合成生物學三大路徑：酶轉化、全細胞催化與發酵法在食品中的創新應用與申報指南

突破傳統，生物技術重塑食品未來

在食品工業創新浪潮中，合成生物學技術正成為關鍵驅動力。無論是精準高效的酶轉化，還是平衡折中的全細胞催化，或是成熟穩健的發酵法，這些技術都在重新定義食品的生產方式。

本文將深入解析這三種核心生物制造技術的原理、特點與差異，并探討它們在我國“三新食品”申報中的現狀與策略，為食品行業創新提供實用指南。

三大合成生物學技術詳解

1酶轉化法：

酶轉化法利用從微生物細胞中提取的酶作為生物催化劑，在溫和條件下高效加速特定化學反應，催化特定底物生成目標產物。

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核心原理：酶在體外作為蛋白質催化劑，能夠高度特異性地識別底物分子，通過降低反應活化能來加速轉化過程，而自身在反應中不被消耗。

工藝特點：反應體系相對簡單，通常包含底物、酶制劑（粗酶液）和緩沖系統，在生物反應器中控制溫度、pH等參數。

主要優勢：反應條件溫和（常溫常壓）、特異性極強（副產物少）、催化效率高、環境友好。

應用實例：（備注：已成功申報的新食品原料、食品添加劑案例）

甜味劑：甜菊糖苷（酶轉化法）（大腸桿菌 BL21(DE3)為底盤微生物）
新食品原料（代糖）：D-阿洛酮糖（枯草芽孢桿菌為底盤微生物）

2全細胞催化法：

全細胞催化法利用完整微生物細胞作為生物催化劑，利用細胞內酶系進行生物轉化生成目的產物。

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核心原理：以整個微生物細胞（通常為非生長狀態或休眠狀態）作為催化劑，利用細胞內固有的多酶系統進行單步或多步生物轉化。

工藝特點：發酵獲得有轉化酶活性的細胞后，通常會經過預處理以提高膜通透性，但不進行細胞生長和繁殖，底物進入細胞進行酶促反應從而生成目的產物。

主要優勢：無需酶分離純化、可利用多酶系統、輔因子可再生、穩定性較好。

3 發酵法：

發酵法利用活體微生物的完整代謝網絡（如細菌、酵母等），在生長繁殖過程中將底物轉化為目標產物。

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核心原理：為微生物提供適宜的營養和環境條件，利用其生長代謝過程中產生的酶系和代謝途徑，將底物（如糖類、甘油、淀粉等碳源）轉化為目標產物。

工藝特點：過程包括菌體生長和產物合成兩個階段（有時同步進行），需要嚴格控制溫度、pH、溶氧、營養供給等參數。

主要優勢：技術成熟、適合大規模生產、可利用廉價原料、能完成復雜產物的合成。

應用實例：（備注：已成功申報的新食品原料、食品添加劑案例）

營養強化劑：2’-巖藻糖基乳糖（多以大腸桿菌、少數為枯草芽孢桿菌和谷氨酸棒狀桿菌作為底盤微生物）
營養強化劑：乳糖-N-新四糖（多以大腸桿菌為底盤微生物）
新食品原料（代糖）：D-阿洛酮糖（大腸桿菌 K12 MG1655為底盤微生物）

三種技術在“三新食品”申報中的考量因素

在我國“三新食品”（新食品原料、食品添加劑新品種、食品相關產品新品種）申報框架下，合成生物學技術需面臨以下的監管考量。

生產菌株安全性：需要詳細證明生產菌株的安全性，包括：菌株分類學地位和鑒定，菌株致病性、耐藥性和產毒潛力評估，菌株遺傳穩定性

發酵產物組成：詳細分析目標產物的化學結構、純度和雜質譜

有害物質控制：證明有效控制了可能產生的有害代謝副產物（如有機溶劑等）

生產工藝穩定性：提供多批次生產數據證明工藝的穩定性和產品的一致性

三種技術在“三新食品”中的申報現狀

截止目前已通過技術審評并發布批準公告的三新食品中，利用發酵法和酶轉化法生產的新食品原料和食品添加劑新品種已成功申報20例，其受體微生物/底盤微生物主要是大腸桿菌、其次是枯草芽孢桿菌、谷氨酸棒桿菌。
利用發酵法生成的3種物質（共18款）已經成功申報：其中食品營養強化劑有2種：2’-巖藻糖基乳糖（14款）、乳糖-N-新四糖（3款）；新食品原料1種：D-阿洛酮糖（1款）。
利用酶轉化法（涉及遺傳修飾微生物）生成的2種物質（共2款）已經成功申報：新食品原料1種：D-阿洛酮糖（1款）、甜味劑1種：甜菊糖苷（酶轉化法）（1款）。
利用全細胞催化法生成的物質暫無成功申報案例

附表：申報現狀整理

物質名稱	申報類型	受體微生物	供體微生物	來源	發布日期
2’-巖藻糖基乳糖	營養強化劑	大腸桿菌K-12 DH1 MDO	螺桿菌 (Helicobacter spp.)	關于桃膠等15種“三新食品”的公告（2023年第8號）	2023/10/8
		大腸桿菌K-12 MG1655	螺桿菌 (Helicobacter spp.)	關于桃膠等15種“三新食品”的公告（2023年第8號）	2023/10/8
		大腸桿菌BL21(DE3)	奈瑟菌(Neisseria spp.)	關于桃膠等15種“三新食品”的公告（2023年第8號）	2023/10/8
		大腸桿菌BL21(DE3)	幽門螺桿菌 (Helicobacter pylori)	關于石斛原球莖等23種“三新食品”的公告（2024年第2號）	2024/3/13
		大腸桿菌 BL21 star(DE3)	大腸桿菌 O126 (Escherichia coli O126)	關于阿拉伯木聚糖等8種“三新食品”的公告	2024/8/5
		谷氨酸棒狀桿菌 ATCC 13032	滑動假土地桿菌 (Pseudopedobacter saltans)	關于阿拉伯木聚糖等8種“三新食品”的公告	2024/8/5
		大腸桿菌 K-12 GI724	普通擬桿菌(Bacteroides vulgatus)	關于擬微球藻油等12種“三新食品”的公告	2024/10/10
		大腸桿菌BL21(DE3)	脆弱擬桿菌(Bacteroides fragilis)	關于金花茶培養物等11種“三新食品”的公告（2024年第6號）	2024/12/13
		大腸桿菌BL21(DE3)	埃希氏菌(Escherichia spp.)	關于金花茶培養物等11種“三新食品”的公告（2024年第6號）	2024/12/13
		大腸桿菌BL21(DE3)	螺桿菌 (Helicobacter spp.)	關于甜葉菊多酚等20種“三新食品”的公告(2025年第1號)	2025/2/10
		大腸桿菌W	螺桿菌 (Helicobacter spp.)	關于甜葉菊多酚等20種“三新食品”的公告(2025年第1號)	2025/2/10
		枯草芽孢桿菌 168	枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）大腸桿菌（Escherichia coli）幽門螺桿菌（Helicobacterpylori）	關于D-阿洛酮糖等20種“三新食品”的公告	2025/7/2
		大腸桿菌BL21(DE3)	幽門螺桿菌（Helicobacterpylori）大腸桿菌O126（Escherichia coliO126））	關于D-阿洛酮糖等20種“三新食品”的公告	2025/7/2
		大腸桿菌K-12 MG1655	幽門螺桿菌（Helicobacterpylori）	關于D-阿洛酮糖等20種“三新食品”的公告	2025/7/2
乳糖-N-新四糖	營養強化劑	大腸桿菌K-12 DH1 MDO	奈瑟菌(Neisseria spp.) 螺桿菌 (Helicobacter spp.)	關于桃膠等15種“三新食品”的公告（2023年第8號）	2023/10/8
	營養強化劑	大腸桿菌BL21star(DE3)	奈瑟菌(Neisseria spp.) 螺桿菌 (Helicobacter spp.)	關于擬微球藻油等12種“三新食品”的公告	2024/10/10
	營養強化劑	大腸桿菌BL21(DE3)	奈瑟菌(Neisseria spp.) 螺桿菌 (Helicobacter spp.)	關于櫻花多酚等11種“三新食品”的公告（2025年第3號）	2025/5/7
D-阿洛酮糖	新食品原料	大腸桿菌 K12 MG1655	脆弱擬桿菌（Bacteroides fragilis）大腸桿菌（Escherichia coli）熱紅短芽孢桿菌（Brevibacillus thermoruber）	關于D-阿洛酮糖等20種“三新食品”的公告	2025/7/2
D-阿洛酮糖（酶轉化法）	新食品原料	枯草芽孢桿菌	瘤胃球菌 CAG55 Ruminococcus sp.	關于D-阿洛酮糖等20種“三新食品”的公告	2025/7/2
甜菊糖苷（酶轉化法）	甜味劑	大腸桿菌BL21(DE3)	甲基桿菌（Methylocaldum szegediense）甜葉菊（Stevia rebaudiana Bertoni）馬鈴薯（Solanum tuberosum）	關于石斛原球莖等23種“三新食品”的公告（2024年第2號）	2024/3/13

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