"Gaļa no aļģēm": kā mikroaļģes un soja kļūst par nākotnes kotletēm

Kam mēs varam uzticēt jauno olbaltumvielu pannu planētai? Materiālzinātnieks Stefans Guldins (TUM/TUMCREATE, Proteins4Singapore projekts) piedāvā netradicionālu atbildi: mikroaļģes + soja. Nesenā rakstā žurnālā Nature viņš paskaidro, kā izejvielas tiek iegūtas no vienšūnu kultūrām ar 60–70 % olbaltumvielu, un pēc tam “pielāgo” to pašsalikšanos un tekstūru, lai atdarinātu “gaļas” kodienu un sulīgumu. Konteksts ir Singapūras “30 x 30” mērķis: līdz 2030. gadam saražot 30 % pārtikas vietējā mērogā zemes trūkuma vidē, kur kompakti aļģu bioreaktori izskatās īpaši loģiski.

Pētījuma pamatojums

Alternatīvi olbaltumvielu avoti nav modes kaprīze, bet gan atbilde uz vairākiem šķēršļiem vienlaikus: iedzīvotāju skaita pieaugumu, klimata ierobežojumiem, zemes un ūdens trūkumu un dažās megapilsētās – no importa atkarīgo piegādes ķēžu ievainojamību. Singapūra ir spilgts piemērs: valsts importē lauvas tiesu no savas pārtikas un ir izvirzījusi "30x30" mērķi – līdz 2030. gadam 30% no savas uztura saražot iekšzemē. Šādā ģeogrāfiskā apgabalā kompakti bioreaktori un slēgti fotobioreaktori ar mikroaļģēm ir loģiski: tiem gandrīz nav nepieciešama augsne, tie darbojas visu gadu un ir mērogojami "pa pilsētām", nevis "pa hektāriem".

Mikroaļģes ir interesantas ne tikai ar savu “vertikālo” ražošanu. Vairākas šķirnes ( Chlorella, Nannochloropsis, Arthrospira/“spirulina” ) nodrošina 50–70 % olbaltumvielu sausnā, un kopā ar olbaltumvielām ir arī polinepiesātinātās taukskābes, pigmenti un antioksidanti. No šādas biomasas var iegūt olbaltumvielu koncentrātus un izolatorus – pārtikas sistēmu “būvmateriālus”. To priekšrocība salīdzinājumā ar daudzām sauszemes kultūrām ir sastāva elastība, pateicoties audzēšanas apstākļu kontrolei un neatkarībai no sezonalitātes: ražošanas partijas ir vieglāk standartizēt.

Taču "zaļais pulveris" pats par sevi nepārvēršas par "kotleti". Aļģu olbaltumvielām ir specifisks garšas un aromāta profils (hlorofili, "jūras" nots), mainīga šķīdība un želejveida veidošanās, un spēcīgas šūnu sieniņas apgrūtina sagremojamību, ja tās netiek pareizi apstrādātas. Līdz ar to ir tehnoloģiskais konveijers: frakcionēšana, balināšana/dezodorēšana, funkcionālo īpašību pielāgošana (emulgācija, ūdens aizture, viskoelastība). Vienlaikus biomasas žāvēšana un atdalīšana jāveic energoefektīvi, pretējā gadījumā tiek zaudēta daļa no vides un cenu ieguvumiem; pievienojiet šeit "jauno pārtikas produktu" regulu un alergēnu jautājumu - un kļūst skaidrs, kāpēc ceļš no reaktora līdz letei ir garš.

“Gaļas” pieredzes atslēga ir strukturēšana. Olbaltumvielu koncentrātiem jāpiespiež pašorganizēties šķiedrainā, slāņainā mikrostruktūrā, kas nodrošina elastīgu “kodienu” un saglabā sulas un taukus. Tas tiek panākts, izmantojot bīdes laukus, ekstrūziju, mikrofāžu atdalīšanas kontroli un lipīdu/aromātisko prekursoru pievienošanu. Praksē aļģu olbaltumvielas bieži tiek sajauktas ar sojas olbaltumvielām: tas atvieglo pareizā aminoskābju profila sasniegšanu, uzlabo tekstūras veidošanos un “nomāk” aļģu garšu. Pēdējā barjera ir patērētājs: mums ir nepieciešamas vietējo virtuvju receptes, aklās degustācijas un skaidra marķēšana. Tāpēc pārtikas ķīmijas algoritmiem tiek pievienoti materiālzinātnes un sensoriskie rīki: bez tiem “aļģu gaļa” paliks laboratorijas demonstrācija, nevis produkts, ko cilvēki pirks otrreiz.

Kāpēc mikroaļģes?

• Olbaltumvielu līdz malām. Daži veidi nodrošina līdz pat 60–70 % olbaltumvielu sausnā — salīdzināms un augstāks nekā tipiskos avotos.
• Pilsētas formāts. Tie aug reaktoros, gandrīz bez zemes un ar nelielu ūdens patēriņu — ērti tādai megapilsētai kā Singapūra.
• Elastīga apstrāde. No biomasas tiek iegūtas olbaltumvielu frakcijas, kuras var izmantot kā tekstūras "konstruktorus".

Ko dara Guldina komanda?

Pētījuma uzmanības centrā ir tas, kā panākt, lai augu olbaltumvielas uzvestos kā "gaļa". Šeit izšķiroša ir materiālzinātnes pieeja: kontrolējot olbaltumvielu pavedienu pašorganizāciju un to mijiedarbību ar ūdeni un taukiem, ir iespējams salikt vēlamo mikrostruktūru - slāņošanos, šķiedrainību, elastību. Tas ir gadījumā, kad "mīkstās matērijas fizika" darbojas pēc garšas.

• Izejvielas: mikroaļģu un sojas olbaltumvielu maisījums – garšas, uzturvērtības un cenas līdzsvars.
• Process: ekstrakcija → pašsalikšanas apstākļu izvēle → piparmētru/košļājamās garšas un sulīguma testi → receptes pielāgošana.
• Norises vieta: TUMCREATE/Proteins4Singapore konsorcijs — tilts starp fondiem un pārtikas tehnoloģijām, lai apmierinātu pilsētvalsts vajadzības.

Kas jau ir skaidrs — un kas palēnina aļģu "alternatīvo gaļu"

• Plusi:
  • augsts olbaltumvielu blīvums un pilnīgs aminoskābju profils vairākās sugās;
  • mērogojamība slēgtās sistēmās;
  • oglekļa un ūdens pēdas samazināšanas perspektīva.
• Izaicinājumi:
  • garša un aromāts (hlorofili, “jūras” notis) prasa pigmentu maskēšanu un balināšanu;
  • funkcionālās īpašības (šķīdība, želejveida spēja) atšķiras atkarībā no sugas un ir atkarīgas no apstrādes;
  • ekonomika un regulējums: kultūraugu piegādes ķēžu stabilitāte, olbaltumvielu koncentrātu standartizācija.

Kāpēc Singapūrai (un ne tikai) tas ir vajadzīgs

Singapūra importē >90% pārtikas un plāno līdz 2030. gadam 30% pārtikas ražot vietēji. Kompakti mikroaļģu reaktori + olbaltumvielu pārstrāde "gaļas" produktos ir veids, kā pievienot gramus olbaltumvielu uz kvadrātmetru un samazināt neaizsargātību pret piegādes šokiem. Tas pats attiecas uz pilsētām, kurās trūkst zemes un ūdens.

Kā no "zaļās putras" pagatavot "gaļas kumosu"

• Struktūra: kontrolē mikrofāžu atdalīšanos un olbaltumvielu šķiedru orientāciju (ekstrūzija, bīdes lauki) - līdz ar to šķiedrainība un "viļņošanās", kad tiek sakosts.
• Sulīgums: iekapsulē taukus, saista ūdeni ar hidrokoloīdiem – "gaļas sulas" imitācija.
• Garša: fermentācija, lipīdu profila un aromātisko prekursoru atlase – virzība no "jūraszāļu" nots uz "umami".

Kas tālāk gaidāms Proteins4Singapore?

• No laboratorijas līdz mini darbnīcām: partijas stabilitāte, glabāšanas laiks, aukstuma loģistika.
• Diētika un drošība: augu olbaltumvielu alergēni, sagremojamība, marķēšana.
• Patērētāju testēšana: aklās degustācijas un uzvedības pētījumi Āzijas virtuvēs – garšai ir nozīme.

Autora komentāri

Materiāls izklausās pragmatisks, ar "inženiertehnisku" optimismu: mikroaļģes nav eksotiskas ažiotāžas dēļ, bet gan īsts olbaltumvielu produktu konstruktors, ja uz uzdevumu paskatās no materiālzinātnieka skatupunkta. Galvenais nav tikai audzēt biomasu ar 60–70% olbaltumvielu, bet gan iemācīt olbaltumvielu frakcijām salikties "gaļas" mikrostruktūrā, vienlaikus saglabājot garšu, sulīgumu un cenu. Tāpēc likme ir uz mikroaļģu + sojas duetu: pirmajām ir olbaltumvielu blīvums un kompakta ražošana, otrajām ir pierādīta teksturējamība un "mīksts" garšas profils.

Autors uzsver vairākas svarīgas, bieži vien "neizteiktas" lietas:

• Tekstūra un sensorās īpašības ir svarīgākas par saukļiem. "Zaļā" ietekme ir priekšrocība, taču cilvēki pirks to, ko ir patīkami košļāt un garšīgi ēst. Tāpēc uzsvars tiek likts uz olbaltumvielu, šķiedrvielu un tauku/sulas saglabāšanu pašsagatavošanās procesā.
• Funkcijas ir svarīgākas par taksonomiju. Nav tik svarīgi, "kāda veida aļģes tās ir", cik tas, kādas funkcionālās īpašības (šķīdība, želejveida veidošanās, emulgācija) izolētā olbaltumvielu frakcija nodrošina pēc apstrādes.
• Šis maisījums nav kompromiss, bet gan stratēģija. Aļģu un sojas proteīnu maisījums palīdz vienlaikus paveikt trīs uzdevumus: aminoskābju profilu, tehnoloģisko efektivitāti un "jūras" nošu neitralizāciju.
• Pilsētvides ražošanas loģika. Singapūrai un megapilsētām galvenais ir "olbaltumvielas/m²" un sezonāla neatkarība: slēgti reaktori, īsas piegādes ķēdes, partiju stabilitāte.
• Ekonomika un enerģija ir realitātes filtrs. Lēta dehidratācija/balināšana un mini darbnīcu mērogošana ir vājās vietas; bez tām ekoloģija un cena var "iztvaikot" pārstrādes posmā.
• Regulējums un uzticēšanās. "Jauns pārtikas produkts" ir standarti, alergēni, marķēšana un patērētāju testi, kā arī vietējās virtuves produkti (ne tikai "burgeru formāts").

Kas, pēc autora domām, ir jādara tālāk, lai “jūras aļģu gaļa” no demonstrācijām kļūtu par masveida produktu:

• Standartizēt olbaltumvielu koncentrātus (katrā partijā pēc funkcionāliem rādītājiem, ne tikai pēc olbaltumvielu procentuālā daudzuma).
• Energoefektīvi atrisiniet "netīros" soļus - ūdens atdalīšanu, dezodorēšanu/balināšanu, nezaudējot uzturvielas.
• Uzsākt pilsētā mini ražošanas ķēdes: no reaktoriem līdz pilot ekstrūzijas līnijām un aukstuma loģistikai.
• Saistiet receptes ar virtuves kontekstu (Āzija/Eiropa): aromāti, tauki, garšvielas — reāliem uzvedības testiem.
• Godīgi aprēķiniet LCA (oglekļa/ūdens/enerģijas) reālajiem mērogiem, nevis laboratorijas gramiem.

Galvenā vēsts: alternatīvās olbaltumvielas nav viena “supersastāvdaļa”, bet gan materiālzinātnes un pārtikas risinājumu kombinācija. Mikroaļģes nodrošina kompaktumu un olbaltumvielu blīvumu, soja nodrošina uzticamu tekstūras “pastiprināšanu”, un kompetenta inženierija pārvērš to par produktu, ko vēlaties ēst otrreiz.

Secinājums

Mikroaļģes nav futūristiska fantāzija, bet gan tehnoloģiju platforma pilsētām, kurās trūkst zemes un ir nepieciešamas olbaltumvielas. Guldina un kolēģu darbs rāda, ka, kontrolējot olbaltumvielu pašsalikšanos un tekstūru, "zaļais" koncentrāts patiešām pārvēršas par "gaļas" produktu, un tas loģiski iederas Singapūras 30x30 pārtikas ilgtspējības stratēģijā. Tad seko ilgtermiņa perspektīvas: aromāts, izmaksas, standarti un patērētāju mīlestība.

Avots: Kristīne Ro. Neapstrādātas sastāvdaļas: aļģu olbaltumvielu pārvēršana gaļas imitācijā. Nature, 2025. gada 18. augusts; intervija ar S. Guldinu (TUM/TUMCREATE, Proteins4Singapore). Papildu konteksts: 30×30 mērķi un materiāli par Proteins4Singapore. doi: https://doi.org/10.1038/d41586-025-02622-7