細胞培養(yǎng)肉品類漸增?產(chǎn)業(yè)化過程需要“細嚼慢咽” 環(huán)球新視野

浙江大學(xué)展示的國內(nèi)首例厘米級細胞培養(yǎng)大黃魚組織仿真魚排樣品。洪恒飛 攝

(資料圖片僅供參考)

從液氮中取出保藏好的大黃魚干細胞“種子”，利用細胞活化及可控生長路徑合成魚肉，滿足一次魚肉消費。原本有限的大黃魚供應(yīng)，其可持續(xù)生產(chǎn)變得無限可能……隨著細胞培養(yǎng)肉類技術(shù)的成熟，這一場景或許并不會僅局限于想象。

不久前，由浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院副院長劉東紅教授、生命科學(xué)學(xué)院陳軍教授牽頭的科研團隊聯(lián)合大連工業(yè)大學(xué)朱蓓薇院士團隊對外宣布，聯(lián)合團隊通過干細胞分離、工廠化培養(yǎng)與組織化構(gòu)建技術(shù)，耗時17天成功合成國內(nèi)首例厘米級細胞培養(yǎng)大黃魚組織仿真魚排。

細胞培養(yǎng)肉被認為是極有潛力解決未來人類餐桌肉品和蛋白供應(yīng)、減少人工養(yǎng)殖肉類動物對水資源、土地資源高度依賴的技術(shù)之一。牛肉、雞肉、鵝肝、豬肉、魚肉……近十年來，基于不同生物的細胞培養(yǎng)肉接連問世，公眾在驚嘆培養(yǎng)技術(shù)之余，同樣關(guān)心口味、價格、安全性等影響消費的因素。

劉東紅對此表示，多種肉類的培養(yǎng)體系慢慢涌現(xiàn)，一方面需要盡快實現(xiàn)低成本和規(guī)模化生產(chǎn)，一方面需要健全法律法規(guī)、評估安全性。值得期待的是，全球范圍內(nèi)，技術(shù)與應(yīng)用正在同步推進。

一場直播掀起了研發(fā)熱潮

2013年，一場位于英國倫敦的特殊烹飪直播，令細胞培養(yǎng)肉類食品引起廣泛關(guān)注——彼時，荷蘭馬斯特里赫特大學(xué)組織工程學(xué)教授馬克·波斯特利用從牛頸提取的一種稱為“肌衛(wèi)星細胞”的特殊干細胞，耗時數(shù)周完成了全球首例體外培養(yǎng)出的細胞培養(yǎng)肉，并通過烹飪直播向公眾展示。

“這十年間，多國科研人員紛紛參與到細胞培養(yǎng)肉這一領(lǐng)域。實際上，細胞培養(yǎng)技術(shù)本身并不算新鮮事物?！眲|紅介紹，半個多世紀前，醫(yī)學(xué)上已開始細胞培養(yǎng)人體組織工程的研究，用于皮膚修復(fù)等。進入21世紀，國際社會越發(fā)關(guān)注糧食供應(yīng)、資源緊缺的問題，利用體外細胞來培養(yǎng)蛋白質(zhì)或者肌肉纖維的相關(guān)技術(shù)逐漸醞釀。

劉東紅解釋說，細胞培養(yǎng)肉，本質(zhì)上是通過動物干細胞在體外進行細胞增殖和分化的過程。其中，細胞通過增殖不斷增加數(shù)量，再通過分化產(chǎn)生形態(tài)結(jié)構(gòu)功能各異的細胞類群或組織，如肌肉組織。

雖然公眾對細胞培養(yǎng)肉普遍持觀望態(tài)度，但局部范圍內(nèi)已有人敢于試吃，其產(chǎn)業(yè)化前景也被資本市場所看好。近日，在第十九屆畜牧飼料科技與經(jīng)濟(全球)高層論壇上，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)周光宏教授介紹，根據(jù)國外機構(gòu)統(tǒng)計，細胞培養(yǎng)肉行業(yè)年度投資(2016-2021年)總計19.3億美元，其中2021年投入資本13.8億元，比2019年上漲300%以上。

近兩年，已有美國FDA和新加坡食品管理局批準細胞培養(yǎng)雞肉上市的事例。2021年，F(xiàn)uture Meat Technologies公司宣布其中試車間在以色列竣工，可達到日產(chǎn)500千克細胞培養(yǎng)肉。

回顧國內(nèi)，2019年11月，周光宏團隊發(fā)布國內(nèi)首例細胞培養(yǎng)豬肉。同年，由周光宏任首席科學(xué)家的科技企業(yè)南京周子未來食品科技有限公司注冊成立。今年4月，周子未來宣布完成數(shù)千萬元人民幣的A+輪融資，將促進該公司落地細胞培養(yǎng)肉種子細胞千升規(guī)模的中試工廠。

在劉東紅看來，資本與技術(shù)相互交融，正有效加快這一領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化進程。

選好“種子”與“土壤”極為關(guān)鍵

5月23日，科技日報記者走進位于浙江嘉善的浙大長三角智慧綠洲創(chuàng)新中心未來食品實驗室，只見展廳內(nèi)擺放著一塊瓶蓋大小、泛著油光的魚肉，湊近一看能觀察到魚肉表面細致的紋理，甚至淡淡的腥味。這便是國內(nèi)首例厘米級細胞培養(yǎng)大黃魚組織仿真魚排樣品。

劉東紅告訴記者，不同肉類的細胞培育方法大同小異，難點在于找到合適的細胞系與構(gòu)建培養(yǎng)基，二者相當(dāng)于種子和土壤的關(guān)系。

以仿真魚排為例，科研人員從大黃魚軸上肌和腹側(cè)體腔脂肪中篩選分離出肌肉干細胞和脂肪干細胞，作為細胞培養(yǎng)魚肉的“種子”，并通過調(diào)控兩種信號通路誘導(dǎo)肌肉干細胞分化。

之所以將培養(yǎng)基比作土壤，是因為需要通過它將氨基酸、葡萄糖等能支持細胞增殖分化的基本營養(yǎng)素和多種生長因子組合，為細胞增殖分化提供養(yǎng)分。

隨著肌肉細胞的生長、分化，越來越多的魚肉產(chǎn)生，但魚肉還只是肉泥。怎么把魚肉搭建起來?聯(lián)合團隊基于可食用凝膠改造仿生構(gòu)建魚肌支架，產(chǎn)生類似自然魚肉該有的結(jié)構(gòu)和紋路，令肌肉細胞沿著3D打印的仿生結(jié)構(gòu)有規(guī)則地生長，讓仿真魚排得以成形。

陳軍表示，培養(yǎng)基是細胞培養(yǎng)肉生產(chǎn)流程中最重要的成本控制環(huán)節(jié)，聯(lián)合團隊篩選得到了低血清的基礎(chǔ)培養(yǎng)基，有效控制成本，為后續(xù)大規(guī)模化生產(chǎn)打下基礎(chǔ)。

去年5月，清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院杜亞楠教授課題組在《生物材料》發(fā)表研究論文，介紹團隊在可食用的多孔明膠微型生物支架上，利用生物組裝技術(shù)培養(yǎng)出數(shù)厘米大小的人造肉丸。其中，微載體的立體多孔結(jié)構(gòu)，比傳統(tǒng)的2D細胞培養(yǎng)瓶更加節(jié)省培養(yǎng)基的用量，從而降低了人造肉丸的成本。

“相比發(fā)達國家，盡管我國在這一領(lǐng)域起步稍有落后，但是近幾年迎頭追趕，與國際前沿水平基本實現(xiàn)并跑?！眲|紅說，從豐富種類、降低成本等維度開展創(chuàng)新，新的技術(shù)發(fā)現(xiàn)還會持續(xù)涌現(xiàn)。

從展廳到餐廳需要雙線推進

今年3月，聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織和世界衛(wèi)生組織發(fā)布了一份題為《細胞基食品的食品安全問題》的全球報告。該報告指出，預(yù)計到2050年，世界人口將達到90億—110億，隨之而來的是蛋白質(zhì)需求增長以及潛在的健康和環(huán)境問題。

根據(jù)周光宏團隊推算，理論上，1克肉上提取的干細胞，經(jīng)過7周、分裂45次，可以培養(yǎng)出2萬千克重的培養(yǎng)肉。

誠然，要實現(xiàn)這一體量，還有相當(dāng)長的一段路要走。在他看來，細胞培養(yǎng)肉成本需降到每克0.03元，有可能實現(xiàn)對畜牧肉類的部分替代。

劉東紅認為，細胞培養(yǎng)肉的研發(fā)初衷，并非要馬上替代現(xiàn)有的食品，更重要的是作為一種技術(shù)布局防患于未然。時下我國主要江河湖海處于禁漁期，就是為了保護自然提供的水生資源，維持生態(tài)平衡，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

“同時，國內(nèi)開展相關(guān)研發(fā)布局，有利于在未來掌握主動權(quán)?！眲|紅說，針對影響細胞培養(yǎng)肉類安全性的風(fēng)險物質(zhì)，團隊已啟動若干研究項目，以期在該領(lǐng)域的國際競爭中爭取話語權(quán)。

該報告提到，考慮到細胞基食品技術(shù)的快速發(fā)展，各國需要做好充分準備建立必要的監(jiān)管框架、監(jiān)管機構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)施，以評估細胞基食品產(chǎn)品和生產(chǎn)過程的安全性，并為銷售這些產(chǎn)品的公認術(shù)語和標(biāo)簽要求制定法律和法規(guī)。

雖然尚未大范圍普及，但細胞培養(yǎng)肉的關(guān)注度之高，好似已置身于陽光廚房。

“相關(guān)法律法規(guī)、監(jiān)管體系的健全必然有一個過程。”劉東紅說，在此期間，科研人員與業(yè)界需要圍繞降低成本和確保安全性，進一步深化研究，為規(guī)?；a(chǎn)做準備。比如，尋找培養(yǎng)基中高成本生產(chǎn)因子的可替代物、提升細胞繁殖和分化速度的關(guān)鍵因子等。

周光宏表示，細胞培養(yǎng)肉技術(shù)將重塑肉品產(chǎn)業(yè)格局，即未來的食用肉，一部分由畜牧業(yè)生產(chǎn)，一部分通過養(yǎng)細胞得到，還有一部分則是植物蛋白仿真肉。確保營養(yǎng)、安全、好吃，細胞培養(yǎng)肉自然而然會被接受。

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