Персональный подсолнечный бифштекс, или Как FoodTech изменит нашу еду27.11.2020 13:32

— Послушай, мистер, — тебе всего-то нужно явиться в Приют и дать занести себя в Картотеку, и ты получишь столько протеиновых ломтиков, сколько захочешь — любого вкуса, чистых, свежих, прямо из чанов. Вообще-то на этой планете никто не ест мертвых животных. Кстати, где ты взял эту рыбу?
Л.М. Буджолд «Ученик воина»

Речь пойдет не про то, что нам хотят сейчас продать соевый стейк задорого (спойлер: вообще-то хотят). А про то, что каждый сможет себе напечатать (или заказать) то блюдо и с теми питательными и вкусовыми свойствами, которые генетически подходят ему лично (Food-as-Software concept). И такой вариант может оказаться дешевле и качественнее натурального блюда.

Коммерческий образец стейка, выращенного в ноябре в Aleph Farms. Со временем их начнут печатать на 3D-принтере

Это еще не реальность 2020 года, но основные процессы в индустрии уже давно запущены. На рынке есть не один десяток «серийных» производителей такой еды, вслед которым аналитики RethinkX предрекают сокращение традиционного мясного производства на 90% в ближайшие 10 лет.

На этот пост нас вдохновила лекция Андрея Зюзина, одного из топов «ЭФКО Инновации» (входит в группу из 16 компаний-производств продуктов питания), которая прошла в томской Точке кипения. Наверное, это тот самый случай, когда директор — не бюрократ, а осведомленный прагматик. Без лишних футуристических фантазий.

Андрей Зюзин рассказывает про использование вычислительных мощностей для разработки новых органических молекул и продуктов на их основе

Начать стоит с проблем питания и ряда любопытных цифр. Дальше слово Андрею.

Проблемы питания и проблемы индустрии

Давайте начнем с общих цифр, чтобы оценить масштаб:

• у 25% людей проблемы со здоровьем из-за неправильного питания. К 2100 году будут болеть уже около 33%;

• 1,44 млрд людей страдают от ожирения, и их количество будет расти. Печально, но детей, страдающих ожирением, тоже становится больше;

• 0,73 млрд людей страдают от диабета, и их доля также повышается;

• одновременно 0,82 млрд страдают от голода — это люди, которые питаются меньше чем на один доллар в день;

• и несмотря на это, 1,3 млрд тонн еды по всему миру выбрасывается ежегодно, это порядка 30%. Сюда входит некондиция, а также продукты, которые портятся во время транспортировки или в наших холодильниках.

А кроме того, нас становится больше. Сегодня нас 7,8 млрд человек, а к 2050 году будет 10,3 млрд. И все вышеперечисленное пропорционально усугубится: еще больше людей будут болеть, переедать и голодать. Но давайте сначала разберемся с тем, что такое здоровое питание.

Немного про здоровое питание

Гарвардский университет провел исследования и выявил, какой диеты мы должны придерживаться, если хотим хорошо себя чувствовать и рассчитываем на активное долголетие. Обратите внимание на сравнение продуктов, которые мы должны есть, и продуктов, которые мы производим (а производят эти продукты, потому что в магазинах мы выбираем именно их).

 Модель здорового питания Гарварда и реальное потребление (наша реальная диета)

Мы должны есть почти в два раза меньше зерновых и крахмала и почти в три раза меньше масел и жиров. В то же время фруктов и овощей следует потреблять в три раза больше. Как привести свое питание в соответствие с потребностями организма? Формально — ответ в FoodTech.

Из чего состоит FoodTech

Уже сейчас по всему миру формируются кластеры, которые смогут в будущем претендовать на роль своего рода «кремниевых долин» в сфере питания.

FoodTech фокусируется на четырех основных направлениях:

• Безопасность продуктов. Любой продукт, любая новая технология должны быть безопасными. Это относится и к разработке асептической упаковки, и к технологии пастеризации и стерилизации продуктов, и к микробиологическим тестам.

• Функциональность продуктов. Возможно, вы употребляете витамины или БАДы. Наука изучает влияние этих веществ на организм, состав продуктов (например, микроэлементов), влияние отдельных компонентов на физиологию человека.

• Новые свойства продуктов. Развиваются новые способы обработки, которые помогают дольше хранить продукты или сохранять их полезные свойства: лиофильная сушка и фракционирование молока, технологии промышленной консервации и заморозки.

• Новые ингредиенты. Мы давно употребляем продукты, полученные методом ферментации, — пиво, вино, хлеб, квашеную капусту. Многие из них производятся с помощью микроорганизмов. Технологии продвигают нас к тому, что сами выбираем пути развития этих микроорганизмов. Прорабатываем биотехнологические способы получения ферментов и органических кислот, химический синтез соединений, производство жиров, создание синтетических сахарозаменителей.

К чему все идет

Согласно отчету исследовательской группы RethinkX из Великобритании, в ближайшие 10 лет молочное и мясное животноводство в том виде, в каком мы его сегодня знаем, перестанет существовать или сократится почти на 90%. 

В результате на полках магазинов мы не увидим традиционного фарша или стейков. Рынок производства фарша сократится на 70%, филе — на 30%, а побочных продуктов (кожи для кожаных изделий, коллагена) — на 90%. А поскольку спрос на продукцию, произведенную с помощью традиционного животноводства, сократится на 70%, пострадают все участки традиционной цепочки создания стоимости.

Если собрать всех коров мира в одно стадо, мы увидим целую страну, которая по выделению в атмосферу Земли метана будет находиться на третьем месте после Америки и Китая. Изменение концепции производства продуктов поможет улучшить экологическую ситуацию: выбросы парниковых газов могут сократиться на 45%. В то же время новые технологические продукты будут во всех смыслах лучше, себестоимость их производства — ниже, а состав — более функциональным. 

Дальше у нас появится возможность перейти к форме персонализированного питания, когда именно вам будет интересно и полезно употреблять конкретный продукт. 

Современную индустриальную систему производства продуктов питания заменят новой — Food-as-Software concept — продукты будут производить, как ПО.

Теперь вспомним основные технологии, которые находятся в фокусе внимания.

Ферментация

Традиционная ферментация — очень давняя технология. Вопреки стереотипам, ферментация — не о синтетическом питании. Это возможность производить продукты с помощью микроорганизмов. Мы уже сегодня потребляем многие из них, просто не обращаем на это внимания. Лимонную кислоту уже много лет производят не из лимонов. Среди других веществ, которые получаются таким способом: инсулин неживотного происхождения, рибофлавин (витамин В2), химозин, он же реннин, или сычужный фермент, кукурузный сироп с повышенным содержанием фруктозы. Американский институт Good Food называет ферментацию технологией будущего.

CRISPR

В 2020 году Нобелевскую премию по химии вручили двум женщинам за технологию редактирования генома CRISPR, которую открыли в 2012 году и уже довели до промышленного применения. Смысл технологии в том, что вы можете изменять ДНК. Многие ее демонизируют, особенно когда заходит разговор о том, что вы можете взять что-то у рыбы и вставить это корове. Но вы можете брать ген у рыбы, которая хорошо себя чувствует в теплых морях, и за счет него адаптировать к теплой воде другую рыбу. То же касается растений и любых других организмов.

CRISPR успешно используют для селекции кисломолочных бактерий. Хочу обратить внимание, что в этой области множество участников, которые давно применяют эту технологию, — от стартапов вроде NOBELGEN до таких крупных компаний, как DuPont.

Создание новых молекул in silico

Кто занимался химическими исследованиями, знают термины in vivo и in vitro, а теперь появился новый термин — in silico — что означает «в процессоре», или в форме ИТ-модели.

В чем смысл технологии? Для поиска информации о том, какой белок обладает нужными функциями, вы используете вычислительные мощности. После обработки больших объемов информации вы воспроизводите в пробирке результат для тестирования. Такой подход набирает обороты, а его стоимость экспоненциально падает.

Например, такие компании как Protabit, Amai Proteins или Brightseed разрабатывают сладкие белки. Изначально они моделируют структуру белка. Основатель Brightseed, который работал в команде нобелевского лауреата, предложившего такой подход, написал об этом целую книгу, где изложено, каким образом вычислительные ресурсы используются для моделирования структуры. Ее текст есть на сайте компании. 

Сладкий белок монеллин активно модифицируется учеными для повышения термостабильности, pH-стабильности и т.п.

Другой подход демонстрирует чилийская NotCo, профинансированная Джеффом Безосом, основателем Amazon. 

Используя искусственный интеллект и анализ больших данных, компания может превратить рецепт классической котлеты из бургера в рецепт котлеты из растительной продукции, обладающей тем же вкусом, цветом, запахом и консистенцией.

Значительное снижение стоимости ключевых ИТ-технологий делает возможным применение компьютерного моделирования молекул для еды. Помимо приведенных примеров, есть масса других компаний, которые используют технологии больших данных для расчетов, связанных с производством продуктов питания.

Генная селекция

В России, как и в Евросоюзе, генная модификация растений запрещена. Но ряд стран ее допускает. Чтобы понимать, хорошо это или плохо, просто сравните: выведение нового сорта методом традиционной селекции занимает в среднем 12 лет. С помощью генной селекции тех же результатов можно добиться за 9 месяцев. Это значит, что компании, которые работают в странах, где генная модификация растений разрешена, быстрее выводят новые сорта на рынок.

По данным, опубликованным в журнале Nature в 2018 году, генная селекция позволяет увеличить урожайность до 24,5% по сравнению с аналогичными традиционными сортами. Выведенные генной селекцией растения в среднем на 32% более устойчивы к заболеваниям и паразитам: микротоксинам, фуманизинам и трихотеценам.

Перспективы генной селекции в России неясны. Регулятор традиционно более инертен, чем компании, которые занимаются разработкой чего-то нового. Нужно убеждать, объяснять и доказывать. Есть много примеров в индустрии, когда регулятор ошибся, и пострадали люди.

Первый негативный пример — искусственный подсластитель аспартам (химический заменитель сахара). Изначально он был одобрен в США под названием FDA. Через 10 лет применения на основе накопленной информации провели более глубокие исследования и обнаружили, что он вызывает рак.

Вторая проблема была с продуктом компании Procter and Gamble — низкокалорийным жиром «Олестра», который должен был решить проблему всех любителей стройных фигур. Этот жир не усваивался организмом, так что любые продукты становились низкокалорийными. К сожалению, он вызывал очень серьезную диарею.

Из-за таких примеров мы наблюдаем консерватизм в отношении генной модификации, в том числе в отношении растений. Сегодня никто не может ответить на вопрос, насколько это будет опасно через 5–10 лет. Сейчас идет накопление информации. К сожалению, мы будем использовать эту информацию опосредованно, отставая от тех стран, которые приняли разрешительный подход.

Говард-Ян Шапиро, директор по науке компании Mars, считает, что запрет ГМО для смешивания растений — смешная история, поскольку в той или иной степени они все генно-модифицированные эволюционно.

3D-биопечать и клеточное мясо

Клеточное мясо — это не столько новый продукт питания или фантазия ученых, сколько решение проблемы с экологией. Ежегодно для производства мяса используют 66 млрд животных. Технология 3D-биопечати позволяет создавать сложную структуру из разных типов клеток, повторяя мышечное строение. Фактически мясо выращивают в своеобразных биореакторах, а не на корове. И могут «распечатать» на 3D-принтере.

Первым создал такую клеточную структуру основатель компании Mosa Meat Марк Пост. Недавно его бизнес привлек более 55 млн долларов инвестиций на развитие инициативы. 

В 2013 году он сделал бургер с котлетой из клеточного мяса, который стоил порядка 300 тысяч долларов (его купил Сергей Брин, сооснователь Google), а сегодня цена упала до 11 долларов.

Обратите внимание на скорость снижения стоимости клеточного мяса всего за семь лет. Любая технология изначально дорога и имеет лишь небольшую группу приверженцев, которые доказывают ее состоятельность. Только после того, как количество поклонников идеи начинает расти, стоимость падает. 

Mosa Meat — не единственная компания на рынке аддитивных технологий в еде. Я лично видел печатные котлеты компаний Redefine Meat и Aleph Farms.

Напечатанный и обжаренный стейк Redefine Meat (разумеется, без мяса)

Растительные альтернативы для мяса

Beyond Meat была первой компанией, которая вышла на американскую фондовую биржу. Она делает котлеты из гороха. По текстуре, весу, запаху и цвету ее продукция не отличается от обычного мяса. В сыром виде из нее даже сочится свекольная кровь.

Фарш Beyond Meat

Компания Impossible Foods делает растительные котлеты из сои. 

В сыром виде из этих котлет тоже сочится кровь, но их производят ферментативным способом — это легоглобин, созданный микроорганизмами из той же сои.

Компания долго получала разрешение на продукт, но сейчас продает его по всему миру.

BlueNalu производит тунца и другие виды рыбного мяса. Ее растительный продукт выглядит, пахнет и имеет тот же вкус, что и соответствующего сорта рыба.

Готовые ингредиенты BlueNalu для рыбного тако

Все эти продукты требуют при производстве гораздо меньше ресурсов по сравнению с курятиной, свининой или говядиной. Меньше выделение метана в атмосферу, скромнее потребность в пресной воде и использовании земли. Поэтому такие производства любят инвесторы и те, кто хочет достичь нового формата питания без убийства животных.

Влияние, оказываемое на окружающую среду при производстве натурального и растительного мяса

Мы тоже протестировали свой растительный продукт при поддержке шеф-поваров таких известных заведений, как Subway, Burger King, Додо Пицца, Теремок. Это соевая котлета, которая по вкусу максимально приближена к мясному оригиналу. 

Растительные бургеры «Эфко» под брендом Hi! с ноября должны были появиться в бургерных #Farsh и Fresh. А в следующем году и в рознице. Слепые тесты говорят, что котлеты в них практически неотличимы от настоящего мяса

Позднее сою в бургере мы заменим на подсолнечный белок — с ним мы еще экспериментируем.

Целевая аудитория таких продуктов — так называемые флекторианцы — люди, которые осмысленно снижают потребление животных белков и в целом ингредиентов животного происхождения. В эту аудиторию естественным образом попадают веганы и вегетарианцы.

Если верить аналитикам Kearney, то к 2040 году на рынке альтернатив начнет преобладать клеточное мясо, как у Mosa Meat. Традиционного мяса при этом будет меньше, чем клеточного и растительного. Уже сейчас в американских магазинах цены на определенное растительное мясо сравнимы со стоимостью обычного. И в будущем они будут только падать.

Растительные альтернативы для молока

По питательной ценности растительные альтернативы молоку, сырам, йогуртам и мороженому не хуже, а зачастую гораздо лучше животных продуктов. Как и в случае с мясом, они требуют гораздо меньше природных ресурсов, чем при традиционном способе производства молочных продуктов.

Компании, которые занимаются такими продуктами, развиваются на очень конкурентных рынках. В Америке их производят Perfect Day, Califia Farms и Ripple, которые уже сегодня делают по сути полный аналог обычного молока по питательной ценности, но без лактозы. То есть этот продукт доступен людям с непереносимостью молочного сахара.

Молоко Ripple на растительной основе

Создавая продукты-заменители, производители не предлагают людям разбалансировать диету и переходить на сугубо растительную пищу в ущерб потребности в том же железе. Скорее, они предлагают решение проблемы для тех, кто потребляет слишком много мяса, плохо переносит антибиотики, которые используют на фермах, или получает с едой избыточный объем жиров и калорий.

Водоросли и насекомые как источники белка

Постараюсь развеять скепсис, который может возникнуть при мысли об употреблении насекомых в пищу. Два миллиарда людей в мире сегодня едят насекомых, поскольку во многих культурах это сложившийся шаблон.

Для получения белка от насекомых, эквивалентного одному килограмму животного белка, нужно в 500 раз меньше пресной воды, в 12 раз меньше корма и в 10 раз меньше земли. Так что здесь работает экономия. И растут насекомые очень быстро.

В этом сегменте уже есть большое количество компаний, получивших финансирование. Одна из них — французская Ÿnsect, которая в общей сложности привлекла уже более 300 млн долларов для строительства больших ферм, которые в огромном количестве производят белок из насекомых. Сейчас его используют в кормах для рыб и домашних животных. 

В перспективе этот метод может решить основную проблему вегетарианских диет. Ведь для получения соизмеримого объема нужных организму микроэлементов, витаминов, белка и всего остального нужно съесть непропорционально много еды растительного происхождения. Белок из насекомых обеспечивает полезную добавку без цвета, вкуса и запаха, присутствие которой будет заметно только на этикетке.

Таких продуктов в мире производят все больше. Даже в Швейцарии есть компания, которая делает батончики из белка насекомых, делая упор на их питательную ценность.

Другой возможный источник белка — микроводоросли хлорелла, эта технология уже появилась и будет активно развиваться. Их можно производить в большом количестве, и это эффективно с климатической точки зрения.

Персонализированное питание

Все описанные инновации приближают нас к идее персонализированного питания, когда производитель сможет предложить потребителю продукт, интересный именно ему. Персонализация состоит из трех вещей.

Во-первых, не так давно завершился большой проект Genom, посвященный расшифровке человеческого генома. Благодаря ему мы получили большое количество стартапов, которые предлагают услуги по расшифровке вашего генетического материала. Они рассказывают, откуда вы происходите, чем отличаетесь от других, какие болезни и непереносимости имеете.

Изначально тесты такого рода стоили очень дорого, но со временем, благодаря спросу и совершенствованию технологий, их стоимость снизилась, и обычный потребитель вполне может себе их позволить (в районе 100 долларов). Такой тест может дать цифровую карту, в том числе для построения персонализированного питания.

Следующий актуальный тест — исследование микробиома. В нашем так называемом втором мозге — кишечнике — проживает безумное количество бактерий, влияющих на все, даже на настроение. Есть несколько стартапов, которые выполняют тесты микробиоты — они показывают, что вам не стоит есть, каких бактерий вам не хватает, а какие в избытке.

Третий тест разработали российские ученые. Профессор Анатолий Скальный из ИТМО вывел на рынок технологию анализа недостатка микроэлементов по фрагментам волос. Он проводил исследовательскую работу во многих регионах России, а ее результатом стала карта нехватки микроэлементов в зависимости от природных или промышленных условий проживания. 

Использовав все эти данные, вы сможете на базе вашего цифрового профиля заказать производителю продукт питания, который будет интересен только вам.

И это будет настоящая революция. Правда, есть одна загвоздка. Чтобы потреблять такой продукт и чувствовать себя лучше, нужно понимать, какое он оказывает влияние на метаболические пути. Как элементы, из которых он состоит, расщепляются в желудке, в кишечнике, каким образом они трансформируются, как на это реагируют клетки. И это очень тонкий момент — на стыке медицины и фармакологии.

Существует инициатива под названием метаболический атлас (Human-GEM), в рамках которой некоммерческая организация пытается нарисовать все пути питательных веществ в человеческом организме. Проект очень сложный и длинный, он требует большого количества вычислительных мощностей. Но как только им удастся все расшифровать, начнется та самая революция питания.

От редактора: есть подозрение, что с учетом активности инвесторов в данном сегменте, усилий зеленых активистов и прогнозов аналитиков лет через десять обычный стейк станет роскошью. А на тех, кто будет их есть, могут начать клеить всевозможные ярлыки. Что вы думаете про FoodTech и свободу мясоедства?

© Habrahabr.ru