第六，多学科交叉融合创新产业链。大数据、云计算、物联网、基因编辑等信息、工程、人工智能、生物技术等深度交叉融合正在颠覆食品传统生产方式，催生一批新产业、新模式、新业 态。

安全、营养和可持续的食品供给面临挑战

随着环境污染、气候变化和人口增长，安全、营养和可持续的食品供给面临巨大挑战，主要表现在以下4个方面：

第一，生态效应方面，食品生产产生25%温室气体并需要40%耕地，对生态造成巨大压力。

第二，人口方面，随着全球人口的增长和生活水平提升的需求，预计到2050年全球需要蛋白增量将达到30%-50%。

第三，气候变化方面，世界上70%的饥饿人口生活在气候变化最为严重的地区，对食品的供给造成严峻挑战。

第四，公共健康方面，因现代饮食方式产生的慢性疾病而造成年死亡人数增加500万。

未来面临的挑战对未来食品供给和功能提出了新的要求，食品需要成为人类未来生产方法和生活方式改变的代表性物质;食品科技发展应该成为系统生物学、合成生物学、物联网、人工智能、增材制造、医疗健康、感知科学等技术的集成研究;未来食品在解决全球食物供给和质量、食品安全和营养等问题基础上，满足人民对美好生活的更高需要;未来食品的标签是“更安全、更营养、更方便、更美味、更持续”。植物基食物发展是未来食品技术发展的重要方向。2013-2017年全球植物蛋白、活性物质、甜味剂、药物和调料、色素的复合年增长率高达62%，未来仍将呈高速增长趋势。未来食品技术组成将更加完备，将从食品加工领域扩展到营养健康、食品生物工程、智能制造等相关领域，构成多技术体系协同推进未来食品发展，构成未来食品技术结构树，支撑未来食品领域的健康和有序发展。

食品合成生物学发展三阶段

合成生物学是新的生命科学前沿，以工程化设计理念对生物体进行有目标的设计、改造乃至重新合成，是从理解生命规律到设计生命体系的关键技术。合成生物学成功的产业化案例是2013年美国Amyris和法国Sanofi利用合成生物学技术联合开发出能高效合成青蒿酸的酿酒酵母细胞工厂，并在此基础上通过化学合成的方法将青蒿酸转化为青蒿素，实现商业化生产。100平方米车间相当于近5万亩(3333.3公顷)种植产量，从而建立了青蒿素从植物提取到生物合成的颠覆性生产性路线。合成生物学技术在生物医药领域的成功应用促使全球合成生物学研究蓬勃兴起，世界各国迅速推进该领域发展。合成生物技术的研究和产业化应用正在重塑世界。然而，目前合成生物学研究主要集中在医药和化学品生产领域，食品领域合成生物学的基础和应用研究起步相对较晚，发展相对薄弱。率先推进食品合成生物学的技术研究并且实现食品合成生物学技术的产业化，将抢占世界的科技前沿和产业高地。

食品合成生物学是在传统食品制造技术基础上，采用合成生物学技术，特别是食品微生物基因组设计与组装、食品组分合成途径设计与构建等，创建具有食品工业应用能力的人工细胞，将可再生原料转化为重要食品组分、功能性食品添加剂和营养化学品，来解决食品原料和生产方式过程中存在的不可持续的问题，实现更安全、更营养、更健康和可持续的食品获取方式。

食品合成生物学既是解决现有食品安全与营养问题的重要技术，也是面对未来食品可持续供给挑战的主要方法，能够解决传统食品技术难以解决的问题，主要包括以下4个方面：变革食品生产方式;开发更多新的食品资源;提高食品的营养并增加新的功能;重构、人工组装与调控食品微生物群落。食品合成生物技术主要研究领域包括食品细胞工厂设计与构建、食品生物合成优化与控制和重组食品制造与评价。

食品合成生物学发展需要经历以下三个阶段：第一阶段是通过最优合成途径及食品分子修饰，实现重要食品功能组分的有效、定向合成和修饰，为“人造功能产品”细胞的合成做准备。第二阶段是建立高通量高灵敏筛选方法，筛选高效的底盘细胞工厂，实现重要食品功能组分的高效生物制造;初步合成具有特殊功能的“人造功能产品”细胞。第三阶段是实现AI辅助的全自动生物合成的设计及实施;通过精确靶向调控，大幅度提高重要食品功能产品在异源底盘和原底盘细胞中的合成效率，最终实现全细胞利用。

人造食品的总体技术路线是构建细胞工厂种子，以车间生产方式合成奶、肉、糖、油、蛋等，具有营养与经济竞争力，实施颠覆性技术路线，缓解农业压力，满足日益增长的需求。相比于传统食品制造，基于细胞工厂种子的人造食品制造能够将土地使用效率提高1000倍，每吨粮食可节约用水90%以上，并且生产过程不需使用农药化肥。主要人造食品包括“人造蛋”“人造肉”和“人造奶”。

目前，美国HamptonCreek公司将豌豆和多种豆类植物混合，研发“人造蛋”，产品营养价值和味道与真蛋相似。此类“植物蛋黄酱”已经在香港等地的超市销售。美国ClaraFoods科技公司通过酵母细胞工厂构建、发酵合成卵清蛋白，是利用生物合成技术创制动物蛋白的范例。

“人造肉”技术被《麻省理工学院技术评论》评为2018年全球十大突破技术之一，利用“人造肉”替代传统畜牧业具有重大的生态意义，是全球人造食品研究的热点。传统养殖业排放的温室气体占到全球温室气体排放量的14.5%，是所有交通工具燃油排放的总和。利用“人造肉”替代或部分替代传统畜牧业，能够显著降低全球温室气体排放。同时区别于传统素肉，“人造肉”与肉类具有更高的相似度，因而也具有更高的商业潜力。