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合成生物学与未来食品

  习近平总书记强调,要树立大食物观,构建多元化食物供给体系。在“大食物观”的理念中,未来食品主要解决食物供给和质量、食品安全和营养、饮食方式和精神享受等问题。目前,一些颠覆性的生物技术、信息技术和食品技术的交叉融合为未来食品产业的发展提供了技术保障。

  合成生物学是在工程科学“自下而上”理念的指导下,以创建特定结构功能的工程化生命为导向,综合系统、合成、定量、计算与理论科学手段,以“设计-构建-测试-学习”的迭代研究认识生命,创建特定结构功能的工程化生命的理论架构与方法体系。[2]合成生物学被认为是继“DNA双螺旋结构的发现”和“人类基因组计划”之后,以工程化的手段设计合成基因组为标志的“第三次生物技术革命”。

    合成生物学是一门汇集了生物学、基因组学、工程学和信息学等多种学科的交叉学科,已经广泛应用于化工、能源、医疗、食品、农业、材料等领域,展现出了强大的产业应用潜力。

 01国内产业政策

  我国在2018年开始启动专题,在合成生物学领域至今累计立项114项,其中,直接涉农项目27项。国家发展和改革委员会于20225月印发了《“十四五”生物经济发展规划》,提出推动生物技术和信息技术融合创新,加快发展生物材料、生物农业、生物医药等多个产业,顺应“追求产能产效”转向“坚持生态优先”的新趋势,发展面向绿色低碳的生物质替代应用[4]。各省市近年颁布了合成生物学相关政策如下:

                                             

合成生物行业相关政策.png

[4]

 

02企业及主要产品

  在“十四五”背景下,合成生物学行业政策的陆续出台助推了我国生物经济的快速发展,也推动了国内从事合成生物学领域的公司发展。目前,合成生物学已经逐渐在天然产物合成、医学、能源、工业等多个领域应用。

 

产业类别:工具型、平台型和产品型

合成生物行业重点企业.png[4]

100家合成生物学企业图[5]

100家合成生物学企业图.png

  合成生物公司可以大致分为三类:第一类是早已成立的传统化工、能源、医药企业,开始在合成生物学领域布局;第二类是基因工程和医疗等相关公司,尝试在小范围领域开展合成生物学应用;第三类是新成立的专注合成生物学的公司。发展路径和研究专注领域各大不相同,百花齐放。100家企业分布在17个不同省份,其中有17家来自广东省、16家来自江苏省、12家来自北京市、浙江省,14家来自上海市。

专注领域,医药43家、化工35家、食品30[5]

专注领域.png

 

100家合成生物企业重点专注的产品方向.png[5]

 

食品领域应用

  合成生物学制造的食品正在改变人们的食品观念,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、大肠杆菌)发酵产生特定的食物分子。

    从食品原料的开发到细胞培养肉、微生物奶等替代蛋白,合成生物学在食品营养领域的应用在逐年增加。可食用微生物合成蛋白、赤藓糖醇、甜菊糖苷、食用益生菌、母乳低聚糖(human milk oligosaccharidesHMO)EPA(二十碳五烯酸)DHA(二十二碳六烯)、胶原蛋白、细胞培养肉等产品成为合成生物学企业的关注重点。

 

03食品批准情况

     合成生物学能够通过构建细胞工厂将可再生原料转化为重要的食品配料与组分,实现食品的绿色、高效、可持续生物制造食品配料与组分,然而,推向市场时,首先要解决合规问题,需遵循各国家的法规监管要求。近些年我国已逐步完善了相关法律法规,批准了一些涉及合成生物学的食品配料与组分,其中,涉及遗传修饰微生物生产的母乳低聚糖倍受关注。

近期批准的涉及合成生物学的食品添加剂和新食品原料列举:


近期批准的食品添加剂

发布日期

名称

食品类别

使用量

备注

来源

供体

2024-03-13

卫健委公告(2024年第2号)

2’-岩藻糖基乳糖

(营养强化剂)

调制乳粉(仅限儿童用乳粉)

0.7~ 2.4g/L (以纯品计,以即食状态计,粉状产品按冲调倍数折算使用量)

当与乳糖-N-新四糖、低聚半乳糖、低聚果糖、多聚果糖、棉子糖混合使用时,该类物质总量不超过64.5g/kg

大肠杆菌BL21   (DE3)

奈瑟菌(Neisseriaspp.)和螺杆菌(Helicobacter   spp.

2023-10-07

卫健委公告(2023年第8号)

大肠杆菌 K-12 DH1 MDO

螺杆菌(Helicobacter spp.)

婴儿配方食品

K-12 MG1655

螺杆菌(Helicobacter spp.)

较大婴儿和幼 儿配方食品

特殊医学用途 婴儿配方食品

大肠杆菌 BL21(DE3)

奈瑟菌(Neisseria spp.)

2023-10-07卫健委公告(2023年第8号)

乳糖-N-新四糖

(营养强化剂)

调制乳粉(仅限儿童用乳粉)

0.26~ 0.6g/L (以纯品计,以即食状态计,粉状产品按冲调倍数折算使用量)

当与乳糖-N-新四糖、低聚半乳糖、低聚果糖、多聚果糖、棉子糖混合使用时,该类物质总量不超过64.5g/kg

大肠杆菌 K-12 DH1 MDO

奈瑟菌(Neisseriaspp.)和螺杆菌(Helicobacter spp.

婴儿配方食品

较大婴儿和幼 儿配方食品

特殊医学用途 婴儿配方食品

2024-03-13

卫健委公告(2024年第2号)

甜菊糖苷(酶转化法)

(甜味剂)

调制乳

 

最大使用量(g/kg

 

可以单独或与甜菊糖苷混合使用,以甜菊醇当量计

大肠杆菌BL21(DE3)

甲基杆菌(Methylocaldum

szegediense)、甜叶菊(Stevia rebaudiana

Bertoni 和马铃薯

Solanum tuberosum

0.18

风味发酵乳

 

0.2

冰淇淋、雪糕类

 

0.5

胶基糖果

 

3.5

饮料类[14.01包装

饮用水、14.02.01

果蔬汁(浆)、

14.02.02浓缩果蔬

汁(浆)除外]

0.2

可以单独或与甜菊糖苷混合使用,以甜菊醇当量计;以即饮状

态计,相应的固体饮料按稀释倍数增加使用量

2023-10-07卫健委公告(2023年第8号)

丝氨酸蛋白酶

(酶制剂)

符合《食品安全国家标准

食品添加剂食品工业用酶制剂》(GB 1886.174)的规定

地衣芽孢杆菌

葱绿拟诺卡氏菌

2024-03-13

卫健委公告(2024年第2号)

D-阿洛酮糖-3-差向异

构酶

(酶制剂)

符合《食品安全国家标准

食品添加剂食品工业用酶制剂》(GB 1886.174)的规定

枯草芽孢杆菌

闪烁梭菌

ATCC35704

-

GB 2760中部分的酶制剂(略)

-

-

-

-

-

2016-06-30卫计委公告(2016年第8号)

维生素K2(发酵法)

(营养强化剂)

调制乳粉(仅限儿童用乳粉)

420μg/kg~750μg/kg

-

枯草芽孢杆菌

-

调制乳粉(仅限孕产妇用乳粉)

340μg/kg~680μg/kg

-

枯草芽孢杆菌

-

近期批准的新食品原料

发布日期

名称

推荐食用量

生产工艺

简述

其他需要说

明的情况

2024-03-13

卫健委公告(2024年第2号)

石斛原球茎

干品≤3.5 /

以铁皮石斛或霍山石斛的种子或茎部为原料,经组织培养获得原球茎,再经收集、干燥等工艺制成。

1.婴幼儿、孕妇及哺乳期妇女不宜食用,标

签及说明书中应当标注不适宜人群和食用限

量。(后略)

2023-10-07

卫健委公告(2023年第8

吡咯并喹啉醌二钠盐

≤20 毫克/

以食葡萄糖食甲基菌( Methylovorus

glucosotrophus)为菌种,经发酵、提取、纯化、结晶、干燥等工艺制成。

1. 使用范围和最大使用量:饮料(40 mg/kg

固体饮料按照冲调后液体质量折算)。

2. 婴幼儿、孕妇和哺乳期妇女不宜食用,标签、

说明书应当标注不适宜人群和食用限量。(后略)

2023-12-01

卫健委公告(2023年第10

酵母蛋白

-

以酿酒酵母(Saccharomyces Cerevisiae)为菌种,经培养、发酵、离心后收集获得菌体原料,经去除核酸、离心、酶解、提取、纯化、分离、灭菌、干燥等工艺制成。

1. 婴幼儿、孕妇和哺乳期妇女不宜食用,标签及说明书应当标注不适宜人群。(后略)

2010-03-09

卫生部(2010 3号)

DHA藻油

300毫克/天(以纯DHA计)

以裂壶藻(或吾肯氏壶藻或寇氏隐甲藻)种为原料,通过发酵、分离、提纯等工艺生产DHA

在婴幼儿食品中使用应符合相关标准的要求

卫生部2008年第12号公告和2020年第9号公告

透明质酸钠

≤200   毫克/

保健食品原料;

使用范围和推荐最大使用量:乳及乳制品(0.2g/kg),饮料类(液体饮料≤50   mL 包装   2.0 g/kg51–500 mL 包装   0.20 g/kg,固体饮料按照冲调后液体体积折算),酒类(1.0   g/kg),可可制品、巧克力和巧克力制品(包括代可可脂巧克力及制品)以及糖果(3.0   g/kg),冷冻饮品(2.0   g/kg)。

以葡萄糖、酵母粉、蛋白胨等为培养基,由马链球菌兽疫亚种经发酵生产而成。

标签及说明书应当标注不适宜人群,并标注推荐食用量≤200 毫克/

2017-06-08

卫计委公告(2017 7号)

N-乙酰神经氨酸

500 毫克/

以食品级葡萄糖和玉米浆为原料,经大肠埃希氏菌(菌株号SA-8)发酵、过滤、灭菌、水解、提纯等工艺制成。

卫生安全指标应当符合我国相关标准。

  04 总结

     食品合成生物学是解决未来食品面临的重大挑战的主要方法之一,包括新食品资

源开发和高值利用、多样化食品生产方式变革、功能性食品添加剂和营养化学品制造等。我国必须加强食品合成生物学等具有重大意义的食品生物技术的开发和应用,并率先实现产业化,抢占世界的科技前沿和产业高地,造福人类。

 

参考文献:

[1]徐显皓,刘龙,陈坚.合成生物学与未来食品[J].中国生物工程杂志,2024,44(1):61-71

[2] 赵国屏. 合成生物学2035 发展战略[J]. 世界科学,2023(9): 26-30.

[3]王浩绮,高豪,信丰学."十四五"背景下合成生物学产业发展趋势分析[J].生物学杂志, 2023, [4]赵越.合成生物学在食品领域的发展前景与热点[J].张江科技评论, 2023(5):32-35.

40(3):1-5.

[5] 2022年中国合成生物学绿色应用与产业感知调研组,合成生物企业与产品分析,[J]中国生物工程杂志China Biotechnology,2023,43(4):141-147

[6]刘延峰,周景文,刘龙,. 合成生物学与食品制造[J]. 合成生物学,2020,1(1):84-91. DOI:10.12211/2096-8280.2020-005.