氨基酸行业专题报告助益粮食安全,借力合成

（报告出品方/作者：华泰证券，张雄、庄汀洲、杨泽鹏）

氨基酸：构建蛋白质的基础物质，品类丰富、规模持续增长

氨基酸是分子内含有氨基和羧基的一类有机化合物，是构建生物体蛋白质的基础物质，氨基酸/蛋白质几乎参与生物体内的每个化学反应，被机体用于制造抗体蛋白、血红蛋白、酶和激素等，以维持和调节新陈代谢。按照人体是否可自主合成，氨基酸分为必需氨基酸和非必需氨基酸两类，其中必需氨基酸主要包括赖氨酸、苏氨酸、蛋氨酸、缬氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、异亮氨酸和亮氨酸，由于机体无法自主合成或者合成效率无法满足正常代谢需要，必须通过外界摄取的方式补充，非必需氨基酸主要包括谷氨酸、甘氨酸、脯氨酸、丙氨酸等。按照市场规模和是否为蛋白类氨基酸分类，则可分为大品种氨基酸、中小品种氨基酸和非蛋白类氨基酸及衍生物，其中大品种氨基酸主要系赖氨酸、谷氨酸、蛋氨酸、苏氨酸和甘氨酸，目前全球需求规模在百万吨及以上，小品种氨基酸包括缬氨酸、色氨酸、丙氨酸、精氨酸和异亮氨酸等，由于生产成本和价格相对偏高等因素，目前全球需求规模相对较小，非蛋白类氨基酸及衍生物则主要包括鸟氨酸、瓜氨酸等。

据ImarcGroup和PolarisMarketResearch，年全球氨基酸需求量预计超过万吨，市场规模近亿美元，受益于下游养殖、医药等需求增长，近年全球氨基酸需求保持增长态势，且预计年全球氨基酸需求量和市场规模将分别增长至约万吨和亿美元，24-25年CAGR分别约4.7%和7.5%。

由于氨基酸的主要终端为构建生物体的蛋白质，目前已规模化应用的品种，如赖氨酸、苏氨酸、蛋氨酸和缬氨酸等，其直接下游主要是用作养殖领域，少量用于医药和食品添加剂等领域，氨基酸主要通过养殖、医药和食品添加剂等用途，最终取向主要被人体所吸收。

由于氨基酸对维持和调节生长代谢的必要性，近年在养殖领域用于替代豆粕等需求持续增长，全球诸多企业均积极布局。国内方面，代表企业包括梅花生物、星湖科技、阜丰集团和华恒生物等，欧美企业如德国赢创等，日韩企业主要包括日本味之素和韩国希杰等。

粮食安全背景下，氨基酸用于豆粕减量替代需求持续增长

低蛋白日粮饲料持续推广，助力解决大豆结构性短缺问题

氨基酸在饲料中添加能更好地发挥饲料功效，可提升养殖效率，同时具备节约蛋白资源、提升氮利用效率和环保等功能，目前全球用量较大的品类主要包括赖氨酸、苏氨酸、蛋氨酸和缬氨酸等品种。更为关键的是，部分氨基酸是动物生长过程中的必需氨基酸，但不能由动物体自身合成（也称为限制性氨基酸），必须依靠饲料添加的方式提供动物生长所需的营养，例如仔猪生长过程的第1-5类限制性氨基酸分别为赖氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、色氨酸、缬氨酸，蛋鸡生长过程的第1-4类限制性氨基酸为蛋氨酸、赖氨酸、色氨酸、苏氨酸。

据博亚和讯，22年国内养殖业饲料消费量约4.54亿吨，19-22年CAGR约4%，受益于人均肉禽蛋消费量提升等因素，预计至25年将提升至4.96亿吨左右，23-25年CAGR约3%。从饲料消费结构来看，18-22年能量/蛋白饲料消费平均占比约69%/25%，且较为稳定，其中22年分别为3.2/1.2亿吨，占比70/26%。我国能量饲料以玉米、小麦为主，21年国内玉米类能量饲料消费量1.7亿吨，约占能量饲料消费量的55%，而蛋白饲料则以豆粕为主，21年豆粕类蛋白饲料消费量约万吨，占蛋白饲料的比重达60%。

由于气候条件和土壤状况等原因，我国用作能量饲料的玉米自给率高，而用作蛋白饲料的豆粕的原料大豆进口依赖度居高不下。据汇易网，13-23年国内大豆进口依赖度维持80%以上。由于大豆进口依赖度高，我国饲料原料的结构性短缺成为亟待解决的重要课题。

据联合国粮农组织，年全球玉米和大豆进口区域分布中，中国占全球玉米进口贸易量比重约5%，而大豆进口贸易量则占全球比重达62%。另据海关总署，年国内大豆进口来源中，转基因大豆主要来自巴西和美国进口，占比分别约70%和27%，非转基因大豆主要来自俄罗斯，占比约76%。

为应对外部供应的不确定性和保障粮食安全，同时促进养殖行业降本增效等需求，近年来我国农业农村部不断推进豆粕减量替代工作，推广低蛋白质日粮饲料技术。据中国畜牧兽医报，年我国饲用豆粕在饲料消耗中的占比已下降至14.5%（较年减少3.3pct），相当于节省豆粕万吨（折合大豆约万吨）。年4月，农业农村部发布《饲用豆粕减量替代三年行动方案》，进一步明确豆粕减量替代的目标和路径，23-25年饲料中豆粕用量占比每年需下降0.5pct以上，至25年需下降至13%以下，由于豆粕中氨基酸含量占比较高，豆粕使用量的下降将促进饲料氨基酸需求的增长。

参考华泰研究23年11月6日的研报《氨基酸景气向上，平台化驱动成长》测算，假设23/24/25年豆粕占饲料用量比重逐年降0.5pct，分别为14.0%/13.5%/13.0%，将有望驱动赖氨酸/苏氨酸/缬氨酸/异亮氨酸/色氨酸/蛋氨酸等氨基酸产品的需求持续增长，6种氨基酸产品23-25年的理论需求量合计每年将新增近10万吨，且若未来豆粕实际用量占比每年下降超过0.5pct，或者考虑杂粕用量亦可由氨基酸部分替代等因素，豆粕减量替代对氨基酸实际需求增量带动将更显著。但阶段性而言，由于小品种氨基酸成本高企等因素，一定程度上制约氨基酸对豆粕替代的进程。

转基因玉米单产有望提升，或驱动氨基酸成本下降、推升替代豆粕性价比

氨基酸替代豆粕的关键要素之一：全球主要粮食产区玉米种植土地利用效率显著高于大豆

据美国农业部，全球主要玉米和大豆产区15/16年度-23/24年度的玉米亩产普遍高于大豆，其中阿根廷、中国和美国玉米亩产多数是大豆的2-4倍，玉米具备更高的种植效率，而目前全球工业化生产的氨基酸，均主要通过玉米为原材料发酵获得，因此玉米和大豆种植效率的差异，是支撑氨基酸替代豆粕可行性的关键要素之一。

全球转基因作物持续推广，国内渗透率仍较低

上世纪90年代以来，随着转基因作物在美国的大面积推广，全球转基因作物的商业化进程逐步开启。年至年，全球转基因作物推广国家数量的增加及单个国家的渗透率提升带动转基因作物种植面积持续保持高速扩张；据ISAAA，截至年，全球转基因作物的种植面积约26.3亿亩；年以来，欧盟、俄罗斯等国家/地区对待转基因作物的种植限制较多，导致转基因作物拓展新市场的难度提高，而固有市场的渗透率已至高位，转基因作物的种植面积增长放缓，年至年间的复合增速约1.38%。截至年，全球转基因作物总种植面积达到约29.3亿亩。

据ISAAA，年种植转基因作物的29个国家/地区中，12个为美洲国家/地区、占比约41%。从种植面积看，年美洲国家/地区的转基因作物种植面积约占全球的88.12%，其次为亚洲国家/地区（面积占比约10.2%）。年，全球有7个国家的转基因作物种植面积超过万亩，其中排名前三的美国、巴西和阿根廷均为美洲国家。

据联合国粮农组织，年全球玉米种植面积约29.5亿亩，其中中国、美国、巴西、印度和欧盟是前五大种植国家/地区。由于中国尚未开始转基因玉米的大规模商业化种植，而欧盟内部对转基因作物分歧众多、实际种植面积偏低，因此转基因玉米在全球的推广主力仍是美洲国家。美国、巴西和阿根廷三大转基因推广国家的玉米种植面积约占全球的29%，而转基因玉米在三个国家的种植渗透率在年已超过80%左右，加上加拿大、菲律宾、南非、欧盟和越南均有一定比例的转基因玉米种植，全球的转基因玉米种植面积约9.14亿亩、种植渗透率约31%。

大豆方面，据联合国粮农组织，年全球大豆种植面积约18.5亿亩。其中，前十大种植国中，巴西、美国、阿根廷、巴拉圭、加拿大和玻利维亚均为美洲国家、有着高比例的转基因大豆种植（美国和阿根廷的转基因大豆渗透率约%，巴西约96%），而五个国家大豆的合计种植面积约占全球的74%，加上乌拉圭、墨西哥和南非也有一定数量的转基因大豆种植，带动转基因大豆在全球的渗透率高达74%左右。

转基因作物推广可带动粮食单产显著提升

据联合国粮农组织，截至年，美巴阿三国玉米的十年移动平均单产约公斤/亩，其中阿根廷玉米的十年移动平均单产约公斤/亩，均高于欧盟（公斤/亩）和中国（公斤/亩）。年以来，南美三国和美国分别保持了12%左右和21%左右的玉米收获面积占比。单产提升和成本优势的带动下，巴西和阿根廷的玉米产量占比和出口占比均有提升。

转基因作物的优势在于：1）增产，据GrahamBrooks，年~年，转基因抗虫性状为玉米、棉花等作物带来了明显的增产效果，不同国家增产幅度不一、多在7%~30%的范围内。从美国部分农场的调查数据来看，转基因大豆的单产在年~年期间平均较非转基因大豆提升约29%，转基因玉米的单产在年~年期间平均较非转基因玉米提升约19%；2）增加二季作物种植。例如转基因耐除草剂（HT）大豆的种植使阿根廷、巴拉圭等南美国家可更多地采用免耕和减耕技术、缩短生产周期，可种植二季大豆。

国内转基因种子有望推广，玉米种植效率提升或进一步推升氨基酸性价比

年，国家科技部、财政部联合启动“国家转基因植物研究与产业化专项”。年，国家正式启动转基因重大专项、并投入了多亿资金，目标是获得一批具有自主知识产权和重要应用价值的功能基因，培育一批抗病虫、抗逆、优质、高产、高效的重大转基因动植物新品种，提高农业转基因生物研究和产业化整体水平。此外，我国在十三五规划（年~年）和十四五规划（年~年）中提出“加速推动基因组学等生物技术大规模应用，推进生物育种等新一代生物技术产品和服务的规模化发展”的纲要。经过多年的研究和储备，我国的转基因作物研究已跻身世界领先水平。根据国家知识产权局在年的统计，我国的转基因玉米专利申请数量自年起明显增加、与世界范围内专利申请数量的差距显著缩小；年至年，中国申请人在世界范围内提交了6件专利，申请数量占比约达24%、仅次于美国。

粮食安全的战略重要性、及草地贪夜蛾虫害在国内的传播也使得转基因种子的商业化放开更为必要和紧迫。参考华泰农业年3月31日发布的研报《技术红利再现,农业重塑可期》，年以来，国内转基因玉米和大豆种植用安全证书获批数目不断增加，“预计年将是玉米和大豆在中国的生物育种产业化元年”，同时转基因玉米的安全证书获批数目显著多于大豆，我们认为未来在转基因种子有望推广的背景下，尤其未来转基因玉米种子推广有望带动国内玉米亩产的提升，进而助力氨基酸生产成本的下降，推升氨基酸替代豆粕的性价比。

合成生物蓝海渐至，引领氨基酸行业降本及需求扩张

合成生物：开启化合物生物合成新篇章，产业和政策引领下蓝海将至

合成生物技术以细胞代谢/酶催化替代传统化工过程，提供了化合物合成的新路径，集中解决了物质合成的三个重要问题：（1）生产过程利于碳中和，通过微生物/酶催化以CO2、生物质、工业副产物等为底物，减少化石燃料使用，具备显著的环保和循环经济等优势；（2）降低生产成本，生物发酵/酶催化的反应环境，通常温度、压力等条件更加温和，有助于节能降耗；（3）实现特殊结构和功能化合物的从头合成，依托微生物代谢途径，有望获得传统化工过程难以合成的产物，且可通过遗传、代谢等途径的分析、计算和重新设计，预测、编码以及重头合成指导新物质生产的全新DNA，实现新物质、新基因的创造。

随着产业技术进步，合成生物制造近年来被世界主要经济体持续高度