پروتئین قارچی: مسیر نوین برای تولید منابع پایدار و هوشمند تغذیه

چرا به منابع پروتئینی نوین نیاز داریم؟

رشد جمعیت جهان تا حدود ۷/۹ میلیارد نفر در سال ۲۰۵۰، چالش تأمین پایدار پروتئین را به یکی از اولویت های راهبردی صنعت غذا تبدیل کرده است. وابستگی به دامپروری صنعتی با مصرف بالای آب و زمین و سهم قابل توجه در انتشار گازهای گلخانه‌ای همراه است. هم زمان، افزایش جمعیت سالمند نیاز به دریافت پروتئین باکیفیت را به طور معناداری بالا برده است و در برخی گروه های سنی، مقدار توصیه شده تا دو برابر بزرگسالان جوان افزایش می یابد. در چنین شرایطی، توسعه منابع پروتئین جایگزین، پایدار و با ارزش تغذیه ای بالا به یک ضرورت در تحقیق و توسعه غذایی تبدیل شده است. پروتئین قارچی که اصطلاحا مایکوپروتئین (Mycoprotein) نامیده می شود، به عنوان یک راهکار نوآورانه، ظرفیت پاسخگویی هم زمان به الزامات امنیت غذایی، پایداری زیست محیطی و نیازهای تغذیه ای آینده را دارد.

پروتئین قارچی چیست؟

پروتئین قارچی در واقع بخشی از زیست توده حاصل از قارچ های رشته ای است که عمدتاً از گونه Fusarium venenatum تولید می شود و پس از فرایند تخمیر کنترل شده به عنوان منبعی غنی از پروتئین و فیبر به کار می رود. توسعه این فناوری بیش از ۲۰ سال تحقیق و توسعه را در بر گرفت و با هدایت علمی افرادی مانند Tim Finnigan در شرکت Marlow Foods به مرحله تجاری سازی رسید.

این نوآوری ریشه در تلاش های دوران «انقلاب سبز» در بریتانیا داشت، جایی که غربالگری بیش از ۳۰۰۰ میکروارگانیسم خاکی منجر به شناسایی سویه ای شد که قادر به مصرف کربوهیدرات هایی مانند نشاسته و تولید پروتئین با ارزش بود. فرآیند تولید شامل تخمیر پیوسته، کاهش اسیدهای نوکلئیک، بخاردهی، سردسازی و انجماد است که در نهایت، محصولی با بافت رشته ای ایجاد می کند. این ساختار طبیعی، در مقایسه با پروتئین‌های گیاهی که نیازمند فرایند اکستروژن است، شباهت بافتی قابل توجهی به عضله مرغ داشته و یک مزیت فناورانه در توسعه محصولات جایگزین گوشت محسوب می شود.

زیست فناوری تولید پروتئین قارچی

پروتئین قارچی از طریق تخمیر میکروبی تولید می شود و به عنوان یکی از پیشرفته ترین فناوری های غذایی برای تولید پروتئین پایدار و مقیاس پذیر شناخته می شود. در این فرایند، انواع ضایعات کشاورزی و صنعتی به عنوان بستر رشد قارچ ها استفاده می شوند. این رویکرد هم کاهش ضایعات و ایجاد ارزش افزوده را ممکن می سازد و هم تولید پروتئین با اثرات زیست محیطی پایین را فراهم می کند.

دو روش صنعتی برای تولید زیست توده شامل تخمیر در بستر جامد و تخمیر غوطه ور هستند. در تخمیر در بستر جامد ، قارچ ها روی ماتریس جامد با رطوبت کنترل شده رشد می کنند و آب به صورت لایه ای جذب شده بر سطح ذرات موجود است. بستر معمولاً شامل غلات یا ضایعات لیگنوسلولزی است و پس از تلقیح سویه های منتخب، انکوباسیون در بیورآکتورهای کنترل شده انجام می شود. تنظیم دقیق دما، رطوبت و هوادهی، رشد میسلیوم و سنتز پروتئین را بهینه می کند. مزایای این روش شامل مصرف پایین آب، کاهش خطر آلودگی و سازگاری با زیستگاه طبیعی قارچ ها است.

در تخمیر غوطه ور، قارچ ها در محیط مایع غنی از کربن، نیتروژن و ریزمغذی ها رشد می کنند و پارامترهایی مانند pH، دما، اکسیژن محلول و شدت اختلاط به صورت مستمر پایش می شوند. پس از رسیدن به تراکم زیست توده مطلوب، فرآیند جداسازی از طریق فیلتراسیون یا سانتریفیوژ انجام می شود و زیست توده برای فرآوری تکمیلی آماده می گردد.

امروزه، بیورآکتورهای Air-lift در تخمیر غوطه ور، جایگزین همزن های مکانیکی شده و با تزریق هوای استریل، اختلاط و انتقال اکسیژن یکنواخت را فراهم می کنند. این طراحی تنش شکستن را کاهش داده و یکپارچگی هیف های قارچ را حفظ می کند، عاملی که برای ایجاد ساختار فیبری و بافت گوشتی در محصولات جایگزین گوشت اهمیت دارد. ویژگی های مورفولوژیک هیف ها، درهم تنیدگی میسلیوم و شرایط رئولوژیکی محیط، خواص مکانیکی و بافت نهایی پروتئین قارچی را تعیین می کنند. انتخاب روش تخمیر، ترکیب بستر و شرایط عملیاتی بر ترکیب اسیدهای آمینه، بازده پروتئین و عملکرد فناوری محصول اثرگذار است. با پیشرفت فناوری های زیست فرآوری و بهینه سازی بیورآکتورها، تولید مایکوپروتئین به یکی از مسیرهای کلیدی در آینده پروتئین‌های جایگزین و سیستم های غذایی پایدار تبدیل شده است.

ارزش تغذیه ای و عملکردی پروتئین قارچی

جدول زیر، ویژگی های تغذیه ای یک نمونه مایکوپروتئین را نشان می دهد:

مایکوپروتئین حدود ۵۰ درصد پروتئین بر پایه وزن خشک دارد و تمامی اسیدهای آمینه ضروری را تأمین می کند. سهم اسیدهای آمینه ضروری آن حدود 41 درصد از کل پروتئین است که از اغلب منابع گیاهی رایج بالاتر بوده و از نظر الگوی اسیدآمینه ای با پروتئین عضله انسان قابل مقایسه است. مطالعات مداخله ای انسانی نشان داده اند که مصرف آن موجب افزایش تدریجی اما پایدار EAAs و BCAAs پلاسما می شود و در دوزهای بالاتر (۶۰–۸۰ گرم) به سطح اشباع پاسخ می رسد؛ الگویی که می تواند برای پشتیبانی از سنتز پروتئین عضلانی، به ویژه در جمعیت سالمند، اهمیت داشته باشد.

دیواره سلولی غنی از  بتاگلوکان و کیتین، مزیت عملکردی کلیدی این منبع پروتئینی است. شواهد کارآزمایی های بالینی، از جمله مطالعات انجام شده در University of Exeter، نشان می دهد وعده های حاوی مایکوپروتئین پاسخ انسولینی کمتری نسبت به منابعی مانند مرغ ایجاد می کنند و در برخی شرایط با کاهش مصرف انرژی کوتاه مدت همراه اند. ماتریکس فیبری نامحلول  می تواند با تأخیر در جذب گلوکز و اسیدهای آمینه شاخه دار و نیز افزایش تولید اسیدهای چرب کوتاه زنجیر در روده، در بهبود پروفایل لیپیدی و کاهش کلسترول نقش داشته باشد.

کاربردهای صنعتی در توسعه محصولات نوآورانه

تولید ساختارهای شبه گوشت

هیف های مایکوپروتئین با قطر ۳–۵ میکرومتر و طول ۴۰۰–۷۰۰ میکرومتر، با نسبت طول به قطر بالا و انشعاب محدود، ساختاری فیبری طبیعی مشابه عضله ایجاد می کنند. برای دستیابی به بافت گوشتی، از بایندرهایی مانند سفیده تخم مرغ یا پروتئین‌های گیاهی استفاده می شود و مخلوط تحت فشار، شکل دهی می گردد. سپس با حرارت دهی کنترل شده (۸۵–۹۰ درجه سانتی گراد) و انجماد تدریجی، کریستال های یخ هیف ها را فشرده کرده و دسته های فیبری تشکیل می دهند. این فرآیند بخش عمده بافت نهایی را ایجاد می کند. به واسطه ساختار فیبری ذاتی، مایکوپروتئین بافتی نزدیک به گوشت کامل ایجاد کرده و نسبت به پروتئین‌های گیاهی بافتی کمتر لاستیکی و فیبری تر دارد.

ایجاد بافت در مایکوپروتئین بر پایه کامپوزیت فیبر و ژل انجام می شود. ژل پیوند دهنده، به ویژه ژل سفیده تخم مرغ، نقش کلیدی در توسعه خواص مکانیکی و حسی دارد. ویژگی های ساختاری مانند نسبت طول به قطر هیف ها، درهم تنیدگی میسلیوم، برهم کنش های بین هیفی و تورژسانس هیفی کیفیت محصول را تعیین می کنند. این ویژگی ها، همراه با ظرفیت بالای نگهداری آب و توانایی امولسیون سازی، مایکوپروتئین را به گزینه ای علمی و کارآمد برای فرمولاسیون محصولات جایگزین گوشت، از جمله برگرها، ناگت ها و فرآورده های گیاه پایه، تبدیل می کنند.

محصولات غیر گوشتی

مایکوپروتئین ها به طور فزاینده ای در بازار لبنیات و نانوایی جایگزین کاربرد پیدا کرده اند و با هموژنیزاسیون فشار بالا می توان رئولوژی آن ها را برای ایجاد بافت شبه خامه ای اصلاح کرد. کاهش اندازه هیف ها تا مقیاس گلبول های چربی، حس دهانی مطلوب را بدون افزودن چربی فراهم می کند. نمونه های تجاری شامل پنیرهای خامه ای و ماست های بدون لبنیات هستند. کاربردهای قارچی همچنین به حوزه هایی فراتر از غذا، مانند چرم زیستی و مواد ساختمانی پایدار، گسترش یافته اند.

چالش ها و محدودیت پروتئین قارچی

مایکوپروتئین یک منبع پروتئینی گیاهی یا قارچی با ارزش است، اما محدودیت هایی هم دارد. محتوای پروتئینی آن نسبت به گوشت حیوانی کمتر است و فعلا هزینه تولیدش بالاتر است، زیرا نیازمند فناوری های پیشرفته است. مصرف مایکوپروتئین ممکن است در برخی افراد باعث عوارضی مانند تهوع، استفراغ، اسهال یا کهیر شود. اگرچه این ماده به عنوان ایمن شناخته شده است، اما به دلیل منبع قارچی می تواند در موارد نادر سمی یا حساسیت زا باشد. چالش های دیگری مانند بهبود بافت و ساختار فیبری و همچنین بهینه سازی طعم و کاهش نت های قارچی، باید در آینده مورد بررسی قرار گیرد.

جمع بندی

پروتئین قارچی نماینده نسلی جدید از منابع پروتئینی است که در تقاطع زیست فناوری، مهندسی فرآیند و علوم تغذیه قرار دارد. این فناوری نه تنها پاسخی به بحران پایداری غذایی است، بلکه بستری برای توسعه محصولات هوشمند، عملکردی و سلامت محور فراهم می کند. آینده تغذیه جهانی به سمت سیستم های زیستی کم اثر بر محیط زیست و با کارایی بالا حرکت می کند، و میکوپروتئین یکی از ارکان این تحول خواهد بود.

سوالات متداول

مایکوپروتئین دقیقاً چیست و از کجا می‌آید؟

مایکوپروتئین پروتئینی است که از فیبرهای قارچ رشته‌ای (به‌خصوص گونه Fusarium venenatum) به دست می‌آید. این قارچ در مخازن بزرگ تخمیر با کنترل دقیق دما و مواد غذایی رشد می‌کند و بعد از فرآوری، محصولی با بافت فیبری شبیه گوشت مرغ به ما می‌دهد. جالب است بدانید ریشه کشف آن به بیش از ۵۰ سال پیش و جستجو برای حل بحران غذایی در بریتانیا برمی‌گردد!

آیا مایکوپروتئین واقعاً برای محیط زیست بهتر از گوشت است؟

بله، به طور قابل‌توجهی! تولید مایکوپروتئین به آب و زمین بسیار کمتری نسبت به دامپروری نیاز دارد و انتشار گازهای گلخانه‌ای آن به مراتب پایین‌تر است. علاوه بر این، می‌توان از ضایعات کشاورزی و صنعتی به عنوان غذای قارچ استفاده کرد و چرخه‌ای تقریباً دایره‌ای ایجاد نمود.

مایکوپروتئین از نظر پروتئین با گوشت و سویا قابل مقایسه است؟

کاملاً! حدود ۵۰٪ وزن خشک آن پروتئین است و همه اسیدهای آمینه ضروری را دارد. کیفیت پروتئین آن (الگوی اسیدآمینه‌ای) حتی از بسیاری منابع گیاهی رایج بهتر بوده و به پروتئین عضله انسان نزدیک است. به همین دلیل برای ورزشکاران و به‌خصوص افراد مسن که نیاز به پروتئین باکیفیت دارند، گزینه‌ای بسیار مناسب محسوب می‌شود.

چرا مایکوپروتئین بافتی شبیه گوشت واقعی دارد، در حالی که خیلی از پروتئین‌های گیاهی این‌گونه نیستند؟

دلیل اصلی، ساختار طبیعی هیف‌های قارچی (فیبرهای بسیار نازک و بلند) است که به‌صورت ذاتی درهم‌تنیده و رشته‌ای هستند. برخلاف پروتئین‌های گیاهی که معمولاً نیاز به اکستروژن با فشار و حرارت بالا دارند، مایکوپروتئین با کمی بایندر و انجماد تدریجی به بافت شبه‌گوشت بسیار نزدیک می‌رسد و معمولاً کمتر حس «لاستیکی» یا «مصنوعی» دارد.

آیا خوردن مایکوپروتئین عوارض دارد یا برای همه بی‌خطر است؟

برای اکثر افراد کاملاً ایمن است و سازمان‌های معتبر آن را تأیید کرده‌اند. با این حال در موارد نادر (مثل هر غذای جدید) ممکن است بعضی افراد دچار حساسیت، مشکلات گوارشی موقت (تهوع، نفخ یا اسهال) شوند. همچنین مانند همه محصولات قارچی، افرادی که به قارچ حساسیت شدید دارند بهتر است با احتیاط مصرف کنند یا ابتدا مقدار کمی تست نمایند.