近日，《生物技术通报》“未来食品工程”专题正式上线。江南大学陈坚院士及刘龙教授和天津科技大学路福平教授特别撰写专题序言——《合成生物学与未来食品》。

食品工业是支撑国计民生的基础性和支柱性产业。2024年，我国食品工业总产值达到9.0万亿元，占全国GDP的6.7%。然而，传统食品制造模式正面临人口增长、生态环境、公众健康以及气候变化等方面的多重挑战。与此同时，随着国民经济持续发展和居民生活水平的显著提升，人们对食品的安全性、营养性和品质的要求日益提高。因此，亟需对传统食品制造模式进行系统性变革，构建更加安全、营养、美味且可持续的未来食品制造体系。2023-2025年的中央一号文件明确提出，要“构建多元化食物供给体系。践行大农业观、大食物观，全方位多途径开发食物资源”。国务院办公厅印发的《关于践行大食物观构建多元化食物供给体系的意见》进一步指出，要“挖掘新型食品资源，保障各类食物有效供给”，并加快构建与食物开发相匹配的科技创新体系，培育战略性新兴生物产业，鼓励和支持发展新型食品，开发丰富多样的食物品种。

利用合成生物学技术构建微生物细胞工厂，并结合精密发酵，可将生物质等可再生原料转化为大宗食品原料和功能性食品配料，是一种绿色、高效的未来食品制造模式。其中，大宗食品原料主要包括淀粉、蛋白质和油脂等，功能性食品配料则涵盖功能糖、维生素、氨基酸及益生菌等。近年来，基因编辑、人工智能和蛋白质设计等合成生物学技术的快速发展，为传统食品制造工艺的转型升级带来前所未有的机遇。首先，食品生物合成有助于显著提升生产效率，保障食品的可持续供给。联合国粮农组织预测，到2050年全球人口将达到约94亿，对蛋白质的需求将增长30%-50%。开发来源于动物、植物及微生物的新质蛋白，是实现蛋白质可持续供给的关键途径。与传统畜牧养殖相比，微生物发酵的蛋白质合成效率可提升约200倍，占地面积减少80%以上。其次，食品生物合成能够推动产业向绿色低碳方向转型。例如，中国科学院天津工业生物技术研究所开发的人造淀粉合成技术，相较传统淀粉提取工艺，碳转化效率提高了8.5倍。世界自然基金会（WWF）预计，到2030年，工业生物技术每年可减少约10-25亿吨CO₂排放，为实现“双碳”目标提供有力支撑。最后，食品生物合成还可重塑传统食品制造模式，推动新型功能性食品原料的开发，从而满足人类对高品质饮食与健康生活的需求。例如，AI辅助设计的人工甜蛋白相较天然甜蛋白甜度更高、口感更佳，一茶匙即可替代约16 kg蔗糖；基于基因编辑技术的益生菌定向改良，则可显著提升其健康效益与稳定性。

目前，各国纷纷加快合成生物产业的战略布局。2025年，美国宣布成立“美国生物制造联盟”，旨在扩大其在快速增长的全球生物经济中的影响力。同年，美国国家新兴生物技术安全委员会发布《生物技术未来蓝图》，提出在国家层面优先发展生物技术，强化生物技术人才培养，推动生物制造关键技术的创新与应用。与此同时，我国也在积极推进合成生物产业的发展。《2024年政府工作报告》中明确提出，要积极打造生物制造等新增长引擎；《2025年政府工作报告》中提出，要培育生物制造未来产业。在国家及各地方政府的大力支持下，工业和信息化部发布了我国生物制造标志性产品（第一批）名单，涵盖36项产品，其中10项属于食品原料和配料领域。然而，由于我国合成生物产业起步较晚，食品生物合成的底层技术体系和核心功能菌株仍在很大程度上依赖于美国和欧盟等先行国家。中国科协发布的《2025十大工程技术难题》中也明确指出，应重点突破大宗食品原料及高值配料的生物制造关键技术，以实现产业的自主可控与高质量发展。

在此背景下，本期“未来食品工程”专题邀请了国内长期致力于食品合成生物制造研究的多支团队，围绕本领域的最新研究进展，共组织发表综述论文10篇与研究论文9篇。10篇综述系统总结了大宗食品原料（人造淀粉与酵母蛋白）以及功能性食品配料（维生素B₁₂、母乳寡糖、羟基酪醇、5-氨基乙酰丙酸、益生菌和生物基纳米载体）的生物合成研究进展，并提出了未来发展的思考与展望。9篇研究论文则分别报道了L-异亮氨酸、乳酰-N-三糖Ⅱ、甘油二脂、2-氨基丁酸、肌醇、莱茵衣藻新黄素、玉米多肽、维生素 B₁₃及γ-氨基丁酸等多种食品相关化合物的最新生物合成成果。