22秒，“一口气”变成蛋白质 乙醇梭菌蛋白应用前景未来可期

　　22秒，钢铁企业生产尾气中的一氧化碳经厌氧发酵，就能产出乙醇和乙醇梭菌蛋白。我国科学家突破自然光合固碳、固氮系统利用太阳能、反应速度缓慢的局限，突破了天然蛋白质物合成的时空限制，在国际上首次实现利用一氧化碳合成蛋白质。中国农业科学院饲料研究所（以下简称“农科院饲料所”）和北京首钢朗泽科技股份有限公司（以下简称“首钢朗泽”）经过多年共同研究攻关，率先突破工厂化条件下利用一氧化碳一步法生产蛋白质，并已形成万吨级的工业生产能力。首朗生物开发的全新饲料蛋白产品已于去年获得农业农村部颁发的新产品证书，为我国一碳原料制备新型菌体蛋白项目开启了大门。

　　一时间，反响强烈，国人振奋。“有了这技术，中国大豆以后不用依赖进口了。”“无中生肉，尾气也可以做出四菜一汤了。”同时，也有质疑声音，这是真的吗？到底是怎么生产出来的？是否已经产业化了？

蛋白人工合成取得新突破

　　一氧化碳，公认的有害气体。蛋白质，生物体内一切细胞、组织的重要组成部分。这看似南辕北辙毫不相干的两种物质，却被中国农业科学院研究团队用一种物质连接到一起。这种物质，就是在“一氧化碳合成蛋白质”中起关键作用的乙醇梭菌。

　　早在1994年，科学家在乙酸梭菌中加入一氧化碳进行液态发酵，以此来制备乙醇梭菌蛋白，已成为生物饲料原料的常用方法之一。通常来说，用这种方法制备蛋白质，最主要的原料只有三种：一氧化碳、乙醇梭菌、氨水。其中，乙醇梭菌承担着“发酵”的重任。而发酵过程中，一氧化碳和氨水则会经过氧化反应形成蛋白质的重要组成部分——氨基酸。通过对这个液态发酵液的进一步培养、离心和干燥，就能获得结构简单的乙醇梭菌蛋白。这是一个非常缓慢且低效的过程。

　　农科院饲料所饲料加工创新团队首席科学家薛敏介绍，早在20世纪90年代，国外就开始研究利用乙醇梭菌等食气菌以一碳气体为碳源生产小分子醇类产品，但未关注菌体本身作为蛋白质饲料的可能性。大多数能源研究集中在用一氧化碳生物发酵合成乙酸、乙醇、异丙醇等化学品，对菌体合成蛋白质及其功能性研究很少，菌体蛋白大多被当作废弃物丢弃；而单细胞蛋白研究关注点主要集中在酵母、乳酸菌、微藻等传统被认为可食用的菌种上，导致了乙醇梭菌蛋白在蛋白质领域长期“默默无闻”。

　　我国科学家却让这个过程所需的时间大大缩短。经过中国农业科学院研究团队的优化，目前，这个过程已经被缩短到22秒，且获得率高达85%，由此打开了乙醇梭菌蛋白人工合成的新大门。该成果的一大亮点是，项目中合成乙醇梭菌蛋白的原料之一为工业尾气，工业尾气中大量的一氧化碳是利用乙醇梭菌生产菌体蛋白和乙醇的极佳原料。而工业尾气不仅成本极低，其来源也很广泛，包括钢厂、铁合金厂、电石厂等，资源量非常丰富。

　　据介绍，由首钢朗泽开发出的全新饲料蛋白产品已于2021年8月获得农业农村部颁发的新产品证书，这也是我国首张饲料原料新产品证书。

　　首钢朗泽高级副总裁晁伟介绍说，该项目以钢厂尾气中的一氧化碳为碳源、氨水为氮源，经优化的厌氧发酵工艺，实现22秒快速转化，高效产出乙醇和乙醇梭菌蛋白，实现了无机物向有机物的一步转化。

　　此外，由于乙醇梭菌经空气暴露可全部灭活，菌体经离心浓缩和喷雾干燥后即为乙醇梭菌蛋白产品，生产成本远低于酵母及微藻等单细胞蛋白产品。这也意味着，利用该成果进行微生物高效合成蛋白质，具有显著的性价比优势。

破解蛋白质短缺难题

　　动物饲料里两类东西必不可少：玉米和豆粕。行业一直在探索研发优质、易获得、稳定廉价的蛋白质饲料。为支撑我国规模庞大的养殖业，2021年我国饲料产量达2.93亿吨，居世界首位，再加上自配料，饲料年消耗量约有4.5亿吨。如果不算能量饲料中的蛋白质含量，据简单估算需要纯蛋白质饲料8000万吨。

　　国家粮食和物资储备局科学研究院首席研究员李爱科表示，近年来，我国优质饲用蛋白原料极度缺乏，不得不大量进口，对外依存度长期保持在70%以上。我国每年进口鱼粉150万吨左右，进口大豆1亿吨左右，饲用豆粕的年消费量约7000万吨。一段时间内，我国无法摆脱饲用蛋白原料对外依存度很高的局面。自主创新研发新型非粮蛋白质资源，逐步降低对大豆、鱼粉的进口依赖，开辟产业发展新领域，无疑是国家的重大战略需求。

　　据了解，乙醇梭菌蛋白不仅具备优良的营养价值和加工特性，其环保价值也非常亮眼。乙醇梭菌蛋白的蛋白质含量高达80%以上，18种氨基酸占蛋白质比例达到94%，10种必需氨基酸含量及结构比例接近鱼粉并远优于豆粕，具有优异的蛋白质原料特性。乙醇梭菌蛋白的营养价值和目前水产行业普遍认为营养价值最好的原料鱼粉接近，且远超于豆粕。相关专家表示，乙醇梭菌蛋白的推广应用能够大大降低中国对进口饲用蛋白原料的依赖程度，以工业化生产1000万吨乙醇梭菌蛋白计，可减少2800万吨大豆进口量。

　　农科院饲料所所长戴小枫指出，一步生物合成饲料蛋白实现工业化生产，有助于我国摆脱“大豆进口依赖综合征”和实现“碳中和”。

　　李爱科认为，该成果最大的亮点在于“以微生物蛋白生产来破解蛋白质短缺难题”。他介绍说，我国从20世纪80年代起就将“微生物蛋白生产”列为研究课题，国际上也长期在研究从碳化合物合成蛋白的问题，但一直都没能实现产业化，而联合研发团队让这一构想变为现实。生物合成蛋白更大规模的产业化对我国饲料蛋白供应、粮食安全等意义重大。

打通产业化之路

　　在河北曹妃甸这个填海造地“长”出来的小岛上，钢电园区内矗立着首钢京唐钢铁联合有限责任公司一座座高耸的高炉，不远处就是首钢朗泽的河北分公司。该公司副总经理张春悦指着一排20多米高的发酵罐介绍，我国是世界上最大的钢铁冶金生产国，在工业冶炼过程中会产生大量含有一氧化碳、二氧化碳等的尾气，公司一般建在这些钢铁厂、铁合金厂旁边，把尾气收集起来通过管道运输，经过预处理后进入发酵罐，乙醇梭菌和尾气在里面进行快速反应，产出乙醇和乙醇梭菌蛋白。

　　2012年，首钢朗泽投资6000余万元在曹妃甸首钢京唐公司院内建成全流程钢铁工业尾气生物发酵中试示范装置（年产乙醇300吨）。经过持续不断的N轮试验，终于打通了全系统工艺流程。中试成功后，2016年，全球首套年产4.5万吨钢铁工业尾气生物发酵法制燃料乙醇大工业装置动工。2018年5月，一次调试成功产出燃料乙醇合格产品；6月，首次产出乙醇梭菌蛋白，走通了饲料原料新产品从中试到大规模生产的产业化之路。河北首朗新能源科技有限公司总工程师莫志朋表示，在没有任何参考的情况下，从实验室通过中试的转化成功，建成了像目前的商业化工厂，也是全球首套从实验室转化成了工业化生产。而且发酵菌体对于气源的适用性很强，所以可复制性比较强。新技术可实现二氧化碳减排33%以上，氮氧化物减排90%以上，对于实现“碳达峰”“碳中和”目标具有重要作用。

　　河北首朗新能源科技有限公司总经理宋庆坤介绍，新技术实现了从零到一的自主创新和从一到N的快速复制，开辟了一条低成本非传统动植物资源生产优质饲料蛋白的新途径，公司计划在不远的将来，至少要实现100万吨乙醇和10万吨饲料蛋白的产能规模，届时每年可节约粮食300万吨，耕地约800万亩，每年可替代化石能源达到200万吨以上，减少碳排放达到250万吨以上。

　　（高娜 综合整理）