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江南大学陈坚院士团队 | 食品生物合成：机遇与挑战
发布时间：
2025-07-23
来源：
中国食品学报
食品生物合成：机遇与挑战
夏路2，刘龙1,2，陈坚1,2*
1江南大学生物工程学院
2江南大学 未来食品科学中心
食品生物合成技术在从解决全球粮食供给问题，到满足人们对健康、营养食品的追求，再到应对日益严峻的环境挑战方面，展现出巨大的潜力。合成生物学、精准发酵等前沿技术的快速迭代，突破传统食品生产的限制，为食品工业带来全新机遇。然而，如同任何新兴领域一样，它在发展过程中也面临着诸多挑战。
1 食品生物合成的机遇
食品生物合成以合成生物学与精准发酵为技术基础，能够解决食物供给的压力并为食品的绿色、可持续生产提供坚实保障，推动食品产业的深度转型升级，并为满足人类美好生活的需求提供全面支撑。
全球各国也非常重视食品生物制造领域的发展。日本《生物战略2020》将食品生物制造列为重点，美国《国家生物技术与生物制造计划》要求农业部促进食品创新，我国在党的二十大报告中明确大食物观的发展战略，并在近两年的政府工作报告中均提出生物制造的重要任务。
2 食品生物合成的典型应用场景
- 新质蛋白
- 油脂
- 淀粉
- 食品配料
- 1）功能糖和甜味剂
- 2）酶制剂
- 营养素
3 食品生物合成面临的挑战
3.1 新质蛋白的设计与高效合成
针对我国蛋白质需求快速增长，动物蛋白生产效率低和供给缺口严重等问题，亟需在菌种设计构建、发酵优化与控制、食品化加工等环节开展研究，设计营养均衡、易于消化的替代蛋白。同时要开发替代蛋白高效表达系统，为食用蛋白及蛋白营养食品提供经济、高效、定制化的生物合成生产方式。
3.2 油脂的生物合成与功能评价
首先要建立功能性油脂体外酶法制备路径，构建高效、稳定的功能性油脂微生物细胞工厂，优化发酵工艺，提高微生物产油能力和油脂品质。其次，要开发高效的提取与精制技术，开展功能性评价，推动功能性油脂新产品开发与广泛应用。
3.3 功能配料的生物创制与应用
针对人们日益提高的对食品风味和健康属性需求，未来要设计新型食品功能配料（调味剂、功能糖、甜味剂等功能成分）的高效代谢工程或酶法合成路径，创制新型高鲁棒性食品用酶制剂，实现食品功能配料的高效生物合成。
3.4 营养素的生物制造与过程强化
针对食品营养素（维生素、氨基酸等）传统提取工艺难度大、成本高，生物合成效率低等问题，解析代谢途径中物质流与能量流分配，开发复杂路径基因动态表达调控技术，发展发酵过程多参数优化控制策略，构建食品营养成分合成的高性能细胞工厂。
除了上述挑战，食品生物合成在食品安全监管、法规政策等方面也面临诸多复杂多样的挑战。随着新食品生产系统的不断发展，全球监管机构需要不断完善监管政策和法规，以确保这些新食品生产系统在符合安全标准的同时支持行业的增长和创新。
4 总结与展望
以合成生物学和精密发酵为重要内容的生物制造，开始进入蓬勃发展的时期，为解决食品制造面临的挑战提供了重要的技术支撑。国家层面的高度重视和政策的持续加码，也为食品生物合成带来历史性发展机遇。以新质蛋白、油脂、淀粉、食品配料和营养素等为代表的生物合成目前已取得显著进展。食品生物合成在新质蛋白的设计与高效合成，油脂的生物合成与功能评价，功能配料的生物创制与应用以及营养素的生物制造与过程强化等方面仍面临诸多挑战。在食品合成生物学理论研究，技术方法建立和典型产物合成路径打通的基础上，进一步加强AI技术与食品生物合成技术的深度融合，创建智能化细胞工厂以扩展合成目标产物的范围并大幅提升合成效率，突破工业规模制备限制将是未来的重要研究方向。
跑出“新赛道”，端稳“新饭碗”，在新形势下，未来在加强合成生物学等技术开发和应用的基础上，还要协同科学界、产业界和公众，共同构建一个技术可控，生态友好，社会认可的新食品供给体系，为未来食品可持续和高质量发展提供全面支撑。
引文格式
夏路, 刘龙, 陈坚. 食品生物合成：机遇与挑战[J]. 中国食品学报, 2025, 25(05): 10-20.
DOI:10.16429/j.1009-7848.2025.05.002.
作者简介
陈坚院士 夏路助理研究员
陈坚（通信作者），中国工程院院士，江南大学教授、博士生导师、校学术委员会主任。长期从事发酵工程和食品生物技术的研究和教学。获国家技术发明二等奖2项、国家科技进步二等奖2项、何梁何利基金科学与技术创新奖、中国专利奖金奖。担任国家“973”项目首席科学家、获国家杰出青年基金。兼任中国工程院环境与轻纺工程学部副主任、国务院学位委员会轻工技术与工程学科评议组召集人、教育部科技委农林学部常务副主任、中国生物工程学会副理事长、中国食品科学技术学会副理事长、国际食品科学院(IAFoST) Fellow。
夏路（第一作者）硕士研究生学历，江南大学未来食品科学中心助理研究员，从事食品生物技术的研究与教育管理工作。
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