《Current Research in Food Science》：Investigative studies on health benefits and risks of single-cell proteins★
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单细胞蛋白（SCPs）主要包括真菌蛋白、酵母蛋白、细菌蛋白和藻类生物质等，已在人类食品和动物饲料中部分应用。SCPs富含蛋白质和膳食纤维，脂肪和胆固醇含量低，并有助于降低碳排放。然而，其安全性和功能功效仍存在多重不确定性。本综述通过总结丝状真菌蛋白、酵母蛋白、
单细胞蛋白（SCPs）主要包括真菌蛋白、酵母蛋白、细菌蛋白和藻类生物质等，已在人类食品和动物饲料中部分应用。SCPs富含蛋白质和膳食纤维，脂肪和胆固醇含量低，并有助于降低碳排放。然而，其安全性和功能功效仍存在多重不确定性。本综述通过总结丝状真菌蛋白、酵母蛋白、细菌蛋白和微藻蛋白的分类、营养价值、安全性和应用限制，系统评价常用于食品中的几类主要SCPs，重点关注其食品应用潜力和潜在健康风险。丝状真菌蛋白具有成熟的食品应用模式、较全面的毒理学安全性数据以及可用的人群膳食调查和干预数据。酵母蛋白可用于人类食品，但应用范围较窄且人体临床试验数据不足；细菌蛋白和微藻蛋白主要用于动物饲料。上述SCPs均具有一定健康获益，同时伴随特定健康风险。据此，研究人员提出SCPs应用的重点领域包括功效验证、工艺优化和健康风险评估。研究人员认为，本综述汇总的信息将为推动微生物替代蛋白成为人群主要蛋白来源提供有价值的参考。
全球人口预计2056年达100亿，蛋白需求上升。传统动物蛋白受土地、淡水、温室气体和生态问题限制；植物替代蛋白受耕地、生长周期、气候及甲硫氨酸不足、持水性和凝胶性等功能缺陷限制。单细胞蛋白（SCPs，由丝状真菌、酵母、细菌和微藻等微生物经发酵或生物转化合成的蛋白物质）因生长快、底物适应广、资源消耗低而成为可持续蛋白来源。然而SCP品类多，安全性和功能功效不确定；既有综述多聚焦生产或新品开发，缺乏对主流SCP人群和动物健康获益与风险的系统综合。为此，作者系统评价丝状真菌蛋白、酵母蛋白、细菌蛋白和微藻蛋白的分类、营养价值、安全性和应用限制，聚焦食品应用潜力与潜在健康风险，并提出功效验证、工艺优化和健康风险评估为重点。研究结论是丝状真菌蛋白应用最成熟，酵母蛋白可用于食品但临床数据不足，细菌和微藻蛋白主要用于饲料；各类SCP均有健康获益和特定风险。其意义在于为产业化、安全监管和全球蛋白供应链韧性提供参考。
关键技术方法（不超过250字）：本研究为文献综述与证据整合，检索并归纳已发表研究、监管公告和商业化资料；比较SCP营养组成、体外消化率（INFOGEST、TIM-1、多酶体系）、氨基酸评分（AAS、PDCAAS即蛋白消化率校正氨基酸评分、DIAAS即可消化氨基酸评分）、动物喂养和人体试验证据；人群证据来自已发表人体试验（健康年轻人、老年人、2型糖尿病、超重/肥胖及高胆固醇人群）和膳食调查，动物证据涉及鱼、虾、鸡、猪、牛、犬猫等；并总结AI辅助风险评估和标签监管框架。未开展原始实验。
研究结果：3.1 丝状真菌蛋白：商业化和监管资料显示其食品应用最成熟。3.1.1 蛋白质合成：体外消化和人体抗阻训练试验显示氨基酸平衡、消化率近大豆蛋白，可促进肌蛋白合成和力量。3.1.2 血糖控制：人群剂量反应和2型糖尿病试验显示改善胰岛素敏感性、降低餐后血糖。3.1.3 血脂控制：体外模拟和人体干预显示抑制脂解、结合胆汁盐，降低总胆固醇和LDL-C（低密度脂蛋白胆固醇）。3.1.4 肠道健康：发酵和随机交叉试验显示富集Bacteroides、降低粪便遗传毒性。3.1.5 其他：生物信息学和分子对接发现裂褶菌肽抗炎。3.2 酵母蛋白：体外、动物和初步人体研究显示营养质量高但证据分层。3.2.1 S. cerevisiae蛋白：体外、大鼠和人体试验显示消化率高、氨基酸评分优于多种植物蛋白，老年人功效媲美乳清蛋白；饲喂试验显示替代30%豆粕改善蛋壳，犬猫10%添加安全，并具肠道免疫调节。3.2.2 C. jadinii蛋白：猪消化模型和饲喂试验显示可替代肉鸡20%蛋白、鲑鱼20%鱼粉和奶牛7%豆粕而不影响生产性能；30%替代增强肉鸡抗病原，但高剂量降低消化和生长。3.3 细菌蛋白：动物试验显示剂量依赖健康效应。3.3.1 M. capsulatus蛋白和M. extorquens蛋白：鱼类试验显示M. capsulatus替代6%–30%鱼粉改善肠道、肝健康和脂代谢，犬8%添加安全；M. extorquens可替代30%–100%鱼粉且生长一致，但功能证据较弱。3.3.2 CAP：水产和肉鸡试验显示低剂量增强免疫，中高剂量替代鱼粉维持生长和品质，高剂量改善白虾生长、免疫和耐盐及肉鸡性能。3.4 微藻蛋白：水产试验显示螺旋藻和小球藻替代50%鱼粉改善非洲鲶生长和血液代谢；低剂量螺旋藻在泥鳅和鲫鱼中激活消化代谢和免疫，效应随剂量递进。4 健康关注：综述毒理、营养和过敏证据。4.1 污染物暴露：SCP核酸占干重4%–16%，需去除至<2%以降低高尿酸风险；真菌毒素、革兰阴性菌LPS（脂多糖）和原料抑制剂是潜在风险；真菌蛋白可检出铅658 μg/kg，植物基汉堡锰高、铁低而锌较高。4.2 营养价值：4.2.1 丝状真菌蛋白：366名英国营养师调查中57%视为高度或超加工食品，40%建议限制消费频率。4.2.2 酵母蛋白：体外消化显示消化率低于乳清蛋白，刚性细胞壁限制释放；超声破壁可使S. cerevisiae蛋白体外消化率>94%；高替代剂量降低蛋鸡产蛋、肉鸡消化率和生长，并改变鲑鱼肠道菌群。4.2.3 细菌和微藻蛋白：过量添加导致水生动物生长抑制、器官和代谢损伤及产品品质下降；CAP>15%使turbot肌肉品质下降，>45%抑制turbot生长并促脂沉积，100%破坏大口黑鲈肠形态；螺旋藻>15%引起肠道应激。4.3 疑似风险（Alleged risks）：真菌蛋白高纤维延缓消化，60–80 g剂量后氨基酸和胰岛素反应趋于平台；霉菌过敏者风险较高，Quorn相关过敏反应已有报告，酸性核糖体蛋白P2为疑似过敏原；酵母和微藻蛋白也有过敏报道，细菌蛋白虽少有人体过敏病例但生物信息预测提示风险；建议监测血/尿重金属、尿酸、皮肤点刺和特异性IgE/IgG及高敏C反应蛋白（hs-CRP）等生物标志物。
讨论部分总结：真菌蛋白作为较成熟肉类替代物可增强肌力、调节糖脂、改善心血管和肠道健康，适用于肌少症老年人、糖脂代谢紊乱和心血管高风险人群，但存在过敏、胃肠不适和原料重金属污染风险，提取和挤压加工还可能降低营养质量并影响接受度。酵母蛋白已商业化但人体临床数据少；动物研究显示其营养和肠道健康作用可比传统蛋白，但效应高度剂量依赖，过量降低消化和生长，需发展破壁等加工技术并积累临床证据。细菌和微藻蛋白可部分替代饲料蛋白，但添加量须严格控制，超阈值可损害消化、生长甚至引起疾病和死亡；细菌蛋白研究多限于鱼、虾和肉鸡，长期安全需更多动物试验。共性局限包括工程菌致病/产毒预测不足、水平基因转移风险缺乏定量框架、传统毒性试验受营养干扰、未知污染物毒理数据缺乏、过敏原评估难以预测新蛋白和编辑肽、长期慢性和人群暴露数据稀缺。人工智能（AI）可通过大语言模型（LLM）、AI定量构效关系（AI-QSAR）、图神经网络（GNN）、基准剂量（BMD）、AI生理药代动力学（AI-PBPK）、新方法（NAM）和多组学辅助危害识别、暴露评估和风险表征，欧洲食品安全局（EFSA）2024年报告提供方法学支持；标签需真实、不得误导并提示过敏风险。研究结论翻译：总之，SCPs是有前景的新型食品原料，具有多样应用价值；然而，其大规模商业应用仍需稳健的安全评价、综合风险评估、健康效应的系统预测以及标准化的标签监管。
