谁来替代蛋白
中国人有多缺蛋白质？
国家统计局发布的《中国统计年鉴2021》显示，中国人年均消费鸡蛋12.8千克，未及每天一个鸡蛋的标准，而人均奶摄入只有35.6克/天，不及《中国居民膳食指南（2022）》的1/10[1]。
人们摄入蛋奶不足的原因有很多，比如口味、价格、过敏、饮食习惯。要改变人们对传统蛋白质的固有认知，近期一级市场大热的“替代蛋白”也许是个不错的选项。
杨景诒 | 作者
李拓 | 编辑
果壳硬科技 | 策划
为什么需要替代蛋白？
畜牧业生产蛋白质的效率实在是不高。联合国食粮组织（FAO）数据显示，畜牧业占用了全球77%的农业用地，却只生产了37%的蛋白质。相比之下，种植业只占用了23%农业用地，但生产的蛋白质接近畜牧业的两倍。
自20世纪60年代起，全球对动植物蛋白的年均需求量显著增长。联合国预测，世界人口将在2050年达到98亿[2]。
新增人口带来了巨大的“蛋白质缺口”，如何生产足够的蛋白质养活这100亿人是各国关心的问题，而替代蛋白成了众望所归。
不仅发达国家研发和推广替代蛋白——
发展中国家也有不少案例——
在我国，发展替代蛋白产业也十分重要。
一方面，食物安全事关民生。据农业农村部食物与营养发展研究所调研，我国食物蛋白质自给率为74.6%，为更好促进国家粮食安全，还要继续开发优质蛋白质食物资源，提高蛋白质食用自给率[3]。
另一方面，实现双碳目标也要有赖于替代蛋白技术。每年，全球牲畜会排放量超 7.1吉吨二氧化碳，占全部温室气体排放量的14.5%，而联合国粮食及农业组织（FAO）研究发现，使用替代蛋白质，尤其是实验室培育肉，有利于减少肉类养殖所产生的温室气体[4]。
近两年，国内正逐渐加大对替代蛋白技术的政策扶持。
2021年11月9日，农村农业部在答复政协委员提案时表示，将支持替代蛋白相关产业的项目支持、产业化生产和前沿探索，并安排中央财政资金约5700万元，支持高蛋白微藻等新型非粮蛋白资源的研究开发[5]。
一个月后，“十四五”全国农业农村科技发展规划也提出，要研究细胞培养肉、合成蛋奶油、功能重组蛋白等营养型食品的培养和制造技术[6]。
波士顿咨询公司数据显示，到2035年，替代蛋白市场规模有望达到2900亿美元，约合20300亿元人民币。
万亿机会给了谁？
首先，我们应该明确替代蛋白的范畴。
替代蛋白质与肉蛋奶等肉类蛋白质相对，根据原料来源不同，具体可分为四类：植物蛋白、昆虫蛋白、微生物蛋白和细胞蛋白[7]。这些蛋白质在价格、消化率、生产方式和技术成熟度方面各有不同——
不同替代蛋白的差异 | 数据来源：天风证券[8]
除了依据来源进行分类外，还可按生产蛋白质是否使用转基因、基因改造等合成生物学技术，将这四类替代蛋白再度分为两类。
植物替代蛋白
植物替代蛋白的使用由来已久。人类种植大豆、豌豆等作物的历史超过数千年，其制品是人类和牲畜常见的蛋白质来源。
亚洲人有植物性饮食的习惯，豆腐、豆浆、素鸡已是重要的蛋白质来源，但在欧美地区，植物来源蛋白质只流行于少数素食主义者中，因此仍属替代蛋白之列。
近几年，植物替代蛋白的研究热点有三个方向。
一是开发新的天然植物蛋白，如从番茄叶中提取的Rubisco蛋白，在口味和营养上超越了乳清蛋白和大豆蛋白，从工业大麻种子中提取的蛋白可代替鸡蛋使用。
但这类蛋白质在植物中含量不高，那要怎么大规模生产呢？这催生了植物替代蛋白的第二个方向——利用合成生物学技术生产蛋白质。
合成生物学能通过基因手段，以提高目标蛋白质的产量，甚至让植物生产动物蛋白。
美国生物技术公司Nobell Foods创始人马吉·里查尼（Magi Richani）认为，奶牛本质上就是把植物蛋白转化为动物蛋白，但是奶牛的转化效率太低，并且还会排放大量温室气体。
Nobell Foods利用转基因技术改造大豆，在植物体内合成动物酪蛋白，经提取后制造奶酪。这样的生产方式效率更高、成本更低，消耗的资源也更少。该公司于2021年7月获得7500万美元B轮融资，产品预计最快2022年底上市。
植物替代蛋白的第三个研发方向是植物肉，但该方向的技术门槛不高，本文不做赘述，感兴趣的读者请移步果壳硬科技历史文章《你不吃，我不吃，人造食物咋挣钱？》，获取更多信息。
不过农村农业部也指出，植物替代蛋白虽然前景广阔，但整体处于起步阶段，仍有生产成本过高、缺乏安全评估等问题。目前，新型植物蛋白的应用以动物饲料为主，并依法开展安全评估、有序推动产业发展[5]。
微生物替代蛋白
跟动植物相比，微生物生产蛋白质的效率更高。
《中国食品学报》文章提到，微生物蛋白的营养与功能性质优异，其高效制造和规模化应用是实现可持续蛋白供给的重要途径[9]。另外，微生物蛋白的生产在发酵罐或其它“生物反应器”中进行，不占用耕地，耗水量比动植物更少。
与植物替代蛋白类似，微生物替代蛋白也分为不适用合成生物学技术与使用合成生物学技术的两条路线。
其中，前者的数量较少，以Nature's Fynd、小藻科技为代表，两家公司公司通过人工选育，分别找到了合适的菌株和藻种，从事真菌蛋白奶酪和微藻蛋白食品开发。
从事后者的公司数量更多，包括改造真菌，通过发酵生产蛋白质的Joywell、吉态来博和改造微藻，通过光合作用生产蛋白质的昌进生物、元育生物和德默特等公司。
Impossible Foods虽然是一家植物肉公司，却也在进行基于合成生物学的微生物替代蛋白技术研究。
价格高、味道怪，是消费者难以接受植物肉的两个重要原因。现在，我们有望用合成生物学手段解决味道问题。
Impossible Foods提取出合成血红蛋白的DNA片段，利用基因工程技术插入酵母，发酵生产血红蛋白。据Impossible Foods介绍，添加了血红蛋白的植物肉，在烘烤时还能呈现自然的焦褐色和“肉香”。
但现阶段，无论植物肉还是微生物发酵肉，其纤维结构和口感与真肉仍相去甚远，若想吃到真正的肉，或许还要指望细胞替代蛋白（细胞培养肉）。
细胞替代蛋白
英国前首相丘吉尔曾在1931年提出：“我们不应该为了吃鸡胸肉或鸡翅而养一整只鸡，而应该在合适的培养基中分别培养这些组织”。
这个道理很简单，动物的呼吸、生长、活动等行为都要消耗能量，这决定了动物生产蛋白质效率不高。若能减少动物其它的生命行为，专注于肌肉细胞增殖，就能大大提高动物生产蛋白质的效率。
90多年过去，丘吉尔的畅想已被细胞替代蛋白技术实现。
细胞替代蛋白一般指细胞培养肉，即在体外培养动物肌肉组织，直接获取食材。细胞培养肉利用了细胞培养和组织工程等技术，但一般不涉及合成生物学技术。
从事细胞培养肉的公司包括培养畜肉的Mosa Meat、Mirai Foods、周子未来、CellX，培养鸡肉的Eat Just、Future Meat Technologies、培养海鲜的BlueNalu、Wildtype、Vinh Technology，甚至还有试图培养袋鼠肉、羊驼肉和已灭绝动物肉的Vow Food。
不过，细胞培养肉目前仍有两个致命缺陷。一是形态问题，体外培养的肌肉是一堆松散细胞团，无法形成有纹理的大块纤维状肌肉；二是成本问题，生产细胞培养肉要用到昂贵的牛胎盘血清培养液，生产同样重量的蛋白质，细胞替代蛋白的成本远高于其它三种替代蛋白，这也意味着该技术路线商业化难度最高。
对于第一点，国内细胞培养肉公司CellX尝试通过生物支架和3D生物打印技术，使细胞转化成组织，增加口感；至于第二点，Mosa Meat和Eat Just尝试使用植物成分代替牛胎盘血清，使细胞培养肉的价格较2018年下降40倍[10]。
昆虫替代蛋白
昆虫蛋白是科幻作品里的老熟人了。《雪国列车》里末节车厢乘客吃的蛋白块，便由蟑螂制成。在现实中，昆虫蛋白来源还包括黑水虻、黄粉虫、蟋蟀、蚕蛹等。
不过，昆虫蛋白具有特殊气味，在烹饪过程中难以遮盖，并且因含有甲壳素等成分存在致敏风险，目前主要用于宠物和水产饲料。
目前，从事昆虫替代蛋白研发和生产的公司有Chapul Cricket Protein、Protix、丰晟生态、无两生科等。
替代蛋白概念虽好，但并非每个公司都能抓住机会。
吃到，未必赚到
庞大的市场和先进的技术，在一级市场发酵出乐观的情绪。
据行业媒体Foodaily不完全统计，2021年全球替代蛋白领域投资额达50亿美元，同比增长近60%。其中，全球食品饮料领域里融资额最大的10起事件中，有9起发生在替代蛋白领域[11]。
但行业大火跟公司赚钱是两码事，要判断一家替代蛋白公司成色如何，还要解答商业模式的问题：
生产成本是否足够低？
价格是阻止消费者选择替代蛋白的主要原因。受原料价格、研发费用、营销费用的影响，替代蛋白价格远高于纯肉。
以Beyond Meat和Impossible Food为例，其人造肉饼的价格在12~16美元/磅之间，而牛肉碎的价格每磅只要9美元[12]。
至于细胞培养肉，价格更是高高在上。尽管过去10年里，细胞培养肉的成本正以每3年1~2个数量级的速度下降，但这个速度能否继续保持下去还要打个问号。
有研究报告指出，受生物反应器的研发难度、规模化生产的设备维护费用和细胞培养液的成本限制，“经济的细胞培养肉产品”在未来几十年内都是伪命题[13]。
做饲料还是给人吃？
替代蛋白的用途决定了价格的天花板。
今年以来，豆粕价格因地缘冲突不断涨价，已创近10年新高，但传递到销售端，饲料厂采购豆粕的价格也未及5000元/吨（约合5元/千克）[14]。而农村农业部虽已将裂壶藻、螺旋藻等6种藻类及加工品列入我国饲料原料目录，但受生产成本限制，企业大多把这些原料作为饲料添加剂使用，难以形成“替代”[15]。
若作为人用替代蛋白，价格上的自由度更高。1688平台信息显示，美国MSG的乳清蛋白粉价格在75元/千克到105元/千克不等。部分植物蛋白、藻类蛋白已能形成替代。
谨防制造设备卡脖子
2022 年 9 月 12 日，白宫官网发布简报，宣布了美国总统拜登已经正式签署了一项行政命令，启动 “国家生物技术和生物制造计划”，推动中美在试剂、仪器、原材料进出口方面“脱钩”。
有合成生物学从业者认为，虽然中国在生产制造环节实力强大，生物发酵产业产品总量居世界第一位。但是在高端发酵设备方面依然依赖进口设备，国内生物技术领域人面临史无前例的挑战。
袁隆平、诺曼解决掉了碳水供应的问题，但是从吃得饱到吃得好，压力来到蛋白质这一边。
References：
[1] 《中国统计年鉴-2021》 2021.10.9 www.stats.gov.cn/tjsj/tjcbw/202110/t20211009_1822768.html
[2] World population projected to reach 9.8 billion in 2050, and 11.2 billion in 2100 2017.6.21 https://www.un.org/development/desa/en/news/population/world-population-prospects-2017.html
[3] 专家热议“大食物观”｜徐海泉：我国食物营养自给率现状与思考 2022.5.24 www.xinhuanet.com/food/20220524/b5fb66df0b1644238e5026eb30b767c5/c.html
[4] Major cuts of greenhouse gas emissions from livestock within reach(Key facts and findings) https://www.fao.org/news/story/en/item/197623/icode/
[5] 关于政协第十三届全国委员会第四次会议第5062号（农业水利类475号）提案答复的函 2021.11.9 www.moa.gov.cn/govpublic/XZQYJ/202111/t20211109_6381724.htm
[6] “十四五”全国农业农村科技发展规划 2021.12.28 www.moa.gov.cn/govpublic/KJJYS/202112/P020220106615353271383.pdf
[7] Alternative proteins: The race for market share is on 2019.8.16 https://www.mckinsey.com/industries/agriculture/our-insights/alternative-proteins-the-race-for-market-share-is-on
[8] 一机两翼，立体化发展摘取植物基皇冠上的明珠 2020.9.4 https://pdf.dfcfw.com/pdf/H3_AP202009041407491305_1.pdf?1601215122000.pdf
[9] 《中国食品学报》：微生物替代蛋白生物制造：进展与展望 2022.7.21 https://www.cifst.org.cn/a/news/development/20220723/2503.html
[10] 细胞培养肉产业洞察：需求、技术、产业链、资本、投资机会、消费者与政策 | FoodPlus深度再读 2022.3.3 https://mp.weixin.qq.com/s/sb6cLFLuKOOL-NygUBPYUQ
[11] 总结2022年替代蛋白新趋势，万亿赛道还有哪些值得关注的机会点？2022.4.25 https://mp.weixin.qq.com/s/5iNKzURHk9rbVFveAX1hEQ
[12] 国人眼里没有植物肉，星期零们的未来在哪儿？2022.5.11 https://mp.weixin.qq.com/s/7hdTztJlVHfOVdwi5T5JXg
[13] 深度研究：在合成生物赛道的火热之下，万亿替代蛋白市场的确定性、不确定性与重大挑战 | FoodPlus Insight 2022.4.13 https://mp.weixin.qq.com/s/hH2gMgcoYbvCGkZXyZK6mA
[14] 行业动态|豆粕价格创近十年新高 业内人士：饲料或还有上涨空间 2022.3.16 https://www.cls.cn/detail/960659
[15] 旭能生物裂壶藻饲料添加剂以创新驱动产业发展 用科技传递健康生态理念 2022.2.28 dzrb.dzng.com/articleContent/4695_987899.html