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    向發霉面包說再見,AI還能這么用?

    •   來源:Foodaily  作者:Elva Gan  發布日期:2020-08-06     
     

    你對發霉的面包感到厭惡嗎?普通面包的保存日期非常有限,添加防腐劑成為最有效的辦法。如何選擇既有強大的抑菌性能,又讓消費者感到安心的防腐劑成為行業的研究熱點。成立于2014年的智利科技公司Protera Technologies最近獲得由歐洲生命科學風險投資公司Sofinnova Partners領投的560萬美元A輪融資,用于研究以發酵蛋白替代人工防腐劑,將烘焙食品的保質期延長30天或者更長。

    Sofinnova Partners之所以選擇Protera,是因為認識到在在人工智能助推下合成生物學的巨大市場機會。投資公司合伙人JoškoBobanovic表示:具有高度創業精神的Protera團隊創造了一種改變游戲規則的方法——設計獨特自然的解決方案,以響應市場的需求。

     

    Francia Navarrete Leonardo Álvarez2014年創辦了Protera。該公司成為硅谷論壇2016年世界杯技術挑戰賽的四支決賽團隊之一,后來入駐世界最大的生物技術加速器Indiebio接受孵化。圖片來源:Protera官網

     

    1、用于烘焙產品的清潔標簽型防腐劑

    消費者對天然成分的需求迅速增長,希望在食品中看到越來越多的天然成分,并愿意為它們支付更多的錢。這也是全球清潔標簽市場持續增長的原因。預計到2024年,全球清潔標簽市場規模將達到510億美元。

    給食品貼上“天然”標簽,可能對于產品中的真實成分并沒有什么意義,但消費者認知正推動行業利用發酵技術來生產越來越豐富的天然產品——這與制造面包、啤酒和康普茶的過程相同。發酵的產物往往比傳統化學工藝的制成品更復雜、更安全。

    Thought For Food公司創始人兼首席執行官Christine Gould表示,自然發酵的原料將會成為未來的潮流趨勢。不僅消費者更容易接受天然發酵原料,而且這種生物合成工藝可以用來制作傳統化學方法無法企及的成分。

    在烘焙過程中,人工配料通常起到防腐劑的作用,通過防止易腐爛食品的變質來提高食品安全。烘焙食品的霉變是對天然原料的巨大挑戰。

    “抗真菌化合物很難被取代,” Protera公司首席執行官和聯合創始人Leonardo Álvarez表示。

    人們十分討厭面包上出現的綠色或藍色霉菌斑。菌斑由產孢子細菌生成,對于面包師而言是毒藥。孢子可以在300華氏度的烘烤下存活,并從面包一出爐就開始生長。幾個小時內,烘焙食品就會發臭,無法食用。

     

    如果你在面包中加入50000個真菌孢子,20天后它會變成令人生厭的綠斑(左圖)。而添加Protera天然蛋白防腐劑的面包卻能保持新鮮和完好狀態(右圖)。圖片來源:Protera官網

    為了防止發霉,大多數食品制造商使用丙酸鈣。它是一種天然存在的化合物,但必須通過人工方法制取,以達到所需的高濃度。具有同等功效的純天然防腐劑非常稀少。

    這就是Protera進軍該領域的動力。Protera提出的解決方案基于合成生物學,這是一門利用自然工具創造健康、可持續產品的學科。合成生物學的產品,通常是新型蛋白質,從實現方式上看,它們與烘焙面包或釀造啤酒沒有太大區別。

    Leonardo Álvarez表示:現在市場上還沒有蛋白型天然防腐劑的替代品,我們所能制取的僅是具有防腐作用的天然提取物或發酵有機酸,它們可以將食品貨架期延長12天。Protera開發出的一種新型蛋白質,可以延長貨架期30天。在某些情況下,甚至可以超過45天。

     

    2、深度學習加速蛋白質的發現

    被稱為Protera Guard”的發酵成分是由行業需求驅動的快速創新的結晶。得益于深度學習(機器學習的一個子集)所提供的洞察力,Protera團隊能夠以極快的速度從提出概念到產品應用:僅僅一年時間就制得了預期蛋白質。

     

    圖片來源:protera官網

    Protera公司開發了一種觀察蛋白質結構的專利MADI算法。該算法已被應用于一系列行業中。MADI算法是基于端到端的GPU計算法,能夠降低計算成本,加快對全球數十億種蛋白質的分析速度,這些蛋白質的結構都是人類還沒有時間去探索的。

    深度學習組件可以預測蛋白質的結構和溶解性、熱穩定性、pH值范圍等特征。這些特征對于探索新食品添加劑的潛在功能十分重要,甚至可以改善目前市場上的產品。例如,現有的防腐劑需要嚴格的酸性環境。而Protera產品的pH值范圍更廣。

    Álvarez 表示,這些深度學習在預測、測試及轉化為產品方面顯示出驚人的準確性,它減少了實驗數量。我們可以做10次左右的迭代,而非數千次。

     

    3、調控食用油脂的分子結構

    Protera公司人工智能驅動的合成生物技術不僅限于烘焙食品。乳化劑和抗氧化劑成為Protera的下一個目標。

    棕櫚油,是一種應用廣泛的食品原料,超市貨架上的食品中,大約有一半含有棕櫚油。然而,人們對棕櫚油的可持續性,以及它與世界上一些生物多樣性最豐富的地區森林砍伐加速之間的關系表示擔憂。

     

    國際學術機構針對保持棕櫚樹種植可持續性提出的4種方法。圖片來源:www.dirt-to-dinner.com

    Alvarez指出,當前的主要目標是尋找市場上棕櫚油的替代品,特別是要考慮到環境影響與可持續性。Protera目前開發出一種新的酶法工藝,生產更健康的油脂,不含反式脂肪。

    而解決棕櫚油可持續供給的問題重在規模,需要數百萬噸的產量才能真正具有競爭力。

    除了改造食品產業的大宗原料,Protera還將利用生物技術調控其他食用油脂的分子結構,比如橄欖油或葵花籽油。由于原料種植季節氣候多變,土壤或水文情況的差異,油脂中的飽和/不飽和脂肪酸比例很難穩定,如果該比例降低,就會導致品質變差。Protera可以通過控制脂肪酸和甘油三酸酯的分子結構來改變最終產品中脂肪的比例,同時保持了油脂原有的香氣,味道和口感。

    這項技術每天可以開發出數千種蛋白質(酶)候選物,快速確定出最適合將飽和脂肪轉化為不飽和脂肪的酶。在美國,一些食品和生物公司已花費超過100億美元來購買這項服務。比如,全球食品機械與過程技術領域的供應商GEA已通過該技術將富含飽和脂肪的黑巧克力轉化為世界上第一種富含不飽和脂肪的可涂抹黑巧克力液體,這為巧克力制造商們打開了一個全新的市場。

     

    4、從圣地亞哥到巴黎:夢想剛剛起飛

    今年4月,在美國硅谷舉辦的2020年硅谷論壇農業技術分論壇上,Protera創始人Leonardo Álvarez談起對于Protera的未來規劃時表示:“我們希望成為蛋白質和酶設計的全球領導者。農業技術領域將是我們展示技術力量的一個很好起點,但未來,我們也將延伸到化妝品,藥品和其他行業。”

    Foodaily了解,Protera公司日前正計劃從智利圣地亞哥搬遷到巴黎F站的Shake Up Factory。巴黎云集了上千家初創公司,從資源整合的角度看,對于Protera的技術發展大有好處。就全球范圍而言,歐洲的生物產業有著更好的基礎,發酵生產的產能更大。而在法國,人工智能方面的人才和技術儲備強大。Protera此這樣的發展環境頗感滿意。Protera的蛋白質工程團隊將繼續留在智利,而大規模生產和人工智能團隊將遷往巴黎。

     

    位于巴黎第13區的StationF20177月投入運營,這里云集了超過1000家致力于征服數字世界的數碼公司,成為巴黎和法國的一張新名片。圖片來源:https://stationf.co/

     

    5、總結

    20199月,在一次引入AI技術的新藥研發中,從開始研發新的靶向藥,到完成初步的生物學驗證,僅僅花了46天時間。而如果采用傳統藥物研發模式,則至少需要8年!人工智能正在取代藥物化學家的角色。

    Protera在烘焙和油脂領域上的創新性技術開發,為人工智能在食品領域的拓展樹立起一個極富參考意義的標桿。食品產業的技術革命,也許就從這里開始!

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