細胞培育肉技術：肉類生產(chǎn)新紀元

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，細胞培育肉技術應運而生，有望開啟肉類生產(chǎn)的新紀元。

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% ，比全球運輸業(yè)的總排放量還多。此外，高密集度的動物養(yǎng)殖導致疾病傳播風險顯著增加，引發(fā)抗生素和激素的濫用，危害消費者的健康。同時，人們的消費觀念從吃得飽到吃得好發(fā)生轉變，不僅更加關注食品的來源、生產(chǎn)方式和健康環(huán)境影響，還追求更加新穎、多元化、個性化的飲食體驗。

在此背景下，更加綠色、潔凈、安全的細胞培育肉技術應運而生，其發(fā)展和應用將推動肉類產(chǎn)業(yè)向更可持續(xù)的方向升級轉型，同時為消費者帶來更豐富、健康的肉類選擇，為食物供應的多元化注入新的動力。

什么是細胞培育肉

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

細胞培育肉的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1.保護資源和環(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，細胞培育肉技術生產(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.護航公共健康：畜牧業(yè)的集約化生產(chǎn)模式是導致多種食源性疾病、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，細胞培育肉的生產(chǎn)在標準化的無菌車間進行，生產(chǎn)過程受到實時監(jiān)控和調(diào)整，因此會顯著降低動物疾病傳播的風險，同時消除養(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% 被用作動物飼料，但由于飼料轉化率低，導致傳統(tǒng)畜牧業(yè)的生產(chǎn)效率非常低。通常來講，細胞培育肉的周期是30～50 天，相較于大型牲畜的養(yǎng)殖周期縮短約 85% ，同時物質轉化率提高約6.8倍。

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

細胞培育肉的起源和發(fā)展

細胞培育肉概念的起源最早可追溯到1931年，英國時任首相丘吉爾就提出大膽設想：“50年以后，我們可以僅通過在適當?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@種在當時可謂是天馬行空、不著邊際的想法卻和當今細胞培育肉技術不謀而合，但對于當時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)了細胞的分離提取和體外培養(yǎng)技術。在1990年代，科學家開始研究通過細胞培養(yǎng)技術結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)療等領域具有重要的應用前景和價值。21世紀初期，美國國家航空航天局（NASA）開展了培養(yǎng)火雞肌肉細胞和金魚細胞的培養(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，馬斯特里赫特大學波斯特（M.Post）教授團隊生產(chǎn)出世界上第一個細胞培養(yǎng)牛肉餅，用其制作了漢堡并在倫敦舉辦發(fā)布會。該漢堡成本高昂，單個造價接近33萬美元，但實現(xiàn)了細胞培育肉技術從概念到產(chǎn)品的突破，當時震驚了社會各界。因此，波斯特教授也被譽為“細胞培育肉之父”。

2019年以來，細胞培育肉行業(yè)呈爆發(fā)式增長，目前全球已有超過100家相關初創(chuàng)公司成立，行業(yè)總融資金額超過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胞培育肉原型產(chǎn)品被創(chuàng)造出來。同時，國際代表性企業(yè)，如以色列BelieverMeats、美國UpsideFoods、荷蘭MosaMeat等相繼宣布進入規(guī)?；毎嘤馍a(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，各國政府紛紛出臺政策支持細胞培育肉產(chǎn)業(yè)發(fā)展。2023年，迪拜舉辦的COP28氣候大會首次將食品系統(tǒng)轉型作為重要氣候解決方案，中國、以色列、日本、英國、美國等多國宣布支持細胞培育肉基礎設施建設和市場開發(fā)。其實早在2020年，新加坡就成為全球首個批準細胞培育肉產(chǎn)品上市的國家，批準了首款細胞培養(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)部食品安全檢驗局（FSIS）的檢驗授權，獲準使用“細胞培養(yǎng)雞”標簽。2024一2025年，細胞培育肉產(chǎn)業(yè)迎來全球化拓展浪潮，以色列AlephFarm公司的細胞基牛排、美國Wildtype公司的細胞培育鮭魚和MissionBarns公司的細胞培養(yǎng)豬脂肪、澳大利亞Vow公司的細胞培養(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，細胞培育肉產(chǎn)業(yè)正在從實驗室研發(fā)階段向商業(yè)化量產(chǎn)階段穩(wěn)步過渡，預計未來幾年將在更多國家和地區(qū)品嘗到細胞培育肉產(chǎn)品。

細胞培育肉是如何生產(chǎn)的

細胞培育肉的生產(chǎn)流程主要包括4個關鍵環(huán)節(jié)：種子細胞獲取和細胞系構建、細胞大規(guī)模擴增、誘導分化和組織成型、收獲和食品化加工[3]。整個生產(chǎn)流程需要嚴格的質量控制和安全監(jiān)管，以確保產(chǎn)品的營養(yǎng)價值、口感和安全性，滿足消費者的需求和市場標準。

種子細胞獲取和細胞系構建

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

細胞大規(guī)模擴增

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

誘導分化和組織成型

在種子細胞大量擴增后，需要通過誘導分化使其產(chǎn)生肌纖維、脂肪和基質蛋白等肌肉組織的主要成分[。肌纖維和脂肪是肉制品的關鍵成分，直接影響肉類的營養(yǎng)價值和口感。脂肪還能增加肌肉的保水性和嫩滑度。誘導分化是細胞培育肉生產(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胞培育肉，需要建立組織成型工藝，借助細胞支架實現(xiàn)肌纖維和脂肪細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胞培育肉產(chǎn)品。

收獲和食品化加工

完成細胞或組織培養(yǎng)后，需要進行收獲和清洗。根據(jù)細胞支架的可食用性或可降解性，選擇離心、過濾、消化、溶解等工藝進行收獲。隨后對收獲的細胞或組織進行清洗，去除殘留的培養(yǎng)基、消化液和其他雜質，確保純度和完整性。同時，檢測培養(yǎng)基中關鍵物質的殘余量，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，使細胞培育肉在顏色、風味和營養(yǎng)等方面更接近真實肉制品。

挑戰(zhàn)與展望

細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)化的關鍵階段。盡管當前技術已能在實驗室規(guī)模成功制造多種細胞培育肉產(chǎn)品，但其產(chǎn)業(yè)化進程仍面臨成本高、規(guī)模小、品質不足等技術難題。

降低生產(chǎn)成本

細胞培育肉的生產(chǎn)成本極其高昂，這是其商業(yè)化的主要障礙之一[8]。因為細胞培育肉是以動物干細胞或相關細胞系作為原料進行產(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物細胞的營養(yǎng)需求，研發(fā)高性能的培養(yǎng)基配方，同時開發(fā)培養(yǎng)基關鍵功能組分的低成本生產(chǎn)策略。

擴大生產(chǎn)規(guī)模

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

提升風味品質

細胞培育肉的口感、質地和營養(yǎng)價值需與傳統(tǒng)肉類媲美甚至更優(yōu)才能獲得市場認可。天然肉類由多種細胞構成，而多數(shù)細胞培育肉產(chǎn)品為單一動物細胞與植物蛋白等的復合產(chǎn)品，感官和質構有差異，風味物質含量少。因此，需針對性開發(fā)食品化加工技術，添加關鍵風味和營養(yǎng)成分，以提升其品質[10]。

展望未來，細胞培育肉作為食品科技領域的前沿技術，具有廣闊的發(fā)展前景。隨著技術的不斷進步和成本的降低，細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，還有助于實現(xiàn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的轉型升級，推動食品工業(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。

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關鍵詞：未來食品 細胞培育肉細胞大規(guī)模培養(yǎng)誘導分化組織成型