对可持续蛋白质和脂质（lipids）日益增长的需求，以及传统食品系统的环境限制，正在加速寻找替代生产途径。基于酵母的发酵技术提供了一个多功能平台，用于将挑战性副流（side streams）（包括农业或食品残留物以及工业副产品）转化为高价值食品成分。这篇见解文
对可持续蛋白质和脂质（lipids）日益增长的需求，以及传统食品系统的环境限制，正在加速寻找替代生产途径。基于酵母的发酵技术提供了一个多功能平台，用于将挑战性副流（side streams）（包括农业或食品残留物以及工业副产品）转化为高价值食品成分。这篇见解文章考察了使用常规和非常规酵母的生物质发酵（biomass fermentation）和精准发酵（precision fermentation），强调了它们在从挑战性底物中生产蛋白质和油脂方面的各自作用。比较了关键酵母细胞工厂在鲁棒性、代谢灵活性和循环生物经济（circular bioeconomy）应用适用性方面的特点。强调了支撑精准发酵的合成生物学和菌株工程进展，以及下游加工和与食品应用相关的监管考虑的重要性。主要挑战仍然存在于放大、基础设施可用性、监管协调和消费者接受度，这些将最终决定工业部署。总体而言，基于残渣的酵母发酵被定位为一种能够将食品生产与农业用地脱钩的变革性技术。
全球食品需求的持续增长加剧了生产系统的集约化，导致温室气体（GHG）排放增加及其他环境影响。畜牧业造成森林砍伐、生物多样性丧失和自然生态系统退化，植物油生产也影响森林、耕地等碳富集生态系统，这凸显了食品行业向新型生产路线转型的必要性。基于酵母的技术在可持续生产蛋白质、脂质（lipids）及其他食品成分方面提供了有前景的解决方案。生物质发酵（biomass fermentation）和精准发酵（precision fermentation）预期在应对食品短缺和替代蛋白、脂肪需求中发挥关键作用。利用低成本挑战性原料（包括农业副流和工业副产品）作为碳源，更具经济可行性和环境可持续性，有助于循环经济，降低生产成本并减少环境影响。
微生物发酵将废物转化为增值产品，但常面临细胞胁迫（如高渗透压、毒性化合物）。细菌（如大肠杆菌Escherichia coli）生长快、易遗传操作，但缺乏真核蛋白折叠和翻译后修饰（PTMs）能力。丝状真菌（如曲霉Aspergillus spp.）分泌代谢物和酶，但多细胞结构导致流变学问题。非常规酵母克服了细菌和丝状真菌的局限，能实现高细胞密度、高产量，并提供真核PTMs，适合蛋白质生产，某些种还能积累大量胞内脂质。酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae虽广泛使用，但Crabtree阳性代谢（产生乙醇）和无法利用替代碳源（如乳糖）限制其应用。汉逊酵母Hansenula polymorpha和马克斯克鲁维酵母Kluyveromyces marxianus具耐热性，可分别利用木糖/甲醇和乳糖/菊粉。巴斯德毕赤酵母Komagataella phaffii（原Pichia pastoris）具高蛋白表达能力和甲醇诱导型启动子。解脂耶氏酵母Yarrowia lipolytica耐渗透压，能代谢疏水底物，用于有机酸、脂质和重组蛋白生产。盐生德巴利酵母Debaryomyces hansenii为产油酵母，列入欧洲食品安全局（EFSA）的合格安全推定（QPS）名单，耐高盐、宽温宽pH，能利用多种碳源和发酵抑制物，但遗传工具缺乏限制其潜力。
生物质发酵利用全微生物细胞从低成本可再生原料生产食品和饲料，典型产品为单细胞油（SCOs）和单细胞蛋白（SCPs）。
产油酵母（如Y. lipolytica、Rhodosporidium toruloides、Cutaneotrichosporon oleaginosum）能积累超过20%干重的脂质，通过从头合成或外源同化途径，脂肪酸谱富含棕榈酸、硬脂酸和油酸，bwin必赢官方授权平台可模拟动物脂肪的感官特性（质地、香气、口感）。SCO可用于植物基产品中作为脂肪增强剂或结构脂肪。通过精准发酵与生物质发酵结合，可定制脂质谱（如高油酸工业油、仿黄油脂肪）。两阶段补料分批系统（如Saitozyma podzolica DSM 27192）可提高脂质生产力，减少泡沫，改善氧气传递。
酵母SCP（如S. cerevisiae、K. marxianus、Cyberlindnera jadinii、Y. lipolytica、K. phaffii）具有高蛋白含量（Y. lipolytica可达48–70%），且氨基酸谱平衡，富含亮氨酸、缬氨酸、赖氨酸等必需氨基酸（EAA），但蛋氨酸常为限制性氨基酸。C. jadinii总EAA含量最高（43.2%），Y. lipolytica和Blastobotrys adeninivorans也具高赖氨酸水平。SCP还提供维生素（β-胡萝卜素、B族、C、E）和抗氧化功能。监管方面，美国饲料管理官员协会（AAFCO）建议饲料蛋白质含量≥40%，人类消费核酸
<2%，欧盟受新型食品法规（eu/2015/2283）监管，y. lipolytica已获efsa批准。潜在风险（霉菌毒素、不良风味、高核酸含量、细胞壁消化性）可通过底物/菌株选择、工艺优化和酶处理解决。
精准发酵专注于生产高价值、高纯度化合物，通过下游加工和菌株工程实现。由于其去除细胞和DNA，精确定义避免被标记为转基因。下游加工是关键瓶颈，常使用GRAS/QPS生物体及可扩展工艺（如沉淀）或分泌策略。
精准发酵融合传统发酵与合成生物学工具，包括标准化遗传部件、基因组规模代谢模型、CRISPR（如CRISPRai）系统、动态基因电路和CRISPR-Cas基因组编辑工具。常用酵母底盘包括S. cerevisiae、K. phaffii、Y. lipolytica，但其他非常规酵母合成生物学工具有限。
4.2.1. 蛋白质：重组蛋白生产（如牛奶和鸡蛋蛋白）需求增长，酵母发酵占主导。酪蛋白（caseins）的糖基化对胶束形成和功能特性至关重要，K. phaffii优于S. cerevisiae。人乳蛋白（如乳铁蛋白）用于婴儿配方食品。血红素蛋白（如大豆豆血红蛋白）用于模拟肉类颜色和风味。
4.2.2. 脂质：通过工程化酵母脂质代谢，定制脂肪酸链长和甘油三酯位置分布，以模拟肉、鱼或乳脂肪。例如表达硫酯酶和酮脂酰合酶控制链终止和延伸。
4.2.3. 其他食品成分：碳水化合物（如人乳寡糖2-岩藻糖基乳糖、乳糖-N-新四糖）通过表达糖基转移酶和优化途径生产。风味分子（如γ-癸内酯）、色素（如β-胡萝卜素）、功能成分也可通过Y. lipolytica等产油酵母生产。
农业食品生物技术可将废物流转化为SCO或SCP。底物包括碳水化合物丰富废物（糖平台）、短链脂肪酸（SCFA）丰富消化液（羧酸盐平台）、脂质丰富废物和高盐废物。
海产品及腌制肉类工业产生高盐废水，Trichosporon cutaneum经适应性进化后耐盐130 g/L NaCl，在3.5%盐度下脂质产量31.7 g/L。Y. lipolytica过表达DGA1基因在海水中以粗甘油为碳源，脂质含量达21%，生物量48 g/L。D. hansenii在非无菌条件下利用工业盐性副产品生产黄色荧光蛋白。
酵母生物质和精准发酵潜力巨大，但需技术进步以实现规模化。消费者接受度是关键，需强调安全性和与传统发酵的连续性。监管框架需协调，避免GMO定义不一致导致的标签问题。发酵可减少对农业用地的依赖，但需大幅增加发酵基础设施（如生产10%乳蛋白补充剂需扩展50倍）。放大是瓶颈，人工智能（AI）提供新机遇，包括数据驱动决策、规模预测、数字孪生控制。AI模型也助力菌株工程（基因型-表型关联、代谢模型改进）。生物铸造厂和自动化加速高通量开发。