【科技．未来】用电和二氧化碳合成蛋白质 未来食物新希望？
假如有人告诉你，不需要依靠植物和动物，只用水、电和空气就能制造出食物，你会作何感想？这想法听起来很疯狂，然而，Solar Foods——一间创立于2017年的芬兰公司已经将此付诸现实。该公司计划于2021年开设全球首间工厂，预计到时每年可生产5,000万餐的食物，而到2022年年底，产量将提升至每年20亿餐。
Solar Foods主要以水、电和二氧化碳来合成蛋白质，这项技术最初由VTT芬兰科技研究中心（VTT Technical Research Centre of Finland）和拉彭兰塔理工大学（Lappeenranta University of Technology）合作研发。具体方法是将水电解为氧和氢，抽取当中的氢，同时向装有培养液和微生物的生物反应器（Bioreactor）注入二氧化碳、氮、磷和其他微量元素，促使反应器中的微生物发生类似发酵的反应，最后把培养出来的微生物团脱水干燥，形成类似于干酵母的粉末（见下图）。粉末的蛋白质含量为50%至60%，其余则为碳水化合物和脂肪。
事实上， Solar Foods在生产过程中并无应用太多花巧的科技，也非真的“无中生有”变出蛋白质，它所生产的既非动物蛋白，也非严格意义上的植物蛋白，而是单细胞蛋白（single cell protein）。这种蛋白质的生产过程并不复杂，其基本原理是将微生物及微生物细胞生长繁殖所需的物质与原料一起投入到发酵槽中，通过控制培养条件，菌种就会迅速繁殖，然后从发酵液中收集菌体，最后经过干燥处理，就成为了单细胞蛋白制品。
相较于其他蛋白质来源，单细胞蛋白的优点明显。由于微生物繁殖速度快，故具有惊人的生产蛋白质能力。有研究进行比较估算过，一头重500公斤的牛，每24小时只能合成0.5公斤蛋白质，而同样的时间，只要条件适宜，500公斤的细菌就能生产出1,250公斤蛋白质。
单细胞蛋白 九世纪已食用
1966年，麻州理工学院教授Carol L. Wilson首次提出单细胞蛋白一词，并在翌年举行的第一届世界单细胞蛋白会议上，将微生物菌体蛋白统称为单细胞蛋白。那场会议正式明确了单细胞蛋白可作为人类生产和生活中新的蛋白来源。
单细胞蛋白在人类社会已有广泛应用，人类食用此种蛋白质亦已有一段历史。早在九世纪，非洲乍得湖畔的土著已经开始食用单细胞蛋白——螺旋藻；在大西洋对岸的墨西哥，十六世纪的阿兹特克人从德斯科科湖（Lake Texcoco）采摘螺旋藻，并将之混入玉米饼里售卖。然而，两者食用的都是天然生长的螺旋藻，要到二十世纪初，才开始有纯培养的微生物被当成食物。一战期间，由于物资极度紧缺，德国政府利用小球藻和酵母这一单细胞蛋白代替了近半的进口动物蛋白，从而度过了粮食危机。
此后，单细胞蛋白的研究和应用渐趋成熟及多样化，许多工农业废料及石油废料都被用来培养微生物菌体。上世纪六十年代，英国石油公司利用微生物脱去石油中的蜡，同时生产饲料酵母作为副产品，石油酵母从此问世；七十年代，芬兰纸浆和造纸研究所用造纸工业的亚硫酸盐废液制造饲料酵母；及后，利用甲烷、甲醇、乙醇和乙酸等为原料的单细胞蛋白一一诞生。
不同菌种有不同的生理特性，利用何种原料来生产单细胞蛋白，还要视乎菌种的类型。在接受芬兰发行量最大的《赫尔辛基日报》（Helsingin Sanomat）采访时，Solar Foods以商业机密为由，未透露其选用的具体菌种类型。然而，根据Solar Foods向大众公开的初步生产过程及所需原料来看，无论是电解水而产生的氢气，抑或是注入的二氧化碳，几可肯定，Solar Foods选用的菌种应为氢氧化细菌（Hydrogen Oxidizing Bacteria），因为只有它是利用二氧化碳为唯一碳源、氢为唯一能源的化能自养型细菌（Aerobic Chemolithotrophs）。
碳源即生物生长和发育所需要的碳元素的来源。如果生物采用有机物作为碳源则称为异养型（heterotrophic）生物，反之如果采用二氧化碳（CO2）作为碳源，则为自养型（autotrophic）。
能量来源指生物在分解代谢中用来制造能量等价物ATP的途径。若生物使用光作为能量来源则称光能营养（phototrophic）生物，否则称化能营养（chemotrophic）生物。
由此可见，Solar Foods提出的方案并非什么旷古未有的大发明，其背后的生产原理及思路不过是二十世纪工业化生产单细胞蛋白的一种延续。若要深究Solar Foods有何创新之处，或许是它对可持续理念的贯彻，及其所搭建的一整个可再生能源系统。Solar Foods的生物反应器所用的电来自太阳能，注入的二氧化碳则是通过“碳捕捉”（carbon capture）而来，过程中不仅确保零排放的承诺，更有助减碳。
即使不计生态效益，工业化生产单细胞蛋白本身也具有明显的生产优势——原因其实不难理解：在大型的发酵罐中培养微生物，不需占用大面积的耕地，自然也不受地区、季节、气候变化和旱涝灾害等的影响。
相较于露天生产的传统绿色农业，这种通过优化配置微生物资源的食物生产方式经常处于无菌的室内环境，因此又被称为“白色农业”。“白色农业”如何反照出当今食物生产系统的种种问题，它又能否解决全球性的食物危机？请详见另文《新蛋白质来源助恢复生态 还能解决全球食物危机？》
上文节录自第142期《香港01》周报（2018年12月17日）《水电空气作材料 颠覆食物生产》。
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