近日，米兰体育网页版马晓强组联合上海市疾病预防控制中心团队，在Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety 发表题为 “Microbial Production of Alternative Proteins for Food Applications: Advances, Industrial Challenges, and Regulatory Status”的综述文章。该综述系统总结了微生物精准发酵生产食品替代蛋白的研究进展，重点梳理了不同功能蛋白的微生物制造策略、关键工程技术、产业化瓶颈及全球监管现状，并从技术创新、食品应用和法规体系协同发展的角度，对微生物替代蛋白未来产业化发展进行了展望。

随着全球人口增长以及食品蛋白需求持续增加，传统蛋白生产方式面临资源、环境和可持续发展等多重挑战。在大食物观背景下，构建来源更加多元、营养更加丰富、供给更加可持续的食物资源体系，已成为食品科技发展的重要方向。相比传统动物蛋白生产，利用工程化细菌、酵母和丝状真菌等作为“细胞工厂”，通过精准发酵定向生产食品功能蛋白，具有生产周期短、资源利用效率高、受环境影响较小等优势，为拓展新蛋白资源、丰富未来食物供给提供了新的技术路径。微生物精准发酵并非以生产微生物菌体蛋白为主要目的，而是利用遗传修饰微生物（Genetically Modified Microorganisms, GMMs）作为精准细胞工厂，定向合成特定高价值功能蛋白或食品配料，因此在替代肉、替代乳制品及新型功能食品开发中具有独特优势。

图1. 微生物合成替代蛋白在食品开发中的分类、功能与应用

基于食品功能和应用场景，该综述进一步构建了较为系统的微生物替代蛋白功能分类框架，将精准发酵生产的食品蛋白划分为六大类：着色蛋白（Coloring proteins）、风味和味觉蛋白（Flavoring and taste proteins）、结构和质构蛋白（Structuring and texturizing proteins）、营养和功能蛋白（Nutritional and functional proteins）、食品加工与辅助蛋白（Processing and enabling proteins）以及特殊功能蛋白（Special functional proteins）。代表性蛋白包括血红蛋白、肌红蛋白、藻蓝蛋白、甜味蛋白、鲜味肽、酪蛋白、胶原蛋白、乳铁蛋白、溶菌酶、蛋白酶、脂肪酶及丝蛋白等，覆盖替代肉、替代乳制品、饮料、烘焙食品、功能食品和食品包装等多种应用场景。

图2. 替代蛋白微生物精准发酵的关键技术与工艺

在此基础上，文章系统总结了不同类型替代蛋白的微生物生产性能和工程策略。例如，通过代谢途径重构和血红素合成强化，工程酵母和细菌已能够实现血红蛋白和肌红蛋白的高效生产；通过信号肽优化、分子伴侣调控和高密度发酵，Thaumatin、Monellin、Brazzein 等天然甜味蛋白的生产水平得到显著提升；同时，酪蛋白、胶原蛋白、乳铁蛋白以及多种食品加工酶的精准发酵生产也取得了重要进展。不同微生物底盘在表达能力、蛋白翻译后修饰、分泌能力、下游纯化以及食品法规接受度等方面各具特点，需要根据目标蛋白的结构和功能要求进行综合选择。除总结代表性蛋白及其生产水平外，该综述还从原料选择—微生物底盘—基因组与代谢工程—发酵过程优化—蛋白分离纯化等环节，对精准发酵替代蛋白的完整技术体系进行了梳理。文章重点讨论了基因编辑与代谢工程、蛋白表达与分泌调控，以及人工神经网络等方法在发酵条件优化中的应用。同时指出，实验室摇瓶培养结果往往难以直接预测大型发酵罐中的生产性能，因此需要在菌株开发早期同步考虑培养基成本、氧传递、剪切力、过程放大及下游纯化等因素，从单纯追求蛋白“高产量”转向兼顾滴度、产率、生产强度和过程经济性的系统优化。

图3. 替代蛋白微生物精准发酵面临的挑战及潜在解决方案

与此同时，食品安全与法规监管已成为精准发酵替代蛋白产业化的关键环节。当前，不同国家和地区在安全评价、遗传修饰微生物管理、产品标签及市场准入等方面仍存在差异，全球监管体系尚未完全统一。未来需进一步推动安全评价标准、标签体系和监管规则的国际协调，为精准发酵食品产业化提供更加清晰、可预期的制度基础。此外，微生物替代蛋白正由概念验证迈向产业化，研究重点也应由单一蛋白高产向多蛋白协同表达和系统化食品设计转变，并加强合成生物学、生物过程工程、食品科学与监管科学的协同。同时，应将安全评价前移至菌株设计和工艺开发阶段，推动产品开发与安全监管一体化。

图4. 微生物精准发酵合成替代蛋白的全球监管批准状况

面向未来，团队提出可将AI智能体与基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学等多维度组学技术结合，构建遗传修饰微生物及其蛋白产品的智能化安全评价体系，实现多源数据整合、风险识别和辅助判定。同时，应推动产业界、学术界和监管部门形成微生物蛋白分类与定义共识，逐步厘清“微生物蛋白”、“单细胞蛋白”、“精准发酵功能蛋白”等概念边界，为安全评价、产品申报、标签管理和市场准入提供标准基础。

米兰体育网页版陆泽伟为论文第一作者，上海市疾病预防控制中心朱珍妮主任医师和米兰体育网页版马晓强长聘教轨副教授为论文通讯作者。论文作者还包括陈卓尔、杨佃琪博士、Akhmad Awaludin Agustiar、李凯琳和蔡华副主任医师。该研究得到了国家重点研发计划、国家卫生健康委员会食品安全风险评估与标准研制重点实验室食品安全风险评估项目、国家自然科学基金以及上海市自然科学基金面上项目等项目的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1111/1541-4337.70584