夏路2，劉龍1,2，陳堅(jiān)1,2*

 

食品生物合成技術(shù)在從解決全球糧食供給問題，到滿足人們對健康、營養(yǎng)食品的追求，再到應(yīng)對日益嚴(yán)峻的環(huán)境挑戰(zhàn)方面，展現(xiàn)出巨大的潛力。合成生物學(xué)、精準(zhǔn)發(fā)酵等前沿技術(shù)的快速迭代，突破傳統(tǒng)食品生產(chǎn)的限制，為食品工業(yè)帶來全新機(jī)遇。然而，如同任何新興領(lǐng)域一樣，它在發(fā)展過程中也面臨著諸多挑戰(zhàn)。
 

1  食品生物合成的機(jī)遇
 

食品生物合成以合成生物學(xué)與精準(zhǔn)發(fā)酵為技術(shù)基礎(chǔ)，能夠解決食物供給的壓力并為食品的綠色、可持續(xù)生產(chǎn)提供堅(jiān)實(shí)保障，推動(dòng)食品產(chǎn)業(yè)的深度轉(zhuǎn)型升級，并為滿足人類美好生活的需求提供全面支撐。

全球各國也非常重視食品生物制造領(lǐng)域的發(fā)展。日本《生物戰(zhàn)略2020》將食品生物制造列為重點(diǎn)，美國《國家生物技術(shù)與生物制造計(jì)劃》要求農(nóng)業(yè)部促進(jìn)食品創(chuàng)新，我國在黨的二十大報(bào)告中明確大食物觀的發(fā)展戰(zhàn)略，并在近兩年的政府工作報(bào)告中均提出生物制造的重要任務(wù)。
 

  ♦ 新質(zhì)蛋白

  ♦ 油脂

  ♦ 淀粉

  ♦ 食品配料

  1）功能糖和甜味劑

  2）酶制劑

  ♦ 營養(yǎng)素 
 

3.1  新質(zhì)蛋白的設(shè)計(jì)與高效合成

針對我國蛋白質(zhì)需求快速增長，動(dòng)物蛋白生產(chǎn)效率低和供給缺口嚴(yán)重等問題，亟需在菌種設(shè)計(jì)構(gòu)建、發(fā)酵優(yōu)化與控制、食品化加工等環(huán)節(jié)開展研究，設(shè)計(jì)營養(yǎng)均衡、易于消化的替代蛋白。同時(shí)要開發(fā)替代蛋白高效表達(dá)系統(tǒng)，為食用蛋白及蛋白營養(yǎng)食品提供經(jīng)濟(jì)、高效、定制化的生物合成生產(chǎn)方式。
 

3.2  油脂的生物合成與功能評價(jià)

首先要建立功能性油脂體外酶法制備路徑，構(gòu)建高效、穩(wěn)定的功能性油脂微生物細(xì)胞工廠，優(yōu)化發(fā)酵工藝，提高微生物產(chǎn)油能力和油脂品質(zhì)。其次，要開發(fā)高效的提取與精制技術(shù)，開展功能性評價(jià)，推動(dòng)功能性油脂新產(chǎn)品開發(fā)與廣泛應(yīng)用。
 

3.3  功能配料的生物創(chuàng)制與應(yīng)用

針對人們?nèi)找嫣岣叩膶κ称凤L(fēng)味和健康屬性需求，未來要設(shè)計(jì)新型食品功能配料（調(diào)味劑、功能糖、甜味劑等功能成分）的高效代謝工程或酶法合成路徑，創(chuàng)制新型高魯棒性食品用酶制劑，實(shí)現(xiàn)食品功能配料的高效生物合成。
 

3.4  營養(yǎng)素的生物制造與過程強(qiáng)化

針對食品營養(yǎng)素（維生素、氨基酸等）傳統(tǒng)提取工藝難度大、成本高，生物合成效率低等問題，解析代謝途徑中物質(zhì)流與能量流分配，開發(fā)復(fù)雜路徑基因動(dòng)態(tài)表達(dá)調(diào)控技術(shù)，發(fā)展發(fā)酵過程多參數(shù)優(yōu)化控制策略，構(gòu)建食品營養(yǎng)成分合成的高性能細(xì)胞工廠。
 

除了上述挑戰(zhàn)，食品生物合成在食品安全監(jiān)管、法規(guī)政策等方面也面臨諸多復(fù)雜多樣的挑戰(zhàn)。隨著新食品生產(chǎn)系統(tǒng)的不斷發(fā)展，全球監(jiān)管機(jī)構(gòu)需要不斷完善監(jiān)管政策和法規(guī)，以確保這些新食品生產(chǎn)系統(tǒng)在符合安全標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)支持行業(yè)的增長和創(chuàng)新。
 

以合成生物學(xué)和精密發(fā)酵為重要內(nèi)容的生物制造，開始進(jìn)入蓬勃發(fā)展的時(shí)期，為解決食品制造面臨的挑戰(zhàn)提供了重要的技術(shù)支撐。國家層面的高度重視和政策的持續(xù)加碼，也為食品生物合成帶來歷史性發(fā)展機(jī)遇。以新質(zhì)蛋白、油脂、淀粉、食品配料和營養(yǎng)素等為代表的生物合成目前已取得顯著進(jìn)展。食品生物合成在新質(zhì)蛋白的設(shè)計(jì)與高效合成，油脂的生物合成與功能評價(jià)，功能配料的生物創(chuàng)制與應(yīng)用以及營養(yǎng)素的生物制造與過程強(qiáng)化等方面仍面臨諸多挑戰(zhàn)。在食品合成生物學(xué)理論研究，技術(shù)方法建立和典型產(chǎn)物合成路徑打通的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步加強(qiáng)AI技術(shù)與食品生物合成技術(shù)的深度融合，創(chuàng)建智能化細(xì)胞工廠以擴(kuò)展合成目標(biāo)產(chǎn)物的范圍并大幅提升合成效率，突破工業(yè)規(guī)模制備限制將是未來的重要研究方向。

跑出“新賽道”，端穩(wěn)“新飯碗”，在新形勢下，未來在加強(qiáng)合成生物學(xué)等技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用的基礎(chǔ)上，還要協(xié)同科學(xué)界、產(chǎn)業(yè)界和公眾，共同構(gòu)建一個(gè)技術(shù)可控，生態(tài)友好，社會認(rèn)可的新食品供給體系，為未來食品可持續(xù)和高質(zhì)量發(fā)展提供全面支撐。

引用格式：
夏路, 劉龍, 陳堅(jiān). 食品生物合成：機(jī)遇與挑戰(zhàn)[J]. 中國食品學(xué)報(bào), 2025, 25(05): 10-20.
DOI:10.16429/j.1009-7848.2025.05.002.