細胞培養肉：前路仍漫長

肉類作為優質蛋白質主要來源之一，是現代人餐桌上必不可少的食物。隨著世界總人口的持續上漲和發展中國家肉類需求上升，全球肉類總需求持續上升，預計到 2050 年將增長50%以上。然而，依賴畜禽養殖的肉類生產方式與資源環境稟賦不足之間的矛盾日益突出。

現有的技術條件，不僅可以通過植物蛋白等綠色食物打造肉類質感，形成有質感的植物肉；還可以通過細胞培養，提取動物干細胞，與不同的營養液組合，實現細胞增殖形成細胞培養肉。細胞培養肉口感、營養和風味等更接近傳統肉類，因此廣泛受到關注。

培養肉（Cultured Meat，亦稱為細胞培養肉或培育肉）是依據動物肌肉生長修復機理，利用其干細胞進行體外培養而獲得的肉類。它不需要經過動物養殖，直接用細胞工廠化生產肉類。 培養肉技術是近年來興起的一項具有顛覆性的未來食品生產技術，與傳統肉類生產方式相比，培養肉可以減少7%～45%的能源消耗，降低78%～96%的溫室氣體排放量，降低 99%的土地使用量，減少82%～96%的用水量等。

周光宏教授團隊研發出的細胞培養肉

2013年8月，荷蘭Mark Post教授在英國倫敦舉辦了全球首次培養牛肉漢堡試吃大會，第一次證明了培養肉的概念的可行性。而種子細胞擴大培養，則是培養肉產業開發的一個重要部分。

2019 年11月18日， 南京農業大學使用豬肌肉干細胞培養獲得中國第一塊細胞培養肉。該成果使我國進入國際同類研究的前沿，整體技術處于國際先進水平，其中豬和牛肌肉干細胞的分離純化和干性維持技術處于國際領先。該團隊首次克隆了豬的肌肉干細胞最重要的核轉錄因子PAX7蛋白，統計了豬不同年齡、不同肌肉組織中肌肉干細胞數量。明確了豬、牛肌肉干細胞的表面標志蛋白，發明了基于豬、牛表面標志蛋白的肌肉干細胞分選策略，將干細胞純度由60%左右提高到92%以上，突破了培養肉研究難以獲得高純度單一細胞群的瓶頸。

據悉，周光宏團隊早在2009年通過自有資金開展培養肉研究，在培養肉種子細胞來源、無血清培養基研制等方面積累了大量的經驗。 研究成果申請發明專利兩項，申請實用新型專利一項，發表SCI論文兩篇，發表著作兩篇。項目建立了一套培養肉的體外生產方法，為我國培養肉研究和發展提供了重要技術支撐。

肌肉干細胞的體外擴大培養是培養肉生產的重要步驟，目前成肌細胞的微載體擴大培養已有一些研究。然而，仍然有許多問題尚未解決。首先，高密度的肌肉干細胞培養會自發誘導分化，其發生的機理和抑制分化的方法尚不明確；其次，依托微載體的轉瓶或生物反應器的培養體系中，尚無針對豬肌肉干細胞的研究，選取的微載體種類、微載體含量、細胞接種數目、攪拌頻率，以及過程中補充微載體的方法還需要研究和優化，從微載體上消化和收集細胞的方法也需要進一步探索；再次，擴大培養的肌肉干細胞的培養基利用效率，肌管分化潛能也需要進一步驗證；最后，如何實現較大量的細胞同時分化成肌肉組織，用于培養肉生產也是一大難點。

針對以上問題，有必要深入研究豬肌肉干細胞高密度和微載體擴大培養過程，尋找和優化適用于豬肌肉干細胞擴大培養的條件，保證擴大培養后的細胞數量和質量，最終實現 20L的小規模種子細胞擴大培養方案。另外，需要設計新的培養肉生產模具，生產出較大的可食用豬培養肉肌肉組織，建立每月生產100-500g培養肉的生產體系。該項目研究成果可以完善培養肉種子細胞擴大培養的理論體系，初步實現培養肉的小試生產，為培養肉的大規模生產奠定技術。

細胞培養肉的產業化前景

自2013年第一塊培養肉誕生之后，培養肉研究發展如火如荼。涌現了許多培養肉研究公司和團隊。目前各公司在培養肉種子細胞種類、培養基研制、擴大培養、生物反應器設計制造等方面正在進行一系列開發。而種子細胞擴大培養，則是培養肉產業開發的一個重要部分。培養肉作為新的肉類顛覆性生產技術，在解決持續增加的畜牧生產與資源稟賦不足之間的矛盾、減少污染和疫病發生、實現肉類高效率綠色生產方面具有重大潛力。

周子未來與經緯中國簽約儀式

其中，肌肉干細胞（成肌細胞）的體外擴大培養是培養肉發展的重要技術瓶頸。本項目主要針對體外擴大培養的技術難題，從細胞干性維持、微載體反應、三維培養系統等方面開展技術研究，形成豬肌肉干細胞高密度三維擴大培養的生產方案，為實現細胞培養肉的產業化開發奠定基礎。

首先，應用蛋白組學、免疫熒光染色等方法，探究豬肌肉干細胞在二維高密度培養過程中的干細胞干性變化，尋求高密度培養時維持干細胞干性的方法；其次，利用微載體，建立10-20L的豬肌肉干細胞生物反應器系統；然后，通過監測生物反應器中的重要營養成分消耗和廢物產生情況，優化三維培養系統；最終，結合二維高密度干性維持方法，建立10-20L高密度豬肌肉干細胞生物反應器培養系統，實現1×106個/ml的三維高密度培養。

2019年12月20日，周子未來食品科技有限公司在白馬園區成功注冊，主要經營范圍涉及食品及生物制品原輔材料的開發、研制、 生產、檢測、銷售等方面。該公司由周光宏教授擔任首席科學家，圍繞未來食品的創新研發，主要開展細胞培養肉的開發及規模化生產工作。公司將成為國內第一家細胞培養肉的生產研發平臺，推動我國培養肉科學技術的發展，使我國在國際上實現該領域的并跑甚至領跑。

周子未來公司組建了國內第一家細胞培養肉的生產研發平臺，研發細胞培養肉規模化生產線，推動我國培養肉科學技術的發展，促進細胞培養肉的市場化應用，使我國在國際上實現該領域的并跑甚至領跑，并產生巨大的經濟與社會效益。

2020年12月20日上午，位于南京國家農高區的南京周子未來食品科技有限公司獲得2000萬元融資，融資投資方為北京經緯創榮投資中心，本輪資金將用于開展細胞培養肉的開發及規模化生產，加速產品應用。

細胞培養肉面臨的挑戰

細胞培養肉是一個對環境更友好、對消費者更安全、生產也更加高效的選擇。有專家預測，到2050年，肉制品市場需求缺口將達到3800萬噸。傳統的畜牧生產方式亟待改變，畜牧業消耗水資源、土地資源，同時還貢獻了全球13.5%的溫室氣體來源—比所有汽車加起來的排放總量還要多。這也意味著，細胞培養肉有著巨大的前景。然而，細胞培養肉也面臨諸多挑戰。

2020年11月18日，在首屆中國細胞培養肉高峰論壇中，南京農業大學教授周光宏與參會學者分享細胞培養肉的研究進展。他說，“目前，我國細胞培養肉的研究，還面臨三大挑戰，包括高純度干細胞的提取及干性維持、無血清培養基研發和干細胞的大規模高密度培養。”

一方面，目前大規模細胞培養肉商業化障礙不僅僅局限于技術方面，消費者接受程度在一定范圍上決定其商業化進程。現階段人們對培養肉接受程度偏低，主要原因是當前的細胞培養肉產品無法以安全經濟高效的方式模擬真實肉的品質。細胞培養肉不僅在營養上應不低于畜牧肉的營養成分，在香、味及結構上同畜牧肉相似，符合大眾口味習慣，確保產品符合食品安全。

此外，細胞培養肉的結構形狀是影響消費者接受程度的重要因素之一。目前，實驗室產生的細胞培養肉主要特點之一是比較松散，無組織結構，無法產生肉的咀嚼感，消費者認為細胞培養肉更適合用于肉泥類產品加工，如香腸、丸類的加工。近年來，食品3D打印技術的發展為培養肉建立合理的立體結構提供了新的解決方案。目前，最新的3D打印技術已經可以制造人造血管、局部控制打印材料的顆粒性和韌性，可以更好地模擬真肉的三維結構。此外，還可以采用3D打印技術將培養肉進行重構，打印出在結構上更接近畜牧肉的細微結構及形態的產品，將增加培養肉的可接受程度。然而，這項技術仍需科研者進行進一步的開發研究。

令人可喜的是，細胞培養肉作為一種未來食品生產技術，可以實現肉類蛋白的高效綠色生產，目前歐美等國正處在技術攻堅和商業化應用開拓的關鍵時期， 我國也應該加大培養肉投入，力爭在未來的培養肉技術競爭中實現并跑甚至領跑， 最終讓培養肉能早日走上百姓餐桌，保障我國未來動物蛋白供應。

當前的地球資源及人口狀況來評估，預計到2050年全球人口會達到97億；如果食品生產力和飲食偏好不發生任何改變，那么到2050年前人類將遭遇嚴重的食品短缺；亦有專家預測，到2050年，肉制品市場需求缺口將達到3800萬噸。傳統的畜牧生產方式亟待改變，畜牧業消耗水資源、土地資源，同時還貢獻了全球13.5%的溫室氣體來源—比所有汽車加起來的排放總量還要多。與此同時，其食品安全的風險隱患也始終存在，各類因素可能影響到行業產能、抬升了生豬價格，也讓消費者產生了重重顧慮。細胞培育肉則真實還原肉制品的風味及形態，細胞培養肉是未來發展的必然選擇。

在2020年的“兩會”上，全國政協委員、北京工商大學校長孫寶國提交了“關于加快細胞培養肉發展戰略部署”的提案。他建議，進行細胞培養肉的相關研究，這對于打破發達國家在該領域的技術壟斷、保障我國未來肉品供應具有重要意義。