细胞培养肉：前路仍漫长

肉类作为优质蛋白质主要来源之一，是现代人餐桌上必不可少的食物。随着世界总人口的持续上涨和发展中国家肉类需求上升，全球肉类总需求持续上升，预计到 2050 年将增长50%以上。然而，依赖畜禽养殖的肉类生产方式与资源环境禀赋不足之间的矛盾日益突出。

现有的技术条件，不仅可以通过植物蛋白等绿色食物打造肉类质感，形成有质感的植物肉；还可以通过细胞培养，提取动物干细胞，与不同的营养液组合，实现细胞增殖形成细胞培养肉。细胞培养肉口感、营养和风味等更接近传统肉类，因此广泛受到关注。

培养肉（Cultured Meat，亦称为细胞培养肉或培育肉）是依据动物肌肉生长修复机理，利用其干细胞进行体外培养而获得的肉类。它不需要经过动物养殖，直接用细胞工厂化生产肉类。 培养肉技术是近年来兴起的一项具有颠覆性的未来食品生产技术，与传统肉类生产方式相比，培养肉可以减少7%～45%的能源消耗，降低78%～96%的温室气体排放量，降低 99%的土地使用量，减少82%～96%的用水量等。

周光宏教授团队研发出的细胞培养肉

2013年8月，荷兰Mark Post教授在英国伦敦举办了全球首次培养牛肉汉堡试吃大会，第一次证明了培养肉的概念的可行性。而种子细胞扩大培养，则是培养肉产业开发的一个重要部分。

2019 年11月18日， 南京农业大学使用猪肌肉干细胞培养获得中国第一块细胞培养肉。该成果使我国进入国际同类研究的前沿，整体技术处于国际先进水平，其中猪和牛肌肉干细胞的分离纯化和干性维持技术处于国际领先。该团队首次克隆了猪的肌肉干细胞最重要的核转录因子PAX7蛋白，统计了猪不同年龄、不同肌肉组织中肌肉干细胞数量。明确了猪、牛肌肉干细胞的表面标志蛋白，发明了基于猪、牛表面标志蛋白的肌肉干细胞分选策略，将干细胞纯度由60%左右提高到92%以上，突破了培养肉研究难以获得高纯度单一细胞群的瓶颈。

据悉，周光宏团队早在2009年通过自有资金开展培养肉研究，在培养肉种子细胞来源、无血清培养基研制等方面积累了大量的经验。 研究成果申请发明专利两项，申请实用新型专利一项，发表SCI论文两篇，发表著作两篇。项目建立了一套培养肉的体外生产方法，为我国培养肉研究和发展提供了重要技术支撑。

肌肉干细胞的体外扩大培养是培养肉生产的重要步骤，目前成肌细胞的微载体扩大培养已有一些研究。然而，仍然有许多问题尚未解决。首先，高密度的肌肉干细胞培养会自发诱导分化，其发生的机理和抑制分化的方法尚不明确；其次，依托微载体的转瓶或生物反应器的培养体系中，尚无针对猪肌肉干细胞的研究，选取的微载体种类、微载体含量、细胞接种数目、搅拌频率，以及过程中补充微载体的方法还需要研究和优化，从微载体上消化和收集细胞的方法也需要进一步探索；再次，扩大培养的肌肉干细胞的培养基利用效率，肌管分化潜能也需要进一步验证；最后，如何实现较大量的细胞同时分化成肌肉组织，用于培养肉生产也是一大难点。

针对以上问题，有必要深入研究猪肌肉干细胞高密度和微载体扩大培养过程，寻找和优化适用于猪肌肉干细胞扩大培养的条件，保证扩大培养后的细胞数量和质量，最终实现 20L的小规模种子细胞扩大培养方案。另外，需要设计新的培养肉生产模具，生产出较大的可食用猪培养肉肌肉组织，建立每月生产100-500g培养肉的生产体系。该项目研究成果可以完善培养肉种子细胞扩大培养的理论体系，初步实现培养肉的小试生产，为培养肉的大规模生产奠定技术。

细胞培养肉的产业化前景

自2013年第一块培养肉诞生之后，培养肉研究发展如火如荼。涌现了许多培养肉研究公司和团队。目前各公司在培养肉种子细胞种类、培养基研制、扩大培养、生物反应器设计制造等方面正在进行一系列开发。而种子细胞扩大培养，则是培养肉产业开发的一个重要部分。培养肉作为新的肉类颠覆性生产技术，在解决持续增加的畜牧生产与资源禀赋不足之间的矛盾、减少污染和疫病发生、实现肉类高效率绿色生产方面具有重大潜力。

周子未来与经纬中国签约仪式

其中，肌肉干细胞（成肌细胞）的体外扩大培养是培养肉发展的重要技术瓶颈。本项目主要针对体外扩大培养的技术难题，从细胞干性维持、微载体反应、三维培养系统等方面开展技术研究，形成猪肌肉干细胞高密度三维扩大培养的生产方案，为实现细胞培养肉的产业化开发奠定基础。

首先，应用蛋白组学、免疫荧光染色等方法，探究猪肌肉干细胞在二维高密度培养过程中的干细胞干性变化，寻求高密度培养时维持干细胞干性的方法；其次，利用微载体，建立10-20L的猪肌肉干细胞生物反应器系统；然后，通过监测生物反应器中的重要营养成分消耗和废物产生情况，优化三维培养系统；最终，结合二维高密度干性维持方法，建立10-20L高密度猪肌肉干细胞生物反应器培养系统，实现1×106个/ml的三维高密度培养。

2019年12月20日，周子未来食品科技有限公司在白马园区成功注册，主要经营范围涉及食品及生物制品原辅材料的开发、研制、 生产、检测、销售等方面。该公司由周光宏教授担任首席科学家，围绕未来食品的创新研发，主要开展细胞培养肉的开发及规模化生产工作。公司将成为国内第一家细胞培养肉的生产研发平台，推动我国培养肉科学技术的发展，使我国在国际上实现该领域的并跑甚至领跑。

周子未来公司组建了国内第一家细胞培养肉的生产研发平台，研发细胞培养肉规模化生产线，推动我国培养肉科学技术的发展，促进细胞培养肉的市场化应用，使我国在国际上实现该领域的并跑甚至领跑，并产生巨大的经济与社会效益。

2020年12月20日上午，位于南京国家农高区的南京周子未来食品科技有限公司获得2000万元融资，融资投资方为北京经纬创荣投资中心，本轮资金将用于开展细胞培养肉的开发及规模化生产，加速产品应用。

细胞培养肉面临的挑战

细胞培养肉是一个对环境更友好、对消费者更安全、生产也更加高效的选择。有专家预测，到2050年，肉制品市场需求缺口将达到3800万吨。传统的畜牧生产方式亟待改变，畜牧业消耗水资源、土地资源，同时还贡献了全球13.5%的温室气体来源—比所有汽车加起来的排放总量还要多。这也意味着，细胞培养肉有着巨大的前景。然而，细胞培养肉也面临诸多挑战。

2020年11月18日，在首届中国细胞培养肉高峰论坛中，南京农业大学教授周光宏与参会学者分享细胞培养肉的研究进展。他说，“目前，我国细胞培养肉的研究，还面临三大挑战，包括高纯度干细胞的提取及干性维持、无血清培养基研发和干细胞的大规模高密度培养。”

一方面，目前大规模细胞培养肉商业化障碍不仅仅局限于技术方面，消费者接受程度在一定范围上决定其商业化进程。现阶段人们对培养肉接受程度偏低，主要原因是当前的细胞培养肉产品无法以安全经济高效的方式模拟真实肉的品质。细胞培养肉不仅在营养上应不低于畜牧肉的营养成分，在香、味及结构上同畜牧肉相似，符合大众口味习惯，确保产品符合食品安全。

此外，细胞培养肉的结构形状是影响消费者接受程度的重要因素之一。目前，实验室产生的细胞培养肉主要特点之一是比较松散，无组织结构，无法产生肉的咀嚼感，消费者认为细胞培养肉更适合用于肉泥类产品加工，如香肠、丸类的加工。近年来，食品3D打印技术的发展为培养肉建立合理的立体结构提供了新的解决方案。目前，最新的3D打印技术已经可以制造人造血管、局部控制打印材料的颗粒性和韧性，可以更好地模拟真肉的三维结构。此外，还可以采用3D打印技术将培养肉进行重构，打印出在结构上更接近畜牧肉的细微结构及形态的产品，将增加培养肉的可接受程度。然而，这项技术仍需科研者进行进一步的开发研究。

令人可喜的是，细胞培养肉作为一种未来食品生产技术，可以实现肉类蛋白的高效绿色生产，目前欧美等国正处在技术攻坚和商业化应用开拓的关键时期， 我国也应该加大培养肉投入，力争在未来的培养肉技术竞争中实现并跑甚至领跑， 最终让培养肉能早日走上百姓餐桌，保障我国未来动物蛋白供应。

当前的地球资源及人口状况来评估，预计到2050年全球人口会达到97亿；如果食品生产力和饮食偏好不发生任何改变，那么到2050年前人类将遭遇严重的食品短缺；亦有专家预测，到2050年，肉制品市场需求缺口将达到3800万吨。传统的畜牧生产方式亟待改变，畜牧业消耗水资源、土地资源，同时还贡献了全球13.5%的温室气体来源—比所有汽车加起来的排放总量还要多。与此同时，其食品安全的风险隐患也始终存在，各类因素可能影响到行业产能、抬升了生猪价格，也让消费者产生了重重顾虑。细胞培育肉则真实还原肉制品的风味及形态，细胞培养肉是未来发展的必然选择。

在2020年的“两会”上，全国政协委员、北京工商大学校长孙宝国提交了“关于加快细胞培养肉发展战略部署”的提案。他建议，进行细胞培养肉的相关研究，这对于打破发达国家在该领域的技术垄断、保障我国未来肉品供应具有重要意义。