在科技飛速發(fā)展的今天，肉類生產(chǎn)方式正經(jīng)歷一場前所未有的變革，細(xì)胞培育肉技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，有望開啟肉類生產(chǎn)的新紀(jì)元。

從香氣撲鼻的烤肉，到鮮嫩多汁的牛排，再到軟爛入味的紅燒肉，肉類產(chǎn)品憑借其獨(dú)特的口感與豐富的營養(yǎng)，始終牢牢占據(jù)著我們百姓的餐桌。隨著全球人口的不斷增長以及人們生活水平的日益提高，對肉類的需求量也在持續(xù)攀升。然而，依賴養(yǎng)殖業(yè)的傳統(tǒng)肉類生產(chǎn)方式面臨著諸多問題和嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，資源消耗、環(huán)境污染和公共健康。據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織數(shù)據(jù)顯示，畜牧業(yè)的溫室氣體排放占全球排放總量的 15% ，比全球運(yùn)輸業(yè)的總排放量還多。此外，高密集度的動(dòng)物養(yǎng)殖導(dǎo)致疾病傳播風(fēng)險(xiǎn)顯著增加，引發(fā)抗生素和激素的濫用，危害消費(fèi)者的健康。同時(shí)，人們的消費(fèi)觀念從吃得飽到吃得好發(fā)生轉(zhuǎn)變，不僅更加關(guān)注食品的來源、生產(chǎn)方式和健康環(huán)境影響，還追求更加新穎、多元化、個(gè)性化的飲食體驗(yàn)。

在此背景下，更加綠色、潔凈、安全的細(xì)胞培育肉技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，其發(fā)展和應(yīng)用將推動(dòng)肉類產(chǎn)業(yè)向更可持續(xù)的方向升級(jí)轉(zhuǎn)型，同時(shí)為消費(fèi)者帶來更豐富、健康的肉類選擇，為食物供應(yīng)的多元化注入新的動(dòng)力。

什么是細(xì)胞培育肉

細(xì)胞培育肉（cultivatedmeat），又稱細(xì)胞培養(yǎng)肉（culturedmeat）或細(xì)胞肉（cell-basedmeat），是一種通過體外培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞生產(chǎn)的新型肉制品[1]。借助細(xì)胞培育肉技術(shù)，肉類生產(chǎn)不再依賴傳統(tǒng)的畜牧水產(chǎn)養(yǎng)殖和屠宰，而是以細(xì)胞一一這一生命體的最小單元為主體。在標(biāo)準(zhǔn)化車間的生物反應(yīng)器中，添加培養(yǎng)液為細(xì)胞提供豐富的營養(yǎng)物質(zhì)和適宜的環(huán)境，模擬動(dòng)物體內(nèi)的生長環(huán)境，使動(dòng)物細(xì)胞在其中大量增殖并發(fā)育為肌肉、脂肪等構(gòu)成肉類組織的細(xì)胞類型，最后通過食品加工生產(chǎn)出營養(yǎng)美味的肉類食品。

細(xì)胞培育肉的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.保護(hù)資源和環(huán)境：禽畜飼養(yǎng)需要消耗大量的水、土地等資源，并排放大量溫室氣體，對環(huán)境造成污染。與傳統(tǒng)畜牧業(yè)相比，細(xì)胞培育肉技術(shù)生產(chǎn)單位重量肉類可以節(jié)約 82% 的水資源，節(jié)省約 99% 的土地資源，減少約 78% 的溫室氣體排放量。

2.護(hù)航公共健康：畜牧業(yè)的集約化生產(chǎn)模式是導(dǎo)致多種食源性疾病、抗生素耐藥和人畜共患傳染性疾病的重要因素。相較于畜牧業(yè)粗放式、不衛(wèi)生的生產(chǎn)環(huán)境，細(xì)胞培育肉的生產(chǎn)在標(biāo)準(zhǔn)化的無菌車間進(jìn)行，生產(chǎn)過程受到實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)整，因此會(huì)顯著降低動(dòng)物疾病傳播的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)消除養(yǎng)殖業(yè)經(jīng)常出現(xiàn)的激素、抗生素濫用的情況。

3.提高生產(chǎn)效率：目前，農(nóng)作物總產(chǎn)量的 30% 被用作動(dòng)物飼料，但由于飼料轉(zhuǎn)化率低，導(dǎo)致傳統(tǒng)畜牧業(yè)的生產(chǎn)效率非常低。通常來講，細(xì)胞培育肉的周期是30～50 天，相較于大型牲畜的養(yǎng)殖周期縮短約 85% ，同時(shí)物質(zhì)轉(zhuǎn)化率提高約6.8倍。

可見，發(fā)展細(xì)胞培育肉技術(shù)能夠極大地減少當(dāng)前牲畜生產(chǎn)系統(tǒng)對環(huán)境、資源等的依賴，減少疾病傳播，促進(jìn)肉類的高效、可持續(xù)生產(chǎn)。

細(xì)胞培育肉的起源和發(fā)展

細(xì)胞培育肉概念的起源最早可追溯到1931年，英國時(shí)任首相丘吉爾就提出大膽設(shè)想：“50年以后，我們可以僅通過在適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)基中培養(yǎng)雞胸肉或雞翅來生產(chǎn)和食用它們，而不是通過飼養(yǎng)整只雞和宰殺分割?！边@種在當(dāng)時(shí)可謂是天馬行空、不著邊際的想法卻和當(dāng)今細(xì)胞培育肉技術(shù)不謀而合，但對于當(dāng)時(shí)的科技水平和研究手段而言，僅僅是一種對未來的幻想和憧憬。后來，隨著科技的不斷發(fā)展，人們對生命體的研究逐漸深入，開發(fā)了細(xì)胞的分離提取和體外培養(yǎng)技術(shù)。在1990年代，科學(xué)家開始研究通過細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)結(jié)合多種新型材料制造“人工肌肉”“人工軟骨”“人造器官”等，其在航空航天、生物醫(yī)療等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景和價(jià)值。21世紀(jì)初期，美國國家航空航天局（NASA）開展了培養(yǎng)火雞肌肉細(xì)胞和金魚細(xì)胞的培養(yǎng)研究，目的是想解決宇航員長期太空旅行的食物來源問題。2013年，馬斯特里赫特大學(xué)波斯特（M.Post）教授團(tuán)隊(duì)生產(chǎn)出世界上第一個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)牛肉餅，用其制作了漢堡并在倫敦舉辦發(fā)布會(huì)。該漢堡成本高昂，單個(gè)造價(jià)接近33萬美元，但實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞培育肉技術(shù)從概念到產(chǎn)品的突破，當(dāng)時(shí)震驚了社會(huì)各界。因此，波斯特教授也被譽(yù)為“細(xì)胞培育肉之父”。

2019年以來，細(xì)胞培育肉行業(yè)呈爆發(fā)式增長，目前全球已有超過100家相關(guān)初創(chuàng)公司成立，行業(yè)總?cè)谫Y金額超過30億美元。研發(fā)的產(chǎn)品種類豐富多樣，覆蓋雞、豬、牛等畜禽肉類以及多種海鮮產(chǎn)品，已有包括雞排、牛排、五花肉、豬肉香腸、雞肉塊、牛肉脯、魚肚、鵝肝和三文魚壽司等在內(nèi)的許多美味且有吸引力的細(xì)胞培育肉原型產(chǎn)品被創(chuàng)造出來。同時(shí)，國際代表性企業(yè)，如以色列BelieverMeats、美國UpsideFoods、荷蘭MosaMeat等相繼宣布進(jìn)入規(guī)?；?xì)胞培育肉生產(chǎn)階段。至今，全文范圍內(nèi)已有20余條中試及以上規(guī)模細(xì)胞培育肉生產(chǎn)線建成/在建，分布在亞洲、歐洲、北美洲和澳大利亞等地[2]。

在監(jiān)管方面，各國政府紛紛出臺(tái)政策支持細(xì)胞培育肉產(chǎn)業(yè)發(fā)展。2023年，迪拜舉辦的COP28氣候大會(huì)首次將食品系統(tǒng)轉(zhuǎn)型作為重要?dú)夂蚪鉀Q方案，中國、以色列、日本、英國、美國等多國宣布支持細(xì)胞培育肉基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和市場開發(fā)。其實(shí)早在2020年，新加坡就成為全球首個(gè)批準(zhǔn)細(xì)胞培育肉產(chǎn)品上市的國家，批準(zhǔn)了首款細(xì)胞培養(yǎng)雞產(chǎn)品上市。在2023年，美國UPSIDEFoods和GOODMeat兩家公司率先獲得美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）的上市前審批，并于同年6月獲得美國農(nóng)業(yè)部食品安全檢驗(yàn)局（FSIS）的檢驗(yàn)授權(quán)，獲準(zhǔn)使用“細(xì)胞培養(yǎng)雞”標(biāo)簽。2024一2025年，細(xì)胞培育肉產(chǎn)業(yè)迎來全球化拓展浪潮，以色列AlephFarm公司的細(xì)胞基牛排、美國Wildtype公司的細(xì)胞培育鮭魚和MissionBarns公司的細(xì)胞培養(yǎng)豬脂肪、澳大利亞Vow公司的細(xì)胞培養(yǎng)鶉肉等產(chǎn)品相繼在以色列、美國、新加坡、澳大利亞等國獲得上市許可。這一系列的監(jiān)管突破表明，細(xì)胞培育肉產(chǎn)業(yè)正在從實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段向商業(yè)化量產(chǎn)階段穩(wěn)步過渡，預(yù)計(jì)未來幾年將在更多國家和地區(qū)品嘗到細(xì)胞培育肉產(chǎn)品。

細(xì)胞培育肉是如何生產(chǎn)的

細(xì)胞培育肉的生產(chǎn)流程主要包括4個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)：種子細(xì)胞獲取和細(xì)胞系構(gòu)建、細(xì)胞大規(guī)模擴(kuò)增、誘導(dǎo)分化和組織成型、收獲和食品化加工[3]。整個(gè)生產(chǎn)流程需要嚴(yán)格的質(zhì)量控制和安全監(jiān)管，以確保產(chǎn)品的營養(yǎng)價(jià)值、口感和安全性，滿足消費(fèi)者的需求和市場標(biāo)準(zhǔn)。

種子細(xì)胞獲取和細(xì)胞系構(gòu)建

細(xì)胞培育肉的生產(chǎn)從獲取種子細(xì)胞開始，這些細(xì)胞來自活體或已屠宰動(dòng)物的組織樣本。常用的細(xì)胞類型包括肌肉干細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞、胚胎干細(xì)胞等干細(xì)胞，以及成纖維細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞等具有增殖能力的成體細(xì)胞[4]。這些細(xì)胞能夠在體外增殖，并分化為肌纖維、脂肪細(xì)胞等肉類組織的成熟細(xì)胞。為了讓細(xì)胞培育肉實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，可以通過選育或改造原代動(dòng)物細(xì)胞來建立永生化種子細(xì)胞系或誘導(dǎo)多能干細(xì)胞系。這些細(xì)胞系具有無限增殖能力、高密度生長能力等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足低成本工業(yè)化生產(chǎn)的需求。合格的原代細(xì)胞或細(xì)胞系會(huì)被保存在液氮中，作為種子細(xì)胞庫。

細(xì)胞大規(guī)模擴(kuò)增

種子細(xì)胞數(shù)量較少，首先在細(xì)胞培養(yǎng)皿或培養(yǎng)瓶中進(jìn)行小規(guī)模培養(yǎng)，恢復(fù)其生長狀態(tài)。隨后，細(xì)胞被轉(zhuǎn)移到生物反應(yīng)器中進(jìn)行大規(guī)模擴(kuò)增。生物反應(yīng)器的體積從1升到10升開始，隨著細(xì)胞數(shù)量增加，逐步轉(zhuǎn)移到中等規(guī)模（幾十升到幾百升）和大規(guī)模（幾千升甚至更大）的生物反應(yīng)器中。常用的生物反應(yīng)器類型包括攪拌式、波浪式、氣升式和固定床生物反應(yīng)器[5]。根據(jù)細(xì)胞是否貼壁生長，可分為懸浮細(xì)胞和貼壁細(xì)胞兩種類型。貼壁細(xì)胞需要借助微載體實(shí)現(xiàn)在生物反應(yīng)器中的懸浮生長，而懸浮細(xì)胞可以直接在培養(yǎng)液中自由生長。細(xì)胞大規(guī)模擴(kuò)增是細(xì)胞培育肉工業(yè)化生產(chǎn)的關(guān)鍵步驟，需要選擇合適的生物反應(yīng)器并優(yōu)化工藝參數(shù)，確保從實(shí)驗(yàn)室到工業(yè)生產(chǎn)的細(xì)胞生長一致性。

誘導(dǎo)分化和組織成型

在種子細(xì)胞大量擴(kuò)增后，需要通過誘導(dǎo)分化使其產(chǎn)生肌纖維、脂肪和基質(zhì)蛋白等肌肉組織的主要成分[。肌纖維和脂肪是肉制品的關(guān)鍵成分，直接影響肉類的營養(yǎng)價(jià)值和口感。脂肪還能增加肌肉的保水性和嫩滑度。誘導(dǎo)分化是細(xì)胞培育肉生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，通過代謝調(diào)控等手段可以提高肌纖維和脂肪細(xì)胞的生產(chǎn)效率和成熟度。為了生產(chǎn)出具有一定厚度的塊狀細(xì)胞培育肉，需要建立組織成型工藝，借助細(xì)胞支架實(shí)現(xiàn)肌纖維和脂肪細(xì)胞在三維空間中的有序排布。常用的組織成型方法包括固體支架法、3D生物打印法、靜電紡絲法、片層堆疊法和擠壓成型法[]。這些方法各有優(yōu)勢，適用于不同類型的細(xì)胞培育肉產(chǎn)品。

收獲和食品化加工

完成細(xì)胞或組織培養(yǎng)后，需要進(jìn)行收獲和清洗。根據(jù)細(xì)胞支架的可食用性或可降解性，選擇離心、過濾、消化、溶解等工藝進(jìn)行收獲。隨后對收獲的細(xì)胞或組織進(jìn)行清洗，去除殘留的培養(yǎng)基、消化液和其他雜質(zhì)，確保純度和完整性。同時(shí)，檢測培養(yǎng)基中關(guān)鍵物質(zhì)的殘余量，保障終產(chǎn)品的安全性。最后，通過調(diào)色、增味等食品化加工步驟，使細(xì)胞培育肉在顏色、風(fēng)味和營養(yǎng)等方面更接近真實(shí)肉制品。

挑戰(zhàn)與展望

細(xì)胞培育肉作為食品科技的前沿創(chuàng)新，正逐步走向產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵階段。盡管當(dāng)前技術(shù)已能在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模成功制造多種細(xì)胞培育肉產(chǎn)品，但其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程仍面臨成本高、規(guī)模小、品質(zhì)不足等技術(shù)難題。

降低生產(chǎn)成本

細(xì)胞培育肉的生產(chǎn)成本極其高昂，這是其商業(yè)化的主要障礙之一[8]。因?yàn)榧?xì)胞培育肉是以動(dòng)物干細(xì)胞或相關(guān)細(xì)胞系作為原料進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)的，生產(chǎn)過程中需要消耗大量的培養(yǎng)基，這是最主要的成本來源。因此，需深人理解不同類型動(dòng)物細(xì)胞的營養(yǎng)需求，研發(fā)高性能的培養(yǎng)基配方，同時(shí)開發(fā)培養(yǎng)基關(guān)鍵功能組分的低成本生產(chǎn)策略。

擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模

目前許多團(tuán)隊(duì)和企業(yè)雖實(shí)現(xiàn)了小規(guī)模制備，但工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)仍有難題。擴(kuò)大規(guī)模對種子細(xì)胞的增殖活力、抗剪切力性能及功能特性維持要求更高，需嚴(yán)格選育種子細(xì)胞并優(yōu)化培養(yǎng)工藝。同時(shí)，還需要建立高效的理性放大技術(shù)，保證細(xì)胞在大體積生物反應(yīng)器中的高效增殖和分化[]

提升風(fēng)味品質(zhì)

細(xì)胞培育肉的口感、質(zhì)地和營養(yǎng)價(jià)值需與傳統(tǒng)肉類媲美甚至更優(yōu)才能獲得市場認(rèn)可。天然肉類由多種細(xì)胞構(gòu)成，而多數(shù)細(xì)胞培育肉產(chǎn)品為單一動(dòng)物細(xì)胞與植物蛋白等的復(fù)合產(chǎn)品，感官和質(zhì)構(gòu)有差異，風(fēng)味物質(zhì)含量少。因此，需針對性開發(fā)食品化加工技術(shù)，添加關(guān)鍵風(fēng)味和營養(yǎng)成分，以提升其品質(zhì)[10]。

展望未來，細(xì)胞培育肉作為食品科技領(lǐng)域的前沿技術(shù)，具有廣闊的發(fā)展前景。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本的降低，細(xì)胞培育肉有望逐漸走向大眾餐桌，為人類提供一種更加可持續(xù)、健康、安全的肉類選擇。它不僅可以滿足人們對肉類的需求，還有助于實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，推動(dòng)食品工業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展，為全球食品安全和可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

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關(guān)鍵詞：未來食品 細(xì)胞培育肉細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)誘導(dǎo)分化組織成型