工程師的晚餐—人造肉能否拯救環(huán)境？

Chris Palmer

Senior Technology Writer

2019年6月的一個溫暖的夜晚，在美國俄勒岡州波特蘭市的Olympia Oyster Bar餐廳，12個人正坐在一起享用著一頓美味晚餐，晚餐包括酸橘汁腌鮭魚、風(fēng)干火腿和韃靼牛肉（圖1）。然而，這些菜肴并不普通。因為其中所用到的500 g鮭魚肉并非來自海洋，而是由研究人員在實驗室生物反應(yīng)器中精心培育了數(shù)周獲得的產(chǎn)物[1]。

“品嘗了鮭魚肉的客人告訴我們，人工鮭魚肉在質(zhì)地、風(fēng)味和外觀上已經(jīng)非常接近他們最喜愛的鮭魚肉料理了”，總部位于美國舊金山的實驗室人工培養(yǎng)鮭魚肉的初創(chuàng)公司W(wǎng)ild Type的聯(lián)合創(chuàng)始人Justin Kolbeck說?！皽?zhǔn)備食物的三位廚師認為，我們的鮭魚肉非常適合用于烹飪壽司卷、酸橘汁腌魚等多種傳統(tǒng)美食。”

圖1 . 這道開胃菜是將鮭魚肉切成薄片，然后放在紫色玉米餅上，再配上牛油果、腌洋蔥和香菜。這道菜是美國俄勒岡州波特蘭市一家餐廳在2019年6月舉行的品嘗晚宴上推出的一道菜。在實驗室培育了數(shù)周的500 g鮭魚肉成為了這道菜的亮點。資料來源：Wild Type，經(jīng)許可。

盡管晚餐很成功，但你別想著你能很快在當(dāng)?shù)氐氖袌錾险业竭@種鮭魚肉。盡管專家們一致認為，要使純實驗室培養(yǎng)的魚肉、雞肉或牛肉實現(xiàn)商業(yè)化還有很長的路要走，但是生產(chǎn)人造肉的步伐卻在加快。100多家初創(chuàng)公司和食品行業(yè)的擁護者正在運用科技手段來設(shè)計更健康、更可持續(xù)發(fā)展的植物性人造肉來替代農(nóng)場養(yǎng)殖肉，這些人造肉的外觀和味道（但愿還有成本）非常像真肉，可以同時吸引肉食者和素食者。

引領(lǐng)無肉漢堡風(fēng)潮的是植物漢堡Impossible Burger，這種漢堡是由位于美國加利福尼亞州雷德伍德城的初創(chuàng)公司Impossible Foods推出的。該公司于2019年8月與美國快餐連鎖店Burger King合作，在其所有7200家分店推出了“Impossible Whopper”[2]，這使得全球范圍內(nèi)供應(yīng)Impossible Foods公司的無肉漢堡的餐廳總數(shù)超過1.7萬家。但是，消費者可以不用外出就餐就能享受Impossible Foods公司的無肉漢堡（圖2）。2019年9月，該公司在美國100多家食品零售店以打包的形式向消費者推出了其產(chǎn)品。

到2030年，人工肉市場價值可能達到850億美元 [4]。Beyond Meat這家初創(chuàng)公司也想在這個領(lǐng)域分得一杯羹，其產(chǎn)品供應(yīng)給了2萬家食品零售店和1萬家餐廳 [5]，并于近期啟動了近20年來最成功的首次公開募股（IPO） [6]。雀巢（Nestlé）、家樂氏（Kellogg）等傳統(tǒng)肉類生產(chǎn)商最近發(fā)布的植物性產(chǎn)品分別叫做“the Awesome Burger”和“the Incogmeato Burger”。

圖2 . 2018年，美國加利福尼亞州推出了植物漢堡Impossible Burger。這種以豆類為基礎(chǔ)的“肉類”含有一種名為亞鐵血紅素的小分子，這種小分子是在裝有轉(zhuǎn)基因酵母的巨大容器中發(fā)酵產(chǎn)生的。亞鐵血紅素可以使植物漢堡Impossible Burger在烹飪時保持其中間人造肉肉質(zhì)的粉紅色，并賦予它肉的味道。資料來源：Sarah Stierch, Wikimedia Commons (CC BY 4.0)。

Impossible Foods公司推出的下一個產(chǎn)品是植物豬肉。2020年1月推出的[7] Impossible Pork的主要成分與該公司的人造牛肉的主要成分相同。Impossible Pork的蛋白質(zhì)和鐵含量與真正的豬肉的蛋白質(zhì)和鐵含量相似，但是它含有更少的膽固醇、脂肪和卡路里，且鈉含量較高。該公司計劃在中國大力推廣其新“豬肉”產(chǎn)品，因為中國是世界上最大的豬肉生產(chǎn)國，但近年來，非洲豬瘟導(dǎo)致其超過1/3的生豬死亡[7]。

與之前的“植物漢堡”（veggie burger）不同，這種新的科技產(chǎn)品不一定針對的是純素食者和素食者。相反，目前該類產(chǎn)品的主要目標(biāo)是解決人們對肉類給健康和環(huán)境帶來影響的擔(dān)憂。

“這些產(chǎn)品的消費群體是肉食者，主要是千禧一代，他們喜歡肉的味道，但又渴望以更健康、可持續(xù)和合乎道德的方式進行消費”，Good Food Institute的科學(xué)和技術(shù)總監(jiān)David Welch說。Good Food Institute是一家位于美國華盛頓特區(qū)的非營利性組織，該組織是肉類替代品行業(yè)的支持者。

吃肉會增加人類患心血管疾病、2型糖尿病和某些癌癥的風(fēng)險[8]。越來越多的養(yǎng)殖者在動物飼料中使用抗生素，這種已知的增加抗生素耐藥性的做法，預(yù)計到2050年每年將導(dǎo)致1000萬人死亡[9]。同時禽流感和豬流感病毒很容易通過屠宰場中廣泛存在的糞便傳播給人類。但是，關(guān)于人造肉健康的消息并不完全屬實，因為大多數(shù)無肉漢堡比牛肉漢堡含有更多的鈉，而且植物漢堡Impossible Burger含有較高的亞鐵血紅素，這會增加人類患2型糖尿病的風(fēng)險[10]。

潛在的環(huán)境影響可能更能直接地引起人們的注意。當(dāng)前，畜牧業(yè)排放的溫室氣體總量占人類溫室氣體排放總量的14.5%，其超過了整個運輸行業(yè)的溫室氣體排放總量[11]。一份由Beyond Meat公司委托撰寫的2018 年的報告指出，與利用美國牛肉制作漢堡相比，制作Beyond Burger產(chǎn)生的溫室氣體排放量減少了90%，并且生產(chǎn)所需的能源減少了46%、水消耗量減少了99%、土地使用量減少了93% [12]。

雖然無肉肉類潛在的健康和環(huán)境益處很吸引消費者，但讓他們放下魚片、火雞三明治和雞翅的關(guān)鍵因素是，要創(chuàng)造一種可以完全還原食物味道和質(zhì)地的產(chǎn)品。Impossible Foods公司花費超過100萬美元，研發(fā)了一種名為亞鐵血紅素的小分子，這種小分子是在裝有轉(zhuǎn)基因酵母的巨大容器中發(fā)酵產(chǎn)生的[2]。亞鐵血紅素可以使植物漢堡Impossible Burger在烹飪時保持其中間人造肉肉質(zhì)的粉紅色，并賦予它肉的味道。

Beyond Meat公司的研發(fā)工作同樣令人印象深刻。在美國加利福尼亞州的一個改裝后的飛機庫內(nèi)，該公司的數(shù)十名食品科學(xué)家利用“電子舌頭”（E-tongue）來測試新產(chǎn)品。E-tongue是一個兩英尺高的壓碎機，它可以將漢堡搗碎以評估其咀嚼性和彈性，同時“電子鼻”（E-nose）可以隔離1000多個動物和植物分子，以便更好地理解每個分子如何構(gòu)成氣味和味道[5]。

Welch說：“這些新公司試圖做的基本上是分解牛肉，以追求恰到好處的口味、合適的質(zhì)地、恰如其分的口感，甚至是相宜的香氣和烹飪時的外觀?！?/p>

對于那些不太愿意放棄肉食，但仍希望在飲食中加入更多植物成分的消費者，他們也可以進行混合選擇，如將雞肉與花椰菜和鷹嘴豆混合在一起的Perdue公司生產(chǎn)的“Chicken Plus”雞塊，以及將牛肉與豌豆蛋白混合在一起的Tyson Foods公司生產(chǎn)的漢堡。

也許肉類的終極替代品是所謂的“人工養(yǎng)殖”肉或“實驗室培養(yǎng)”肉，就像位于美國波特蘭市的那家餐廳提供的Wild Type公司的鮭魚肉。生物工程師按照以下四個主要步驟來培育“實驗室培養(yǎng)”肉：① 獲取動物肌肉組織的樣本；② 利用物理和化學(xué)方式分解肌肉，從肌肉中分離出一種名為衛(wèi)星細胞的干細胞；③ 在充滿動物血清和其他營養(yǎng)物質(zhì)的生物反應(yīng)器中培養(yǎng)衛(wèi)星細胞，使這些細胞繁殖成數(shù)百萬個名為成肌細胞的特殊肌肉細胞；④ 將成肌細胞的細纖維加工成“肉” [13]。

美國馬薩諸塞州伍斯特理工學(xué)院（Worcester Polytechnic Institute）的生物醫(yī)學(xué)工程教授，Glenn Gaudette表示： “第一批將要投放于市場的培養(yǎng)肉是被磨碎的肉，如漢堡、魚餅、雞塊、香腸等?！?/p>

要培育出更復(fù)雜的“實驗室培養(yǎng)”肉，如牛排和雞胸肉，肌肉纖維只是第一步。肉的獨特風(fēng)味和質(zhì)地需要由脂肪和結(jié)締組織共同構(gòu)成。Gaudette說：“大多數(shù)人可能不太喜歡純肌肉牛排的味道，我們還需要在其中放一些脂肪細胞?！?/p>

盡管肌肉、脂肪和結(jié)締組織都可以在實驗室里被培養(yǎng)出來，但每種組織都需要有適合它自己的、極為特殊的生長環(huán)境，這讓人們將不同組織培育成一塊肉變得困難。生物工程師正在嘗試以最有效的方式將不同類型的細胞培育在一起，并以一種近似于肉類質(zhì)地的方式進行培育。

一種可能的解決方案是借用植物，如菠菜，我們要剝除其細胞結(jié)構(gòu)以外的所有葉子[14]。然后，纖維狀的葉片骨架就變成了一個支架，在這個支架中，牛肉、豬肉或雞肉中的各種細胞類型可以以特定的模式生長。其他研究人員正在嘗試利用去細胞的菠蘿蜜、蘋果片、朝鮮薊和蘑菇來制作支架。Gaudette說：“最后，你會得到一個完全可食用的支架，而且你可以直接將其拿去食用。”他的實驗室目前正在研發(fā)一種以菠菜為基礎(chǔ)的支架用于牛肉的培育。

除了口味和質(zhì)地外，人造肉行業(yè)還面臨著另一個更大的困難。分子生物學(xué)家和心臟病學(xué)家Arye Elfenbein說：“擺在我們所有人面前的問題是，怎樣才能以最好方式擴大這個行業(yè)的規(guī)模，并以合理的成本讓盡可能多的人使用相關(guān)產(chǎn)品。”他與Kolbeck共同創(chuàng)立了Wild Type公司。這里關(guān)鍵的問題是“合理的成本”。目前，還沒有一家公司能夠在不使用昂貴的動物血清的情況下培育出人工牛肉[14,15]（但是，Wild Type公司聲稱他們能夠在不使用血清的情況下培育出鮭魚肉）。1 L血清的價格為400～900美元。2013年，生物工程師用50 L血清制作出了世界上第一個人造肉漢堡（圖3）[16]。

美國加利福尼亞州大學(xué)伯克利分校（University of California at Berkeley）替代肉類項目的研究室主任Ricardo San Martin說，科學(xué)家們也正在努力開發(fā)一種合成血清，但即使有了一種便宜的替代品，“實驗室培養(yǎng)”肉的價格也不太可能下降到具有競爭力的水平。他提醒道，即使是工廠規(guī)模，運行這些生物反應(yīng)器和其他設(shè)備的成本也會很高，由傳統(tǒng)方式養(yǎng)殖獲取的肉類和素食替代品在成本上將總是比人工培育的肉類至少節(jié)省90%?！斑@不是一個能用熱情、智慧，甚至金錢可以解決的問題，”San Martin說，“我們可能會看到，人造肉市場最終會成為一個非常小眾的市場”。

圖3 . 2013年8月5日，在倫敦舉行的新聞發(fā)布會上，世界上第一個人造牛肉漢堡被制作完成。該人造肉產(chǎn)品是由荷蘭馬斯特里赫特大學(xué)（Maastricht University）的一組科學(xué)家團隊培育，成本為32.5萬美元[16]。資料來源：World Economic Forum, Wikimedia Commons(CC BY-SA 3.0)。