介绍

培养肉（CM），又称体外肉、人造肉、培育肉、细胞肉、实验室培育肉、清洁肉或合成肉，一般是通过体外培养细胞而不是从动物体内采集组织而产生的[1-2]。人造肉可以有效地减少能源和水的消耗率，以及温室气体排放、疾病传播和为满足肉类需求而屠宰的动物数量。此外，人与动物之间亲密接触的减少将大大减少流行性人畜共患病的出现和发病率[3-4]。

图 1. 人造肉、实验室培育肉、体外肉

历史

与普遍看法相反，在人工环境中饲养肉食的想法一直引起公众的兴趣，而且这一想法由来已久。1931 年，英国政治家温斯顿·丘吉尔在一篇发表于多家期刊并后来收录于其著作《思想与冒险》的文章中写道：“通过在合适的培养基中分别饲养鸡胸肉或鸡翅，我们将摆脱饲养整只鸡以供食用的荒谬做法”[5-6]。

荷兰研究员 Willem van Eelen 在二战期间作为战俘时，在忍饥挨饿的情况下独立提出了培养肉的想法，这让他在 20 世纪 50 年代对食品生产和食品安全产生了浓厚的兴趣。在阿姆斯特丹大学就读期间，他一直在听讲座，讲座上讨论了腌制肉类的前景，这促使他开始研究细胞培养。2001 年，阿姆斯特丹大学皮肤科医生 Wiete Westerhof、研究员兼商人 Willem van Eelen 和商人 Willem van Kooten 宣布，他们已为生产培养肉的工艺申请了全球专利。在这项研究中，将肌肉细胞接种在胶原蛋白基质中，然后将其浸泡在营养液中并诱导其分裂。同年，NASA 表现出兴趣并开始对培养肉进行研究，目的是让远行的宇航员在不牺牲储存条件的情况下养肉，他们能够养金鱼和火鸡 [7-8]。

首次公开试验于 2013 年由马斯特里赫特大学的马克·波斯特 (Mark Post) 进行，并制作出第一个培养牛肉汉堡肉饼，它由超过 20,000 条细肌肉组织制成，耗时 2 年，耗资超过 300,000 美元。

2011 年，许多培养肉初创企业相继成立，工业发展由此拉开序幕。Memphis Meats（现为 Upside Foods）于 2016 年发布了一段视频，展示了他们培育的牛肉丸子。2016 年，以色列公司 SuperMeat 为其培养鸡肉活动开展了一次病毒式众筹。2018 年 3 月，Eat Just 声称能够在 2018 年底前推出培养肉消费产品。同年，一家荷兰初创公司报告称，它已成功利用来自动物脐带的多能干细胞培育出肉类。该技术的主要优势在于它无需使用胎牛血清，这意味着无需杀死任何动物即可生产肉类。随后，他们宣布，全球约有 30 家培养肉初创公司在运营。Integriculture 是一家日本公司，正在开发其 CulNet 系统，其竞争对手包括英国的 Multus Media 和加拿大的 Future Field。 2020 年 1 月，Memphis Meats、Just Inc. 和 Future Meat Technologies 首次尝试进行试点生产[9-10]。

2020 年 11 月，SuperMeat 在以色列的试验工厂旁边开设了一家“测试餐厅”。记者、专家和少数消费者可以预约在那里品尝这种新奇的食物，同时透过玻璃窗观看生产设施。餐厅尚未完全向公众开放，因为截至 2021 年 6 月，SuperMeat 仍需等待监管部门批准才能开始大规模生产供公众消费，而且由于新冠疫情。2020 年 12 月 2 日，新加坡食品局批准 Eat Just 生产的“鸡块”进行商业销售。这是培养肉产品首次通过食品监管机构的安全审查，被广泛视为该行业的里程碑。2022 年 3 月，培养肉生产商已达到试图获得欧盟超国家机构监管批准的水平，而就在大宗商品可以出售给消费者之前 [11]。

截至 2022 年，已有 70 多家公司从事人造肉领域的研究、试制和进入市场。2021 年，培养肉市场规模估计为 164 万美元，预计到 2030 年将达到 27.881 亿美元。

技术方面：

最基本的定义是，培养肉是通过准备支架（用于反映和鼓励细胞组织成更大结构的模具）、将支架放入生物反应器中、将细胞群添加到生物反应器中、在含有支架的生物反应器中培养细胞群一段时间，从而形成培养肉产品，然后从生物反应器中取出培养肉产品而获得的 [12]。

支架是一种多孔的三维结构，通常用作组织形成的模板或模具，模仿细胞外基质 (ECM)，使细胞附着、增殖和/或分化。支架的主要目的是促进必要的肌肉、脂肪和结缔组织的发育。最终 CM 产品的性质（例如质地或味道）可以进行下游加工，就像目前用于加工真实肉制品的技术一样。理想的 CM 支架的基本要素与组织工程支架技术非常相似，即生物相容性、生物降解性、机械性能（例如孔径、机械强度）、支架结构和制造技术 [13]。

在设计用于培养肉的支架时，应仔细考虑一些参数，例如，用于支架制造的生物材料应考虑细胞支持、技术可行性、安全性、可持续性和商业可行性。所选生物材料必须提供特定的机械和生化特性，以指导细胞附着、形态、增殖和其他细胞活动，以支持培养的细胞。另一个重点是，为培养肉支架选择的生物材料还应有助于最终结构的外观、味道和营养价值，旨在复制动物肉的特征 [13-15]。此外，支架还受到所选生物材料提供的微环境的影响，这些微环境支持甚至指导细胞分化为肉相关细胞类型，如肌细胞、脂肪细胞或成纤维细胞。

技术可行性和可加工性是 CM 的另一个关键因素。该过程应使某种生物材料与所需的制造技术兼容。科学家一直在使用一些方法来生产 CM 支架，例如 3D 生物打印、溶剂铸造、立体光刻、冷冻干燥、气体发泡、挤压、选择性激光烧结和静电纺丝 [16]。

图 2. CM 中的支架制备技术[16]。

电纺丝技术用于培养肉

静电纺丝是一种多功能、用户友好、经济高效且可调的工艺；广泛应用于纺织品、纳米设备、过滤和组织工程等多个应用领域。此外，与上述所有其他技术相比，静电纺丝产品已被证明可以使用商业工业规模设施制造 [17]。

对于细胞支架应用，通过静电纺丝生产的多孔纳米纤维支架可以模拟 ECM 的形态和结构，并提供高表面积，这是细胞粘附和增殖的基本特征。可以调整静电纺丝纤维的空间取向，从而提供细胞-支架相互作用，以控制在静电纺丝支架上生长的细胞的形态。例如，静电纺丝纤维可以对齐，诱导接种在其上的细胞对齐，促进肌肉细胞的伸长以及肌生成 [18]。

图 3. 静电纺丝技术

不同的生物聚合物和可食用材料的电纺丝已被证实可用于培养肉应用，包括胶原蛋白、明胶、多种蛋白质、壳聚糖、玉米醇溶蛋白、纤维素、淀粉、大豆分离物、蛋白和普鲁兰多糖。电纺丝的另一个优点是，可以通过在基于溶液的系统中混合两种或多种材料来获得混合电纺支架。然而，尽管这种方法具有多功能性和可扩展潜力，但它在培养肉中的应用仍然是一个正在进行的研究课题 [19]。

培养肉的需求和优势

培养肉有可能大大减少动物的痛苦，同时满足肉食者的所有营养和享乐需求。在能源和营养等环境条件的情况下，与传统肉类生产相比，人造肉生产可以减少 82%-96% 的用水量、78%-96% 的温室气体排放和 99% 的土地使用量。此外，由于广泛的监测系统和严格的质量控制规则、详细的制造实践，体外肉类生产系统中食源性疾病的发生率应该较低，而这些是现代动物农场、屠宰场或肉类加工厂无法引入的。此外，CM 可以节省时间，因为在目前的肉类生产系统中，鸡需要几周时间，猪和牛需要几年时间才能收获肉，而体外培养肉所需的时间要短得多。除此之外，用于人造肉生产的生物反应器可能不需要额外的空间，它们可以堆放在纺织大厅或设施中，培养肉的营养成本应该低于传统肉类。在未来，长期太空任务（如月球定居或火星飞行）可能会涉及定居点或航天器内的一些食品生产，以减轻升空重量及其相关成本。此外，培养肉有望摆脱犹太洁食和清真等宗教联想，成为所有消费者同样接受的通用产品。最后，培养肉可能是一种首选替代品，因为与其他产品不同，它来自动物，而且在成分方面与肉最相似。也可能存在一个小市场，其中包括出于道德原因不吃肉的素食主义者 [20]。

图 4. CM 的优势

参考

1. Papenburg BJ 等。组织工程多层支架的开发与分析。生物材料。2009；30(31)：6228–6239
2. O'Hare M, Bond J, Clarke C, Takeuchi Y, Atherton A, Berry C 等。新分离的人类乳腺成纤维细胞和内皮细胞的条件性永生化。美国国家科学院院刊 2001；98(2):646-651
3. Azcona, JO；Schang, MJ；Garcia, PT；Gallinger, C.；Ayerza, R. (2008)。“富含 Omega-3 的肉鸡肉：膳食中的 α-亚麻酸 Omega-3 脂肪酸源对生长、性能和肉类脂肪酸组成的影响”。《加拿大动物科学杂志》，加拿大安大略省渥太华。88 (2): 257–269。
4. Martin, Michael J.；Thottathil, Sapna E；Newman, Thomas B.（2015 年 12 月）。“动物农业中抗生素的过度使用：呼吁医疗保健提供者采取行动”。《美国公共卫生杂志》。105 (12): 2409–2410。，
5. Frey, Thomas (2019 年 5 月 30 日)。“2040 年养殖肉类行业的未来”。未来学家演讲者。检索日期：2019 年 11 月 20 日。
6. WO申请9931222，van Eelen，Willem Frederik； van Kooten、Willem Jan 和 Westerhof、Wiete，“体外细胞培养物工业规模生产肉类”，发表于 1999-06-24
7. 跳转至：ab Kadim, Isam T；Mahgoub, Osman；Baqir, Senan；Faye, Bernard；Purchas, Roger（2015 年 2 月）。“肌肉干细胞培养肉：挑战与前景回顾”。综合农业杂志。14 (2): 222–233。doi:10.1016/S2095-3119(14)60881-9。
8. Shapiro, Paul (2017 年 12 月 19 日)。“实验室培育的肉类即将问世”。《科学美国人》：观察。2019 年 11 月 20 日检索。
9. Catts, Oron；Zurr, Ionat（2004-2005 年冬季）。“摄取/无实体烹饪”。《Cabinet Magazine》。
10. “论文称可食用肉类可在实验室工业规模培育”（新闻稿）。马里兰大学。2005 年 7 月 6 日。2005 年 7 月 25 日存档。2008 年 10 月 12 日检索。
11. Bunge, Jacob (2017 年 3 月 15 日)。“初创公司推出实验室细胞鸡肉”。华尔街日报。2017 年 3 月 17 日检索。
12. Farber, Madeline (2017 年 3 月 15 日)。“旧金山一家初创公司正在供应实验室制作的鸡肉”。财富杂志。2017 年 3 月 17 日检索。
13. Kooser，Amanda。“实验室培育的鸡肉和鸭肉看起来出奇地美味，2017 年 3 月 15 日”。CNET。2017 年 3 月 17 日检索。
14. Chang, Lulu (2016 年 7 月 11 日)。“SuperMeat 希望您尝试其实验室培育的鸡胸肉”。数字趋势。
15. “实验室培育的鸡可能很快就会出现在你的餐桌上”。天空新闻。2016 年 7 月 12 日。2016 年 8 月 5 日检索。
16. Chang, Lulu (2016 年 7 月 11 日)。“您会吃实验室培育的鸡肉吗？SuperMeat 肯定希望如此”。雅虎新闻。2016 年 8 月 5 日检索。
17. 托宾，安德鲁 (2016 年 7 月 13 日)。“以色列初创公司让你吃肉，但无需食用动物本身”。《国土报》。2016 年 8 月 5 日检索。
18. 托宾，安德鲁 (2016 年 7 月 13 日)。“无害，无禽鸟：初创公司培育无鸡鸡”。以色列时报。2016 年 8 月 5 日检索。
19. Card, Jon (2017 年 7 月 24 日)。“实验室培育食品：‘目标是将动物从肉类生产中剔除’”。《卫报》。2018 年 1 月 13 日检索。
20. 培养肉——一种人道的肉类生产系统，Bhat 等人，组织工程食品，2020 年。