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食 品 工 業(yè) 合成生物學(xué) 應(yīng)用 影響 2021年10月21日，南京周子未來(lái)食品科技有限公司宣布已完成總額已近億元的融資。周子未來(lái)是國(guó)內(nèi)最早開(kāi)展細(xì)胞培養(yǎng)肉研發(fā)的科技企業(yè)之一，其核心團(tuán)隊(duì)在2019年11月研發(fā)出肌肉干細(xì)胞培養(yǎng)肉產(chǎn)品。“細(xì)胞培養(yǎng)肉”是用動(dòng)物干細(xì)胞體外培養(yǎng)而生產(chǎn)的肌肉組織，是一種全新的肉類(lèi)生產(chǎn)技術(shù)，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是“不用養(yǎng)豬就可以生產(chǎn)出豬肉”，通過(guò)“細(xì)胞培養(yǎng)肉”技術(shù)就能解決肉品供求矛盾等問(wèn)題，使我國(guó)在國(guó)際上實(shí)現(xiàn)該領(lǐng)域的并跑甚至領(lǐng)跑。 目前合成生物學(xué)在食品工業(yè)中的應(yīng)用最火熱的賽道莫過(guò)于人造肉。最近兩年，“人造肉”的概念逐漸風(fēng)靡全球市場(chǎng)。其中，以植物蛋白技術(shù)為基礎(chǔ)的“植物肉”和以生物細(xì)胞體外培育技術(shù)為基礎(chǔ)的“細(xì)胞培養(yǎng)肉”是該研究領(lǐng)域的兩個(gè)熱門(mén)分支。 圖 | 細(xì)胞培養(yǎng)肉，來(lái)源：周子未來(lái)公司官微 1 合成生物學(xué)是生命科學(xué)領(lǐng)域的 從“人工合成淀粉”到“人工合成蛋白質(zhì)”再到“人造肉”，其背后是在全球方興未艾的合成生物學(xué)。合成生物學(xué)作為生命科學(xué)領(lǐng)域的一門(mén)新興交叉科學(xué)，被認(rèn)為是理解生命的新鑰匙。 圖 ｜2016 - 2021 按終端用戶(hù)分類(lèi)的合成生物學(xué)市場(chǎng)規(guī)模，數(shù)據(jù)來(lái)源：DeepTech 根據(jù)公開(kāi)資料整理（單位：百萬(wàn)美元） 目前，國(guó)內(nèi)外合成生物學(xué)正在創(chuàng)造越來(lái)越多的科技成果。在全球數(shù)以萬(wàn)計(jì)的科學(xué)家和從業(yè)者的努力下，合成生物技術(shù)發(fā)展成為傳統(tǒng)技術(shù)的充分補(bǔ)充和替代，廣泛用于醫(yī)療保健、農(nóng)業(yè)、化工、能源、消費(fèi)品、食品等領(lǐng)域，而其能按照特定目標(biāo)理性設(shè)計(jì)、改造乃至從頭重新合成生物體系的特點(diǎn)，仍在不斷拓展生物應(yīng)用的邊界。截止到 2021 年底，全球合成生物學(xué)相關(guān)市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到 737 億美元，較 2021 年之前行業(yè)整體爆發(fā)式增長(zhǎng)。 據(jù)預(yù)測(cè)，隨著合成生物學(xué)技術(shù)的不斷成熟以及相應(yīng)的政策刺激，預(yù)計(jì)到 2030-2040 年，全球會(huì)有 60% 的經(jīng)濟(jì)物質(zhì)投入是由生物（包括合成生物學(xué)）產(chǎn)生，并且將會(huì)影響的產(chǎn)值空間將達(dá)到 1.8-3.6 萬(wàn)億美元，行業(yè)發(fā)展前景廣闊。 2 合成生物學(xué)在食品行業(yè)中的應(yīng)用 及對(duì)食品工業(yè)未來(lái)發(fā)展的影響 食物作為人體細(xì)胞代謝的供能物質(zhì)，是我們維持日常生活的必需品，除了常規(guī)的動(dòng)植物食品來(lái)源外，還有一些食品是通過(guò)微生物制造而來(lái)，如典型的發(fā)酵產(chǎn)物：面包、葡萄酒、啤酒和醬油等等。近年來(lái)，合成生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展尤其是細(xì)胞工廠和無(wú)細(xì)胞生物合成平臺(tái)的發(fā)展促進(jìn)了食品技術(shù)的革命。合成生物學(xué)可以改善傳統(tǒng)的食品生產(chǎn)和制造，改善食品的營(yíng)養(yǎng)和補(bǔ)充食品新功能，同時(shí)，合成生物學(xué)可以改造傳統(tǒng)發(fā)酵生產(chǎn)方式，構(gòu)建工程微生物從而將可再生原料轉(zhuǎn)化為主要食品成分、功能性食品添加劑和營(yíng)養(yǎng)化學(xué)物質(zhì)。 圖|合成生物學(xué)在食品行業(yè)中的應(yīng)用示意圖，來(lái)源：《Future Foods》合成生物學(xué)在食品領(lǐng)域的應(yīng)用和未來(lái)發(fā)展方向的綜述。 嘉必優(yōu)生物技術(shù)（武漢）股份有限公司市場(chǎng)團(tuán)隊(duì)在《合成生物學(xué)與食品工業(yè)及其對(duì)嘉必優(yōu)戰(zhàn)略實(shí)現(xiàn)的意義》直播課中列舉了多個(gè)合成食品實(shí)例，論述了合成生物學(xué)如何影響未來(lái)食品工業(yè)發(fā)展。 人造肉：植物肉，細(xì)胞培養(yǎng)肉 合成生物學(xué)的出現(xiàn)使得肉類(lèi)類(lèi)似物在外觀和色香味等特征上能夠模擬真實(shí)的肉，從而滿(mǎn)足消費(fèi)者對(duì)食品數(shù)量和質(zhì)量日益增長(zhǎng)的需求。合成肉包括植物蛋白生產(chǎn)的植物肉、動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的養(yǎng)殖肉以及其他可持續(xù)蛋白生產(chǎn)的肉類(lèi)類(lèi)似物（如藻類(lèi)和真菌蛋白質(zhì)）。 植物肉：植物肉是指利用大豆、 豌豆等植物的植物蛋白，通過(guò)特殊的工藝，生產(chǎn)加工成類(lèi)似動(dòng)物肉品的口感、味道或外觀的食品。比如，手撕豆干、素肉、素雞、齋肉等一眾豆制品。目前市場(chǎng)中比較知名的 Beyond Meat、Impossible Food、珍肉、星期零等公司，都是植物肉領(lǐng)域的代表。 細(xì)胞培養(yǎng)肉：細(xì)胞培養(yǎng)肉也叫人造肉，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)教授周光宏介紹，培養(yǎng)肉是根據(jù)動(dòng)物肌肉生長(zhǎng)修復(fù)機(jī)理，利用其干細(xì)胞進(jìn)行體外培養(yǎng)而獲得的肉類(lèi)，是近年來(lái)興起的一項(xiàng)具有顛覆性的未來(lái)食品生產(chǎn)技術(shù)。目前市場(chǎng)中比較知名的 CellX、周子未來(lái)等公司，都是細(xì)胞肉領(lǐng)域的代表。 人造蛋白 Clara Foods是第一家制造無(wú)需動(dòng)物參與的人工蛋白公司。公司將雞蛋中蛋白質(zhì)表達(dá)的基因序列進(jìn)行組裝后植入到酵母中，通過(guò)加入糖培養(yǎng)酵母，進(jìn)行發(fā)酵，可以獲得與雞蛋蛋白質(zhì)等效的人工蛋白。 人造奶 牛奶是日常生活中很常見(jiàn)的食品，普通牛奶中87%是水，剩下的物質(zhì)包括蛋白質(zhì)、酶、脂肪、碳水化合物、維生素和礦物質(zhì)，牛奶具有龐大的消費(fèi)者市場(chǎng)。人造奶是利用合成生物學(xué)技術(shù)，首先使用大腸桿菌或酵母細(xì)胞工廠培養(yǎng)牛奶的主要成分，乳清蛋白、酪蛋白等，然后將純化的蛋白與水、脂肪以及其他成分（低聚糖、維生素等）混合即可制成合成牛奶。Perfect Day的“牛奶”是在實(shí)驗(yàn)室里出生的，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是把牛細(xì)胞的DNA放進(jìn)菌種里發(fā)酵，得到純素乳蛋白。這種合成人造奶的生產(chǎn)方式將促進(jìn)傳統(tǒng)畜牧業(yè)的改革，避免了土地占用，同時(shí)還具備不含抗生素、激素等優(yōu)點(diǎn)。 人造脂肪 解脂耶氏酵母屬于典型的產(chǎn)油酵母，細(xì)胞內(nèi)脂肪酸（Fatty Acid）、脂酰輔酶 A（Fatty Acyl-CoA）以及乙酰輔酶 A（Acetyl-CoA）的積累量較高，可以在細(xì)胞內(nèi)積累脂質(zhì)至其細(xì)胞干重的 40％。解脂耶氏酵母（Yarrowia lipolytica）在奶酪、其他乳制品和肉類(lèi)中自然存在，是一種公認(rèn)安全的微生物，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于食品等多種領(lǐng)域。作為最早一批進(jìn)軍人造脂肪市場(chǎng)的公司，雅禮生物已獲得數(shù)輪融資。 食品營(yíng)養(yǎng)添加劑 隨著食品工業(yè)的發(fā)展和人類(lèi)健康的需求，低熱量的甜味劑以及其他食品添加劑正備受關(guān)注，利用合成生物學(xué)的方法可以用細(xì)胞工廠生產(chǎn)取代傳統(tǒng)的植物提取，從而解決飲食中的糖過(guò)量攝入有關(guān)的問(wèn)題。Glycom在大腸桿菌中構(gòu)建全新的合成路徑，利用巖藻糖和乳糖合成巖藻糖基乳糖，目前已被歐盟批準(zhǔn)用于嬰幼兒奶粉配方，并進(jìn)入市場(chǎng)銷(xiāo)售。此外還有一些常用香料等如檸檬烯、香蘭素也可以用工程細(xì)胞工廠生產(chǎn)。此外，在釀酒酵母中構(gòu)建全新合成路徑，利用葡萄糖、乙醇合成番茄紅素，目前已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段。類(lèi)胡蘿卜素的例子也說(shuō)明了合成生物學(xué)是如何改善食品的營(yíng)養(yǎng)和補(bǔ)充食品新功能，以及發(fā)酵食品醬油、米酒的例子來(lái)說(shuō)明合成生物學(xué)如何改造傳統(tǒng)發(fā)酵工藝。 3 微生物發(fā)酵：營(yíng)養(yǎng)產(chǎn)業(yè)的 高科技主流“賽道” 那么在營(yíng)養(yǎng)健康領(lǐng)域，合成生物學(xué)又有何建樹(shù)呢？維生素C二步發(fā)酵法或許可以讓我們更好的理解合成生物學(xué)之于營(yíng)養(yǎng)健康領(lǐng)域的重大意義。傳統(tǒng)維生素C生產(chǎn)往往采用“發(fā)酵+合成”工藝，但是該方法存在工藝復(fù)雜、高成本、高污染等問(wèn)題。而后，我國(guó)自主研發(fā)的維生素C生產(chǎn)二步發(fā)酵法不僅減少了化工原料污染、縮短流程，而且使生產(chǎn)成本明顯降低。這也使得我國(guó)在維生素C生產(chǎn)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)，并在全球市場(chǎng)中獲取了更多份額。而這里所提及的“生物發(fā)酵”正是生物合成工程技術(shù)中的重要組成之一。 微生物發(fā)酵法是通過(guò)微生物的發(fā)酵生產(chǎn)目標(biāo)產(chǎn)物的方法，具有工藝條件溫和、生產(chǎn)安全、設(shè)備通用性高等特點(diǎn)，對(duì)某些食品營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑，采用微生物發(fā)酵法具有產(chǎn)品效率高、單位能耗低、對(duì)環(huán)境的污染小等優(yōu)勢(shì)。作為營(yíng)養(yǎng)素生產(chǎn)主流路徑之一，微生物發(fā)酵法契合綠色、健康的趨勢(shì)，發(fā)展前景廣闊。 微生物發(fā)酵法對(duì)技術(shù)要求較高，大致主要分為菌種選育、發(fā)酵培養(yǎng)、分離提取(破壁萃取)、純化、精制、改性等關(guān)鍵步驟。其中菌種選育技術(shù)是產(chǎn)品提取的前提和基礎(chǔ), 在產(chǎn)品提取過(guò)程中發(fā)揮了關(guān)鍵的作用；而發(fā)酵培養(yǎng)則是產(chǎn)品生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié), 直接決定了產(chǎn)品的產(chǎn)量。 4 嘉必優(yōu)在可持續(xù)食品制造領(lǐng)域 為產(chǎn)業(yè)發(fā)展賦能 嘉必優(yōu)作為全球領(lǐng)先的生物技術(shù)、食品工業(yè)和營(yíng)養(yǎng)科學(xué)相結(jié)合的企業(yè)、中國(guó)食品生物科技領(lǐng)域第一家科創(chuàng)板上市公司，組建了嘉必優(yōu)合成生物學(xué)研究室，搭建了合成生物學(xué)研究團(tuán)隊(duì)，利用生物技術(shù)，基于生命營(yíng)養(yǎng)科學(xué)的角度，通過(guò)集成工業(yè)菌種定向優(yōu)化技術(shù)、發(fā)酵精細(xì)調(diào)控技術(shù)、高效分離純化制備技術(shù)和裝備，形成了完善的生物合成技術(shù)平臺(tái)，最終產(chǎn)出可用于人類(lèi)營(yíng)養(yǎng)、動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)及化妝品功能原料等領(lǐng)域的功能原料，在可持續(xù)食品制造領(lǐng)域?yàn)楫a(chǎn)業(yè)發(fā)展賦能。 目前，嘉必優(yōu)的花生四烯酸（ARA）、藻油DHA（二十二碳六烯酸）、SA（燕窩酸、N-乙酰神經(jīng)氨酸）、β-胡蘿卜素、番茄紅素等均采用微生物發(fā)酵的生物合成方式生產(chǎn)，其中ARA、SA均為國(guó)內(nèi)首發(fā)。以上產(chǎn)品已經(jīng)在嬰幼兒配方食品、膳食營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充劑、健康食品及特殊醫(yī)學(xué)用途配方食品等領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。公司同時(shí)更加快基于人乳低聚糖、1,3-二油酸-2-棕櫚酸甘油三酯、番茄紅素等新產(chǎn)品的研發(fā)工作，擴(kuò)充產(chǎn)業(yè)鏈、產(chǎn)品線。與此同時(shí)進(jìn)行唾液酸乳糖及巖藻糖基乳糖的技術(shù)攻關(guān)（HMOs 技術(shù)攻關(guān)），為解決生物制備、產(chǎn)能瓶頸、品質(zhì)提升問(wèn)題、實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)模式升級(jí)迭代以及生物技術(shù)和信息化技術(shù)的融合樹(shù)立行業(yè)標(biāo)桿。 “嘉必優(yōu)二十年來(lái)，以合成生物學(xué)為核心技術(shù)，以綠色生物制造為主流工藝方法，以高密度的功能性營(yíng)養(yǎng)素為主打產(chǎn)品，通過(guò)持續(xù)的技術(shù)迭代和產(chǎn)品升級(jí)，為客戶(hù)提供獨(dú)創(chuàng)性的解決方案，高效能、低成本地解決人類(lèi)營(yíng)養(yǎng)的來(lái)源（資源）這一重大問(wèn)題，以應(yīng)對(duì)我們這個(gè)生命星球逾來(lái)逾嚴(yán)峻的氣候變化、環(huán)境污染、資源枯竭等重大挑戰(zhàn)，為人類(lèi)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)綿薄之力……”嘉必優(yōu)董事長(zhǎng)易德偉這樣說(shuō)。 |
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