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    食药两用高等真菌能否成为未来优质食物蛋白开发的新资源


    【发布日期】:2022-06-29  【来源】:中国食品报融媒体
    【核心提示】:根据联合国粮食及农业组织预测,到2050年全球肉类消费水平将达到4.55亿吨。随着肉制品消耗量快速增长,带来越来越多的环境与资源问题,占用和消耗了大量土地、自然资源和饲养成本,并产生废水、废气,加剧了温室效应。今年全国两会强调要树立大食物观,从更好满足人民美好生活需要出发,“向植物动物微生物要热量、要蛋白”。
          根据联合国粮食及农业组织预测,到2050年全球肉类消费水平将达到4.55亿吨。随着肉制品消耗量快速增长,带来越来越多的环境与资源问题,占用和消耗了大量土地、自然资源和饲养成本,并产生废水、废气,加剧了温室效应。今年全国两会强调要树立大食物观,从更好满足人民美好生活需要出发,“向植物动物微生物要热量、要蛋白”。植物蛋白食物作为保障蛋白供给需求的有效手段,将受到更多重视与关注。
          浙江大学教授、博士生导师陈启和认为,食用真菌蛋白营养丰富,经过工艺优化生产的食用真菌菌丝体蛋白具有与牛肉相近的质构特征。然而,与欧美国家相比,我国食用真菌蛋白开发利用并不成熟,缺乏大规模生产和有市场知名度的产品,也尚未形成食用真菌蛋白的高值高效制备加工技术体系。
          浙江大学教授、博士生导师陈启和,围绕“食药两用高等真菌能否成为未来优质食物蛋白开发的新资源”在中国食品报撰写署名文章。他认为,开发适于蛋白质生产的食用真菌菌种,建立食用真菌蛋白的规模化生产技术和组织化加工工艺,发掘利用其特征性营养价值和加工性能,将是产业发展需要应对的主要挑战。
          为什么要向植物或微生物要蛋白?
          蛋白质是维持生命体能量稳态和生理活动的核心营养素。缺乏蛋白质造成的营养不良会引起能量低效代谢、激素分泌失调和身体机能受损,严重影响人体健康。现在人类面临人口增长的挑战,到2050年,世界人口预计将达到90—100亿,人类对蛋白质需求量将大幅度增加,经济欠发达国家将面临更严重的肉类和其他食用蛋白缺口。气候和环境负荷制约着动物蛋白的生产。目前,全球农业用地中,养殖业用地占77%,并且养殖业加重淡水系统的富营养化、增加温室气体排放量,生产牛肉蛋白比生产植物蛋白多排放18—40倍CO2。研究表明,在未来30年内,只需要用微生物蛋白替代全球20%的牛肉消费量,就可以降低56%的森林砍伐量和与之相关的碳排放量。因此,寻找生产模式环保节能的蛋白质以缓解动物蛋白生产的用地和生态负担,从而满足人体营养需求,避免疫病带来的食品安全风险,同时获得经济效益,是当前蛋白质生产和食品制造业的发展趋势。
          因此,科学研究人员一直专注于寻找未被充分利用的蛋白质来源,替代动物来源的蛋白质,通常选用植物蛋白。然而,由于缺乏一些必需氨基酸,大多数植物蛋白被认为质量不高。蘑菇蛋白通常具有完整的必需氨基酸种类,可满足饮食要求,并且与动物和植物来源相比可能具有一定的经济优势。许多蘑菇还具有在农业工业废物中生长的能力,在短时间内达到高产量。
          食用菌蛋白有什么优势?
          食用真菌蛋白营养丰富。与植物蛋白不同的是,食用真菌几乎含有所有的必需氨基酸种类。食用真菌中富含的必需氨基酸可补充植物蛋白某些氨基酸的缺乏,例如食用菌蛋白富含的甲硫氨酸和半胱氨酸,可弥补豆类蛋白这类氨基酸含量的不足。在谷物蛋白中赖氨酸为限制性氨基酸,而在食用真菌蛋白中含量较高。
          食用真菌蛋白富含鲜味成分。作为传统替代蛋白,豆类蛋白有强烈的豆腥味,对脱臭和风味掩盖的工艺要求较高,而在食用真菌蛋白中,谷氨酸、天冬氨酸、核苷酸和风味肽等呈味物质含量非常丰富,可提供浓郁难仿制的鲜味和特殊风味。
          食用真菌蛋白致敏性低。另外,许多生产传统蛋白质的原料,如乳制品、鸡蛋、坚果、大豆和小麦(麸质)等,均含有过敏原。食用真菌引起的过敏反应在人群中非常罕见,为对食物易过敏的消费者是一种相对安全的选择。
          食用真菌蛋白富含活性。食用菌中富含多种生物活性物质如多糖、萜类、酚类及多糖-蛋白质复合物等。食用菌会产生许多生物活性蛋白和肽,主要包括凝集素,真菌免疫调节蛋白(FIP),抗菌/抗真菌蛋白等。尤其是,部分食用真菌蛋白的营养功能和生理活性已经得到临床营养及细胞实验验证。因此食用菌蛋白有望作为营养补充剂、功能性食品或者医药配方成分。
          食用真菌蛋白应用有哪些应用前景?
          首先,应用于营养补充剂和功能性食品。食用真菌蛋白属于高质量蛋白质,它们的必需氨基酸中含硫氨基酸(如甲硫氨酸、半胱氨酸)含量较高。缺乏含硫氨基酸导致肝脏葡萄糖代谢异常、心肌受损、皮肤氧化损伤。含硫氨基酸在水果、蔬菜和豆类的蛋白质中含量相对较低,将食用真菌蛋白与其他蛋白进行组合,可以增强产品营养价值。因此,食用真菌可用于浓缩蛋白粉、运动营养补充剂、蛋白饮料、代餐食品等。
          其次,作为动物蛋白替代品。食用真菌被越来越多用于不同种类的动物蛋白替代品,如仿制乳化肉糜、粗绞肉、灌肠、汉堡肉、加工肉片、鱼糜和海鲜。目前,我国市售的植物蛋白仿制肉大部分纤维感不强,整体质地较松散,尚不能呈现咀嚼脂肪、软骨、筋膜等口感,食用真菌蛋白可作为开发仿制肉的新原料。
          作为动物蛋白替代品,食用菌蛋白有哪些需要改善的地方?
          自身风味不足。因食用菌中脂肪含量低,从而导致食用菌蛋白加工的仿制肉中脂肪含量较低、缺少油脂的香气。另外,食用真菌蛋白缺乏肉类含有的血红蛋白,因而缺少肉类特征风味。
          产品质构亟待提升。将食用真菌蛋白应用于人造肉,可以提供一定的弹性、硬度和咀嚼性,但与传统肉类相比仍有一定差距,从而影响消费者对食用真菌蛋白的人造肉的接受度。
          发酵引入不良风味。当前,大规模制备食用真菌蛋白长期可行的方案是在生物反应器中液体培养食用真菌菌丝体,进而从菌丝体中获取的食用真菌蛋白。然而,经过发酵可能对食用真菌蛋白引入了苦味,从而影响口感,应在加工中进行改良。
          当前,我国食用菌蛋白发展现状如何?食用真菌蛋白研发主要面临哪些挑战?
          总体分析,与欧美市场相比,我国食用真菌蛋白开发利用并不成熟,往往是作为大豆或其他植物蛋白的辅料,尚未形成食用真菌蛋白的高效制备加工技术体系。同时,目前缺乏大规模生产和有市场知名度的食用真菌蛋白产品。开发适于高产蛋白质的食用真菌菌种,建立食用真菌蛋白的规模化生产技术和组织化加工工艺,发掘利用其特征性营养价值和加工性能,将是食用菌蛋白产业发展需要应对的主要挑战。
          食用菌蛋白的研发主要面临以下挑战:
          深加工研究基础薄弱。食用真菌蛋白的应用方法主要是直接添加,作为开发利用重要中间环节的深加工研究鲜有报道。相较而言,植物蛋白如大豆蛋白、豌豆蛋白、小麦蛋白、花生蛋白的加工特性和生产工艺均有深入研究。然而,食用真菌蛋白的研发在产业配套方面尚不成熟,当前工艺成本较大。
          消费者熟悉程度低。动物和部分植物是消费者广为接受的蛋白质良好来源,相关产品消费者已经耳熟能详。由于食用菌终端产品加工薄弱的现状,食用真菌长期以来均以鲜销或者干制的形式从蔬菜渠道进入市场,加之目前尚未有知名的食用菌蛋白品牌进入市场,消费者对真菌蛋白深加工产品非常陌生。因此,吸引或者引导消费者购买食用菌蛋白产品仍需要做很大努力。
          专属菌种选育薄弱。食用菌蛋白质含量占干重的18.87%—36.96%,因此选育高产蛋白的菌种十分关键。育种是获得高产优质食用真菌品种的重要途径,与产业发展密切关联。由于食用真菌蛋白的研发仍处于初步阶段,鲜有针对高产蛋白的食用真菌育种工作的开展。
          相关政策缺乏。在我国食用菌蛋白作为食品开发起步晚且研究较少。为了满足产业发展和保证消费者的食品安全,有关部门需建立合理的制度,正确引导和规范食用真菌蛋白的开发和引进。
          当前我国食用菌产业的发展能满足食用菌蛋白的供给吗?
          食用菌是一类可供食用(可兼具药用价值)的大型真菌的总称,富含氨基酸、糖类、蛋白质、纤维素等,同时具有低脂肪等特点。根据中国食用菌协会统计,食用菌是我国农业产业中继粮食、蔬菜、果品和糖类后的第五大栽培产业,我国食用菌总产量占全球食用菌总产量的七成左右,我国已成为世界第一食用菌生产国和出口国。我国食用菌种类众多,目前已商业化规模 栽培的品种有30多种。食用真菌蛋白以食用真菌的子实体或菌丝体为原料进行制备。我国食用真菌的产量持续稳定增长,能够保障食用真菌蛋白有充足的制备原料。另外,食用真菌能将基质中的氮转化为高营养品质的蛋白质,其栽培基质主要为工农业废渣如棉籽壳、甘蔗渣、豆粕、玉米芯、麸皮等,生产成本低廉,并且生产过程的碳排放量远远小于动物蛋白生产。因此从食用菌的生长特性上来说,食用菌可利用低成本的农业废弃物通过绿色的生物转化合成高附加值的食用菌蛋白,这一合成路径绿色环保可持续。
          重点实验室研究方向及进展
          本实验室是浙江省食品微生物技术研究重点实验室,同时是浙江大学较早开展高等食药真菌资源研究的团队。我们长期致力对食药用真菌优质的菌株资源挖掘、菌种选育、发酵调控和活性物质分离和挖掘开展系统地研究工作。对食用菌遗传背景下的发酵调控、活性挖掘有着深厚的工作基础,在国际真菌学期刊、化学工程、功能食品和大分子化合物领域发表高水平研究文章和申请12项发明专利,尤其是在优质食药用真菌蛋白在抗缺氧和疲劳等特殊功能开发领域具有深厚的研究基础和积累。经过多年研究积累,我们也发现了高产粗蛋白的食用菌新品种,后续将围绕新型可食用高等真菌菌株的蛋白及其细胞工厂等开展系列基础研究。

    (作者:浙江大学教授、博士生导师 陈启和)
     
    关键词: 食用菌
     
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