氨基酸种类、市场现状及技术情况如何？

白质的基本组成单元，种类多样、全球市场规模持续扩张。

1、 氨基酸种类多样，中国是氨基酸生产和出口大国

按营养功能分类，氨基酸可以分为必需氨基酸、半必需氨基酸和非必需氨基酸 三种，其中必需氨基酸 8 种，是人体不能自行合成的，只能通过日常饮食摄入；精 氨酸和组氨酸属于半必需氨基酸，通常自身合成的量不能够满足人体需求，在婴幼 儿时期这两种属于必需氨基酸；而剩余的 10 种则属于非必需氨基酸。 按照滋味分类，大部分氨基酸具有甜味和苦味，而少数氨基酸则带有酸味和鲜 味。氨基酸的味道取决于其侧链基团 R 的疏水性，疏水氨基酸主要呈现出甜味，例 如丙氨酸、甘氨酸和丝氨酸等；亲水氨基酸则以苦味为主，如精氨酸、亮氨酸和酪 氨酸等；此外，极性带负电荷的氨基酸则会呈现出明显的酸味，比如谷氨酸、天冬 氨酸，这两种也是可以呈现出特殊鲜味的氨基酸，另外鲜味氨基酸还有苯丙氨酸、 丙氨酸、甘氨酸和酪氨酸。

全球氨基酸需求量及市场规模有望保持增长。氨基酸在饲料、食品、医药、培 养基、保健品等领域发挥着至关重要作用。随着全球经济快速发展，氨基酸应用领 域不断延伸、全球氨基酸工业快速发展。根据 Imarc Group 的数据，全球氨基酸产量 在 2021 年突破 1000 万吨，预计在 2022-2027 年间保持 4.7%的年均复合增长率，2027 年产量规模将达到 1,380 万吨。根据 Polaris Market Research 数据，全球氨基酸市场 规模在 2021 年达到 261.9 亿美元，预计在 2022-2030 年间保持 7.5%的年均复合增长 率，2030 年全球氨基酸市场规模将达到 494.2 亿美元。 我国氨基酸品种齐全，2023 年饲用氨基酸（赖氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、色氨酸） 产量全球占比提升至 70.4%。我国氨基酸产业起步较晚，但发展迅速，现已成为全 球氨基酸生产和出口大国。国内生产的氨基酸主要包括如赖氨酸、苏氨酸、蛋氨酸、 谷氨酸等处于稳定增长期的大品种氨基酸，以及如丙氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸、脯 氨酸、异亮氨酸等处于快速成长期的小品种氨基酸。目前国内生产的氨基酸主要用 于食品和动物饲料，在化妆品、精细化工合成等方面也有广泛应用。其中饲用氨基 酸也称动物营养氨基酸，是作为动物营养类饲料添加剂使用的氨基酸的统称，其能 更好地发挥饲料的功效，提升饲料利用效率，补充和平衡营养。

据博亚和讯测算，2023 年：（1）全球方面，饲用氨基酸（主要包括赖氨酸、蛋 氨酸、苏氨酸、色氨酸，下同）总产量约 615 万吨，同比增长 2.0%，2016-2023 年 产量 CAGR 为 4.9%；市场规模 121.8 亿美元，同比下降 20.5%，主要是因为 2023 年 除了饲用色氨酸价格上涨外，其余饲用氨基酸价格不同程度下跌。（2）中国方面， 饲用氨基酸产量约 433 万吨，同比增长 12.4%，2016-2023 年产量 CAGR 为 12.1%， 高于全球增长速度；市场规模 69.5 亿美元，同比下降 0.7%。2023 年中国饲用氨基酸 产量全球占比提升至 70.4%，其中赖氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、色氨酸产量同比分别增 长 10.7%、31.2%、7.1%、30.3%，全球占比分别为 81.6%、34.6%、94.7%、41.4%； 赖氨酸、蛋氨酸、苏氨酸的出口量/产量分别为 34.0%、26.6%、63.2%。

2、 氨基酸主要以生物法生产，合成生物学技术有望进一步扩宽氨基酸 应用市场

氨基酸工业生产主要采用生物法（直接发酵法和酶转化法）。氨基酸自 20 世纪 初期实现工业化生产，生产方法包括提取法、化学合成法以及生物法（包括直接发 酵法和酶转化法），其中：提取法由于蛋白原料来源有限且易造成环境污染，仅用于 少数氨基酸的生产，如半胱氨酸。化学合成法由于反应条件苛刻且产物容易消旋化， 也仅用于蛋氨酸、甘氨酸等少数氨基酸的生产。生物法具有原料成本低、反应条件 温和、易大规模生产等优点，被广泛应用于氨基酸的工业化生产。目前生产氨基酸 原材料主要是从玉米、大豆和小麦等农产品中提取，如从玉米淀粉中提取的葡萄糖 作为碳源，补加各种无机盐及氮源，通过生产菌种进行新陈代谢，得到所需的产物， 再进行提纯、烘干、包装。作为生物发酵的细分行业，氨基酸行业的技术水平主要 体现在生产效率、菌种质量和资源综合利用能力等方面，生产效率主要在于原材料 消耗、成品收得率和能源消耗等指标方面的持续优化。

合成生物技术是生物制造产业的核心技术，助力产业结构和能源结构调整。生 物制造技术是利用微生物或者酶将淀粉、葡萄糖、脂肪酸、蛋白甚至纤维素等农业 资源转化为化学品、燃料或者材料的技术，具有投入小、见效快、产出大等特点， 工业生产稳定性强。为实现产业的可持续发展，科研人员将生物制造技术引入传统 的氨基酸生产方式中，有效解决了氨基酸行业面临的环保和能源压力。合成生物技 术是生物制造产业的核心技术，是在工程学思想的指导下，利用基因组测序、生物 工程、化学合成和计算机模拟等技术进行生命设计与合成再造。在生物制造产业化 阶段，由于微生物细胞或酶的原有生物系统限制，工业化生产过程中往往会遇到许 多技术瓶颈。在合成生物学的基础上，研发人员可以利用基因合成、基因编辑、途 径组装与优化、细胞全局优化等技术，创建全新的细胞工厂，突破原有生物系统的 限制，创造出更加符合产业化的新型生物系统，加速科技成果的工业化进程。在合 成生物技术推动下，目前已有氨基酸、维生素、多糖、乳酸等多种大宗产品通过生 物发酵技术实现规模化生产。

中国科学院天津工业生物技术研究所（简称“天津工业生物所”）是我国工业生 物技术和生物制造领域的主力代表。根据研究所官网报道及相关文献，在氨基酸方 面：（1）通过建立计算机菌种设计、关键酶理性设计、代谢途径重构、菌种智能进 化筛选等一整套核心菌种研发体系，成功开发新一代赖氨酸合成菌种，转化率居世 界领先地位，核心专利在中国、日本、美国等国已获得授权。（2）通过 L-丙氨酸最 优途径设计、合成途径重建、合成途径精确调控和细胞性能优化，构建出将葡萄糖 高效转化为L-丙氨酸的细胞工厂，此后与企业合作利用该技术建成年产3万吨 L- 丙 氨酸的生产线并实现稳定生产，生产成本相比化工路线降低 50%，并避免了二氧化 碳排放。此外，随着发酵法 L-丙氨酸的量产，以其为原材料制造新型环保的无磷洗 涤剂甲基甘氨酸二乙酸（MGDA）替代传统的含磷洗涤剂，对保护水体生态环境意 义重大。（3）天津工业生物所等在 2022-2023 年期间发表一碳气体蛋白生物制造及其在水产和畜牧饲料产业应用方面的前沿综述等。 世界经合组织（OECD）预测至 2030 年，将有 35%的化学品和其它工业产品来 自生物制造，生物制造在生物经济中的贡献率将达到 39%，超过生物农业（36%） 和生物医药（25%），且将有 25%的有机化学品和 20%的化石燃料由生物基化产品取 代，基于可再生资源的生物经济形态终将形成。未来，随着生物制造水平的不断提 高和下游应用领域的不断开拓，氨基酸产品的市场空间有望进一步扩宽。