向发霉面包说再见，AI还能这么用？
文：Elva Gan
来源：Foodaily每日食品（ID：foodaily）
你对发霉的面包感到厌恶吗？普通面包的保存日期非常有限，添加防腐剂成为最有效的办法。如何选择既有强大的抑菌性能，又让消费者感到安心的防腐剂成为行业的研究热点。成立于2014年的智利科技公司Protera Technologies最近获得由欧洲生命科学风险投资公司Sofinnova Partners领投的560万美元A轮融资，用于研究以发酵蛋白替代人工防腐剂，将烘焙食品的保质期延长30天或者更长。
Sofinnova Partners之所以选择Protera，是因为认识到在在人工智能助推下合成生物学的巨大市场机会。投资公司合伙人JoškoBobanovic表示：具有高度创业精神的Protera团队创造了一种改变游戏规则的方法——设计独特自然的解决方案，以响应市场的需求。
Francia Navarrete 与Leonardo Álvarez在2014年创办了Protera。该公司成为硅谷论坛2016年世界杯技术挑战赛的四支决赛团队之一，后来入驻世界最大的生物技术加速器Indiebio接受孵化。图片来源：Protera官网
用于烘焙产品的清洁标签型防腐剂
消费者对天然成分的需求迅速增长，希望在食品中看到越来越多的天然成分，并愿意为它们支付更多的钱。这也是全球清洁标签市场持续增长的原因。预计到2024年，全球清洁标签市场规模将达到510亿美元。
给食品贴上“天然”标签，可能对于产品中的真实成分并没有什么意义，但消费者认知正推动行业利用发酵技术来生产越来越丰富的天然产品——这与制造面包、啤酒和康普茶的过程相同。发酵的产物往往比传统化学工艺的制成品更复杂、更安全。
Thought For Food公司创始人兼首席执行官Christine Gould表示，自然发酵的原料将会成为未来的潮流趋势。不仅消费者更容易接受天然发酵原料，而且这种生物合成工艺可以用来制作传统化学方法无法企及的成分。
在烘焙过程中，人工配料通常起到防腐剂的作用，通过防止易腐烂食品的变质来提高食品安全。烘焙食品的霉变是对天然原料的巨大挑战。
“抗真菌化合物很难被取代，” Protera公司首席执行官和联合创始人Leonardo Álvarez表示。
人们十分讨厌面包上出现的绿色或蓝色霉菌斑。菌斑由产孢子细菌生成，对于面包师而言是毒药。孢子可以在300华氏度的烘烤下存活，并从面包一出炉就开始生长。几个小时内，烘焙食品就会发臭，无法食用。
如果你在面包中加入50000个真菌孢子，20天后它会变成令人生厌的绿斑（左图）。而添加Protera天然蛋白防腐剂的面包却能保持新鲜和完好状态（右图）。图片来源：Protera官网
为了防止发霉，大多数食品制造商使用丙酸钙。它是一种天然存在的化合物，但必须通过人工方法制取，以达到所需的高浓度。具有同等功效的纯天然防腐剂非常稀少。
这就是Protera进军该领域的动力。Protera提出的解决方案基于合成生物学，这是一门利用自然工具创造健康、可持续产品的学科。合成生物学的产品，通常是新型蛋白质，从实现方式上看，它们与烘焙面包或酿造啤酒没有太大区别。
Leonardo Álvarez表示：现在市场上还没有蛋白型天然防腐剂的替代品，我们所能制取的仅是具有防腐作用的天然提取物或发酵有机酸，它们可以将食品货架期延长12天。Protera开发出的一种新型蛋白质，可以延长货架期30天。在某些情况下，甚至可以超过45天。
深度学习加速蛋白质的发现
被称为“Protera Guard”的发酵成分是由行业需求驱动的快速创新的结晶。得益于深度学习(机器学习的一个子集)所提供的洞察力，Protera团队能够以极快的速度从提出概念到产品应用：仅仅一年时间就制得了预期蛋白质。
图片来源：protera官网
Protera公司开发了一种观察蛋白质结构的专利MADI算法。该算法已被应用于一系列行业中。MADI算法是基于端到端的GPU计算法，能够降低计算成本，加快对全球数十亿种蛋白质的分析速度，这些蛋白质的结构都是人类还没有时间去探索的。
深度学习组件可以预测蛋白质的结构和溶解性、热稳定性、pH值范围等特征。这些特征对于探索新食品添加剂的潜在功能十分重要，甚至可以改善目前市场上的产品。例如，现有的防腐剂需要严格的酸性环境。而Protera产品的pH值范围更广。
Álvarez 表示，这些深度学习在预测、测试及转化为产品方面显示出惊人的准确性，它减少了实验数量。我们可以做10次左右的迭代，而非数千次。
调控食用油脂的分子结构
Protera公司人工智能驱动的合成生物技术不仅限于烘焙食品。乳化剂和抗氧化剂成为Protera的下一个目标。
棕榈油，是一种应用广泛的食品原料，超市货架上的食品中，大约有一半含有棕榈油。然而，人们对棕榈油的可持续性，以及它与世界上一些生物多样性最丰富的地区森林砍伐加速之间的关系表示担忧。
国际学术机构针对保持棕榈树种植可持续性提出的4种方法。图片来源：www.dirt-to-dinner.com
Alvarez指出，当前的主要目标是寻找市场上棕榈油的替代品，特别是要考虑到环境影响与可持续性。Protera目前开发出一种新的酶法工艺，生产更健康的油脂，不含反式脂肪。
而解决棕榈油可持续供给的问题重在规模，需要数百万吨的产量才能真正具有竞争力。
除了改造食品产业的大宗原料，Protera还将利用生物技术调控其他食用油脂的分子结构，比如橄榄油或葵花籽油。由于原料种植季节气候多变，土壤或水文情况的差异，油脂中的饱和/不饱和脂肪酸比例很难稳定，如果该比例降低，就会导致品质变差。Protera可以通过控制脂肪酸和甘油三酸酯的分子结构来改变最终产品中脂肪的比例，同时保持了油脂原有的香气，味道和口感。
这项技术每天可以开发出数千种蛋白质（酶）候选物，快速确定出最适合将饱和脂肪转化为不饱和脂肪的酶。在美国，一些食品和生物公司已花费超过100亿美元来购买这项服务。比如，全球食品机械与过程技术领域的供应商GEA已通过该技术将富含饱和脂肪的黑巧克力转化为世界上第一种富含不饱和脂肪的可涂抹黑巧克力液体，这为巧克力制造商们打开了一个全新的市场。
从圣地亚哥到巴黎：梦想刚刚起飞
今年4月，在美国硅谷举办的2020年硅谷论坛农业技术分论坛上，Protera创始人Leonardo Álvarez谈起对于Protera的未来规划时表示：“我们希望成为蛋白质和酶设计的全球领导者。农业技术领域将是我们展示技术力量的一个很好起点，但未来，我们也将延伸到化妆品，药品和其他行业。”
据Foodaily了解，Protera公司日前正计划从智利圣地亚哥搬迁到巴黎F站的Shake Up Factory。巴黎云集了上千家初创公司，从资源整合的角度看，对于Protera的技术发展大有好处。就全球范围而言，欧洲的生物产业有着更好的基础，发酵生产的产能更大。而在法国，人工智能方面的人才和技术储备强大。Protera此这样的发展环境颇感满意。Protera的蛋白质工程团队将继续留在智利，而大规模生产和人工智能团队将迁往巴黎。
位于巴黎第13区的StationF在2017年7月投入运营，这里云集了超过1000家致力于征服数字世界的数码公司，成为巴黎和法国的一张新名片。图片来源：https://stationf.co/
总结
2019年9月，在一次引入AI技术的新药研发中，从开始研发新的靶向药，到完成初步的生物学验证，仅仅花了46天时间。而如果采用传统药物研发模式，则至少需要8年！人工智能正在取代药物化学家的角色。
Protera在烘焙和油脂领域上的创新性技术开发，为人工智能在食品领域的拓展树立起一个极富参考意义的标杆。食品产业的技术革命，也许就从这里开始！