉绿色减弱或丢失。同时,采用螺旋藻、豆类蛋白为原料,采用高水分蛋白挤压重组工艺制造出的蛋白脆片产品。挤压的过程也有效去除不良气味。相比市场上的淀粉脆片类产品(如薯片、米饼、锅巴等)有不会引起血糖骤升、也不会摄入过多油脂,增加肥胖风险。更重要的是,螺旋藻蛋白可以提高免疫力等优势。

近年来,陈峰一直在加强功能成分和功效的研究。以螺旋藻为例,近年来有关研究主要集中在其功能活性的确证方面。螺旋藻主要的活性成分为藻蓝蛋白、β-胡萝卜素、硫酸多糖、γ-亚麻酸。研究表明,螺旋藻已知的活性有抗氧化性、抗炎症、提高免疫力等,针对糖尿病的抗糖基化作用、抗痛风、抗肥胖、抗衰老等有着显著的作用。

陈峰认为,微藻 “人造肉”待解决问题方案包括建立以蛋白、功能油脂、功能色素为目标的工业化异养/混养微藻培养方法。建立微藻组织化蛋白品质评价方法及标准,以及建立能提高组织化蛋白持水力的方法。开展微藻色素模拟肉类血红素颜色的研究,并优化微藻蛋白减色脱色工艺。积极开发、申报微藻新资源食品原料。

 

产学研用一体化

应用研究的关键价值在于实验室的成果向现实生产力的转化。利用现代生物工程方法解决规模化培养难题、建立食品功能精准验证手段及发展现代食品加工技术才能使微藻在未来食品的探索和应用中发挥应有的威力。

陈峰站在企业的角度把握科学研究的方向,注重产学研一体化,根据客户的需求进行研发,最大化带动微藻食品行业的发展,他认为这是高校的一种社会责任。

陈峰作为润科生物工程公司首席科学家成功指导该公司创建年产1000吨微藻DHA生产线(二十二碳六烯酸)。该公司是中国第一家世界第二家规模化生产微藻DHA企业,也是目前中国微藻DHA销售量最大的企业。

“年轻一代会越来越重视对环境影响,并且从宗教或者人道主义和健康方面去考虑饮食,未来食品面临着巨大的发展机遇。”陈峰表示,深圳大学高等研究院将继续开展藻类等营养食品产业化转化的研究,促进科技成果产业化转化,为企业创新发展提供科技支撑,为健康中国的建设贡献自己的力量。

 

专家档案:陈峰,国际欧亚科学院院士、美国医学与生物工程院院士、国际食品科学院院士、深圳大学高等研究院院长、深圳大学食品产业创新发展研究院院长、深圳市孔雀团队负责人、广东省珠江创新创业团队负责人、深圳市海洋微生物组工程重点实验室主任、国际欧亚科学院中国科学中心副秘书长、广东省党外知识分子联谊会(知联会)副会长、广东省欧美同学会副会长、深圳市欧美同学会常务副会长、国家千人计划专家联谊会能源资源与环境专委会主任、中国食品科技学会常务理事、中国食品科技学会功能食品分会常务副理事长兼秘书长、新加坡——北京大学低碳研究中心首任主任、国际潮籍博士联合会副主席。曾入选教育部“长江学者”(2004年)和中组部重大人才工程第三批(2010),被国家中组部及人社部授予“国家特聘专家”称号。

研究工作主要集中在微藻生物技术、食品科学等领域。迄今已发表SCI论文350余篇,根据Google Scholar 引用达26000余次, H指数85,专著5本,美国及中国专利共30余项。

曾获香港大学“杰出青年研究奖”、“杰出研究生导师奖”、“法国—香港联合研究奖”、“首届中国食品科技杰出中青年奖”,“美国化学工程师学会大会奖”、“香港潮属总会潮拼天下杰出潮籍人士奖”,“中国侨界贡献奖一等奖”。

陈峰是英国皇家化学会杂志Food & Function (中科院1区)创刊Editor。2017年被评为全球高被引科学家,2018至2020连续三年被评为中国高被引学者,长期入选全球前百分之二顶尖科学家榜单(目前居全球17430位,中国270位)。

目前陈峰还兼任Food & Function,Journal of Integrative Agriculture,Journal of Applied Phycology,Process Biochemistry ,Biotechnology Letters,Journal of Marine Science and Engineering, Food Science and Human Wellness,Marine Drugs,Algal Research, Journal of Future Food等国际学术期刊编委或顾委。

 

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