食品来自合成生物实验室？开启哪些味蕾体验？

用生物反应器取代鸡舍、谷仓、草原，食物不是从养殖地而是从实验室中出现？！这听起来有点令人难以置信，但因为合成生物学的出现已经成为现实。 食物作为人体细胞代谢的供能物质，是我们维持日常生活的必需品，除了常规的动植物食品来源外，还有一些食品是通过微生物制造而来，如典型的发酵产物：面包、葡萄酒、啤酒和酱油等等。近年来，合成生物学技术的发展促进了食品技术的革命。

合成生物学在食品工业中的作用

塑造未来食品形态

气候变化、人口增长、农业用地骤减等因素正在影响着人类的饮食，合成生物学制造的食品正在改变人们对食品的看法，并推动该领域的快速发展。在功能性食品领域，合成生物学具有不断增长的潜力，比如 利用微生物（如酵母、细菌或酶）发酵产生特定的食物分子，并生产动物性食品，如肉类、乳制品甚至母乳，而这一过程完全不需动物参与 ，这让我们看到了未来食品更多的可能性。

在具体应用上，合成生物学家首先通过识别负责某些所需品质的基因序列来改变食物，例如牛肉的牛肉味或糖的甜味，然后在实验室中进行化学再生，并被放置在酵母或细菌细胞中，最后通过发酵的形式产生这些蛋白质，这些蛋白质将作为食物或纤维成分应用在产品配方中。

对于具体原料而言，目前大多数生产方法都依赖于漫长种植周期和低产量提取过程，并且多数情况下植物中的活性化合物浓度比较低，导致整个市场价格较高。同时，由于原料容易受到气候环境和季节的影响，导致整个生产供应链稳定性不强。如合成香草现在已经占据了全球供应的85%，解决了一种主要在马达加斯加天然生产的香料长期以来的供应难题。 合成生物学技术的出现，对于原料的易获取性和供应链安全性等具有重要的作用 。

绿色环保、对环境友好

合成生物学技术的出现，对于 绿色环保与低碳生产 等具有重要的作用。就人造肉而言，相比传统畜牧业生产的肉类，人造肉在同样的生产流程中，可减少80%的温室气体排放。由于省去了养殖家禽的空间和饮食，生产同样重量的细胞肉，可分别减少99%和96%的土地以及淡水。

此外，一般肉鸡养殖中，最快需要40天出栏，而细胞肉的生产周期缩短20倍，即只需两天就能获得等量鸡肉。可以说， 生物合成的方法在经济、环保、效率、规模等方面都具有较大优势 。值得一提的是，通过合成生物方法生产的肉类和奶制品，越来越接近传统的动物源性的味道和外观。

除了人造肉以外，在传统的啤酒酿造中，啤酒的风味依赖于啤酒花的香气，而无酒精啤酒则缺失这种风味，并且集约化种植的啤酒花在种植过程需要消耗大量水，运输及加工过程还会排放大量二氧化碳。对此，丹麦的合成生物学初创公司EvodiaBio利用工程化改造的酵母生产啤酒花的香气分子，制造出不含酒精但风味不变的啤酒，大大了减少生产过程中的碳排放和耗水量。

已落地的合成食品

合成生物学赋能食品行业，丰富品类，满足多元化健康需求。它可开发出高附加值的功能性食品，包括 类胡萝卜素（番茄红素、β-胡萝卜素和虾青素）、母乳低聚糖（HMOs）、维生素K2、大麻二酚（CBD）、超氧化物歧化酶（SOD）、甜叶菊等 ， 实现营养成分的精确调配，满足特定消费群体的健康需求，是对原有的健康产业进行升级革新 。

提高产量的合成食物

合成肉类

合成生物学的出现使得肉类类似物在外观和色香味等特征上能够模拟真实的肉，从而满足消费者对食品数量和质量日益增长的需求。合成肉包括植物蛋白生产的植物肉、动物细胞培养的养殖肉以及其他可持续蛋白生产的肉类类似物（如藻类和真菌蛋白质）。植物肉利用大豆、小麦、豌豆等合成，但是缺乏真实肉味。为此常常将血红蛋白添加到植物肉中，血红蛋白的生产又可以用细胞工厂合成；养殖肉又称体外肉，通过将动物的胚胎干细胞或肌肉组织在生物反应器中增殖，然后用支架或微载体获得特定的肌纤维和大块组织。为满足消费者对肉类的口感和风味的需求，再添加脂肪酸、芳香分子等成分。

无动物生物工程奶

牛奶是日常生活中很常见的食品，具有庞大的消费者市场，同样可以利用合成生物学技术合成。首先使用大肠杆菌或酵母细胞工厂培养牛奶的主要成分，乳清蛋白、酪蛋白等，然后将纯化的蛋白与水、脂肪以及其他成分（低聚糖、维生素等）混合即可制成合成牛奶。这样的乳制品生产方式将彻底改革传统畜牧业避免了土地占用同时还有不含抗生素、激素等优点。

低(零)热量的甜味剂

肥胖、糖尿病和癌症在内的一系列健康问题都与饮食中的糖过量摄入有关，所以低热量甚至零热量的甜味剂满足了公众的需求。而这样的甜味剂一般都是天然成分茹赤藓糖醇等，利用合成生物学的方法可以用细胞工厂生产取代传统的植物提取。此外还有一些常用香料等如柠檬烯、香兰素也可以用工程细胞工厂生产。

替代蛋白

以微生物为生物制造载体，未来在人造奶、微生物菌体蛋白、营养补充剂、风味物质等方面，展现出强劲的动力。替代蛋白产品往往附加值高，市场需求量较小，对产品纯度有较高要求。

高附加值蛋白 ：以乳蛋白、卵蛋白、 血红素类蛋白为主要代表。人造奶、人造蛋研究正处于生产工艺突破和产品商业化的初创阶段，突破其生物合成关键技术成为市场竞争的关键因素。

微生物蛋白 ：作为规模化替代蛋白产品，大多以真菌蛋白为主，当前市场接受程度较低，产品以品质改善和蛋白补充原料供应为短期内的产品形态。

以合成生物生产替代蛋白的推动力是对环境的友好。其一，微生物对氮、磷和其他营养物质的利用效率显著高于植物，减少人工施肥下氮磷流失对环境的影响。其二，微生物发酵显着减少土地和水的依赖，不直接与粮食作物竞争土壤和淡水资源，可以规模化合集约化生产。其三，传统的牲畜饲养是温室气体甲烷排放的主要来源，以能量转化角度来看，采用替代蛋白与传统肉类相比可以减少 80% 以上的碳排放。

合成食品领域的挑战

第一， 细胞工厂的构建存在一定困难 。尽管合成生物学的发展为改造和加强基于微生物的食品提供了策略，但微生物的代谢网络很复杂，建造细胞工厂面临各种挑战。构建细胞工厂面临各种挑战。

第二， 高质量、低成本地合成食品原料和关键的功能性营养因子 ，是实现合成生物学在未来食品中大规模应用的关键。如何动态地控制细胞工厂以实现目标产品的高效合成是一个有待解决的关键问题。

第三，重组食品的研究和生产已经取得了一些初步成果，但是，在 生产和安全评估 方面仍有一些瓶颈需要解决。例如，人造肉与真肉有较大的色差，而且生产成本高。在安全评估方面，目前仍然 缺乏重组食品（如肉类类似物）的风险和安全管理标准 。

小结

在合成生物技术下，各种各样的“新食品”应运而生。从耕地资源生产食物，转变为全方位、多途径开发食物资源，创新蛋白来源、食品原料和食品工业配料，开发用于食品生产的细胞工厂。另外，关于未来食品产业的合成生物学技术难点以及食品安全性等问题，我们期待相关政策的落地以及科学家们带来的新突破！

来源：药通社、贤集资讯、DeepTech、Future Food期刊、科普中国