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2023-06-05 15:59:23
細胞培養肉品類漸增?產業化過程需要“細嚼慢咽” 環球新視野
2023-06-05 15:59:23 來源: 科技日報
浙江大學展示的國內首例厘米級細胞培養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，其可持續生產變得無限可能……隨著細胞培養肉類技術的成熟，這一場景或許并不會僅局限于想象。
不久前，由浙江大學生物系統工程與食品科學學院副院長劉東紅教授、生命科學學院陳軍教授牽頭的科研團隊聯合大連工業大學朱蓓薇院士團隊對外宣布，聯合團隊通過干細胞分離、工廠化培養與組織化構建技術，耗時17天成功合成國內首例厘米級細胞培養大黃魚組織仿真魚排。
細胞培養肉被認為是極有潛力解決未來人類餐桌肉品和蛋白供應、減少人工養殖肉類動物對水資源、土地資源高度依賴的技術之一。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肉接連問世，公眾在驚嘆培養技術之余，同樣關心口味、價格、安全性等影響消費的因素。
劉東紅對此表示，多種肉類的培養體系慢慢涌現，一方面需要盡快實現低成本和規模化生產，一方面需要健全法律法規、評估安全性。值得期待的是，全球范圍內，技術與應用正在同步推進。
一場直播掀起了研發熱潮
2013年，一場位于英國倫敦的特殊烹飪直播，令細胞培養肉類食品引起廣泛關注——彼時，荷蘭馬斯特里赫特大學組織工程學教授馬克·波斯特利用從牛頸提取的一種稱為“肌衛星細胞”的特殊干細胞，耗時數周完成了全球首例體外培養出的細胞培養肉，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肉這一領域。實際上，細胞培養技術本身并不算新鮮事物。”劉東紅介紹，半個多世紀前，醫學上已開始細胞培養人體組織工程的研究，用于皮膚修復等。進入21世紀，國際社會越發關注糧食供應、資源緊缺的問題，利用體外細胞來培養蛋白質或者肌肉纖維的相關技術逐漸醞釀。
劉東紅解釋說，細胞培養肉，本質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量，再通過分化產生形態結構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肉普遍持觀望態度，但局部范圍內已有人敢于試吃，其產業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濟(全球)高層論壇上，南京農業大學周光宏教授介紹，根據國外機構統計，細胞培養肉行業年度投資(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雞肉上市的事例。2021年，Future Meat Technologies公司宣布其中試車間在以色列竣工，可達到日產500千克細胞培養肉。
回顧國內，2019年11月，周光宏團隊發布國內首例細胞培養豬肉。同年，由周光宏任首席科學家的科技企業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千萬元人民幣的A+輪融資，將促進該公司落地細胞培養肉種子細胞千升規模的中試工廠。
在劉東紅看來，資本與技術相互交融，正有效加快這一領域的產業化進程。
選好“種子”與“土壤”極為關鍵
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新中心未來食品實驗室，只見展廳內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。這便是國內首例厘米級細胞培養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建培養基，二者相當于種子和土壤的關系。
以仿真魚排為例，科研人員從大黃魚軸上肌和腹側體腔脂肪中篩選分離出肌肉干細胞和脂肪干細胞，作為細胞培養魚肉的“種子”，并通過調控兩種信號通路誘導肌肉干細胞分化。
之所以將培養基比作土壤，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素和多種生長因子組合，為細胞增殖分化提供養分。
隨著肌肉細胞的生長、分化，越來越多的魚肉產生，但魚肉還只是肉泥。怎么把魚肉搭建起來?聯合團隊基于可食用凝膠改造仿生構建魚肌支架，產生類似自然魚肉該有的結構和紋路，令肌肉細胞沿著3D打印的仿生結構有規則地生長，讓仿真魚排得以成形。
陳軍表示，培養基是細胞培養肉生產流程中最重要的成本控制環節，聯合團隊篩選得到了低血清的基礎培養基，有效控制成本，為后續大規模化生產打下基礎。
去年5月，清華大學醫學院杜亞楠教授課題組在《生物材料》發表研究論文，介紹團隊在可食用的多孔明膠微型生物支架上，利用生物組裝技術培養出數厘米大小的人造肉丸。其中，微載體的立體多孔結構，比傳統的2D細胞培養瓶更加節省培養基的用量，從而降低了人造肉丸的成本。
“相比發達國家，盡管我國在這一領域起步稍有落后，但是近幾年迎頭追趕，與國際前沿水平基本實現并跑。”劉東紅說，從豐富種類、降低成本等維度開展創新，新的技術發現還會持續涌現。
從展廳到餐廳需要雙線推進
今年3月，聯合國糧食及農業組織和世界衛生組織發布了一份題為《細胞基食品的食品安全問題》的全球報告。該報告指出，預計到2050年，世界人口將達到90億—110億，隨之而來的是蛋白質需求增長以及潛在的健康和環境問題。
根據周光宏團隊推算，理論上，1克肉上提取的干細胞，經過7周、分裂45次，可以培養出2萬千克重的培養肉。
誠然，要實現這一體量，還有相當長的一段路要走。在他看來，細胞培養肉成本需降到每克0.03元，有可能實現對畜牧肉類的部分替代。
劉東紅認為，細胞培養肉的研發初衷，并非要馬上替代現有的食品，更重要的是作為一種技術布局防患于未然。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，維持生態平衡，實現可持續發展。
“同時，國內開展相關研發布局，有利于在未來掌握主動權。”劉東紅說，針對影響細胞培養肉類安全性的風險物質，團隊已啟動若干研究項目，以期在該領域的國際競爭中爭取話語權。
該報告提到，考慮到細胞基食品技術的快速發展，各國需要做好充分準備建立必要的監管框架、監管機構和基礎設施，以評估細胞基食品產品和生產過程的安全性，并為銷售這些產品的公認術語和標簽要求制定法律和法規。
雖然尚未大范圍普及，但細胞培養肉的關注度之高，好似已置身于陽光廚房。
“相關法律法規、監管體系的健全必然有一個過程。”劉東紅說，在此期間，科研人員與業界需要圍繞降低成本和確保安全性，進一步深化研究，為規模化生產做準備。比如，尋找培養基中高成本生產因子的可替代物、提升細胞繁殖和分化速度的關鍵因子等。
周光宏表示，細胞培養肉技術將重塑肉品產業格局，即未來的食用肉，一部分由畜牧業生產，一部分通過養細胞得到，還有一部分則是植物蛋白仿真肉。確保營養、安全、好吃，細胞培養肉自然而然會被接受。
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