食物蛋白是弥补人類重要的營養物質。近年來，资源世界人口持續增長導致蛋白需求大幅增加。短缺对外度有數據顯示，降低預計到2050年，依存全球人口將超過90億，微生物蛋食品蛋白需求將增長30%—50%。弥补
我國是资源蛋白消費量最大的國家，且消費量呈快速增長趨勢。短缺对外度在不久前舉辦的降低主題為“單細胞蛋白生物製造戰略需求與技術挑戰”的香山科學會議上，專家學者建議，依存促進單細胞蛋白生物製造技術創新，微生物蛋保障我國蛋白資源供給。弥补
什麽是资源單細胞蛋白？有哪些合成單細胞蛋白的技術路徑？會上，多位專家就上述問題進行了探討。短缺对外度
傳統方式難以滿足高蛋白需求
“我國蛋白供給正麵臨嚴峻考驗。”中國科學院天津工業生物技術研究所研究員吳信開門見山指出問題。
當前，種植業和養殖業為我國蛋白主要供給方式。但這兩種傳統的供給方式在供給蛋白數量、質量和可持續等方麵均存在不利影響因素。以大豆為例，它富含蛋白，是畜牧業飼用豆粕的主要來源。吳信介紹，生產1億噸大豆需要7億多畝土地資源，而我國人均可耕種土地資源嚴重不足，難以滿足蛋白原料的供給需求。
我國大豆對外依存度較高。海關數據顯示，2023年我國進口糧食1.6億噸，大豆占比超過6成，達9941萬噸。吳信指出，近年來，在極端天氣、國際局勢等多方麵不利影響下，全球大豆產量繼續下降，供需矛盾愈演愈烈，推高了畜牧業成本，也影響了我國糧食安全。
單細胞蛋白，也叫微生物蛋白，是通過對各種工農業廢料及石油廢料進行大規模人工培養，得到的蛋白資源，主要包括酵母蛋白、細菌蛋白和藻類蛋白等類型。目前已經發現多種可用於單細胞蛋白生產的菌株，如細菌、真菌、微藻等。
由於微生物的生長繁殖速率快，因此單細胞蛋白的單位麵積蛋白生產效率大大高於種植大豆等傳統方式。“為保障穩定優質的蛋白質資源供給，我們要努力推動‘向微生物要蛋白’。”吳信說。
推動一碳原料規模化應用
“傳統生產單細胞蛋白的過程中，大多以可食用的糖基碳源為原料。但糖基碳源仍依賴種植，生產成本高。”吳信認為，結合我國國情以及新一代單細胞蛋白的發展趨勢，應推動使用不依賴種植的一碳原料合成單細胞蛋白。
甲醇、甲烷、二氧化碳、一氧化碳等一碳原料不僅來源廣泛，而且價格低廉。中國科學院天津工業生物技術研究所研究員王鈺介紹，以甲醇為例，它易於運輸，比糖基碳源具有更高的能量密度，可以利用煤炭等石化資源進行規模化生產，也可以利用生物質、二氧化碳等可再生資源作為原料進行規模化生產。在我國化工和煉油行業中甲醇年均產量達8000萬噸以上。
此外，吳信還提到，甲醇作為單細胞蛋白合成原料還具有質量穩定可控的優點。
為實現一碳原料的高效利用與轉化，近年來，研究者構建了多樣的微生物底盤作為一碳生物製造的核心催化劑，並已實現了較高水平的單細胞蛋白的生物合成。
“巴斯德畢赤酵母是一類能夠利用甲醇作為唯一碳源和能源的酵母菌。”吳信介紹，2023年，我國已建成首套以甲醇為碳源的巴斯德畢赤酵母水解蛋白萬噸級產業化示範工廠，並順利投產。
“該工廠應用的發酵工藝安全、高效，能夠穩定連續運行100天以上，發酵係統節能、環保，無‘三廢’產生，解決了發酵企業環保壓力大的問題。該體係實現了低成本、高產出，生產的單細胞蛋白品質高，不僅具有高蛋白的特征，而且富含寡肽、多肽、多糖等，可開發高附加值蛋白、肽或酶類產品。”吳信說。
記者了解到，今年9月，該工廠十萬噸巴斯德畢赤酵母水解蛋白項目順利簽約，投產後年產量將相當於每年百萬畝土地種植的大豆蛋白當量。
加強工農業副產品開發利用
除了一碳原料，我國還有著豐富的工農業副產物資源，如秸稈、豆渣、酒糟等，也可以開發為合成單細胞蛋白的原料。
記者了解到，目前我國每年玉米種植麵積約6億畝，玉米秸稈產量一般為玉米糧食產量的1.3—1.6倍，每年大約有7億噸。玉米秸稈中蘊含著與普通糧食基本相當的總能，還含有許多對畜禽生長發育有益的營養物質。
“目前，因為儲藏過程易黴變、易產生真菌毒素等原因，秸稈低值利用較為普遍，未得到高效的轉化利用。麵對蛋白資源短缺和潛在的秸稈資源浪費，應積極推動秸稈單細胞蛋白的生物創製工作。”中國科學院天津工業生物技術研究所副研究員高樂說。
高樂解釋，秸稈中的木質纖維素具有多化學組分、多層次超分子結構，致密的複雜結構是秸稈難以降解的主要原因。構建高產降解酶係—複合菌係統是解聚秸稈的有效途徑。這一途徑的核心在於利用菌酶協同特性、菌群互養模式，最大限度地發揮多樣性菌與酶的互作關係，有效提高秸稈中木質纖維素的解聚效率。
記者了解到，在國家重點研發計劃相關項目的支持下，吳信團隊在秸稈高效降解工程菌高通量選育及改造、與秸稈結構特性高度適配的酶製劑定製化開發、菌酶協同固態發酵係統創製等方麵進行技術創新。
團隊搭建了完整的秸稈規模化生物合成飼用蛋白的全鏈條技術體係，突破了秸稈抗降解屏障、蛋白轉換的技術瓶頸，形成了具有自主知識產權、秸稈規模化生物合成飼用蛋白的係統工程及產業化示範，精準解決秸稈資源化利用效率低和傳統蛋白短缺兩大難題。
“該技術體係可應用於多種工農業副產物生產單細胞蛋白，大幅提升原料品質和性價比，為工農業副產物的高值化利用提供了可持續的解決方案，對緩解人畜爭糧和糧食安全問題有重要戰略意義。”吳信說。
