植物和细胞培养肉的生产与商业化挑战
本文由华夏科学院上海养分与矫健研讨所计谋谍报团队供稿
编者按:
养殖技能的进取和畜牧业的集约化临盆抬高了肉类临盆的成本效力和产量。是以，在发财国度，肉类相对低廉且轻易猎取。即使有益于知足耗费者的须要，但集约化的肉类临盆对群众卫生、处境和动物甜头都构成了必要背面效应。学术界和财产界正力求于改进植物起原肉类的感官特点，并通细致胞农业技能（细胞起原的肉类）探求新的办法。年12月，美国塔夫茨大学的研讨人员颁发综述，详细讲解了植物和细胞起原肉类取代品在临盆效率、产物特点和影响等方面的上风和挑战。另外，NatureOutlook在年12月也推出了以“可不断养分”为中心的系列推文，归纳了细胞教育肉贸易化所面对的4大挑战。
由于生齿增加、私人经济收益和都会化对须要的促使，寰球肉类临盆和耗费赓续激增。联结国食粮及农业布局（FAO）年推断，到年，寰球肉类须要将到达4.55亿公吨（近年增加76%）。一样，寰球对鱼类的须要在年瞻望将到达1.4亿公吨。这此中大部份归因于中等收入国度（比如华夏），由于高收入国度的耗费相对阻滞或略有下落（比如英国），而低收入国度的耗费率相对平静（比如印度）。
当今，大范围的畜牧业临盆带来了群众卫生并发症、处境蜕变和动物甜头等挑战。就人类矫健而言，畜牧业与食源性疾病、饮食干系疾病、抗生素耐药性和感化病关联亲切。植物起原肉类（PBM）和细胞起原肉类（CBM）的办法供给了从非动物起原赢得食品的道路。即使保守的植物起原肉类取代品（比如豆腐）曾经存在几个世纪，但具备坚固感官特点的新式植物起原肉类取代品近来也完结了贸易化（图1）。一些研发团队起头开辟新的周围，即细胞农业（cellularagriculture）。细胞农业是指用细胞而不是周全有机体或动物来临盆商品的计谋，比如，细胞起原肉类；用肌肉或脂肪细胞而不是牛、猪或鸡来临盆肉类。即使有左证支撑，这些办法相对动物起原肉类（ABM）来讲存在某些甜头，但还须要更周全地评价其对人类矫健和处境的紧要影响。另外，这些产物的宽广采纳将使耗费者赢得更直接的甜头，比如口味、成本和便当性。本文较量了植物起原（比如由植物卵白构成的肉类相仿物）和细胞起原办法（比如来自细胞教育物的肉类相仿物）的上风和挑战，并强调了其谬误定的周围。
图1动物、植物和细胞起原的肉类临盆办法的史乘和演化
进步史乘与技能办法
基于植物和真菌的肉类（植物起原肉类取代品）产物包罗了肉类的风韵、质量和/或养分，但成份不同，即由非动物起原的质料制成。基于开垦时候和技能繁杂性，植物起原肉类产物可分为两大类：保守和新式。在几千年前，保守的肉类相仿物在亚洲进步起来，囊括相对简捷的大豆衍生物（比如豆腐、豆豉）或小麦衍生物（比如面筋）。比拟之下，新式植物起原肉类的特点是产物的计算和营销，在口味、质量和养分方面险些同等于动物起原肉类。开垦新式植物起原肉类的寰球公司和品牌散布如图2所示。每每，植物起原肉类的临盆囊括3个环节：（1）卵白质分散和机能化。对象植物卵白质是从植物中索取的，对此中一些卵白质举行水解以抬高其机能，比如消融性和交联本事。（2）配方。将植物卵白混杂其余成份并开垦肉类特点，比如食品粘合剂、植物脂肪和面粉，增加养分素使其相仿或超出肉的养分成份。（3）加工。植物卵白和其余成份的混杂物过程卵白质重塑历程（比如拉伸、揉捏、修剪、压迫、折叠、挤压等）构成相仿肉类的质量。用于改进植物起原肉类感官特点的改变技能囊括剪切细胞技能、菌丝教育、3D打印和重组卵白增加剂等。
图2植物起原（绿色圆圈）和细胞起原（橙色圆圈）肉类公司的地舆散布
（数据起原:GoodFoodInstitute）
细胞起原肉类（CBM），也称为离体肉、试验室教育肉或养殖肉，是过程教育细胞而不是养殖动物临盆肉类。细胞起原肉类技能主如果基于干细胞生物学（比如启蒙多才干细胞）和布局工程（比如体外骨骼肌移植物）的进步。细胞起原肉类的构成触及4个重心部份：肌肉和脂肪细胞的分散和教育、xeno-free教育基配方（无外源动物卵白成份）、支架开垦和生物反响器计算。即使细胞起原肉类在年尚未完结贸易化，但在昔日几十年中曾经取患了显著进步。关键的历程碑囊括WillemvanEelen在年请求了第一项细胞起原肉类专利，年初度展示马斯特里赫特大学的首个养殖牛肉汉堡，年第一个由美国宇航局（NASA）赞助的鱼类养殖干系研讨。往常，寰球已稀有十家草创公司力求于将细胞起原肉类产物推向墟市。
经济
植物起原肉类卵白质的首要质料相对愈加低廉，大多半植物性产物主如果用豌豆、大豆或小麦卵白等配制而成。这些卵白质的农产物代价比牛、猪和肉鸡的代价低3.8-12.7倍（依照美国农夫起原的数据）。真相上，偶然大豆和小麦会与动物起原肉类混杂应用以低落肉成品加工成本。经济可行性是细胞起原肉类贸易化的紧要阻滞。据报导，马斯特里克大学临盆牛肉的成本为,美元（每千克2,,美元）。临盆历程中，3名研讨人员欺诈试验室范围的技能，在3个月内教育出20,条肌肉纤维，但此研讨仅做为观点证实，而不能举行范围化临盆。一些团队曾经举行了开端经济解析，推断大范围临盆下细胞起原肉类的成本。
感官特点
肉类的首要感官特点（比如感触）是外貌、芬芳、风韵和质量。新式植物起原肉类过程调控颜色、脂肪大理石纹路和构造来仿效动物起原肉类的外貌（图3）。依照产物不同，植物起原肉类旨在仿效生的（比如绞肉）或预煮肉（比如熟食片）的外貌。耐热果蔬索取物（比如苹果索取物、甜菜汁）或重组血红素卵白（比如LegH）用于重现鲜肉的颜色并在烹饪后变成棕色。为了摹拟脂肪的外貌，一些新式植物起原肉类产物展现了看来的半固态植物脂肪（比如椰子油、可可脂）。为了增进干流耗费者购置的或者性，细胞起原肉类必需从感官角度与动物起原肉类相当或优于动物起原肉类。年的教育牛肉汉堡被一位大师描述为“像真实的汉堡”，而另一位大师以为“逼近肉类，但不敷多汁”。自这一历程碑以来，更多的研发劳动集结在临盆细胞起原的脂质（即脂肪）布局。大师指出，细胞起原肉类关键风韵特色也许过程共教育、教育基增进和/或基因改变来完结。比如，研讨人员谋求了用细胞外血红素卵白（比如肌红卵白）增进细胞起原肉类的成就。肌红卵白与肉类的“血腥”风韵干系，增进肌红卵白也许改进细胞起原肉类构造的颜色而不会拦阻肌肉细胞的成长速率。图3植物起原和细胞起原的摹拟肉类外貌特点（颜色、纹路、构造）的计谋。结谈判纹路是影响肉质和外貌的紧要成分。
养分
植物起原肉类配方中应用的关键植物卵白质（比如豌豆、大豆、小麦）供给了与动物起原肉类相仿程度的总卵白质含量，但为了保证氨基酸均衡，多培植物卵白的互补每每是须要的。保守植物起原肉类产物和新式植物起原肉类产物的养分也存在不同。比如，豆腐（保守的植物起原肉类）和Impossible?（新式植物起原肉类）都具备特定超出动物起原肉类的甜头，比如含有炊事纤维和矿物资，同时胆固醇较低。不过，豆腐所特有的甜头囊括更少的热量、更少的脂肪而且不含钠，Impossible?所私有的甜头囊括更高的卵白质和维生素B12含量（图4）。
图4每克质料、湿重的动物起原肉类（牛肉、猪肉和鸡肉）、保守植物起原肉类（豆腐）、新式植物起原肉类（Impossible?牛肉）和菌卵白（Quorn?）的养分代价
动物起原肉类和豆腐的养分数据来自FoodData焦点数据库（FDCID:、、、），Impossible?和Quorn?数据来自公司网站。含量以FDA举荐的逐日摄取量的百分近来量化。
细胞起原肉类的周全基线养分数据尚未公然。试验室解析也许通太小模范对细胞教育物的养分成份举行量化。不同的细胞范例供给不同的养分成份；分裂的肌肉细胞或者是卵白质的首要起原，老练的脂肪细胞也许供给脂肪酸。由动物起原肉类供给的某些化合物在教育细胞中不存在。比如，维生素B12仅由细菌合成，须要举行增进。教育基的拟订将对教育细胞的生气和效率、养分状况构成很大影响，或者还会影响风韵和滋味。过程改变基因改进养分是另一种从长久来看或者更灵验的办法，即使基因办法或者会给监禁和耗费者采用度带来挑战，但曾经在六畜中运用，以改进肉类临盆的方方面面。
耗费者采用度
耗费者是力求于增进墟市份额的甜头干系者所分外
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