人造肉的研究進(jìn)展和應(yīng)用前景

曾志魯，黃道武，羅東輝，華洋林*

（1.廣東海洋大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，廣東陽江 529568）（2.江西正盈食品有限公司，江西宜春 336400）

食物是我們?nèi)祟愘囈陨婧统掷m(xù)發(fā)展的根本需求，在整個(gè)人類文明發(fā)展過程之中，早期一直在為如何吃飽肚子而奮斗。而當(dāng)前人們對(duì)飲食的需求已經(jīng)從“吃得飽”向“吃得好”轉(zhuǎn)變，肉類消費(fèi)是人們健康飲食的重要組成部分，因?yàn)槿獠粌H是一種兼具美味與口感并且營(yíng)養(yǎng)豐富的動(dòng)物源性食品，也是一類重要的工業(yè)產(chǎn)品，與人們的生活息息相關(guān)。很多時(shí)候還有“無肉不歡”的觀念，所以肉制品的消費(fèi)也是衡量社會(huì)發(fā)展的重要指標(biāo)之一。

而根據(jù)聯(lián)合國(guó)人口司（United nations population division，UNPD）日前發(fā)布的《世界人口展望》預(yù)計(jì)，世界人口總數(shù)還將會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)，在2017 年世界人口有76 億人口，目前世界人口總數(shù)將接近80 億。到2050年可能預(yù)計(jì)增到97 億，并將在21 世紀(jì)80 年代達(dá)到104 億人口的峰值。而肉類的消費(fèi)與人口的增長(zhǎng)成相關(guān)，全球肉類消費(fèi)將從2000 年的22 499.8 萬t 增加到2015 年的31 928.4 萬t，累計(jì)增長(zhǎng)41.9%，年平均增加2.4%。而人均肉類消費(fèi)量從2000 年的37.39 kg 增加到2015 年的43.44 kg，累計(jì)增長(zhǎng)16.2%，年平均增加1.0%[1]。但是肉類的來源將涉及動(dòng)物養(yǎng)殖、動(dòng)物屠宰及肉類產(chǎn)品加工整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈，這都將在飼養(yǎng)土地/草地、動(dòng)物飼料、水資源等各個(gè)方面有巨大消耗。所以大量消費(fèi)肉類制品首先將會(huì)造成環(huán)境污染，例如增加溫室氣體排放量、消耗大量的土地和水資源；其次大量消費(fèi)肉類制品的不合理飲食習(xí)慣將引起人體潛在的健康隱患，如造成三高人群和大量的肥胖人群；最后肉類消費(fèi)也引起動(dòng)物福利的缺失，所以人們開始關(guān)注并擔(dān)憂大量肉制品消費(fèi)帶來的問題。

全球人口持續(xù)增長(zhǎng)、綜合消費(fèi)能力增強(qiáng)、飲食結(jié)構(gòu)變化等各種因素疊加使得人平均肉制品消費(fèi)量及肉類需要總量不斷增長(zhǎng)，目前肉類的生產(chǎn)模式的可持續(xù)性將面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。動(dòng)物疾病發(fā)生、氣候干旱變化等各種的因素容易影響動(dòng)物養(yǎng)殖，使得肉類產(chǎn)品的價(jià)格波動(dòng)很大。如在2019 年初因?yàn)榉侵挢i瘟等原因，豬肉的價(jià)格增加了近3 倍[2]。氣候變化也是我們?nèi)祟惷媾R的全球性問題，動(dòng)物養(yǎng)殖也是氣候變化和環(huán)境污染的原因之一，2020 年9 月，我國(guó)國(guó)家主席習(xí)近平在聯(lián)合國(guó)大會(huì)上向世界宣布了2030 年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)。因此尋找目前肉類制品替代方案非常必要，也十分迫切。主要從兩方面來考慮，在環(huán)境保護(hù)考慮，需要減少動(dòng)物養(yǎng)殖過程中導(dǎo)致的溫室氣體排放和養(yǎng)殖過程中對(duì)環(huán)境造成污染；在能源消耗考慮，需要減少動(dòng)物養(yǎng)殖過程中大量消耗飼養(yǎng)原料、水資源和占用土地等資源。在此背景下，人造肉開始變成近期最具熱點(diǎn)和前沿的話題之一，并在2019 年被《麻省理工科技評(píng)論》評(píng)選為十大最具突破和新興技術(shù)之一[3]。各國(guó)政府紛紛出臺(tái)相關(guān)政策，來支持肉類替代品的開發(fā)與消費(fèi)方案。

1 人造肉的分類及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

人造肉作為近年開始興起的革命性的食品，目前國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界還沒有人造肉比較明確的分類和定義，但比較常見和有代表性的分類有兩類[4-6]。其中一類是以植物蛋白為原料制備的植物人造肉，該類產(chǎn)品因可以最大限度地模擬真實(shí)肉品的外觀和口感，在國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)中常見的名稱有“植物素肉”、“植物蛋白基肉制品”、“Plant-based Meat”、“Soy-based Meat”[7-9]，這一類通常被稱作植物蛋白肉、植物肉、合成肉、素肉等。第二類是利用細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)、合成生物技術(shù)為基礎(chǔ)，以動(dòng)物細(xì)胞為原料，通過動(dòng)物的細(xì)胞培養(yǎng)、擴(kuò)增、制備得到細(xì)胞人造肉，細(xì)胞培養(yǎng)肉不需要經(jīng)過動(dòng)物飼養(yǎng)等生產(chǎn)環(huán)節(jié)而為我們提供穩(wěn)定的肉類蛋白，主要的名稱為“Cultured Meat”、“Animal Free Meat”、“Cultivated Meat”、“Invitro Meat”、“培育肉”、“細(xì)胞培養(yǎng)肉”、“試管肉”[10-12]等。也有學(xué)者認(rèn)為從生物學(xué)分類上藻類和菌類不屬于植物范疇，以微生物混菌發(fā)酵得到的可食性單細(xì)胞蛋白（Single Cell Protein，SCP）為主要原料獲得菌體蛋白肉，然后經(jīng)擠壓重組后加工而成菌種蛋白仿肉制產(chǎn)品[13]。該類產(chǎn)品一般還是劃入到植物肉方向來考慮。

個(gè)人認(rèn)為，除了上述以植物蛋白為原料制備的植物人造肉和以細(xì)胞為原料制備的細(xì)胞人造肉外，還有一種以植物蛋白如豌豆蛋白和大豆蛋白等為主要原料，添加一定比例的禽類肉通過擠壓成型工藝得到的重組人造肉。重組人造肉在產(chǎn)品的口感、外觀、營(yíng)養(yǎng)等方面都可以通過植物蛋白、肉類的添加比例來調(diào)節(jié)，可以接近傳統(tǒng)的肉制產(chǎn)品，也適合工業(yè)化的生產(chǎn)。同植物人造肉相比重組人造肉有更好的口感、外觀。同細(xì)胞人造肉相比重組人造肉可進(jìn)行口感、營(yíng)養(yǎng)等調(diào)節(jié)。重組人造肉的市場(chǎng)前景樂觀，但本文主要探討植物人造肉和細(xì)胞人造肉的研究進(jìn)展，重組人造肉將另外綜述。

植物人造肉的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)建立并開始逐步規(guī)范。中國(guó)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)會(huì)在2020 年12 月25 日發(fā)布了《植物基肉制品》（Plant-based meat，T/CIFST 001-2020）團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)規(guī)定了植物基肉制品的基本要求、技術(shù)要求、檢驗(yàn)規(guī)則和判定規(guī)則等?！吨参锘庵破贰诽钛a(bǔ)植物肉行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)空白，也讓“植物人造肉”的標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展更具可行性。美國(guó)植物基食品協(xié)會(huì)先后發(fā)布了一系列植物基食品推薦性標(biāo)準(zhǔn)，明確植物基食品的定義，也對(duì)植物基食品標(biāo)簽標(biāo)示做了要求。由于在生產(chǎn)技術(shù)、安全、營(yíng)養(yǎng)等原因，細(xì)胞人造肉的標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)比較滯后，目前還沒有比較明確標(biāo)準(zhǔn)。

2 植物人造肉的研究進(jìn)展

人類食用植物人造肉有著悠久的歷史，植物蛋白也在早期人類飲食文化中有重要地位，在食物匱乏時(shí)代，植物蛋白產(chǎn)品就是營(yíng)養(yǎng)和健康的選擇。雖然植物人造肉具有傳統(tǒng)肉品相似的營(yíng)養(yǎng)，但在肉質(zhì)感、顏色及風(fēng)味物質(zhì)等方面還有一定的差距。現(xiàn)代的植物人造肉主要是利用分離出的植物蛋白為主要原料，添加脂肪、色素、風(fēng)味劑、黏合劑以及其他食品功能添加物，通過靜電紡絲技術(shù)、擠壓成型技術(shù)、熱剪切法加工技術(shù)、食品3D 打印技術(shù)等加工工藝，形成肉類纖維組織結(jié)構(gòu)，最后得到具有肉類口感、顏色和味道的產(chǎn)品[14-16]。

2.1 植物人造肉市場(chǎng)

古代中國(guó)就有豆制品代替肉制品習(xí)慣，近年加上國(guó)外植物概念火熱，在年輕人的追捧之下，“植物基”的概念隨之爬上國(guó)內(nèi)新風(fēng)口。國(guó)內(nèi)在植物肉市場(chǎng)有市場(chǎng)容量大、市場(chǎng)接受度高、產(chǎn)品品種豐富，2020 年國(guó)際植物肉領(lǐng)軍企業(yè)雀巢、Beyond Meat 等陸續(xù)在國(guó)內(nèi)建廠，深圳星期零食品科技公司也推出以大豆、鷹嘴豆、藜麥、微藻為主要原料的植物肉以及植物蛋白食品。有預(yù)測(cè)植物人造肉在亞太地區(qū)將成為增長(zhǎng)最快的市場(chǎng)[17]。隨著投資力度不斷加大和技術(shù)進(jìn)步，未來國(guó)內(nèi)植物肉產(chǎn)品正成為全球投資熱點(diǎn)，商業(yè)前景廣闊，非常值得期待。

2.2 植物人造肉的優(yōu)勢(shì)

在生產(chǎn)植物人造肉時(shí)，產(chǎn)品的外觀、質(zhì)地、風(fēng)味、口感等都是最基本的感官要求，其次營(yíng)養(yǎng)成分上更接近傳統(tǒng)肉。而植物人造肉在以下方面有一定優(yōu)勢(shì)，首先植物蛋白的原料來源廣泛，最常見有豆類蛋白，如蠶豆、豌豆、鷹嘴豆、瓜爾豆；還有谷物蛋白如小麥、大麥、大米、玉米、高粱；食用菌蛋白如雞腿菇、金針菇、杏鮑菇、雙孢菇等。其次著色劑在顏色方面也有多種選擇。植物人造肉還可以根據(jù)市場(chǎng)和消費(fèi)者需要，選擇不同原料，添加不同比例，甚至可以添加微量元素和礦物質(zhì)，減少不飽和脂肪酸添加等，滿足不同的人群需要。最后植物人造肉生產(chǎn)成本可控，根據(jù)不同的市場(chǎng)和消費(fèi)者需要來確定原料和成本，適合工業(yè)化、規(guī)?；a(chǎn)。

中國(guó)一直都有食用素食的飲食習(xí)慣，在對(duì)消費(fèi)者接受人造肉意愿調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，植物人造肉產(chǎn)品容易被消費(fèi)者接受。隨著“健康中國(guó)2030”推進(jìn)，人們的健康意識(shí)逐漸加強(qiáng)，越來越多的人接受并追求素食主義，植物人造肉可以很好的滿足該類人群需求，植物肉也被素食主義者認(rèn)為是最合適并且容易被接受的產(chǎn)品。另外工業(yè)化生產(chǎn)植物人造肉時(shí)，根據(jù)不同消費(fèi)者需求配比不同原料，可以滿足一些健身群體和對(duì)特定成分過敏人群。有研究表明植物人造肉也有助于降低體重、脂肪、膽固醇和血壓水平，從而降低中風(fēng)、心臟病和癌癥的風(fēng)險(xiǎn)[18]，植物人造肉也是一種很有前景的健康食品[19]，將對(duì)傳統(tǒng)肉類市場(chǎng)產(chǎn)生強(qiáng)烈的競(jìng)爭(zhēng)。

2.3 植物人造肉的不足

從營(yíng)養(yǎng)角度來看，傳統(tǒng)肉含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪，也富含維生素和微量元素。植物蛋白加工成的植物人造肉在氨基酸模式有較大差別，傳統(tǒng)肉制品蛋白消化率校正后的氨基酸得分（PDCAAS）超過或接近于1.0，能滿足人體必需氨基酸需求，而很多植物蛋白含硫氨基酸和賴氨酸的含量低于動(dòng)物蛋白，PDCAAS得分比動(dòng)物蛋白低[20]，因此需要對(duì)植物人造肉替代傳統(tǒng)肉從營(yíng)養(yǎng)方面進(jìn)行深入研究[21]。

在產(chǎn)品的肉質(zhì)感和風(fēng)味方面。傳統(tǒng)肉類制品中的因?yàn)楹械鞍踪|(zhì)、脂肪、揮發(fā)性物質(zhì)等組分的存在，產(chǎn)品烹飪加工后會(huì)形成滑嫩爽口、鮮潤(rùn)多汁、有咀嚼的口感和獨(dú)特、飽滿的味道，相比之下植物人造肉目前多以加入香精、色素等方式調(diào)味，雖然風(fēng)味、質(zhì)構(gòu)比較接近，但產(chǎn)品往往風(fēng)味單薄、多汁性和咀嚼性差，不能夠還原肉類的特征風(fēng)味，在質(zhì)構(gòu)、色澤、風(fēng)味及口感等方面與傳統(tǒng)肉有一定的差距。模擬出具有肉類特征的植物人造肉或許是一個(gè)發(fā)展方向，使其在色澤、味道、質(zhì)地等方面接近傳統(tǒng)肉，咀嚼感也更接近傳統(tǒng)肉，從而實(shí)現(xiàn)植物人造肉市場(chǎng)快速增長(zhǎng)，滿足消費(fèi)感官和健康需要，也被更多消費(fèi)者的接受和喜歡[22]。

3 細(xì)胞人造肉的研究進(jìn)展

細(xì)胞人造肉是指在體外的培養(yǎng)條件下，在培養(yǎng)基中利用動(dòng)物細(xì)胞組織中的多能干細(xì)胞等培養(yǎng)出來的具有傳統(tǒng)肉類結(jié)構(gòu)、風(fēng)味口感的產(chǎn)品[23]。2019 年，周光宏等[24]利用豬肌肉干細(xì)胞培養(yǎng)獲得了中國(guó)第一塊細(xì)胞培養(yǎng)肉，標(biāo)志著中國(guó)的細(xì)胞培養(yǎng)肉技術(shù)的興起。

3.1 細(xì)胞人造肉的可能性

21 世紀(jì)初期誕生的合成生物學(xué)并在食品工業(yè)應(yīng)用，改變了人類利用資源的方式[25]，使得細(xì)胞人造肉成為可能。食品合成生物學(xué)是一門新興交叉學(xué)科，通過設(shè)計(jì)及構(gòu)建新的細(xì)胞工廠，通過設(shè)計(jì)添加需要的原料如酶制劑、蛋白質(zhì)、脂肪、維生素和礦物質(zhì)等成分，通過組合轉(zhuǎn)化成食品組分，使得食品原料和生產(chǎn)方式可持續(xù)[26]。

細(xì)胞人造肉的生產(chǎn)首先是提取肌肉干細(xì)胞，在特定培養(yǎng)條件下（如適合的氧氣、溫度、碳水化合物和生長(zhǎng)因子）進(jìn)行增殖，通過生長(zhǎng)增殖形后得到肌肉細(xì)胞和脂肪細(xì)胞，融合成類似肌肉組織，最后得到人造肉產(chǎn)品。在細(xì)胞人造肉生產(chǎn)過程中的細(xì)胞系選擇、培養(yǎng)條件、反應(yīng)器等都會(huì)限制其產(chǎn)業(yè)化。此外細(xì)胞人造肉在營(yíng)養(yǎng)和色、香、味方面與傳統(tǒng)肉相比有更大的差距，但是通過在肌肉蛋白中同時(shí)合成血紅素蛋白來改善外觀，香味物質(zhì)的合成和添加來改變味道，重塑成型技術(shù)改變質(zhì)地結(jié)構(gòu)都將細(xì)胞人造肉更加接近傳統(tǒng)肉[27]。

3.2 細(xì)胞人造肉的進(jìn)展

近年來，合成生物學(xué)和仿生生物學(xué)在食品工業(yè)的應(yīng)用，細(xì)胞培養(yǎng)已經(jīng)可以獲得一定量的動(dòng)物肌肉組織，但細(xì)胞人造肉相關(guān)產(chǎn)品的市場(chǎng)接受和認(rèn)可度還很低。最主要原因是細(xì)胞人造肉制品還無法做到傳統(tǒng)肉的外觀。要想獲得滿足消費(fèi)者需求并被市場(chǎng)接受的細(xì)胞人造肉產(chǎn)品，必須解決細(xì)胞人造肉色香味問題，同時(shí)提升產(chǎn)品成型技術(shù)使細(xì)胞人造肉有很好咀嚼感。目前國(guó)內(nèi)江南大學(xué)陳堅(jiān)院士團(tuán)隊(duì)對(duì)人造肉的大規(guī)模商品化技術(shù)和動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)開展了大量研究和歸納總結(jié)[28]。國(guó)外有更多的公司在細(xì)胞人造肉進(jìn)行研究工作，如美國(guó)的Memphis Meats 與Modern Meadow、荷蘭的Mosa Meat和以色列的Supermeat（雞肉）等[29]。但細(xì)胞人造肉還在期待中。

3.3 細(xì)胞人造肉的不足

科技的發(fā)展使得細(xì)胞人造肉成為可能，目前已經(jīng)可以批量生產(chǎn)出人造肉產(chǎn)品，細(xì)胞人造肉在被消費(fèi)者和市場(chǎng)接受的程度比較低[30]。主要原因有其一，細(xì)胞人造肉隨著技術(shù)的進(jìn)步已經(jīng)不是天價(jià)，但不能被市場(chǎng)日常消費(fèi)接受，更多消費(fèi)者只是進(jìn)行嘗鮮。生產(chǎn)成本過高決定目前細(xì)胞人造肉還不能夠進(jìn)行大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化。其二，現(xiàn)階段細(xì)胞人造肉制品還無法接近傳統(tǒng)肉的品質(zhì)。Specht 等[31]總結(jié)了目前的各項(xiàng)技術(shù)，認(rèn)為細(xì)胞人造肉在商業(yè)生產(chǎn)上沒有根本的技術(shù)缺陷，但這些技術(shù)成本較高，只適合于小規(guī)模生產(chǎn)，大規(guī)模的商業(yè)生產(chǎn)還有待時(shí)日[32]。其三，細(xì)胞人造肉的安全性還待評(píng)價(jià)，目前還沒有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

4 展望

人造肉是近幾年提出的一種肉類替代品方案，人造肉產(chǎn)品的品類逐漸豐富起來，人造肉行業(yè)正以良好的勢(shì)頭發(fā)展，具有廣闊的前景和巨大的發(fā)展?jié)摿Α５菑哪壳叭嗽烊猱a(chǎn)業(yè)的研究進(jìn)展和上市銷售的產(chǎn)品中，也能看到人造肉產(chǎn)業(yè)存在很多的不足。植物人造肉在口感、色澤、風(fēng)味上與傳統(tǒng)肉類出現(xiàn)較大的差異。在口感方面，肉質(zhì)纖維感差，沒有嚼勁，肉質(zhì)松散。在色澤方面，植物人造肉顏色較深，沒有傳統(tǒng)肉的細(xì)膩光澤感。風(fēng)味方面，調(diào)味品和肉味香精包埋效果差，粉味重，烹飪后的肉味不足，且使用豆類蛋白制造的植物蛋白肉中殘留有豆腥味[33]。細(xì)胞人造肉充滿前景但也同樣充滿調(diào)整，雖然已經(jīng)有成功培養(yǎng)出細(xì)胞人造肉的報(bào)道，但目前還無法進(jìn)行量產(chǎn)。因?yàn)橐?guī)?；a(chǎn)上仍存在需要克服的技術(shù)難點(diǎn)，例如分離增殖能力強(qiáng)的干細(xì)胞、特定培養(yǎng)基篩選、高效的細(xì)胞培養(yǎng)器和產(chǎn)品重塑成型技術(shù)等。只有突破技術(shù)難點(diǎn)，進(jìn)行規(guī)模化生產(chǎn)才能降低生產(chǎn)成本。商業(yè)化生產(chǎn)后才能逐步解決細(xì)胞人造肉的原料不足、成本高、不安全、品質(zhì)（外觀、口感、風(fēng)味、色澤）與真肉（具有豐富致密的纖維結(jié)構(gòu)，口感鮮嫩多汁，富有彈性和咀嚼性[34]）有差距等一系列問題。

人造肉行業(yè)目前尚處探究摸索的階段，除了植物人造肉有團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)外，細(xì)胞人造肉行業(yè)的各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)和法則還沒有制定和完善。不同地區(qū)的人群對(duì)人造肉的態(tài)度、觀點(diǎn)和接受度是不同的，消費(fèi)者的觀點(diǎn)和態(tài)度是影響人造肉產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素[35]。目前消費(fèi)者接受程度呈現(xiàn)出傳統(tǒng)肉高于植物人造肉、植物人造肉高于培養(yǎng)人造肉[36]。但人造肉市場(chǎng)已經(jīng)成為資本追逐的風(fēng)口，特別是植物人造肉已經(jīng)成為天然、健康、時(shí)尚的新方向，以豌豆、小麥和大豆蛋白為主導(dǎo)的植物基蛋白，還可開發(fā)出更多具有不同植物成分的植物人造肉替代產(chǎn)品。目前已經(jīng)應(yīng)用于西式快餐漢堡、素食餐廳、休閑食品等領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)上市公司煙臺(tái)雙塔食品股份有限公司已經(jīng)推出系列的植物肉產(chǎn)品，大受消費(fèi)者的歡迎。

人造肉的生產(chǎn)制造不僅需要達(dá)到良好的肉類感官品質(zhì)，同時(shí)也需要保持良好的營(yíng)養(yǎng)成分組成和和較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)。如在蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪和膳食纖維等各方面營(yíng)養(yǎng)元素都保持較高的豐度。人造肉只有在安全、營(yíng)養(yǎng)和成本方面有優(yōu)勢(shì)時(shí)才能成為肉制品的真正替代品，否則只能停留在一個(gè)備選的階段。