中國食品報中食智庫院士專題，特邀中食智庫專家、中國工程院院士陳堅，圍繞“樹立大食物觀，做強大食業(yè)”撰寫署名文章，分享自己的獨到觀點。

  他認為，傳統(tǒng)蛋白生產(chǎn)方式在數(shù)量、質(zhì)量和可持續(xù)供應(yīng)方面，均無法滿足人類未來生活需求，大規(guī)模、低成本、可持續(xù)、高質(zhì)量的蛋白生產(chǎn)方式急需創(chuàng)新和發(fā)展。針對日益增長的蛋白需求，構(gòu)建可持續(xù)的高品質(zhì)蛋白供給模式迫在眉睫。

中國工程院院士 陳堅

  一、樹立“大食物觀”，保障國家食物安全和人民美好生活

  習(xí)近平總書記在今年“兩會”期間指出：“向森林、向江河湖海、向設(shè)施農(nóng)業(yè)要食物”“發(fā)展生物科技、生物產(chǎn)業(yè)，向動物植物微生物要熱量、要蛋白”?？倳涥P(guān)于“大食物觀”的講話，為未來我國食品產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量快速發(fā)展指明了方向。一是改變依賴種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的傳統(tǒng)食物供給模式，向更豐富的生物資源拓展，實現(xiàn)食物供給來源的多元化，向森林、向江河湖海要食物，向動物植物微生物要熱量、要蛋白；二是食物供給不僅要在數(shù)量上保障國家食物安全，而且要在質(zhì)量上提升食品的功能與營養(yǎng)，滿足人民群眾對美好生活的需求。

  樹立“大食物觀”具有重要的長遠和現(xiàn)實意義。食品產(chǎn)業(yè)作為第一大制造業(yè)，在保障民生、拉動內(nèi)需、帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)和區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展、促進社會和諧穩(wěn)定等方面具有關(guān)鍵的戰(zhàn)略意義。食品營養(yǎng)與可持續(xù)供給是世界各國重點攻關(guān)、搶占前沿高地的關(guān)鍵領(lǐng)域，也是民生、民安、民康的重要基礎(chǔ)保障。以蛋白供給為例，食物蛋白是人類最重要的營養(yǎng)素，具有構(gòu)成和修補人體組織、運輸各類物質(zhì)、維持神經(jīng)系統(tǒng)功能和提供能量等作用。預(yù)計2050年世界人口將達到90億左右，食品蛋白需求增量為30至50%，達到2.65億噸左右。然而，現(xiàn)有的蛋白獲取大量依賴于種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)，高度依賴土地和水資源，存在環(huán)境污染嚴重、受環(huán)境氣候影響大等問題，難以應(yīng)對人口持續(xù)增長和生活水平不斷提升的巨大壓力。同時，由于動物性食品攝入過多引起膳食結(jié)構(gòu)不合理是導(dǎo)致人類死亡的第一因素。因此，傳統(tǒng)蛋白生產(chǎn)方式在數(shù)量、質(zhì)量和可持續(xù)供應(yīng)方面，均無法滿足人類未來生活需求，大規(guī)模、低成本、可持續(xù)、高質(zhì)量的蛋白生產(chǎn)方式急需創(chuàng)新和發(fā)展。

  針對日益增長的蛋白需求，構(gòu)建可持續(xù)的高品質(zhì)蛋白供給模式迫在眉睫。替代蛋白通過充分發(fā)揮合成生物學(xué)等先進生物技術(shù)的優(yōu)勢，充分挖掘生物資源潛力、最大限度減少土地資源依賴和環(huán)境影響，利用植物、微生物以及動物細胞培養(yǎng)以工廠方式生產(chǎn)高品質(zhì)蛋白，取代傳統(tǒng)的動物性蛋白質(zhì)來源。在不超越當(dāng)前環(huán)境承載能力的前提下，替代蛋白生產(chǎn)方式能夠利用更少的資源產(chǎn)出更多的高品質(zhì)蛋白，顯著減少土地資源依賴和碳排放。建立基于植物、動物和微生物細胞工廠的高品質(zhì)蛋白生產(chǎn)體系，對于保障國家食品供給安全、助力國家“碳達峰”和“碳中和”目標(biāo)達成，具有十分重要的戰(zhàn)略地位。

  二、向植物要蛋白

  以大豆、豌豆、小麥等植物來源蛋白為原料開發(fā)的新型植物基食品，在質(zhì)地、營養(yǎng)、風(fēng)味、形態(tài)等方面與動物性食品十分相似。植物基食品的工業(yè)化生產(chǎn)，可以在很大程度上減少動物性食品消費，有效緩解動物性食品生產(chǎn)導(dǎo)致的資源、環(huán)境、健康、倫理等方面的壓力，已經(jīng)成為未來食品生產(chǎn)的重要發(fā)展趨勢。植物基食品分為植物基肉制品、植物基乳制品、植物基蛋制品等，既具有類似動物性食品的品質(zhì)特征，又與傳統(tǒng)素食食品具有顯著區(qū)別。以植物肉為例，利用植物原料（包括藻類和真菌類）或其制品為蛋白、脂肪等來源，整合合成生物學(xué)技術(shù)生產(chǎn)的品質(zhì)提升關(guān)鍵物質(zhì)，如血紅蛋白、谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶、維生素等，經(jīng)一定工藝制成具有類似動物肉質(zhì)構(gòu)、風(fēng)味、營養(yǎng)等特征的食品。植物基食品是實現(xiàn)食品產(chǎn)業(yè)資源高效利用和綠色低碳發(fā)展的重要途徑。以單位千克蛋白計，畜牧肉類食品的碳足跡約為豆類食品的250倍。動物性食品的溫室氣體排放普遍高于植物源食品，植物基食品的推廣有助于減少碳排放。未來推動植物基食品的發(fā)展，優(yōu)化膳食飲食模式，是食品產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)綠色低碳和可持續(xù)發(fā)展的必由之路。

  植物基食品有助于改善居民膳食結(jié)構(gòu)，是動物性食品的有效補充。膳食是導(dǎo)致人類死亡的第一因素，每年導(dǎo)致全球約1100萬人死亡（中國301萬人）、2559萬人縮短壽命。其主要原因是植物性食物攝入較低，動物性食品攝入過多。人類膳食必須達到兼顧健康和環(huán)境可持續(xù)性。植物基食品作為一類以植物性原料為主加工成具有類似特定動物食品感官品質(zhì)的食品，不僅滿足人民對口味的追求，也滿足了降低飽和脂肪酸和膽固醇攝入、提供優(yōu)質(zhì)植物蛋白的營養(yǎng)需求。此外，植物基食品可進行成分設(shè)計，可以針對原料成分與消費者需求，優(yōu)化維生素、礦物質(zhì)等成分提升其營養(yǎng)價值，從而提高植物基食品品質(zhì)。植物基食品設(shè)計與制造技術(shù)方面的不斷突破，特別是合成生物學(xué)技術(shù)和先進制造裝備的應(yīng)用，為植物基食品大規(guī)?；瘧?yīng)用創(chuàng)造了條件。

  三、向微生物要蛋白

  微生物發(fā)酵合成蛋白效率是傳統(tǒng)養(yǎng)殖業(yè)的上千倍，能夠顯著提升蛋白生產(chǎn)效率且降低二氧化碳排放。預(yù)計未來15年內(nèi)，微生物合成的替代蛋白產(chǎn)品將占據(jù)約22%的全球食用蛋白市場份額，產(chǎn)業(yè)規(guī)模達到2900億美元左右。根據(jù)微生物種類劃分，典型的微生物蛋白包括以鐮孢霉發(fā)酵獲得的霉菌蛋白和釀酒酵母發(fā)酵獲得的酵母蛋白。霉菌蛋白具有以下三方面的優(yōu)勢：（1）蛋白消化率評分與牛肉糜、豌豆蛋白、昆蟲蛋白、大豆蛋白相近甚至更高；（2）生產(chǎn)1公斤霉菌蛋白的碳排放量僅為肉類的10%，而且所需用水量和耕地面積顯著降低；（3）在促進肌肉生長、降低膽固醇水平方面具有潛在積極作用。

  酵母蛋白優(yōu)勢如下：（1）含有全部必需氨基酸，屬于全價蛋白，營養(yǎng)豐富，能夠滿足人體營養(yǎng)的需求；（2）發(fā)酵工藝成熟，制造效率高，適合于規(guī)模化制造，所需用水量和耕地面積顯著降低；（3）酵母蛋白無致敏成分，適合人群廣泛；無豆腥味，并且風(fēng)味上能夠豐富肉味。

  根據(jù)制造蛋白的主要原料來源，微生物蛋白合成工藝可以分為三種典型路線：（1）以淀粉質(zhì)為原料：利用玉米等生物發(fā)酵常用的淀粉質(zhì)原料，經(jīng)過液化和糖化等處理得到的可發(fā)酵利用的糖作為底物，微生物能夠進行細胞生長和蛋白質(zhì)合成，該方法具有原料處理工藝成熟和發(fā)酵工藝控制穩(wěn)定的特點；（2）以有機廢棄物為原料：相比于淀粉質(zhì)原料，利用工農(nóng)業(yè)和生活產(chǎn)生的有機廢棄物制造微生物蛋白，能夠顯著原料成本，實現(xiàn)廢棄物資源化，促進循環(huán)生物經(jīng)濟；（3）以碳一化合物為原料：以自然界含量豐富或工業(yè)生產(chǎn)中來源廣泛的二氧化碳、甲醇、甲酸和甲烷作為底物，創(chuàng)制出碳氮高效協(xié)同代謝與轉(zhuǎn)化的微生物細胞工廠，實現(xiàn)從低二氧化碳等碳一化合物和無機氮向微生物蛋白的轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)微生物蛋白的高效綠色制造。

  四、向動物要蛋白

  開發(fā)動物蛋白的制造新模式也是保障蛋白供給的重要課題。近年來，在全球范圍迅速興起的采用動物細胞培養(yǎng)獲得細胞培養(yǎng)肉就是這方面的一個主要實踐。與植物基肉制品相比，通過動物細胞培養(yǎng)獲得的細胞培養(yǎng)肉與真肉結(jié)構(gòu)更為相似、市場潛力巨大，受到廣泛關(guān)注。國際領(lǐng)跑企業(yè)及相關(guān)機構(gòu)已系統(tǒng)評價和預(yù)測細胞培養(yǎng)肉的環(huán)境和經(jīng)濟影響、規(guī)模成本、消費者接受度和監(jiān)管政策等。利用成肌干細胞生產(chǎn)細胞培養(yǎng)肉的研究進展迅速，2013年成立的Mosa Meat公司首次實現(xiàn)了在實驗室水平制作出可食用的牛肉餅，2021年以色列FMT公司建成世界首個細胞培養(yǎng)肉工廠。我國細胞培養(yǎng)肉產(chǎn)業(yè)雖然起步較晚、本土企業(yè)數(shù)量較少，上下游產(chǎn)業(yè)鏈仍存在缺口，但是一批高校和科研院所在政府和社會力量立項科研項目的支持下進行攻關(guān)，干細胞增殖與分化、無血清培養(yǎng)等關(guān)鍵支撐技術(shù)近年來取得了很大進步。

  實現(xiàn)細胞培養(yǎng)肉品質(zhì)提升與規(guī)模化制造需要重點開展四方面的技術(shù)攻關(guān)：（1）開發(fā)干細胞分化和增殖精細調(diào)控策略，實現(xiàn)低成本無血清體外定向增殖與分化；（2）優(yōu)化基于動物細胞代謝動力學(xué)生物反應(yīng)器，實現(xiàn)細胞培養(yǎng)肉大規(guī)模、低成本培養(yǎng)；（3）建立細胞培養(yǎng)肉營養(yǎng)與風(fēng)味食品化技術(shù)，提升細胞培養(yǎng)肉的風(fēng)味與營養(yǎng)；（4）利用食品3D打印技術(shù)和支架技術(shù)，實現(xiàn)細胞培養(yǎng)組織三維結(jié)構(gòu)重塑模擬真肉的復(fù)雜形態(tài)。上述技術(shù)突破將促進細胞培養(yǎng)肉低成本、規(guī)?；圃?，顯著提升細胞培養(yǎng)肉的質(zhì)構(gòu)、口感、風(fēng)味及色澤等。

  通過植物、微生物和動物細胞培養(yǎng)，取代依賴傳統(tǒng)養(yǎng)殖業(yè)的動物性蛋白來源，充分發(fā)揮合成生物學(xué)等現(xiàn)代生物技術(shù)的優(yōu)勢，突破蛋白的生物制造關(guān)鍵技術(shù)，利用更少的資源產(chǎn)出更多的高品質(zhì)蛋白，做好新形態(tài)食品的安全評估和法規(guī)政策制定等產(chǎn)業(yè)化實施保障措施，實現(xiàn)“農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的工業(yè)化”，對于保障國家糧食戰(zhàn)略安全、搶占全球蛋白可持續(xù)供給食品生物技術(shù)制高點，顛覆傳統(tǒng)種植業(yè)與養(yǎng)殖業(yè)的未來蛋白生產(chǎn)新模式，是引領(lǐng)未來食品產(chǎn)業(yè)和細胞農(nóng)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵支撐技術(shù)。