更逼真的人造肉來了。來自哈佛大學(xué)的科學(xué)家在可食用的明膠支架上培養(yǎng)了兔和牛的肌肉細(xì)胞，這些細(xì)胞細(xì)長而粘連，接近真實(shí)肉的質(zhì)地和堅(jiān)實(shí)度。

此前，在人造肉資本市場上大紅大紫的不可能食品公司（ Impossible Foods）和超越肉食公司（Beyond Meat ），其主打的漢堡均源于植物蛋白，且為糊糊狀的肉餡餅，其外觀和質(zhì)地不及天然的牛排。

10 月 21 日，這項(xiàng)源于動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的人造肉研究發(fā)表在《npj-食品科學(xué)》（npj Science of Food）上，通訊作者是哈佛大學(xué)生物工程與應(yīng)用物理學(xué)教授 Kit Parker。那么，這些研究解決動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)肉的工業(yè)化問題了嗎？我們距離其上市還有多遠(yuǎn)？

明膠腳手架

人造肉的挑戰(zhàn)之一就是讓肉長成纖維狀。動(dòng)物肉主要由肌肉、脂肪和結(jié)締組織組成，如同我們?nèi)庋鬯?，骨骼肌由?xì)長纖維構(gòu)成。肌肉細(xì)胞需要附著在培養(yǎng)基質(zhì)上才能生長并嵌入到相應(yīng)組織中，最終形成細(xì)胞組織紋理及微觀結(jié)構(gòu)，而錨定對(duì)于密集堆積的肌肉纖維排列尤為重要。論文第一作者 Luke MacQueen 說，骨骼肌細(xì)胞是貼壁細(xì)胞，其生長需要腳手架，這樣細(xì)胞才能以三維的形式附著生長。

理想的支架系統(tǒng)應(yīng)該具有相對(duì)較大的比表面積，可靈活地收縮擴(kuò)張，且易于與培養(yǎng)組織分離。已有的支架系統(tǒng)存在回收困難、成本高、穩(wěn)定性不足等問題，那么可食用或可降解的支架，以及可重復(fù)利用的支架就成為科學(xué)家努力的方向。

哈佛大學(xué)的研究人員將目光投向了明膠。在天然肉中，細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）蛋白支架起到細(xì)胞錨定和支持組織生長的作用，其中膠原蛋白是骨骼肌中最豐富的 ECM 蛋白，約占干肌質(zhì)量的 1%-10％ 。明膠是膠原蛋白的衍生物，廣泛用于食品行業(yè)，因此明膠超細(xì)纖維就代表了肌肉組織的結(jié)構(gòu)和生化特征，于是也就成了腳手架的優(yōu)選對(duì)象。

研究人員采用了 Kit Parker 團(tuán)隊(duì)開發(fā)的浸沒旋轉(zhuǎn)噴射紡絲技術(shù)（iRJS），這是一種利用離心力的納米纖維紡絲裝置，可以精確控制取向，模擬身體里高度定向的組織。具體而言就是，拉伸紡絲，用浸在聚合物或蛋白質(zhì)容器中的高速旋轉(zhuǎn)鬃，拉出一小滴溶液進(jìn)入噴射器，纖維以螺旋軌道運(yùn)動(dòng)，并且在從鬃毛分離之前凝固，進(jìn)入收集器。本質(zhì)上，這是一臺(tái)改良版“棉花糖機(jī)器”。

圖 | 明膠纖維的尺寸。（來源：哈佛大學(xué)）

圖 | 明膠纖維。（來源：哈佛大學(xué)）

這些明膠纖維直徑在 1.3 微米到 8.7 微米之間，這可媲美天然的膠原纖維。研究人員將食用明膠做成紡絲，隨后將牛主動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞和兔骨骼肌成肌細(xì)胞植入到明膠紡絲上之后，這些細(xì)胞即長成細(xì)長結(jié)構(gòu)，接近了真實(shí)的肉質(zhì)。

圖 | 比較明膠纖維（上圖）與兔子骨骼?。ㄏ聢D）的電子顯微鏡照片可發(fā)現(xiàn)，明膠支架與骨骼肌的形狀和質(zhì)地相似。（來源：哈佛大學(xué)）

研究人員比較了人造肉與兔子肉、培根、牛里脊熏火腿等肉類質(zhì)地后發(fā)現(xiàn)，天然肉含有的肌纖維更多，也就是說，天然肉更成熟。

為了比較最終產(chǎn)品和真肉之間的質(zhì)地，研究人員還進(jìn)行了多項(xiàng)食品行業(yè)常用的分析：如在電熱板上加熱人造肉肉來模擬烹飪，測量切下每一塊肉所需的力度。最后，他們發(fā)現(xiàn)這種實(shí)驗(yàn)室生長的肉介于漢堡和牛里脊肉之間。

研究人員認(rèn)為，用浸沒旋轉(zhuǎn)噴射紡絲技術(shù)來生產(chǎn)明膠纖維是可以滿足工業(yè)化量產(chǎn)需求的。并且，這個(gè)技術(shù)還可以添加更多的多糖等分子纖維成分，這就為肌肉細(xì)胞生長的腳手架拓展了更多可能性。

研究還發(fā)現(xiàn)，短于 20 微米的肌肉纖維會(huì)促進(jìn)細(xì)胞聚集，而長于 1 厘米的肌肉纖維則更喜歡排列成細(xì)長狀。

量產(chǎn)還需等待

江南大學(xué)生物工程學(xué)院教授周景文評(píng)價(jià)說，以往大量的動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的研究工作都是針對(duì)基礎(chǔ)研究和醫(yī)學(xué)研究，很少有人想到動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的支架的可食用性。哈佛學(xué)者在可食用明膠支架上培育兔子和牛的肌肉細(xì)胞是一個(gè)非常好的嘗試，為后續(xù)細(xì)胞培養(yǎng)肉的研究提供了很好的研究思路。

圖 | Mark Post 手持第一款動(dòng)物細(xì)胞人造肉。（來源：PA Wire）

動(dòng)物細(xì)胞人造肉第一人、荷蘭馬斯特里赫特大學(xué)教授 Mark Post 在接受 DeepTech 采訪時(shí)則表示，哈佛的研究是一個(gè)開始但并非很新穎。腳手架對(duì)于厚牛排很重要，明膠的優(yōu)點(diǎn)是可食用，但缺點(diǎn)是仍然要來自牛。另外，有其他凝膠和支架選項(xiàng)來實(shí)現(xiàn)紋理化，比如打印或注塑。

2013 年，Mark Post 用動(dòng)物細(xì)胞組織培養(yǎng)方法生產(chǎn)出了第一塊人造肉，這塊肉是通過胚胎干細(xì)胞在富含氨基酸、脂質(zhì)、維生素的培養(yǎng)液中增殖、分化、融合形成的。細(xì)胞培育是在類似發(fā)酵裝置的生物反應(yīng)器中進(jìn)行的，幾周之后，這種肌肉組織即可食用。這個(gè)研究得到了 Google 聯(lián)合創(chuàng)始人 Sergey Brin 的資助。

Mark Post 也是荷蘭公司 Mosa Meat 的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席問題官（CSO）。2013 年荷蘭團(tuán)隊(duì)推出的這個(gè)人造漢堡成本高達(dá) 25 萬歐元，到了2017 年這個(gè)成本已經(jīng)降到了 10 歐元。

Mark Post 介紹說，動(dòng)物人造肉目前還需要解決動(dòng)物細(xì)胞的產(chǎn)量問題，雖然已經(jīng)有了技術(shù)，但優(yōu)化過程需要時(shí)間。另一個(gè)挑戰(zhàn)則是，需要通過增加配料供給來降低成本，目前的高純的配料主要供給了醫(yī)療領(lǐng)域。

周景文對(duì)此作了更詳盡的分析。大部分動(dòng)物干細(xì)胞只能進(jìn)行有限次數(shù)的傳代，那么細(xì)胞培養(yǎng)人造肉面臨著干細(xì)胞獲取來源、誘導(dǎo)分化的控制、低成本的大規(guī)模培養(yǎng)等一系列問題，很多是以往從未有人涉足的，可能需要更長的時(shí)間，特別是在干細(xì)胞獲取和動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)方面的顛覆性的創(chuàng)新，才有可能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。

動(dòng)物肉PK植物肉

（數(shù)據(jù)來源：張國強(qiáng)等 2019 年發(fā)表在生物工程學(xué)報(bào)上的論文《動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)在人造肉研究中的應(yīng)用》 ，由 DeepTech 譯制 ）

依據(jù)蛋白來源，人造肉分為植物蛋白肉和動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)肉。目前的植物蛋白肉主要是基于組織蛋白的進(jìn)一步加工。植物組織蛋白的出現(xiàn)已經(jīng)有很長的歷史，在國內(nèi)國外都有很好的研究和產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)。植物蛋白肉主要是采用植物來源的原料，通過物理和生物的方法，輔以一些助劑，使植物蛋白在風(fēng)味、口感、質(zhì)地、營養(yǎng)等方面更接近動(dòng)物肉，并不是從植物細(xì)胞開始培養(yǎng)。

目前備受資本市場熱捧的兩種人造肉產(chǎn)品均為植物細(xì)胞來源。Beyond Meat  公司產(chǎn)品包括植物成分制造的漢堡、香腸和碎肉，其植物成分主要來自豌豆和蠶豆。另一家明星公司 Impossible Foods 公司的漢堡則用大豆蛋白替換了原來版本的小麥蛋白，以避免麩質(zhì)。

與植物細(xì)胞來源的人造肉相比，動(dòng)物細(xì)胞來源的人造肉的蛋白品質(zhì)更好，要知道，植物蛋白缺少賴氨酸和蛋氨酸，是不完全蛋白。周景文對(duì) DeepTech 介紹說，細(xì)胞培養(yǎng)肉是利用動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的養(yǎng)殖業(yè)，在成分上與真實(shí)肉制品具有天然的高度相似性。這與植物蛋白肉相比，在品質(zhì)上具有先天性的優(yōu)勢。

Mark Post 認(rèn)為，基于植物的人造肉已經(jīng)有 35 年歷史，顯然走得更遠(yuǎn)了，但是植物人造肉不能完美模仿整塊牛排的組織，其組織紋理化也很困難，而這方面已經(jīng)在某些動(dòng)物人造肉上實(shí)現(xiàn)了。所以只有等動(dòng)物人造肉進(jìn)入市場，才能知道消費(fèi)者的反應(yīng)，才能知道植物人造肉和動(dòng)物人造肉哪個(gè)走得更快。

Mark Post 并不擔(dān)心社會(huì)對(duì)其產(chǎn)品的接受度問題。他說，人們的接受度正在提高，尤其是現(xiàn)在人們越來越意識(shí)到了畜牧業(yè)的環(huán)保問題和安全問題。

不過周景文認(rèn)為，植物蛋白肉可以被迅速接受，其中有一部分因素是很多素食主義者，或者對(duì)于健康比較在意的人群，而這些人群可能會(huì)在意動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的人造肉。

周景文介紹說，江南大學(xué)正在進(jìn)行人造肉的研發(fā)工作，其主要的研究工作包括植物組織蛋白的制備、植物蛋白加工關(guān)鍵酶和血紅蛋白的發(fā)酵生產(chǎn)、脂肪和關(guān)鍵風(fēng)味物質(zhì)的發(fā)酵生產(chǎn)、動(dòng)物細(xì)胞大規(guī)模低成本培養(yǎng)的反應(yīng)器設(shè)計(jì)和過程優(yōu)化等，并與相關(guān)團(tuán)隊(duì)合作開展干細(xì)胞低成本獲取和培養(yǎng)方面的工作。此外，針對(duì)當(dāng)前人造肉發(fā)展過程中可能存在的問題，進(jìn)行了一些食品安全評(píng)估等方面的工作，為后續(xù)制訂相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、政策、法規(guī)，提供依據(jù)。

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參考文獻(xiàn)：
https://www./articles/s41538-019-0054-8
https://www.seas./news/2019/10/real-texture-lab-grown-meat
https://www./interviews/interview-mark-post-cultured-meat/
http://journals./html/cjbcn/2019/8/gc19081374.htm