谷孚中国新蛋白资源分析报告2023.docx
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1、星蛋白STARic谷孚3GFlC谷孚中国新蛋白资源分析报告ChinaNewProteinResourcesAnalysis2023目录关于作者i关于星蛋白STARi关于谷*i图表明细iii缩略语iXf序言V综述1研究动机4研究背景6研究方法15研究结果第I类:农作物21研究结果第II类:微生物37专栏:新食品原料监管65研究空白与建议7O未来展望78致谢79顾问委员会79附录81附加参考文献86图表明细图1.2020年销售额排名前25的植物肉产品的蛋白质配方6图2.国内植物基品牌植物蛋白原料举例8图3.利用不同植物组织化蛋白生产整块肉、重组肉和松散结构肉的流程图11图4.中国植物肉产业链的构成
2、与领军企业12图5.综合利用可行性分析来源举例18图6.油茶籽产业链21图7,甘薯产业链23图8.谷子产业链25图9.茶叶产业链28图10.核桃产业链30图I1.大宗农产品的副产品和废弃物中的蛋白含量(干重)32图12.单细胞蛋白(包括霉菌菌丝体)的通用发酵过程38图13.食用菌的典型种植过程46图14.常口有毒蘑菇产生的毒素的化学结构48图15.与0-10%螺旋藻混合的酸面团的外观(来自NiCCoIai等文章)58图16.我国新食品原料、食品添加剂新品种和转基因食品的简要审批流程62图17.国家卫健委对威尼斯赚刀菌TBOl菌株发酵菌丝体蛋白与杏鲍菇菌丝体“不予行政许可”的批复65图18.新食
3、品原料名录中的茶段子叶状层菌在卫健委官网公告截图65图19.利用农作物副产品及废弃物生产蛋白质的研究空白68图20.利用微生物生产蛋白的研究空白68图21.利用口类加工副产品生产富含蛋白质的生物质(来自Sar,Taner等文章)69图22.一种发酵甜菜渣与黑曲霉共发醵的潜在解决方案(来自赵华等)71表1.研究的主要步骤14表2.筛选农作物综合利用可行性分析15表3.农作物综合利用可行性的评分标准16表4.筛选微生物农作物综合利用可行性分析17表5.十六种候选农作物综合利用可行性评分结果20表6.部分农作物中未充分利用的蛋白量与价格参考34表7.不同类别单细胞蛋白来源比较概览37表8.常口食用菌
4、的特性43表9.常口的商业化微藻品种及其主要应用57表10.微生物蛋白资源的优势和挑战60表11.农作物名单78表12.微生物名单80表13.几种单细胞蛋白特性深入比较82MIVTTMillionMetricTons百万吨(1MMl=100万吨)SCPSinglecellprotein单细胞蛋白TVPTexturedvegetableprotein植物组织化(质构化)蛋白QN碳氮比,是指有机物中碳的总含量与氮的总含量的比值DWdryweight干重SDWSugarcanedistillerywastewater甘蔗酒厂废水FAOFoodandAgricultureOrganizationoft
5、heUnitedNations联合国粮食与农业组织PDCAASProteinDigestibilityCorrectedAminoAcidScore蛋白质消化率校正氨基酸评分DIAASDigestibleIndispensableAminoAcidScore可消化必需氨基酸评分USDAUnitedStatesDepartmentofAgriculture美国农业部1.yS1.ysine赖氨酸ThrThreonine苏氨酸TrPTryptophan色氨酸HisHistidine1.eu1.eucine酸ValValine缀氨酸MetMethionine蛋氨酸CysCystine半胱氨酸PhePh
6、enylalanine苯丙氨酸TyrTyrosine酪氨酸IleIsoleucine异亮氨酸USDUnitedStatesDollar韧2Carbondioxide二碳CODChemicalOxygenDemand化学需氧量SSFSolidstatefermentation固态发酵SmFSubmergedfermentation液态发酵GRASGenerallyrecognizedassafe普遍认可为安全FIPFungalimmunomodulatoryproteins真菌免疫调节蛋白DHADocosahexaenoicacid二十二碳六烯酸MARATheMinistryofAgricult
7、ureandRuralAffairs中华人民共和国农业农村部CFSAChinaNationalCenterforFoodSafetyRiskAssessment国家食品安全口险评估中心WHOWorldHealthOrganization世界卫生组织NHCNationalHealthCommissionofthePRC中华人民共和国国家卫生健康委员会综述本报告指出了中国农作物生产中具备相对成熟的产业链、却被低估的丰富蛋3质资源,尤其提出了农副产品和废弃物中的蛋3凝效循环利用的途径及方案,并对最有前景的微生物蛋3质来源曲了全面分析。在分析中,不仅评估了蛋白的特性,同时讨论了可获得性.中国的竞争优势
8、和相关法规等因素。基于报告内容,相关机构可以合作发展新型原料,进而纳入供应链中。原料商可以深入研究新型原料替代当前选择有限的大豆和豌豆蛋白成分的可行性;同时,研究机构可以探索新型原料的食品加工和感官特性;投资者可以利用本报告提供的解评估新蛋白产业的机遇与险。此外,法规和政府部可以参考通过本报告内容,推动新型蛋白生产,将食品副产品升级为更广泛的新蛋白产品,从而利用具有中国竞争优势的、可获得的本土资源推动循环生物经济和绿色低碳发展。研究范围与目标本报告从综合利用可行性及蛋白质特性两大方面评估了近百种中国本土蛋白资源。虽然蛋白资源在饲料、养殖、发酵、燃料、污水处理等领域都有极高应用价值,但是本篇报告
9、主要从其在食品加工,尤其是新蛋白产品中的应用的角度总结了珍贵的产业和科研言息,提出了产业发展的可行性建议,并推荐了未来研究方向。关于农作物,报告中列举了11种大有潜力的物种,尤其是副产品和废弃物中蛋白可回收利用度高的物种,并阐述了目前的产业链和与食品加工相关的科研情况。关于微生物,由于其应用于食品的蛋白生产较少,报告主要集中在对菌种特性的总结分析,并指明了目前的研究空白。值得注意的是,在中国这些新型蛋3资源许多尚需经过法规审批才能应用在食品中。希望这个报告能够推动本地资源的利用,促进食品原料特性方面的研究和创新,提高新蛋白产品的口味和营养,以达到保障粮食安全、减少资源消耗、降低环境污染、提升国
10、民营养健康、促进循环经济发展的最终目的。新蛋白(AItematiVeProtein),指通过推动技术变革和原料创新,所研发、生产和供应的,足以对标传统畜牧业产出的动物蛋白产品的,乃至比其更安全、美味、平价、健康、高效、持续的新产品。其中,谷孚重点关注的三条新蛋白技术路径分别是植物蛋白加工、动物细胞培养和微生物发醉技术。运用这三类技术生产加工的蛋白质以及其他功能成分,将帮助我国解决蛋白供给、食品安全和营养健康等重大问题。亮点发现中国本土的特色农作物,尤其是它们的副产品和加工废弃物中蕴藏着丰富的优质蛋白质值得被深度挖掘和开发利用。在众多农作物品种中,推荐有关机构开发油茶籽、葵花籽、棉花籽、板栗、核
11、桃、甜菜、甘薯、谷子、糜子、青棵、茶叶、烟草等物种中的优质蛋白。除了农作物,微生物(包括食用菌、霉菌、酵母、微藻等)也是重要的新型食用蛋白来源。大部分微生物的蛋白含量高于农作物,并能够高效合成蛋白质。此外,比起农作物,微生物有生速度快、所需土地面积小,受气候条件的影响小等优势,能够实现在受控环境中进行短期大规模生产。中国的食用菌资源丰富多样且产量高,有很大利用潜力0但是,目前大多数食用菌培育尚未完全工业化。此外,与其他单细胞蛋白来源相比,食用菌子实体的生口速度较慢。菌丝体,包括食用菌和霉菌的菌丝体,可以利用具较强经济性的碳源和氮源(如农业副产品和工业废弃物等),而不会直接与农林资源中的食物竞争
12、营养、土地、水等资源。菌丝蛋白组成与子实体类似,口味物质略少于子实体,但培养周期较子实体大大缩短,但目前很少在食品中应用,有极大的开发潜能叶蛋白,如茶叶、甜菜等作物的茎叶中的蛋白含量很高,与大豆粕相当,但是在加工中往往被废弃。这不仅浪费蛋白资源,还造成环境污染,而它们应被考虑充分回收利用。险挑战总的来说,新型农作物和微生物蛋白在中国的商业化和生产仍处于早期阶段。新型蛋白生产通常是其他产品的副产品,蛋白质提取和分离的产业链尚未充分发展。从这些新型原作物或微生物中提取蛋白作为新食品原料,将面临着审批方面的独敲。另外,有关物种蛋白的感官、技术功能特性以及营养特性的研究数据有限,尚无法判断是否宜用于食
13、品加工;一些物种(如棉花籽、烟草和真菌等)更缺乏用于食品的毒性和过敏原评估。此外,为了其他目的(如生产疫苗、酶制剂、维生素等)优化的微生物菌种选育、栽培和发酵条件不是生产蛋白的最优组合,因此限制蛋白质生产的效率。最后,由于蛋白质提取和分离的产业链不完善,新型农作物和微生物蛋白的价格预测比较困难。重点建议政策与法规支持建议加强各方沟通机制,集中行业诉求,鼓励行业制定团体标准,借鉴海外发展现状,为政府和相关监管机构制定新型蛋白原料相应政策和监管审批提供具备参考性的科学评估意口,力唯合理的新型蛋白原料的审批速度。发展菌丝体蛋白考虑到中国高产的食用菌生产能力和较为完善的产业链及菌丝体天然类似肉类的质构
14、特性,建议增强对(食用菌、霉菌)菌丝体蛋白的大规模生产的探索。农副产品或废弃物与微生物复合发酵采用多种高蛋白菌株与农业副产品或废弃物复合发酵的方法,在提升农作物副产品的价值的同时培养高质量的微生物蛋白;利用微生物中的酶对农作物中的蛋白进行天然温和的提取,实现资源的高效利用,促进绿色低碳籁优质菌种选育蛋白特性分析及产品研发积极发掘传统发酵食品中的高蛋白、口感良好又安全的微生物菌株。承避免分离提取和过度加工蛋白生物质应朝着免提取、非挤压质构化方向发展,这样既可减少非必要的新原料审批环节,又可减少加工步骤、避免引入有害物质、节约能源、节省成本。优化微生物发酵过程优化微生物的栽培和发酵条件。目前,微生
15、物的应用可能针对蛋白生物质生产以外的其他目标,因此有必要重新优化发酵过程,重点考虑微生物生速率、生物转化率和蛋白生产效率等因素,以实现高效生产优质蛋白。加强对新资源蛋白特性的分析和优化,评估加工、营养、感官和安全特性,统一标准,与国际接轨;同时,积极探索产品研发适用性,使原料开发与产品开发相辅相成。谷孚中国新蛋白资源分析报告2023研究动司联合国的隙表明,2050年世界人口将升至97亿。为了满足全球人口不断增口的需求,肉类产量预计需要增加近一倍。但世界目前的肉类生产方式无法在实现全球气候、健康、粮食安全和生物多样性目标的同时荫足这一需求。如果保持目前的蛋白质生产方式不变,那时世界上的蛋白就不够
16、食用1.人类将会面临“蛋白危机蛋白质的短缺不仅会限制人类食用肉类产品的口腹之欲,还会有人因为缺乏蛋白质而患上身体消瘦、肌肉无力或萎缩、免疫力下降等营养缺乏症。因此,寻找新的蛋白来源刻不容缓。因此,“新蛋白”应运而生。新蛋白是指通过推动技术变革和原料创新,所研发、生产和供应的,足以对标传统畜牧业产出的动物蛋白产品的,乃至比其更安全、美味、平价、健康、高效、持续的新产品。在气候方面,新蛋白和新能源一样,对于缓解气候变化的重要作用:同时,新蛋白是保障中国粮食安全的有效途径。农业农村部公布的“十四五”规划中明确表示,中国将通过发展未来食品制造和发展合成生物学技术、探索研发“人造蛋白”等新型食品为方向,
17、来降低传统养殖业带来的环境资源压力。植物基蛋白作为目前已经市场化程度最高的口类,是新蛋白产品中的前驱者。植物基食品(包括藻类和真菌类)产业的开发,是我国实现资源高效利用和绿色低碳发展的重要途径,能够保障粮食安全、增强水资源、土地资源等高效利用、减少温室气体排放等。同时,植物基食品有助于优化居民膳食结构和提升营养水平。由于新蛋白的立足点源于可持续性,其产品的食品特征尚未完全满足消费者的需求,需要进一步提高,才能实现蛋白优质、营养丰富、质构拟真、口味优良、色泽相似。然而,目前市场上的植物基食品种类单一,大多数严重依赖大豆加工,不仅导致营养不均衡,而且由于原料单一,价格浮动会造成产业链稳定性小。因此
18、,应充分利用中国本地物种的生物多样性的优势,深度挖掘本地农作物和微生物物种资源。本报告重点关注一些尚未充分利用于新蛋白生产的中国本地农作物及微生物,尤其是可将副产品转化为适用于新型农业经济成分的物种,以推进物料循环使用、副产品互换的循环经济发展模式。本报告通过综合利用可行性及蛋白质特性两大方面的评估,总结了珍贵的产业和科研信息,提出了产业发展的可行性建议并指明了研究空白。关于农作物,报告中列举了几种有很大潜力的品种,阐述了目前产业链和与食品加工相关的科研情况。关于微生物,由于其应用于食品蛋白生产较少,报告内容主要集中在对菌种特性的总结分析,用旨明了目前的研究空白。我们希望本报告能够推动本地资源
19、的利用,促进食品原料特性方面的研究和创新,提高新蛋白产品的蛋白质性能和终产品质量,以达到保障粮食安全、减少资源消耗、降低环境污染、促进循环经济发展的最终目的。FAO.2018.ThefutureOffoOdandagriculture-Alternativepathwaysto2050.Summaryversion.Rome.60pp.1.icence:CCBY-NC-SA3.0IGO.2GFI.StateoftheIndustryReportPlant-basedmeat,seafood,eggs,anddairy,n.d.https:/gfi.orgwp-ntentuploads;2023
20、0V2022-Plant-Basd-State-of-teldustry-Report-1-1.pdf.研究背景*新蛋白来源*植物蛋白来源*微生物蛋白来源*中国植物基肉制品产业现状* 原料选择* 植物肉加工* 中国植物肉产业链研究背景新蛋白来源食物是人类赖以生存的基本供给,包含能提供人类正常生理活动所需的所有营养素。目前,世界公认的七大营养素包括水、蛋白质、糖类、脂肪、维生素、矿物质和膳食纤维。而蛋白质作为人类生命活动不可或缺的宏量营养素之-,除了提供机体部分能量外,还具有构成和修补人体组织、合成生理物质、调节体液和维持酸碱平衡、增强免疫力等重要生理功能3。进入农耕社会以来,食物的产量已经能够
21、满足大部分人类的能量和营养需求。食物中常的蛋白质来源主要包括肉、蛋、奶、水产、谷物等J目前,世界大部分地区人类的饮食结构中,蛋白来源是动物或动物制品,而新蛋白来源包括植物基蛋白、细胞培养肉、微生物发酵生产的蛋白、昆虫蛋白等。其中,以植物为来源的蛋白质由于其食用历史悠久、加工工艺完善、法律法规健全等优点,是目前市场上最常的肉、蛋、奶替代品的原料。本报告就中国产业链中较易获得的植物蛋白和微生物蛋白作为重点分析对象。植物蛋白来源全世界蛋白质产量的80%为植物蛋白质。在植物蛋白质中,稻米、小麦等谷物蛋白质约占56%,大豆、花生等油料植物蛋白质约占16%5。植物蛋白来源主要可以分为谷类(如玉米、小麦、大
22、米、大麦、燕麦等)、豆类(如大豆、扁豆、豌豆等)、:螭(如葵花籽、棉籽、花生、芝麻等)、绿叶蛋白(如苜蓿、浮萍、藻类等)、坚果(如懒K、杏仁、开心果等)、准谷物(如奇亚籽、藜麦等)、和其他(如土豆等)。其中大豆蛋白、豌豆蛋白、花生蛋白、小麦蛋白等已经被广泛运用于植物肉生产&I必需氨基酸在组成人体蛋白质的20多种氨基酸中,9种氨基酸为必需氨基酸,即人体自身不能合成或者合成速度不足以满足机体需要,因而必须从食物中获得的氨基酸。这9种必需氨基酸包括组氨酸、赖氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、色氨酸、缎氨酸1膳食蛋白质中必需氨基酸的模式越接近人体蛋白质组成,在经人体消化吸收后,越容易被
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