周光宏 丁世杰 徐幸蓮

（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院 國家肉品質(zhì)量安全控制工程技術(shù)研究中心教育部肉品加工與質(zhì)量控制重點實驗室 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部肉品加工重點實驗室江蘇省肉類生產(chǎn)與加工質(zhì)量控制協(xié)同創(chuàng)新中心 南京210095）

肉類因含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪、維生素等營養(yǎng)成分而成為人類最重要的食品之一。隨著世界總?cè)丝诘脑鲩L以及發(fā)展中國家生活水平的提高，全球肉類消費量持續(xù)升高，預(yù)計到2050年會增加50%以上[1]。2030年，我國的人均肉類消費量預(yù)計較2010年增長100%～200%[2]。依賴畜牧業(yè)的肉類生產(chǎn)方式與資源環(huán)境稟賦之間的矛盾日益突出，畜牧業(yè)生產(chǎn)資源消耗多，溫室氣體排放量大，對環(huán)境污染嚴重，同時也存在動物福利和健康等方面的問題[1]。近年來，非洲豬瘟、禽流感等動物疫病的流行也給肉類安全生產(chǎn)帶來嚴峻的挑戰(zhàn)，亟需開發(fā)高效綠色的肉類生產(chǎn)技術(shù)。培養(yǎng)肉技術(shù)是近年來興起的一項顛覆性肉類生產(chǎn)技術(shù)，可以部分取代傳統(tǒng)畜牧業(yè)生產(chǎn)肉類，是一種未來食品生產(chǎn)技術(shù)[3-4]。

培養(yǎng)肉（Cultured Meat，亦稱為細胞培養(yǎng)肉或培育肉）是依據(jù)動物肌肉生長修復(fù)機理，利用其干細胞進行體外培養(yǎng)而獲得的肉類，它不需要經(jīng)過動物養(yǎng)殖，直接用細胞工廠化生產(chǎn)肉類[5-7]。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，減少82%～96%的用水量等[8]。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1 次證明了培養(yǎng)肉的概念的可行性[9]。自2013年以來，對培養(yǎng)肉的研究在國際上迅速發(fā)展，取得了一系列重大突破。2019年11月18日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)使用豬肌肉干細胞培養(yǎng)20 d，獲得中國第1 塊細胞培養(yǎng)肉。

由于基礎(chǔ)研究、工業(yè)化生產(chǎn)、食品化技術(shù)以及安全監(jiān)管等問題，目前全球還沒有培養(yǎng)肉商業(yè)化產(chǎn)品。本文首先總結(jié)了培養(yǎng)肉的發(fā)展歷程，然后從肌肉的生長發(fā)育規(guī)律出發(fā)，結(jié)合肉類的理化性質(zhì)和加工特性，從種子細胞獲取、干性維持、無血清培養(yǎng)條件、擴大培養(yǎng)、大規(guī)模分化、食品化技術(shù)、產(chǎn)品安全評價與管理規(guī)范7 個方面闡述培養(yǎng)肉產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的挑戰(zhàn)及可能的未來發(fā)展方向，為培養(yǎng)肉相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展提供參考。

1 培養(yǎng)肉發(fā)展歷程

培養(yǎng)肉的概念早在1931年由丘吉爾提出[10]，經(jīng)過近80年的技術(shù)積累才逐漸變?yōu)楝F(xiàn)實。動物肌肉的生長發(fā)育、細胞生物學(xué)和組織工程等科學(xué)技術(shù)的發(fā)展推動了培養(yǎng)肉技術(shù)研究。表1梳理了培養(yǎng)肉的發(fā)展歷史。

表1 培養(yǎng)肉的發(fā)展歷史Table1 Events in cultured meat history

2 肌肉發(fā)育及損傷修復(fù)

培養(yǎng)肉的生產(chǎn)是模擬和遵循動物肌肉的生長發(fā)育以及肌肉損傷修復(fù)規(guī)律。深入研究肌肉組織發(fā)育和損傷修復(fù)過程，可以為培養(yǎng)肉生產(chǎn)提供理論和技術(shù)支撐。肌肉細胞的發(fā)育主要分為胚胎期、胎兒期以及出生后3 個部分[20-21]。在發(fā)育過程中，一部分細胞分化形成軸旁中胚層，再發(fā)育為生皮肌節(jié)，最后進一步發(fā)育成為肌肉祖細胞。肌肉祖細胞相互融合形成初級肌纖維和次級肌纖維，幫助胚胎期和胎兒期的肌肉形成。出生以后，肌肉則主要依靠增加肌原纖維骨架蛋白合成實現(xiàn)肌肉增長[20-21]。在成體肌肉組織中，還存在肌肉干細胞（Muscle Stem Cell，MuSC）。肌肉干細胞又被稱為肌衛(wèi)星細胞（Satellite cell），主要來源于胎兒期的肌肉祖細胞，負責(zé)出生后的肌肉組織損傷修復(fù)[22]。

在肌肉發(fā)育和損傷修復(fù)過程中，肌源性細胞會表達特異性的轉(zhuǎn)錄因子，包括Pax3/7 以及其它的肌肉調(diào)節(jié)因子，如Myf5，MyoD，Mrf4 和Myog等，并最終表達肌肉細胞特有的如MyHC 等肌肉蛋白[20]。肌肉細胞形成的主要生物學(xué)過程見圖1。闡明肌細胞形成規(guī)律，為體外形成肌肉組織奠定了良好的理論基礎(chǔ)，推動了培養(yǎng)肉的研究進程。

3 肉的組成及加工特性

肉類的肌肉蛋白質(zhì)賦予肉獨特的理化性質(zhì)和加工特性。從化學(xué)成分上來說，肉中的蛋白質(zhì)含量約為20%，是最重要的營養(yǎng)成分[23-24]。肉中的蛋白質(zhì)主要包括約50%的肌原纖維蛋白，約30%的肌漿蛋白和約20%的基質(zhì)蛋白[24]。肉中的蛋白質(zhì)對于肉的加工特性、質(zhì)構(gòu)、風(fēng)味、顏色等都有著非常重要的作用[24-25]。肌原纖維蛋白是肉制品加工過程中最重要的蛋白質(zhì)，在較高的鹽離子強度下，肌原纖維蛋白充分溶解，幫助形成良好的肌肉蛋白凝膠制品。肌漿蛋白可以增強肌原纖維蛋白凝膠。結(jié)締組織蛋白由于溶解性較差，因此對于肉制品的凝膠作用有限[24]。同時，肌肉蛋白對乳化型肉制品的乳化特性也非常重要。將肌漿蛋白和高鹽離子強度下溶解的肌原纖維蛋白一起作為乳化劑，可以降低脂肪和水之間的界面張力，形成穩(wěn)定乳濁液，肌原纖維蛋白的乳化特性更好[24]。另外，肌肉蛋白對于色澤（肌紅蛋白）、風(fēng)味（美拉德反應(yīng)）等食用特性也有非常重要的作用[26]。

細胞培養(yǎng)肉目前還很難形成大塊的肌肉組織，而分化的肌管中富含大量的肌肉特有的蛋白質(zhì)?？紤]到肌肉組織中蛋白質(zhì)的重要作用，在培養(yǎng)肉的生產(chǎn)過程中，應(yīng)注重肌管生成效率，最大程度地生產(chǎn)肌肉細胞和肌肉細胞蛋白，從而幫助生產(chǎn)“真正”的培養(yǎng)肉肉制品。

圖1 骨骼肌細胞譜系圖Fig.1 Proposed lineage scheme for skeletal muscle

4 培養(yǎng)肉生產(chǎn)流程

根據(jù)肌肉細胞的生物學(xué)過程以及肌肉的理化、加工特性，培養(yǎng)肉生產(chǎn)的第1 要務(wù)就是生成大量的肌肉細胞及蛋白質(zhì)。培養(yǎng)肉的產(chǎn)業(yè)化方案見圖2。首先需要分離獲取肌肉干細胞（muscle Stem cell，MuSC）、胚胎干細胞（embryonic stem cell，ESC）或誘導(dǎo)性多能干細胞（induced pluripotent stem cell，iPSC）、間充質(zhì)干細胞（mesenchymal stem cell，MSC）和其它底盤細胞（Others）等種子細胞，種子細胞需要具有或可誘導(dǎo)的肌源性（脂源性）細胞命運；然后，通過生物反應(yīng)器擴大培養(yǎng)，實現(xiàn)種子細胞的大規(guī)模增殖；再利用分化模具、生物反應(yīng)器或3D 打印的方法大規(guī)模生產(chǎn)肌肉組織；最后利用食品化加工技術(shù)制作培養(yǎng)肉產(chǎn)品。

圖2 培養(yǎng)肉產(chǎn)業(yè)化方案Fig.2 Schematic of cultured meat production

5 培養(yǎng)肉的研究進展及技術(shù)挑戰(zhàn)

利用現(xiàn)有的技術(shù)方法，可以實現(xiàn)培養(yǎng)肉的小規(guī)模實驗室生產(chǎn)，然而，要實現(xiàn)培養(yǎng)肉低成本、高效率和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)仍有很多技術(shù)難題需要攻克。

5.1 干細胞獲取

干細胞獲取是培養(yǎng)肉生產(chǎn)的基礎(chǔ)。根據(jù)肌肉發(fā)育和損傷修復(fù)的生物學(xué)過程，肌源性細胞命運是培養(yǎng)肉種子細胞的必然要求。除此之外，培養(yǎng)肉的種子細胞還需具備以下的要求：①細胞要易于獲取，且能夠在體外持續(xù)增殖并有較高的肌管分化效率；②在培養(yǎng)過程中，細胞的基因組要相對穩(wěn)定。目前，適宜的培養(yǎng)肉種子細胞大致有以下幾種，包括肌肉干細胞、胚胎干細胞或誘導(dǎo)性多能干細胞、間充質(zhì)干細胞和其它底盤細胞。

肌肉干細胞又稱肌衛(wèi)星細胞，是肌肉組織中的專能干細胞。肌肉干細胞易于分離培養(yǎng)和肌源性分化特性使其成為良好的培養(yǎng)肉種子細胞[27]。由于肌肉組織中存在著至少十幾種不同類型的細胞，包括成纖維細胞、內(nèi)皮細胞、血液細胞等，所以如何分離獲取畜禽動物高純度肌肉干細胞成為一大難題[28-29]。早期研究肌肉干細胞通常采用貼壁法或Percoll 密度梯度離心法。這類的方法可以實現(xiàn)一定程度上的肌肉干細胞富集，然而方法的重復(fù)性和細胞純度存在較大的不穩(wěn)定性[28，30-31]?，F(xiàn)階段的流式細胞分選技術(shù)則是根據(jù)肌肉干細胞特有的表面標志物進行分離，細胞純度很高，然而該方法的成本較高[28-29]。未來肌肉干細胞的分離技術(shù)需要通過肌肉干細胞特有的代謝特點，制定特異性的分離條件，選擇性地促進肌肉干細胞生長或者通過代謝障礙選擇性地抑制其它類型的細胞生長。相關(guān)的技術(shù)已應(yīng)用于肌肉干細胞、心肌細胞的純化，然而穩(wěn)定性和細胞純度還需進一步研究[32-33]。

其它細胞類型，由于自身不具有肌源性細胞命運，所以需要進行誘導(dǎo)才能作為種子細胞。胚胎干細胞和誘導(dǎo)性多能干細胞具有全能性，經(jīng)過細胞命運調(diào)控，可以定向誘導(dǎo)分化為PAX7 陽性的肌肉干細胞或者MyHC 陽性的多核肌管[20，34]。相關(guān)的命運調(diào)控過程遵循胚胎肌肉發(fā)育過程。相關(guān)的研究也集中在小鼠和人的研究中，涉及畜禽動物的研究還較少[35]。未來研究ESC 和iPSC 作為培養(yǎng)肉種子細胞，需要建立相關(guān)的畜禽動物ESC/iPSC細胞系并完善培養(yǎng)方法，制定屬于畜禽動物最合適的肌源性誘導(dǎo)分化方法。間充質(zhì)干細胞是一類多能性干細胞，具有分化成脂肪組織、骨組織和軟骨組織的潛力。已有的一些研究發(fā)現(xiàn)，間充質(zhì)干細胞可以誘導(dǎo)分化形成肌細胞，然而分化效率很低[36-38]。未來將MSC 作為種子細胞，需要進一步研究畜禽動物間充質(zhì)干細胞的分離和培養(yǎng)方法，進行肌源性定向誘導(dǎo)分化研究，提高分化效率。另外，MSC 可以作為脂肪組織的種子細胞，用來開發(fā)含有脂肪細胞的培養(yǎng)肉組織。

除了上述的干細胞，通過異位基因表達，可以讓其它底盤細胞轉(zhuǎn)分化為成肌細胞，作為種子細胞。底盤細胞可以選取常見的成纖維細胞等，細胞來源較為容易。該方法需要通過基因編輯操作，使底盤細胞表達成肌決定因子，如MYOD，PAX3/7等，從而具有肌源性的細胞命運[20]。利用這類方法制作種子細胞，需要首先注意基因編輯操作直接用于食品的安全性評價。另外，需要構(gòu)建畜禽動物異位表達成肌決定因子細胞株[39]。

在培養(yǎng)肉的生產(chǎn)過程中，其它類型的種子細胞都需要誘導(dǎo)分化形成肌肉干細胞或者成肌細胞，通過肌源性細胞命運生產(chǎn)肌肉細胞和肌肉蛋白。在以下論述時，主要以肌肉干細胞作為討論對象。

5.2 肌肉干細胞的干性維持

培養(yǎng)肉是需要在體外大量培養(yǎng)具有分化為肌管能力的種子細胞。以肌肉干細胞為例，肌肉干細胞的干性維持主要是維持細胞的增殖能力和肌源性分化能力。細胞在長期培養(yǎng)過程中會出現(xiàn)細胞增殖能力減弱，稱為海佛里克極限（Hayflick Limit）[40]。其主要原因是端粒的長度在細胞分裂過程中逐漸縮短，最終引發(fā)基因組不穩(wěn)定而導(dǎo)致細胞衰老[40]。不僅如此，體外培養(yǎng)還會造成表觀遺傳變異、蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)失衡等一系列細胞衰老現(xiàn)象[41]。豬、牛等動物肌肉干細胞的體外培養(yǎng)結(jié)果表明：培養(yǎng)過程會導(dǎo)致細胞的增殖能力減弱，干性基因表達量下降，細胞的肌管形成能力和修復(fù)肌肉損傷的能力也顯著降低[28-29]。目前有研究發(fā)現(xiàn)，通過添加一定的炎癥因子來模仿骨骼肌再生的炎癥環(huán)境，能夠幫助肌肉干細胞增殖和干性維持[42-43]。另外，抑制p38 信號通路也可以維持體外培養(yǎng)的肌肉干細胞干性[29，44]。目前的研究大多集中在小鼠模型上，未來能否借鑒應(yīng)用于畜禽農(nóng)產(chǎn)動物，還需做大量的研究。另外，能否通過基因編輯維持端粒酶活性，從而維持端粒的長度，延緩畜禽動物肌肉干細胞衰老，也需進一步研究。

5.3 無血清培養(yǎng)基

胎牛血清是體外培養(yǎng)基中常見的補充物，然而胎牛血清來源困難，營養(yǎng)成分未知，批次之間品質(zhì)難以控制，有感染病毒風(fēng)險等問題[45]。建立無血清培養(yǎng)方法對于降低培養(yǎng)肉的生產(chǎn)成本，保證生產(chǎn)過程的可控性非常重要。J.van der Valk 等[45]總結(jié)了開發(fā)無血清培養(yǎng)基的模塊化方法。在該金字塔模型中，由下到上包括基礎(chǔ)培養(yǎng)基、細胞外基質(zhì)包被的培養(yǎng)表面、生長因子、激素、β-巰基乙醇、脂類、維生素等。越接近金字塔頂部，作為無血清培養(yǎng)成分的特異性越高[45]。目前針對胚胎干細胞、血液干細胞已開發(fā)出無血清培養(yǎng)基[46-47]。早期針對肌肉干細胞或成肌細胞的無血清培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，適宜的睪酮激素能夠幫助成肌細胞增殖[48]。類胰島素生長因子也能夠持續(xù)促進成肌細胞增殖[49-50]。Florini 等[51]進一步測試了各類激素、糖蛋白和生長因子，最終總結(jié)出一種成肌細胞無血清培養(yǎng)條件。該培養(yǎng)基用Ham’s F-12 作為基礎(chǔ)培養(yǎng)基，添加胎球蛋白、胰島素和地塞米松，最終得到的培養(yǎng)基能夠達到與10%馬血清培養(yǎng)基相似的增殖效率[51-52]。無血清分化培養(yǎng)基也是培養(yǎng)肉的研究重點，通過IGF-1 等生長因子配制的無血清分化培養(yǎng)基幫助成肌細胞體外分化，然而效率還有待提高[53-55]。另一種商業(yè)的血清替代物Ultroser G 能夠幫助成肌細胞更好地分化融合為肌管[28，56-57]。然而，Ultroser G 含有人源蛋白，從而限制了其在培養(yǎng)肉研究中的應(yīng)用。在胚胎干細胞體外分化為肌肉細胞的研究中，利用胰島素和N-2 培養(yǎng)基組成的無血清培養(yǎng)基也可以誘導(dǎo)肌管分化[58-59]。

對于培養(yǎng)肉而言，將小鼠和人的無血清研究成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用到畜禽動物細胞上，并進一步優(yōu)化到食品領(lǐng)域，仍是一個巨大的挑戰(zhàn)。未來研究應(yīng)通過轉(zhuǎn)錄組學(xué)、代謝組學(xué)（包括脂質(zhì)組學(xué)、糖組學(xué)等）、蛋白組學(xué)等多組學(xué)聯(lián)用，建立肌源性細胞增殖、分化等生物學(xué)過程中的營養(yǎng)物質(zhì)的攝入和廢棄物產(chǎn)出的“精準營養(yǎng)”調(diào)控過程，從而實現(xiàn)無血清培養(yǎng)基的個性化定制。另外，篩選出培養(yǎng)肉所需的生長因子等重要無血清成分后，利用生物工程技術(shù)，合成相關(guān)功能因子，從而大幅降低培養(yǎng)基成本，提高培養(yǎng)基的穩(wěn)定性[4，60]。

5.4 種子細胞大規(guī)模培養(yǎng)

Mark Post 教授第1 塊85 g 培養(yǎng)肉漢堡約含有1.5×1010個成肌細胞，經(jīng)過誘導(dǎo)分化生成培養(yǎng)肉組織[9]。而普通的10 cm 培養(yǎng)皿只能生產(chǎn)約1×106個細胞。如何實現(xiàn)工業(yè)化種子細胞生產(chǎn)，也是制約培養(yǎng)肉產(chǎn)業(yè)化的重要難題。傳統(tǒng)的二維培養(yǎng)因較低的表面積體積比，不能對培養(yǎng)條件進行實時監(jiān)測，傳代過程繁瑣等一系列不足而不能用于培養(yǎng)肉種子細胞的擴大培養(yǎng)。大規(guī)模培養(yǎng)通常所用的方法是微載體懸浮培養(yǎng)[61]、固定化培養(yǎng)[62]或者聚集體懸浮培養(yǎng)[63]等方法。肌肉干細胞由于貼壁培養(yǎng)以及分化過程中需要細胞融合的生物學(xué)特性，因此選擇微載體懸浮培養(yǎng)是目前較為可行的培養(yǎng)方法。微載體細胞培養(yǎng)就是使細胞在微載體表面附著生長，同時通過持續(xù)攪動使微載體始終保持懸浮狀態(tài)，其兼具懸浮培養(yǎng)和貼壁培養(yǎng)的優(yōu)點[64]。

微載體培養(yǎng)成肌細胞過程中，高密度容易發(fā)生細胞聚集和分化現(xiàn)象[65]。Pascale Boudreault 等[66]詳細研究了二維培養(yǎng)和三維培養(yǎng)現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)早期的流體剪切力會抑制細胞生長。Sanne Verbruggen等[61]研究發(fā)現(xiàn)，牛的成肌細胞能用幾種商業(yè)的微載體懸浮培養(yǎng)，并且細胞可以實現(xiàn)在微載體上的轉(zhuǎn)移。上述研究僅針對1 L 以下的轉(zhuǎn)瓶條件，而在2～20 L 生物反應(yīng)器以及更大的超過200 L 的生物反應(yīng)器中還沒有詳細研究[60，67]。未來的研究首先應(yīng)關(guān)注畜禽動物肌肉干細胞高密度培養(yǎng)下的干性維持；然后，需要優(yōu)化微載體培養(yǎng)時的種類、微載體含量、細胞接種數(shù)目、攪拌頻率等工藝參數(shù)；最后，需要設(shè)計規(guī)模200 L 以上的生物反應(yīng)器，培養(yǎng)條件如細胞攝入氧氣的動力學(xué)參數(shù)、剪切應(yīng)力對細胞的影響等也需進一步研究[67]。

5.5 種子細胞大規(guī)模分化形成肌管

在生理狀態(tài)下，肌肉組織最終通過筋腱連接在骨骼上。通過模仿生理狀態(tài)下的肌肉，這種拉伸的組織工程模具能夠幫助肌肉細胞的排列、延伸，最終形成良好的收縮性和功能的肌肉組織[68-70]。目前用于生產(chǎn)肌肉組織的模具主要有單柱型、雙柱型以及多柱型[9，68]。然而，傳統(tǒng)的組織工程所生產(chǎn)的肌肉組織較小，通常應(yīng)用到藥物篩選和小鼠模型研究中。如何生產(chǎn)較大的肌肉組織用于培養(yǎng)肉生產(chǎn)也成為一大難題。未來研究應(yīng)聚焦于大型肌肉組織模具的開發(fā)，并研究如何大批量生產(chǎn)肌肉組織的方法。

在生理狀態(tài)下，骨骼肌肌肉細胞在細胞外基質(zhì)的包裹下有序排列，形成肌肉組織。這些細胞外基質(zhì)一般包括層粘黏蛋白、膠原蛋白IV、膠原蛋白I 和糖蛋白等[71-73]。在三維的肌肉組織研究中，通常用天然分離的生物材料或合成的生物材料作為細胞外基質(zhì)[74]。未來的支架材料應(yīng)首先利用現(xiàn)有的食品動物源蛋白材料（膠原蛋白、明膠等）作為支架材料，研究培養(yǎng)肉肌肉組織生產(chǎn)過程和工藝，作為培養(yǎng)肉的過渡生產(chǎn)方式[75]。然而，培養(yǎng)肉的初衷是減少動物飼養(yǎng)，要研究非動物源的生物材料，如植物源的蛋白以及多糖類大分子，通過修飾或者改性后用于肌肉組織生產(chǎn)[76]。另外，研究一些可生物降解的合成材料，如聚乳酸，用于培養(yǎng)肉組織生產(chǎn)。最后，依據(jù)生物支架材料所需的特性，利用合成生物學(xué)的方法生產(chǎn)，如用大腸桿菌、酵母等生產(chǎn)體外重組膠原蛋白等[77]。

由于培養(yǎng)肉的主要目的是獲得分化的肌細胞，并大量生產(chǎn)肌肉蛋白，因此提高細胞的分化效率以及蛋白合成效率也是需要研究的重要課題。IGF-1/PI3K/Akt 信號通路[78]，mTORC1 信號通路[79]可以幫助肌細胞在體外分化并誘導(dǎo)肌管肥大，從而增加肌管的蛋白質(zhì)合成。Insulin，IGF 和Wnt7a等可以通過這些信號通路來誘導(dǎo)肌管肥大[80-81]。機械拉伸作用[82-83]、電刺激[84]也能進一步幫助肌管成熟。明確這些信號通路在畜禽農(nóng)產(chǎn)動物成肌細胞分化中的作用，從而幫助培養(yǎng)肉的蛋白生產(chǎn)還需進一步研究。

培養(yǎng)肉生產(chǎn)的最終目標是在體外培養(yǎng)1 塊與真實肌肉組織相同的肌肉組織，因此需探索分化形成大塊肌肉組織的方法。三維結(jié)構(gòu)支架+灌注式反應(yīng)器是一種潛在的方式[3]。然而，經(jīng)過測算，這樣的方式僅能用于幾毫米到1～2 cm 厚的支架，相關(guān)的生物反應(yīng)器也需要進一步開發(fā)[67]。另外，現(xiàn)階段的3D 打印技術(shù)可以實現(xiàn)較大塊的肌肉組織生產(chǎn)。Kang H W 等[69]利用3D 打印的方式，生產(chǎn)出1塊（15×5×1）mm3的小鼠肌肉組織。未來可以通過混合可食用支架材料以及不同種細胞，直接3D打印肌肉組織用于培養(yǎng)肉的生產(chǎn)。

5.6 食品化技術(shù)

現(xiàn)階段，各公司和科研機構(gòu)生產(chǎn)的培養(yǎng)肉肌肉組織在肉特有的色、香、味、型等方面還存在不足，需要通過商品化加工和重塑成型處理，制成培養(yǎng)肉產(chǎn)品[85]。食品化的首要前提是了解畜禽動物的肌肉組織構(gòu)成以及產(chǎn)品的色、香、味、型形成原因。在肌肉組織中，血紅蛋白和肌紅蛋白是肉類顏色的主要來源；脂質(zhì)氧化、美拉德反應(yīng)是肉品風(fēng)味的重要來源；肌肉細胞內(nèi)的小分子代謝產(chǎn)物，加工過程中大分子降解生成的一些小分子肽、氨基酸、核苷酸等是肉品滋味的主要來源；而肉品的加工特性如乳化特性、凝膠特性等都是依賴肌原纖維蛋白和肌漿蛋白的作用[24，86-87]。根據(jù)色、香、味、型的形成原理，利用添加各種輔料以及培養(yǎng)肉自身的蛋白特性，制作培養(yǎng)肉產(chǎn)品[88]。趙鑫銳等[85]綜述了培養(yǎng)肉食品化的一些途徑，包括生物合成血紅蛋白以維持產(chǎn)品的色澤和風(fēng)味，體外美拉德反應(yīng)形成風(fēng)味物質(zhì)，生物合成脂肪酸等以豐富產(chǎn)品的色、香、味等辦法，用于未來培養(yǎng)肉產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)。未來研究中除了要開發(fā)利用生物合成、體外化學(xué)合成生產(chǎn)培養(yǎng)肉的加工輔料外，還應(yīng)關(guān)注如何提高培養(yǎng)肉自身肌紅蛋白合成，以及研究培養(yǎng)肉生成的肌肉蛋白對色、香、味、型的作用。

5.7 培養(yǎng)肉產(chǎn)品安全評價與管理規(guī)范制定

由于培養(yǎng)肉是新興的肉類生產(chǎn)技術(shù)，因此其安全性需要慎重研究。美國食品藥品監(jiān)督管理局已經(jīng)和美國農(nóng)業(yè)部就培養(yǎng)肉監(jiān)管問題進行了多次商討，制定了管理框架[89]。國內(nèi)一些學(xué)者也在積極研究培養(yǎng)肉的生產(chǎn)過程，探討培養(yǎng)肉安全性評價和監(jiān)管辦法[90]。培養(yǎng)肉的食品安全風(fēng)險主要來自生產(chǎn)過程中的化學(xué)安全、生物安全和營養(yǎng)安全[5，90]。對于化學(xué)安全，主要是生產(chǎn)過程中的化合物成分、支架材料、模具材料以及加工輔料等，這些材料對于細胞的增殖、分化以及產(chǎn)品加工等過程非常重要，然而許多材料還沒有食品安全使用史[5，90]。生物安全一方面是細胞在分離、增殖和分化過程中，可能在體外培養(yǎng)過程中產(chǎn)生了基因突變而帶來與體內(nèi)發(fā)育過程不一樣的細胞核酸、蛋白等成分。另一方面，采用基因編輯等手段進行種子細胞改造時，容易引入高風(fēng)險的生物外源物質(zhì)，因此更要對細胞的功能和食用特性進行致敏性、毒性等安全性評價[91]。此外，需要考慮培養(yǎng)肉與普通肉在組成成分、加工后成分變化以及食用后的消化吸收情況，評估培養(yǎng)肉的攝入標準與營養(yǎng)價值。未來應(yīng)針對相應(yīng)的化學(xué)、生物和營養(yǎng)安全，建立培養(yǎng)肉產(chǎn)業(yè)鏈條中各產(chǎn)品的安全性評價指標，構(gòu)建培養(yǎng)肉營養(yǎng)評價模型，制定培養(yǎng)肉評估暴露膳食攝入標準，為培養(yǎng)肉的市場推廣提供安全性政策、法規(guī)保障[5，90]。

6 結(jié)語

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)。未來培養(yǎng)肉研究應(yīng)圍繞如何產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)肌肉蛋白這一核心問題，在基礎(chǔ)研究、擴大生產(chǎn)、食品化技術(shù)以及市場準入等方面繼續(xù)攻關(guān)。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)。