随着全球人口增长和生活水平提升，蛋白质的需求不断增加，而传统蛋白来源难以满足供应缺口。同时，食品废弃物（FW）量剧增，在中国占城市固体废弃物的37-62%，在美国、新加坡和英国也占12-30%。传统废弃物处理方式如动物饲料利用、堆肥、填埋和焚烧存在安全隐患、温室气体排放高和能效低等问题。面对蛋白短缺和食品废弃物双重挑战，开发高效可持续的资源化技术显得尤为迫切。

近日，中国科学院天津工业生物技术研究所李德茂研究员团队基于这一需求，开发了一种两阶段食品废弃物生物转化系统：首先通过微氧化/热处理预处理，提高废弃物可降解性，生成有机酸（包括挥发性脂肪酸和乳酸）；随后利用基因工程改造的裂殖壶菌（S. limacinum SR21）将这些有机酸转化为单细胞蛋白（SCP）。通过优化有机负荷率，食物废弃物发酵物中有机酸产量达37.0 g/L，每吨食品废弃物可产生258.23 kg有机酸（湿重），转化率达到25.82%。经过发酵优化，S. limacinum SR21在48小时内能高效消耗90%的有机酸。为进一步提高乳酸的利用，研究团队通过基因工程改造，构建了过表达乳酸氧化酶的菌株，其生物量和蛋白质、脂质含量分别提高14.19%、12%和107.1%。此外，研究团队还通过生命周期评估（LCA）验证了该生产系统的环境优势，显示整个流程在减少能源消耗和温室气体排放方面具有显著效果，为绿色生物制造和循环经济提供了可量化的数据支撑。这项研究为食物废弃物到蛋白质转化建立了一条可持续的循环经济路径，为解决全球蛋白质缺乏和废物管理问题提供了一种低碳解决方案。

这项工作得到国家重点研发计划和天津市合成生物技术创新能力提升行动项目资助，相关成果发表于Journal of Cleaner Production 期刊，并获得授权专利1项。天津工生所博士研究生李亚香、博士后Farrukh Raza Amin（现为爱尔兰香农理工大学研究员）和中国科学院遗传与发育生物学研究所博士研究生任亚展为共同第一作者，中国科学院遗传与发育生物学研究所王选研究员和天津工生所李德茂研究员为共同通讯作者。

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食品废弃物两阶段生物转化成单细胞蛋白和油脂