食品工业是“为耕者谋利、为食者造福”的传统民生产业，在实施制造强国战略和推进健康中国建设行动中具有重要地位[1]。食品生物工程是食品工业的重要组成部分，既包括了现代生物技术在食品原辅料制备、食品加工中的应用，也囊括了食品发酵和酿造等传统生物转化过程[2]。生物反应工程、合成生物学、蛋白质工程、细胞工程等诸多前沿生物技术的发展，也对现代食品生物工程的快速发展起到了极大的推动作用[3-4]。由于生物工程在食品领域的重要性和巨大产业价值，中国、美国、欧盟和日本等国家和地区皆将食品生物工程的发展提升到战略高度，相继投入巨额研究经费用于食品生物技术的研究与开发[5]。据统计，全球有近300家公司涉足食品生物技术相关的研究和开发，其中包括美国杜邦、丹麦诺维信、美国孟山都、德国巴斯夫、荷兰帝斯曼、日本味之素、美国联合利华等行业巨擘。近年来，欧美还涌现了以Codexis为代表的一大批创新型技术公司。

当前，全球正处于产业、经济、社会加速变革的时期，食品领域也伴随着新一轮科技与产业革命。目前，食品生物工程在提升食品工业科技水平，稳定食品供给，满足人民群众日益增长和不断升级的消费需求等方面具有重要的作用，对推动食品工业转型升级、膳食消费结构改善、满足小康社会城乡居民更高层次的食品需求等方面呈现出巨大的潜力。作者主要综述了食品生物工程在食品领域的应用与发展，并分析了当前食品生物工程领域发展的现状问题与战略发展态势，展望食品生物工程领域的未来发展趋势，以期为食品生物工程领域的发展提供借鉴。

1 生物工程在食品领域中的应用

1.1 营养化学品合成

营养化学品是指具有调节人体生理功能，适宜特定人群食用，不以治疗疾病为目标的一类功能性食品[6-7]。营养化学品的功效与应用广泛，包括调节免疫、调节血脂、延缓衰老、抗氧化、调节血糖和改善睡眠等[8-9]。传统的营养化学品，包括氨基酸、核苷酸和维生素等[10]；新型高效的营养化学品包括植物天然提取物（黄酮、萜类、多酚类、低聚糖等）和动物来源的分离物（功能糖、甾体、多不饱和脂肪酸等）[11]。目前营养化学品的生产方法包括动植物提取或化学合成法，在生产中往往存在传统提取法原料来源不足、化学法生产污染严重、动植物组织提取产品存在过敏原等制约产业发展的瓶颈问题。随着生物技术的发展，越来越多的功能性营养化学品的生物合成途径得到阐明。利用合成生物学技术可以在微生物、微藻等细胞中重构营养化学品分子的代谢途径，实现营养化学品的绿色生物制造与精准调控，从而在工业规模实现其高效合成制备。

1.2 酿造食品升级

我国是世界主要的传统酿造食品发源地，发酵调味品、酒类、发酵乳等产品的产值占食品工业总产值的近30%，对人民日常生活和饮食习惯有着举足轻重的地位。酿酒、酱油、食醋、酸汤、泡菜等传统酿造食品大多采用多菌种共同发酵，固态、半固态和液态发酵，发酵周期较长，在复杂的微生物群落作用下发生复杂的生化作用，微生物代谢产物与产品品质具有最直接的联系。目前国际上已经将基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学等现代生物技术手段运用到传统酿造食品发酵过程如微生物群落组成及其功能分析等方面[12-14]。例如，我国已经利用高通量测序技术和传统培养技术解析了多种香型白酒在酿造过程中微生物的群落结构，全面了解白酒发酵过程中微生物的动态变化，发现不同酿造工艺和环境对微生物群落结构有明显影响，及对白酒香型贡献的主要功能微生物，也发现乳酸菌对白酒酿造过程微生物群落结构的稳定和白酒风味的形成有重要作用[13]。此外，日韩、欧美等国家对泡菜、奶酪等传统发酵食品酿造机理都进行了深入研究[15-16]。哈佛大学对奶酪微生物群落组成与风味物质形成的关系进行了系统分析，发现湿度、盐度等是不同地区奶酪微生物群落差异的主要因素，通过分析这些因素与微生物组成及风味物质形成之间的关系，挑选菌株进行微生物群落的重构，建立了不依赖于地理环境、群落组成及演变可被复制的奶酪发酵方式，不仅证明了微生物群落组成是赋予传统发酵食品独特风味的本质，而且表明环境因素对微生物群落的演替起到了重要的驱动作用，该研究对实现传统酿造食品的现代化可控生产提供了理论基础[17]。目前流行于全球的发酵食品如酸奶、啤酒、葡萄酒、酱油等产品都是经过现代化改造后生产加工而成，完全摆脱了传统的手工作坊式生产。

文章来源：《化学与生物工程》 网址: http://www.hxyswgc.cn/qikandaodu/2021/0222/816.html