Τι είναι οι μονοκυτταρικές πρωτεΐνες; Μπορούμε να Τα Καταναλώσουμε;

Οι μονοκύτταρες πρωτεΐνες, που προέρχονται από μονοκύτταρα μικρόβια, είναι πιο θρεπτικές από τις συμβατικές πρωτεΐνες που καταναλώνονται. Εάν χρησιμοποιηθούν με σύνεση, έχουν τη δυνατότητα να μετριάσουν την παγκόσμια πρωτεΐνη d αποτελεσματικότητα.

Αν και ο αυξανόμενος παγκόσμιος πληθυσμός είναι ανησυχητικός, το πραγματικό πρόβλημα είναι η διατροφική ανεπάρκεια που συνοδεύει μια τέτοια αύξηση του πληθυσμού. Η ανεπάρκεια πρωτεΐνης είναι ένα σοβαρό πρόβλημα, που οδηγεί σε απώλεια μυϊκής μάζας, αυξημένες λοιμώξεις, αφυδάτωση και καθυστερημένη (μειωμένη) ανάπτυξη.

Ένας σημαντικός τρόπος για να μετριαστεί αυτό είναι η υποστήριξη μη συμβατικών και εναλλακτικών πηγών πλούσιων σε πρωτεΐνες. Μικρόβια όπως βακτήρια, μύκητες, μαγιά και φύκια αποτελούν πάνω από το 40% της ακατέργαστης πρωτεΐνης στο ξηρό τους βάρος και μπορούν να λειτουργήσουν ως θαυμάσια πηγή πρωτεΐνης.

Η ιδέα της χρήσης μικροβίων για τη διατροφή δεν είναι νέα. Έχουμε μακρά ιστορία στην κατανάλωση τροφίμων που έχουν υποστεί ζύμωση (που περιέχουν βακτήρια και μαγιά), τυρόπηγμα και γιαούρτι (βακτήρια), μανιτάρια (μύκητες) και ζελατίνη (φύκια).

Δύο δάχτυλα, ένας νεαρός και ένας γέρος. Ο ηλικιωμένος ρωτά τον νεαρό αν παίρνει αρκετή πρωτεΐνη. (Φωτογραφία:Yeexin Richelle/Shutterstock)

Τι είναι οι μονοκυτταρικές πρωτεΐνες (SCP);

Οι μονοκύτταρες πρωτεΐνες είναι πρωτεΐνες που προέρχονται από μονοκύτταρους οργανισμούς, όπως βακτήρια, μύκητες και φύκια. Ο όρος εφαρμόζεται ειδικά στη μεγάλης κλίμακας παραγωγή μονοκύτταρων μικροβίων για την απομόνωση πρωτεϊνών κατάλληλων για κατανάλωση από ζώα και ανθρώπους.

Αυτό δεν σημαίνει ότι οι μονοκύτταροι οργανισμοί έχουν μόνο πρωτεΐνες. Έχουν επίσης υδατάνθρακες, λίπη, βιταμίνες και άλλα ζωτικά στοιχεία. Η σύνθεση του SCP εξαρτάται από τη σύνθεση του υποστρώματος (τροφή για το μικρόβιο) στο οποίο αναπτύχθηκαν.

Παρόλο που τις καταναλώνουμε εν αγνοία μας από την αρχαιότητα, μετονομάστηκαν σε «μονοκυτταρικές πρωτεΐνες» το 1966 από την Carol L. Wilson.

Οι σοβαρές ελλείψεις τροφίμων κατά τη διάρκεια της παγκόσμιας σύγκρουσης οδήγησαν στην πρώτη μαζική παραγωγή (παραγωγή μεγάλης κλίμακας) SCP. Κατά τη διάρκεια του Α' Παγκοσμίου Πολέμου, Saccharomyces cerevisiae (μια μαγιά που χρησιμοποιείται συμβατικά για την οινοποίηση, τη ζυθοποιία και το ψήσιμο) χρησιμοποιήθηκε, ενώ κατά τη διάρκεια του Β' Παγκοσμίου Πολέμου, η Candida utilis (μια μαγιά που χρησιμοποιείται ως πρόσθετο και αρωματικό μέσο) χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή πρωτεΐνης.

Πώς παράγονται οι μονοκύτταρες πρωτεΐνες;

Χαρακτηριστικά μικροβίων που χρησιμοποιούνται ως SCP

Μικρόβια όπως βακτήρια, μύκητες και φύκια που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή SCP θα πρέπει να έχουν χαρακτηριστικά όπως ταχεία ανάπτυξη, αυξημένη βιομάζα (ξηρό βάρος του οργανισμού) και ανοχή σε υψηλές θερμοκρασίες, pH και άλλο στρες που συναντάται συνήθως κατά την παραγωγή SCP.

Χαρακτηριστικά ενός ιδανικού SCP

Ένα ιδανικό SCP θα πρέπει να έχει ορισμένα βασικά χαρακτηριστικά—υψηλή περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη και χαμηλή περιεκτικότητα σε νουκλεϊκό οξύ.

Για παράδειγμα, τα φύκια (όπως η σπιρουλίνα) που παράγονται ως τρόφιμα και συμπληρώματα διατροφής έχουν τουλάχιστον 60-70% πρωτεΐνη και μόνο 3-8% νουκλεϊκό οξύ.

Το SCP που παράγεται από μύκητες (π.χ. μαγιά) παρέχει μεγαλύτερες ποσότητες συμπλέγματος βιταμινών Β, καθιστώντας τους εξαιρετικά θρεπτικούς. Βακτηριακό SCP (για παράδειγμα, Λακτοβάκιλλοι και Methylophillus ) έχουν γενικά υψηλότερη περιεκτικότητα σε βασικά αμινοξέα όπως η μεθειονίνη (έως 3%).

Επιπλέον, πρέπει να είναι αποδεκτά από το κοινό για κατανάλωση ως προς τη γεύση, την οσμή και την υφή.

Παρουσιάζονται τα μικρόβια που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή SCP. Η πρώτη εικόνα είναι μια μαγιά, Saccharomyces cerevisiae , κοινώς γνωστή ως μαγιά Baker ή ζύμη μπύρας. Η δεύτερη εικόνα είναι η Chlorella, φύκια. η τρίτη είναι ένας μύκητας Aspergillus και η τελευταία εικόνα είναι οι Lactobacilli, ένα βακτήριο.

Πώς παράγονται το SCP;

Υποστρώματα

Τα υποστρώματα είναι ένα μέσο μέσα ή πάνω στο οποίο μπορούν να αναπτυχθούν μικρόβια. Το υπόστρωμα παρέχει τη σωστή διατροφή, καθώς και το καλύτερο περιβάλλον ανάπτυξης για το συγκεκριμένο μικρόβιο. Ένα υπόστρωμα καθορίζει πόσο καλά αναπτύσσονται τα μικρόβια και παράγουν πρωτεΐνες και κατ' επέκταση πόσο ακριβό θα είναι το στήσιμο για την επέμβαση.

Καθώς τα υποστρώματα αποτελούν το 45-75% του συνολικού κόστους παραγωγής, η χρήση βιομηχανικών και γεωργικών αποβλήτων για αυτά τα μικρόβια είναι οικονομικά αποδοτική. Γενικά, τα υλικά που χρησιμοποιούνται ως υποστρώματα είναι οργανικά και κομποστοποιήσιμα απόβλητα (όπως γεωργικά και τρόφιμα) και μπορούν να ελαχιστοποιήσουν το κόστος παραγωγής. Μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν μη συμβατικά υποστρώματα όπως φυτική βιομάζα, φυσικό αέριο, μεθανόλη, αιθανόλη και υποπροϊόντα πετρελαίου.

Οι κύριοι τύποι υποστρωμάτων που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή SCP είναι απόβλητα, γεωργικά προϊόντα καθώς και υποπροϊόντα πετρελαίου.

Διαδικασία

Τα γενικά βήματα για την παραγωγή SCP ξεκινούν με την επιλογή ενός μικροβίου και του υποστρώματος του. Τα μικρόβια αφήνονται να αναπτυχθούν στο υπόστρωμα (γεωργικά, βιομηχανικά και άλλα απόβλητα) και στη συνέχεια τα κύτταρα διαχωρίζονται από το μέσο ανάπτυξης με μια διαδικασία που ονομάζεται συγκομιδή.

Μετά τη διαδικασία συλλογής, άλλα συστατικά εκτός από πρωτεΐνες, όπως το κυτταρικό τοίχωμα (εάν υπάρχει), αφαιρούνται. Τα νουκλεϊκά οξέα αποικοδομούνται και το υπόλοιπο φιλτράρεται για να ληφθεί η ακατέργαστη πρωτεΐνη, η οποία στη συνέχεια υποβάλλεται σε επεξεργασία για την απομάκρυνση τυχόν άλλων ρύπων.

Το υπόλοιπο ξηραίνεται και υποβάλλεται σε περαιτέρω επεξεργασία για να καταστεί κατάλληλο για κατανάλωση.

Τα μικρόβια που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή SCP για ανθρώπινη κατανάλωση είναι περιορισμένα και τα υποστρώματα που χρησιμοποιούνται είναι συχνά υλικά ποιότητας τροφίμων. Ωστόσο, το φάσμα των υποστρωμάτων που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή SCP για χρήση ως ζωοτροφή είναι ποικίλο.

Η εικόνα περιγράφει τα βήματα της παραγωγής SCP. Η διαδικασία περιλαμβάνει ζύμωση, διήθηση, καθαρισμό, ξήρανση και επεξεργασία.

Είναι το SCP καλύτερο από τις συμβατικά χρησιμοποιούμενες πρωτεΐνες;

Η ξεκάθαρη απάντηση είναι ναι. Οι πρωτεΐνες που παράγονται με αυτόν τον τρόπο έχουν σημαντικά πλεονεκτήματα σε σχέση με τις συμβατικές πρωτεΐνες.

Τα μικρόβια έχουν μικρό χρόνο διπλασιασμού (ο χρόνος που απαιτείται για να διπλασιαστούν σε μέγεθος τα μικρόβια), διευκολύνοντας την ταχεία παραγωγή πρωτεΐνης. Σε σύγκριση με την καλλιέργεια φυτών, απαιτούν λιγότερη γη και οι εποχικές αλλαγές του καιρού δεν τα επηρεάζουν, επιτρέποντας έτσι την παραγωγή όλο το χρόνο.

Η αναλογία πρωτεΐνης προς υδατάνθρακες του SCP είναι υψηλότερη από τις παραδοσιακές πρωτεΐνες, με καλή ισορροπία βασικών αμινοξέων και βιταμινών, που τις καθιστά πιο θρεπτικές.

Το πιο σημαντικό πλεονέκτημα είναι το γεγονός ότι τα μικρόβια μπορούν να χρησιμοποιήσουν διάφορους τύπους πρώτων υλών (γεωργικά απόβλητα και βιομηχανικά απόβλητα) για ανάπτυξη. Αυτό σημαίνει ότι τα μικρόβια μπορούν να τρέφονται με τα απόβλητα, να τα απομακρύνουν, να τα ανακυκλώνουν για να παράγουν πρωτεΐνες και να μας προστατεύουν από τη ρύπανση—όλα την ίδια στιγμή!

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο το SCP θα μπορούσε να είναι η μεγαλύτερη ελπίδα για την απάντηση στο πρόβλημα της ανεπάρκειας πρωτεΐνης σε παγκόσμιο επίπεδο.

Ποιοι είναι οι περιορισμοί του;

Το κύριο πρόβλημα με την παραγωγή SCP είναι το κόστος κεφαλαίου που απαιτείται για την πρώτη ύλη και την αγορά εξαιρετικά εξελιγμένων οργάνων, επηρεάζοντας έτσι την οικονομική βιωσιμότητά τους.

Το πρόβλημα με τη χρήση βακτηρίων για την παραγωγή SCP είναι η υψηλότερη συγκέντρωση (6-10%) νουκλεϊκών οξέων στο τελικό προϊόν, κάτι που είναι ανεπιθύμητο. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε πέτρες στα νεφρά μετά από παρατεταμένη κατανάλωση.

Εάν χρησιμοποιούνται φύκια ή μαγιά, το SCP έχει συστατικά κυτταρικού τοιχώματος που δεν μπορούν να αφομοιωθούν και μπορεί να προκαλέσουν αλλεργικές αντιδράσεις. Η χρήση φυκιών για την παραγωγή SCP έχει ως αποτέλεσμα περίεργα χρώματα και γεύσεις, γεγονός που καθιστά δύσκολη την κατανάλωση.

Συμπέρασμα

Οι μονοκύτταρες πρωτεΐνες είναι ένα πολλά υποσχόμενο συμπλήρωμα διατροφής για ζώα και ανθρώπους και προσφέρουν πολυάριθμα οφέλη σε σχέση με τις συμβατικές πρωτεΐνες φυτικής και ζωικής προέλευσης. Εάν βελτιωθούν ορισμένοι περιορισμοί και αυξηθεί η ευαισθητοποίηση του κοινού σχετικά με τα πλεονεκτήματα του SCP, μπορεί να εξαλείψει ή τουλάχιστον να μειώσει την παγκόσμια ανεπάρκεια θρεπτικών συστατικών.