更逼真的人造肉來了。來自哈佛大學的科學家在可食用的明膠支架上培養了兔和牛的肌肉細胞，這些細胞細長而粘連，接近真實肉的質地和堅實度。
此前，在人造肉資本市場上大紅大紫的不可能食品公司（ Impossible Foods）和超越肉食公司（Beyond Meat ），其主打的漢堡均源於植物蛋白，且為糊糊狀的肉餡餅，其外觀和質地不及天然的牛排。
10 月 21 日，這項源於動物細胞培養的人造肉研究發表在《npj-食品科學》（npj Science of Food）上，通訊作者是哈佛大學生物工程與應用物理學教授 Kit Parker。那麼，這些研究解決動物細胞培養肉的工業化問題了嗎？我們距離其上市還有多遠？
明膠腳手架
人造肉的挑戰之一就是讓肉長成纖維狀。動物肉主要由肌肉、脂肪和結締組織組成，如同我們肉眼所見，骨骼肌由細長纖維構成。肌肉細胞需要附著在培養基質上才能生長並嵌入到相應組織中，最終形成細胞組織紋理及微觀結構，而錨定對於密集堆積的肌肉纖維排列尤為重要。論文第一作者 Luke MacQueen 說，骨骼肌細胞是貼壁細胞，其生長需要腳手架，這樣細胞才能以三維的形式附著生長。
理想的支架系統應該具有相對較大的比表面積，可靈活地收縮擴張，且易於與培養組織分離。已有的支架系統存在回收困難、成本高、穩定性不足等問題，那麼可食用或可降解的支架，以及可重複利用的支架就成為科學家努力的方向。
哈佛大學的研究人員將目光投向了明膠。在天然肉中，細胞外基質（ECM）蛋白支架起到細胞錨定和支持組織生長的作用，其中膠原蛋白是骨骼肌中最豐富的 ECM 蛋白，約佔幹肌質量的 1%-10％ 。明膠是膠原蛋白的衍生物，廣泛用於食品行業，因此明膠超細纖維就代表了肌肉組織的結構和生化特徵，於是也就成了腳手架的優選對象。
研究人員採用了 Kit Parker 團隊開發的浸沒旋轉噴射紡絲技術（iRJS），這是一種利用離心力的納米纖維紡絲裝置，可以精確控制取向，模擬身體裡高度定向的組織。具體而言就是，拉伸紡絲，用浸在聚合物或蛋白質容器中的高速旋轉鬃，拉出一小滴溶液進入噴射器，纖維以螺旋軌道運動，並且在從鬃毛分離之前凝固，進入收集器。本質上，這是一臺改良版「棉花糖機器」。
圖 | 明膠纖維的尺寸。（來源：哈佛大學）
圖片描述(最多50字)圖 | 明膠纖維。（來源：哈佛大學）
這些明膠纖維直徑在 1.3 微米到 8.7 微米之間，這可媲美天然的膠原纖維。研究人員將食用明膠做成紡絲，隨後將牛主動脈平滑肌細胞和兔骨骼肌成肌細胞植入到明膠紡絲上之後，這些細胞即長成細長結構，接近了真實的肉質。
圖 | 比較明膠纖維（上圖）與兔子骨骼肌（下圖）的電子顯微鏡照片可發現，明膠支架與骨骼肌的形狀和質地相似。（來源：哈佛大學）
研究人員比較了人造肉與兔子肉、培根、牛裡脊燻火腿等肉類質地後發現，天然肉含有的肌纖維更多，也就是說，天然肉更成熟。
為了比較最終產品和真肉之間的質地，研究人員還進行了多項食品行業常用的分析：如在電熱板上加熱人造肉肉來模擬烹飪，測量切下每一塊肉所需的力度。最後，他們發現這種實驗室生長的肉介於漢堡和牛裡脊肉之間。
研究人員認為，用浸沒旋轉噴射紡絲技術來生產明膠纖維是可以滿足工業化量產需求的。並且，這個技術還可以添加更多的多糖等分子纖維成分，這就為肌肉細胞生長的腳手架拓展了更多可能性。
研究還發現，短於 20 微米的肌肉纖維會促進細胞聚集，而長於 1 釐米的肌肉纖維則更喜歡排列成細長狀。
量產還需等待
江南大學生物工程學院教授周景文評價說，以往大量的動物細胞培養的研究工作都是針對基礎研究和醫學研究，很少有人想到動物細胞培養的支架的可食用性。哈佛學者在可食用明膠支架上培育兔子和牛的肌肉細胞是一個非常好的嘗試，為後續細胞培養肉的研究提供了很好的研究思路。
圖 | Mark Post 手持第一款動物細胞人造肉。（來源：PA Wire）
動物細胞人造肉第一人、荷蘭馬斯垂克大學教授 Mark Post 在接受 DeepTech 採訪時則表示，哈佛的研究是一個開始但並非很新穎。腳手架對於厚牛排很重要，明膠的優點是可食用，但缺點是仍然要來自牛。另外，有其他凝膠和支架選項來實現紋理化，比如列印或注塑。
2013 年，Mark Post 用動物細胞組織培養方法生產出了第一塊人造肉，這塊肉是通過胚胎幹細胞在富含胺基酸、脂質、維生素的培養液中增殖、分化、融合形成的。細胞培育是在類似發酵裝置的生物反應器中進行的，幾周之後，這種肌肉組織即可食用。這個研究得到了 Google 聯合創始人 Sergey Brin 的資助。
Mark Post 也是荷蘭公司 Mosa Meat 的聯合創始人兼首席問題官（CSO）。2013 年荷蘭團隊推出的這個人造漢堡成本高達 25 萬歐元，到了2017 年這個成本已經降到了 10 歐元。
Mark Post 介紹說，動物人造肉目前還需要解決動物細胞的產量問題，雖然已經有了技術，但優化過程需要時間。另一個挑戰則是，需要通過增加配料供給來降低成本，目前的高純的配料主要供給了醫療領域。
周景文對此作了更詳盡的分析。大部分動物幹細胞只能進行有限次數的傳代，那麼細胞培養人造肉麵臨著幹細胞獲取來源、誘導分化的控制、低成本的大規模培養等一系列問題，很多是以往從未有人涉足的，可能需要更長的時間，特別是在幹細胞獲取和動物細胞培養方面的顛覆性的創新，才有可能實現商業化。
動物肉PK植物肉
（數據來源：張國強等 2019 年發表在生物工程學報上的論文《動物細胞培養技術在人造肉研究中的應用》 ，由 DeepTech 譯製 ）
依據蛋白來源，人造肉分為植物蛋白肉和動物細胞培養肉。目前的植物蛋白肉主要是基於組織蛋白的進一步加工。植物組織蛋白的出現已經有很長的歷史，在國內國外都有很好的研究和產業化基礎。植物蛋白肉主要是採用植物來源的原料，通過物理和生物的方法，輔以一些助劑，使植物蛋白在風味、口感、質地、營養等方面更接近動物肉，並不是從植物細胞開始培養。
目前備受資本市場熱捧的兩種人造肉產品均為植物細胞來源。Beyond Meat 公司產品包括植物成分製造的漢堡、香腸和碎肉，其植物成分主要來自豌豆和蠶豆。另一家明星公司 Impossible Foods 公司的漢堡則用大豆蛋白替換了原來版本的小麥蛋白，以避免麩質。
與植物細胞來源的人造肉相比，動物細胞來源的人造肉的蛋白品質更好，要知道，植物蛋白缺少賴氨酸和蛋氨酸，是不完全蛋白。周景文對 DeepTech 介紹說，細胞培養肉是利用動物細胞培養代替傳統的養殖業，在成分上與真實肉製品具有天然的高度相似性。這與植物蛋白肉相比，在品質上具有先天性的優勢。
Mark Post 認為，基於植物的人造肉已經有 35 年歷史，顯然走得更遠了，但是植物人造肉不能完美模仿整塊牛排的組織，其組織紋理化也很困難，而這方面已經在某些動物人造肉上實現了。所以只有等動物人造肉進入市場，才能知道消費者的反應，才能知道植物人造肉和動物人造肉哪個走得更快。
Mark Post 並不擔心社會對其產品的接受度問題。他說，人們的接受度正在提高，尤其是現在人們越來越意識到了畜牧業的環保問題和安全問題。
不過周景文認為，植物蛋白肉可以被迅速接受，其中有一部分因素是很多素食主義者，或者對於健康比較在意的人群，而這些人群可能會在意動物細胞培養的人造肉。
周景文介紹說，江南大學正在進行人造肉的研發工作，其主要的研究工作包括植物組織蛋白的製備、植物蛋白加工關鍵酶和血紅蛋白的發酵生產、脂肪和關鍵風味物質的發酵生產、動物細胞大規模低成本培養的反應器設計和過程優化等，並與相關團隊合作開展幹細胞低成本獲取和培養方面的工作。此外，針對當前人造肉發展過程中可能存在的問題，進行了一些食品安全評估等方面的工作，為後續制訂相關的標準、政策、法規，提供依據。