蔬菜上也能“長(zhǎng)肉”？科學(xué)家用具有天然仿生微結(jié)構(gòu)的植物支架培育人造肉

人造肉是一種利用組織工程技術(shù)而非傳統(tǒng)養(yǎng)殖方式培育的“肉”，盡管發(fā)展前景良好，但其較高的規(guī)?；a(chǎn)成本不可忽視。

近期，清華大學(xué)與北京理工大學(xué)團(tuán)隊(duì)合作，提出了人造肉生物支架材料的“綠色”設(shè)計(jì)思路，他們利用便捷的高壓蒸汽滅菌法處理蔬菜，實(shí)現(xiàn)了對(duì)天然植物材料的高附加值改造。

該方法不僅提升了人造肉的仿生程度，還在降低生物材料成本和增強(qiáng)材料貼附細(xì)胞能力等方面表現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢(shì)。

審稿人對(duì)該研究評(píng)價(jià)稱：“有趣的是，作者研究了多種用于培養(yǎng)肉的植物，發(fā)現(xiàn)對(duì)植物進(jìn)行脫細(xì)胞化處理并非必要。如果植物能以原始形態(tài)使用，這將大大節(jié)省加工時(shí)間和成本。”

日前，相關(guān)論文以《在具有仿生硬度和微圖案的高壓滅菌蔬菜上培育肉類》為題發(fā)表在《自然·通訊》。清華大學(xué)杜亞楠教授擔(dān)任通訊作者，北京理工大學(xué)助理教授劉燁是第一作者兼共同通訊作者。

人造肉的制造需要生物支架材料，而獲取這些生物材料主要有兩種方式：一種是通過(guò)材料合成，另一種則是利用天然材料。

在人造肉生產(chǎn)中，植物材料是備受青睞的選擇。目前，人們普遍采用脫細(xì)胞處理的方法來(lái)獲取植物支架材料，盡管許多研究都采用了這種方法，但其貼附動(dòng)物細(xì)胞的能力存在局限：傳統(tǒng)的脫細(xì)胞方法通常只保留了植物的纖維素骨架，而丟失了植物中有益細(xì)胞貼附的天然酰胺基團(tuán)。

為克服這一局限，研究人員開發(fā)了一種非常簡(jiǎn)便的方法：將植物材料直接放入高壓滅菌鍋中，進(jìn)行高壓蒸汽滅菌處理。由于細(xì)胞培養(yǎng)需要無(wú)菌環(huán)境，高壓滅菌鍋幾乎是每個(gè)生物實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)配，通常在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中用于滅菌。

將植物材料進(jìn)行高壓滅菌處理，具有三方面的優(yōu)勢(shì)。

首先，該方法提供了一種簡(jiǎn)單且快速的滅菌手段，這是生物材料處理過(guò)程中必不可少的步驟。

其次，經(jīng)過(guò)高壓滅菌處理后，植物材料獲得了類似動(dòng)物組織的力學(xué)性質(zhì)。原本植物材料大多是硬而脆的，但人造肉需要具有類似動(dòng)物組織的柔軟度。通過(guò)控制高壓滅菌的時(shí)間，可以使植物變得像肉絲或脂肪一樣柔軟。

再次，這種處理方式性質(zhì)溫和，基本不會(huì)破壞植物材料本身的優(yōu)勢(shì)，保留了植物天然的氨基酸殘基和仿生微結(jié)構(gòu)。“這些酰胺基團(tuán)有助于動(dòng)物細(xì)胞的貼附，使細(xì)胞在植物表面生長(zhǎng)得更快、更健康?！眲钫f(shuō)。

在實(shí)驗(yàn)室中，讓動(dòng)物細(xì)胞大批量生長(zhǎng)是長(zhǎng)期以來(lái)的難點(diǎn)之一，這也是人造肉領(lǐng)域備受關(guān)注但成本難以降低的重要原因。通過(guò)這種新方法，不僅保留了植物中有益的酰胺成分，還能夠調(diào)控材料的硬度，并且實(shí)現(xiàn)了同步滅菌，整個(gè)過(guò)程非常簡(jiǎn)便，效果也非常理想。

值得關(guān)注的是，該技術(shù)從材料本身到制備方法在成本上都具有顯著優(yōu)勢(shì)。所使用的材料如蘑菇、韭菜、絲瓜等都是常見的蔬菜，這些材料本身價(jià)格低廉且易于獲取，可以大規(guī)模地從農(nóng)場(chǎng)采購(gòu)。另外，高壓滅菌鍋是生物實(shí)驗(yàn)室中常見設(shè)備且價(jià)格不高，進(jìn)一步降低了材料制備成本。

此外，研究還展示了如何將培養(yǎng)的肌肉和脂肪細(xì)胞用于制作餃子餡和肉蛋撻，甚至制作出了肥瘦相間的蘑菇豬肉薄脆。

研究人員用“電子舌”檢測(cè)了人造肉的酸味、咸味和鮮度，并與真實(shí)的豬肉進(jìn)行了比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，用植物支架制備的人造肉在酸、咸、鮮三個(gè)方面的表現(xiàn)接近真肉，甚至比真實(shí)豬肉鮮味更濃。

劉燁解釋說(shuō)：“這是因?yàn)槲覀冊(cè)趯?shí)驗(yàn)中使用了蘑菇作為培養(yǎng)基底，蘑菇能夠提升鮮度。由于我們的產(chǎn)品是在食用蔬菜上培養(yǎng)出肌肉和脂肪，因此其風(fēng)味與真實(shí)豬肉很相似，同時(shí)略帶了蔬菜風(fēng)味?！?/p>

具體來(lái)說(shuō)，在蘑菇上培養(yǎng)人造肉會(huì)提升其鮮味；在韭菜上培養(yǎng)則會(huì)帶有草本植物的清新味道。盡管這是一種新型的非傳統(tǒng)肉類，它依然富合營(yíng)養(yǎng)，也許是一種更健康的選擇。

“當(dāng)然，并不是任何植物都能成為制備人造肉的材料，需要精挑細(xì)選。我一個(gè)不怎么做飯的人，有段時(shí)間經(jīng)常跑去超市買各種菜，體驗(yàn)了一把‘神農(nóng)嘗百草’的勁頭?！眲钫f(shuō)。

經(jīng)過(guò)大量篩選，研究人員發(fā)現(xiàn)只有某些特定的植物可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)秀的仿生效果。也就是說(shuō)，只有那些能夠模擬肌肉絲、脂肪微觀結(jié)構(gòu)的蔬菜，才能成為有價(jià)值的材料。

其中，韭菜和香菇具有天然的各向異性微觀結(jié)構(gòu)，能夠引導(dǎo)肌肉細(xì)胞的定向排列和生長(zhǎng)；而絲瓜則因其各向同性微觀結(jié)構(gòu)，成為培育脂肪細(xì)胞的“理想家園”

“植物們都非常美。它們不僅僅是我們的綠葉，更是我們科學(xué)創(chuàng)造中的神奇魔法。深入研究植物的仿生微觀結(jié)構(gòu)，從細(xì)胞生物學(xué)的角度探索如何讓肌肉細(xì)胞變成仿生的肌纖維，讓脂肪細(xì)胞變成仿生的脂肪組織是值得研究的方向?！眲钫f(shuō)。

需要了解的是，該方法不僅是簡(jiǎn)單地將細(xì)胞養(yǎng)在材料上，而是需要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的發(fā)育。材料的特性決定了細(xì)胞是否能夠形成長(zhǎng)長(zhǎng)的肉絲，或者圓圓的脂肪。其中，材料的微觀結(jié)構(gòu)起到了促進(jìn)細(xì)胞分化的重要作用。

該課題組希望通過(guò)這項(xiàng)研究讓更多人關(guān)注植物材料的新天地，并期望將這種方法轉(zhuǎn)化到人造肉的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用中。

劉燁的研究興趣是利用各種生物工程手段制造具有仿生性能的人造器官。目前的主要研究方向是組織工程生物材料、人造肉、微流控器官芯片等。

她說(shuō)：“作為一顆青椒，我并不是高產(chǎn)的品種。只是很喜歡做實(shí)驗(yàn)，所以一直走在做實(shí)驗(yàn)的路上，希望能一直走下去?！?/p>

未來(lái)，該團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步研究深層次的細(xì)胞生物學(xué)機(jī)制問(wèn)題，并致力于提升植物材料的多維度性能。