本報記者 王 薇
色澤乳白、質地彈軟、味道微腥……在浙江大學森林紫金科創小鎮的未來食品實驗室里，經過10多天“長”成的細胞培養魚肉與同類自然魚肉十分相似。而正是在“生物合成細胞培養魚肉的關鍵技術”的應用下，這一新型動物蛋白產品才得以問世。5月12日，在位于浙江杭州的浙江大學森林紫金科創小鎮，中國輕工業聯合會組織并主持召開“生物合成細胞培養魚肉的關鍵技術”成果鑒定會。在聽取了項目技術報告，審閱了相關資料，考察了實驗基地，經質詢和討論，由陳堅、吳清平兩位中國工程院院士及多位國內食品領域專家組成的鑒定委員會充分肯定了項目對細胞培養大黃魚肉制造技術展開的體系化研發，并一致認為，“生物合成細胞培養魚肉的關鍵技術”成果總體技術達到國際先進水平，核心技術達到國際領先水平。該項目成果由浙江大學生物系統工程與食品科學學院副院長、浙江大學長三角智慧綠洲創新中心未來食品實驗室主任劉東紅教授、生命科學學院陳軍教授牽頭的細胞培養魚肉團隊聯合大連工業大學朱蓓薇院士團隊共同完成。
“生物合成細胞培養魚肉的關鍵技術”成果鑒定會現場
(相關資料圖)
近年來，隨著經濟的不斷發展和人口的快速增長以及中等收入人群數量的大幅增加，全球的肉品需求持續增長，而傳統肉類生產方式越來越難以滿足消費者的需要。同時，消費者對肉品安全、動物福利和環境保護等方面的要求不斷提高。在此背景下，一場肉類生產革命正在興起，高效、環保、安全、可持續的新型肉類生產方式成為國內外科研領域關注的重點。而隨著全球科技的不斷進步，學科的深度融合，新型肉類食品細胞培育肉（又被稱作“細胞培養肉”）的研究不斷深入。此前，國內科學家研發有豬源培養肉，而鮮見魚源培養肉。此次通過技術成果鑒定的“生物合成細胞培養魚肉的關鍵技術”成果， 就是仿真大黃魚而培育的魚源培養肉，是我國細胞培養肉研究領域中結出的一顆“碩果”。
為什么要開發細胞培養魚肉？
為何選擇開發細胞培養魚肉？浙江大學生物系統工程與食品科學學院副院長、浙江大學長三角智慧綠洲創新中心未來食品實驗室主任劉東紅道出了其中的原因。她介紹說，隨著傳統畜牧業導致資源、氣候、污染等問題日益凸顯，優質的替代蛋白正逐漸成為未來研究熱點。其中，由動物干細胞體外培養而成的組織培養肉被認為是最具潛力的解決未來人類餐桌肉品和動物蛋白供應的一條途徑。海洋魚類食品富含優質蛋白質、多不飽和脂肪酸及多種微量營養素和功能因子，約占全球人口所需動物蛋白的20%左右，預計2050年需求增量將達到億噸級。然而，海水污染加劇、海洋資源掠奪性開發等多重因素，導致優質魚類供應面臨枯竭，且我國在深海魚資源的獲取難度和成本都較高，內陸地區所需優質海洋魚類蛋白資源供給明顯不足。
研發細胞培養魚肉
“建立高通量、低成本、可再生魚肉細胞工廠及規模化生產模式至關重要，是緩解我國優質海洋魚類蛋白資源短缺及營養保障的重要途徑與策略之一。” 劉東紅說，正是在這一背景下，項目研究團隊另辟蹊徑，針對海洋魚肉供應不足的問題，在大食物觀的指導下，面向產業需求，著手細胞培養魚肉研究，破解了基于魚強干性細胞系構建，突破魚肌細胞分離、增殖與定向分化、組織化成型等難題。
鑒定會上，浙江大學生物系統工程與食品科學學院陳啟和教授代表項目研發團隊就項目整體研究情況向專家組進行了匯報。據介紹，該項目在繁星科學基金項目資助下開展細胞培養魚肉生產技術研發，篩選高傳代肌肉、脂肪干細胞并通過兩種信號通路誘導分化，建立具有高傳代能力的魚組織干細胞的分離純化及高效增殖分化方法；研制開發促進細胞增殖和分化的低血清培養基，構建滾瓶與工廠化細胞擴增相結合模式高效誘導細胞倍增，可顯著提升培養肉的生產效率，降低成本；開發可食用、可安全降解的高細胞相容性魚肌支架三維培養材料，可以促進細胞有效貼壁黏附、轉移、增殖、分化和融合；通過數字化仿真構建培養魚肉組織的結構，在三維培養的向列肌纖維束中融合細胞分化脂滴，成功合成國內首例厘米級細胞培養魚肉產品，生產的培養肉組織具有與真實魚片、魚塊類似的質構與口感。
細胞培養魚肉和真實魚肉有多像？
用細胞培養魚肉，本質上是動物干細胞在體外進行細胞增殖和分化的過程。記者了解到，在該項目中，科研人員以大黃魚為研究對象，從大黃魚上分離出肌肉干細胞和脂肪干細胞，作為細胞培養魚肉的“種子”，而培養基則是“土壤”，為細胞的增殖和分化提供養分。研究發現，脂肪干細胞雖然能在培養基中較好增殖分化，但作為肉質的主要成分，肌肉細胞到體外培養卻困難重重。浙大生命科學學院教授陳軍和生命科學學院副教授黃曉通過研究，找到兩條影響肌肉生成的信號通路，研究團隊則通過對培養基的成分調整，提高了成肌細胞的分化效率。
細胞培養魚肉樣品
隨著肌肉細胞的生長、分化，越來越多的“魚肉”產生，但此時的“魚肉”還只是無固定外形的松散細胞團，呈“肉泥”形態，還不能稱為魚肉，魚肉中不僅有肌肉細胞，還有脂肪、結締組織等，如何把魚肉結構“構建”起來？浙大生物系統工程與食品科學學院副研究員徐恩波通過構建生魚塊數字化結構模型，打印支架，模擬天然魚肌肉組織。肌肉細胞會沿著3D打印的仿生結構有規則地生長，形成三維培養肌纖維束，產生類似自然魚肉的結構和紋路。據項目研究團隊介紹，3D打印材料的制作也非易事，研究團隊通過調整配方，降低打印溫度，并找到能將成肌細胞牢牢“抓住”的可食用膠體材料，才實現了仿生生長。浙大團隊再通過“注入”脂肪細胞，便構建出一塊組織狀的細胞培養魚肉。
養殖魚池、細胞培養室、實驗冷庫……鑒評會專家委員會專家考察了位于浙江大學森林紫金科創小鎮的未來食品實驗室。在實驗操作臺上，兩塊置于培養皿中的細胞培養魚肉乳白細膩，外形酷似大黃魚的魚肉，肌肉紋理清晰可見，聞起來有魚腥味。“項目團隊進一步分析了培養魚排的外形，并對其中細胞數、肌肉細胞和脂肪細胞的比例、硬度、黏性、彈性等特征與真實大黃魚的肌肉組織進行對比研究，從相關指標來看，細胞培養魚肉的仿真性強。”劉東紅說，這也將為未來開展不同魚類乃至其他經濟動物的細胞培養，獲取優質蛋白提供新的思路，在解決可持續肉類供應方面發揮更大潛力。
細胞培養魚肉研究有多重要？
對于該項目，鑒定委員會專家予以了高度評價。專家表示，在我國優質海洋魚類蛋白資源獲取難、成本高的背景下，建立高通量、低成本、可再生魚肉細胞規模化生產模式至關重要。該成果對我國搶占優質動物蛋白肉的細胞培養技術“高地”至關重要，建議進一步加快細胞培養魚肉工程化技術研究。
陳堅、吳清平兩位院士對項目成果表示了肯定，認為課題方向定位準、研究深入。陳堅院士表示，當前，食品工業面臨的核心挑戰之一是食品資源的挖掘與創制。其中，最具挑戰的是蛋白資源的挖掘與創制。細胞培養肉是獲得蛋白資源的主要途徑之一。他提醒，當前細胞培養肉研究正熱，但其產業鏈的形成，不是靠一個技術就可以解決的，還要系統發展。
中國食品科學技術學會名譽理事長孟素荷表示，在細胞培養肉的研究方面，我國在豬源培養肉領域的研究已形成突破，技術水平在國際上處于“并跑”。而此次由浙江大學與大連工業大學研發團隊聯手完成的“生物合成細胞培養魚肉的關鍵技術”成果，可謂另辟蹊徑，在細胞培養魚肉研究方面實現了0到1的突破，為優質動物蛋白的獲取又開辟了一條新途徑。
中國肉類食品綜合研究中心首席科學家王守偉指出，“大食物觀”科學拓寬了食物定義的邊界、深化了人類對食物生產系統的理解。經過多年的發展，我國在細胞培育肉領域已經積累了一些科研成果。值得注意的是，種類豐富、高活力的種子細胞是生產細胞培育肉的源頭，然而這些細胞無法永久性分裂增殖，細胞傳代能力仍然面臨著諸多挑戰，今后還要加強細胞培育肉種子細胞永生化誘導研究，為細胞培育肉工業化生產用種子細胞打下基礎。此外，我們尚未實現細胞培育肉的工業化，因此在專注技術研發的同時，還要推進法律法規、監管政策和標準等方面的研究，為細胞培育肉最終實現工業化生產打下堅實的基礎。
浙江工業大學食品科學與工程學院黨委書記孫培龍教授表示，項目成果最終要落地，就要考慮食品安不安全、好不好吃及營養好不好等問題，因為食品最終是要靠“舌尖”來投票的。此外，產品在保證安全、營養、好吃的前提下，還要考慮一些潛在物質的影響，如致敏物等。
劉東紅教授（右一）向專家們介紹細胞培養魚肉
對于該項目成果，陳軍認為學科的交叉融合是重要基礎。“我們的研究中除了有生物系統工程與食品科學學院、生命科學學院的參與，還吸引了來自機械工程學院尹俊研究員和高分子科學與工程學系朱旸研究員團隊的科研人員參與前沿探索和交叉研究。”
“細胞培養魚肉走向餐桌還要進行大量的安全性評估，相信隨著技術的不斷成熟，一定能在可見的未來批量化大生產。”對于未來，劉東紅充滿信心，“我們還要從這塊‘魚肉’中找尋隱藏在其背后的技術突破與創新，這些探索也將為未來食品行業發展開辟新的道路。”
初審：李松 責任編輯：趙鈺 審核：王金臣
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