肉類作為優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)主要來源之一，是現(xiàn)代人餐桌上必不可少的食物。隨著世界總?cè)丝诘某掷m(xù)上漲和發(fā)展中國家肉類需求上升，全球肉類總需求持續(xù)上升，預(yù)計到 2050 年將增長50%以上。然而，依賴畜禽養(yǎng)殖的肉類生產(chǎn)方式與資源環(huán)境稟賦不足之間的矛盾日益突出。

現(xiàn)有的技術(shù)條件，不僅可以通過植物蛋白等綠色食物打造肉類質(zhì)感，形成有質(zhì)感的植物肉；還可以通過細(xì)胞培養(yǎng)，提取動物干細(xì)胞，與不同的營養(yǎng)液組合，實現(xiàn)細(xì)胞增殖形成細(xì)胞培養(yǎng)肉。細(xì)胞培養(yǎng)肉口感、營養(yǎng)和風(fēng)味等更接近傳統(tǒng)肉類，因此廣泛受到關(guān)注。

培養(yǎng)肉（Cultured Meat，亦稱為細(xì)胞培養(yǎng)肉或培育肉）是依據(jù)動物肌肉生長修復(fù)機(jī)理，利用其干細(xì)胞進(jìn)行體外培養(yǎng)而獲得的肉類。它不需要經(jīng)過動物養(yǎng)殖，直接用細(xì)胞工廠化生產(chǎn)肉類。 培養(yǎng)肉技術(shù)是近年來興起的一項具有顛覆性的未來食品生產(chǎn)技術(shù)，與傳統(tǒng)肉類生產(chǎn)方式相比，培養(yǎng)肉可以減少7%～45%的能源消耗，降低78%～96%的溫室氣體排放量，降低 99%的土地使用量，減少82%～96%的用水量等。

周光宏教授團(tuán)隊研發(fā)出的細(xì)胞培養(yǎng)肉

2013年8月，荷蘭Mark Post教授在英國倫敦舉辦了全球首次培養(yǎng)牛肉漢堡試吃大會，第一次證明了培養(yǎng)肉的概念的可行性。而種子細(xì)胞擴(kuò)大培養(yǎng)，則是培養(yǎng)肉產(chǎn)業(yè)開發(fā)的一個重要部分。

2019 年11月18日， 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)使用豬肌肉干細(xì)胞培養(yǎng)獲得中國第一塊細(xì)胞培養(yǎng)肉。該成果使我國進(jìn)入國際同類研究的前沿，整體技術(shù)處于國際先進(jìn)水平，其中豬和牛肌肉干細(xì)胞的分離純化和干性維持技術(shù)處于國際領(lǐng)先。該團(tuán)隊首次克隆了豬的肌肉干細(xì)胞最重要的核轉(zhuǎn)錄因子PAX7蛋白，統(tǒng)計了豬不同年齡、不同肌肉組織中肌肉干細(xì)胞數(shù)量。明確了豬、牛肌肉干細(xì)胞的表面標(biāo)志蛋白，發(fā)明了基于豬、牛表面標(biāo)志蛋白的肌肉干細(xì)胞分選策略，將干細(xì)胞純度由60%左右提高到92%以上，突破了培養(yǎng)肉研究難以獲得高純度單一細(xì)胞群的瓶頸。

據(jù)悉，周光宏團(tuán)隊早在2009年通過自有資金開展培養(yǎng)肉研究，在培養(yǎng)肉種子細(xì)胞來源、無血清培養(yǎng)基研制等方面積累了大量的經(jīng)驗。 研究成果申請發(fā)明專利兩項，申請實用新型專利一項，發(fā)表SCI論文兩篇，發(fā)表著作兩篇。項目建立了一套培養(yǎng)肉的體外生產(chǎn)方法，為我國培養(yǎng)肉研究和發(fā)展提供了重要技術(shù)支撐。

肌肉干細(xì)胞的體外擴(kuò)大培養(yǎng)是培養(yǎng)肉生產(chǎn)的重要步驟，目前成肌細(xì)胞的微載體擴(kuò)大培養(yǎng)已有一些研究。然而，仍然有許多問題尚未解決。首先，高密度的肌肉干細(xì)胞培養(yǎng)會自發(fā)誘導(dǎo)分化，其發(fā)生的機(jī)理和抑制分化的方法尚不明確；其次，依托微載體的轉(zhuǎn)瓶或生物反應(yīng)器的培養(yǎng)體系中，尚無針對豬肌肉干細(xì)胞的研究，選取的微載體種類、微載體含量、細(xì)胞接種數(shù)目、攪拌頻率，以及過程中補(bǔ)充微載體的方法還需要研究和優(yōu)化，從微載體上消化和收集細(xì)胞的方法也需要進(jìn)一步探索；再次，擴(kuò)大培養(yǎng)的肌肉干細(xì)胞的培養(yǎng)基利用效率，肌管分化潛能也需要進(jìn)一步驗證；最后，如何實現(xiàn)較大量的細(xì)胞同時分化成肌肉組織，用于培養(yǎng)肉生產(chǎn)也是一大難點。

針對以上問題，有必要深入研究豬肌肉干細(xì)胞高密度和微載體擴(kuò)大培養(yǎng)過程，尋找和優(yōu)化適用于豬肌肉干細(xì)胞擴(kuò)大培養(yǎng)的條件，保證擴(kuò)大培養(yǎng)后的細(xì)胞數(shù)量和質(zhì)量，最終實現(xiàn) 20L的小規(guī)模種子細(xì)胞擴(kuò)大培養(yǎng)方案。另外，需要設(shè)計新的培養(yǎng)肉生產(chǎn)模具，生產(chǎn)出較大的可食用豬培養(yǎng)肉肌肉組織，建立每月生產(chǎn)100-500g培養(yǎng)肉的生產(chǎn)體系。該項目研究成果可以完善培養(yǎng)肉種子細(xì)胞擴(kuò)大培養(yǎng)的理論體系，初步實現(xiàn)培養(yǎng)肉的小試生產(chǎn)，為培養(yǎng)肉的大規(guī)模生產(chǎn)奠定技術(shù)。

細(xì)胞培養(yǎng)肉的產(chǎn)業(yè)化前景

自2013年第一塊培養(yǎng)肉誕生之后，培養(yǎng)肉研究發(fā)展如火如荼。涌現(xiàn)了許多培養(yǎng)肉研究公司和團(tuán)隊。目前各公司在培養(yǎng)肉種子細(xì)胞種類、培養(yǎng)基研制、擴(kuò)大培養(yǎng)、生物反應(yīng)器設(shè)計制造等方面正在進(jìn)行一系列開發(fā)。而種子細(xì)胞擴(kuò)大培養(yǎng)，則是培養(yǎng)肉產(chǎn)業(yè)開發(fā)的一個重要部分。培養(yǎng)肉作為新的肉類顛覆性生產(chǎn)技術(shù)，在解決持續(xù)增加的畜牧生產(chǎn)與資源稟賦不足之間的矛盾、減少污染和疫病發(fā)生、實現(xiàn)肉類高效率綠色生產(chǎn)方面具有重大潛力。

周子未來與經(jīng)緯中國簽約儀式

其中，肌肉干細(xì)胞（成肌細(xì)胞）的體外擴(kuò)大培養(yǎng)是培養(yǎng)肉發(fā)展的重要技術(shù)瓶頸。本項目主要針對體外擴(kuò)大培養(yǎng)的技術(shù)難題，從細(xì)胞干性維持、微載體反應(yīng)、三維培養(yǎng)系統(tǒng)等方面開展技術(shù)研究，形成豬肌肉干細(xì)胞高密度三維擴(kuò)大培養(yǎng)的生產(chǎn)方案，為實現(xiàn)細(xì)胞培養(yǎng)肉的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)奠定基礎(chǔ)。

首先，應(yīng)用蛋白組學(xué)、免疫熒光染色等方法，探究豬肌肉干細(xì)胞在二維高密度培養(yǎng)過程中的干細(xì)胞干性變化，尋求高密度培養(yǎng)時維持干細(xì)胞干性的方法；其次，利用微載體，建立10-20L的豬肌肉干細(xì)胞生物反應(yīng)器系統(tǒng)；然后，通過監(jiān)測生物反應(yīng)器中的重要營養(yǎng)成分消耗和廢物產(chǎn)生情況，優(yōu)化三維培養(yǎng)系統(tǒng)；最終，結(jié)合二維高密度干性維持方法，建立10-20L高密度豬肌肉干細(xì)胞生物反應(yīng)器培養(yǎng)系統(tǒng)，實現(xiàn)1×106個/ml的三維高密度培養(yǎng)。

2019年12月20日，周子未來食品科技有限公司在白馬園區(qū)成功注冊，主要經(jīng)營范圍涉及食品及生物制品原輔材料的開發(fā)、研制、 生產(chǎn)、檢測、銷售等方面。該公司由周光宏教授擔(dān)任首席科學(xué)家，圍繞未來食品的創(chuàng)新研發(fā)，主要開展細(xì)胞培養(yǎng)肉的開發(fā)及規(guī)模化生產(chǎn)工作。公司將成為國內(nèi)第一家細(xì)胞培養(yǎng)肉的生產(chǎn)研發(fā)平臺，推動我國培養(yǎng)肉科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使我國在國際上實現(xiàn)該領(lǐng)域的并跑甚至領(lǐng)跑。

周子未來公司組建了國內(nèi)第一家細(xì)胞培養(yǎng)肉的生產(chǎn)研發(fā)平臺，研發(fā)細(xì)胞培養(yǎng)肉規(guī)?；a(chǎn)線，推動我國培養(yǎng)肉科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)細(xì)胞培養(yǎng)肉的市場化應(yīng)用，使我國在國際上實現(xiàn)該領(lǐng)域的并跑甚至領(lǐng)跑，并產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)與社會效益。

2020年12月20日上午，位于南京國家農(nóng)高區(qū)的南京周子未來食品科技有限公司獲得2000萬元融資，融資投資方為北京經(jīng)緯創(chuàng)榮投資中心，本輪資金將用于開展細(xì)胞培養(yǎng)肉的開發(fā)及規(guī)模化生產(chǎn)，加速產(chǎn)品應(yīng)用。

細(xì)胞培養(yǎng)肉面臨的挑戰(zhàn)

細(xì)胞培養(yǎng)肉是一個對環(huán)境更友好、對消費者更安全、生產(chǎn)也更加高效的選擇。有專家預(yù)測，到2050年，肉制品市場需求缺口將達(dá)到3800萬噸。傳統(tǒng)的畜牧生產(chǎn)方式亟待改變，畜牧業(yè)消耗水資源、土地資源，同時還貢獻(xiàn)了全球13.5%的溫室氣體來源—比所有汽車加起來的排放總量還要多。這也意味著，細(xì)胞培養(yǎng)肉有著巨大的前景。然而，細(xì)胞培養(yǎng)肉也面臨諸多挑戰(zhàn)。

2020年11月18日，在首屆中國細(xì)胞培養(yǎng)肉高峰論壇中，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)教授周光宏與參會學(xué)者分享細(xì)胞培養(yǎng)肉的研究進(jìn)展。他說，“目前，我國細(xì)胞培養(yǎng)肉的研究，還面臨三大挑戰(zhàn)，包括高純度干細(xì)胞的提取及干性維持、無血清培養(yǎng)基研發(fā)和干細(xì)胞的大規(guī)模高密度培養(yǎng)?！?/p>

一方面，目前大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)肉商業(yè)化障礙不僅僅局限于技術(shù)方面，消費者接受程度在一定范圍上決定其商業(yè)化進(jìn)程?，F(xiàn)階段人們對培養(yǎng)肉接受程度偏低，主要原因是當(dāng)前的細(xì)胞培養(yǎng)肉產(chǎn)品無法以安全經(jīng)濟(jì)高效的方式模擬真實肉的品質(zhì)。細(xì)胞培養(yǎng)肉不僅在營養(yǎng)上應(yīng)不低于畜牧肉的營養(yǎng)成分，在香、味及結(jié)構(gòu)上同畜牧肉相似，符合大眾口味習(xí)慣，確保產(chǎn)品符合食品安全。

此外，細(xì)胞培養(yǎng)肉的結(jié)構(gòu)形狀是影響消費者接受程度的重要因素之一。目前，實驗室產(chǎn)生的細(xì)胞培養(yǎng)肉主要特點之一是比較松散，無組織結(jié)構(gòu)，無法產(chǎn)生肉的咀嚼感，消費者認(rèn)為細(xì)胞培養(yǎng)肉更適合用于肉泥類產(chǎn)品加工，如香腸、丸類的加工。近年來，食品3D打印技術(shù)的發(fā)展為培養(yǎng)肉建立合理的立體結(jié)構(gòu)提供了新的解決方案。目前，最新的3D打印技術(shù)已經(jīng)可以制造人造血管、局部控制打印材料的顆粒性和韌性，可以更好地模擬真肉的三維結(jié)構(gòu)。此外，還可以采用3D打印技術(shù)將培養(yǎng)肉進(jìn)行重構(gòu)，打印出在結(jié)構(gòu)上更接近畜牧肉的細(xì)微結(jié)構(gòu)及形態(tài)的產(chǎn)品，將增加培養(yǎng)肉的可接受程度。然而，這項技術(shù)仍需科研者進(jìn)行進(jìn)一步的開發(fā)研究。

令人可喜的是，細(xì)胞培養(yǎng)肉作為一種未來食品生產(chǎn)技術(shù)，可以實現(xiàn)肉類蛋白的高效綠色生產(chǎn)，目前歐美等國正處在技術(shù)攻堅和商業(yè)化應(yīng)用開拓的關(guān)鍵時期， 我國也應(yīng)該加大培養(yǎng)肉投入，力爭在未來的培養(yǎng)肉技術(shù)競爭中實現(xiàn)并跑甚至領(lǐng)跑， 最終讓培養(yǎng)肉能早日走上百姓餐桌，保障我國未來動物蛋白供應(yīng)。

當(dāng)前的地球資源及人口狀況來評估，預(yù)計到2050年全球人口會達(dá)到97億；如果食品生產(chǎn)力和飲食偏好不發(fā)生任何改變，那么到2050年前人類將遭遇嚴(yán)重的食品短缺；亦有專家預(yù)測，到2050年，肉制品市場需求缺口將達(dá)到3800萬噸。傳統(tǒng)的畜牧生產(chǎn)方式亟待改變，畜牧業(yè)消耗水資源、土地資源，同時還貢獻(xiàn)了全球13.5%的溫室氣體來源—比所有汽車加起來的排放總量還要多。與此同時，其食品安全的風(fēng)險隱患也始終存在，各類因素可能影響到行業(yè)產(chǎn)能、抬升了生豬價格，也讓消費者產(chǎn)生了重重顧慮。細(xì)胞培育肉則真實還原肉制品的風(fēng)味及形態(tài)，細(xì)胞培養(yǎng)肉是未來發(fā)展的必然選擇。

在2020年的“兩會”上，全國政協(xié)委員、北京工商大學(xué)校長孫寶國提交了“關(guān)于加快細(xì)胞培養(yǎng)肉發(fā)展戰(zhàn)略部署”的提案。他建議，進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)肉的相關(guān)研究，這對于打破發(fā)達(dá)國家在該領(lǐng)域的技術(shù)壟斷、保障我國未來肉品供應(yīng)具有重要意義。