未来食物的无限想象和创造：细胞培养肉

人类生存的备选：细胞培养肉

随着全球经济的快速发展和世界人口数量的递增，以及新冠疫情对经济政治产生巨大影响，人类对食品的需求在数量与品质上都在不断提升，尤其是肉类农产品的供求出现了严重的不平衡。

有报告指出，预计到2030年，我国肉类农产品的供给缺口将达到3804万吨，这严重依赖于畜牧业的发展，但是这又与资源环境短缺污染之间的矛盾日益突出，畜牧业不仅消耗过多的生产资源，还排放了大量的温室气体，严重污染了环境，同时也带来了动物福利和健康等方面的问题。

尤其是近年来，非洲猪瘟、禽流感等动物疫病的流行也给肉类安全生产带来严峻的挑战，这迫切需求一种新型的环境友好型可持续的肉类生产技术。而细胞培养肉技术就是一项具有颠覆性肉类生产革命，不仅可以部分取代传统畜牧业生产肉类，还可以有效缓解肉制品有效供给的压力。

细胞工厂：不用“养”，即有肉

培养肉（Cultured Meat，亦称为细胞培养肉或培育肉）是依据动物肌肉生长修复机理，利用其干细胞进行体外培养而获得的肉类，它不需要经过动物养殖，直接用细胞工厂化生产肉类。细胞培养肉是一种全新的肉类生产技术，简单的说就是“不用养牛猪鸡鸭鹅就可以生产出牛猪鸡鸭鹅的肉”。

那块肉是怎么来的？

根据肌肉细胞的生物学过程以及肌肉的理化、加工特性，培养肉生产的第一要务就是生成大量的肌肉细胞及蛋白质。首先需要分离获取肌肉干细胞、胚胎干细胞。或诱导性多能干细胞、间充质干细胞和其它底盘细胞等种子细胞，种子细胞需要具有或可诱导的肌源性（脂源性）细胞命运。

然后，通过生物反应器扩大培养，实现种子细胞的大规模增殖。再利用分化模具、生物反应器或3D打印的方法大规模生产肌肉组织，最后利用食品化加工技术制作培养肉产品。

一次次突破：只为那块肉

2001年，荷兰政府资助高校开展培养肉研究。荷兰Mark Post教授的细胞培养肉研发技术路线，分离肌肉和脂肪前体细胞、刺激细胞大量生长，在体外生产三千多条肌纤维，于2013年8月，培养出第一块培养肉汉堡。

2019年3月，日本著名的食品企业日清食品控股公司宣布，与东京大学合作，通过人工培育牛肌肉细胞成功制成约1 cm3的肌肉组织。

2019年，南京农业大学周光宏教授带领团队使用第六代的猪肌肉干细胞培养20天，生产得到重达5克的培养肉。这是国内首例由动物干细胞扩增培养而成的人造肉，是该领域内一个里程碑式的突破。

2021年7月，新加坡食品厅( SFA )将细胞培养肉作为CDMO进行审查。通过取得许可证，就可以受托生产面向商用销售的细胞培养肉。这意味着新加坡的老牌生命科学机器制造商埃斯科生命科学集团旗下的企业作为细胞培养肉的受托制造开发机构，已经可以从当局获得许可，据说同样的事例是世界上第一次。

细胞肉的无限可能：机遇与挑战 

高纯度的干细胞获取

由于肌肉组织中存在着至少十几种不同类型的细胞，包括成纤维细胞、内皮细胞、血液细胞等，所以如何分离获取畜禽动物高纯度肌肉干细胞成为一大难题。目前使用的流式细胞分选技术则是根据肌肉干细胞特有的表面标志物进行分离，细胞纯度很高，然而该方法的成本较高。

肌肉干细胞的定向组织分化

干细胞可以自然分化并形成肌肉组织，但是自然状态下体外培养时传代次数非常有限且速率较慢。因此，解决胚胎干细胞的定向分化问题，或者是肌肉干细胞的无限增殖问题，是细胞培养肉技术的关键之一。

通过基因修改也可以使细胞获得无限 增殖的能力以及改进全能干细胞定向分化的稳定性。但这中操作会存在极大的阻力，尤其是在欧盟国家，是完全被禁止的。用于细胞培养肉的干细胞的增殖和分化，应该还是坚持以优化培养条件以及代谢调控为主。

肌肉干细胞的干性维持

细胞在长期培养过程中，由于端粒的长度在细胞分裂过程中逐渐缩短，会端粒的长度在细胞分裂过程中逐渐缩短，最终导致细胞增殖能力减弱。

除此以外，体外培养还会引发表观遗传变异、蛋白质稳态失衡等一系列细胞衰老现象。未来是否可以通过基因编辑维持端粒酶活性来延缓畜禽动物肌肉干细胞衰老是关键研究方向。

种子细胞大规模培养

目前的规模研究主要是针对1 L以下的转瓶条件，而在2～20 L生物反应器以及更大的超过200 L的生物反应器中还没有详细研究。未来的研究重点在设计规模200 L以上的生物反应器，培养条件如细胞摄入氧气的动力学参数、剪切应力对细胞的影响等方面。

肉的感官品质形成

细胞培养肉的三维结构直接影响消费者对产品的认可度。目前利用细胞工厂合成原料生产的人造肉食品普遍结构松散，无法让消费者产生真是的咀嚼感。所以如何让细胞培养肉的组织结构和感官品质更接近真肉就显得至关重要。

细胞人造肉的最后一道枷锁

细胞培养肉虽然未来可期，但仍然受到国家政策法规等一系列制约。目前现有的生物产业发展、市场准入和监管、安全性评价等制度均已不能适应细胞培养肉产业发展。

因此，从技术层面上来说，必须通过培养肉营养成分、生物利用度、毒性评价体系研究，构建动物培养肉营养评价模型，形成产品品质指标体系标准。

同时，通过对动物细胞培养肉与真实肉制品的对比测试，确定动物培养肉在评估中暴露的膳食摄入标准，为细胞培养肉的市场推广提供安全保障的政策法规。

作者简介

Martin.Yu，食品科技工作者、营养师，长期负责特殊食品研发工作，主要方向为：FSMP、益生菌、特膳食品。