合成生物在食品領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，其中合成淀粉和合成肉是兩個(gè)具有重大意義的研究方向。以下是對(duì)它們的詳細(xì)介紹：

合成淀粉

· 技術(shù)原理：2021年，中科院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所首次在國(guó)際上實(shí)現(xiàn)了二氧化碳到淀粉的從頭合成?？蒲腥藛T采用“搭積木”的方式，聯(lián)合中科院大連化學(xué)物理研究所，利用化學(xué)催化劑將高濃度二氧化碳在高密度氫能作用下還原成碳一（C1）化合物，然后通過設(shè)計(jì)構(gòu)建碳一聚合新酶，依據(jù)化學(xué)聚糖反應(yīng)原理將碳一化合物聚合成碳三（C3）化合物，最后通過生物途徑優(yōu)化，將碳三化合物聚合成碳六（C6）化合物，再進(jìn)一步合成直鏈和支鏈淀粉（Cn化合物）。

· 優(yōu)勢(shì)：這條人工途徑的淀粉合成速率是玉米淀粉合成速率的8.5倍，能量效率是玉米的3.5倍。按照目前技術(shù)參數(shù)推算，在能量供給充足條件下，理論上1立方米大小的生物反應(yīng)器年產(chǎn)淀粉量相當(dāng)于5畝土地玉米種植的淀粉年平均產(chǎn)量。如果未來人工合成淀粉的成本能夠降低至與農(nóng)業(yè)種植相比具有經(jīng)濟(jì)可行性，將可能節(jié)約90%以上的耕地和淡水資源，同時(shí)減少農(nóng)藥、化肥等對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響，提高人類糧食安全水平，促進(jìn)碳中和的生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

· 最新進(jìn)展：2025年，天津工業(yè)生物技術(shù)研究所人工淀粉研發(fā)團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一條以乙酸為原料的低碳酵母細(xì)胞淀粉合成路線，通過優(yōu)化異源淀粉合成途徑的表達(dá)強(qiáng)度、精確調(diào)控糖異生途徑及淀粉分解代謝通路，并結(jié)合形態(tài)工程擴(kuò)大胞內(nèi)淀粉儲(chǔ)存空間等工程化策略，系統(tǒng)解決了酵母天然代謝網(wǎng)絡(luò)淀粉合成能力不足的瓶頸，實(shí)現(xiàn)了淀粉的低碳微生物高效合成，淀粉含量達(dá)到細(xì)胞干重的47.18%，時(shí)空生產(chǎn)效率243.7 g/m2/d，生產(chǎn)強(qiáng)度達(dá)到160.9 mg/L/h，比其他微生物高一個(gè)數(shù)量級(jí)，為已報(bào)道工程細(xì)胞合成淀粉的最高水平。

· 面臨問題：目前人工合成淀粉尚處于實(shí)驗(yàn)室階段，離實(shí)際應(yīng)用還有相當(dāng)長(zhǎng)的距離，面臨成本高、產(chǎn)率低等問題，后續(xù)還需要盡快實(shí)現(xiàn)從“0到1”的概念突破到“1到10”和“10到100”的轉(zhuǎn)換。

合成肉

· 技術(shù)原理：

· 植物基人造肉：模仿肉類的味道和質(zhì)地，將植物蛋白（如大豆、豌豆等）進(jìn)行分離、混合、加熱和擠壓，使其形成肉類的結(jié)構(gòu)和口感，并添加脂肪、調(diào)味料等成分來模擬肉類的味道。例如，impossible foods公司利用從植物中提取的血紅蛋白（如大豆血紅蛋白）與植物蛋白結(jié)合，使其產(chǎn)品具有類似牛肉的口感和多汁感。

· 細(xì)胞培養(yǎng)肉：從動(dòng)物體內(nèi)提取干細(xì)胞或成肌細(xì)胞，在無菌條件下進(jìn)行體外培養(yǎng)，讓細(xì)胞分裂增殖形成肌肉組織。培養(yǎng)過程中需要模擬動(dòng)物體內(nèi)的生理環(huán)境，提供適宜的溫度、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、生長(zhǎng)因子和氧氣等條件，以促進(jìn)細(xì)胞的生長(zhǎng)和分化。例如，memphis meats公司通過在生物反應(yīng)器中培養(yǎng)牛、雞和豬的干細(xì)胞，成功生產(chǎn)出了可食用的培養(yǎng)肉。

· 優(yōu)勢(shì)：

· 環(huán)保：傳統(tǒng)畜牧業(yè)需要大量的土地、水資源和飼料來維持動(dòng)物的生長(zhǎng)，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生溫室氣體排放和糞便污染等環(huán)境問題。合成肉的生產(chǎn)可以在相對(duì)較小的空間內(nèi)進(jìn)行，減少土地和水資源的消耗，降低溫室氣體排放，對(duì)環(huán)境更加友好。

· 動(dòng)物福利：合成肉的生產(chǎn)不需要對(duì)動(dòng)物進(jìn)行屠宰，符合一些人對(duì)動(dòng)物福利的關(guān)注和訴求，避免了傳統(tǒng)肉類生產(chǎn)過程中的動(dòng)物痛苦和生命消亡問題。

· 食品安全：合成肉的生產(chǎn)過程是在受控的環(huán)境下進(jìn)行的，可以有效減少微生物污染、獸藥殘留等食品安全風(fēng)險(xiǎn)，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和安全性。

· 健康：一些合成肉產(chǎn)品可以根據(jù)消費(fèi)者的健康需求進(jìn)行定制化生產(chǎn)，例如減少脂肪含量、增加蛋白質(zhì)含量或添加特定的營(yíng)養(yǎng)成分等，滿足不同人群的健康飲食需求。

· 最新進(jìn)展：2024年，以色列的Aleph Farms推出世界上第一個(gè)無屠宰人造肉排，其培養(yǎng)肉技術(shù)可生產(chǎn)各向異性肌肉組織，結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)肉排相似。荷蘭Mosa Meat公司通過改進(jìn)生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)和培養(yǎng)基配方，顯著降低了培養(yǎng)肉的生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。

· 面臨問題：

· 高成本：細(xì)胞培養(yǎng)肉的生產(chǎn)成本相對(duì)較高，包括細(xì)胞培養(yǎng)基中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、生長(zhǎng)因子以及生物反應(yīng)器設(shè)備和維護(hù)等方面的費(fèi)用，這使得其價(jià)格遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)肉類，限制了大規(guī)模商業(yè)化推廣。

· 口感和質(zhì)地：盡管合成肉在口感和質(zhì)地方面取得了一定進(jìn)展，但與傳統(tǒng)肉類相比仍存在一定差距，需要進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化，以滿足消費(fèi)者對(duì)肉類口感的期望。

· 監(jiān)管和倫理：合成肉作為一種新興食品，面臨著監(jiān)管和倫理方面的挑戰(zhàn)。在監(jiān)管方面，各國(guó)尚未建立統(tǒng)一的合成肉監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，需要明確其生產(chǎn)、銷售和標(biāo)簽管理等要求。在倫理方面，盡管合成肉減少了動(dòng)物屠宰，但一些人對(duì)其在細(xì)胞來源、培養(yǎng)過程等方面的倫理問題存在爭(zhēng)議。