撰文╱
張雅昀 財團法人農業科技研究院產業發展中心研究專員
劉玹君 財團法人農業科技研究院產業發展中心助理研究員
精準醱酵（precision fermentation）近年成為食品工業熱門技術，效果包括以「無動物」方式生產各種動物性蛋白，並主張比傳統農業生產更永續、高效、低成本，甚至能提高最終成品營養價值，被認為正重塑食品技術的未來。然而，精準醱酵可能牽涉基因改造技術，在歐盟等地區接受度保守，法規、消費者習慣也影響國內外消費市場，是未來發展上的挑戰。
精準醱酵利用微生物生產特定機能性成分（functional ingredients），透過基因改造微生物大量生產特定蛋白質、酵素、維生素、色素和脂質等，目前已經應用於生產特定原料成分，例如製造起司必須使用到的凝乳酶（chymosin或rennin）、藥品（如胰島素）、維生素以及食品添加物如檸檬酸。
延緩地球氣候變遷已成為國際共識，並推動各項產業發展減少碳排及淨零相關技術，例如歐盟等國紛紛採行「2050淨零排放」對策，精準醱酵因土地使用需求少、溫室氣體排放低，具減碳效益，成為產業研發重點之一。去（2023）年底，歐盟宣布將在今年投資5,000萬歐元支持發展精準醱酵的新創公司；國際市場調研機構Markets and Markets於2023年預估，全球精準醱酵市場將以44%之年複合成長率成長，並於2030年前達到363億美元規模，發展潛力可見一斑。
精準醱酵食品應用範圍極大 新產品嘗試替代可可脂、蜂王漿
因為利用精準醱酵技術，能以微生物產出乳蛋白等「農產品」，有人將這方面的應用稱為「細胞農業」（cellular agriculture），與傳統農業可能產生競合關係。以下將說明精準醱酵在「乳製品」與「蛋白質、脂質及食品添加劑」等應用發展，並介紹Mintel GNPD產品資料庫中新穎、具有前瞻性的產品。
- 乳製品
在1990年代，精準醱酵開始應用於凝乳酶的商業化生產，取代傳統製作起司使用取自牛胃的皺胃酶（rennet）１，開啟應用精準醱酵生產其他食品原料的潛力，目前包括乳品中的蛋白質、脂肪和醣類（碳水化合物）都可能透過新穎技術生產。
蛋白質部分，2020年食品科技公司Perfect Day以精準醱酵技術製造β-乳球蛋白（β-lactoglobulin），獲美國主管機關認定可用於食品和飲料，Perfect Day生產的酪蛋白也被雀巢（Nestle）和瑪氏（Mars）等食品大廠採用為產品原料，但除了少數美國品牌逐漸在香港、新加坡等地引進相關產品，使用Perfect Day開發成分的產品數量仍很少，侷限於美國市場；而在亞洲，去年新加坡TurtleTree公司針對機能性、食品應用，推出以精準醱酵生產的牛乳鐵蛋白產品。
乳脂肪生產方面，以色列新創公司Wilk發布全球首個用於優格中的培養乳脂肪，而瑞典Mycorena公司則在2022年發布「生物質醱酵」（biomass fermentation）技術，生產一種真菌結構（fungi-stabilised）脂質成分，可用於高脂乳產品。至於合成乳品醣類的技術領域，目前關注重點為精準醱酵母乳乳寡糖，添加在嬰兒配方奶粉中。
１皺胃酶（rennet）是取自初生反芻動物（小牛或羔羊）皺胃的一種複合酵素，為傳統製作起司使用的原料；凝乳酶（chymosin或rennin）為皺胃酶中的其中一種酵素，占皺胃酶成分80～90%，主要功用為凝結酪蛋白，目前製作起司多使用凝乳酶，以利製程控制。部分華文翻譯將rennet也譯為凝乳酶，然而rennet與chymosin／rennin的概念不同，不宜混淆。
- 蛋白質、脂質及食品添加劑
世界經濟論壇（World Economic Forum, WEF）於2020年指出，依循傳統生產模式將無法滿足未來全球人口的蛋白質需求，而精準醱酵技術可提供解決方案。美國生技公司The EVERY Company和芬蘭－美國食物生技公司OneGo Bio等企業，正透過精準醱酵生產雞蛋蛋白質；The EVERY Company已推出非動物源的雞蛋蛋白質機能性果汁飲品。
產業界正透過精密醱酵技術探索其他食品成分替代可能。比如森林砍伐等環境、道德疑慮促使部分消費者避免使用棕櫚油，英國新創公司Clean Food Group開發以非基改酵母菌菌株產出替代性棕櫚油；目前由於非洲產地氣候、病害因素減產而大漲的巧克力原料可可，美國Seminal Biosciences公司則著手於非可可豆來源的可可脂替代品研發，宣稱與傳統可可脂功能相當，且更為安全可靠。
除了油脂生產，精準醱酵亦可望在食品色素或甜味劑等添加劑領域，提供非化學合成技術產製、相對自然的產品，和阿斯巴甜等人工甜味劑競爭。
- 技術研發傾於替代動物生產
利用Derwent Innovation專利資料庫檢索近10年精準醱酵相關專利，得到16筆資料中，專利申請時間集中在2022～2023年，主要為企業申請。例如挪威SifoTEK公司的專利是關於生產蜂王漿（蜂王乳）替代品，使用含有重組DNA的微生物如酵母菌、細菌或真菌生產蜂王漿蛋白，並添加水、礦物質和胺基酸等配製出不含動物來源成分的蜂王漿替代品。
美國Clara食品公司（即The EVERY Company前身）透過機器學習演算法將醱酵製程最佳化，可最適化多個醱酵相關菌株條件，並預測醱酵結果。印度生技公司Zero Cow Factory的專利則是研發非動物源的酪蛋白生產，利用基因重組技術，以酵母菌大量生產標的蛋白質。
研究機構方面，中國華南理工大學有一項關於突變株單細胞綠藻的專利，具生產替代性蛋白質的潛力。綜觀目前精準醱酵專利主要是關於非動物源的蛋白質生產，與近年國際上對低碳生產及非動物性蛋白質訴求的趨勢一致。
擴產可望大幅降低成本 減碳、糧安議題推促精準醱酵技術
由於精準醱酵使用醱酵槽，免去飼養動物生產乳品等原料的需求。「無動物」生產過程宣稱因省下飼養動物的能源消耗，碳足跡較傳統生產方式低，而且產物「與自然生產相同」（nature-identical），能提供相同的營養價值。
儘管目前透過精準醱酵生產乳品成分，產量仍小且成本高，但長期而言，生產規模擴大後有機會讓成本低於傳統生產的乳品原料；以色列跨國乳品企業Remilk表示，今年利用酵母菌生產牛乳蛋白質，成本已和酪農生產相當。食品產業預估在2025年前，精準醱酵生產蛋白質成本為每公斤10美元，價格具備市場競爭力。可預見未來陸續有更多使用此類蛋白質原料製作的多元產品上市。2
近年國際衝突、經濟震盪、極端氣候以及肥料價格急遽上升，影響全球糧食體系；去年聯合國糧食峰會指出，全球有7.8億人處於糧食危機，達到前所未有的規模。植物性蛋白質含有的必需胺基酸不如動物性蛋白質，但同樣無動物生產的精準醱酵能給予市場大眾實惠的營養，一旦成本降低，將有望使蛋白質供給不足或無法負擔的地區，人們能免於營養不良造成健康危害。
然而，歐盟法規將微生物在內的「基改生物」衍生原料產製的食品，列納為「基改食品」，精準醱酵產品大多可能屬此範疇，而須標示相關警語；凝乳酶可能例外，由於在歐洲長期應用於起司等食品加工，凝乳酶被歸類於加工輔助劑，不需列入食品標示中。此外義大利政府亦在2023年頒布法規，禁止「實驗室生長的肉類」等「合成食品」，包括以精準醱酵乳蛋白再加工製成的乳品，顯示從傳統農業轉向新穎技術生產食品，可能面臨來自主管機關的阻力，更須評估消費者的興趣和心理，從售價與風味等方面改善劣勢。
2目前美國豬肉平均價格約每公斤2美元，但其蛋白質占比也約為1/5，因此若以蛋白質含量為基準，精準醱酵蛋白質成本將可望低於豬肉價格，但貯運、應用等條件可能會優於豬肉。
臺灣精準醱酵產品方興未艾 國產素材、在地化特色為市場機會
精準醱酵技術可應用於替代性蛋白質、保健食品及美妝外用品，相關產業蓬勃發展也讓精準醱酵發展前景可期。臺灣業者除了評估設備產能，也應通盤調查國內市場需求，並了解民眾對相關商品的認知和接受度，選定符合產能與市場期待的產品投入研發。
目前國內已有多家廠商跨足精準醱酵領域，相關產品包括小孢子靈芝類球蛋白，透過畢赤酵母菌（Pichia pastoris）的重組蛋白質生產平台，以醱酵量產臺灣新品種小孢子靈芝的免疫調節蛋白質，其應用在調節免疫細胞、抑制癌細胞增生和預防老化失智領域都有相關研究；國內尚有廠商以大腸桿菌醱酵生產蝦紅素，蝦紅素具強抗氧化能力，保健功效包括改善認知、舒緩眼部疲勞和提升運動耐力……等，此外蝦紅素為一種天然色素，也可使用於化妝品，或添加於動物飼料為養殖動物增豔，並能提升動物健康。
在法規層面，由於精準醱酵經常涉及利用基因改造微生物生產標的產物，而國內基因改造食品法規明定，目前可用的基因改造食品原料中，不能包括基改微生物本身，因此在相關產品研發上，務必要求終端產品確實將基改微生物與產物分離，並透過安全性驗證確保產品食用無虞；通常此類產品需通過衛生福利部的「非傳統性食品原料」核准，提供相關文獻資料以及安全性試驗數據，並通過主管機關審核，讓消費者安心選購。
在國內外市場拓銷上，參照近年國內保健食品及美妝產品業者善用網路社群行銷的策略，國內消費者對國產品牌關注及認知提高，更願意購買國產產品，因此強調本土研發、搭配使用本國農產原料的產品，可視為未來的市場機會；進入國際市場的切入點，則需著重功效實證的科學數據發表，以及與國際接軌的產品規格，藉由我國業者累積的研發實力，應用國產農業素材生產具市場辨識度的產品，尋求拓銷海外商機。
