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利用农业食品副产品开发高附加值成分是否能改善替代蛋白的可持续性和单位经济性？相较于从动植物中生产高附加值成分，通过精密发酵技术从微生物（酵母、细菌、真菌）中生产类似成分，能显著减少环境用水和农田使用量。但是这些微生物大部分仍然以玉米糖为食，会增加碳足迹，这也引起了人们对可持续原料的探索需求，这些可持续原料包括甘蔗渣等再生农业副产品，以二氧化碳为碳源的生物发酵原料。本期知耕将分享以农业食品副产物实现替代蛋白等行业高值化利用的产业前景及发展趋势，欢迎关注留言。
据GFI研究，目前北美仅有25%的高产量作物的生物质用于人类消费品或其他工业制品（如乙醇），其余部分（如小麦秸秆、番茄渣、麦芽渣、玉米秸秆等）则用于动物饲料/牧草或直接填埋/焚烧。这些副产品中含有大量的可直接用于人类食品行业的蛋白质和纤维、可发酵糖（精密发酵原料），以及蛋白水解物（用于培养肉或微生物发酵的细胞培养基中）。然而，高成本和技术挑战仍然是其迈向商业化过程中的重大障碍。
压榨甘蔗后剩余的纤维素浆。东京东丽公司从甘蔗渣中分离生产纤维素糖，预计2030年将实现商业化生产；
玉米产后田间剩余的叶、茎和穗等。在一些乙醇生产设施中，玉米秸秆糖作为可发酵糖的原料来源，但利用玉米秸秆糖进行食品级发酵可能需要更安全可靠纯净的糖源。
啤酒生产中富含蛋白质和纤维的副产品。一些初创公司正在使用酿酒废渣生产高附加值食品成分。
番茄汁/酱/汤加工后的剩余部分。由于其含水量高，需要将番茄渣进行现场烘干后再加工。
稻壳含有大量的纤维素和半纤维素，是微生物发酵的潜在可发酵糖来源。但是稻壳还含有二氧化硅，可能会影响糖化过程（酶将纤维素分解成简单糖的过程），需要在处理前加以去除，这会增加预处理成本。
GFI对北美主要农业副产品进行分析，根据其成分（糖类型、蛋白质含量和质量等）评估其可能产生的再生利用成分及价值，并模拟这些成分的预测产量和生产成本，由此进行潜在利用价值排名：
在经济价值上排名前列的候选原料包括大豆粕、菜籽粕、小麦糠、番茄渣、小麦麸质、米糠和大麦酿造剩渣（BSG），其中多种成分已经实现商业化。综合考虑经济、环境和蛋白质可消化性因素时，玉米蒸馏醇渣（DDGS）和玉米蛋白粉也是具有发展前景的候选原料。
在经济价值上排名前列的候选原料包括大豆粕、玉米蒸馏醇渣（DDGS）、菜籽粕、大麦酿造剩渣（BSG）和玉米蛋白粉。综合考虑经济和环境因素时，排名前列的候选原料是大豆粕、玉米蛋白粉、玉米蒸馏醇渣（DDGS）和番茄渣。
在经济价值上排名前列的候选原料包括玉米秸秆、大豆秸秆和稻壳。综合考虑经济和环境因素时，大麦秸秆、大麦壳和甘蔗渣/蔗渣也位居榜单前列。
木质纤维素糖，包含农业副产品中的糖，如甘蔗渣和玉米秸秆。长期以来，木质纤维素糖一直被认为是比如DE95等玉米糖基产品更环保、更便宜的潜在可发酵糖的来源。
这些糖可以通过预处理步骤提取分解木质素，然后进行纤维素和半纤维素的酶解糖化过程。该过程会产生葡萄糖、木糖等可发酵的己糖以及戊糖等成分。
然而，成本仍然是其商业化的一个重大挑战，通过模拟估算这些优质的候选原料的成本，发现总可发酵糖成本为每公吨糖320-550美元之间，而仅葡萄糖提取的成本范围就有每公吨葡萄糖550-880美元。为了进一步解决这个问题，许多商业发酵过程使用低成本的DE95葡萄糖浆，其2020年的批发价格为400美元/公吨，仅葡萄糖的价格约为560美元/公吨。
通过优化提取过程和鼓励其在食品作物上的使用，这些木质纤维素糖可能会具有成本竞争力。此外，这些原料的混合糖组成也应该被微生物得以充分利用。通过高效利用这些原料中存在的还原糖（葡萄糖和木糖），可以进行新型微生物菌株选择和菌株开发，也可以解锁更多木质纤维素糖的高效利用场景。
目前，农业食品副产品高值化利用面临的挑战包括缺乏基础设施，以确保在关键成分提取之前副产品成分的稳定性，尤其是原料含水量较高的情况下。特别针对可能因变质而迅速腐烂或因微生物生长而受到污染的副产品，食品制造商需要严格考虑其加工设施与副产品生产商的实际距离，以及向这些设施提供原材料的分销管理。
由于其中很多副产品暂时还没有很成熟的价值链，其替代蛋白利用价值尚未优化，导致成本颇高，回收率很低。因此，改进预处理过程、酶成本和酶效率将有所帮助。经济合理地采购酶（如纤维素酶），并发现、工程化改进活性酶（如蛋白酶）将提高其技术经济学价值。
通过充分利用农业食品副产品生产高值化成分，可环节环境压力及增加原料价值来源。目前国外也有部分企业值得关注：
1. The Supplant Company：从小麦秸秆等升级再生农业副产品中生产低血糖替代品和面粉；
3. Terra Bioindustries：从升级再生的谷物废渣中生产味道温和的大麦蛋白浓缩物和可发酵糖；
4. EverGrain：从升级再生的谷物废渣中生产味道温和的大麦蛋白分离物；
6. Toray：与三井DM糖业公司合作测试其声称可以彻底改善纤维素糖生产经济的技术；
原标题：《知耕研选｜变非粮生物质为替代蛋白，农业副产物高值化引领食品产业创新趋势》
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