การหมักแบบแม่นยำเป็นกระบวนการผลิตที่ใช้จุลินทรีย์ในการผลิตโมเลกุลทางชีวภาพเฉพาะ สามารถใช้ในการผลิตส่วนผสมอาหารที่โดยทั่วไปได้มาจากสัตว์และพืช รวมถึงโปรตีน ไขมัน คาร์โบไฮเดรต และเมตาบอไลต์อื่นๆ แบคทีเรีย ยีสต์หรือเซลล์ชนิดอื่นๆจะผลิตสารประกอบเฉพาะในปริมาณมากจากนั้นจึงสกัดและทำให้บริสุทธิ์จากน้ำหมักหรือสารละลายเซลล์^{[ 1 ]}ตัวอย่างเช่น โปรตีนจากนมหรือไข่ ไขมันจากนม โอลิโก แซ็กคาไรด์ เชิง ฟังก์ชัน สารประกอบที่ให้กลิ่นและสี หรือวิตามิน^{[ 2 ]}

การหมักแบบแม่นยำแตกต่างจากการหมัก รูปแบบอื่น ๆ ที่ใช้ในอุตสาหกรรมอาหาร เพราะเป็นการผลิตโมเลกุลเป้าหมายเพียงโมเลกุลเดียวด้วยความแม่นยำและความบริสุทธิ์สูง ในขณะที่วิธีการอื่น ๆ เช่น การหมักแบบดั้งเดิมหรือการหมักชีวมวล ผลิตภัณฑ์จะมีส่วนผสมของผลผลิตจากการหมัก ชีวมวล และสารตั้งต้น ความแม่นยำนี้เกิดขึ้นได้จากการปรับสภาวะการเพาะเลี้ยงและสายพันธุ์จุลินทรีย์ที่ใช้ในกระบวนการให้เหมาะสม แม้ว่าจะสามารถใช้จุลินทรีย์ที่ผลิตส่วนประกอบที่มีประโยชน์ตามธรรมชาติได้ แต่ในบางกรณีก็มีการพัฒนาสายพันธุ์ที่ได้รับการดัดแปลงทางพันธุกรรมโดยใช้การวิวัฒนาการในห้องปฏิบัติการการกลายพันธุ์หรือการแนะนำลำดับยีนเฉพาะ กระบวนการทำให้บริสุทธิ์และการสกัดช่วยให้มั่นใจได้ว่าไม่มีจุลินทรีย์ที่ได้รับการดัดแปลงทางพันธุกรรมอยู่ในผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย

แม้ว่าคำว่า "การหมักแบบแม่นยำ" จะค่อนข้างใหม่ แต่เทคโนโลยีพื้นฐานได้ถูกนำมาใช้ตั้งแต่ทศวรรษ 1980 แล้ว โปรตีนเช่นอินซูลินสำหรับการรักษาโรคเบาหวานหรือไคโมซิน ( เรนเนต ) สำหรับการผลิตชีสได้รับการผลิตโดยใช้เทคนิคเหล่านี้มานานหลายทศวรรษและมีการบูรณาการอย่างดีในตลาด การหมักแบบแม่นยำประกอบด้วยเครื่องมือทางพันธุกรรม แนวทาง ชีววิทยาเชิงสังเคราะห์และเทคนิควิศวกรรมสายพันธุ์ และมีบทบาทที่น่าสนใจใน ระบบการผลิตอาหาร ชีวภาพ ในอนาคต คาดว่าจะกลายเป็นเทคโนโลยีที่จำเป็นในการเปลี่ยนแปลงระดับโลกไปสู่ระบบอาหารที่ยั่งยืนมากขึ้น ในบริบทของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศและในพื้นที่ที่มีที่ดินทำการเกษตรจำกัด^{[ 3 ]}

กระบวนการหมักทางชีวภาพครอบคลุมทุกขั้นตอนที่จำเป็นในการเปลี่ยนวัตถุดิบ ดิบ ให้เป็นโมเลกุลที่ต้องการ รวมถึงการเลือกสายพันธุ์จุลินทรีย์ที่จะทำการเปลี่ยนแปลงและสภาวะที่จุลินทรีย์นั้นจะเจริญเติบโต

โดยทั่วไป วัตถุดิบตั้งต้นหมายถึงวัตถุดิบหลักที่ใช้เป็นแหล่งคาร์บอนไนโตรเจน และพลังงานสำหรับจุลินทรีย์ในการเจริญเติบโตและผลิตผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย การเลือกวัตถุดิบตั้งต้นสำหรับการหมักแบบแม่นยำมีความสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากส่งผลกระทบอย่างมากต่อต้นทุนและความยั่งยืนของผลิตภัณฑ์

• น้ำตาลรุ่นแรกปัจจุบัน กระบวนการหมักที่แม่นยำส่วนใหญ่ดำเนินการโดยใช้กลูโคสบริสุทธิ์ที่ได้จากพืชอาหาร น้ำตาลเหล่านี้สนับสนุนการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ที่แข็งแรงและปลอดภัยสำหรับการใช้ในการผลิตอาหาร อย่างไรก็ตาม น้ำตาลเหล่านี้มีข้อเสีย เช่น ต้นทุนที่สูงกว่าและการแข่งขันกับอุปทานอาหาร^{[ 4 ]}
• น้ำตาลรุ่นที่สอง น้ำตาลเหล่านี้เป็นน้ำตาลที่หมักได้ซึ่งได้จากชีวมวลลิกโนเซลลูโลสที่ไม่ใช่อาหาร เช่น เศษเหลือทางการเกษตร ซึ่งช่วยลดการแข่งขันกับการผลิตอาหารและปรับปรุงความยั่งยืนของผลิตภัณฑ์ที่ใช้การหมัก^{[ 5 ]}
• วัตถุดิบ C1ได้แก่ คาร์บอนไดออกไซด์ มีเทน ฟอร์เมต และเมทานอล ถือว่ามีความยั่งยืนสูงสำหรับการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์และการสังเคราะห์ผลิตภัณฑ์ เนื่องจากช่วยลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม แม้ว่าจะมีความสำเร็จอย่างมากในด้านนี้ แต่ความท้าทายที่สำคัญยังคงมีอยู่สำหรับการใช้วัตถุดิบ C1 อย่างมีประสิทธิภาพในกระบวนการผลิตหลัก^{[ 6 ]}
• ของเสียจากอุตสาหกรรมอาหารน้ำเสียจากการผลิตอาหารหรือผลพลอยได้จากกระบวนการแปรรูปอาหารสามารถใช้เป็นวัตถุดิบราคาถูกในแนวทางเศรษฐกิจชีวภาพแบบหมุนเวียน และสามารถแปลงเป็นน้ำตาลที่หมักได้เพื่อใช้เป็นสารตั้งต้นสำหรับการหมักแบบแม่นยำ^{[ 7 ]}

โรงงานเซลล์เป็นระบบชีวภาพ ( จุลินทรีย์เซลล์พืชหรือเซลล์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ) ที่เปลี่ยนสารตั้งต้น ให้เป็นผลิตภัณฑ์ชีวภาพ ที่มีมูลค่าสูง เช่นโปรตีนเอนไซม์วิตามินยาและวัสดุชีวภาพภายใต้สภาวะที่ควบคุมได้[ 8 ] [ 9 ] สายพันธุ์จุลินทรีย์ที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ Bacillus subtilis, ^{Corynebacterium glutamicum , Escherichia coli ,} Komagataella phaffii , Saccharomyces cerevisiae และ Yarrowia lipolyticaแต่ละโฮสต์มีลักษณะทางพันธุกรรมและเมตาบอลิซึมเฉพาะตัวที่ทำให้เหมาะสมสำหรับวัตถุประสงค์การผลิตที่กำหนดไว้ในการหมักแบบแม่นยำ การเลือกโฮสต์จุลินทรีย์ขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ รวมถึงการมีอยู่ของวิถีการสังเคราะห์ทางชีวภาพ ดั้งเดิม สำหรับผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ ความสามารถในการแสดงออกอย่างมีประสิทธิภาพของ วิถีทาง ต่างชนิดความปลอดภัยของสิ่งมีชีวิต และความเข้ากันได้กับสภาวะการเพาะเลี้ยงที่แตกต่างกัน^{[ 10 ]}

• B. subtilisเป็น แบคทีเรีย แกรมบวกที่ ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวาง รู้จักกันในฐานะ ไรโซแบคทีเรียที่ส่งเสริมการเจริญเติบโตของพืชมันสามารถปรับตัวให้เข้ากับสภาวะการเจริญเติบโตที่รุนแรง ใช้สารตั้งต้นราคาถูก เจริญเติบโตอย่างรวดเร็ว และมีเสถียรภาพทางพันธุกรรมที่ดี พร้อมทั้งมีข้อดีในระบบการแสดงออกB. subtilisถือว่าปลอดภัย ( GRAS ) และสามารถใช้ในการผลิตโมเลกุลชีวภาพได้หลากหลายชนิด ^{[ 11 ]}
• C. glutamicum เป็นแบคทีเรีย แกรมบวกที่เติบโตเร็วและสามารถดำรงชีวิตได้ทั้งในและไม่มีออกซิเจนสามารถใช้น้ำตาลกรดอินทรีย์ และแอลกอฮอล์หลากหลายชนิดเป็นแหล่งคาร์บอนหลักหรือแหล่งคาร์บอนผสมได้ C. glutamicum เป็นที่รู้จักในด้าน ความสามารถในการผลิตกรดอะมิโนที่ยอดเยี่ยมและยังใช้ในการผลิตสารประกอบที่มีมูลค่าสูงอื่นๆ ในระดับอุตสาหกรรม รวมถึงกรดอินทรีย์และเทอร์พีนอยด์ด้วย ^{[ 12 ]}
• E. coliเป็นแบคทีเรียแกรมลบรูป แท่ง สายพันธุ์ที่แพร่หลายและ ไม่ก่อโรคของแบคทีเรียชนิดนี้เป็นสายพันธุ์โฮสต์ที่ใช้กันทั่วไปในการผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีคุณค่าต่างๆ ระบบการแสดงออกนี้มีข้อดีคือการจัดการทางพันธุกรรมที่สะดวก กระบวนการแปลงสภาพที่ง่าย ต้นทุนต่ำ และการผลิตที่มีประสิทธิภาพ ^{[ 13 ]}
• K. phaffii (เดิมชื่อ Pichia pastoris ) เป็นยีสต์ที่ไม่ธรรมดาที่มีข้อดีในการสังเคราะห์ผลิตภัณฑ์ธรรมชาติ ปรับเปลี่ยนพันธุกรรมได้ง่ายกว่าและเหมาะสมสำหรับของโปรตีน^{[ 14 ]}
• S. cerevisiaeแสดงให้เห็นถึงจลนศาสตร์การเติบโตที่รวดเร็ว ผลผลิตสูง และความทนทานที่ดีต่อสภาวะแวดล้อม เช่น pH ต่ำและการจำกัดออกซิเจน สถานะ GRAS และความพร้อมของเครื่องมือทางพันธุกรรมขั้นสูงทำให้มีคุณค่าสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรม ^{[ 15 ]}
• Y. lipolyticaเป็นยีสต์ชนิดที่ไม่ธรรมดาและผลิตน้ำมันได้ มันสามารถเผาผลาญสารตั้งต้นได้หลากหลายชนิดและปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมได้ดี ถือเป็นโฮสต์ที่มีศักยภาพในการผลิตโปรตีน ไขมัน สารประกอบให้กลิ่นรส และเม็ดสี ^{[ 16 ]}

สายพันธุ์จุลินทรีย์มักผ่านกระบวนการทางวิศวกรรมและการปรับปรุงเพื่อเพิ่มการผลิตโมเลกุลเป้าหมาย วิศวกรรมเมตาบอลิซึมครอบคลุมกลยุทธ์ต่างๆ ในการศึกษาและปรับปรุงปฏิกิริยาทางชีวเคมีที่เกิดขึ้นในเซลล์เพื่อเพิ่มอัตราการสังเคราะห์โมเลกุลเฉพาะ

โดยทั่วไป โมเลกุลเป้าหมายจะเป็นไขมัน คาร์โบไฮเดรต หรือสารเมตาบอไลต์อื่นๆ ที่สังเคราะห์ขึ้นภายในเซลล์โดยผ่านปฏิกิริยาเอนไซม์ หลายขั้น ตอน ปฏิกิริยาเหล่านี้จะเปลี่ยนโมเลกุลที่ได้จากวัตถุดิบตั้งต้นไปเป็นผลิตภัณฑ์ที่ต้องการโดยผ่านสารประกอบตัวกลาง หลายชนิด ซึ่งอาจเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาและสารตัวกลางที่เป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการเมตาบอลิซึมของสิ่งมีชีวิตเจ้าบ้าน หรือเอนไซม์จากสิ่งมีชีวิตอื่นๆวิศวกรรมเมตาบอลิซึมออกแบบการปรับเปลี่ยนทั้งในเครือข่ายเมตาบอลิซึมดั้งเดิมและในปฏิกิริยาจากสิ่งมีชีวิตอื่นๆ เพื่อเพิ่มการสังเคราะห์ผลิตภัณฑ์ให้สูงสุด ตัวอย่างเช่น เพื่อเพิ่มการไหลเวียนของเมตาบอลิซึมไปสู่ผลิตภัณฑ์ที่ต้องการและลดการเกิดผลพลอยที่ไม่พึงประสงค์ เอนไซม์สำคัญในกระบวนการเมตาบอลิซึมของสิ่งมีชีวิตเจ้าบ้านสามารถเพิ่มการทำงาน ลดการทำงาน หรือกำจัดออกไปได้ชีววิทยาเชิงสังเคราะห์มีเครื่องมือในการปรับระดับการแสดงออกอย่างละเอียด เช่น ไลบรารีของโปรโมเตอร์ที่มีความแรงต่างกัน วิธีการคำนวณและคณิตศาสตร์ถูกนำมาใช้เพื่อสร้างแบบจำลองเครือข่ายเมตาบอลิซึมทั่วทั้งเซลล์และทำนายผลกระทบของการปรับเปลี่ยนเหล่านี้

ในบางกรณี โมเลกุลเป้าหมายอาจเป็นโปรตีนเอง ในกรณีเช่นนั้น มักใช้กลยุทธ์ทางพันธุกรรมเพื่อให้แน่ใจว่ามีการแสดงออกในระดับสูง ซึ่งอาจเกี่ยวข้องกับการใช้โปรโมเตอร์ที่แข็งแรง หรือการกำหนดเวลาการแสดงออกด้วยโปรโมเตอร์ที่เหนี่ยวนำได้ นอกจากนี้ยังอาจใช้กลยุทธ์เพื่อบังคับให้โปรตีนนี้ถูกหลั่งออกนอกเซลล์ เพื่ออำนวยความสะดวกในการกู้คืนโปรตีนนั้น

การเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการในการหมักแบบแม่นยำมีเป้าหมายเพื่อปรับปรุงผลผลิต ความยั่งยืน และประสิทธิภาพในการผลิตสารประกอบเป้าหมาย โดยมุ่งเน้นในด้านต่างๆ ของกระบวนการหมัก เช่นสารอาหารในอาหารเลี้ยงเชื้อ กลยุทธ์การป้อนสารอาหารเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพและสภาวะการหมัก

องค์ประกอบของอาหารเลี้ยงเชื้อมีบทบาทสำคัญในการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการ โดยทั่วไปอาหารเลี้ยงเชื้อจะประกอบด้วยแหล่งคาร์บอนแหล่งไนโตรเจน แร่ธาตุ และน้ำ ขึ้นอยู่กับลักษณะของโรงงานเซลล์ อาจจำเป็นต้องใช้สารอาหารเพิ่มเติม เช่นปัจจัยการเจริญเติบโตและวิตามินเพื่อสนับสนุนการผลิตที่เหมาะสม แหล่งคาร์บอนทางเลือกสามารถได้มาจากผลพลอยได้ทางการเกษตรหรือของเสียจากอุตสาหกรรม ซึ่งสามารถใช้เป็นสารตั้งต้นสำหรับโรงงานเซลล์เพื่อเปลี่ยนของเสียให้เป็นผลิตภัณฑ์ที่มีมูลค่าสูง^{[ 17 ]}

กลยุทธ์การป้อนอาหารประกอบด้วยโหมดแบบแบทช์ แบบป้อนแบทช์ และแบบต่อเนื่อง แต่ละแบบมีข้อดีและข้อจำกัดของตนเอง การเลือกโหมดการป้อนอาหารที่เหมาะสมตามลักษณะของผลิตภัณฑ์จากการหมักสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตได้^{[ 18 ]}

เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพแบบต่างๆ เช่น แบบถังกวน แบบยกอากาศ แบบคลื่น และแบบเมมเบรน มีคุณสมบัติที่แตกต่างกันในด้านการผสม การถ่ายโอนออกซิเจน แรงเฉือน ความสามารถในการขยายขนาด และต้นทุน การเลือกเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพที่เหมาะสมตามประเภทของเซลล์และความต้องการของผลิตภัณฑ์เป็นกุญแจสำคัญในการผลิตที่มีประสิทธิภาพและเสถียร^{[ 19 ]}

สภาวะการหมัก เช่น pH อุณหภูมิ การกวน อัตราการเติมอากาศ ขนาดและอายุของเชื้อเริ่มต้น สามารถปรับปรุงได้ในระหว่างกระบวนการผลิต ด้วยการพัฒนา AI สามารถสร้างแบบจำลองการทำนายเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและควบคุมพารามิเตอร์เหล่านี้ได้ ซึ่งจะทำให้กระบวนการหมักที่แม่นยำง่ายขึ้น ปรับปรุงประสิทธิภาพ และลดการแทรกแซงด้วยตนเอง^{[ 20 ]}

วิตามิน สารต้านอนุมูลอิสระ และสารอาหารอื่นๆ ถูกผลิตขึ้นโดยโรงงานเซลล์จุลินทรีย์ ในบางกรณี เช่น วิตามินบี 2 การหมักแบบแม่นยำเป็นวิธีการที่นิยมใช้สำหรับการผลิตในระดับอุตสาหกรรมขนาดใหญ่และถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายโดยผู้ผลิต ส่วนการผลิตสารประกอบอื่นๆ นั้น ปัจจุบันยังทำได้เพียงในระดับเล็กหรือในปริมาณน้อย หรือมีรายงานเฉพาะในเอกสารทางวิทยาศาสตร์เท่านั้น และยังคงต้องการการปรับปรุงกระบวนการเพื่อให้สามารถแข่งขันกับวิธีการสังเคราะห์อื่นๆ ในระดับอุตสาหกรรมได้

• แอสตาแซนธินเป็นแคโรทีนอยด์คีโตนสีส้มแดงที่มีคุณสมบัติต้านอนุมูลอิสระและต้านการอักเสบ มีบทบาทสำคัญในการป้องกันโรคเรื้อรัง เช่น ความดันโลหิตสูง ภาวะน้ำตาลในเลือดสูง และภาวะไขมันในเลือดสูงE. coli , Y. lipolyticaและS. cerevisiaeถูกนำมาใช้เป็นแพลตฟอร์มการผลิตแอสตาแซนธินที่เหมาะสม^{[ 21 ]}
• เคมเฟอรอลและเควอร์เซตินเป็นอนุพันธ์ของนาริงเจนินและมีคุณสมบัติในการต้านอนุมูลอิสระ ลดความดันโลหิต ต้านการอักเสบ ต้านมะเร็ง ปกป้องระบบประสาท ปกป้องตับ และซ่อมแซมเนื้อเยื่อ การสังเคราะห์ทางชีวภาพของเคมเฟอรอลและเควอร์เซตินประสบความสำเร็จในS. cerevisiae , Y. lipolytica , StreptomycesและE. coli ^{[ 22 ]}
• กรดไขมันไม่อิ่มตัวเชิงซ้อน (PUFAs) เช่น EPA และ DHA เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการรักษาสุขภาพของมนุษย์ และมีบทบาทสำคัญในการป้องกันโรคหัวใจและหลอดเลือดและการส่งเสริมพัฒนาการของสมองE. coli , Y. lipolytica , C. reinhardtiiและAurantiochytriumถูกนำมาใช้ในการผลิต PUFAs ^{[ 23 ]}
• เรสเวอราทรอลเป็นสารต้านอนุมูลอิสระที่พบมากในพืช เช่น องุ่นและถั่วลิสง เนื่องจากมีคุณสมบัติในการต้านอนุมูลอิสระ ปกป้องหัวใจ ต้านการอักเสบ ปกป้องระบบประสาท ต่อต้านริ้วรอย และต้านมะเร็ง จึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมอาหาร เครื่องสำอาง ผลิตภัณฑ์เสริมอาหาร และยาE. coli , Y. lipolyticaและS. cerevisiaeถูกนำมาใช้ในการผลิตเรสเวอราทรอล^{[ 24 ]}
• วิตามินเอเป็นวิตามินที่ละลายในไขมันซึ่งจำเป็นต่อการเจริญเติบโต พัฒนาการ และการเผาผลาญตามปกติในมนุษย์ นักวิจัยประสบความสำเร็จในการสร้างเส้นทางการสังเคราะห์ทางชีวภาพสำหรับการผลิตวิตามินเอในเซลล์โฮสต์ต่างๆ รวมถึง E. coli , Y. lipolyticaและ S. cerevisiae ^{[ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]}
• วิตามินบี 5หรือที่รู้จักกันในชื่อกรดดี-แพนโทเทนิก (D-PA) เป็นสารอาหารรองที่จำเป็นต่อการทำงานทางสรีรวิทยาตามปกติในสิ่งมีชีวิตE. coliและC. glutamicumถือเป็นจุลินทรีย์ที่มีศักยภาพมากที่สุดสำหรับการผลิต D-PA ^{[ 28 ]}
• วิตามินบี 2หรือไรโบฟลาวิน ผลิตในระดับอุตสาหกรรมเพื่อใช้เป็นอาหารเสริมสำหรับมนุษย์ รวมถึงใช้เป็นสารเติมแต่งในอาหารสัตว์ และเป็นสีเหลือง E-101 สำหรับเครื่องดื่ม การผลิตโดยการหมักแบบแม่นยำเป็นที่ยอมรับและได้เข้ามาแทนที่วิธีการสังเคราะห์ทางเคมีในระดับอุตสาหกรรมแล้ว โดยผลิตโดยสายพันธุ์A. gossypiiและB. subtilisที่ ได้รับการดัดแปลงทางพันธุกรรม ^{[ 29 ]}
• วิตามินบี 12หรือที่รู้จักกันในชื่อโคบาลามิน เป็นวิตามินที่จำเป็นสำหรับมนุษย์ซึ่งร่างกายไม่สามารถสังเคราะห์ได้เองและต้องได้รับจากอาหาร ผลผลิตวิตามินบี 12 21.09 มก./ลิตร สามารถทำได้โดยใช้E. coliที่ ได้รับการดัดแปลงพันธุกรรม ^{[ 30 ]}
• วิตามินซีหรือที่รู้จักกันในชื่อกรดแอล-แอสคอร์บิก (LAA) เป็นโคแฟคเตอร์ที่สำคัญในปฏิกิริยาเอนไซม์ต่างๆ ในร่างกาย เส้นทางการสังเคราะห์ทางชีวภาพสำหรับการผลิตวิตามินซีได้รับการสร้างขึ้นในS. cerevisiae ^{[ 25 ]}
• วิตามินดีเป็นฮอร์โมนสำคัญของมนุษย์ที่ช่วยให้ลำไส้ดูดซึมแคลเซียมและฟอสเฟตเป็นหลักS. cerevisiaeถูกนำมาใช้ในการผลิตวิตามินดี^{[ 31 ]}
• วิตามินอีซึ่งประกอบด้วยโทโคฟีรอลและโทโคไตรเอโนล เป็นสารต้านอนุมูลอิสระที่สำคัญ มีการสังเคราะห์ทางชีวภาพในพืชและจุลินทรีย์^{[ 32 ]}

สีและกลิ่นรสที่ได้จากจุลินทรีย์ เช่น แบคทีเรีย เชื้อรา ยีสต์ และสาหร่ายขนาดเล็ก ได้รับความสนใจอย่างกว้างขวางในฐานะทางเลือกที่ยั่งยืนแทนสีและกลิ่นรสสังเคราะห์หรือที่สกัดจากพืชในอุตสาหกรรมต่างๆ

• แคโรทีนอยด์ : กลุ่มเม็ดสีสีเหลืองส้มขนาดใหญ่ที่มีคุณสมบัติต้านอนุมูลอิสระและมีการใช้งานอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมอาหารและเครื่องดื่ม เครื่องสำอาง และยา ตัวอย่างบางส่วนที่ผลิตผ่านการหมักแบบแม่นยำ ได้แก่ β-แคโรทีน^{[ 33 ]}ซีแซนทีนและโครเซติน^{[ 34 ]}ไลโค ปีน ^{[ 35 ]}แอสตาแซนทีนและแคนทาแซนทีน^{[ 36 ]}และลูทีน^{[ 37 ]}
• ฮีม : ส่วนประกอบสำคัญที่ทำให้เนื้อสัตว์มีสีแดงและมีรสชาติ และเป็นแหล่งของธาตุเหล็ก ซึ่งถูกนำมาใช้มากขึ้นในเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยงและผลิตภัณฑ์ทดแทนเนื้อสัตว์จากพืช^{[ 38 ]}
• อินดิโก : เม็ดสีสีน้ำเงินและเป็นทางเลือกที่ยั่งยืนแทนสีย้อมสังเคราะห์ในสิ่งทอหรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์^{[ 39 ] [ 40 ]}
• ลิโมนีน : สารประกอบที่มีกลิ่นหอมที่พบในผลไม้ตระกูลส้ม^{[ 41 ]}
• ลินาลูล : สารประกอบที่มีกลิ่นหอมคล้ายลาเวนเดอร์และพบได้ในพืชมากกว่า 200 ชนิด^{[ 42 ]}
• เมทิลแอนทรานิเลต : สารประกอบที่มีกลิ่นและรสชาติคล้ายองุ่น^{[ 43 ]}
• เนอรอล : สารประกอบที่มีกลิ่นหอมของดอกไม้และซิตรัส พบในน้ำมันหอมระเหยของพืช^{[ 44 ]}
• ไฟโคไซยานิน : รงควัตถุสีน้ำเงินที่มีคุณสมบัติต้านอนุมูลอิสระ ต้านการอักเสบ และเสริมสร้างภูมิคุ้มกัน ใช้กันอย่างแพร่หลายในอาหารและผลิตภัณฑ์เสริมอาหาร^{[ 45 ] [ 46 ]}
• โปรดิโอซิน : เม็ดสีแดงที่ใช้เป็นสารต้านจุลชีพและสารต้านมะเร็ง^{[ 47 ]}
• ราสเบอร์รี่คีโตน : สารประกอบรสชาติที่ทำให้เกิดกลิ่นหอมของราสเบอร์รี่แดง แครนเบอร์รี่ แบล็กเบอร์รี่ พีช ฯลฯ^{[ 48 ]}
• ไรโบฟลาวิน (วิตามินบี 2): สารสีเหลืองที่สำคัญต่อการทำงานของร่างกายหลายอย่าง และใช้กันอย่างแพร่หลายในผลิตภัณฑ์เสริมอาหาร เครื่องดื่มชูกำลัง และอาหารสัตว์^{[ 49 ]}
• วานิลลิน : สารประกอบที่เป็นส่วนประกอบหลักที่ให้รสชาติของฝักวานิลลา^{[ 50 ]}
• ไวโอลาซีน : รงควัตถุสีม่วงที่มีคุณสมบัติต้านแบคทีเรียและเชื้อรา^{[ 51 ] [ 52 ] [ 53 ]}

วัตถุดิบอาหารที่ยั่งยืนซึ่งผลิตผ่านกระบวนการหมักอย่างแม่นยำ ได้แก่ คาร์โบไฮเดรต โปรตีน และไขมัน

ด้วยการเติบโตอย่างต่อเนื่องของประชากรโลก การค้นหาแหล่งโปรตีนทางเลือกคุณภาพสูงจึงมีความสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ ตามข้อมูลจากสถาบันอาหารที่ดี (GFI) โปรตีนทางเลือกสามารถได้มาจากพืช เซลล์สัตว์ที่เพาะเลี้ยง และการหมัก การผลิตโปรตีนทางเลือกผ่านการหมักแบบแม่นยำเป็นทางออกที่มีคาร์บอนต่ำ ยั่งยืน และมีประสิทธิภาพ เคซีน แลคโตเฟอร์ริน แลคตัลบูมิน แลคโตโกลบูมิน และโอวัลบูมินได้รับการผลิตสำเร็จผ่านการหมักแบบแม่นยำและมีการนำไปใช้อย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมอาหาร^{[ 54 ] [ 55 ]}

โปรตีนจากนม เช่น เคซีนและเวย์โปรตีน ถูกผลิตโดยบริษัทสตาร์ทอัพหลายแห่งในอุตสาหกรรมนี้ เพื่อใช้ในนม โยเกิร์ต ครีมชีส และไอศกรีม บริษัทอื่นๆ ผลิตโปรตีนจากนมแม่ผ่านกระบวนการหมักที่แม่นยำ โดยเน้นประโยชน์ด้านภูมิคุ้มกัน โปรตีนจากไข่ขาวก็ถูกผลิตในโรงงานเซลล์จุลินทรีย์เช่นกัน ซึ่งเป็นทางเลือกในการนำไปใช้ในอาหาร เครื่องดื่ม เนื้อสัตว์ทางเลือก และการอบขนม ที่น่าสนใจคือImpossible Foodsใช้เลกฮีโมโกลบินจากถั่วเหลืองเพื่อเพิ่มรสชาติและรูปลักษณ์ของผลิตภัณฑ์เนื้อสัตว์จากพืช รวมถึงImpossible™ Burgerด้วย

โอลิโกแซ็กคาไรด์ เช่นฟรุคโตโอลิโกแซ็กคาไรด์ (FOS) กาแลคโตโอลิโกแซ็กคาไรด์ (GOS) และ โอลิโกแซ็กคา ไรด์ในน้ำนมแม่ (HMOs) สามารถส่งเสริมสุขภาพลำไส้และปรับปรุงสูตรนมสำหรับทารกได้ แอลกอฮอล์น้ำตาลหมัก เช่นอิริทริทอลและไซลิทอล สามารถใช้เป็น สารให้ความหวานที่ไม่มีแคล อรี่ ในการผลิตอาหารฟังก์ชันได้ โดยผลิตโดยใช้ยีสต์หรือE. coliที่ ได้รับการดัดแปลงทางพันธุกรรม ^{[ 56 ]}

กรดโดโคซาเฮกซาอีโนอิก (DHA) และกรดไขมันโอเมก้า-3มีความสำคัญต่อการพัฒนาสมองและสุขภาพตา มักใช้ในสูตรนมสำหรับมารดาและทารก รวมถึงผลิตภัณฑ์เสริมอาหาร กรดไอโคซาเพนตาอีโนอิก (EPA) ให้ประโยชน์ในการต้านการอักเสบและปกป้องระบบหัวใจและหลอดเลือด และใช้ในน้ำมันฟังก์ชันและผลิตภัณฑ์เพื่อสุขภาพ^{[ 23 ]}ไขมันในน้ำนมแม่มี โครงสร้าง สเตอริโอไอโซเมอร์ที่เป็นเอกลักษณ์ ทำให้ทารกดูดซึมสารอาหารได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นY. lipolytica ที่ได้รับการดัดแปลงทางพันธุกรรม ถูกนำมาใช้ในการผลิตสารทดแทนไขมันในน้ำนมแม่เพื่อใช้ในการปรับปรุงสูตรนมสำหรับทารก^{[ 57 ]}

เอนไซม์ที่ผลิตผ่านกระบวนการหมักที่แม่นยำมีบทบาทสำคัญในการแปรรูปอาหาร ช่วยเพิ่มคุณค่าทางโภชนาการ ปรับปรุงเนื้อสัมผัสและรสชาติ และยืดอายุการเก็บรักษา

• ไลเปสสามารถใช้สำหรับ ปฏิกิริยา ไฮโดรไลซิส ไขมัน หรืออินเตอร์เอสเตอริฟิเคชันซึ่งช่วยให้ชีสสุกงอม เพิ่มรสชาติ และผลิตมาการีนได้^{[ 58 ]}
• โปรตีเอสไฮโดรไลซ์โปรตีนเพื่อทำให้เนื้อนุ่มขึ้น เพิ่มรสชาติของซอส และปรับปรุงการย่อยอาหาร^{[ 59 ]}
• อะไมเลสไฮโดรไลซ์แป้ง ให้ เป็นน้ำตาล ซึ่งมีส่วนช่วยให้ขนมปังนุ่มและคงความชุ่มชื้น รวมถึงมีบทบาทสำคัญในการผลิตเบียร์และ กระบวนการ สร้างน้ำตาล^{[ 60 ]}
• เซลลูเลสจะย่อยสลายเส้นใยพืช ช่วยในการสกัดน้ำผลไม้ การแปรรูปผักและผลไม้ และการปรับเปลี่ยนใยอาหาร^{[ 61 ]}
• เพคติเนสจะย่อยสลายเพคติ น ช่วยให้น้ำผลไม้ใสขึ้นและเพิ่มปริมาณน้ำผลไม้^{[ 62 ]}
• กลูคาเนสจะย่อยสลายเบต้ากลูแคนซึ่งช่วยในการผลิตเบียร์และปรับปรุงการย่อยธัญพืช^{[ 63 ]}
• ทรานส์กลูตามิเนสเร่งปฏิกิริยาการเชื่อมโยงข้ามของโปรตีนช่วยปรับปรุงโครงสร้าง สามารถใช้ในการยึดเกาะเนื้อสัตว์ ผลิตภัณฑ์เนื้อสัตว์จากพืช และการปรับปรุงแป้งโด^{[ 64 ]}
• กลูโคสออกซิเดสจะออกซิไดซ์กลูโคสเพื่อผลิตไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ช่วยป้องกันเชื้อราในขนมปัง ทำให้โฟมโปรตีนคงตัว และยืดอายุการเก็บรักษา^{[ 65 ]}

เชื้อเพลิงชีวภาพที่สร้างขึ้นผ่านการหมักอย่างแม่นยำโดยใช้วัตถุดิบหมุนเวียนเป็นทางเลือกที่ยั่งยืนแทนเชื้อเพลิงฟอสซิลตัวอย่างเช่น เชื้อเพลิงชีวภาพที่ใช้แอลกอฮอล์ (บิวทานอล ไอโซบิวทานอล และไอโซโพรพานอล) ^{[ 66 ]}เชื้อเพลิงชีวภาพที่ใช้ไฮโดรคาร์บอน (แอลเคน แอลคีน ไบโอดีเซล และเอทิลเอสเทอร์ของกรดไขมัน) ^{[ 67 ]}เชื้อเพลิงชีวภาพที่เป็นก๊าซ (ไฮโดรเจนและมีเทน) ^{[ 68 ]}และเชื้อเพลิงชีวภาพขั้นสูง เช่น เชื้อเพลิงเครื่องบินเจ็ต^{[ 66 ] [ 69 ]}

มีการผลิตวัสดุชีวภาพที่ยั่งยืนหลากหลายชนิด โดยใช้จุลินทรีย์ที่ได้รับการดัดแปลงทางพันธุกรรม ซึ่งมีการใช้งานอย่างกว้างขวางในสิ่งทอ บรรจุภัณฑ์ เครื่องสำอาง และอุปกรณ์ทางการแพทย์ ตัวอย่างที่สำคัญ ได้แก่ พลาสติกที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ [ ^{70 ]}คอลลาเจนและเจลาติน^ทาง เลือก^{[ 71 ]}โปรตีนใยแมงมุม^{[ 72 ]}เซลลูโลสจากจุลินทรีย์^{[ 73 ]}และสารเคลือบ^{[ 74 ]}

สารเคมีอุตสาหกรรมประเภทต่างๆ ที่ผลิตผ่านการหมักแบบแม่นยำ ได้แก่ตัวทำละลาย ( อะซิโตนและไอโซโพรพานอล ) ^{[ 75 ]}โมโนเมอร์สำหรับพอลิเมอร์และเรซิน (1,3-โพรเพนไดออลและ 1,4-บิวเทนไดออล) ^{[ 76 ]} สาร ตั้งต้นสำหรับพลาสติกที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพและสารเคมีพิเศษ ( กรดแลคติกกรดซัคซินิกและกรดไอตาโคนิก ) ^{[ 77 ] [ 78 ]}การผลิตพอลิเอไมด์ชีวภาพ (1,5-เพนทาเนไดอะมีน) ^{[ 76 ]}การผลิตสารเคมีจำนวนมากสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมเป็นทางเลือกที่ยั่งยืนแทนการสังเคราะห์ทางเคมีแบบดั้งเดิม ลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม

การหมักแบบแม่นยำช่วยให้การผลิตยาจากสัตว์ เช่นอินซูลินวัคซีนแอนติบอดีและโปรตีนรีคอมบิแนนท์มี ประสิทธิภาพ และ ปรับขนาดได้ โดยไม่ต้องพึ่งพาการเกษตรสัตว์^{[ 79 ] [ 80 ] [ 81 ]}นอกจากนี้ การผลิตยาจากพืช เช่นอัลคาลอยด์หรือแคนนาบิน อยด์ และยาต้านจุลชีพ สามารถทำได้ผ่านการหมักแบบแม่นยำ ซึ่งช่วยลดการใช้ที่ดินและน้ำ รวมถึงผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม^{[ 82 ] [ 83 ]}การหมักแบบแม่นยำยังสามารถพิจารณาได้ว่าเป็นวิธีการที่ยั่งยืนสำหรับการสังเคราะห์ทางชีวภาพของยาบางชนิดที่โดยทั่วไปผลิตผ่านการสังเคราะห์ทางเคมี ตัวอย่างเช่นแท็กซอล [ ^{84 ] ยา}ต้านมาลาเรีย เช่นอาร์เทมิซินินหรือแลนธิเปปไทด์^{[ 85 ]}

ผลิตภัณฑ์จุลินทรีย์ที่สังเคราะห์ขึ้นผ่านกระบวนการหมักที่แม่นยำ มีศักยภาพที่จะช่วยลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมของภาคอุตสาหกรรม เกษตรกรรม และการจัดการของเสียได้อย่างมีนัยสำคัญ

ผลิตภัณฑ์จากจุลินทรีย์ เช่น โปรตีนทางเลือก ถือเป็นสารทดแทนที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมสำหรับโปรตีนจากสัตว์ที่ผลิตผ่านการเกษตรกรรมสัตว์ ซึ่งเป็นภาคส่วนที่ก่อให้เกิดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก ถึง 20% ของโลก ^{[ 86 ]} นอกจากนี้ การผลิตสารประกอบต่างๆ ที่มีความสำคัญทางอุตสาหกรรม เช่นวัสดุชีวภาพยาหรือเชื้อเพลิงชีวภาพโดยใช้จุลินทรีย์เป็นทางเลือกแทนสารประกอบจากเชื้อเพลิงฟอสซิล สามารถลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกผ่านการสังเคราะห์ทางเคมีได้ ยิ่งไปกว่านั้น การดัดแปลงพันธุกรรมจุลินทรีย์เพื่อผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีมูลค่าสูงโดยใช้ก๊าซเรือนกระจก เช่น มีเทนและคาร์บอนไดออกไซด์ ถือเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญ^{[ 6 ]}

นอกจากนี้ ผลิตภัณฑ์จุลินทรีย์ที่มีมูลค่าสูงที่ผลิตโดยใช้ของเสียจากอุตสาหกรรมเกษตรผ่านแนวทางเศรษฐกิจชีวภาพแบบหมุนเวียนสามารถลดมลพิษ ทางสิ่งแวดล้อม และสารพิษที่ปล่อยสู่สิ่งแวดล้อมได้^{[ 87 ]}ผลิตภัณฑ์จุลินทรีย์ยังสามารถลด การใช้ น้ำจืด ได้ ด้วยการทดแทนผลิตภัณฑ์หลายชนิดที่ผลิตในภาคเกษตรกรรม ซึ่งเป็นผู้ใช้น้ำจืดรายใหญ่ที่สุด คิดเป็น 70% ของการใช้น้ำจืดทั่วโลก^{[ 88 ]}ผลิตภัณฑ์จุลินทรีย์ที่ผลิตในเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพต้องการพื้นที่ น้อยลงอย่างมาก และสามารถลดการพึ่งพาที่ดินสำหรับการเลี้ยงสัตว์และการทำฟาร์มได้^{[ 89 ]}ที่ดินที่ว่างลงสามารถนำไปใช้ในการปลูกป่าเพิ่มความหลากหลายทางชีวภาพ และสามารถลดการพึ่งพาการนำเข้าอาหารสัตว์ของประเทศได้^{[ 90 ]}

แม้ว่าการหมักแบบแม่นยำจะเป็นที่ยอมรับกันอย่างกว้างขวางว่าช่วยลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมเมื่อเทียบกับผลิตภัณฑ์ที่มาจากการเกษตรหรือเชื้อเพลิงฟอสซิล แต่การแก้ไขข้อกังวลด้านสิ่งแวดล้อมบางประการจะเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งต่อการเพิ่มศักยภาพสูงสุดของเทคโนโลยีนี้ในฐานะเทคโนโลยีที่พลิกโฉมวงการ

การหมักแบบแม่นยำต้องใช้พลังงานจำนวนมากในการให้ความร้อน การทำความเย็น การกวน และกระบวนการขั้นปลายน้ำกลยุทธ์บางอย่างที่ทำให้กระบวนการนี้ประหยัดพลังงาน ได้แก่: i) การบูรณาการกับโรงงานพลังงานหมุนเวียนในสถานที่^{[ 91 ]} ii) การเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการทางชีวภาพโดยการปรับ พารามิเตอร์ การหมัก ( ระดับ ออกซิเจนละลายและpHอุณหภูมิ ฯลฯ) เพื่อให้ได้สภาวะที่เหมาะสมสำหรับการเจริญเติบโตและการผลิตทางชีวภาพของจุลินทรีย์ ลดเวลาการหมักและลดการใช้พลังงาน^{[ 92 ]} iii) การออกแบบโรงงานเซลล์จุลินทรีย์ที่ดีขึ้นสำหรับกระบวนการทางชีวภาพแบบรวมที่อุณหภูมิต่ำ มีความต้องการออกซิเจนน้อยลง หรือให้ผลิตภัณฑ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงขึ้น จึงลดพลังงานที่จำเป็นสำหรับการให้ความร้อน การเติมอากาศ หรือการทำให้บริสุทธิ์ขั้นปลายน้ำ ตามลำดับ^{[ 93 ]}

การพิจารณาด้านสิ่งแวดล้อมที่สำคัญในการหมักแบบแม่นยำคือประเภทและแหล่งที่มาของวัตถุดิบที่ใช้สำหรับการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์และการผลิตทางชีวภาพ ปัจจุบัน ผลิตภัณฑ์จุลินทรีย์จำนวนมากอาศัยน้ำตาลที่ได้จากอ้อยหรือข้าวโพด ซึ่งอาจลดประโยชน์ด้านสิ่งแวดล้อมของการหมักแบบแม่นยำลงได้ เนื่องจากการใช้น้ำและที่ดินจำนวนมาก การแข่งขันกับการผลิตอาหาร และความต้องการปุ๋ยและยาฆ่าแมลงที่อาจส่งผลกระทบต่อรอยเท้าทางสิ่งแวดล้อมของผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการหมัก^{[ 94 ]}เพื่อแก้ไขความท้าทายเหล่านี้ อุตสาหกรรมจำเป็นต้องนำทางเลือกที่ไม่ใช่อาหารและมีความยั่งยืนมากกว่ามาใช้ เช่น เศษอาหาร ชีวมวลลิกโนเซลลูโลสและก๊าซอุตสาหกรรม เช่น คาร์บอนไดออกไซด์ การหมักยังก่อให้เกิดของเสียที่มีสารอินทรีย์และจำเป็นต้องได้รับการจัดการตามข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อม^{[ 95 ]}

ความต้องการอาหารและผลิตภัณฑ์ที่ยั่งยืน ปราศจากส่วนประกอบจากสัตว์ และการลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมในอุตสาหกรรมต่างๆ ได้ผลักดันให้ตลาดการหมักแบบแม่นยำขยายตัวอย่างรวดเร็วจาก 2.1 พันล้านดอลลาร์ในปี 2023 ไปสู่การคาดการณ์ว่าจะมีมูลค่ามากกว่า 100 พันล้านดอลลาร์ในปี 2034 ^{[ 96 ]}เพื่อลดต้นทุนของผลิตภัณฑ์การหมักแบบแม่นยำ: i) เพิ่มความเข้มข้น ผลผลิต และประสิทธิภาพการผลิตให้สูงสุดผ่านวิศวกรรมเมตาบอลิซึม ii) การใช้วัตถุดิบต้นทุนต่ำ iii) การกู้คืนและการทำให้บริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์เป้าหมายอย่างมีประสิทธิภาพเพื่อลดต้นทุนการดำเนินงาน^{[ 94 ]}

แม้ว่าคำว่า "การหมักแบบแม่นยำ" จะเพิ่งเกิดขึ้นเมื่อไม่นานมานี้ แต่เทคโนโลยีที่อยู่เบื้องหลังนั้นถูกนำมาใช้มานานหลายทศวรรษแล้ว ณ ปี 2024 ยังไม่มีคำจำกัดความอย่างเป็นทางการหรือทางกฎหมายของ "การหมักแบบแม่นยำ" ในประเทศหรือเขตอำนาจศาล ใด ๆ และไม่มีกรอบการกำกับดูแลเฉพาะเจาะจง ซึ่งหมายความว่าผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการหมักแบบแม่นยำจะถูกควบคุมโดยขึ้นอยู่กับลักษณะและการใช้งาน โดยใช้กรอบการกำกับดูแลที่มีอยู่แล้วในแต่ละพื้นที่^{[ 97 ]}

ในสหรัฐอเมริกา ส่วนผสมอาหารหมักแบบแม่นยำหลายชนิดได้รับการประเมินภายใต้ กรอบ GRAS (ได้รับการยอมรับโดยทั่วไปว่าปลอดภัย) ^{[ 98 ] [ 99 ]}ไคโมซินที่ผลิตผ่าน จุลินทรีย์ ดัดแปลงพันธุกรรมเป็นผลิตภัณฑ์อาหารดัดแปลงพันธุกรรมชนิดแรกที่ได้รับสถานะ GRAS ในปี 1990 ^{[ 98 ] [ 100 ]}ในปี 2020 FDA ได้ออกจดหมายรับรอง GRAS "ไม่มีข้อสงสัย" สำหรับ β-lactoglobulin (โปรตีนเวย์) ที่ผลิตโดยการหมักTrichoderma reeseiซึ่งส่งโดย Perfect Day, Inc. ^{[ 99 ]}

ในบางเขตอำนาจศาล ผลิตภัณฑ์ที่ผลิตโดยใช้การหมักแบบแม่นยำอาจถือเป็น " อาหารใหม่ " ในกรณีที่การจำแนกประเภทดังกล่าวมีผลบังคับใช้ ผลิตภัณฑ์เหล่านี้อาจอยู่ภายใต้กระบวนการอนุมัติเฉพาะที่แตกต่างจากอาหารทั่วไป การหมักแบบแม่นยำสามารถใช้จุลินทรีย์ดัดแปลงพันธุกรรมในระหว่างการผลิตได้ แต่จุลินทรีย์เหล่านี้มักจะไม่อยู่ในผลิตภัณฑ์อาหารขั้นสุดท้าย อย่างไรก็ตาม การใช้จุลินทรีย์เหล่านี้อาจทำให้เกิด ข้อกำหนด ทางกฎหมายที่เกี่ยวข้องกับ GMOในภูมิภาคที่มีกฎเกณฑ์ควบคุมวัตถุดิบดัดแปลงพันธุกรรมในการผลิตอาหาร ทั้งในสหรัฐอเมริกาและสหภาพยุโรป ผลิตภัณฑ์อาหารที่ผลิตด้วยจุลินทรีย์ดัดแปลงพันธุกรรมแต่ไม่มี DNA ไม่จำเป็นต้องระบุว่าเป็นอาหารดัดแปลงพันธุกรรมเพื่อวัตถุประสงค์ในการติดฉลาก^{[ 101 ]}

ผลิตภัณฑ์จากการหมักแบบแม่นยำมีวางจำหน่ายในตลาดแล้วในหลายประเทศ บางชนิดวางจำหน่ายในเชิงพาณิชย์มานานหลายปีแล้ว เช่น วิตามิน สีผสมอาหาร และเอนไซม์อาหาร ตัวอย่างเช่นไคโมซิน ที่ผลิตจากการหมักแบบแม่นยำ คิดเป็นสัดส่วนมากกว่า 90% ของตลาดเรนเน็ต ทั่วโลก ในการทำชีส^{[ 2 ]}ผลิตภัณฑ์จากการหมักแบบแม่นยำชนิดใหม่ เช่นโอลิโกแซ็กคาไรด์นมที่เหมือนกับของมนุษย์ เลกฮีโมโกลบินจากถั่วเหลืองหรือโปรตีนเวย์เพิ่งได้รับการแนะนำสู่ตลาดในบางประเทศเมื่อไม่นานมานี้

การหมักแบบแม่นยำกำลังผลักดันขอบเขตของเทคโนโลยีชีวภาพ โดยนำเสนอแนวทางการผลิตทางชีวภาพที่ยั่งยืนในภาคอุตสาหกรรมต่างๆ การขยายตัวในพื้นที่ใหม่ๆ เช่น โปรตีนทางเลือกและอาหารจุลินทรีย์ คาดว่าจะมีการเติบโตอย่างแข็งแกร่ง โดยได้รับแรงผลักดันจากความต้องการของผู้บริโภคที่เพิ่มขึ้นสำหรับผลิตภัณฑ์ที่เป็นธรรมชาติ ออร์แกนิก และยั่งยืน รวมถึงการลงทุนจากภาครัฐและภาคเอกชนในการวิจัยและนวัตกรรมในสาขาเหล่านี้ ตัวอย่างล่าสุด ได้แก่UKRI Engineering Biology Mission Hub on Microbial Food ^{[ 102 ]}ในสหราชอาณาจักร ศูนย์การหมักแบบแม่นยำและความยั่งยืน (PreFerS) ในสิงคโปร์/สหรัฐอเมริกา และศูนย์ Bezos เพื่อโปรตีนที่ยั่งยืนทั้งสามแห่งที่Imperial College London [ ^{103 ]} NC State University ^{[ 104 ]}และNational University of Singapore [ 105 ^{] ความ}ก้าวหน้าเหล่านี้ได้รับการเร่งให้เร็วขึ้นโดยการเกิดขึ้นของนวัตกรรมที่ใช้ AI ในการออกแบบและวิศวกรรมจุลินทรีย์และการเพิ่ม^{ประสิทธิภาพกระบวนการ[ 20 ]}