科学通报 | 不靠养殖也能产蛋白？单细胞蛋白食品的生物合成路径与应用场景

近日，华南理工大学任娇艳教授团队在《科学通报》“单细胞蛋白生物制造”专题发表综述文章，系统总结了基于生物合成的单细胞蛋白（single-cell protein，SCP）在应急食品与特殊需求食品中的研究进展与应用前景。文章从SCP的核心底盘微生物、营养谱系、制备工艺及供给韧性优势入手，重点阐述了SCP作为微生物细胞工厂在功能设计与精准制造方面的最新进展，并深入分析了其在应急保障与特殊需求场景中的应用现状，旨在为构建更具韧性与精准性的未来食品供应体系提供理论参考与技术思路。

蛋白质作为生命活动的重要物质基础，其供给安全直接关系到人类生存与发展。然而，随着全球人口的持续增长和气候变化对传统农业的冲击，传统畜牧业面临着土地资源紧缺、水耗巨大及温室气体排放高等严峻挑战，寻找可持续且高效的蛋白质来源已成为保障全球粮食安全的迫切需求。值得注意的是，蛋白质供给的挑战不仅在于规模化保障，更在于特定场景下的精准适配。在应急食品（emergency food，EF）与特殊需求食品（special dietary-needs food，SDF）领域，传统动植物蛋白因天然组分固定、功能调控单一，成为制约精准应用的瓶颈。应急场景（如急行军、极寒高原、灾后救援）下，机体处于高应激、高消耗状态，亟需快速供能、抗疲劳及抑制肌肉损耗的蛋白支持；特殊医学用途场景（如术后康复、代谢紊乱）中，机体常伴随消化吸收障碍与代谢受损，亟需低致敏、氨基酸谱精准定制的蛋白支持。常规动植物蛋白受限于天然分子结构，营养密度与速溶性难以兼顾，且难以剔除嘌呤、过敏原等冗余组分，在上述场景中存在显著适配性偏差。

合成生物学的快速发展为这一转变提供了技术基础。依托底盘细胞与代谢通路调控，蛋白质生产正从资源驱动向设计驱动转型。近年来，各国相关规划已将食品合成生物技术列为重点发展方向。作为代表性产物，SCP展现出巨大应用潜力。与传统畜牧业相比，SCP生产周期短、资源转化率高、对耕地依赖低，可利用食物废弃物、工业尾气等非粮基质实现环境友好制造。更重要的是，依托合成生物学，SCP成为一类可设计、可调控的功能化蛋白原料，能契合应急食品对高耐受性与特殊需求食品对精准营养的双重需求。

文章梳理了SCP的营养谱系与核心底盘微生物，指出细菌、酵母、真菌和微藻是四大类主要微生物，其蛋白质丰富，必需氨基酸齐全，富含赖氨酸及多种活性物质。文章还总结了SCP制备工艺，涵盖菌种培养、发酵罐培养、菌体分离回收、洗涤水解、干燥等环节，强调其不受地区、季节和气候限制、可立体式培养、占地少等工业化特征。

文章重点探讨了SCP在应急食品与特殊需求食品领域的应用现状。在应急食品领域（图1），SCP可凭借高营养密度、速溶性与轻量化优势，服务于灾害救援、极端环境作业与战略储备等场景——经喷雾干燥等工艺处理后，有望开发为便于常温储运、体积小、复水后即可食用的高蛋白粉剂或压缩能量棒等产品形式，满足极寒高原、急行军等高应激状态下机体对快速供能与抗疲劳的营养需求；依托底盘细胞的代谢通路调控，SCP还可定向合成支链氨基酸、活性肽等功能组分，以增强机体在极端环境下的耐寒产热与抗应激能力。

图1应急场景下单细胞蛋白的功能需求与生物制造路径

在特殊需求食品领域（图2），SCP的应用价值主要体现在低核酸化、低致敏化与短肽化等精准改造方向。通过分子预水解将SCP转化为短肽，可降低消化负担并更易被吸收，显著改善术后康复等人群的吸收障碍；借助后处理工艺降低核酸含量至安全限值，规避痛风与肾结石风险；定向剔除过敏原并优化氨基酸谱，使其成为特定代谢异常人群的安全蛋白来源。此外，依托细胞工厂的理化性状定制（如速溶、乳化性），SCP可创制为高密度固态储备产品或功能化液态配方等多元形态。

图2特殊需求食品级SCP的应用及技术标准特征

尽管单细胞蛋白前景广阔，但向产业化转化仍面临成本偏高、工艺不稳、安全风险难控、法规不完善及临床证据不足等瓶颈，风味优化与消费者认知提升亦不可或缺。未来需聚焦低成本原料、安全评价及场景化开发，并借助AI优化菌株与发酵工艺，推动其成为功能化、标准化的食品原料。通过基础研究与应用双轮驱动，方能构建可持续的精准营养蛋白供应体系，保障全球粮食安全与国民健康。

文章信息

王敏, 王立雅, 任娇艳. 基于生物合成的单细胞蛋白食品: 应急食品与特殊需求食品. 科学通报, 2026. DOI: 10.1360/CSB-2026-0453.

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