农业农村部部署推进豆粕减量替代行动，合成生物微生物降解或是绿色核心技术
近期，豆粕行情暴涨，给饲料养殖企业造成巨大压力，也给国家造成了繁重的动物产品稳产保供任务和越来越紧的资源环境制约。
作者：罗晓春
来源：生辉Agri Tech
蛋白是饲料最昂贵的原料，主要来源于动物（鱼粉、鸡肉粉）、植物（豆粕、菜粕、棉仔粕、杂粕）。鱼粉是稀缺原料，但其上涨周期已过。作为饲料中最大宗的蛋白原料，美国大豆的生产量和出口量分别占世界的 73% 和 95%，垄断全球市场。中国土地资源有限，适合大豆生长的土地更有限，加之豆类种业技术被美国垄断，造成中国豆粕极度依赖进口，使国家的粮食安全和肉类生产供应安全形成巨大压力。要解决“豆粕减量替代”，有几个核心关键问题。第一，如何减量。养殖动物有效快速生长是饲养企业最核心的追求，生长周期缩短是动物生产效率提升，降低成本的关键，足量蛋白供应是快速生长的保障。饲料蛋白含量成为行业饲料攀比的金标准，蛋白减量与行业需要的快速生长成为一对很难平衡的矛盾。减量的唯一渠道在于提升动物对蛋白原料的消化吸收。目有两种途径，即体内和体外提升。
体内提升可以通过在饲料中添加蛋白酶等消化酶，提升动物消化道内的消化吸收。这一途径催生了溢多利等饲料酶企业在前十年快速发展。但近年来，外加的酶不容易在动物消化道内有效工作（包括有胃动物的酸性环境、内源酶与外源酶的兼容性、内源酶对外源酶的降解等问题），靠该途径在现有的饲料酶添加技术效率上，再往上提升效率的空间有限。体外预消化是目前还有很大空间的减量途径。通过酶或者微生物在体外帮动物先预消化，把蛋白原料降解成氨基酸、肽，不仅可以提升体内消化率，而且可以将原料中的富营养因子降解掉。体外消化不受体内生理环境制约，可依据酶或者微生物自身的最佳工作环境（酸碱度、离子强度等）在体外降解，降解时长不受消化道消化时长限制（降解时长可以从动物体内消化时长的几小时，提高到十几小时，甚至几天）。然而无论是直接在饲料中添加酶，还是在体外用酶预消化，酶的生产成本都很高。加之酶解在水环境中进行，有效的体外酶彻底水解要在饲料原料中添加大体积的水（比如 1:5 的水分），消化的饲料原料后期干燥成本极高（干燥五吨水的成本 2000元），企业无法承担。用体外微生物降解，通过微生物发酵过程产生的酶进行降解，可略过酶的生产过程，降低成本是目前最有前景的饲料消化提升策略。
目前市场新兴的发酵豆粕成为众多饲料企业的新宠。然而在微生物体外发酵上，还存在诸多问题，集中在发酵方式的选择和发酵降解效率两方面。微生物发酵方式分固态发酵和液态发酵。通常液态发酵有很高的微生物生长量，并且在液体中饲料原料能有效的降解。但液态发酵需要通过搅拌和充氧来促进微生物的生长，耗能大，成本高，且存在终产品烘干的问题。固态发酵不需要发酵罐，发酵和烘干成本低，然而降解效率低，不是所有微生物都能在相对干燥的环境中进行有效生长，固态发酵的菌株需很强的耐受高渗透压的能力（水少渗透压高）。目前市场上的发酵豆粕，基本通过固态发酵，行业内的技术参差不齐，产品质量无法有效保证。好的产品降解率高，但是发酵成本高，次的产品实际降解率有限。在所有的过程中，菌种的选择是最核心的技术，然而这一方面的核心技术却很少研究单位突破。没有实质性的高效单一菌株，目前行业用的菌种都是常规菌种的混搭，造成产品质量批次之间波动大，降解效率低。第二、如何替代。替代的基本逻辑有两点：一不能与人争粮，二是以廉代贵。鱼粉最贵，以往业内都在努力用植物蛋白替代动物蛋白，这一时期已过。现在豆粕价格上涨，只能用更便宜的菜粕、棉籽粕、杂粕等，但动物难以消化吸收利用。跟豆粕一样，微生物体外发酵是最有前景的提升其消化吸收率的绿色途径，但这方面同样缺乏有效菌株和高效发酵工艺。除了现有饲用廉价原料，新原料开发和替代迫在眉睫。新原料包括动物来源和植物来源。动物来源新原料主要来自动物加工过程中的不可食用部分。动物摄取饲料蛋白原料生长过程中，只有部分蛋白转化成了人可食用部分。如一只鸡可食用的肉，其蛋白含量跟不可食用的鸡毛蛋白量相当；虾蟹有超过 50% 的部分不可食用，将这些动物生长时消耗转化的蛋白源，其中人不能吃的蛋白或者含氮多糖（几丁质）重新变成动物能吃的蛋白，回流到动物养殖中，形成跟绿色的动物养殖闭环氮循环，是非常有前景的替代途径。比如中国的羽毛产量有 500 万吨，羽毛的蛋白含量是豆粕的两倍，即羽毛可被动物食用的话，意味着能替代 1000 万吨的豆粕。几丁质是自然界中仅次于纤维素的第二大生物质，而且还是含氮生物质（多糖），每年产量超过 1000 亿吨。然而目前市场上还没有高效降解这些不可食用动物原料的绿色降解技术，高温高压酸碱处理会造成对原料的破坏，成本也较高。新的植物蛋白原料，比如蛋白含量高的牧草，这个方向方兴未艾，同样的问题，动物对植物蛋白的消化吸收率偏低。第三、合成生物微生物降解是“豆粕减量替代”行动的绿色核心技术。任何一种可能用于动物饲养的潜在蛋白原料，自然界中都有微生物能够降解。微生物有优质氮源时（如蛋白质）时，通常不启用氮源降解机制。但是从半衰期几个月的羽毛到半衰期 15 天的虾蟹壳，微生物都有武器和元件去对付，包括打开羽毛角蛋白中的二硫键，几丁质酶的分泌等。
合成生物学菌株改造，可增强微生物相对较弱的元件，是把豆粕、杂粕、牧草蛋白、羽毛虾蟹壳废弃物等原料实现高效快速体外降解，来进行昂贵蛋白原料减量替代的最有前景的绿色解决方案，也是全球实现废弃物资源化利用的核心方向。然而目前相关科研单位和企业较少，国内知识产权保护方面力度不够，研发周期长成本高，极大限制了相关新技术的研发。就现有传统的发酵豆粕技术也是各个企业竞相模仿，造成饲料行业无人愿意开发新技术，市场产品同质化现象非常严重。基于以上分析，笔者强烈建议相关部门，加大饲料原料降解微生物合成生物学改造研究的投入，尽快成立氮循环和绿色降解饲料研究院，研发针对不同蛋白原料的降解菌种库，提升蛋白原料的消化吸收率，提升养殖行业的闭环氮循环效率，降低环境氮排放，是绿色养殖的未来；并急需提高饲料行业的知识产权保护力度。相关方案在确保国家粮食安全的同时，提供饲料蛋白原料供应保障，解决好人人要吃肉的民生问题。
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