Потребность в пище в современном мире огромна, а ее нехватка представляет серьезную проблему. Решить ее стараются ученые, производственные предприятия и инвесторы многих стран. Чьи достижения впереди планеты всей и заставляют трепетать конкурентов? В чей рацион уже входит альтернативная еда? И сколько она все-таки стоит?
Еще совсем недавно на конкурсе «Био/Мол/Текст»-2019 в статье «Культивируемое мясо — продукт завтрашнего дня» сделали предположение о темпах и направлениях развития, а также инвестиционной привлекательности проектов по получению белков из альтернативных источников. И вот это будущее настало, а значит — пора разобраться, насколько эта тема актуальна как для человечества в целом, так и для ученых с инвесторами.
Протеины, или же белки, — это высокомолекулярные органические соединения, состоящие из аминокислот, соединенных пептидной связью. Белки — основной источник питательных веществ для животных и человека, только с их помощью в организм могут поступать незаменимые аминокислоты. В процессе пищеварения белки ферментируются и разлагаются до аминокислот, которые используются организмом для биосинтеза собственных белков или подвергаются дальнейшему расщеплению с высвобождением энергии.
За последние девять лет численность населения земного шара сильно возросла: если в октябре 2011 количество жителей приближалось к 7 млрд, то на ноябрь 2020 года эта цифра составила 7,827 млрд человек. Суточная норма белка для взрослого человека — 80 г, а для всего человечества — 626 160 тонн. Цифра очень велика, а в натуральном выражении — 4,8 млн коров, или 1,5 млрд бройлеров, или 1,7 млрд кг соевых бобов в день, — поражает своим масштабом! Производство такого количество белка пагубно влияет на экологию:
• увеличивает выбросы парниковых газов, способствующих глобальному потеплению;
• загрязняет земельные и водные ресурсы минеральными удобрениями;
• загрязняет окружающую среду антибиотиками и их метаболитами (которые приводят к антибиотикорезистентности микроорганизмов);
• требует дополнительных водных и земельных ресурсов (которые ограничены, и может настать день, когда они закончатся).
И это далеко не полный список всех экологических проблем связанных с нашим здоровым аппетитом и любовью к продовольственным белкам.
Новый белок — всему голова
Согласно иерархии потребностей Абрахама Маслоу, потребность в пище — потребность первого уровня, или же физиологическая, она врожденная и присуща всем людям. Удовлетворение этой потребности делает возможным развитие общества и появление высших потребностей, которые тоже становятся неотъемлемой частью современного развитого общества.
Обеспечение пищей граждан с помощью собственных ресурсов — это стратегическое направление для любого государства, стремящегося минимизировать влияние геополитических факторов на суверенитет, поэтому важны национальные белковые ресурсы. Популяризаци альтернативных источников белка также способствует эпидемиологическая ситуация. Вспышки зооантропонозных заболеваний возникают по всему миру. Более 60% человеческих патогенов имеют зоонозное происхождение. На распространение зоонозов влияет изменение климата, урбанизация, миграция животных и торговля ими, путешествия и туризм, биология переносчиков болезней, антропогенные и природные факторы. Из недавно появившихся зоонозных заболеваний ученые выделяют COVID-19.
Поэтому белки выполняют сверхважную задачу: они не только обеспечивают человека как биологический вид питательными веществами, но и поддерживают государственный строй и существующий уклад жизни всего человечества. А поскольку традиционных источников белка недостаточно, повышается спрос на альтернативные, которые становятся чрезвычайно привлекательными для инвесторов.
Индустрия альтернативных белков динамично развивается. Ученые разрабатывают все более оригинальные и необычные способы получения белков и продуктов из них, с которыми мы познакомимся поближе в этой статье. Один из экспертов на рынке финансовой информации, агентство «Блумберг», в июле 2020 г. сообщило, что венчурные инвесторы в 2020 году более чем в два раза увеличили ставки на альтернативных производителей протеина (начиная от производителей культивируемого мяса и заканчивая получением белков микробами). Какие страны уделяют внимание альтернативным белкам? Как все заинтересованные игроки на протеиновом рынке находят друг друга? И за чей же счет альтернатива?
С начала 2020 года в Европейском союзе стартовал новый проект — финансируемый в рамках программы исследований и инноваций Европейского Союза — Smart Protein. В общей сложности 33 участника из 21 страны будут сотрудничать в сфере создания и продвижения на рынке продуктов на основе растительного белка. Бюджет проекта составляет $10,5 млн, из них $8,9 млн предоставлены Европейской комиссией. Координатором проекта выступает Институт продовольствия и питания Ирландского национального университета в Корке, в числе крупных участников международная консалтинговая организация Delphy, международная организация ProVeg, компании Barilla, Исследовательский центр Danone Nutricia и международная пивоваренная корпорация AB InBev.
Проект будет длиться четыре года, его основная цель — консолидация всех участников производственной цепи новых белковых продуктов: фермеров, разработчиков белковой массы (полученной из растений, грибов, отходов и побочных продуктов производств), производителей готовых белковых продуктов, маркетологов.
Ожидается, что в результате реализации проекта в 2025 году на рынок будут выпущены новые растительные продукты: мясо, рыба, морепродукты, сыр, молочные смеси для детского питания и другие молочные продукты, а также хлебобулочные изделия.
Государственное финансирование далеко не единственный источник инвестиций в инновационные проекты. Инвестирование в биотехнологическую отрасль, связанную с созданием технологии получения белковых продуктов из альтернативных источников, довольно рискованно. Финансированием инновационных организаций или стартапов занимаются в основном венчурные инвесторы. Узнать теорию венчурного капитала можно, например, с помощью курса лекций Российской ассоциации венчурного инвестирования. Поиск венчурного инвестора — не единственный возможный путь развития стартапа, есть еще бизнес-ангелы и краудфандинг.
Для плодотворного сотрудничества и революционных достижений стартап и инвестор должны существовать не в информационном вакууме, а иметь тесную связь с R&D-отделами компаний, с академической наукой, с государственными органами и др. Такое взаимодействие получило название «открытые инновации».
Альтернативные источники белка
Альтернативными источниками белка считаются растения, водоросли, насекомые и микроорганизмы, культивируемое мясо.
Растительный белок
Первым альтернативным источником белка можно по праву считать растения, особенно богато белком семейство бобовых (горох, соя, и др.).
Крупнейший мировой производитель мяса на растительной основе — компания Beyond Meat, основанная в 2009 году в США. Этот стартап получил венчурное финансирование от GreatPoint Ventures, Obvious Corporation, Билла Гейтса, Биза Стоуна, Humane Society и Tyson Foods. В 2013 году на прилавках США появились первые продукты от Beyond Meat. В 2016 году стартовали массовые продажи растительных гамбургеров через рестораны и торговые сети, и на сегодняшний момент продано около 25 млн бургеров. В 2018-ом компания подала заявку на IPO для размещения акций в размере $100 млн. По состоянию на 2020 год рыночная стоимость Beyond Meat составляет $8,3 млрд.
Помимо Beyond Meat созданием продуктов на основе растительных белков занимаются компании Impossible Food в США и Vegetarian Butcher в Европе. Растительные бургеры Beyond Meat можно попробовать и в российских ресторанах.
Растительные белки широко применяются как в питании человека, так и в животноводстве. Спрос на них обусловлен их легкой усвояемостью, привлекательным аминокислотным профилем, этическими причинами. Голландская консалтинговая компания FutureBridge оценила мировой рынок растительных белков к 2022 году в $10,8 млрд при росте в среднем на 6,7% в год.
Среди растительного сырья, помимо самых популярных сои и гороха, есть и другие перспективные источники белка. FutureBridge полагает, что основным промышленным источником растительных протеинов станет белок из нута (культуры семейства бобовых). Он обладает важным преимуществом перед соей и пшеницей — гипоаллергенностью. Ученые находят и другие преимущества его применения в продуктах питания.
Нут уже применяется в мировой пищевой промышленности. Например, под торговой маркой Banza Pasta выпускают нутовую муку, а также крупу и макаронные изделия на ее основе. Компания Barilla также производит макароны со 100% нутовой муки: в продуктовой линейке коротких макарон 20 продуктов, из них один — из нута. Компании Hippeas и Biena Snacks используют нут в снековых продуктах, Rule Breaker производит пирожные с нутовой мукой, Nutriati предлагает добавлять нутовый белок в мороженое, а Cambridge Commodities ProEarth выпускает широкий ассортимент продуктов с нутом.
На 2016 год производство сои составляло 313 млн тонн, гороха — 14,4 млн тонн, а нута — 11 млн тонн. Такого количества нута недостаточно для существенного увеличения его доли на рынке продуктов питания, пока он может только заместить небольшую долю сои.
Стремясь увеличить производство нутового белка, израильская технологическая компания InnovoPro привлекла $15 млн из фонда Jerusalem Venture Partners. Эти инвестиции позволят стартапу InnovoPro увеличить производственные мощности и создать совместные предприятия по развитию бизнеса и маркетингу. Благодаря финансированию 70%-ый концентрат белка нута, произведенный InnovoPro, можно использовать при изготовлении продуктов в Европе, Израиле и США. В настоящее время компания стремится выйти на мировой рынок белковых ингредиентов, оцениваемый в $40 млрд.
В натуральном виде в нуте содержится примерно 20% протеина, тогда как ферментативный гидролиз муки из него позволяет получить 70%-концентрат белка. Этот инновационный белковый концентрат гипоаллергенен, обеспечивает высокую питательную ценность, хорошие вкусовые качества конечных продуктов.
Ни рыба, ни мясо
В течение последних нескольких лет активизировалось изучение водорослей как альтернативного источника белка. Усилия ученых направлены на исследование различных видов водорослей и их белкового состава. Мировой рынок морских водорослей и продуктов из них пока совсем небольшой: по прогнозам, к 2025 году он составит $26 млн. Содержание протеина в клетках водорослей может достигать 65%, в зависимости от вида: Chlorella и Scenedesmus — 45–55%, Spirulina — 60–65%. Белок водорослей считается вегетарианским, имеет высокую усвояемость, содержит незаменимые аминокислоты. Кроме белка водоросли содержат пищевые волокна, полезные жиры и микроэлементы.
С 2019 г. крупнейшая в мире корпорация по производству продуктов питания Nestlé сотрудничает с биохимической компанией Corbion по разработке нового поколения микроводорослей для пищевых продуктов. Объединив возможности Corbion по производству и ферментации микроводорослей с опытом Nestlé в области разработки растительных продуктов, обе компании стремятся коммерциализировать пищевые ингредиенты на основе микроводорослей. Один из вариантов продуктов на растительной основе — напитки: сливки и кофейные смеси на основе микроводорослей.
Американский стартап Triton Alges Innovations производит из водорослей Essential Red вегетарианское сырье для имитации мяса. Triton Alges Innovations также ведет разработки в области генной инженерии. Участники стартапа выделили штамм водорослей, ферментацией которого можно получать остеопоэтин — белок, содержащийся в молоке млекопитающих.
Нидерландская компания Phycom из-за вкусовых и связующих свойств микроводорослей использует именно их при создании альтернативных мясных продуктов.
Американский стартап Kuleana, выпускник самого передового бизнес-инкубатора Y Combinator, производит рыбу и морепродукты из запатентованной смеси белков и водорослей. На этапе начального финансирования компания привлекла $60,5 тыс. от фонда Good Seed Ventures. Сооснователь и глава Kuleana Яцек Прус заинтересовался пищевой отраслью после прохождения курса по этике отношения к животным в Техасском университете в Остине. Спустя пять лет он переехал в Европу, чтобы поучаствовать в запуске международного инкубатора «растительных» стартапов ProVeg. Чтобы попасть на рынок, стартап сотрудничает с поварами в рыбных ресторанах по всем США. Kuleana провела два успешных вкусовых теста в Барселоне и Сан-Франциско и получила предварительные заказы на сумму более $67 тыс. Самый сложный момент разработки — добиться текстуры настоящего тунца.
Российское ООО «АкваСар» запустило инновационный стартап по производству водоросли Chlorella. Размножение хлореллы в оптимальных условиях происходит очень интенсивно, что позволяет за короткое время получать прирост биомассы в 200 раз больший, чем у высших растений.
Существует два пути культивирования водорослей: выращивание в естественных условиях под открытым небом и в аппаратах с полностью контролируемыми условиями. Получение максимальных выходов биомассы требует оптимальных параметров (освещенности, температуры, содержания углекислого газа и др.) для роста и фотосинтетической продуктивности культур микроводорослей. Средняя производительность установки при этом — 0,3 г водорослей (0,17 г белка) в литре воды за сутки, а его еще надо отделить и высушить. Поэтому экономически выгодным проект по выращиванию водорослей может быть только в регионах с теплым климатом и возможностью нагрева за счет альтернативных источников. Производство водорослей пока вряд ли станет повсеместным и массовым, но останется одним из самых экологичных.
Культивируемое мясо
Еще один альтернативный источник белка — искусственное мясо или мясо из пробирки. Это мясо выращено в лабораторных условиях на питательной среде в виде культуры клеток и никогда не было частью живущего, полноценного животного. Подробнее познакомиться с историей и процессом создания искусственного мяса можно в тексте «Биомолекулы» «Культивируемое мясо — продукт завтрашнего дня».
В декабре 2020 года в продажу впервые поступило искусственное куриное мясо американской компании Eat Just. Его произвели в лабораторных условиях без забоя кур. Чтобы произвести искусственное мясо, специалисты компании взяли клетки кур путем биопсии, а затем культивировали их в биореакторах, соединив с запатентованной смесью из белков, аминокислот, минералов, сахаров, солей и других питательных веществ.
Eat Just с 2011 года разрабатывает и продает растительные альтернативы яичным продуктам. В компанию инвестировали около $120 млн раннего венчурного капитала, и в 2016 году она стала компанией-единорогом с капитализацией более $1 млрд. В мире существует всего около 360 компаний-единорогов, поэтому этот путь получения альтернативного белка можно по праву считать самым прибыльным.
Протеины из насекомых
Использование биомассы насекомых для производства белковых продуктов предполагается в виде муки, которая примерно на 70% состоит из белка, и добавление ее небольшого количества (до 5–10%) способно качественно улучшить состав пищи.
Международная биотехнологическая компания «Энтопротэк» специализируется на переработке отходов сельского хозяйства в кормовые добавки для животных с помощью черной львинки — мухи происхождением из Южной Америки. Компания была создана в 2015 году.
Черная львинка была выбрана из-за абсолютной безвредности для человека. Первую партию лабораторных насекомых привезли с ее родины, а дальше перед специалистами стояла задача — создать такие условия, в которых насекомые почувствовали бы себя как дома. «Заставить насекомых поверить, что они находятся не в Пензенской области, а где-то рядом с Амазонкой, было самым сложным для нас», — сообщил генеральный директор биотехнологической компании «Энтопротэк» Иван Соколов в своем интервью.
Личинки на этом предприятии стали главными «биологическими санитарами». Они готовы переработать абсолютно любую органику: основой их обеда бывают даже остатки шоколадных конфет. Отходы пищевой и сельскохозяйственной промышленности на «Энтопротэк» привозят крупнейшие предприятия России, рестораны и сети.
К 2021 году компания планирует увеличение мощностей действующего производства до 50 т в сутки. Сейчас мощности завода позволяют утилизировать до 15 т различных пищевых отходов в сутки с получением 700 кг белковой кормовой добавки.
Продукцию «Энтопротэка» употреблять в пищу могут и люди, но такого спроса на российском рынке пока нет. «Нам звонит много желающих покормить своих животных — и продуктивных, и непродуктивных, и экзотических, и любых других. Но ни одного звонка с идеей что-то приготовить из насекомых для людей пока не поступало», — рассказывает технический директор Игорь Абалакин.
Компания «НордТехСад» также занимается выращиванием черной львинки, но здесь мух кормят не отходами, а отборными зерновыми, замоченными в молочных продуктах определенной жирности. Рацион мухи разработан с расчетом на определенные биохимические параметры продукта и его употребление в пищу человеком. Всего «НордТехСад» производит до 5 т биомассы в месяц. Для проведения научных исследований «НордТехСад» учредил компанию — ООО «Биолаборатория», ставшую резидентом «Сколково».
Поголовье свиней в России на 2020 год составляет 24,5 млн, и за сутки они съедают 36 750 тонн корма на 550 млн руб. Включение 3 г добавки «НордТехСада» на 1 кг комбикорма позволяет увеличить привес свиней на 8% и сэкономить 9,8% корма в сутки, в стоимостном выражении экономия составит 53,9 млн руб. ежедневно.
Сейчас компания активно сотрудничает с западными производителями кормовых добавок. В Литве при поддержке «НордТехСада» ведется строительство биозавода по выпуску продукции из биомассы личинки черной львинки. Ведутся переговоры и с другими компаниями.
Компания «Зоопротеин» по праву может считаться «зеленой», ведь главным звеном в технологическом процессе является муха Lucilia caesar (обыкновенная зеленая падальница). Она занимается переработкой отходов животноводческих предприятий в кормовой белок и удобрения. Предприятие существует с 2016 года, его производительность — до 500 кг кормового белка в месяц. Чтобы рыночная стоимость белка была на уровне конкурента (рыбной муки) — 120–140 тыс. руб за тонну, — объем его производства в месяц должен составлять не менее 30–50 тонн. При этом себестоимость должна быть не более 80 тыс. руб. за тонну. Продукция пользуется большим спросом у птицефабрик, животноводческих и рыбоводческих предприятий. В 2016 году проект получил аккредитацию инновационного центра Сколково в направлении «Биотехнологии в сельском хозяйстве и промышленности». Исследования применения белковой субстанции в различных кормах осуществляются при грантовой поддержке фонда «Сколково».
И хотя данную технологию получения белка никак не назовешь гуманной (насекомые сначала высушиваются при высокой температуре, а затем — измельчаются), научные исследования в этом направлении продолжаются. Например, изучается возможность замены обезжиренного молока — основного ингредиента высококалорийного печенья — насекомыми. Полученное по альтернативному рецепту печенье по органолептическим, питательным и микробиологическим показателям не уступает традиционному.
Исландский стартап Crowbar Protein с помощью краудфандинговой кампании собрал $28 тыс. для производства и вывода на рынок готового продукта — протеинового батончика Jungle bar. Одним из ингредиентов батончика указана мука из сверчков. Остальные ингредиенты более традиционные — это финики, кунжут, семечки подсолнуха и тыквы, и шоколад. Сверчков стартап планирует закупать у канадского производителя.
В одном батончике Jungle bar массой 50 г содержится 200 ккал и 16% белка. Для сравнения, в 50 г злакового батончика Nestle Fitness — 236 ккал и 10% белка. Но важное преимущество батончиков Jungle bar — отсутствие основных аллергенов (глютена, арахиса, сои и молочных продуктов). Поскольку сверчки содержат большое количество железа, кальция, витамина B12 и других минералов, то пользы от такого батончика больше. А экологическая нагрузка на окружающую среду от сверчков значительно ниже, чем от коров.
Для получения килограмма протеина сверчкам необходимо 1,7 кг травы, а коровам — 10 кг. Еще меньше сверчкам требуется воды — дефицитного ресурса во многих регионах. На 1 кг сверчков нужно 8 л воды, на 1 кг птицы — 1250 л и 8350 л на 1 кг веса для коров.
Цена Jungle bar пока «кусается»: упаковка из шести батончиков предлагается за $25.
Протеины из микроорганизмов
Чрезвычайно перспективно — получать белки с помощью микроорганизмов. Тем более что для России этот путь — исторически сложившийся. В советское время промышленная микробиология давала существенный объем продукции для животноводства. Технология получения протеина из природного газа была разработана (и впоследствии утеряна) в СССР: с 1988 по 1994 год на Светлоярском БВК в год производили около 15 тыс. т белка. В основу технологии был положен процесс непрерывного культивирования активного штамма — Methylococcus capsulatus, окисляющего природный газ, содержащий до 96% метана. Дальнейшие стадии содержали процессы концентрирования белка из биосуспензии, стерилизацию и сушку с получением белка гаприна в виде порошка или гранул.
При этом состав биомассы получался высококачественным, с полноценным набором незаменимых аминокислот, а также витаминами группы В и микроэлементами, и был предпочтительней традиционных белковых добавок.
В 2016 году технология вернулась в Россию. Компания «Протелюкс» за $10 млн приобрела лицензию у датского стартапа Unibio, владеющего правами на разработанную совместно с Датским техническим университетом технологию U-Loop, представляющую собой процесс ферментации протеина из бактерий и метана. Цена на газ в России позволяет получить более рентабельный бизнес. Поэтому «Протелюкс» построил собственный завод в Ивангороде с мощностью 6,5 тыс. т в год, где в декабре 2018-го была получена первая порция биопротеина под маркой «Унипротеин». По содержанию белка и цене «Унипротеин» сопоставим с рыбной мукой. Инвестиции в данный проект составили более 2 млрд руб. Инвесторами и совладельцами «Протелюкс» стали сооснователь «Группы ПИК» Кирилл Писарев, бывший совладелец банка «Абсолют» Михаил Сердцев, бизнесмен Сергей Медведев, которому принадлежит финский производитель мяса и мясопродуктов Landeli Group (годовой оборот $48,5 млн) и другие. Сами инвесторы позиционируют данный проект, как дружественный бизнес. Тонна рыбной муки стоит около $1600, так что выручка «Протелюкса» при стопроцентной загрузке может составить порядка $10 млн в год.
Основными потребителями биопротеина должны стать крупные агропромышленные предприятия и производители комбикормов. Ученые рассматривают возможность замещения белковой муки животного происхождения мукой бактериального происхождения в рационах не только свиней, птиц и крупного рогатого скота, но и рыб.
Финский стартап Solar Foods и вовсе позиционирует созданную им технологию как получение белка из воздуха (а если точнее, то из углекислого газа воздуха). Хотя это, конечно, маркетинговый ход, поскольку получение протеина протекает с помощью микробиологического синтеза.
Создатели стартапа скромно сообщают, что придумали только технологию, сама же идея родилась еще в 1960-е годы. На заре космической эры ученые думали, как обеспечить пропитанием людей, находящихся на орбите или совершающих долгие космические перелеты и полностью оторванных от привычных способов получения пищи. Согласно этой технологии, используя электричество и углекислый газ, можно получить вещество, которое по вкусу напоминает пшеничную муку и на 50–60% состоит из белка, остальную массу составляют углеводы и жиры. При производстве происходит разделение воды на водород и кислород с помощью электричества в биореакторе. Полученный водород затем добавляют к углекислому газу и подают микробам для процесса ферментации.
Стоимость такого производства сильно зависит от цены на электроэнергию. В Финляндии, где собираются построить первый завод, электричество недорогое. А углекислый газ планируют получить из отходов производства биотоплива — заодно снижая вредные выбросы.
Расчетная мощность завода — 1 млн тонн в год: этого хватит, чтобы обеспечить белком примерно 5 млн человек, то есть почти всё население Финляндии.
Проект Solar Foods выбран для бизнес-инкубатора Европейского космического агентства: там тестируют возможность обеспечивать таким белком космические миссии на Марс.
В земной жизни Solar Foods надеется использовать полученный протеиновый порошок в качестве ингредиента в пищевых продуктах или в качестве основы для гамбургеров. Solar Foods готовится представить свою продукцию потребителям к 2021 году после получения лицензии на продукты питания в Европейском союзе.
Кто придет к финишу первым?
На сегодняшний день до «финиша» (прилавков магазинов и ресторанов) дошел только один альтернативный источник белка — растительное мясо. Искусственное мясо тоже приближается к этому результату, но пока оно доступно только в общепите одной страны мира. Первенство в разработках растительного и искусственного мяса принадлежит США.
У насекомых и микроорганизмов есть шанс стать российскими национальными источниками белка. Количество проектов с участием насекомых в России достаточно велико. А проекты с переработкой природного газа — обеспечены собственным недорогим сырьем. Кормление альтернативным белком животных успешно осуществляется, но до употребления его в пищу человеком еще далеко.
Получение белка из альтернативных источников, несомненно, очень актуально. Это достаточно рисковое предприятие, нуждающееся в отважных инвесторах и гениальных ученых. Если два этих «двигателя прогресса» встретятся, то новые белковые продукты, жизненно необходимые человечеству, несомненно, выйдут на рынок. Наверняка, на всех вышеперечисленных альтернативных источниках протеина разработки не закончатся, и на последующих конкурсах «Био/Мол/Текст» будут представлены новые статьи о нео- или постальтернативных источниках протеинов.