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全球蛋白质需求激增，传统畜牧业面临环境挑战。研究人员综述了培养肉（Cultivated Meat）和微生物蛋白（如真菌蛋白 Mycoprotein、细菌蛋白、微藻蛋白），分析其营养、生产及商业化，发现微生物蛋白在可持续蛋白生产中具潜力，助力构建循环经济。
随着全球人口突破 80 亿，肉类消费需求持续攀升，传统畜牧业的环境代价日益凸显 —— 每年产生的温室气体占全球总量的 14.5%，大量土地和水资源被占用，饲料种植中的农药污染问题也愈发严重。如何在满足人类蛋白质需求的同时减轻生态负担，成为全球食品领域的重大挑战。在此背景下，来自美国阿肯色大学农业系统分部食品科学系的研究人员开展了一项针对替代肉类产品的综合性研究，相关成果发表在《Journal of Biological Engineering》上，为可持续蛋白质生产提供了新的思路与方向。
研究人员采用系统性文献综述方法，结合近 10 年的科学文献及近 5 年的行业报告，对微生物蛋白和培养肉展开深入探讨。研究涉及多种关键技术方法，包括对不同微生物（如真菌、细菌、微藻）的发酵工艺分析、培养肉的细胞培养与组织工程技术，以及生命周期评估（LCA）等环境影响评价手段，同时整合了农业副产品在发酵中的应用案例。
动物蛋白需求的环境代价与替代蛋白的崛起
全球肉类产量从 1961 年的 7056.3 万吨飙升至 2022 年的 3.55 亿吨，预计到 2050 年还将增长 36%。然而，牛肉生产每公斤产生 27-60 kg CO?当量的排放，畜牧业成为亚马逊雨林砍伐的主要驱动力之一。相比之下，替代蛋白展现出显著优势：植物基蛋白虽已占据市场主导，但存在致敏性和功能特性局限；培养肉通过动物细胞培养技术（如肌肉卫星细胞增殖）模拟真实肉类结构，其温室气体排放仅为传统牛肉的 17%；微生物蛋白则能利用农业废料（如甘蔗渣、稻壳）进行发酵，兼具高效生产与废弃物资源化的双重效益。
微生物蛋白：从实验室到商业化的突破
微生物蛋白以真菌蛋白（如 Quorn 的镰刀菌属 Fusarium venenatum）最为成功，其蛋白质含量达干重的 45%，含必需氨基酸且膳食纤维丰富。研究发现，固体 - state 发酵和 submerged fermentation 技术可有效利用木质纤维素原料，如用米曲霉 Aspergillus oryzae 发酵甘蔗渣，每公斤底物可产 132 g 微生物蛋白。微藻蛋白（如螺旋藻 Arthrospira platensis）的蛋白质含量高达 60%-70%，除食用外还可用于功能性食品和饲料。细菌蛋白（如甲基 ophilus methylotrophus）虽含较高核酸（需处理至低于 2%），但能以甲醇等工业废弃物为底物，展现出循环经济潜力。
培养肉：技术挑战与产业化路径
培养肉的生产流程包括细胞 sourcing（如牛、鸡的肌肉干细胞活检）、生物反应器扩增（需优化无血清培养基以替代胎牛血清 FBS）和组织构建（如 3D 生物打印模拟肌肉纤维结构）。目前，新加坡和美国已批准部分培养鸡肉产品上市，但规模化生产面临瓶颈：生物反应器放大导致的传质效率下降、培养基成本高昂（占生产成本的 30%-50%），以及消费者对 “实验室食品” 的接受度问题。混合产品策略（如将培养肉与植物蛋白结合）可降低成本并改善口感，成为过渡阶段的重要方向。
可持续发酵的协同效应与环境效益
将微生物蛋白生产与生物能源系统整合，可形成 “木质纤维素→发酵产蛋白 + 生物乙醇” 的闭环模式。例如，利用酿酒废料发酵生产真菌蛋白，同时生成乙醇燃料，相较传统工艺减少 60% 的能源消耗。生命周期评估显示，微生物蛋白的温室气体排放比传统肉类低 20%-90%，而培养肉若采用可再生能源，其环境足迹可进一步降低。这种跨行业协同不仅提升资源利用率，还能减少农业废弃物的环境负担。
挑战与未来展望
尽管替代蛋白前景广阔，但仍需克服多重挑战：微生物蛋白的规模化生产需解决发酵过程中的污染控制和 RNA 去除工艺；培养肉需突破细胞分化诱导和结构模拟的技术瓶颈；消费者对新型食品的接受度依赖科学普及与法规完善。未来，基因编辑（如优化真菌菌株提高蛋白产量）、智能化生物反应器（如 AI 调控发酵参数）和政策支持（如新加坡的监管框架）将成为关键突破口。
这项研究系统性地梳理了替代肉类产品的技术现状与可持续潜力，证实微生物蛋白和培养肉在缓解粮食安全与环境危机中的重要价值。通过跨学科技术创新与产业协同，人类有望在 21 世纪实现蛋白质生产模式的革命性转变，为 “碳中和” 目标和全球粮食安全提供可持续的解决方案。
