Cell agriculture细胞农业作为一种变革性范式应运而生，旨在直接从细胞中生产肉类、奶制品和功能性食品成分，绕过传统的以动物为基础的供应链。根据细胞来源可以分为动物细胞农业（animal cell agriculture），植物细胞农业（plant cell agriculture,） 和微生物细胞农业（microbial cell agri culture）。微生物细胞农业有其独特的优势，受到了广泛关注。
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可做微生物农业的微生物种类
区别于培养肉，微生物细胞主要通过精密发酵来生产功能蛋白，风味物质等。什么是精密发酵由下表可以看出，酿酒酵母菌，乳酸菌，丝状真菌和大肠杆菌是常用的微生物农业菌株。其中酿酒酵母和毕赤酵母主要用于生产大的结构蛋白，比如乳清蛋白（Whey proteins）和干酪素（ caseins）。乳酸菌用于生产风味因子（Flavor factors）、生物活性物质（bioactive）和肽（peptides）。丝状真菌主要用于生产多糖酶（Polysaccharidases）, 粘合剂（adhesive） 和蛋白（proteins）。大肠杆菌主要用于生产小结构蛋白（Small structural proteins）。
乳清蛋白（Whey proteins）
乳清蛋白是牛奶中水溶性蛋白质的总称，约占牛奶总蛋白的20%。在奶酪制作过程中，牛奶凝结后分离出的液体（乳清）经加工提纯得到。其主要成分包括β-乳球蛋白、α-乳白蛋白、免疫球蛋白等，具有易消化吸收、氨基酸组成均衡的特点，常用于运动营养、婴幼儿配方食品和保健品中。
干酪素（Caseins） #
干酪素是牛奶中主要的蛋白质（约占总蛋白的80%），为磷蛋白的一种，在酸性条件下（如pH<4.6）会凝结沉淀。其结构疏松，易被凝乳酶分解，是奶酪、酸奶等乳制品的主要成分。干酪素具有良好的乳化性和热稳定性，也广泛应用于食品工业（如增稠剂）、涂料和胶粘剂等领域。
风味因子（Flavor factors） #
风味因子指影响食品或物质感官特性（味道、香气、口感等）的化学物质或成分。在乳制品中，可能包括脂肪酸（如短链脂肪酸提供奶香）、氨基酸（如谷氨酸呈鲜味）、挥发性化合物（如醛类、酮类）等。这些成分的种类和比例决定了产品的独特风味，是食品加工中风味调控的核心研究对象。
大结构蛋白（Large structural proteins） #
大结构蛋白通常指分子量大、具有特定空间结构且承担结构支撑功能的蛋白质。例如胶原蛋白（结缔组织）、肌球蛋白（肌肉纤维）等，其氨基酸链通过复杂折叠形成纤维状或球状结构，在生物体中起维持细胞形态、提供机械强度等作用。在食品中，这类蛋白可能影响质地（如肉类的嫩度）。
小结构蛋白（Small structural proteins） #
小结构蛋白一般指分子量较小、结构相对简单的蛋白质，可能参与细胞信号传导、酶催化辅助或小分子运输等功能。例如乳铁蛋白（结合铁离子的小蛋白）、溶菌酶（抗菌小蛋白）等，其结构通常为单链或简单折叠，在食品中可能具有生物活性（如抑菌、抗氧化）。
多糖酶（Polysaccharidases） #
多糖酶是一类能催化多糖（如淀粉、纤维素、果胶等）水解的酶，属于碳水化合物酶类。根据底物不同可分为淀粉酶（分解淀粉）、纤维素酶（分解纤维素）、果胶酶（分解果胶）等。在食品工业中，常用于果汁澄清、面包发酵、饲料加工等，以提高原料利用率或改善产品质地。
02
微生物细胞农业的优缺点
微生物细胞农业不同于动物细胞和植物细胞，微生物细胞的改造及发酵工艺非常成熟。其优势主要体现在以下方面：
（1）以上所提及的所有微生物细胞已经有成熟的技术，及易形成标准工艺，并最终产业化。
（2）微生物细胞生长速度快。
（3）微生物细胞可以利用的营养物质较为丰富，便于降低成本。
目前微生物精密发酵任然面临一些瓶颈，主要在于：怎么样保持目标蛋白结构的准确性，这对功能蛋白的感官和营养极其相关；除了功能蛋白外，还需要诸如酪蛋白胶束，脂质体系结构来共同作用；部分微生物细胞存在潜在的危险，比如内毒素的残留，因此消费者会更加关注其来源，组成和是否安全。
03
广泛意义上的微生物农业
上述说提及的是指微生物细胞在替代动物来源食品方面的应用。【前沿科学】培养肉的研究进展与挑战。除此之外，微生物已经在多方面为人类提供了更为丰富的资源。比如单细胞蛋白：两种非常有前景的、绿色的单细胞蛋白-毕赤酵母和空气蛋白；发酵饲料，微生物可以利用难以直接应用的农副产物生产有价值的饲料资源【发酵饲料】发酵饲料的应用。在更广泛的层面上，微生物农业又称之为“白色农业”，泛指能够为人类提供必须资源的微生物产业，包括微生物能源，微生物肥料，微生物农药，饲料添加剂等。
参考文献：Artificial intelligence-enabled cellular Agriculture: Multiscale modeling, process optimization, and future directions
