未来食品是以解决全球食物供给、资源环境、质量安全、营养健康、饮食方式和精神享受等问题，利用合成生物学、脑科学、物联网、人工智能等颠覆性前沿技术，加工制造更健康、更安全、更营养、更美味的食品[1]。随着生命科学与技术快速进步与发展，基于代谢工程和合成生物学等手段，构建具有特定合成能力的细胞工厂，通过现代生物发酵技术，生产人类所需要不同食品的颠覆性创新技术取得了长足的进步（见图1）。利用细胞工厂发酵工程技术不仅可以生物合成制造不饱和脂肪酸、氨基酸、维生素等一系列高附加值产品[2-3]，而且低成本合成制造淀粉、油脂、蛋白质等基本食品组分的技术也成了新的研究热点[4-5]。未来食品行业将开发和利用不同学科的交叉技术，根据功能与营养的差异性需求，实现未来食品智能化、定制化生产与加工，进一步补充或替代传统食品行业。

随着世界人口数量的快速增长和人类社会的不断发展，对食品的需求在数量与品质上都在不断提升。食品工业长期以来受科技发展影响较小，在历次科技革命中都没有发生过根本性变革。现阶段食品行业的主要创新往往局限在口味、包装和营销等层面。在前期的食品科学研究中，科研工作者主要通过改进生产方式，实现对现有食品的高技术改良，但是食品的形态或本质并没有改变。随着生物科学和食品科技的高速发展，食品科学正在从高技术食品改良向高技术食品制造转变，即从传统的食品品质改良到未来食品的全新合成[1]。在西方社会，食品工业正从深加工食品过渡到有机食品阶段，而有机食品正在向精准营养阶段过渡。目前，我国未来食品生物制造在研发投入、产业化方面还有待提高，标准体系和检测程序还有待完善。因此，围绕快节奏、营养化、多样性的国民健康饮食消费需求新变化与食品新兴产业发展新需求，开展未来食品创新技术研发和产业化协同发展，对我国食品工业健康可持续发展具有重大意义。

未来食品生物制造是基于食品多组学研究技术，利用系统生物学和大数据分析手段，解析不同食品营养组分、加工方式、膳食模式等与人体健康关系。作为未来食品的代表，植物蛋白肉与细胞培养肉等新型人造肉在健康、安全、环保等方面均较传统养殖肉类具有显著优势[6]。人造肉在研究初期会以模仿真实肉为主，如鸡肉、牛肉等，而随着研究深入及细胞培养、3D打印等新技术的不断突破，会逐渐走向肉制品的合成重构方向。植物蛋白肉由于植物蛋白来源广泛、加工工艺相对成熟，已经逐步开始商业化生产，但在口感、风味与营养等方面与真实肉制品仍然存在较大差距；细胞培养肉在营养、口感和风味方面可能更接近真实肉制品，在资源可持续和环境保护方面潜力巨大，是未来人造肉的主要研究发展方向，但是目前仍在理论与技术层面，特别是肌肉脂肪组织大规模低成本培养等方面，还存在诸多挑战。

图1 未来食品的生物制造Fig.1 Biomanufacturing of future food

面对人造肉绿色生物制造的挑战，一方面要致力于采用食品合成生物学与现代发酵技术来提高食品原料的品质和安全性。基于食品组学研究，对食品营养、食品安全、食品品质等重要食品领域的内容进行评估。以细胞培养肉为例，首先以组织生物学和合成生物学等现代生物技术为基础，利用动物细胞特性和功能，设计、构建合成大规模的肌肉脂肪组织，生产出满足消费者需求的各种人造肉食品原料[6]。另一方面要推动食品工业向标准化、规模化发展，促进食品产业向高技术健康产业转型。利用代谢工程、发酵工程等技术合成人造肉原料，开发新食品资源和食品添加剂，进一步基于酶工程等技术提高人造肉等未来食品的质构，改善未来食品的口感、风味和储藏性能等。

1 植物蛋白肉生物制造的关键技术

植物蛋白肉是利用大豆、小麦、豌豆等植物蛋白替代动物蛋白，通过纤维结构化和风味物质的整合模仿真肉口感。目前，采用蛋白制品加工成类似肉制品形状的植物蛋白肉与真实肉制品有较大差距，普遍存在质构不足、蛋白生物价偏低、含过敏原及异味成分等问题，品质还有待进一步提升。现阶段，植物蛋白肉生物制造的关键任务在于植物蛋白来源与品质优化，结构风味改良、生物酶处理和理化改性协同加工策略开发等，通过重组植物蛋白质构，降低蛋白过敏原与异味成分，提升植物蛋白肉感官性能与营养价值。

1.1 植物蛋白肉来源与营养品质优化

文章来源：《化学与生物工程》 网址: http://www.hxyswgc.cn/qikandaodu/2021/0222/815.html