《食品科学》:华南农业大学杨美艳副教授等:不同酵母和酵母蛋白的生产与应用及蛋白合成调控规律研究进展

蛋白质是人体组织和器官的重要组成部分。人们需要摄入足够的高质量蛋白质，以达到最佳的代谢和生理功能。随着全球人口的增长和消费模式的变化，人们对蛋白质的需求正以前所未有的速度增长。传统上，人类依赖于畜牧业和种植业来获取必需的蛋白质，但这些方式正面临着环境压力、资源限制和伦理挑战。因此，开发新型可持续的蛋白质来源变得尤为迫切。

日渐庞大的消费需求、日新月异的技术进步，使得替代蛋白产品结构出现多样性。习近平总书记指出：“我们要向森林要食物，向草原要食物，向江河湖海要食物，向设施农业要食物，向植物动物微生物要热量、要蛋白”。因此，具有成本与监管审核优势的植物基食品，可以满足对真实肉向往的动物细胞培养肉，以及具有发展迅速的微生物蛋白和昆虫蛋白食品等，不断为替代蛋白产业发展谱出新篇章。

酵母是一类单细胞真核微生物，能够在多种底物上快速生长，通过发酵过程产生丰富的蛋白质。酵母蛋白的生产不依赖于土壤和气候等环境因素，使其成为可持续和高效的蛋白质来源。美国食品药品监督管理局已为酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）、马克斯克鲁维酵母（Kluyveromyces marxianus）及产朊假丝酵母（Candida utilis）颁发认证证书，一般认为是安全的（GRAS）。

酵母蛋白通过发酵过程利用酵母菌生产，酵母生物量的主要组成部分是蛋白质，占酵母干质量的35%～60%。酵母蛋白含有各种必需氨基酸，且氨基酸组成接近理想蛋白质模式，易于消化吸收，是优质的蛋白质来源。此外，酵母蛋白的生产不依赖于耕地和淡水，通常是从一些廉价的食品工业废物、林业和农业废物中培养的酵母细胞中获得，生产过程中的碳足迹和水足迹相对较低，是一种可持续的蛋白质生产方式。例如，具有蛋白质富集和餐厨垃圾回收潜力的巴斯德酵母（Saccharomyces pastorianus）和酿酒酵母，在解决蛋白质短缺问题上具有多功能性和适用性；酿酒酵母还可以最大限度地减少合成氨基酸的资源，即在合成氨基酸时，优先节省细胞内的蛋白资源而非葡萄糖或能量，体现了酵母细胞中蛋白质合成的资源优化策略。

酵母蛋白作为一种微生物来源的单细胞蛋白质（SCP），因其高营养价值、环境友好以及适用多种应用场景，正逐渐成为替代传统蛋白来源的有力候选，应用于食品工业，例如乳制品、蛋白饮料、素肉、烘焙食品和调味剂等普通食品，以及蛋白粉、能量棒和蛋白棒等功能食品。

酵母本身不仅具有清晰的遗传背景和生物安全性，同时也是合成高价值化学品（例如药物、生物燃料等）和生产蛋白的首选微生物工厂。但酵母细胞相互作用网络十分复杂，蛋白合成的调控规律及其作用机制研究缺乏，生产过程中的限速步骤难以识别等原因，导致酵母细胞作为蛋白质生产平台的潜力尚未完全释放，制约了其规模化工业应用。因此，探索酵母高蛋白合成能力的调控途径及其分子机制十分必要。

华南农业大学食品学院的伍君权、匡小丽、杨美艳*等归纳酵母蛋白生产的常用菌种，以及酵母蛋白在食品工业上的提取方法和应用，并讨论酵母细胞生产高价值化合物的合成调控规律，为高产酵母蛋白的机制研究提供参考；旨在提高对酵母蛋白产业的全面认识和理解，并从中得到启发。

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用于生产酵母蛋白的酵母菌种

酵母蛋白作为一种新型可持续蛋白质在食品领域备受关注。已知酵母菌的种类有1 500余种，每年都会发现更多的酵母菌种，其中，有些酵母因其独特的特性被广泛应用于食品工业和生物工程领域。常用作酵母蛋白生产的酵母菌种有酿酒酵母、假丝酵母属（Candida spp.）、解脂耶氏酵母（Yarrowia lipolytica）和马克斯克鲁维酵母等。图1展示了几种不同酵母在酵母浸出粉胨葡萄糖琼脂培养基中的菌落形态。

酿酒酵母是人类利用历史最悠久、驯化最彻底的微生物之一。早在公元前7000年的中国贾湖遗址和公元前3000年的古埃及，它就被用于酿造酒类；中世纪欧洲将其用于面包发酵，奠定了现代烘焙业的基础；19世纪巴斯德对其发酵机制的阐明，使酿酒酵母成为全球最早实现工业化培养的微生物。

酿酒酵母作为生产酵母蛋白的菌株有许多特点。首先，具有较高的营养利用效率和生存适应性；其对底物的耐受性（渗透压耐受性）、代谢产物耐受性（乙醇耐受性）和温度（热耐受性）等特点在工业规模发酵中有显著的应用潜力。同时，酿酒酵母是一种嗜酸性微生物，最佳的生长pH值在4～6之间，环境温度在28～33 ℃之间。酿酒酵母被认为是丰富的天然蛋白质来源，包括酶、肽、碳水化合物、B族维生素和矿物质，在制药和食品工业中占有重要地位。

目前，酿酒酵母是最常见的酵母蛋白生产菌种，属于GRAS原料，在日常生活中应用广泛。例如酿造工业、面包和糕点制作或制药工业等。农业废弃物或食品加工副产物常常被用作酿酒酵母生长的底物。通过优化基于水葫芦水解产物的培养基，可实现最大SCP产量（17.25 g/L）和蛋白质量分数（38.43%）；食物垃圾的混合物或水果和蔬菜废物作底物时，不但可以获取为动物饲料提供蛋白质的SCP增值产品，还可以减少环境污染。表1列举了关于酿酒酵母生产酵母蛋白的底物及蛋白含量。由于生长条件不同，酿酒酵母的粗蛋白质量分数通常在28%至56%之间。

假丝酵母是继酿酒酵母之后被深入驯化的SCP生产菌种之一。早在20世纪40年代，产朊假丝酵母就因能够在纸浆废液中快速增殖而被用于饲料蛋白的工业化生产；近年来，其GRAS身份的确立进一步推动了在素食调味与动物日粮中的广泛应用。除产朊假丝酵母外，其他已经或可能被用作SCP生产者的假丝酵母种类包括C. diddensiae、C. arborea、C. ingens、C. langeronii、C.intermedia、C.lipolytica、C.novellas、C. parapsilosis、C. tropicalis和C. pararugosa等。

作为生产SCP的优势菌株，假丝酵母具有出色的营养转化能力，可利用多种廉价甚至废弃碳源高效合成蛋白质，在成本控制上优势显著。该属许多酵母表现出较高的环境耐受性，在高温、高渗透压或极端pH值条件下仍可保持稳定的比生长速率，使得工业放大过程更为可靠。此外，假丝酵母遗传操作体系成熟，易于通过诱变或代谢工程进一步提升蛋白产量与氨基酸平衡性。

目前，产朊假丝酵母已成为假丝酵母属中最常用SCP生产菌种，富含赖氨酸、苏氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、色氨酸等必需氨基酸，可直接替代鱼粉或豆粕。假丝酵母同样展现出“变废为宝”的潜力；从甘蔗中分离的粗壮假丝酵母（Candida robusta）以甘蔗渣水解物为营养底物培养时，在25 ℃、pH 6.0、搅拌速度170 r/min的条件下培养72 h后能够得到最高的生物量水平（141 g/L），证明了甘蔗渣半纤维素水解物作为C.robusta URM5293生产微生物蛋白的底物的潜力。以甜菜浆（SBP）为培养底物时，产朊假丝酵母在新鲜的SBP中产生的蛋白质增量最大（ΔN 1.84%），证明了SBP作为生产单细胞蛋白质底物的潜力。在废辣椒粉上生长时，产朊假丝酵母生物量富含赖氨酸与苏氨酸；若在芒果废弃物中补充外源氮源，赖氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、色氨酸和苏氨酸含量均高于联合国粮食及农业组织（FAO）推荐水平。表2列举了关于假丝酵母属生产酵母蛋白的底物及蛋白含量，其粗蛋白质量分数通常在26%～60%之间。

解脂耶氏酵母是近半个世纪才被系统驯化、却已跃升为最受关注的非常规蛋白酵母之一。20世纪60年代，它因能在炼油废水中旺盛生长而被发现；90年代起，美国食品药品监督管理局将其列入GRAS清单，奠定了食品、饲料与化工原料的多重身份；2019年，欧洲食品安全局正式批准其作为3岁以上人群的膳食补充剂，推荐每日摄入量3～6 g；2020年，富硒解脂耶氏酵母又被纳入欧盟新型食品目录，标志其工业化应用进入法规成熟期。

作为生产单细胞蛋白的优势菌株，解脂耶氏酵母具备多个工业友好特性；首先，其具有疏水基质废弃物转化能力，自然分泌的胞外脂肪酶使其能够直接利用脂类、烃类和长链脂肪酸，碳源利用率显著高于传统酵母；再者，严格好氧、几乎不产乙醇的代谢模式减少了副产物干扰，便于高密度连续发酵；同时，具备二型性（酵母态-菌丝态可逆转换）和宽pH值（3～6）耐受，放大过程更为稳健；最后，具有高效的乙酰辅酶A代谢途径和较高的三羧酸循环通量，这有助于提升细胞内的代谢水平，从而可能提高细胞内的蛋白积累。

目前，解脂耶氏酵母已被公认为GRAS级SCP生产菌种。为降低原料成本并促进废弃物循环利用，研究者进一步探索了多种低成本底物。表3汇总了解脂耶氏酵母在不同底物下的蛋白含量；其粗蛋白质量分数通常在12%～55%之间。

马克斯克鲁维酵母作为一种具有重要工业价值的酵母菌株而受到广泛关注。该酵母被美国食品药品监督管理局（USFDA）和欧盟委员会分别归类为GRAS和安全合格推定（QPS），这一特性使其在食品和饲料领域具有巨大的应用潜力，为其在药品和食品级蛋白质生产中的应用提供了坚实基础。

早在20世纪，马克斯克鲁维酵母就因其在乳制品工业中的应用而受到重视。它能够产生菊粉酶，有效水解复杂的植物果聚糖，这一特性在食品工业中具有显著优势。此外，大多数马克斯克鲁维酵母菌株在有氧条件下不进行乙醇发酵，这一特性在生物质导向的工业应用中具有显著优势，因为可以避免乙醇作为有毒或不必要的副产物生成。马克斯克鲁维酵母具有高效代谢多种糖类、耐热性强、生长速度快（是已知生长最快的酵母之一，生长速率约为酿酒酵母的两倍）以及能高效分泌水解酶等特性，尤其在高温（＞40 ℃）条件下仍可快速生长，这使其在工业发酵中表现出色。同时，它还能利用奶酪乳清等低成本乳制品废弃物作为底物，这进一步拓展了其在制药、食品和饲料行业的商业应用价值。

尽管马克斯克鲁维酵母在生物技术应用中具有广泛的潜力，但其研究程度尚未达到乳酸克鲁维酵母（Kluyveromyces lactis）的水平。在消费者对生物合成分子需求日益增长的背景下，马克斯克鲁维酵母在食品和环境生物技术领域的应用潜力正受到广泛关注并积极开发；然而，其发展的主要瓶颈在于其生理学和遗传学的基础知识相对匮乏；不过，这一局面正在快速得到改善。目前的研究主要集中在优化生长条件和发酵过程，而通过进化或合理的工程方法开发新的菌株仍然是未来研究的重点。因此，对其生理、代谢机制和基因组序列进行更详细的研究，以进一步开发其多样化应用的可能性。表4汇总了马克斯克鲁维酵母在不同底物下生产的蛋白含量；其粗蛋白质量分数通常在42%～60%之间。

巴斯德毕赤酵母（Pichia pastoris，又名Komagataella phaffii）是一种与蛋白质工业生产密切相关的酵母菌株；20世纪60年代末，Ogata等描述了这一酵母利用甲醇作为唯一碳源的能力。巴斯德毕赤酵母在甲醇同化系统中具有天然能力，是甲醇生物转化的理想宿主。同时巴斯德毕赤酵母是一种重要的工业微生物，获得了FDA的GRAS认证，广泛用于重组蛋白的生产。

在20世纪70年代，菲利普斯石油公司开发了在甲醇上连续培养高密度毕赤酵母的工艺，在氧传递效率为800～1 000 mmol/（L·h）的条件下，获得125～150 g/L菌体干质量的细胞密度。在最新的研究中，利用适应性实验室进化（ALE）和基因编辑技术，克服了巴斯德毕赤酵母甲醇利用效率低和对33 ℃高温不耐受的问题；在33 ℃中试规模培养条件下，通过多种策略从甲醇中获得了SCP，生物量为63.37 g/L，甲醇转化率为0.43 g干质量/g，蛋白质含量为0.506 g/g干质量。

在酵母蛋白生产领域还有多种酵母菌株因其独特的生理特性和代谢能力而被广泛研究和应用。这些酵母种类虽然不是生产酵母蛋白的主要菌种，但仍然具有重要的参考意义。

汉斯德巴氏酵母（Debaryomyces hansenii）是一种已知的仅需少量营养即可产生高生物量的酵母，同时能够耐受相对高浓度的抑制剂。例如，在添加KH₂PO₄的啤酒厂废谷物（BSG）水解液中，汉斯德巴氏酵母能够正常生长，这一特性从大规模生产的角度来看具有显著优势。在优化后的BSG培养基中生长24 h后，汉斯德巴氏酵母的总蛋白占生物量的31.8%。

埃切许旺酵母（Schwanniomyces etchellsii，也称为Debaryomyces etchellsii、Pichia etchellsii、Torulaspora etchellsii）能够利用橄榄厂废水进行生物质生产；尽管橄榄废水中含有丰富的营养物质和可吸收的碳源，但其氮含量较低，因此需要添加有机或无机氮源以提高微生物生物量的产量。

黑酵母（Aureobasidium pullulans）在单细胞蛋白生产中也表现出色。研究表明，在秸秆水解液中培养时，其细胞质量显著高于产朊假丝酵母，并且具有能够吸收木糖和阿拉伯糖、对pH值变化不敏感等优点。在秸秆水解液中培养的菌体粗蛋白质量分数可达42.6%，核酸质量分数较低（6.4%），这使其成为单细胞蛋白生产的理想选择。

食腺嘌呤芽生葡萄孢酵母（Blastobotrys adeninivorans）是另一种极具潜力的酵母菌株。它能够利用多种含氮碳底物生长，并且属于耐热和耐渗透微生物。在云杉水解液和鸡肉副产品上培养的B.adeninivorans，其生物量中蛋白质量分数高达50%，脂质质量分数低（1.2%），核酸质量分数低（2.8%），且富含苏氨酸和赖氨酸。

其他可用于单细胞蛋白生产的酵母菌株还包括葡萄汁有孢汉逊酵母（Hanseniaspora uvarum）和鲁氏酵母（Zygosaccharomyces rouxii）等，它们能够利用农业、工业废物（如变质的枣）进行蛋白生产。这些酵母菌株因其对多种底物的适应性和高效的生物质积累能力，正在成为单细胞蛋白生产中的重要候选菌株，为食品、饲料和生物燃料等领域的可持续发展提供了新的可能性。表5列举了其他酵母生产SCP的底物及蛋白含量。

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酵母蛋白的生产与应用简述

近年来，针对酵母蛋白的规模发酵工艺优化已形成多层面研究体系。发酵工艺的优化可显著提升菌株细胞密度和蛋白质产量，是提高酵母蛋白产量的关键技术路径。如今，温度、pH值、溶氧及碳氮流等关键发酵参数已被广泛研究。高密度培养（HCDC）又称高细胞密度发酵，是指在普通发酵基础上，通过调控发酵条件、优化菌种培养条件，菌种大量生长繁殖，产生更多产物的技术。通常情况下，发酵过程中，认为发酵密度20～200 g/L为高密度发酵。目前已通过优化HCDC策略，实现了年产数百万吨的酵母生物质。高密度培养通常采用补料分批发酵、连续发酵或多阶段连续高密度发酵等策略。补料分批发酵是最常用的策略之一，通过不同的监控方式进行补料可以有效提升菌体的生物量，如pH-state、OD值、呼吸商、溶氧反馈和指数控制等。随着优化方式技术的发展，已有更多的分析手段应用于过程控制从而提升控制精度和数据检测能力，如电容分析、拉曼光谱仪和流式细胞仪等。

酵母蛋白的营养价值会因酵母菌株或培养基的不同而存在显著差异。在食品工业中，酵母蛋白的利用主要有两种方式：一种是从干酵母中直接获取；另一种是从微生物生物质中进一步提取纯化的蛋白质。酵母细胞的成分较为复杂，除了蛋白质外，还包含细胞壁、脂肪、碳水化合物、矿物质和核酸等。而从细胞中提取的蛋白质则更加纯净，主要含有蛋白质和游离氨基酸，且核酸含量会大幅降低。

在实际应用中，通常推荐食用酵母蛋白提取物，而不是酵母细胞。发酵完成后，酵母细胞会被收集，并经过一系列后续的步骤：洗涤、细胞破碎、蛋白质提取纯化和干燥等。酵母蛋白的一般生产过程见图2。

酵母是一种典型的真核微生物，其细胞结构相对简单，除了细胞膜外，还具有一层较为坚固的细胞壁。细胞壁的主要成分包括β-葡聚糖、甘露蛋白、脂质和几丁质等，这些成分共同赋予细胞壁必要的机械强度，并在维持细胞的渗透压平衡以及抵御外界损伤方面发挥着重要作用。然而，细胞壁的存在也成为了从酵母中提取胞内物质的主要障碍。为了高效地释放和提取酵母蛋白，处理酵母细胞的细胞壁显得至关重要。

酵母的细胞壁破除大致可分为两大类方法，包括机械法和非机械法。机械法包括超声波法、珠磨法和高压均质法等。非机械法包括化学法和酶法等。表6展示了不同破壁方法的比较。

将多种方法联合可以提高细胞的破壁效果以增强内容物（蛋白质）的回收率。大多数联合处理方法包括机械和非机械法预处理（如酶、碱等）的联合，以减少能量需求；超声与酶处理相结合有助于提高生物分子尤其是蛋白质的提取率。超声处理和其他细胞破碎技术（如酶促或化学处理）已被证明可增加莱茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）、微拟球藻属（Nannochloropsis sp.）、钝节节旋藻（Spirulina platensis）和其他微生物的可溶性蛋白释放。而更多的酵母破壁联合作用方式需要被研究和开发，以提高酵母蛋白的提取率和提取质量，同时降低这一过程的总体成本，这有助于酵母蛋白在食品工业中的应用和推广。

在酵母细胞完成破壁处理后，需先通过离心法去除细胞壁碎片，随后进行蛋白提取。诸如酸处理、碱处理、盐处理或热处理等方法，均可实现酵母蛋白的提取与纯化。热处理是常用的提取方法，但热处理的缺点是会改变天然蛋白质的结构特征，从而影响其功能和营养价值。通常，酵母蛋白的提取可通过碱溶解和等电点沉淀法完成。在pH值约为12的碱性环境下，酵母蛋白能够溶解，并与脂质及其他不溶性成分分离。氢氧化钠是提取酵母蛋白时常用的预处理试剂。将溶液的pH值调节至接近酵母蛋白的等电点（pH值约为4.5），有利于酵母蛋白的沉淀以及酵母蛋白异酸盐的生成。此外，在使用氢氧化钠提取酵母蛋白时，添加适量的十二烷基硫酸钠可以抑制内源酶对蛋白质的降解作用，从而有效提高酵母蛋白的提取率。

酵母蛋白因其卓越的营养价值和广泛的应用前景，在食品工业中备受关注。据陈智仙等的研究，酵母蛋白（酿酒酵母）涵盖了18种编码氨基酸、2种半必需氨基酸以及8种必需氨基酸。其中，谷氨酸、谷氨酰胺、丙氨酸和支链氨基酸（包括异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸）尤为突出；而赖氨酸作为在植物蛋白中的限制氨基酸在酵母蛋白中非常丰富。酵母蛋白的营养价值还受到人体消化率的影响。研究表明，酵母蛋白的体外消化率高达81.06%，这一数值不仅超过了高粱蛋白（42%～64%）和大豆蛋白（75%～80%）等植物蛋白，也与鱼类蛋白的消化率（74%～81%）相当或更高。更重要的是，与动植物蛋白相比，酵母蛋白作为替代蛋白具有致敏性低（几乎不含过敏原）、可持续、清洁和经济的特点。

表7总结了酵母蛋白在食品中的应用。在食品应用方面，酵母蛋白可作为烘焙食品、饼干、零食和特殊食品的优质蛋白质补充剂。目前，欧洲食品安全局已经允许使用在废弃物中培养的解脂耶氏酵母蛋白作为3岁以上人群的膳食补充剂，说明酵母蛋白在安全性和营养方面都非常有益。其高谷氨酸含量赋予了独特的风味特性，同时具备增色和保水性能，使其在肉类产品的蛋白质来源中备受青睐。酵母蛋白还可作为天然香料，其提取物含有酵母蛋白、酵母肽、氨基酸和天然核苷酸，是提供鲜味和香味的非挥发性风味化合物的优质来源，也可作为低钠食品中盐的替代品。在饮料领域，酵母蛋白提取物能够与酚类化合物相互作用，降低饮料中酚类物质的浓度，改善口感和稳定性。此外，酵母蛋白可作为潜在的载体材料，用于保护高比例多不饱和脂肪酸免受氧化，增加含油化合物的稳定性。酵母蛋白在老年人肌肉恢复补充剂中的应用也显示出显著效果。肌肉老化会增加老年人跌倒、活动能力丧失和认知能力下降的风险，最终导致残疾和死亡率增加。动物实验表明，长期摄入酵母蛋白能够显著改善肌肉状态，增加肌纤维的大小。

在功能食品领域，酵母蛋白因其高疏水性和丰富的必需氨基酸，成为生物活性肽的优质来源。酵母肽具有多种健康益处，包括抗氧化、降压、免疫调节、抗糖尿病、抗菌和降胆固醇等。例如，利用枯草杆菌产生的具有蛋白酶和β-葡聚糖酶活性的酶水解酵母细胞内的蛋白质，发现酵母水解物具有较强的血管紧张素转化酶抑制活性，对自发性高血压大鼠具有抗高血压的作用。此外，研究显示酵母蛋白中的抗氧化肽在体外表现出良好的抗氧化活性，能够清除自由基并抑制脂质过氧化。酵母释放的抗菌肽对致病微生物的生物控制具有重要意义，可作为食品工业中化学防腐剂的替代品，对抗常见的抗生素耐药致病菌。因此，从酵母蛋白中提取的多肽具有显著的生理活性，是功能性食品的重要原料。

另外，不同酵母菌也被报道具有一定的益生特性。从石榴和无花果中分离的两株酿酒酵母（FBZ4、FBK9）和马克斯克鲁维酵母（GBC2）经过了广泛的验证；这些菌株表现出γ-溶血作用，对Caco-2细胞无细胞毒性，并且对治疗性抗真菌药物敏感；在益生特性方面，这些菌株能够在pH 2和1%胆汁的环境中存活，并且具有高疏水性和自聚集特性；其中，马克斯克鲁维酵母（GBC2）对胆固醇的同化率达到54.32%，且具有良好的抗氧化潜力；此外，该菌株对金黄色葡萄球菌（ATCC 25923）表现出抑菌活性。

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酵母蛋白用作食品的安全性

酵母蛋白作为一种新型蛋白资源，安全性是决定其能否商业化应用的关键因素。国际上已建立相对完善的法规框架对微生物菌株作为食品或饲料成分进行安全管理，其核心原则在于历史安全食用性和科学与技术证据的评估。国际主要安全评价体系与标准包括：1）美国FDA的GRAS认定，核心在于经科学程序验证在预期使用条件下安全的物质。2）欧盟QPS制度，由欧洲食品安全局主导，对生物体进行统一的安全资格推定。3）国际食品法典委员会制定了《食品与饲料用微生物菌种食品安全评估指南》，为全球提供了统一的评估框架，重点关注病原性/毒性、致敏性、抗生素抗性基因以及在生产过程中可能产生的有害物质。国内安全评价体系与标准主要有：1）新食品原料管理制度，根据《食品安全法》及《新食品原料安全性审查规程》，对于未列入《可用于食品的菌种名单》的微生物菌株，需按照新食品原料进行申报和安全性评估。2）我国于2025年3月正式发布了GB 31615.2—2025《食品用菌种安全性评价程序》，该标准填补了国内食品用菌种安全性评价标准的空白，为酵母菌株的安全性评估提供了权威且统一的技术规范。3）产品国家标准，对于终产品，需符合相应的食品安全国家标准。GB 31639—2023《食品加工用酵母》于2024年正式实施，为酵母蛋白的生产提供了关键的国家级标准依据。它规定了食品加工用酵母的感官要求、污染物限量（如铅、砷）、微生物限量（如沙门氏菌、金黄色葡萄球菌）等。国内外标准的核心理念趋同，均强调菌株的准确鉴定、无致病性、生产过程可控和终产品安全。未来，随着合成生物学技术在构建高产菌株中的应用日益广泛，监管重点将更加侧重于工程菌株的遗传稳定性、非预期代谢产物的筛查以及环境释放风险评估。推动国内外标准间的协调互认，将有助于酵母蛋白这一可持续蛋白资源的全球产业化发展。

同时，SCP作为食品的适宜性必须单独考虑。酵母蛋白致敏风险目前被认为极低，因无过敏原、无异味、低脂质、高营养且含有所有必需氨基酸，于2023年被列为新食品资源。

食品中的核酸含量是重要关注的问题，高核酸食品摄入可能给嘌呤代谢异常者带来痛风或肾结石等风险。常规提取工艺难以完全去除与蛋白结合的核酸杂质，这已成为提高酵母蛋白利用场景的挑战。若仅靠酵母蛋白满足每日蛋白质需求，干基核酸上限应控制在2%（质量分数）以内；然而，实际研究中，大多数酵母菌体的核酸水平在3%～8%之间（表8），超过了安全阈值。因此，降核酸工艺是酵母蛋白从“饲料级”迈向“食品级”必须跨越的关键一步。现有研究表明，可通过多种方法降低酵母中的核酸含量，如碱水解、酸沉淀和热处理（60～90 ℃）激活内源性核糖核酸酶。例如，可通过延长酵母的生长时间至衰亡期激活内源性核糖核酸酶；对酿酒酵母用3% NaCl溶液和热处理激活核酸酶，将核酸质量分数降至2%；在90 ℃和pH值为9的条件下，用10% NaCl溶液沉淀酵母细胞，得到胞内核酸质量分数为1%的酵母；另外，可以用HCl调节酵母蛋白溶液pH值至核酸的等电点（约2.5），沉淀核酸并分离。还可以加入外源的核酸酶以达到去除核酸的效果。虽然有多种研究手段降低酵母和酵母蛋白的核酸含量，但这个过程可能也会对酵母中的蛋白质产生负面的影响，从而降低蛋白质的营养价值，所以选择性地降低或除去核酸仍是未来研究的重点。

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酵母蛋白的合成调控规律

蛋白质的生物合成是一个协调的动态过程，涵盖基因转录、RNA剪接、翻译调控、翻译后修饰、蛋白质折叠及降解等多个环节，形成完整的表达调控链。研究表明，这一过程的效率受到碳氮代谢平衡、应激响应机制、核糖体生物合成等调控网络的调节；这些机制协同作用，调节细胞内蛋白质的表达水平和功能。为了提高蛋白质表达，一些研究采用了一些修饰策略，包括优化启动子和增强子、调控转录因子、调节细胞环境、优化翻译后修饰以及基因编辑技术。然而其细胞内调控网络错综复杂，关键限速步骤难以定位，机理认知缺乏，导致酵母生产SCP的平台潜能远未释放，成为制约大规模工业化的核心瓶颈。为了能进一步提高酵母蛋白的生产效率和降低成本，深入了解酵母蛋白合成的关键控制基因和调控元件至关重要。这些基因和调控元件决定了酵母细胞内蛋白质的合成水平，通过优化这些因素，可以提高蛋白质的产量和质量。此外，氮代谢作为酵母细胞生长和蛋白合成的核心要素，其在调控网络中的作用不容忽视。氮源的可用性和氮代谢途径的调控直接影响酵母的生长速率和蛋白合成效率。

随着系统生物学的快速发展，基因组学、转录组学、蛋白质组学等分析方法被广泛用于挖掘微生物高价值产物合成的关键基因、代谢通路、转录因子和调控机制。

转录组学是一种高通量测序技术，可一次性检测细胞或组织中的所有转录产物（RNA），从而系统描绘基因表达与调控网络，帮助阐明细胞或组织的功能及调节机制。基于该技术，有研究通过增强氮代谢途径关键基因表达并削弱细胞壁合成，使进化株HTX-33的蛋白质含量和产量同步提升；利用转录组学锁定与高产高蛋白性状相关的靶基因和通路，可为后续理性改造提供方向。通过两轮常压室温等离子体（ARTP）诱变结合高通量筛选，曾获得两株酿酒酵母突变株（HF5和UD11），其蛋白质含量分别提高7.40%与10.92%，产量分别提高15.15%与18.18%；转录组分析显示，核糖体生物合成、翻译因子及能量代谢相关基因的显著变化是蛋白质合成能力增强的潜在机制。另一项研究采用ARTP诱变耦合适应性实验室进化，选育出酿酒酵母突变体B1。摇瓶条件下B1的蛋白质含量达65.8 g/100 g干细胞质量；在45 L乙醇补料分批发酵罐中，该值进一步提升至70.3 g/100 g干细胞质量，增幅18.5%。与此同时，细胞壁甘露聚糖和β-葡聚糖水平分别下降21.7%和30.5%。转录组分析表明，细胞周期与减数分裂相关基因的整体下调驱动了蛋白质累积；差异表达基因验证发现，SUT1上调与CNM67下调是促进蛋白质合成与积累的关键节点。在巴斯德毕赤酵母中，通过转录组测序比较野生型与稳定突变体，发现抗氧化、丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）途径、麦角甾醇合成、转录因子及过氧化物酶体途径的基因表达均显著上调。这些通路的上调增强了菌株的氧化应激耐受性，有效清除胞内活性氧，由此证明甲醇胁迫可重塑巴斯德毕赤酵母的基因表达谱，并凸显氧化应激耐受性对异源蛋白高效表达的重要贡献。

基因组学是对生物体全部基因进行系统表征、定量分析及跨物种比较的一门交叉学科，主要研究基因组的结构、功能、演化、定位、编辑及其对生物性状的影响。有研究通过整合基因组与转录组测序数据，可在不同碳源培养条件下解析酵母的基因表达谱，发现部分基因在所有受试碳源中持续高表达，同时鉴定出一批此前未被报道、可用于驱动异源蛋白表达的启动子序列。另外一项研究的比较基因组分析表明，源自巴西塞拉多生物群、具备木糖醇生产能力的菌株均保留完整的木糖代谢通路；该通路在高效乙醇生产菌株中则部分缺失；而其中木糖醇高产的菌株同时拥有NADPH依赖的木糖还原酶和NAD^＋依赖的木糖醇脱氢酶，其辅酶合成水平与木糖醇产量呈正相关，这一特征与目前已知最高效的木糖醇生产菌一致。功能未知基因YNR069C（亦称BSC5）的缺失使提前终止密码子的读通（Readthrough）显著增加，提示其参与翻译质量监控；同时，缺失株表现出翻译速率加快。遗传互作实验进一步证实YNR069C与翻译调控网络密切关联，表明该基因在维持翻译完整性和精细调控蛋白质合成中发挥潜在作用。

蛋白质组学从整体层面解析蛋白质的组成、结构、表达水平、翻译后修饰及蛋白与蛋白相互作用，为基因组学与转录组学提供关键补充，能够构建调控生命活动的复杂通路、网络和分子系统的图谱。例如，在深海水（DOW）作为天然发酵促进剂的研究中，蛋白质组学分析发现：在富含矿物质的培养条件下，21种与糖酵解、能量代谢、醇代谢及生长调控相关的蛋白表达显著变化，表明DOW中的矿物质可通过上调糖酵解关键酶和醇脱氢酶活性来优化酵母生长与发酵性能。

在优质蛋白合成过程中，除关键控制基因外，多种调控因子也显著影响酵母蛋白产量与组成。马克斯克鲁维酵母MIG1基因缺失突变体表现出组氨酸营养缺陷型，转录组数据提示其7个HIS合成基因中仅HIS4显著下调；回补HIS4即可解除缺陷。进一步RNA-Seq发现该突变体中超过千个基因差异表达，表明MIG1基因作为全局调控因子广泛参与基因表达网络。在酿酒酵母中，转录激活因子Gcn4是氨基酸生物合成基因的核心调控者；当遭遇氨基酸饥饿或核糖体蛋白基因缺失等压力胁迫时，Gcn4表达上调，并通过抑制整体翻译能力降低蛋白合成能力，从而延长细胞寿命。低铁环境下酵母的多组学整合分析显示，铁缺乏会在转录、转录后和翻译水平重塑基因表达与蛋白合成；核糖体图谱和转录组数据共同证实，缺铁不仅抑制全局蛋白合成，还选择性阻遏与铁代谢相关基因的翻译。

酵母菌的蛋白质合成机制和调节过程复杂而精细，涉及多种翻译因子和mRNA的相互作用；真核生物的mRNA翻译起始主要依赖于5’端的m7G帽结构和3’端的poly(A)尾。帽依赖性扫描机制是真核生物mRNA翻译起始的经典方式，由Kozak在1989年提出，包括43S前起始复合物的组装、mRNA的激活、核糖体扫描、60S亚基的加入等过程。在毕赤酵母中的最新研究发现，5’非翻译区（5’-UTR）的序列组成对翻译效率具有显著调节作用。通过对5’-UTR中鸟嘌呤（G）含量进行系统性改造，构建了128种KZ₃变体，其中58种的表达水平超过天然序列。利用现成的5’-UTR-KZ₃或原位5’-UTR修饰策略，已成功在3种工业蛋白和一种平台化合物中实现产量提升，为基于5’-UTR的工程化表达提供了简便高效的新途径。

氮代谢调控和代谢负担一直是制约酵母蛋白规模化生产的核心科学问题。中国科学院天津工业生物技术研究所发现在甲醇中生长的巴斯德毕赤酵母，可激活细胞壁感应器PAS_chr4_0305，触发高渗透压甘油（HOG）和细胞壁完整性信号通路（CWI）级联通路，造成额外能量消耗；通过“强化氮代谢关键基因＋削弱细胞壁合成”双编辑，导致海藻糖大量积累，细胞壁重塑，把巴斯德毕赤酵母的蛋白质量分数从45%提高到50.6%，同时使甲醇碳损失由＞20%降至可测算的12%以内；验证了“氮流-碳流协同重排”可突破经济性阈值，显著减轻了“毒性-修复”型代谢负担。另一综述指出，碳代谢与氮代谢显著影响着细胞的生长和目标生物产品的合成；微生物进化出了复杂的胞内机制，整合了信号转导、膜转运、基因表达和代谢过程，以适应不同营养水平的环境；借助多组学数据可精确定位氮代谢“调控枢纽”，这为酵母体系提供了可移植的调控范式。氮代谢是酵母蛋白合成速率的“阀门”；只有打通碳-氮协同、精准调控关键酶与信号枢纽，才能提升菌体蛋白含量的同时兼顾经济性，为酵母蛋白的规模化生产奠定核心科学基础。

在本团队的前期研究中，通过不同的条件培养马克斯克鲁维酵母K-MS-5得到不同的菌体蛋白差异表型。基于比较转录组学及蛋白质组学分析发现升高培养温度，酵母细胞内核糖体生物合成途径、氨基酸生物合成途径等基因持续上调；同时下调与碳代谢途径相关的基因。同时氮水平可能决定着资源分配；低氮条件时，糖酵解等途径显著上调，增加生物量，但缺氮使蛋白质合成受限；氮充足时核糖体与能量代谢通路增强，蛋白质合成总量提升，但细胞可能将更多资源分配至蛋白质合成，生物量积累减少。随着菌龄的增加，菌体蛋白先累积再降解，在稳定期菌体蛋白含量最高；加权基因共表达网络分析显示，延滞期和对数生长期氨基酸的生物合成途径显著上调，在稳定期和衰亡期主要与能量代谢相关（结果未发表）。

表9总结了用系统生物学方法对产物合成调控规律的研究。

尽管如今已经揭示了许多调控因子和机制，但仍有许多未知的调控因子和调控规律等待探索。随着研究的不断深入，新的调控因子和机制将被发现，进一步深化对酵母蛋白质合成与调控的理解。这些发现不仅有助于揭示生命的基本规律，还能为食品生物技术和医学领域提供重要的理论基础和应用前景。

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结 语

本文主要分为3个部分进行综述，分别为：常用于酵母蛋白生产菌株的研究、酵母蛋白在食品工业中的生产与应用和酵母蛋白的合成调控规律。酵母蛋白的生产不仅能够有效利用农业和工业废弃物，减少环境污染，还能提供丰富的必需氨基酸，满足人类对高质量蛋白质的需求。随着全球人口的增长和消费模式的变化，酵母蛋白的开发和应用将为解决蛋白质短缺问题提供重要的支持。通过综述常用于生产酵母蛋白的酵母菌种，认为不同的酵母种类通常会含有不同的酵母菌体蛋白含量范围和不同的菌体生物量，后续可对其蛋白进行进一步氨基酸分析和通过优化手段提升菌种的生物量以筛选较为优质的酵母蛋白生产菌种。酵母蛋白是一种新型的可持续蛋白质来源，因其高营养价值、环境友好和广泛的应用潜力，正逐渐成为替代传统蛋白来源的有力候选。从酿酒酵母到假丝酵母，再到解脂耶氏酵母和马克斯克鲁维酵母等，多种酵母菌株在酵母蛋白的生产中展现出独特的优势和潜力。系统生物学的发展为挖掘关键基因、代谢通路、转录因子和调控机制的研究提供了成熟的工具选择。

酵母蛋白作为一种新型的可持续蛋白质来源，具有巨大的发展潜力和广阔的应用前景。随着全球人口的增长和对蛋白质需求的不断增加，酵母蛋白在未来的食品、饲料和生物制药等领域发挥着重要作用。在自然选育下，各种酵母将具备生产高质量蛋白质的潜质，而高产优质酵母蛋白的关键合成基因与调控元件等尚未明确，同时优质蛋白的合成调控规律有待阐明。未来，随着研究的不断深入，新的酵母菌株和调控机制将被发现利用，通过基因编辑技术对特定的基因目标进行修饰，进一步提高酵母蛋白的产量和质量，推动酵母蛋白产业的发展；通过技术创新、应用领域拓展、可持续发展和政策支持，酵母蛋白有望在未来为解决全球蛋白质短缺问题和实现可持续发展目标做出重要贡献。