通过不可食用副产物生物转化为微生物蛋白以减少食物-饲料竞争的安全性考量——以Paecilomyces variotii在大西洋鲑饲料中的应用为例

《Frontiers in Sustainable Food Systems》：Safety concerns when reducing food-feed competition through biotransformation of non-edible byproducts to microbial proteins—the example of Paecilomyces variotii in diets for Atlantic salmon

　　

动物蛋白需求不断增长以及人类可食用作物在动物饲料中的广泛使用，加剧了人们对食物-饲料竞争和全球食品系统可持续性的担忧。水产养殖预计将在未来粮食安全中发挥核心作用，然而大西洋鲑等主要养殖物种的生产仍高度依赖进口植物性原料和有限的海洋资源。这种依赖使水产养殖面临环境压力、市场波动和供应链中断的风险。本展望文章探讨了如何通过将不可食用的农业、食品和林业副产物生物转化为微生物蛋白（MIs），以减少生物质在饲料与食物之间的竞争。研究人员以林业行业侧流生产的Paecilomyces variotii（PEKILO?）为例，考察了将不可食用生物质转化为鲑鱼可持续饲料成分的潜力。证据表明，MIs可部分替代鱼粉和大豆浓缩蛋白等传统饲料成分，有助于构建更加循环和具有韧性的粮食系统。研究人员回顾了潜在底物、技术机会以及MIs在水产养殖中的应用实例。研究人员提出，结构化的风险特征描述（risk profiles）可支持基于风险的决策、促进监管评估，并推动新型饲料成分的安全采用。在未来的水产养殖生产系统中，整合可持续性、粮食安全和食品安全考量对于扩大生物转化技术规模至关重要。

随着动物蛋白需求增长，人类可食用作物被大量用于动物饲料，导致食物-饲料竞争加剧，威胁全球粮食系统可持续性。水产养殖被视为未来粮食安全的重要支柱，但挪威大西洋鲑养殖的饲料中超过90%原料依赖进口，含有约73%植物成分和22%鱼粉鱼油，尤其对南美进口大豆浓缩蛋白高度依赖，易受地缘冲突、供应链中断和价格波动冲击。因此，亟需寻找不与人类食物竞争的替代饲料原料。该论文发表在《Frontiers in Sustainable Food Systems》，以林业副产物经生物转化生产的微生物蛋白（microbial proteins, MIs）为切入点，尤其以Paecilomyces variotii（PEKILO?）为例，探讨其在大西洋鲑饲料中的应用潜力与安全性。

研究人员主要采用以下技术方法：系统梳理鲑鱼饲料原料构成和食物-饲料竞争相关文献；总结可生物转化底物（如糖蜜、酒糟、预水解液等）和技术路径；汇编已有鲑鳟鱼类喂养试验，评价MIs替代鱼粉或植物蛋白的效果；基于专家判断构建结构化风险特征描述（risk profiles），从生物危害、化学危害等维度评估PEKILO?使用风险；分析欧盟饲料与新型食品监管框架。该研究属于观点性综述，没有原始试验队列。

**PEKILO?作为案例**：通过回顾历史生产记录和监管审批进程，研究人员指出PEKILO?由芬兰林业行业开发，1975至1991年间生产，并曾获芬兰、捷克和瑞典批准用作饲料；它于2022年进入欧盟饲料原料目录，有望在2026年前商业化。

**鲑鱼养殖的可持续性**：通过分析挪威鲑鱼饲料组成，发现饲料中大豆浓缩蛋白占总量的21%，其中81%从南美进口；进口植物原料是养殖温室气体排放的主要来源，供应链脆弱性在乌克兰和中东冲突中暴露无遗。

**食物-饲料竞争**：通过引用饲料转化效率数据，研究人员指出动物生产过程中可食用能量和蛋白质的损失可高达90%；鲑鱼养殖的温室气体排放和饲料转化效率优于陆生畜禽，但欧盟补贴生物乙醇生产反而加剧了食物、饲料与燃料之间的竞争。

**可作为底物的副产物**：研究人员总结了制糖、淀粉、林业和生物精炼行业的副产物，如糖蜜、vinasse、stillage、干酒糟及其可溶物（DDG）、预水解液（PHL）、水解锯末等均可作为生物转化底物；硫酸盐法制浆黑液虽有最大体积，但需要预处理。

**副产物的生物转化**：通过文献综述，研究人员发现Candida utilis和Kluyveromyces marxianus可在大西洋鲑饲料中替代约40%鱼粉蛋白；Yarrowia lipolytica中等添加量可行，但高添加量降低生长性能；酵母在虹鳟饲料中可替代40%鱼粉，超过60%时生长和肠道健康下降。丝状真菌中，PEKILO?证据最强：在大西洋鲑饲料中可替代20%粗蛋白，在虹鳟中添加量可达20%日粮；但相关试验仅有两项淡水养殖试验，且研究团队部分重叠，仍需独立研究，包括海水环境。

**消费者认知与声誉风险**：通过消费者行为与价格弹性分析，研究人员指出欧盟消费者偏好野生鱼，负面信息比正面信息影响更大；新鲜鲑鱼价格弹性约为-0.87，需求小幅下降即可引起价格大幅下跌，因此食品安全恐慌会造成重大经济损失。

**水产养殖的公众接受度**：基于挪威公众调查，75%的受访者对水产养殖持正面或中性态度，但仅60%认为鲑鱼生产可持续；支持行业扩建的比例降至60%，且公众认为利益分配不公，挪威政府因此征收资源租金税。

**安全性问题**：通过风险识别，研究人员提出使用生物转化来源饲料成分需关注微生物毒素（尤其是耐热毒素）、过敏原、底物来源的重金属和朊病毒等化学与生物危害，以及核酸（DNA/RNA）含量；鲑鱼具有高效的尿酸分解途径。P. variotii未被欧盟安全资格认定（QPS）列表收录，对免疫受损个体存在风险，其孢子耐热，可在100°C存活15分钟。生产中的底物灭菌（100–130°C、5–30分钟）和制粒挤压（100–150°C、约90 bar）能杀灭多数病原体，但不能完全消除芽孢和耐热毒素，因此必须严格控制底物。

讨论部分强调，食品安全与联合国可持续发展目标及世界卫生组织食品安全战略密切相关。研究人员认为，应用风险特征描述有助于改善产业界、风险评估者与监管机构之间的沟通，促进非食用副产物在水产养殖系统中的安全审批与使用。现行欧盟新型食品法规和转基因食品法规可能限制了新型饲料成分的变革潜力，未来立法应将粮食安全、食品安全、价值链韧性和可持续性协调统一。研究结论指出，Sandstr?m等发现禽料、水产饲料和猪料中人类可食用成分比例分别高达68%、49%和38%；必须改变水产养殖价值链，让可食用生物质进入食物链，不可食用生物质用于动物饲料。采用“一种营养”理念，使动物（包括鱼类）将不可食用生物质转化为可食用食物，同时粪便作为植物养分来源，是实现可持续食品生产且不损害食品安全的重要一步。