増加する人口を養うための新しい食品技術
世界の人口は 2050 年までに約 100 億人に達すると予想されています1。そのため、私たちはもっと食料を増産しなければなりません。単に農業を拡張するだけでは解決にはなりません。第一、地球にはそれだけの広大な土地は残されていません。新しい食品技術は、気候への影響、資源と土地利用、全体的なカーボンフットプリントの観点から世界の食料生産のサステナビリティを向上させながら、代替食品原料を提供できるのでしょうか？
増大する人口への食品供給
現在、世界の食品システムが直面する多くの課題の中でも、急激に増加する人口に食料を供給することは最も差し迫った課題の 1 つです。2050 年までに、世界の人口は 2020 年の水準から 25% 以上増加して約 100 億人になると予想されています<sup><a style="font-size: 10.0px; color: rgb(74,74,74);" title="Footnote 1" href="#footnote">1</a></sup>。しかし、食料システムはすでに温室効果ガス排出量の 3 分の 1 以上を占め<sup><a style="font-size: 10.0px; color: rgb(74,74,74);" title="Footnote 2" href="#footnote">2</a></sup>、資源集約型の産業や農業に大きく依存しています。農業規模を単純に拡大し、現在のペースで資源を消費することは持続可能な解決策とは言えません。
そして、十分な耕作可能な土地がないことは、単に一つの要因にすぎません。人口増加の多くは、アフリカや南アジア、東アジアに集中する可能性が高く、食料不安と人々の健康的な栄養価の高い食事の入手に対する懸念が、ますます深刻になると考えられます。水、土地、農薬の過剰な使用によって、生物多様性が失われ続けていることも問題です。
新しい食品技術は、この問題にどのように対応できるでしょうか？
新しい食品技術は、これらの問題の解決策になる可能性があります。新しい食品は、様々な代替タンパク質技術を指す場合がありますが、ここでは主に 2 つの発酵ベースの技術、すなわち、従来のタンパク質に匹敵する栄養豊富な代替物が菌類などの微生物で構成されるバイオマス発酵と、微生物が他の機能成分を生成するために「細胞工場」として使用される精密発酵を指します。
このような代替タンパク質を生産する方法として、どちらの方法にも、共通して現在の農業の方法と比較して明確なメリットがあり、特に生産に必要な土地の広さは大幅に少なくて済みます。3。従来のタンパク質と比較して、これらの代替タンパク質は、同等の栄養素とカロリーを生産するために必要な投入量が少なくて済むため、製造チェーン全体でエネルギーやその他の天然資源の消費量が削減されます3。しかし、それぞれの技術には、また、それぞれの気候への影響や大規模な導入の影響に関して、留意すべき特定の考慮事項があります。
バイオマス発酵
バイオマス発酵の持続可能性について、テトラパックのサステナビリティマネージャー、Lilly Li が次のように述べています。「食品および飲料業界は、学習曲線の緒に就いたばかりです。」 「そして、そのプロセスで何を生産するかによって、その後の水、土地、エネルギー使用量、廃棄物などの影響も変わる可能性があります。」
マイコプロテイン（真菌タンパク質バイオマス）は現在、バイオマス発酵によるベジタリアンおよびビーガンの肉代替品の製造に使用される主要な原料の 1 つです。初期の研究では、世界中の食事の牛肉をそのようなマイコプロテインに置き換えると、森林破壊と CO2に重大な影響を与える可能性があることが示唆されています。
出典：Humpenöder, F. 他 Nature 605、90 ～ 96（2022 年）。
同様に、ライフサイクル分析アプローチを使用して、マイコプロテインの環境への影響（各タンパク質製品の炭素、水、土地利用のフットプリントを含む）を、人間が消費するための植物ベースおよび動物ベースのタンパク質など、同等の製品で分析すると、同様に有望な結果が得られます。
最も明確なメリットは土地利用に関してです。次の図が示すように、牛ミンチ、豚のプリミカルカット、鶏の胸肉などの伝統的に生産される食品は、マイコプロテインと比較した場合、同等量のタンパク質を生産するためにはるかに大きなスペースを必要とします（スウェーデン産の牛ミンチと比較すると、ほぼ 80 倍の効率）5。
出典：Quorn Carbon-Trust-Comparison-Report-2022.pdf; Quorn Sustainability-Report-2022.pdf, Mycorenaimpact report 2022; J Hadi, G Brightwell-Foods, 2021
マイコプロテインは、完成したタンパク質製品を製造するのに必要な 1 kg あたりのリットル数（リットル/kg）から見ても、使用する水の量が少なくなります。ある大手マイコプロテインメーカーーの場合、この数値はわずか 31 リットル/kg で、豆腐と比較して 62%、大豆と比較して 71%、スウェーデン産牛ミンチと比較して 84% 効率が高くなります6。
出典：Quorn Carbon-Trust-Comparison-Report-2022.pdf; Quorn Sustainability-Report-2022.pdf, Mycorenaimpact report 2022; J Hadi, G Brightwell-Foods, 2021
全体として、これは、マイコプロテインの総二酸化炭素排出量（「製品の開発から出荷まで」の最終タンパク質製品を製造するために必要な、様々なプロセスで放出されるすべての温室効果ガスと定義される）が大幅に低いことを意味します。大手マイコプロテインメーカーの場合、CO2 e/kg はわずか 0.79 kg です。これは、鶏の胸肉と比較して 82%、豚肉のプライマルカットと比較して 92%、スウェーデン産牛ミンチと比較して 98% の削減に相当します7。
出典：Quorn Carbon-Trust-Comparison-Report-2022.pdf; Quorn Sustainability-Report-2022.pdf, Mycorenaimpact report 2022; J Hadi, G Brightwell-Foods, 2021
精密発酵
テトラパックの食品技術のマネージャー、Ashish Acharya によると、精密発酵には 2 つの異なる要素があり、どちらも個別に考慮する必要があります。それは、生体材料およびバイオ医薬品産業での使用、および新しい食品コンポーネントの生成です。「精密発酵は新しいものではありません。精密発酵は、他の方法では大量の資源を消費したり、自然に入手することが不可能であったりする希少または複雑な成分を生産または収穫するために、長年、場合によっては数十年も使用されてきました。」と彼は述べています。例として、チーズの製造に使用されるレンネットの主要成分であるキモシンや、乳児の栄養に不可欠な母乳に含まれるオリゴ糖など、様々な食品成分や栄養製品が含まれます。
「これらの発酵プロセスの中には、水とエネルギーを非常に大量に消費するものもありますが、オリゴ糖などは自然に大量生産することはできません。もちろん、熱をリサイクルしたり、廃水を浄化したり、その他の先進技術を導入してプロセスをより効率化する方法を検討することはできますが、現時点では、これらの成分を製造する別な方法はありません。」
しかし、牛乳や動物性タンパク質の製造について言えば、持続可能性の点からも精密発酵の重要性がますます高まっています。「農業の工業化に伴う森林破壊や温室効果ガス排出の影響が増大していることを考えると、精密発酵はこれらの問題のいくつかに対応するために役立つ可能性があります。」と Acharya は言います。「たとえば、乳タンパク質を考えてみましょう。将来、精密発酵がさらに進歩すれば、現在のような多くの牛は必要なくなります。つまり、多くの土地や水が必要なくなり、飼料や飼料を栽培するための土地も必要なくなります。また、CO2 の 25 倍の影響を与える温室効果ガスとして問題になっている、牛から発生するメタンガスの排出も削減できます8。」
Acharya によると、「気候変動に最も悪い影響を与える9」と言われる牛肉以外の動物性タンパク質も同様だと言います。精密およびバイオマス発酵を大規模に使用することは、森林破壊、動物のための水、放牧と飼料の栽培に必要な土地など、製造チェーンから気候に影響を与える実質的な側面を大幅に削減できることなのです。
廃棄物および副産物の処理
ただし、精密発酵とバイオマス発酵の場合、廃棄物と副産物が生成されます。これらの要素は、プロセスの全体的な気候への影響を評価する際に考慮する必要があります。「相当量のガスが生成されます。それはバイオマス発酵も同じです。」と Acharya は説明してくれました。「ほとんどの場合、これは CO2 ですが、製造する化合物の種類、発酵の種類、使用する微生物の種類に応じて、他のガスも発生します。」 バイオテクノロジーの進歩により、将来的にこれらのガスを精製したり、炭素原料源として循環システムに再投入したりできるかもしれません。現在、この分野で多くの研究が行われています10。
さらに、使用済みの微生物とその廃棄物をどのように処理するかという問題もあります。精密発酵では、使用する微生物のゲノム編集をします。そのため、生成される廃棄物を処理するための厳格な規制枠組みがあります。
「現在、彼らは『 GMO（遺伝子組み換え生物）kill 』と呼ばれることを行っています」と Acharya は述べています。「濃縮水酸化ナトリウムを加えて pH を >11 まで上昇させると、すべての DNA が中和・変性または断片化されます。」 また、特定の GMO の封じ込めレベルに応じて廃棄物の処理は異なりますが、活性遺伝物質が環境に放出されないという最終的な目標は同じです11。
また、テトラパックの機器安全スペシャリスト、Christina Schornack は次のように述べています。「封じ込めレベルが低い GMO の場合は、化学消毒や熱処理によって GMO を死滅させることができます。」 「封じ込めレベルに応じて、取り扱い手順の要件が指定されています12。これにより、特に廃棄物処理に関して、病原体を扱う作業者、より広範なコミュニティ、そして環境が保護されます。」
さらに、Lilly Li は「GMO 廃棄物には、特に生態系と人間に対する潜在的な毒性リスクに関して、本格的なLCA（ライフサイクルアセスメント）が必要です」と付け加えています。Li によれば、この廃棄物のリサイクルや再利用も調査中であり、特にバイオマス発酵に関して検討が進められています。「再利用の可能性、およびバイオマス発酵の廃棄物の流れから大量の水を回収できる可能性は非常に大きいと考えらえます。」と彼女は言います。「今後数年間で、循環性の概念をプロセス設計に統合する研究開発から、より多くの成果が得られると期待しています。」
従来の方法で製造された製品と精密発酵タンパク質を組み込んだ製品との直接比較に関するデータは、現在非常に限られています。「この種の原料製造はまだ初期段階にありますが、非常に速いテンポで進展しています。」と Acharya は述べています。「乳タンパク質などの各成分を製造するプロセスでの LCA（ライフサイクルアセスメント）はありますが、それらは最終製品の 1 つの化合物にすぎず、精密発酵を使用して製造される乳成分全体を示す LCA はありません。。」
しかし、Acharya にとって精密発酵、そしてバイオマス発酵も、その可能性は確実なようです。「特に栄養的に優れたタンパク質を作り、タンパク質アレルギーを取り除く機能性食品の開発に目を向けた場合、その可能性は非常に大きいと言えます。」と彼は述べています。「そして、時間当たり、体積当たりに生成できる対象成分タンパク質の現在の収量を調べてみると、今後 5 年ほどで発酵プロセスの効率を向上させることができ、ひいては収量も向上するでしょう。5 ～ 6 倍になると、商業レベルへのスケールアップが同時に起こることになります。これはおそらく大きな変革になるに違いありません。」
脚注：
- 出典：https://sdg.iisd.org/news/world-population-to-reach-9-9-billion-by-2050/
- 出典：https://www.unido.org/stories/new-research-shows-food-system-responsible-third-global-anthropogenic-emissions
- 出典：https://gfi.org/blog/regenerative-agriculture-and-alternative-proteins/
- 出典：Humpenöder, F. 他 Nature 605、90 ～ 96（2022 年）。
- 土地の設置面積は、完成品を製造するために必要な物理的な面積です。肉製品の場合、これには主に家畜が飼育される土地（畜舎、放牧地）と家畜が消費する飼料の栽培に使用される土地が含まれます。土地面積は、タンパク質または食品に含まれるタンパク質として完成品 1 kg あたりの平方メートル年数（m2a/kg）で表されます。
データ出典：Quorn Carbon-Trust-Comparison-Report-2022.pdf; Quorn Sustainability-Report-2022.pdf, Mycorenaimpact report 2022; J Hadi, G Brightwell-Foods, 2021 - 最終製品を製造するために必要なプロセス中に使用される水の総量。これには、動物が消費した水（家畜が飲んだ水など）、飼料の生産や作物の栽培に使用された水、加工中に消費された水が含まれます。水の使用量は、最終タンパク質製品 1 kg あたりのリットル数（L/kg）で表されます。
データ出典：Quorn Carbon-Trust-Comparison-Report-2022.pdf; Quorn Sustainability-Report-2022.pdf, Mycorenaimpact report 2022; J Hadi, G Brightwell-Foods, 2021 - 測定単位は二酸化炭素換算（CO2e）です。CO2e は、二酸化炭素やメタンなどの様々な GHG の地球温暖化係数を評価するための参照単位です。二酸化炭素排出量は、タンパク質またはタンパク質を含む最終製品の kg あたりの単位で表されます（kg CO2e/kg）。
データ出典：Quorn Carbon-Trust-Comparison-Report-2022.pdf; Quorn Sustainability-Report-2022.pdf, Mycorenaimpact report 2022; J Hadi, G Brightwell-Foods, 2021 - 出典：https://www.epa.gov/gmi/importance-methane#:~:text=Methane%20is%20more%20than%2025,due%20to%20human%2Drelated%20activities
- 出典：https://www.nature.com/articles/s43016-021-00358-x
- データ出典：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S095816692200057X
- データ出典：The Alkaline Denaturation of DNA Biophys J. 1969 Nov; 9(11): 1281–1311.
- Reference to DIRECTIVE 2009/41/EC OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL of 6 May 2009 on the contained use of genetically modified microorganisms