科學發現中“捅破一層窗戶紙”的創新，有時能發揮出巨大潛能，“‘乙醇梭菌蛋白’成為飼料原料新產品”的案例就是明證。

10月30日，中國農科院飼料研究所（以下簡稱飼料所）與北京首鋼朗澤新能源科技有限公司（以下簡稱首鋼朗澤）共同舉辦新聞發布會，宣布了他們的合作研發團隊近期取得的突破性進展。他們在國際上首次實現了從一氧化碳（CO）到蛋白質的一步工業化生物合成，并已形成萬噸級的工業生產能力。基于合作成果，首鋼朗澤憑借乙醇梭菌蛋白一舉獲得中國第一張飼料原料新產品證書。

捅破“窗戶紙”，“廢物”竟是寶

“創新成果‘窗戶紙’的捅破，源于飼料所與首鋼朗澤的偶然結合。”飼料所飼料加工創新團隊首席科學家薛敏向《中國科學報》簡要講述了背后的故事。

數年前，首鋼朗澤專注于氣體生物發酵合成乙醇工藝研發。研究人員在中試產線上發現，在乙醇分離蒸餾過程中還有一種“麻煩的黏稠物質”，于是就把它分離出來想要弄清楚其成分。經人指點，首鋼朗澤后來把樣品送到了飼料所。

不測不知道。飼料所發現，這些險被丟棄的黏稠物居然主要是蛋白質（乙醇梭菌蛋白）。

乙醇梭菌最早于1994年由比利時科學家從兔子腸道分離出來，是一種可從一氧化碳產生乙醇的厭氧菌。薛敏告訴記者，這個菌很特殊，幾乎關注能源的人都只關注它能生產乙醇，而菌體本身被當作廢棄物丟棄；專注于蛋白研究的人面對單細胞蛋白，關注點主要集中在酵母、乳酸菌、微藻等傳統的可食用菌種上。因此，乙醇梭菌蛋白在蛋白質領域長期“默默無聞”。

面對這個具有超常黏度的蛋白，飼料所研究團隊開始思考它能不能在低淀粉膨化飼料中發揮功能。于是他們多走了一步：對乙醇梭菌蛋白的功能特性、營養價值、加工適宜性等做了系統研究，發現其粗蛋白質含量高達80%以上，18種氨基酸占蛋白質比例達94%，為單純蛋白質類型；10種必需氨基酸含量及其結構比例接近魚粉，遠優于豆粕。

一言以蔽之，該產品具有優異的飼料蛋白質原料特性。飼料所研究團隊找來多種養殖魚類做實驗，發現該產品非常適合用作魚類飼料。

得知這一情況，飼料所與首鋼朗澤決心聯手攻關，把丟棄的“寶”撿回來。

歷經6年研發和論證，從年產300噸到5000噸再到萬噸級，首鋼朗澤走通了飼料原料新產品從中試到大規模生產的產業化之路，飼料所也在“不經意間”推動了乙醇梭菌蛋白從未知菌體到飼料產業的廣泛應用。

工業尾氣做原料，22秒“一步生物合成”

該成果的一大亮點是，項目中合成乙醇梭菌蛋白的原料之一為工業尾氣，工業尾氣中大量的CO是利用乙醇梭菌生產菌體蛋白和乙醇的極佳原料。而工業尾氣不僅成本極低，其來源也很廣泛，包括鋼廠、鐵合金廠、電石廠等，資源量非常豐富。

據介紹，首鋼朗澤旗下北京首朗生物科技有限公司（以下簡稱首朗生物）利用富含CO的工業尾氣，開發出全新飼料蛋白產品乙醇梭菌蛋白（注冊商標“富漁樂”）。該蛋白產品已于8月27日獲得農業農村部頒發的新產品證書，這也是我國首張飼料原料新產品證書。

當然，生物合成蛋白不僅需要碳源，還需要氮源。首鋼朗澤高級副總裁晁偉介紹說，首朗生物以鋼廠尾氣中的CO為碳源、氨水為氮源，經優化的厭氧發酵工藝，實現22秒快速轉化，高效產出乙醇和乙醇梭菌蛋白，實現了無機物向有機物的一步轉化。

“這是迄今國際上發現的最高效生物固碳/固氮生產模式。”薛敏說，22秒是指輸入CO合成氣，生物轉化產出乙醇和菌體蛋白醪液的時間。后續，蛋白醪液經加工制成干粉。

此外，由于乙醇梭菌經空氣暴露可全部滅活，菌體經離心濃縮和噴霧干燥后即為乙醇梭菌蛋白產品，生產成本遠低于酵母及微藻等單細胞蛋白產品。這也意味著，利用該成果進行微生物高效合成蛋白質，具有顯著的性價比優勢。

一石三鳥，蛋白“無中生有”意義重大

發布會上，動物營養學家、中國工程院院士印遇龍通過視頻連線對該成果的突破性予以肯定：“該成果實現工業化的意義很大，希望團隊進一步擴大生產。”

飼料所所長戴小楓告訴《中國科學報》，一步生物合成飼料蛋白實現工業化生產有助于我國擺脫“大豆進口依賴綜合征”和實現“碳中和”。

據測算，中國每年至少可產生約1.2萬億立方米富含CO的工業尾氣，如將這些工業尾氣采用生物發酵技術進行高效清潔利用，可年產乙醇梭菌蛋白1000萬噸，替代魚粉和大豆蛋白。

戴小楓說，以工業化生產1000萬噸乙醇梭菌蛋白（蛋白含量83%）計，相當于2800萬噸進口大豆當量，即我國大豆年進口量的1/3。同時，工業化生物合成蛋白還開辟了一條“低成本非傳統動植物資源生產優質飼料蛋白質”的新途徑，每生產1000萬噸該蛋白，相當于減少二氧化碳排放2.5億噸。

國家糧食和物資儲備局科學研究院首席研究員李愛科認為，該成果最大的亮點在于“以微生物蛋白生產來破解蛋白質短缺難題”。

他介紹說，我國從20世紀80年代起就將“微生物蛋白生產”列為研究課題，國際上也長期在研究從碳化合物合成蛋白的問題，但一直都沒能實現產業化，而聯合研發團隊讓這一構想變為現實。他說，如果能實現生物合成蛋白更大規模的產業化，對我國飼料蛋白供應、糧食安全等意義重大。

中國農科院生物技術研究所研究員林敏將該成果與生物固氮作了比較。他提出，國際上喜歡將生物固氮比喻成“空氣面包術”，那么或許可以將不依賴植物的生物合成蛋白比作“鐵罐里生產酒和肉”。

已形成萬噸級工業產能，仍有科學問題待解

對于乙醇梭菌蛋白獲批成為飼料蛋白新產品，農業農村部畜牧獸醫局飼料飼草處處長黃慶生表示，該產品通過了全國飼料評審委員會關于其安全性、有效性、環境影響評價的審定，“值得頒發我國第一張飼料原料新產品證書”。

晁偉在發布會上透露，目前，基于該技術成果、經過多年布局，首朗生物已經實現了生物合成乙醇梭菌蛋白中試的三年穩定生產，并于今年完成了萬噸級蛋白產能的產線建設。而且，2022年還將進一步擴產，“向3萬噸產能進發”。

晁偉告訴《中國科學報》，之所以快馬加鞭大幅擴大產能，一方面是“理想主義”，希望飼料蛋白新產品的大量推廣能夠切實降低我國大豆對外依存度、助力“碳中和”；另一方面是“現實需求”，自從部分企業對新產品評估試用、發現其優點之后，“胃口”大增，現在乙醇梭菌蛋白“供不應求”。

10月21~27日，首鋼朗澤生物固碳技術作為“碳中和”領域代表技術之一，受邀在國家“十三五”科技創新成就展“美麗中國展區”參加展覽。

不過，戴小楓表示，目前聯合研發團隊雖然取得了重要的研究成果，但還只是“一群幸運的孩子撿到了沙灘上美麗的貝殼”，未來還要對一氧化碳生物合成蛋白質的理論機理、分子作用等科學問題展開深入研究。

薛敏也告訴《中國科學報》，雖然此前與首鋼朗澤共同在科技部國家重點研發計劃“藍色糧倉”項目研究框架中已就“乙醇梭菌蛋白對豆粕的替代”“乙醇梭菌蛋白對水產動物的營養分析”等問題開展了研究，并先后于國內期刊《動物營養學報》及國際期刊《水產養殖研究》《動物飼料科學與技術》等發表了論文，但還有大量科學工作可以開展。她表示，未來在兼顧科學問題研究的過程中，也會關注工程問題的突破，進一步推動科技成果更好地向經濟主戰場轉化。（記者 趙廣立）