人造肉技术发展现状、安全性评价和监管以及消费者接受度

摘 要：目的：2019年以来，人造肉技术受到了社会的广泛关注，各种人造肉制品抢占餐饮市场标志着这项技术可能迎来一个转折点，逐步进入大规模商业化阶段。方法：综述了植物蛋白肉和细胞培养肉两种类型的人造肉在技术层面的发展现状，探讨了人造肉的食用安全性和生物安全性以及监管框架，展望了人造肉的市场和消费者接受度。结果：人造肉是肉类生产领域中的一种新模式和新方向，将减少食品工业对传统农业的依赖性，有助于缓解人类日益增长的营养需求和逐渐恶化的生态环境之间的矛盾。结论：本综述将有助于促进人造肉科学研究的进一步发展，并促进其产品市场在有安全保障的基础上稳步发展。

关键词：人造肉;细胞培养肉;植物蛋白肉;食用安全;生物安全

人造肉是指未采用养殖动物而获取的食用肉类，是采用植物蛋白改性或细胞培养等方式而生产出的质地接近动物肌肉的一类蛋白制品。据预测，到 2050年，人类吃掉的肉会比2005年多 70%[1-2]。我国肉制品的供给缺口预计到2030年将达到3 804万t，将严重威胁我国的粮食与食品安全[3]。人类饲养导致的温室气体排放，占全球温室气体排放的12%左右[4-5]。根据动物种类的不同，以西方工业化方法生产一磅肉类蛋白要比生产等量的植物蛋白多用4～25倍的水、6～17 倍的土地、6～20倍的化石燃料，所以肉类生产面临可持续性的挑战。而且受动物疫病、国际贸易关系、生产周期等因素影响，我国养殖肉制品供求关系严重失衡[6-7]。肉类消费需求与供给之间的矛盾成为亟待解决的问题，而人造肉技术的出现为转变传统肉类消费模式提供了一个新的选择，是符合低碳绿色、可持续发展的策略[8-12]。人造肉技术被《麻省理工学院技术评论》评选为年度十大突破性技术之一[13]。

此外，从公益属性的角度来说，培养人造肉是一种帮助人类高效获取蛋白质的新生产方式，使得贫困地区（如非洲中部）可以消费更多肉类，以解决极端贫困人口的营养不良问题;从商业的角度来说，传统养殖肉生产效率太低，需要喂牛吃植物再转化为肉类，然而只要有一套研究足够透彻的合成制造人造肉的技术，就可以跳开传统畜牧业实现工业化生产，从而降低成本;从健康的角度来说，养殖肉导致人类 “三高”疾病率逐渐升高，人造肉制品既能基本满足类似养殖肉营养元素的摄取，且能量、脂肪和胆固醇比养殖肉更低，膳食纤维和钙含量更高;从食品安全的角度上来说，人造肉制品相对养殖肉大大减少了病菌携带且不需要使用抗生素;从人道的角度来说，人造肉技术有助于实现动物福利，在不需要杀害动物的情况下就能获得。

1 人造肉技术的发展现状

2019年以来，人造肉技术受到了社会的广泛关注，各种人造肉制品抢占餐饮市场标志着这项技术可能迎来一个转折点，逐步进入大规模商业化阶段。

1.1 人造肉制品的分类

人造肉制品根据生产技术不同可分为两类，一种是植物蛋白肉，它是利用大豆、小麦、豌豆等植物蛋白替代动物蛋白，通过纤维结构化和风味物质的整合模仿真肉口感[14]。目前，人造肉领域的大部分公司都已经采用以植物为基础来生产肉类的策略。利用从各类植物中提取相应的营养物质，比如主要的蛋白和油脂，让提取的营养物质成分跟目标肉类大体相同。然后通过各种食品加工混合工艺，比如搅拌、压缩、拉丝、膨胀、蒸汽、冷却等方式将植物蛋白加工形成与肉类类似的纤维结构，从而模仿肉的质构、风味和口感[15-16]。这种方式能够把制造成本降得很低，然而与真实肉制品有较大差距，比如结构松散咀嚼感差，蛋白生物价偏低，含过敏原及异味成分等，品质还有待进一步提升，此外有些种类的肉还没有很好的模拟方案[14]。

另一种是细胞培养肉，它是利用动物干细胞采用组织工程等技术在实验室里模拟体内的生理环境，使离体细胞或者组织在培养基、大型生物反应器中生存、生长并维持结构和功能而培育制造的动物肌肉组织，经过色泽、风味调整，营养物质补充以及物理成型等加工制成的模拟肉制品[17-18]。它们从外观、成分到口感都接近于真肉，更有利于人体健康[19-20]。该路径更早地获得了资本关注，但技术含量高，成本极其昂贵，以目前的技术水平难以下降到普通大众消费水平。

1.2 植物蛋白肉的主要研发公司及产品

当前植物蛋白肉领域领先的主要有两家美国公司Beyond Meat和Impossible Foods。Beyond Meat公司成立于2009年，使用豌豆蛋白来制造碎牛肉，其碎牛肉汉堡肉饼已经在美国的沃尔玛、全食等大型连锁超市售卖。人造肉汉堡Beyond Burger是Beyond Meat公司的王牌产品，自2016年推出以来，已在15 000家餐厅、酒店和其他服务网点上市供应，仅在美国就有超过1.9万个零售销售点。Impossible Foods公司创立于2011年，2019年汉堡王出售的人造肉汉堡就是由Impossible Foods公司制造。Impossible Foods不光在美国开了餐厅，还在香港开了180多家自营餐厅，现在在深圳也能吃到他们的产品。星期零食品科技公司Starfield是中国第一个亮相市场的人造肉公司，在深圳有一家素食餐厅，2019年9月推出中国首款人造肉制品并用于月饼加工，接着在2019年12月推出新品，口味和牛肉类似。Starfield第一代中国植物人造肉的口感与传统动物肉有些差距。

亚洲地区对猪肉有着巨大的消费需求，中国60%以上的肉类消耗都是猪肉。不过，人们越来越重视饮食健康，肉类胆固醇含量高成为了不可忽视的事实。香港一家公司Green Monday旗下的机构，推出了一款名叫 “新猪肉”（Omnipork）的人造肉产品，这款人造猪肉属于植物肉，不含胆固醇，原料主要是豌豆、大豆、冬菇和米。这种人造肉的饱和脂肪含量比猪肉低86%，钙含量高260%，铁含量高127%。在价格方面，零售包装的售价为每0.25 kg 20～30元之间。2019年11月6日，这款产品已经进入北京、上海多家酒店餐厅，以及连锁轻食西餐厅Wagas，2019年11月底在天猫国际开售。目前国内市场上生产成型植物蛋白肉制品的公司包括双塔食品，金字火腿、美盈森、深圳齐善等。

1.3 细胞培养肉的主要研发公司及产品

Memphis Meats公司于2015年在旧金山成立，从创始就致力于制作细胞培养肉。Memphis Meat将原本用于生物学和医学研究的设备用于培养人造肉，所带来的最直接后果是造价极其昂贵。2017年Memphis Meat获得了德丰杰领投，共计12家机构和人物参与的1 700万美元A轮融资。此次A轮融资，表明人造试管肉已经获得了前瞻性投资人的认可，而他们为Memphis Meats带来的不仅是大型风投机构的资金支持，还有供应全美22%肉类食品的嘉吉（Cargill）以及航空商旅娱乐联合体维珍集团的资源。截止到2018年1月，Memphis Meat人造肉每磅成本降到2 400美元，预计在2021年成本可以下探到公众可承受的价格范围，可向公众批量供应人造肉。

美国食品技术初创公司Eat Just致力于应用尖端科技来生产更健康、更可持续的食品，在降低细胞培养肉成本方面取得了较大进步。Eat Just实验室培育的细胞培养鸡肉产品（70%是培养的鸡肉细胞，同时还添加了植物蛋白）已于2020年12月2日获得新加坡监管机构批准上市，这是全球范围内首个获批可安全食用并实现商业化销售的细胞培养肉。Eat Just将会在一家高端餐厅出售与优质传统鸡肉价格相当的产品，并表示希望在未来几年将成本降到低于传统鸡肉的水平。

2 人造肉的安全性与伦理

2.1 人造肉的食用安全性

根据联合国最近发布的数据，2020年所有品种的肉类产量增速都受到新冠疫情的负面影响，为2011年以来的最低水平，其中全球猪肉产量急剧下降，主要集中在受非洲猪瘟影响的亚洲国家，全球猪肉产量比上年骤减8.0%。人造肉技术在食品卫生方面的风险远低于传统畜牧业，传统养殖业的肉、蛋、奶中可能含有的细菌病毒种类很多，包括沙门氏菌、肉毒素、猪瘟、猪流感、鸡瘟、禽流感、疯牛病、手足口病等，危及到消费者和屠宰场及肉类加工厂等行业的从业者。人造肉可以在安全可控的环境下生产并包装，能最大限度的解决畜牧业中牲畜染病并将微生物传染给人类的问题[21]。并且人造肉的生产过程不需要使用抗生素，此外在生产人造肉过程中可以控制营养物质的组成，从而生产对高血脂和动脉硬化人群更加友好的产品[22-23]，所以人造肉具有更高的食用安全性。例如，Eat Just公司在1 200 L的生物反应器中用动物肌肉细胞进行了20多次细胞培养鸡肉的生产，安全和质量验证结果表明，其生产工艺具有一致性和稳定性，生产过程中不使用任何抗生素，其微生物含量远低于常规鸡肉，细胞培养鸡肉符合家禽肉的标准。分析结果还表明，细胞培养鸡肉含有高蛋白和多样的氨基酸组成，健康的单一不饱和脂肪相对含量高，并且含有丰富的矿物质，符合食品标准。但也有专家认为人造肉体外培养步骤繁多，每一步都有出错被污染的可能，此外还存在添加剂的使用、高温加热过程产生的有害物质、食品过度加工、蛋白致敏性等问题[24-25]，该项技术带来的食品安全风险很可能在被长期食用后才会显现[26]。

2.2 人造肉的生物安全性

无论是植物蛋白肉还是细胞培养肉，其生产技术均不同程度地利用了以及将更大程度的利用合成生物学[27]。合成生物学是现代生物技术发展的前沿与热点，它集生物学与工程学、化学、计算机等多科学一体化，以工程化设计理念在分子水平上对生物体进行有目标的设计、改造乃至重新合成，在此基础上生产和发展出有利于人类美好生活的生物技术产品[28]。线路工程、基因组工程、细胞代谢工程等是其核心的技术与工程展现[29]。食品合成生物学是以可再生物质为原料，采用合成生物学原理设计，利用细胞工厂生产重要食品组分、功能性食品添加剂和营养化学品，解决食品原料生产的不可持续等问题，实现更加安全健康的食品获取新方式。食品合成生物学在人造肉的色、香、味加工等方面可发挥重要作用[14]。然而任何新的技术在发展初期通常会受到安全方面的质疑，消费者对人造肉是否安全以及是否合乎伦理也存在争议。从改善动物福利，保护环境方面来说这项新科技是符合伦理道德的，然而更多人认为这项技术是对传统食物的颠覆、是不自然的，有违伦理[12]，甚至有人担心会不会出现采用人的干细胞进行生产的反人类的现象[30]。

目前人造肉生产中有的组分需要通过合成生物学生产添加到人造肉中，植物蛋白肉生产中用到的血红蛋白是人造肉不同于中国传统素食肉的一个主要成分，也是涉及到转基因安全的关键生产材料。人造肉的血红蛋白是利用基因工程技术将大豆根瘤的豆血红蛋白基因转到酵母中生产的植物血红蛋白[14]，虽然血红蛋白也可以直接从大豆根部提取，但采用转基因酵母生产植物血红蛋白更加高效，是一种更具可持续性、可扩展性和价格合理的方法。人造肉里只是使用了转基因酵母发酵的产物，并不含有转基因酵母本身。除了颜色，肉类的香气与鲜味也是十分关键的参数，采用合成生物学技术改造微生物可生产多种脂肪、维生素、风味物质，例如利用产酯酵母可合成不饱和脂肪酸酯，添加到人造肉制品中可更真实地模拟真肉的味道，从而提高食味品质[31]。加工工艺所必需的酶和小分子功能性化合物也可通过微生物细胞工厂合成添加，可突破物理加工的局限来降低过敏原与异味成分含量以改善肉的质构与口感[14]。

现阶段，人造肉原料组分主要从植物组织或畜禽中提取，然而随着大众对健康、环保及美味食品的不断追求，动植物来源的成分种类数量上都将无法满足需求，而利用微生物细胞工厂异源合成人造肉相关成分因具有经济环保等优点将成为新的发展趋势。目前利用大肠杆菌、毕赤酵母等微生物已经可以实现大豆球蛋白、血红蛋白、菌蛋白、酪蛋白、乳清蛋白、乳铁蛋白、营养因子等重要组分的合成。将来利用合成生物学技术可以实现更多基本原料、高营养价值和风味物质添加成分等的合成[14，32]。

对于细胞培养肉来说，种子细胞相关技术由于作为商业机密不被公开，因此生产过程的不透明可能会影响消费者的接受度[33-34]。肌肉干细胞可以靠自然突变而产生不断增殖的能力，通过基因操作虽然可以使肌肉干细胞获得无限增殖的能力或者使全能干细胞获得定向分化的稳定性，然而基因修饰（GM）细胞来源的食品推广将会遇到巨大的阻力，尤其是在欧盟国家。然而基因改造为实现培养肉的营养前景提供了一条途径，Stout等[35]在牛的肌肉细胞中插入三个基因，它们编码的酶参与抗氧化剂的合成，可减轻结肠癌等与食用红肉和加工肉类有关的疾病，且有助于培养肉的生产，因为抗氧化剂能减少阻止细胞的增殖的不稳定分子。用于细胞培养肉的干细胞的增殖和分化，应该是以优化培养条件以及代谢调控为主[14]。目前培育细胞采用的多为胎牛血清，但胎牛血清目前的售价极高，造成人造肉的成本奇高。动物细胞无血清培养体系相对于传统的动物血清培养体系具有培养基组分清晰明确、易于分离、便于质控、安全可靠等优势，可有效提高细胞培养浓度和产品的表达水平，有助于动物细胞大规模培养技术的进一步发展[36]。然而现有无血清培养基需要添加成本较高的外源生长因子、维生素、脂肪酸及微量元素等[37]，利用微生物有效合成外源营养因子将极大地降低成本，进而降低细胞培养肉成本实现产业化应用[38]。