Nature子刊|植物肉和細胞培養肉的生產方法綜述……

農業技術的進步和畜牧業的集約化提高了肉類的成本效益和產量。 因此，在發達國家，肉相對便宜且容易獲得。 密集的肉類生產雖然有利於提高消費者的滿意度，但是卻對公共衛生，環境和動物福利造成不利的外部影響。作為響應，學術界和工業界的小組正在努力改善植物性肉的感官特性，並通過細胞農業方法（即基於細胞的肉）追求新生方法。近日，美國塔夫茨大學David L. Kaplan教授等在Nature Communications期刊上綜述了「Plant-based and cell-based approaches to meat production」， 詳細介紹了基於植物和基於細胞的肉類替代品在生產效率，產品特性和影響類別方面的優勢和挑戰。

背景

由於人口增長，個人經濟增長和城市化推動需求增長，全球肉類生產和消費繼續激增。2012年，聯合國糧食及農業組織（FAO）預測，到2050年，全球肉類需求將達到4.55億噸（比2005年增長76％）。同樣，到20504年，全球對魚的需求量預計將達到1.4億噸。由於高收入國家的消費相對停滯或略有減少，因此，這種增長的大部分歸因於中等收入國家（例如中國）（例如英國）和低收入國家的消費率相當穩定（例如印度）。這種模式與提出的理論一致，即肉類消費與收入之間的關係遵循「倒U形」趨勢。消費最初隨著收入的增加而增加，但最終達到消費停滯或下降的轉折點。高收入與對畜牧業後果的日益關注之間的相關性可以使這種觀察合理化。

由於當前的大型畜牧業方法與公共衛生複雜性，環境退化和動物福利問題有關，因此不斷增長的需求是有問題的。關於人類健康，畜牧業與食源性疾病，飲食相關疾病，抗生素抗性和傳染性疾病相互關聯。值得注意的是，人畜共患病（例如尼帕病毒，甲型流感）與農業集約化有關，而美國的肉類包裝廠是COVID-19爆發的熱點地區。畜牧業也加劇了環境問題，包括溫室氣體排放，土地利用和水資源利用。聯合國政府間氣候變化專門委員會發布了2018年的一份報告，聲稱必須在2030年前將溫室氣體排放量減少45％，以防止全球溫度升高1.5°C;可以減輕與2.0 C升高相關的災難的目標。常規的緩解技術包括對植樹造林，土壤保護，廢物管理以及稅收政策，補貼和分區法規的改進。儘管這些策略仍然很重要，但緊迫的氣候變化可能需要採取更具變革性的方法。最後，關於動物福利問題，每年有數十億動物被殺害或遭受直接（例如，牲畜屠宰，海鮮捕撈）或間接（例如，捕撈副漁獲物，由於棲息地破壞而造成的野生動植物減少）人類食品系統。

前面提到的大多數問題都可以歸因於以下事實：用於常規肉類生產的原材料輸入（即動物）天生就不衛生，效率低下且感覺不到。通過從生產過程中去除動物，可以減輕一些外部性。基於植物的肉類（PBM）和基於細胞的肉類（CBM）方法可從非動物來源生產食物。傳統的PBM（例如豆腐）已經存在了幾個世紀，但具有增強感官特性的新型PBM替代品最近已商業化（圖1）。其他團體也開始了細胞農業的新領域的發展。蜂窩農業描述了從細胞而不是整個生物或動物（例如CBM）生產商品的策略。由肌肉或脂肪細胞而非牛，豬或雞生長的肉。儘管有證據支持這些方法與動物肉（ABM）相比具有某些優勢，但隨著生產系統的發展，更全面地評估其對人類健康和環境的影響非常重要。此外，這些產品的廣泛採用將要求消費者獲得更多直接利益；例如口味，成本和便利性。這篇綜述旨在比較基於植物的方法（即由植物蛋白組成的肉類似物）和基於細胞的方法（即由細胞培養產生的肉類似物），以介紹每種方法的優勢和挑戰，並突出不確定性領域。

歷史和方法

基於植物和真菌的肉類（PBM）產品涵蓋了肉類的風味，質地和/或營養成分，但成分不同；即由非動物來源的材料製成。根據開發時間和技術複雜性，PBM產品可以分為兩個靈活類別：傳統和新穎（即下一代）。傳統的肉類類似物是在數千年前在亞洲開發的，其中包括相對簡單的大豆（即豆腐，豆）或小麥（即西坦）的衍生物。相比之下，新型PBM的特點是產品的設計和營銷在口味，質地和營養方面幾乎可以替代ABM。產品類別也可以存在於傳統產品和新穎產品之間，因為它們可能滿足部分但不是全部上述標準。可以在圖2中找到開發新型PBM的全球公司和品牌的分布圖。通常，PBM的生產包括三個步驟：（i）蛋白質分離和功能化-從植物中提取目標植物蛋白，其中一些要經過處理水解以改善其功能性，例如溶解性和交聯能力；（ii）配方-將植物蛋白與各種成分混合以形成肉質，例如食品粘合劑，植物性脂肪和麵粉。添加營養成分以匹配或超過肉類的營養成分。（iii）加工-植物蛋白和其他成分的混合物經過蛋白重塑過程（例如，拉伸，捏合，修剪，壓榨，摺疊，擠壓等）以形成類似肉的質地。用於改善PBM感官特性的創新技術包括剪切細胞技術，菌絲體培養，3D列印和重組蛋白添加劑。

CBM，也稱為離體肉，實驗室種植的肉或培養的肉，是通過培養細胞而不是飼養動物生產的肉。CBM技術基於最初用於醫學應用的幹細胞生物學（例如，誘導性多能幹細胞）和組織工程（例如，體外骨骼肌移植）的進步。CBM的生產涉及四個主要組成部分：（1）肌肉和脂肪細胞的分離和培養；（2）無異種培養基的配方；（3）支架的發展；（4）生物反應器的設計；其細節在其他地方有詳盡的描述。有趣的是，CBM的概念可以追溯到1930年，當時英國印度秘書弗雷德裡克·史密斯（Frederick Smith）通過其論文集《公元2030年的世界》的摘錄設想了「自我複製牛排」的起源。不再需要花費太多時間養牛以吃牛排。從一種「父母」選擇的溫柔蒸汽中，有可能長成所需的大而多汁的牛排。雖然CBM尚未在2020年實現商業化，但在過去的幾十年中取得了顯著進展。重要的裡程碑包括：威廉姆·范·埃倫（Willem van Eelen）於1999年申請的第一項CBM專利，美國國家航空航天局（NASA）於2002年進行的第一項經同行評審的養殖魚研究，以及馬斯垂克大學（Maastricht University）於2013年首次推出的養殖牛肉漢堡。如今，致力於將CBM產品推向市場的全球公司。

經濟學

用於新型PBM的蛋白質輸入的關鍵來源相對便宜。大多數基於植物的產品主要由豌豆，大豆或小麥蛋白配製而成。這些關鍵蛋白質的農業價格（在美國被農民接受）比牛，豬和肉雞的價格低3.8-12.7倍。實際上，有時將大豆和小麥與ABM結合使用以降低肉類加工產品的成本。當按每克蛋白質的成本（2009年數據）進行標準化時，大豆（$ 0.01 / g）和小麥（$ 0.03）的成本仍然顯著低於母牛（$ 0.32 / g），豬（$ 0.22 / g）和雞（$ 0.12 / g）。儘管關鍵蛋白質輸入水平上存在明顯差異，但新型PBM在零售環境中的價格往往高於其動物基同類產品。這種差異可能部分是由於加工成本造成的，因為農作物產品的零售成本的94.3％與收穫後的加工過程有關，而牛肉的零售成本約佔總零售成本的50％。此外，除初級蛋白質外，PBM還經常包括植物性脂肪，增味劑和色素添加劑，這會增加成本。一些消費者願意為與個人健康利益相關的肉類替代品支付額外費用。

經濟可行性是CBM商業化的重大障礙。據報導，馬斯垂克大學在2013年種植的養殖牛肉漢堡的生產成本為280,400美元（2,470,000美元/ kg）。生產過程涉及三名研究人員，他們使用臺式技術在三個月內培養了20,000根肌肉纖維，這是一種概念驗證，而不是試圖擴大生產規模。幾個小組進行了初步的經濟分析，以預測大規模生產情景下的CBM成本（表1）。體外肉類聯盟在2008年估計，通過基於單細胞蛋白質生產數據對資本和生長培養基成本進行建模，CBM的成本大約是雞肉的兩倍。2014年，一項關於鄉村規模CBM生產的技術，社會和經濟因素的研究得出的成本範圍為11–520美元/公斤，取決於生長培養基的價格。無脊椎動物（例如昆蟲，甲殼類動物）細胞培養可能會基於昆蟲細胞的獨特特性（例如無異種生長培養基，高密度懸浮培養），提出更具成本效益的CBM生產平臺。某些公司瞄準的是高價值產品（例如鵝肝，藍鰭金槍魚，袋鼠肉），以降低達到價格均等的門檻。有趣的是，荷蘭最近進行的一項消費者接受度研究表明，與傳統的動物性牛肉相比，58％的參與者願意為基於細胞的牛肉支付37％的溢價。

監管框架

PBM與其他非動物性食品的管理方式類似。在美國，食品藥品監督管理局（FDA），特別是食品安全和應用營養中心（CFSAN）負責監督食品檢驗，標籤，包裝，進口和設施安全。大多數PBM產品都包含簡單的成分，這些成分以前已經被批准用於人類消費。新成分可能需要接受其他評估程序。例如，通過基因工程生產的大豆豆血紅蛋白已向FDA申請「一般公認安全」狀態，以用作顏色添加劑。在歐盟（EU）中，當前的政策和法規支持替代蛋白質的創新和投資。2018年，歐盟委員會提出了「歐盟蛋白質計劃」，該計劃鼓勵生產供人類消費的替代蛋白質，並列出了現有的歐盟政策工具，「為加強歐盟種植的植物蛋白質的開發提供了選擇」。許多新穎的PBM產品都歸類於「新穎食品法規」中，該法規規範了「 1997年5月15日之前在歐盟尚未消費或不存在的食品」 。澳大利亞，加拿大和紐西蘭還出臺了立法，指導對新穎食品的監督。食品標籤也需要政府的監督。2018年，美國養牛者協會向食品安全和檢驗服務局（FSIS）提出請願書，「將不直接來源於飼養和宰殺的動物的產品排除在「牛肉」和「肉類」的定義之外。在許多歐盟成員國中，對PBM使用諸如牛排，香腸，培根，魚片等術語的行為也受到嚴格審查和限制。

對CBM的監督涉及對生產，包裝，標籤和銷售的監管和監督。在美國，CBM將由FDA和美國農業部（USDA）根據各部門於201930年宣布的決定共同監管。FDA將監管細胞的分離，儲存，生長和成熟。收穫細胞和組織後，USDA將在剩餘的商業化過程中監視產品並監督標籤。支架材料可能屬於FDA食品添加劑規定。即使雙方共同努力，隨著技術的不斷發展，利用現有系統也必須實施新的監管程序，這一點很重要。如果公司打算銷售含有基因修飾（GM）細胞的產品，則可能會進一步加劇問題。儘管USDA規範了轉基因作物，但FDA的《新動物藥物申請》規定將DNA操縱歸入藥物定義範圍，並規定FDA對轉基因動物的監督。這可能被解釋為也適用於GM細胞。法規的第二個顧慮是關於準確的標籤。類似於PBM標籤的爭論，人們正在努力防止將基於細胞的產品標記為「肉」 。根據《聯邦肉類檢驗法》，該法律將肉類稱為「任何產品……全部或部分由任何肉類或部分cas體製成的產品」，CBM有理由保留其措辭。實際上，北美肉類研究所指出，基於細胞的產品很可能屬於「肉」或「肉副產品」的定義。對於歐洲而言，建立信任措施可能適用於歐盟新食品法規途徑。儘管食品安全局已經批准了轉基因食品的生產，但要經過全面的安全評估，許多歐洲國家（例如法國，德國，希臘）已禁止生產和銷售轉基因食品。

感官特性

肉的主要感官（即感官）特性是外觀，香氣，風味（表2）和質地。新型PBM通過操縱顏色，脂肪大理石花紋和結構來模仿ABM的外觀（圖3）。取決於產品，PBM的目的是模仿生肉（例如，碎肉）或預煮肉（例如，熟食切片）的外觀。使用熱穩定的水果和蔬菜提取物（例如蘋果提取物，甜菜汁）或重組血紅素蛋白（例如LegH）來重現新鮮肉的顏色並在烹飪時變為棕色。為了模仿脂肪的外觀，一些新穎的PBM產品表現出可見的半固體植物基脂肪（例如椰子油，可可脂）。工程風味和香氣特徵對於概括肉的味道和氣味很重要。在肉類類似物中，添加了調味添加劑以添加，增強或掩蓋特定的風味，通常佔產品的3-10％。許多植物蛋白與苦澀味相關，需要通過後處理選擇性去除化合物。尤其是，大豆產品具有與脂氧合酶，皂角苷和異黃酮化合物相關的濃厚草，豆蔻和苦味，可通過發芽或加熱減少。1980年代開發的合成肉風味由糖，胺基酸，核苷酸，糖蛋白，穀氨酸鈉，鹽和脂肪組成，並由感官專家小組確定為等於或優於肉提取物。重組蛋白添加劑（如LegH）可以促進PBMs的風味和顏色。PBM的質地會受到高溼擠壓，剪切細胞技術，菌絲體培養和3D列印的影響。擠出，剪切池技術和3D列印依賴於對蛋白質混合物施加機械，熱和剪切應力以獲得半固態纖維結構。儘管有許多策略可用於工程化和調節植物蛋白的質地，但可能難以平衡加工方法以實現所需的機械性能，同時又保留營養價值。相反，菌絲體培養涉及生長絲狀真菌。特定菌株模擬了肉的微觀結構。Quorn是一種基於真菌的PBM，自1960年代開始為雞肉塊，丸子和肉末提供替代產品。新成立的初創企業（例如AtLast Food Co.，Emergy Foods）正在發展菌絲體，目標是生產出更高品質的肉塊，例如牛排。

為了增加被主流消費者接受的可能性，從感覺的角度來看，CBM必須等於或優於ABM。2013年培養的牛肉漢堡（其中包含培養的骨骼肌組織，但不含脂肪組織，並用甜菜汁，麵包屑，焦糖，蛋粉，鹽和藏紅花調味）被一位評審員描述為「像真正的漢堡」，「接近肉類，但沒有那麼多汁」。自從這一裡程碑以來，人們將更多的精力集中在生成基於細胞的脂肪（即脂肪）組織上。賦予其對味道和質地的顯著貢獻。用於食品的工程脂肪組織的進展已在其他地方進行了深入綜述。除了骨骼肌和脂肪組織，ABM還包含結締組織，脈管系統網絡和支持細胞類型（例如成纖維細胞）。複雜性差異可能導致ABM和CBM之間的細微差別。CBM專家指出，關鍵的風味特徵可以通過共培養，培養基補充和/或基因改造來實現。例如，研究人員探索了用細胞外血紅素蛋白（例如，肌紅蛋白）補充CBM的效果。肌紅蛋白與肉的「血腥」風味有關，並且觀察到補充可以改善CBM結構的顏色，而不會影響肌肉細胞的生長速度。早期基於細胞的原型模仿加工的肉類（例如漢堡，香腸，塊狀），因為要模仿整個肉塊（例如牛排）的外觀和質地更加困難。隨著該領域的研究人員開始關注紋理特性，將需要大量的努力來評估對組織結構的眾多因素（例如，細胞與支架的比例，烹飪，包裝，儲存和運輸的影響）。CBM質地可能受培養細胞和支持性支架材料的影響。通過採用分化和細胞排列策略，可以設計體外骨骼肌組織以模擬肉的結構。例如，可以採用機械張力，電刺激和/或微圖案化的底物在體外誘導細胞排列。最近的研究集中在由牛細胞和帶紋理的大豆蛋白支架組成的CBM。發現一些樣品表現出與天然牛肌肉相似的質地（即極限抗張強度）特性。此外，一個感官小組品嘗了CBM樣品並描述了「令人愉快的肉味」和「典型的肉咬和質地」 。

營養

PBM配方中使用的關鍵的植物基蛋白質（例如豌豆，大豆，小麥）提供的總蛋白質含量與ABM相當。但是，為了確保胺基酸平衡，通常需要多種植物蛋白的互補。例如，豆類（含硫胺基酸含量低，賴氨酸含量高）和穀物（含賴氨酸含量低，含硫胺基酸含量高）蛋白質是很好的補體。在植物蛋白中已經確定的可能會減少攝入後營養生物利用度的因素包括：對蛋白水解，蛋白構象和抗營養劑（例如單寧，植酸，凝集素）具有抗性的結構。某些加工技術（例如，浸泡，加熱，發芽）已顯示出增加了消化率。營養在傳統和新穎的PBM產品之間也是可變的。例如，豆腐（傳統PBM）和Impossible（新型PBM）與ABM相比具有某些優勢，例如含有膳食纖維和礦物質而缺乏膽固醇。但是，豆腐特有的好處包括更少的卡路裡，更少的脂肪和無鈉，Impossible特有的好處包括更高的蛋白質和維生素B12含量（圖4）。人們對將LegH包括在PBM中表示擔憂，理由是血紅素鐵攝入與糖尿病風險增加之間存在相關性。

尚無關於CBM的綜合，基線營養數據。使用小樣本量，可以通過實驗室測定法對細胞培養物中的營養成分進行定量。不同的細胞類型貢獻不同的營養素。分化的肌肉細胞很可能是蛋白質的主要來源，成熟的脂肪細胞可以促進脂肪酸的分布。ABM提供的某些化合物在培養的細胞中不存在。例如，維生素B12僅由細菌合成，需要補充。與風味一樣，CBM的擁護者通常聲稱其營養狀況與ABM相當或優於ABM，並且可以通過共培養，培養基補充和基因改造來調節營養素。培養基的配方將對培養細胞的活力和效率，營養狀況有很大影響，也許還會影響風味和口味。儘管遺傳方法可能會給監管戰略和消費者接受帶來問題，但從基因上改良營養以改善營養是另一種可能長期有效的方法。已經在牲畜中實施了基因工程，以改善肉類生產的各個方面。2004年，產生了轉基因豬以表達源自菠菜的基因，目的是改善豬肉的脂肪酸譜。可以在蜂窩級別上實施此修改和其他修改，以影響CBM的屬性。隨著初始產品的推出，規模擴大以及科學界的更多興趣，CBM的綜合營養數據應會可用。

消費者接受度

尋求增加市場份額的PBM利益相關者特別關注消費者的接受程度。與美國（74.7％）相比，中國（95.6％）和印度（94.5％）的消費者對PBM產品的接受度很高。在一項歐洲研究中，飲食中含有PBM的主要障礙是缺乏熟悉性和低的「感官吸引力」，而對類似產品不熟悉的消費者更可能希望這些產品緊密模仿ABM。在焦點小組研究中，不食用ABM的動機因素在德國（例如動物福利，健康，環境影響），荷蘭（例如動物福利，肉質差，健康）和法國（例如健康，動物福利，可持續性）。對於所有三個國家而言，味道是抑制植物蛋白消費的關鍵因素，其他因素包括習慣，便利性和價格。在一項感官小組研究中，比較了以動物，植物和昆蟲為基礎的漢堡，動物漢堡與「滿足，快樂和愉快」的情感術語相關，而植物漢堡與「失望，不信任和不滿意」相關。Beyond and Impossible產品引入了新的PBM產品類別，與先前建立的紋理化植物蛋白產品相比，它更接近於ABM。與傳統蔬菜漢堡相比，這些產品可能被視為「高度加工」，可能會疏遠「清潔標籤」消費者；誰擔心糧食生產的「非自然」方法。需要新的消費者接受度研究來確定這些產品如何衡量報告的更多成熟產品。

該領域的普遍共識是，CBM的目標客戶是目前吃肉的消費者。因為以植物為基礎的飲食被認為對素食者健康且可持續。有趣的是，在美國，素食者和純素食者都更認同CBM的潛在好處，但與雜食性食品相比，他們卻不願意嘗試這種做法。對養殖肉類消費者接受度研究的系統回顧發現，最常報告的擔憂與以下因素有關：不自然，安全，健康，味道，質地和價格。一項2017年歐洲消費者研究發現，缺乏天然性會降低對養殖肉的接受度;即使意識到潛在的環境和動物福利益處。伴隨著這一發現，研究網際網路對美國有關養殖肉類發展的新聞發表評論的研究發現，關鍵意見要比批准回應更為重要，而且經常有人批評說CBM將是「不自然的」和「不吸引人的」 。瑞士在2018年進行的一項研究得出的結論是，向消費者介紹生產過程並不會增加認可度，強調最終產品而不是技術過程的溝通將是更為成功的策略。同樣，荷蘭2020年的一項研究報告說，對消費者進行個人和社會福利教育對消費者的接受度有積極影響。從細胞培養物中生長出來的肉的命名也可能對消費者產生影響。在參加者小組中比較「無動物，乾淨，有文化」和「實驗室養成」的影響時，「無動物」和「乾淨」所產生的積極態度比「實驗室養成的」 更積極。其他常見的描述詞包括「人工」，「基於細胞」，「培養」，「體外」和「合成」。

公共健康

肉是重要的營養來源，尤其是在營養不足的發展中國家。但是，肉類的過度消費與許多健康問題有關。每年有超過180萬人死於缺血性心臟病，其中四分之一與某些肉類產品的過度消費有關。史丹福大學醫學院最近進行的一項臨床試驗的結果表明，在八周內用PBM代替ABM的受試者表現出較低的心血管疾病風險（例如，空腹血清三甲胺-N-氧化物水平降低）。PBM的食用遵循大多數營養飲食指南，該指南建議限制紅色和加工肉類的攝入量，並使希望降低血壓，體重指數和膽固醇的消費者受益。肉中發現的食源性病原體，例如大腸桿菌，沙門氏菌和彎曲桿菌，每年導致數百萬種疾病。儘管PBM通常與致病性疾病無關，但非動物產品能夠引起食源性疾病。1999年的一項研究對雜貨店出售的豆腐進行了篩選，確定16％的測試樣品被大腸菌汙染。植物食品與動物糞便，水或其他食物的汙染源接觸可能會被病原體汙染。抗生素也用於植物農業，但含量相對較低（在美國，植物使用僅佔動物農業抗生素使用的0.12％），因此，與ABM相比，PBM與抗生素相關的「藥物」相關性較低-電阻」問題。

CBM的商業化可能影響公共衛生的許多方面，包括食源性疾病，營養缺乏，飲食相關疾病（例如，結腸直腸癌，心血管疾病）和傳染病。從理論上講，不存在CBM引起的食源性疾病的風險，因為如果後處理和包裝程序同樣無菌，則細胞增殖所需的無菌條件將防止致病性病原體的汙染。儘管在藥物製造中實施了無菌細胞培養，但對於食品生產而言在經濟上可能並不可行。天然的食品級抗菌劑可能是降低汙染風險，同時又保持成本效益的一種有前途的策略。同樣，可以通過減少人與被感染動物的接觸來直接減少人畜共患疾病的傳播威脅，並通過減少棲息地的破壞來間接減少人畜共患疾病的傳播。營養缺乏和飲食相關疾病可以通過細胞選擇，基因改造和培養基配方策略來解決，以調節健康和不健康化合物的存在。相反，消費者對CBM的安全性和健康性表示擔憂，理由是擔心CBM不自然，癌症和監管不足。到目前為止，由於相關研究尚未發表，雙方的公共衛生主張都完全是推測性的。

環境可持續性

BeyondMeat和ImpossibleFoods均已發布了其基於植物的牛肉產品的生命周期評估（LCA）。這些產品的富營養化潛力和土地使用要求預計將大大低於工廠養殖的動物性牛肉，豬肉和雞肉的報告指標，而溫室氣體排放量介於豬肉和雞肉的指標之間，並且能源消耗超過豬肉和雞肉的指標（圖5）。與Beyond and Impossible的估算值相比，真菌蛋白（即Quorn）在能源和排放方面的影響更大，但生產所需的土地更少（圖5）。PBM的水足跡高度依賴於主要蛋白質的來源。一項對肉類替代品進行的LCA計算得出，與基於麩質（0.954 / kg / kg）和基於大豆蛋白（0.73 kg / kg）的產品相比，基於黴菌蛋白的產品（40 kg / kg）的需水量更高72。LCA的另一項研究估算了39種不同肉類類似物的用水量，並確定平均每噸PBM產品消耗3800立方米的水。大部分消耗是由於在收穫原始蛋白質來源之後加工了類似肉類（運輸和包裝是其他因素）。

與ABM相比，CBM的生產一旦優化，預計將需要更少的資源並減少浪費。預期的減少量基於以下假設：（1）有針對性的組織培養（即減少的副產品，非肉類組織）；（2）更高的生產率和（3）垂直生產系統。與ABM74相比，2011年發布的第一個相關的LCA估計CBM將降低能源消耗（7–45％），溫室氣體排放（78–96％），土地使用（99％）和水使用（82–96％） 。另一項2015年的CBM生命周期評價報告顯示，CBM的足跡減少不那麼顯著，並確定CBM的能耗，酸化潛力和臭氧消耗潛能的影響比ABM更有害，尤其是與家禽生產相比。估計CBM的能量飼料轉化效率為47％，蛋白質飼料轉化效率為72％，該值低於PBM和昆蟲基肉，但高於ABM。

動物福利

PBM產品通常不含動物副產品，因此不會對動物福利產生直接負面影響。但是，一部分產品包含基於乳製品或蛋的添加劑，因此是素食主義者，而不是素食主義者。與肉類行業類似，雞蛋和乳製品的生產方法也是關注動物福利的主要來源。在制蛋業中，每年有數百萬不適合產蛋或產肉的雄性小雞被殺死，雌性鳥的喙被修剪以防止啄食。在奶業中，要不斷地對奶牛進行浸漬以連續生產牛奶，並且通常將它們與犢牛分開，然後運到其他農場進行小牛生產。造成極度的情緒困擾。甚至純素食主義者PBM都可能以破壞棲息地的形式間接影響野生動物的福利。為了滿足糧食需求，單生作物清除了自然植被，影響了生物多樣性。1994年，發現馬來西亞的棕櫚油種植可將哺乳動物的棲息地從每公頃75種減少到10種。儘管所有農業綜合企業都會對動物福利產生影響，但值得關注的是，用PBM替代ABM仍是動物福利的重大改進，因為它避免了在飼養，運輸和屠宰過程中對動物的不道德對待。

提議的CBM的主要好處之一是通過取代集約化畜牧業來改善農場動物的福利。動物供體用於提供細胞的初始來源，隨後可在體外擴增細胞，而無需來自動物的其他資源。供體動物通常是較年輕的動物，它們具有更多的增殖細胞，將由獸醫麻醉，並去除小（<1μg）的組織活檢物。細胞可以被遺傳無限增殖以無限期增殖。消除了對動物捐贈者的需求。但是，在實踐中，很可能將依靠動物捐贈者來維持遺傳多樣性並為CBM提供非遺傳修飾的選擇。除細胞來源外，與動物有關的CBM生產的關鍵方面是血清補充。胎牛血清是細胞培養基的常見添加劑，它為哺乳動物細胞培養提供了重要的生長因子。據估計，2003年有100萬牛胎兒的血液被採收，年產50萬公升胎牛血清。無血清替代品包括共培養方法或補充重組生長因子。

未來

基於動物的肉類生產已經發展了數千年，滿足了人們對負擔得起的美味食品的需求。不幸的是，這一壯舉伴隨著對人類健康，自然資源和所涉及動物的意外後果。在全球肉類需求增加和對上述負面外部影響的日益關注的推動下，研究人員和企業家將他們的注意力轉向了無動物的肉類生產方法。肉類替代品的經濟機會很大，因此無需冠以單一的領先技術即可壟斷市場。相反，重要的是要同時尋求多種解決方案，以提供一系列產品來服務消費市場的不同細分市場。自從提出以來，基於植物和基於細胞的肉類技術就取得了重大進步。PBM已從一種平淡無奇的肉類替代品發展成為一種新穎的類似物，它幾乎可以與它試圖模仿的ABM區別開來，後者是肉類的營養替代品，但不能提供肉類的營養成分。同樣，CBM已經從科幻小說的迷思變成了有形的原型。

PBM產品的光譜範圍是一端含有更多的「天然」，加工較少的蛋白質，這些蛋白質與「純標籤」觀點相符，但不能很好地反映出吃肉的經歷，而另一端含有感官等同物，要求將源蛋白質完全轉化，因此被視為高度加工的蛋白質，可能以某些營養因素為代價。基於菌絲體的肉可能是個例外，在這種情況下，可以採用生物發酵來利用天然結構和絲狀真菌的生長模式來模仿肉的結構。沿著這些思路，篩選自然界中存在的可以模仿肉類而無需過多人為操縱的新蛋白質來源，可能會吸引更多的消費者。高昂的生產成本，擴大規模的障礙以及圍繞如何在食品應用中採用細胞培養的基礎知識方面的空白，阻礙了CBM的發展。特別是，沒有經過同行評審的全面數據集來詳細描述細胞培養組織的成本，感官特性或營養價值。儘管已經發布了對環境影響預測的評估，但它們基於理論上的大規模過程，尚未得到行業的驗證。為此，有必要在成本，影響之前確定細節，例如材料輸入的參數（例如，倍增時間，最大細胞密度，培養基組成）和工業規模的生產示意圖（例如，生物反應器設計，操作）。可以可靠地分析食品安全性。

基於植物和基於細胞的混合產品有很多機會。考慮到當前與CBM相關的高成本障礙，一種方法是集中於PBM未能達到ABM的方面，並確定CBM可以在最低包容率下增加最大價值的地方。例如，將PBM與細胞培養的脂肪結合可以改善類似物的感官特性，同時保持比純CBM產品更低的成本。為此，擴大研究目標以回答圍繞成本，感官和營養狀況的基本問題，對於進一步向利益相關者提供有關CBM最佳應用領域的信息非常重要。最後，PBM和CBM在市場上的最終成功可以改變而不是消除ABM的生產。如果可以用PBM和CBM來滿足對較低質量的需求（以前是工廠養殖的肉類），而對較高質量的需求則可以通過更小規模，更可持續和更人性化的動物飼養方法來滿足。

參考文獻

Rubio, N.R., Xiang, N. & Kaplan, D.L. Plant-based and cell-based approaches to meat production. Nat Commun 11, 6276 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-20061-y