向生物科技要食物：未来新兴食品开发潜力与建议

观点摘要：未来新兴食品泛指以营养、安全、健康、低碳为核心目标，彻底颠覆传统种植养殖方式，在生物科技重大突破的基础上，人工引入微生物、细胞培养等高效生产制造方式，采用工厂模式生产人类所需的奶、肉、油、糖、蛋和各类营养素、添加剂等制品。在全球可持续发展目标下，生态环境保护与人类日益增长的食品消费增长及多样化需求的矛盾日趋严峻，传统的食物生产方式无法满足人类未来健康生活多样化需要。近年来，以合成生物学和食品组学为核心的未来食品技术不断发展，微生物合成产物制造技术正在颠覆传统的食品生产和供给方式。未来新兴食品产业重点包括微生物合成蛋白质产业、微生物合成碳水化合物产业、微生物合成油脂产业、微生物合成食品添加剂和营养素产业、益生菌产业等五大领域，拥有巨大开发潜力和广阔发展前景。当前，我国未来食品技术创新具有一定基础，但产业化尚处起步阶段。建议：实施国家科技重大项目，攻克未来食品关键技术瓶颈，在微生物食品的质构和风味模拟、膳食营养配比、产品稳定性等方面掌握自主知识产权核心技术；国家相关部门应加强微生物食物产业市场开发力度，通过调整消费税和出口退税等政策，增强新兴食品的内需；布局建设未来食品国家技术创新中心，形成具有国际竞争力共享技术平台。

一、国内外发展现状

近年来，以合成生物学和食品组学为核心的未来食品技术极大地促进了微生物、细胞工厂等在食品资源领域的开发和应用。人类对微生物合成产物制造技术的驾驭和运用，正在颠覆传统的食品生产和供给方式。未来新兴食品具有巨大研究价值和产业化潜力。

在蛋白质的新兴合成技术方面，目前针对新型蛋白合成技术的研究主要集中在可食用菌种的筛选、大规模栽培和发酵技术的开发、致病性和致敏性的消除以及微生物蛋白替代肉制品工艺的研发等。随着食品合成生物学、食品安全检测技术、食品加工技术和食品大数据分析等诸多新技术的发展，更多和更新颖的微生物蛋白制品将会得到快速发展，进而实现工业化高效规模生产和制造。

在碳水化合物的新兴合成技术方面，通过微生物精准调控淀粉及其高附加值衍生物的合成并实现其可持续供给，是当今世界科技创新的重大颠覆性战略方向。目前，利用合成生物学技术构建细胞工厂已实现了将纤维素转化为食用淀粉。这项技术不仅对未来农业生产特别是粮食生产具有革命性影响，而且对全球生物制造产业发展也有里程碑意义。

在油脂的新兴合成技术方面，通过生物工程发酵技术可以生产出含有油脂的菌体或藻体，再经油脂工程技术提取和精炼，生产出合格的微生物油脂。生化工程、基因工程等策略可以通过调节油脂合成所需的关键的中间代谢产物和阻断竞争途径，对油脂积累起到重要的调控作用。此外，通过调控相关转录因子，可以带动油脂合成代谢途径中的一系列基因表达水平上调或下降，促使碳源流向油脂的合成路径并得到油脂的大量积累。

在食品添加剂和营养素的新兴合成技术方面，通过微生物发酵合成甜菜红色素、血红蛋白和肌红蛋白的研究已被用来解决人造肉风味单一、脂香气不足等问题；采用微生物细胞工厂生产具有改善脂肪结构性的三萜、甾醇类化合物，已被用来获得具有动物脂肪特征和加工性能的脂肪模拟物，解决植物油脂存在的熔点低导致在人造肉中无法形成稳定状态的问题；利用合成生物学技术改造微生物细胞工厂，高效合成多种维生素，已被用来解决微生物来源蛋白缺乏特定小分子营养组分的问题。

在益生菌资源的开发和创新利用方面，由于微生态系统在生命健康中扮演的关键角色已被人所熟知，益生菌以其对人体微生态系统的支持、补充和调节作用，迅速成为食品领域最受关注的食物资源之一。在产业发展、市场需要和国家科学政策的推动下，中国益生菌的科学研究取得一系列的成果。从2000年开始，我国益生菌相关研究的论文数量开始持续稳步增长。至2018年，中国的年度论文发表数量反超美国，成为世界益生菌研究的中坚力量，江南大学、内蒙古农业大学等多所国内高校已建立了具有自主知识产权的益生菌菌种库。

二、未来新兴食品产业发展潜力

（一）微生物合成蛋白质产业。微生物蛋白具有很高的蛋白质含量（占干燥生物质的75％），包含所有必需氨基酸，并且富含维生素和矿物质，营养丰富且均衡。国内已发现食用菌1020种，市场上常见的约240种，其中80种已实现商业化栽培，大规模生产的有30多种。一些珍稀品种的栽培产业正在不断发展，同时通过人工驯化不断有新的种类得到产业化栽培应用。此外，我国沿海地区和广阔的淡水系统中存在着大量的微藻资源，可以被加工成食用微藻蛋白产品。到2035年，微生物蛋白市场预计将达到1500万吨，预计还将以每年20%的速度增长，微生物蛋白作为新型食品的开发颇具潜力。

（二）微生物合成碳水化合物产业。淀粉的人工生物合成将可能成为解决粮食短缺的重要潜力途径之一。糖是最主要的副食品，是人民生活必不可少的物质。我国蔗糖消耗量远大于生产能力，每年需进口600万吨左右。通过合成生物学技术构建的细胞工厂种子，可以实现高附加值糖品等淀粉衍生物在工业车间制造。预计未来3-5年内，加快技术进步，降低生产成本，可以形成100万吨健康稀少糖的产业化。通过颠覆技术改变糖产业结构，可满足我国食糖不断增加的需求，减少对国际市场的依赖。

（三）微生物合成油脂产业。随着全球人口增长和健康意识的提高，功能性油脂缺乏的矛盾更加突出。目前，开发利用微生物进行功能性油脂的生产已经成为一大热点，如利用深黄被孢霉进行γ-亚麻酸的生产，以及利用微生物培养生产EPA、DHA等营养价值高且具有特殊保健功能油脂。此外，利用食品工业废水、废气培养微生物进行油脂的生产也是保护生态环境的有效途径。

（四）微生物合成食品添加剂和营养素产业。为了实现更高质量、更安全和更绿色的食品添加剂和营养素的生产，微生物生产菌种、发酵工艺及分离纯化技术仍需不断地改进。其中发酵菌种的改造一直是关注的重点，随着新型诱变育种方法的出现，为工业生产提供了更多高产能力的菌种，且利用多重基因组编辑技术构建的工业菌也将会成为研究热点。随着越来越多食品添加剂和营养素的合成途径和调控机制被解析，食用安全级的微生物表达宿主构建以及合成生物学和代谢工程工具箱的不断完善，对微生物进行系统改造升级以提高生物合成食品添加剂和营养素的效率，正在受到越来越多的关注。

（五）益生菌创新和利用产业。我国益生菌产业近3年的年增长率均超过25%，已成为一个3000亿市场份额的健康朝阳产业。在国家“健康中国”战略、食品工业健康转型及技术创新等多方驱动下，我国益生菌消费市场保持较快增长，增速高于全球水平。预计到2025年，中国益生菌消费规模将占全球规模25%以上，产品规模将超过千亿元，发展潜力巨大。

三、主要问题

（一）核心菌种筛选处于起步阶段。目前全球有超过80家食品公司从事微生物蛋白质的研发和生产，主要集中在食用微生物蛋白的开发、生产和蛋白品质改良技术。国外从事菌体蛋白生产的公司都具有一株或几株自主知识产权的食用菌种，我国菌种筛选在微生物蛋白肉的应用研究还处于起步阶段，适用于生产微生物蛋白的菌种选择是目前急需解决的技术难题。

（二）产业化开发应用亟需加强。虽然微生物合成食物可以替代传统食物，具有环境和资源友好、营养健康等诸多好处，但如何获得公众认可，改变长期以来消费者的传统饮食习惯观念，增强市场竞争力是微生物合成食物产业发展面临的重要挑战。例如，微生物蛋白质具有很高的蛋白质含量，包含所有必需氨基酸，并且富含维生素和矿物质以及其他各种营养物质，营养丰富且均衡，但改变长期以来以肉食为主的传统饮食习惯观念仍存在挑战。

（三）产业标准规范有待完善。随着合成生物学、基因编辑、细胞工程等先进生物技术的发展，使得微生物蛋白质、微生物淀粉、微生物油脂等新兴食品日渐成为现实。但是，微生物食品在法规层面还存在诸多亟待解决和规范的问题，全球范围内专门针对微生物食品的产品质量规格方面的法规和标准也比较匮乏。此外，除了现有团体标准，还需要逐步发展行业标准、国家标准，从而更好地规范企业行为。

四、政策建议

（一）加强推动核心技术攻坚。微生物食物在科技研发、生物制造等领域与传统食物还存在加大差距。需要实施国家科技重大项目，攻克关键技术瓶颈，在微生物食品的质构和风味模拟、膳食营养配比、产品稳定性等方面获得自主产权核心技术成果。充分发挥微生物发酵的成本低、周期短、资源节约等优势，加快微生物食品绿色制造工艺的研发。加强微生物蛋白产业各个环节协调，建设、完善生物制造产业链，培育一批具有自主创新能力、跨国经营能力的知名龙头企业。

（二）加大产业宣传与监管体系。目前，我国微生物合成食物市场接受度较低，如微生物蛋白是市场接受度第二低的替代蛋白肉产品（最低的是昆虫蛋白），其主要原因是消费者对微生物食物食用安全性的担忧。建议国家相关部门应加强微生物食物产业的调研和宣传，结合专业人员科普提升微生物食物在消费者中的接受度；通过政府采购和公众宣传等支持微生物食物产品市场引导和推广；实施产品财政补贴，通过调整消费税和出口退税等政策，增强新兴微生物蛋白、油脂和益生菌等产品的消费能力，扩大内需。

（三）布局建设国家技术创新中心。由科研院所和大型企业集团共建国家级技术创新中心，通过布局条件平台、前沿基础研究、应用基础研究、产业技术研究全链条设计，促进政产学研用多种创新要素有效融合；建设食品资源生物合成技术支撑平台、技术转移转化服务平台，形成具有国际竞争力的食品资源合成生物创新共享技术平台，凝聚创新资源，贯通创新链、产业链、政策链、资金链，培育食品资源微生物合成制造产业创新创业实体。

研究专家：

陈  卫  中国工程院院士、江南大学教授

刘元法  江南大学教授

周景文  江南大学教授

程  力  江南大学副研究员

陈茂深  江南大学副教授