新食品转折点
2025 年 7 月 21 日
Wildtype 培育海鲜。（照片：Arye Elfenbein/ CC BY）
替代蛋白前景光明，但其生产成本依然高昂。常见的应对思路是通过扩大规模来解决这一问题。但如果真正的解决方案不是“更大”，而是“更好”呢？从更高效、高产的工艺到回收利用废热，工程师们正在重塑我们种植食品的方式。
尽管近年来培育肉和精准发酵备受关注，但真正的变革才刚刚开始。如今，推动这一进程的不仅是企业家，更是工程师，他们正在引领下一阶段的发展：通过更先进的生物反应器、更稳定的细胞系和更智能的能源系统，实现新食品的大规模生产。这标志着从技术突破迈向规模构建的转变 – 当工艺本身成为推动力，这一进程将加速前行。
GEA 的新食品
支撑全球食品生产的是一整套高效运行的系统 – 从卫生到无菌处理、混合、发酵、澄清、浓缩再到干燥。GEA 是极少数能覆盖这一整条工艺链的公司之一。如今，这一专业能力正加速推动向替代蛋白的转变。许多新食品生产商并不需要从零开始构建全新系统，而是在借助现有的基础设施和技术进行适应性改造。GEA 的使命是使这一转变更快速、更清洁、更高效。
2022 年，GEA 设立了专注于新食品的独立业务线，涵盖精准发酵和生物质发酵、培育肉、植物基产品以及昆虫基营养。其目标是：帮助生产商从早期概念转向可扩展的稳定工艺流程。
Morten Holm Christensen（GEA 生物技术应用经理）和 Tatjana Krampitz（GEA 新食品技术管理负责人）正在与 Juha-Pekka Pitkänen 博士（Solar Foods 联合创始人兼首席技术官）讨论气体发酵工艺。
更先进的生物反应器：灌注工艺的突破
在培育肉大规模生产的过程中，核心挑战依然是：如何在确保工艺稳定和成本效益的前提下，提高细胞产量？生物反应器的功能性正是这一问题的关键。
GEA 的一支工程师团队正致力于推进基于灌注的处理技术 – 一种区别于分批和分批补料的新方法，能够实现更高的细胞密度和生产率，并支持连续细胞收获。GEA 新食品部门技术管理负责人 Tatjana Krampitz 表示：“我们的研究和建模表明，灌注是实现产能的关键路径。为了实现连续运行，我们将智能工艺控制与最佳灌注性能相结合，从而使（部分或连续）收获和供料策略得以精准实施。”这些洞察促使 GEA 于 2024 年推出用于无菌试点项目的入门级灌注平台，包括 Axenic P 生物反应器和 Kytero 一次性分离器。这一独特组合支持高密度细胞培养，而离心机还可简化连续细胞收获流程，并减少清洗和灭菌工作量。
GEA 在新食品领域的研发还涉及工艺控制（例如改进混合）、机器学习（通过高效规划和调度提升产量）以及运营效率提升（减少停机时间，确保生产培养基供应）。
新食品
GEA 技术中心助力替代蛋白规模化
食品科技公司可以在此工业化条件下测试和优化发酵及细胞培养工艺，然后再投入大规模基础设施。
效率不仅仅关乎产量，更意味着从一开始就构建更智能的系统。
Tatjana Krampitz
GEA 新食品技术管理负责人
循环式新食品工艺是下一代创新方向
凭借覆盖整个生产链的工程专业知识，GEA 为新食品提供整体视角。公司不仅重新思考食品的制造方式，更鼓励生产商（重新）构建其生产结构，以实现长期效率和可持续性。
这一整体方法融合了 GEA 在加热、制冷、生物加工和工厂优化方面的深厚知识。GEA 并不默认以扩大规模为目标，而是帮助食品和生物技术公司设计更智能的工厂 – 以能源效率、循环利用和实际性能为目标。“效率不仅仅关乎产量，”Tatjana Krampitz 表示。“更意味着从一开始就构建更智能的系统 – 包括能源回收、自动化以及可随市场变化灵活调整的平台。这也意味着在不牺牲品质或产量的前提下，合理利用资源。”
整体工程解决方案
气候智能型食品生产
饮料行业脱碳的另一个例子是：2026 年，一家大型饮料公司将在一家全新工厂酿造其首批啤酒，这将成为欧洲首家碳中和啤酒厂 – 同样采用 GEA 提供的循环能源系统。尽管啤酒酿造对加热和冷却的需求极高，但 GEA 热泵和机械蒸汽再压缩系统通过回收制冷和麦汁煮沸过程中产生的废热，最多可减少 90% 的热能使用。
如果我们能让啤酒厂实现净零排放，那我们也同样能让精准发酵实现这一目标。
Adam Mincher
GEA 啤酒与酒精饮料工程技术总监
将啤酒酿造的逻辑应用于新食品
GEA 啤酒与酒精饮料工程技术总监 Adam Mincher 认为，这一逻辑同样适用于替代蛋白的生产。“新食品为许多人认为不可持续的工业化农业提供了替代方案，”他表示。“但关于它们究竟能带来多大气候效益仍存在疑问 – 尤其是考虑到运营这些工厂所需的能源。如果我们从一开始就将这些工厂设计为能源自给和循环利用的模式，就能开启一个全新的效率层级。因此，如果我们能让啤酒厂实现净零排放，那我们也同样能让精准发酵实现这一目标。”
他补充道，与啤酒厂不同，新食品系统的能源负荷往往更加稳定，这使其在热能回收方面更具优势。
重新思考规模：为什么工艺胜于规模
对于 GEA 的工程师而言，他们的目标不仅是缩小食品的碳足迹，更是让食品制造尽可能遵循自然本身的逻辑。正如 GEA 生物技术应用经理 Morten Holm Christensen 所解释的那样：“微生物代谢不仅能产出目标产物，同时还释放出水和二氧化碳 – 这两者都可以被回收再利用。这听起来像是科幻小说，但实际上这正是自然界一直以来的运作方式。”
几年前，人们对替代蛋白的热情主要集中在扩大规模上 – 从实验室研究转向工业化生产。规模仍然很重要。但如今，越来越多的专家认为工艺效率可能更加关键：持续运行、智能能源管理以及更优的生物反应器设计，往往比单纯扩大规模更具影响力。
新食品需要的不只是钢筋混凝土。它需要更智能的系统。
Morten Holm Christensen
GEA 生物技术应用经理
McKinsey 的一项最新分析也支持这种思维转变。根据研究结果，优化工艺在降低发酵原料的销售成本方面优于单纯扩大规模 – 降幅高达 60%。虽然将工厂规模扩大一倍可使单位成本降低 20% 至 50%，但通过优化工艺参数（例如产品浓度、发酵性能和菌株稳定性）可将单位成本降低高达 60%。
对于精准发酵，Christensen 指出有三个关键领域尤需依赖更智能的工艺：
（照片：Solar Foods）
- 菌株效率：微生物经过工程改造，能够以更少的资源和更短的周期产出更多产品。在中试规模即可使用先进的发酵设备，使菌株开发人员能够设计出适合大规模生产的微生物，从而降低规模化生产过程中效率低下的风险。
- 菌株稳定性：重组蛋白技术的突破提升了抗突变能力，确保在长时间发酵周期内保持稳定的性能。稳定的菌株和合适的无菌设计即可实现连续运行。从批量生产到连续生产的转变是提升生物反应器系统产能最有效的方法之一。
- 生物反应器性能：在规模化生产中，氧气传递、热量管理、混合特性和剪切应力的管理变得更具挑战性。目前仅有少数公司突破了行业公认的 100 立方米舒适区，而已有部分系统实现了 400 立方米的稳定运行。
一台生物反应器 vs. 25,000 头奶牛
随着这三个维度性能的提升，生产力有望呈指数级增长。“目前，一台大型生物反应器在蛋白质产能方面，大约相当于 2,500 头奶牛。但如果菌株工程、稳定性和生物反应器技术能同步推进 – 正如我们预期的那样 – 这些协同效应将使同一台生物反应器具备替代 25,000 头奶牛的能力。”
促使 Christensen 保持乐观的原因之一是，商业规模精准发酵所需的大部分基础设施已经到位。“无论是培养基制备、灭菌、分离、过滤、净化、喷雾干燥还是粉末处理，GEA 的产品组合几乎涵盖了整个流程，尤其是在下游处理方面，”他解释道。“而且，生物反应器本身就是净热源。再加上 GEA 的能源回收系统，这个方案就更具吸引力。”
转折点即将到来
技术、经济和社会紧迫性正快速趋于一致。对 Christensen 而言，一个新食品转折点已触手可及，而这也将带来行业权力的转移。“最后的瓶颈正在被逐步解决。那些掌握高性能生产菌株的公司将处于领先地位。尤其是那些已经拥有规模化、稳定菌株的公司 – 它们将拥有显著的领先优势。”
他想传达的不是谨慎，而是时机。“新食品这列火车还未离站。但一旦出发，它的速度会非常快。”
