食品生物合成技術在從解決全球糧食供給問題，到滿足人們對健康、營養食品的追求，再到應對日益嚴峻的環境挑戰方面，展現出巨大的潛力。合成生物學、精準發酵等前沿技術的快速迭代，突破傳統食品生產的限制，為食品工業帶來全新機遇。然而，如同任何新興領域一樣，它在發展過程中也面臨著諸多挑戰。
1、食品生物合成的機遇
食品生物合成以合成生物學與精準發酵為技術基礎，能夠解決食物供給的壓力并為食品的綠色、可持續生產提供堅實保障，推動食品產業的深度轉型升級，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域的發展。日本《生物戰略2020》將食品生物制造列為重點，美國《國家生物技術與生物制造計劃》要求農業部促進食品創新，我國在黨的二十大報告中明確大食物觀的發展戰略，并在近兩年的政府工作報告中均提出生物制造的重要任務。
2、食品生物合成的典型應用場景
新質蛋白
油脂
淀粉
食品配料
1）功能糖和甜味劑
2）酶制劑
營養素
3、食品生物合成面臨的挑戰
3.1 新質蛋白的設計與高效合成
針對我國蛋白質需求快速增長，動物蛋白生產效率低和供給缺口嚴重等問題，亟需在菌種設計構建、發酵優化與控制、食品化加工等環節開展研究，設計營養均衡、易于消化的替代蛋白。同時要開發替代蛋白高效表達系統，為食用蛋白及蛋白營養食品提供經濟、高效、定制化的生物合成生產方式。
3.2 油脂的生物合成與功能評價
首先要建立功能性油脂體外酶法制備路徑，構建高效、穩定的功能性油脂微生物細胞工廠，優化發酵工藝，提高微生物產油能力和油脂品質。其次，要開發高效的提取與精制技術，開展功能性評價，推動功能性油脂新產品開發與廣泛應用。
3.3 功能配料的生物創制與應用
針對人們日益提高的對食品風味和健康屬性需求，未來要設計新型食品功能配料（調味劑、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，創制新型高魯棒性食品用酶制劑，實現食品功能配料的高效生物合成。
3.4 營養素的生物制造與過程強化
針對食品營養素（維生素、氨基酸等）傳統提取工藝難度大、成本高，生物合成效率低等問題，解析代謝途徑中物質流與能量流分配，開發復雜路徑基因動態表達調控技術，發展發酵過程多參數優化控制策略，構建食品營養成分合成的高性能細胞工廠。
除了上述挑戰，食品生物合成在食品安全監管、法規政策等方面也面臨諸多復雜多樣的挑戰。隨著新食品生產系統的不斷發展，全球監管機構需要不斷完善監管政策和法規，以確保這些新食品生產系統在符合安全標準的同時支持行業的增長和創新。
4、總結與展望
以合成生物學和精密發酵為重要內容的生物制造，開始進入蓬勃發展的時期，為解決食品制造面臨的挑戰提供了重要的技術支撐。國家層面的高度重視和政策的持續加碼，也為食品生物合成帶來歷史性發展機遇。以新質蛋白、油脂、淀粉、食品配料和營養素等為代表的生物合成目前已取得顯著進展。食品生物合成在新質蛋白的設計與高效合成，油脂的生物合成與功能評價，功能配料的生物創制與應用以及營養素的生物制造與過程強化等方面仍面臨諸多挑戰。在食品合成生物學理論研究，技術方法建立和典型產物合成路徑打通的基礎上，進一步加強AI技術與食品生物合成技術的深度融合，創建智能化細胞工廠以擴展合成目標產物的范圍并大幅提升合成效率，突破工業規模制備限制將是未來的重要研究方向。
跑出“新賽道”，端穩“新飯碗”，在新形勢下，未來在加強合成生物學等技術開發和應用的基礎上，還要協同科學界、產業界和公眾，共同構建一個技術可控，生態友好，社會認可的新食品供給體系，為未來食品可持續和高質量發展提供全面支撐。
圖1 食品生物合成的技術體系
原文鏈接：https://kns.cnki.net/kcms2/article/abstract?v=5ykJdPmCibJxtdel70ffQ0p35jfF1mfDAlfuqC7xs0xoDc5WJU-j0NiFSM8ZYVd8naNjERg4Dz7_LIQhByAj5Z_g_eo3iwRlwUrxEitSoshcysAmQMyEXwvkJUJjxR37kicgT8ohPaiYNoK-pG76ttK1rakGkJ9A9XRcpTSKlj1d5IYaaRqKZg==&uniplatform=NZKPT&language=CHS
