氨基酸深度研究：助益粮食安全借力合成生物
区别于市场的观点：1、我们看好氨基酸行业的长期成长性；2、我们看好合成生物技术进步驱动氨基酸行业发展及估值重塑；3、我们提出未来国内转基因玉米推广有望推升氨基酸替代豆粕性价比的观点；4、我们大家都认为市场对大品种氨基酸行业格局优化的投资价值有所忽视。
氨基酸是构建蛋白质的基础物质，23年全球需求超千万吨。我们大家都认为，中长期：①粮食安全背景下，氨基酸替代豆粕需求有望持续增长；②合成生物技术助力小品种氨基酸成本下降和需求扩张；③未来转基因玉米推广或助力氨基酸成本下降，推升氨基酸替代豆粕性价比。短中期：①赖/苏/蛋氨酸等大品种竞争格局优化，支撑产品盈利中枢；②伴随下游养殖领域存栏持续去化，未来猪价有望回升带动存栏恢复，助力氨基酸需求；③当前豆价低位或抑制种植利润，叠加天气等扰动，未来豆粕价格存回升预期助力氨基酸提价；④赖/苏氨酸出口占比高，海外需求亦有支撑。
粮食安全背景下，全球氨基酸（主要以玉米为原料）替代豆粕用于养殖需求持续增长，尤其我国大豆自给率低（进口依赖度常年高于80%），据博亚和讯，11-23年全球赖/苏/蛋氨酸需求CAGR达7%/12%/7%，未来伴随低蛋白日粮饲料技术持续推广，氨基酸需求仍有望迅速增加。另一方面，氨基酸替代豆粕的关键要素之一系玉米较大豆种植的土地利用效率更加高，目前全球主要玉米/大豆产区的玉米亩产多数是大豆的2-4倍，由于海外转基因大豆/玉米推广已久，而国内转基因玉米仍在推广初期，未来国内转基因玉米培养种植效率有望提升，进而推升氨基酸替代豆粕的性价比。
合成生物可以再生资源或CO2等为原料，通过生物代谢等方式替代传统化工合成，具备节能降碳、高效及低成本等优势，全球各国资本与政策关注度明显提升并加快部署，近年全球合成生物技术在基因编辑和代谢路径调控、计算机辅助和工程化能力等方面持续进步。生物发酵是目前氨基酸生产的主要工艺，缬/色/异亮/精/苯丙氨酸等小品种氨基酸由于生产壁垒较高，其应用推广主要受成本和价格约束，未来伴随行业企业加码布局并推动生产所带来的成本持续下降，小品种氨基酸需求有望非线性扩大，打开市场增长的天花板。
大品种氨基酸经历长周期行业洗牌，竞争格局显著优化，据博亚和讯，22年赖/苏氨酸全球产能CR3达55%/80%，伴随国内能繁母猪/生猪产能持续去化，未来猪价有望上行带动存栏恢复，同时当前大豆/豆粕价格已处于2020年以来低位或抑制种植利润，叠加天气等扰动，未来豆粕价格或回升，支撑氨基酸需求侧，且出口亦较好，未来供需共振或助力大品种景气；中长期而言，缬/异亮/色/精氨酸等小品种氨基酸因替代豆粕需求的长期增长潜力，行业企业争相布局，未来有望依托合成生物技术驱动成本/价格下降，小品种氨基酸需求有望持续扩张，长期成长潜力显著。
风险提示：氨基酸需求没有到达预期；大品种氨基酸竞争格局恶化；小品种氨基酸技术进步缓慢。
1、我们看好氨基酸行业的长期成长性：一方面，由于我国大豆长期依赖进口，粮食安全背景下，低蛋白日粮饲料技术推广成为长期命题，且氨基酸配方替代豆粕使用对于养殖效率提升亦有显著效果，未来在政策推动及养殖企业饲料配方使用率逐步提升等背景下，氨基酸需求仍有望保持迅速增加；另一方面，养殖领域所需氨基酸包括赖/苏/蛋/缬/色/异亮氨酸等近10种氨基酸，而目前大规模使用的仅赖/苏/蛋氨酸3种，其余品类使用较少主要系成本和价格相比来说较高等因素，但这些品类多数是替代豆粕和提升养殖效率必须的品种，其理论需求空间广阔，未来伴随行业企业加码布局和推动成本下降，行业成长潜力显著。
2、我们看好合成生物技术进步驱动氨基酸行业发展及估值重塑：生物发酵是氨基酸主要的生产的基本工艺，我们大家都认为，目前氨基酸板块或是合成生物领域率先兑现业绩的板块之一。目前缬/色/异亮/精/苯丙氨酸等小品种氨基酸由于生产壁垒较高，其应用推广主要受成本和价格约束，因替代豆粕需求的长期增长潜力，近年来行业企业争相布局，未来依托合成生物技术有望驱动成本/价格持续下降，小品种氨基酸需求有望持续扩张，长期成长潜力显著。同时，未来伴随小品种氨基酸市场需求持续增长，及相应企业合成生物技术实力得到验证，或将有利于行业和企业的估值提升。
3、我们提出未来国内转基因玉米推广有望推升氨基酸替代豆粕性价比的观点：我们大家都认为，目前氨基酸的主要生产的基本工艺为玉米为原材料发酵，氨基酸替代豆粕的关键要素之一是全球主产区玉米对于大豆种植的土地利用效率差异，根据美国农业部的数据，目前全球主要玉米/大豆产区的玉米亩产多数是大豆的2-4倍，由于海外转基因大豆/玉米推广已久，而国内转基因玉米仍在推广初期，未来国内转基因玉米培养种植效率或逐步提升（目前国内转基因大豆获批证书仍较少），进而驱动氨基酸生产所带来的成本下降，推升氨基酸替代豆粕的性价比。
4、我们大家都认为市场对大品种氨基酸行业格局优化的投资价值有所忽视：2020年之前，大品种氨基酸（尤其赖/苏氨酸）行业处于洗牌阶段，行业格局不佳导致企业盈利较差，导致市场给予了行业企业较低的估值。事实上，伴随着国外企业和国内小产能逐步退出，2020年以来大品种氨基酸行业格局显著优化（据博亚和讯，22年赖/苏氨酸全球产能CR3达55%/80%），头部企业定价权和盈利稳定性已明显地增强，叠加国内氨基酸头部企业多数具备高股息的特性，我们大家都认为格局优化、盈利稳定性提升及高股息率的特性，某些特定的程度上将支撑行业企业的价值重估。
氨基酸是分子内含有氨基和羧基的一类有机物，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，被机体用来制造抗体蛋白、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，其中必需氨基酸最重要的包含赖氨酸、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不足以满足正常代谢需要，一定要通过外界摄取的方式补充，非必需氨基酸最重要的包含谷氨酸、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，由于生产所带来的成本和价格相对偏高等因素，目前全球需求规模比较小，非蛋白类氨基酸及衍生物则最重要的包含鸟氨酸、瓜氨酸等。
据Imarc Group和Polaris Market Research，2023年全球氨基酸需求量预计超过1100万吨，市场规模近300亿美元，受益于下游养殖、医药等需求量开始上涨，近年全球氨基酸需求保持增长态势，且预计2025年全球氨基酸需求量和市场规模将分别增长至约1260万吨和344亿美元，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，氨基酸主要是通过养殖、医药和食品添加剂等用途，最终去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，日韩企业最重要的包含日本味之素和韩国希杰等。
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最重要的包含赖氨酸、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6900万吨，占蛋白饲料的比重达60%。
由于天气特征情况和土壤状况等原因，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，2019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，2023年国内大豆进口来源中，转基因大豆大多数来源于巴西和美国进口，占比分别约70%和27%，非转基因大豆大多数来源于俄罗斯，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，2022年我国饲用豆粕在饲料消耗中的占比已下降至14.5%（较2017年减少3.3pct），相当于节省豆粕1400万吨（折合大豆约1800万吨）。2023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的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，某些特定的程度上制约氨基酸对豆粕替代的进程。
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明显高于大豆
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，均主要是通过玉米为原材料发酵获得，因此玉米和大豆养殖效率的差异，是支撑氨基酸替代豆粕可行性的关键要素之一。
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。1996年至2013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培养面积持续保持高速扩张；据ISAAA，截至2013年，全球转基因作物的种植培养面积约26.3亿亩；2013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，转基因作物的种植培养面积增长放缓，2013年至2021年间的复合增速约1.38%。截至2021年，全球转基因作物总种植培养面积达到约29.3亿亩。
据ISAAA，2019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%。从种植培养面积看，2019年美洲国家/地区的转基因作物种植培养面积约占全球的88.12%，其次为亚洲国家/地区（面积占比约10.2%）。2019年，全球有7个国家的转基因作物种植培养面积超过4500万亩，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，2019年全球玉米培养种植面积约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、实际种植培养面积偏低，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培养面积约占全球的29%，而转基因玉米在三个国家的种植渗透率在2019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培养种植，全球的转基因玉米种植培养面积约9.14亿亩、种植渗透率约31%。
大豆方面，据联合国粮农组织，2019年全球大豆种植培养面积约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养殖（美国和阿根廷的转基因大豆渗透率约100%，巴西约96%），而五个国家大豆的合计种植培养面积约占全球的74%，加上乌拉圭、墨西哥和南非也有少数的转基因大豆种植，带动转基因大豆在全球的渗透率高达74%左右。
据联合国粮农组织，截至2020年，美巴阿三国玉米的十年移动平均单产约499公斤/亩，其中阿根廷玉米的十年移动平均单产约462公斤/亩，均高于欧盟（443公斤/亩）和中国（401公斤/亩）。1996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。
转基因作物的优点是：1）增产，据Graham Brooks，1996年~2020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分析来看，转基因大豆的单产在1998年~2016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2000年~2014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。
1999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”。2008年，国家真正开始启动转基因重大专项、并投入了200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（2016年~2020年）和十四五规划（2021年~2025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。依照国家知识产权局在2022年的统计，我国的转基因玉米专利申请数量自2017年起显著增加、与全球范围内专利申请数量的差距显著缩小；1990年至2021年，中国申请人在全球范围内提交了2006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2023年3月31日发布的研报《技术红利再现，农业重塑可期》，2019年以来，国内转基因玉米和大豆种植用安全证书获批数目持续不断的增加，“预计2024 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，我们大家都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所带来的成本的下降，推升氨基酸替代豆粕的性价比。
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）生产的全部过程利于碳中和，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）降低生产所带来的成本，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关注并加快部署。世界经合组织（OECD）预测至2030年，将有35%的化学品和别的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学品取代。
据Synthetic biology，2009年以来，合成生物行业进入加快速度进行发展期，诸多传统化工和新兴企业均展开了合成生物领域的布局，合成生物技术企业全球融资规模不断扩张，2021年创下约180亿美元的融资金额纪录。近年来合成生物产业各细分市场维持高增速水平，据CB Insights预计，2020-2024年合成生物学市场规模年复合增长率将达到28.8%，2024年全球合成生物学市场规模有望达到约189亿美元。
合成生物学技术体系中，DNA合成、生物元件的开发是基础，其中低成本高效DNA合成以及基因编辑技术是最核心的使能技术。过去数年，DNA合成技术在合成长度、合成通量等方面慢慢的提升，目前寡核苷酸链合成通量可达到百万条级，合成成本降低约3个数量级。基因编辑技术方面，2012年开始科学家利用CRISPR/Cas可编程和精准切割等特点陆续发展了一系列基因组编辑工具，由于其方便、快捷、高效、成本低、难度小等特点，为动植物和微生物基因组编辑提供了强有力的工具，2020年诺贝尔化学奖专门授予了从事CRISPR/Cas9基因编辑技术探讨研究的两位科学家，CRISPR/Cas9基因编辑技术被认为是21世纪以来生物技术方面最重要的突破，有效地促进了合成生物学的发展。
从未来趋势看，高效低成本DNA合成技术依然是驱动合成生物技术进步的主要的因素。柱式寡核苷酸化学合成仍是目前多种商用自动化DNA合成仪采用的主要方法，但存在反应效率较低、高纯度的引物合成困难等问题；芯片合成技术可某些特定的程度上实现更高通量、低成本的DNA合成，但由于合成过程在非常小的芯片位点上完成，合成通量逐步提升较为困难。近年来，生物酶催化的DNA合成技术成为新的热门研究领域，其中基于TdT末端转移酶的理论模型认为，利用TdT末端转移酶碱基聚合反应，可以在一定程度上完成不依赖于模板的长片段人工DNA的合成。目前包括美国、法国、英国等在内的多个国家的企业已专注于酶法DNA技术开发，酶法合成技术进步有望在未来继续引领DNA合成及合成生物技术的发展。
基于基因编辑和DNA合成的能力，对于大肠杆菌等特定菌种体内、特定化合物代谢路径（基因片段）的改造和调控，则是合成生物技术实现高转化率、高选择性和低成本生产特定化合物的关键要素。以华恒生物的丙氨酸为例，通过将L-丙氨酸脱氢酶基因引入大肠杆菌，L-丙氨酸脱氢酶能够将丙酮酸转化为L-丙氨酸，同时消耗一个NADH（还原型辅酶I）；为阻止葡萄糖代谢过程中转化为其他产物，需设计敲除丙酮酸竞争途径基因，包括乳酸脱氢酶基因、丙酮酸甲酸裂解酶基因、乙醇脱氢酶基因、乙酸激酶基因、富马酸还原酶基因等，同时需敲除L-丙氨酸降解途径基因（丙氨酸消旋酶），后续经过对初代菌种代谢路径等的设计和优化，发酵法L-丙氨酸技术持续进步。
工程化能力方面，使用先进的生物技术，能轻松实现好氧发酵转厌氧发酵、发酵食品微生物群落的人工合成、构建自养型微生物发酵工厂、人工合成酶等一系列转变。产品工业化过程中，由于细菌发酵生产的全部过程与传统化工催化过程不同，菌种生存的原料、氧气、搅拌速度、温度和压力，以及产物分离技术等，都需要工业化经验。同时需要借助小试-中试-工业化涉及每个方面条件的优化，反馈至前端的代谢路径设计、改造和菌种培育等过程。
远期而言，合成生物的本质是对于生物体内基因“转录-翻译-加工（DNA-RNA-蛋白质）”过程的学习、计算和重构，理论上借助对DNA结构中A、G、C、T四种碱基的重新组合、设计和重构，同时借助计算机辅助学习和计算，可构建“设计-构建-测试-学习”闭环，大幅度的提高物质合成的准确性和效率以及降低成本。
随着理论研究和底层技术进步，全球合成生物领域公司发展迅速。从产业链看，上游包括DNA设计与合成等底层技术与应用支持企业；中下游涉及不同应用领域的过程设计、产品研制和生产企业；部分企业则初步具备系统性平台和产品研制等综合能力。目前来看，合成生物属于全球性新兴领域，国内企业依托自主研发及政策支持，有望在早期即具备一定优势，据CB Insights发布的2020年全球需要我们来关注的50家合成生物学企业，国内企业占据9席。
虽然合成生物下游应用涉及医药、化工、农业、食品和能源环境等诸多领域，但目前多数领域技术壁垒仍较高，或相关领域商品市场空间较小，企业布局相关这类的产品的成长性容易受到商品市场空间上限的限制。我们大家都认为在目前全球合成生物产业仍处于发展初期的阶段，企业针对性地布局一些大单品（现有市场规模较大或潜在规模较大），或更加有助于打开成长天花板，其中代表性产品即包括（小品种）氨基酸，受益于豆粕减量替代，其中较多品种的（潜在）市场空间有望在百万吨级以上规模。
据IEA Bioenergy，利用生物基化学品来替代传统石油化工品，二氧化碳减排效果良好，在监测的乙酸、丙烯酸、己内酰胺等13种物质中，每吨生物基化学品可减少1.2-5.2t的CO2排放，其中生物基己内酰胺单吨二氧化碳减排量可达到5.2t。据经合组织（OECD）预计，全球有超过4 亿美元的化工过程相关这类的产品，在碳中和背景下，预计至2030年将至少有 20%的石化产品可由生物基产品替代，而2019年替代率不到5%，未来发展空间较大。
通过合成生物技术生产基础化工品，若可以在一定程度上完成合成生物法的成本低于甚至明显低于传统化学法，有望带来相应化工品市场规模的指数级增长。以PX/PTA及聚酯生产环节的发展为例，过去数十年产业链整体成本的下滑促使聚酯产品的价格中枢下移，而依靠优良的物理化学特性及可塑性，聚酯产品的应用空间亦持续扩大。
一方面，目前合成生物技术在基因编辑和代谢路径调控、工业化放大、产物分离等方面技术发展仍处于相对早期，而多数产品应用于下游领域时，通常要求产品纯度较高，但氨基酸和农药等产品相对特殊，由于下游系养殖和农业等领域，下游对发酵副产物的要求往往不如工业化工品苛刻，例如氨基酸中含有的菌体蛋白和淀粉等杂质亦可被动物吸收，因此阶段性而言，在合成生物技术发展早期，氨基酸、农药等对分离等技术方面的要求相对更低的板块或成为合成生物领域更早孕育出工业化产品的领域。
另一方面，对于大品种氨基酸，如赖氨酸、苏氨酸、蛋氨酸等，有望依托合成生物技术逐步降低生产所带来的成本，助力产品盈利空间进一步扩张；更重要的是，对于缬氨酸、色氨酸、精氨酸和异亮氨酸等一些小品种的氨基酸，由于传统化工法或者酶法等生产的基本工艺成本高企，导致产品价格较高，限制了其作为饲料氨基酸配方的使用，导致目前商品市场规模明显低于赖氨酸、苏氨酸和蛋氨酸等成本和价格较低的品种。我们大家都认为合成生物技术为降低氨基酸的生产所带来的成本和价格提供了新思路，若行业企业通过合成生物技术实现产品更低成本的生产，未来有望驱动缬氨酸、色氨酸、精氨酸和异亮氨酸等小品种氨基酸需求的快速扩张，进而打开市场增长的天花板。
根据我们的测算，18-22年国内赖氨酸、苏氨酸、蛋氨酸直接出口占比均值分别约为32%、62%和22%，相较于多种化工品而言（参考华泰研究于2023年7月16日发布的研报《出口需求或成为本轮化工复苏的基础》），大品种氨基酸属于直接出口占比相比来说较高的品种，主要系海外养殖体系相对国内而言更为成熟，对于低蛋白日粮饲料技术的使用亦更广泛，因此阶段性而言，出口端景气也成为支撑氨基酸需求的主要的因素之一。
据海关总署，23年国内赖氨酸、苏氨酸出口量96万吨和57万吨，同比均增长4%左右，而24Q1分别出口约28万吨和18.5万吨，同比分别增长约32%和45%，海外需求整体保持强劲。从出口去向来看，23年中国赖氨酸、苏氨酸出口相对分散，包括欧美、日韩和东南亚等多个国家和地区均从中国进口赖氨酸和苏氨酸。蛋氨酸方面，由于国内企业布局相对较晚等因素，早期国内蛋氨酸以进口为主，而近年伴随新和成、安迪苏等企业逐步实现规模化生产，进口依存度逐渐下滑，出口则整体保持增长，24Q1国内出口已超过进口。
参考华泰农业2024年4月21日发布的研报《淡季将尽，猪股投资该关注什么？》，“2023年-24Q1国内能繁母猪和生猪存栏持续去化，……，考虑到以往周期能繁母猪产能修复通常滞后于猪价低点16-21个月、滞后于行业持续盈利3-9个月，且本轮周期金钱上的压力远超以往周期，结合我们预计24Q1上市公司或延续亏损、资产负债表难以得到修复或导致多数公司尤其经营不善的主体的产能大概率延续调减等，我们大家都认为后续能繁母猪产能或有望持续去化，进而驱动本轮周期猪价的反转高度及持续性超预期”，阶段性而言，国内氨基酸下游养殖领域仍处于持续去栏周期，内需相对偏弱，但未来伴随存栏去化完毕，猪价有望回升并驱动存栏恢复，进而带动氨基酸需求回升。
2024年5月以来，国内大豆/豆粕现货价已处于2020年以来的相对低位，我们大家都认为对种植的利润或有所抑制，同时，4月末以来，巴西南部地区遭遇洪水灾害，或影响当地大豆产量，USDA五月供需数据亦下调巴西大豆产量预期，由于巴西是全球最大的大豆产区（23年产量全球占比约39%），其潜在的大豆减产预期，叠加天气等因素扰动，或推升大豆/豆粕价格，粮食安全和豆粕减量替代背景下，亦有望利好赖氨酸/苏氨酸/蛋氨酸等氨基酸需求回升。
赖氨酸、苏氨酸和蛋氨酸是目前养殖领域实现大规模应用的三种主要的大品种氨基酸，而赖氨酸和苏氨酸生产的基本工艺均主要是发酵技术，蛋氨酸目前仍以化工合成为主，因此赖/苏氨酸在供需格局演变、技术变化等方面与蛋氨酸有一定差别。据博亚和讯，2023年全球赖氨酸和苏氨酸产量分别约346万吨和95万吨，11-23年产量复合增速分别达到7%和12%，主要受益于饲料领域需求增长。
2019年之前全球赖氨酸、苏氨酸产能无序扩张和洗牌阶段基本结束。据博亚和讯，赖氨酸方面，19年全球产能达到约453万吨（12-19年CAGR达13%），而20-22年由于疫情及海外供应链问题等因素，部分产能退出，21年底全球产能约386万吨（较19年减少67万吨，降幅15%），且23-25年新增产能主要系现有头部企业扩产（无新进入者，头部企业份额继续提升）；苏氨酸方面，18年全球产能约130万吨（11-18年CAGR超过10%），而19-22年行业进入供给优化阶段，22年底全球产能缩减至约105万吨（较18年减少25万吨，降幅17%），23年仅梅花生物新增投产25万吨产能。行业经过长期洗牌后，19年以来全球产能CR3占比保持80%以上。
由于赖氨酸和苏氨酸行业经过长期的竞争格局优化，目前国内三家头部企业均具备规模和成本优势。除产能整体处于行业领头羊外，成本优势方面，头部企业的生产基地主要位于新疆、吉林、内蒙古、宁夏和黑龙江等地，系国内玉米及煤炭主要产区，具备显著的资源和能源成本优势。我们大家都认为行业经过长期的优化，头部企业经过多年时间形成的规模和成本优势，或成为新进入者短期难以突破的壁垒。
24年初以来，国内方面受养殖去栏及豆粕价格下行影响，我们预计国内24H1氨基酸需求略有承压，而海外需求较好（参考24Q1出口数据）仍有望支撑全球需求，叠加24H2国内市场有望受益于豆粕价格上行及养殖企业纯收入回升等因素，我们预计2024年全球赖氨酸、苏氨酸需求保持增长（假设分别为2%和3%，略低于或接近23年需求增速），2025年考虑国内养殖复苏有望持续，叠加政策端推动氨基酸替代豆粕有序推进，赖氨酸、苏氨酸全球需求有望保持景气（假设分别为5%和6%）。由此我们测算24/25年赖氨酸行业开工率分别约77%和71%、苏氨酸行业开工率分别约79%和84%，其中苏氨酸行业供需面有望显著改善，赖氨酸方面虽然25年行业开工率或下滑，但考虑25年新增产能主要系梅花生物，供给格局保持相对有序，且投产时间或存在一定的不确定性，赖氨酸景气亦或维持较好水平。
由于行业大规模扩产、企业无序竞争等因素，除去安全环保检查等导致的阶段性景气上行（如2017年）外，11-20年赖氨酸、苏氨酸行业景气整体呈下行态势，20年以来伴随行业洗牌完毕，以及疫情后需求复苏和玉米成本高价等驱动，赖氨酸、苏氨酸市场整体迎来景气改善，虽22H2-23H1因需求走弱和行业降价去库存等因素导致价格阶段性回落，但23H2以来粮价高位以及库存去化后需求回升等驱动下，产品景气再度迎来上行，24年初以来由于海外需求支撑等，赖氨酸和苏氨酸价格价差仍保持相对景气，考虑未来良好的需求前景和竞争格局，我们大家都认为赖氨酸和苏氨酸产品盈利中枢有望得到一定的改善（尤其是苏氨酸）。
蛋氨酸是动物必需氨基酸中唯一的含硫氨基酸，是禽类和反刍动物的第一限制性氨基酸、猪的第二限制性氨基酸，在饲料中添加蛋氨酸能够在一定程度上促进禽畜生长、增加瘦肉量和达到缩短饲养周期的效果，有效提升蛋白质的利用率，据百川盈孚，2022年国内蛋氨酸下游应用中，90%用于饲料领域，其余主要是医药领域。据博亚和讯，2023年全球蛋氨酸需求量约171万吨，是全球第二大规模的动物营养类氨基酸（仅次于赖氨酸），且12-23年CAGR达7%。
目前全球蛋氨酸的主流生产的基本工艺为化学法。化学法按原料分为丙烯醛法（丙烯醛法又分为海因法和氰醇法）、氨基内酯法、丙二酸酯法等，目前全球主要的蛋氨酸生产企业均以丙烯醛法为基础，其余方法在产品收率等方面与丙烯醛法有很大的差距，已基本废弃不用。丙烯醛法中，海因法技术成熟、反应收率高、自动化程度高，副产物如硫酸钠、二氧化碳、氨等均可在工艺过程中循环，成为国外大多数蛋氨酸生产厂商普遍采用的生产方法（如赢创、新和成）；氰醇法蛋氨酸能够生产液体蛋氨酸，以及生产液态羟基蛋氨酸、蛋氨酸羟基类似物钙盐，同时也具备副产物少、收率高等特点，近年来氰醇法工艺生产蛋氨酸的企业亦逐渐增多（如赢创、安迪苏和诺伟司等）。
蛋氨酸的化学合成法具有收率高、流程简单、工业化程度高等优势，但容易受到上游化工原料价格波动的影响，成本和价格波动较大。近年来生物合成法因绿色环保等优势也引起了行业的广泛关注，据博亚和讯，2023年全球蛋氨酸主流企业中，仅希杰实现了生物发酵法的工业化生产，但其利用谷氨酸棒状杆菌好氧发酵得到蛋氨酸收率仅约12g/L左右，产物收率仍较低。而据郑裕国院士院队2023年发布的最新研究成果《High-Level Production of L‑Methionine by Dynamic Deregulation of Metabolism with Engineered Nonauxotroph Escherichia coli》，其研究团队成功实现了添加外源氨基酸发酵生产L-蛋氨酸的技术，在小试阶段可在5L的生物反应器中达到约17.74g/L的收率。另据华恒生物2023年10月公告，公司拟与关联方优泽生物共同投资设立优华生物，注册资本为1000万元，其中公司拟认缴出资400万元，合资企业成立后，优华生物将实施高丝族氨基酸相关这类的产品的中试平台建设，未来有望助力生物发酵法蛋氨酸的产业化应用和推广。
味精，也称谷氨酸钠，系谷氨酸产品的衍生物，大多数都用在调味品领域（非动物营养类氨基酸）。目前全球主要的调味品包括味精（谷氨酸钠）、呈味核苷酸二钠（I+G）等，I+G是一种核苷酸类食品增鲜剂，由5’-肌苷酸二钠（IMP）和5’-鸟苷酸二钠（GMP）按1:1混合而成，与味精混合使用时鲜味当量增加，是方便调味、鸡精等的主要呈味成分之一。据博亚和讯，20-22年国内味精产量、消费量、出口量平均约275/202/72万吨左右，整体较为稳定且具备需求刚性。
据中商产业研究院，22年国内调味品规模5133亿元，18-22年CAGR10%，23年有望同比+5%至5364亿元，据艾媒咨询，22年国内预制菜规模4196亿元，26年有望增至1.07万亿元，CAGR达26%，预制菜和复合调味品需求的增长有望带动味精消费量的提升，据Mordor Intelligence，23-25年全球味精市场销售额规模仍有望保持5%左右复合增速。
我国是全球味精的主要供给来源，据IHS，21年国内味精产量占全球比重约80%，而国内味精行业经过长期的格局优化，据博亚和讯，16-23年国内味精企业产能CR3均在70%以上，且行业已少有扩产，截至23年底阜丰/梅花/伊品的味精产能分别133/100/42万吨，占总产能比重85%，寡头竞争格局稳固。受益于需求稳中向好及竞争格局稳定等因素，味精价格价差有望保持相对来说比较稳定且存在一定提升空间。
L-缬氨酸是哺乳动物的必需氨基酸之一，可应用于饲料、医药、饮食业，目前饲料是主要下游。近年来，我国对畜牧养殖行业氮、磷等排放要求严格，同时对养殖效率和健康免疫力要求提升。生物法L-缬氨酸在环保和调节日粮氨基酸平衡等方面优势显著，应用规模逐步扩大。据中国发酵产业协会，近年全球缬氨酸市场规模增长迅速，全球需求量从16年0.73万吨增长至19年3.25万吨，CAGR达65%，预计20-23年期间以约24%的复合增速增长。
缬氨酸目前已成为全世界动物营养氨基酸领域需求规模第四大的品种，其市场规模的迅速增长，主要的因素在于华恒生物、梅花生物等企业生物发酵法技术的持续进步和成本的不断下降，使得替代豆粕的性价比不断的提高，下游养殖领域用量持续增长。据博亚和讯，缬氨酸市场行情报价自2016年以来整体呈下降趋势，23年末市场行情报价约16.75元/kg，较15年末价格（约52.5元/kg）下降近7成，而23年末缬氨酸的市场行情报价已低于动物营养氨基酸领域规模第二大品种蛋氨酸的价格（约21.35元/kg）。我们大家都认为由于行业成本和价格的持续下降，有望驱动缬氨酸需求规模的持续扩张，未来市场潜力可期。
据博亚和讯、海关总署，目前我国已成为全世界缬氨酸的主要供给方，2023年国内产量约8.7万吨，净出口约5.7万吨，自2020年以来呈现快速增长态势，国内合成生物相关企业逐步在全球具备领先优势。
异亮氨酸属于支链氨基酸家族的品类之一，系人体必需氨基酸之一，也是仔猪生长中必不可少的氨基酸，在饲料中适量添加异亮氨酸可提升仔猪的体重和日增重，增加瘦肉率、同时减少脂肪积累，对仔猪的生长发育和免疫功能都有着非常明显的推动作用。据博亚和讯，2022年国内异亮氨酸下游约83%用于饲料领域。据钢联数据，中国目前是全球最主要的异亮氨酸生产国，23年产量分别约3万吨（较21年实现倍增），其中国内消耗约1.3万吨，其余大多数都用在出口。
据钢联数据，23年国内异亮氨酸产能约4.1万吨，其中新疆阜丰产能1.2万吨，处于行业领先位置，其余企业最重要的包含新疆沂利泓、沈阳希杰、梅花生物和华恒生物等。另据博亚和讯，23年末异亮氨酸价格约39元/kg，较22年末价格下降约40%，且24年以来整体保持下行态势，受益于生物发酵技术的进步，行业成本/价格的持续下降，亦成为异亮氨酸需求规模持续扩大的重要的条件。我们大家都认为伴随行业企业合成生物技术进步及对异亮氨酸的持续布局和降本，叠加豆粕替代需求助力下，未来异亮氨酸需求有望持续扩张，成长潜力显著。
色氨酸也是人类和动物生长必需的八种氨基酸之一，在饲料中添加L-色氨酸可促进动物体体重增加，色氨酸可参与体内脂肪代谢、降低动物肝脏脂肪含量，可提高禽畜肉类的瘦肉比例，还能够更好的降低禽畜发生攻击性行为的可能性。据钢联数据，23年国内色氨酸需求量约3.8万吨（较21年增长约70%），由于色氨酸技术壁垒较高，23年国内进口量仍有2.1万吨左右，进口依赖度达55%左右。
据钢联数据，23年国内色氨酸产能约3.6万吨，主要企业包括新疆阜丰和金象生化等，海外方面，希杰在技术和规模等方面处于领先位置，23年希杰产能约5.4万吨，占全球产能比重接近50%。价格这一块，由于较高的技术壁垒，色氨酸价格仍处于较高水平（15-23年多数处于40元/kg以上水平），某些特定的程度上限制了其在养殖领域的推广使用。
由于色氨酸在养殖领域的重要性，叠加进口依赖度较高和行业盈利水平较好等因素，近年国内合成生物企业亦积极布局色氨酸产品。未来伴随合成生物技术助力色氨酸行业降本，其市场需求亦有望呈现非线性扩大。
精氨酸是生物体内鸟氨酸循环的组成成分之一，精氨酸能增加肝脏中精氨酸酶的活性，有助于将血液中氨转变为尿素代谢排出，对治疗高氨血症、肝脏机能障碍等具有一定效果，且有助于机体维持正氮平衡。精氨酸下游能够适用于生物医药、食品、化妆品和养殖等领域，据Acumen Research and Resulting发布的报告《L-Arginine Market Size - Global Industry， Share， Analysis， Trends and Forecast 2023-2032》（Consumer Goods and Food and Beverages，2023年4月），2022年全球精氨酸约45%用于食品和营养品领域，其余主要是医药领域（约23%）和个护及化妆品领域（约32%）
据Acumen Research and Resulting，22年全球精氨酸市场规模约6.8亿美元，伴随下游食品、医药和养殖等领域需求量开始上涨，至2026年全球精氨酸市场有望增长至8.4亿美元，CAGR约5.4%，据共研网，22年国内精氨酸市场规模约8.7亿元，18-22年CAGR约10%。据钢联数据，中国是全球主要的精氨酸供给国，23年国内产能约8.1万吨，产量约4.8万吨（较21年增长约86%），出口量约2.95万吨（较21年增长约150%）。
精氨酸生产的基本工艺包括化学提取法和微生物发酵法。化学提取法主要从蛋白质产物中直接提取精氨酸，是早期生产精氨酸的主流方法，但化学提取法通常会引入有毒沉淀剂，且操作的流程复杂、能耗高、产物纯度较低，不利于大规模生产，而国外尤其是欧盟国家强调精氨酸的非动物来源性（Non-animal），也使得毛发水解获取精氨酸等路径发展受到限制。微生物发酵法因环境友好、反应条件温和、生产的全部过程稳定等优势，逐渐在精氨酸生产中占据主导地位，但目前主流企业仍以百吨级或千吨级产能为主。
氨基酸下游需求以养殖为主，目前国内养殖领域仍处于去栏周期，且豆粕价格仍处相对低位，若未来养殖领域需求复苏缓慢或豆粕价格回升有限，将某些特定的程度上抑制氨基酸需求量开始上涨，将对产品景气度和行业企业纯收入造成不确定性影响。
阶段而言，氨基酸下游养殖和替代豆粕等需求仍偏弱，且处于传统需求淡季，行业格局较好是支撑需求不佳阶段氨基酸产品盈利相对来说比较稳定的主要的因素，若未来氨基酸行业格局发生恶化，将对产品盈利造成不利影响。
缬氨酸、异亮氨酸、色氨酸等小品种氨基酸，由于成本和价格高企等因素，下游养殖领域用量仍较低，未来依托合成生物技术降本成为驱动小品种氨基酸需求量开始上涨的重要的条件，若小品种氨基酸技术进步和降本效率缓慢，将对其需求量开始上涨和市场开拓均造成不利影响。
