農業農村部部署推進豆粕減量替代行動，合成生物微生物降解或是綠色核心技術
近期，豆粕行情暴漲，給飼料養殖企業造成巨大壓力，也給國家造成了繁重的動物產品穩產保供任務和越來越緊的資源環境制約。
作者：羅曉春
來源：生輝Agri Tech
蛋白是飼料最昂貴的原料，主要來源于動物（魚粉、雞肉粉）、植物（豆粕、菜粕、棉仔粕、雜粕）。魚粉是稀缺原料，但其上漲周期已過。作為飼料中最大宗的蛋白原料，美國大豆的生產量和出口量分別占世界的 73% 和 95%，壟斷全球市場。中國土地資源有限，適合大豆生長的土地更有限，加之豆類種業技術被美國壟斷，造成中國豆粕極度依賴進口，使國家的糧食安全和肉類生產供應安全形成巨大壓力。要解決“豆粕減量替代”，有幾個核心關鍵問題。第一，如何減量。養殖動物有效快速生長是飼養企業最核心的追求，生長周期縮短是動物生產效率提升，降低成本的關鍵，足量蛋白供應是快速生長的保障。飼料蛋白含量成為行業飼料攀比的金標準，蛋白減量與行業需要的快速生長成為一對很難平衡的矛盾。減量的唯一渠道在于提升動物對蛋白原料的消化吸收。目有兩種途徑，即體內和體外提升。
體內提升可以通過在飼料中添加蛋白酶等消化酶，提升動物消化道內的消化吸收。這一途徑催生了溢多利等飼料酶企業在前十年快速發展。但近年來，外加的酶不容易在動物消化道內有效工作（包括有胃動物的酸性環境、內源酶與外源酶的兼容性、內源酶對外源酶的降解等問題），靠該途徑在現有的飼料酶添加技術效率上，再往上提升效率的空間有限。體外預消化是目前還有很大空間的減量途徑。通過酶或者微生物在體外幫動物先預消化，把蛋白原料降解成氨基酸、肽，不僅可以提升體內消化率，而且可以將原料中的富營養因子降解掉。體外消化不受體內生理環境制約，可依據酶或者微生物自身的最佳工作環境（酸堿度、離子強度等）在體外降解，降解時長不受消化道消化時長限制（降解時長可以從動物體內消化時長的幾小時，提高到十幾小時，甚至幾天）。然而無論是直接在飼料中添加酶，還是在體外用酶預消化，酶的生產成本都很高。加之酶解在水環境中進行，有效的體外酶徹底水解要在飼料原料中添加大體積的水（比如 1:5 的水分），消化的飼料原料后期干燥成本極高（干燥五噸水的成本 2000元），企業無法承擔。用體外微生物降解，通過微生物發酵過程產生的酶進行降解，可略過酶的生產過程，降低成本是目前最有前景的飼料消化提升策略。
目前市場新興的發酵豆粕成為眾多飼料企業的新寵。然而在微生物體外發酵上，還存在諸多問題，集中在發酵方式的選擇和發酵降解效率兩方面。微生物發酵方式分固態發酵和液態發酵。通常液態發酵有很高的微生物生長量，并且在液體中飼料原料能有效的降解。但液態發酵需要通過攪拌和充氧來促進微生物的生長，耗能大，成本高，且存在終產品烘干的問題。固態發酵不需要發酵罐，發酵和烘干成本低，然而降解效率低，不是所有微生物都能在相對干燥的環境中進行有效生長，固態發酵的菌株需很強的耐受高滲透壓的能力（水少滲透壓高）。目前市場上的發酵豆粕，基本通過固態發酵，行業內的技術參差不齊，產品質量無法有效保證。好的產品降解率高，但是發酵成本高，次的產品實際降解率有限。在所有的過程中，菌種的選擇是最核心的技術，然而這一方面的核心技術卻很少研究單位突破。沒有實質性的高效單一菌株，目前行業用的菌種都是常規菌種的混搭，造成產品質量批次之間波動大，降解效率低。第二、如何替代。替代的基本邏輯有兩點：一不能與人爭糧，二是以廉代貴。魚粉最貴，以往業內都在努力用植物蛋白替代動物蛋白，這一時期已過。現在豆粕價格上漲，只能用更便宜的菜粕、棉籽粕、雜粕等，但動物難以消化吸收利用。跟豆粕一樣，微生物體外發酵是最有前景的提升其消化吸收率的綠色途徑，但這方面同樣缺乏有效菌株和高效發酵工藝。除了現有飼用廉價原料，新原料開發和替代迫在眉睫。新原料包括動物來源和植物來源。動物來源新原料主要來自動物加工過程中的不可食用部分。動物攝取飼料蛋白原料生長過程中，只有部分蛋白轉化成了人可食用部分。如一只雞可食用的肉，其蛋白含量跟不可食用的雞毛蛋白量相當；蝦蟹有超過 50% 的部分不可食用，將這些動物生長時消耗轉化的蛋白源，其中人不能吃的蛋白或者含氮多糖（幾丁質）重新變成動物能吃的蛋白，回流到動物養殖中，形成跟綠色的動物養殖閉環氮循環，是非常有前景的替代途徑。比如中國的羽毛產量有 500 萬噸，羽毛的蛋白含量是豆粕的兩倍，即羽毛可被動物食用的話，意味著能替代 1000 萬噸的豆粕。幾丁質是自然界中僅次于纖維素的第二大生物質，而且還是含氮生物質（多糖），每年產量超過 1000 億噸。然而目前市場上還沒有高效降解這些不可食用動物原料的綠色降解技術，高溫高壓酸堿處理會造成對原料的破壞，成本也較高。新的植物蛋白原料，比如蛋白含量高的牧草，這個方向方興未艾，同樣的問題，動物對植物蛋白的消化吸收率偏低。第三、合成生物微生物降解是“豆粕減量替代”行動的綠色核心技術。任何一種可能用于動物飼養的潛在蛋白原料，自然界中都有微生物能夠降解。微生物有優質氮源時（如蛋白質）時，通常不啟用氮源降解機制。但是從半衰期幾個月的羽毛到半衰期 15 天的蝦蟹殼，微生物都有武器和元件去對付，包括打開羽毛角蛋白中的二硫鍵，幾丁質酶的分泌等。
合成生物學菌株改造，可增強微生物相對較弱的元件，是把豆粕、雜粕、牧草蛋白、羽毛蝦蟹殼廢棄物等原料實現高效快速體外降解，來進行昂貴蛋白原料減量替代的最有前景的綠色解決方案，也是全球實現廢棄物資源化利用的核心方向。然而目前相關科研單位和企業較少，國內知識產權保護方面力度不夠，研發周期長成本高，極大限制了相關新技術的研發。就現有傳統的發酵豆粕技術也是各個企業競相模仿，造成飼料行業無人愿意開發新技術，市場產品同質化現象非常嚴重。基于以上分析，筆者強烈建議相關部門，加大飼料原料降解微生物合成生物學改造研究的投入，盡快成立氮循環和綠色降解飼料研究院，研發針對不同蛋白原料的降解菌種庫，提升蛋白原料的消化吸收率，提升養殖行業的閉環氮循環效率，降低環境氮排放，是綠色養殖的未來；并急需提高飼料行業的知識產權保護力度。相關方案在確保國家糧食安全的同時，提供飼料蛋白原料供應保障，解決好人人要吃肉的民生問題。
