除了干细胞肉，未来城市还可以把尾气变成面条？

关于未来的城市，各行各业的领头羊也许会有不同的想象：无人驾驶、人工智能、虚拟现实……但人是铁饭是钢，对于未来，广大吃货也许只关心一个问题：在未来的城市里，我们吃啥呢？

2050年，地球上将会有98亿人口，其中大约68%的人将会居住在城市里。为了确保全球98亿人都能吃饱喝足、不饿肚子，我们需要将已有的食物产量提高70%。

目前，全世界的农业用地达到了总陆地面积的38%，已经基本处于饱和状态。在未来，气候变化所带来的极端气候将会给食物的生产和供给带来更大的不确定性。

《星际穿越》里曾描绘了这样一个场景——地球气候环境恶化，农作物枯萎病和沙尘暴肆虐，人类被迫回归农业社会，和粮食危机搏斗。如果星际穿越中描述的气候灾难真的来临，除了像科幻片里一样移民太空，我们还有没有别的办法可以渡过难关？

图源：星际穿越

有一种可能——我们可以脱离农田和牧场，在实验室里合成粮食。而且，这不需要看老天爷眼色、在实验室里就能创造出美味食物的未来，可能比我们想象中要来得更近。

肉，具备营养和美味双重属性，大自然的神奇创造。

一只土鸡，从破壳而出开始，经过好几个月的生长才达到理想的肉质。要在实验室里复制出这几个月孕育出的生命结晶，使人造鸡肉在营养价值和口感上都和正品足够接近，绝对不是一件容易的事。

营养成分是相对容易解决的问题。肉的主要营养价值是蛋白质，所以制作人造肉的第一步一定是提取蛋白质做原料。蛋白质无非有两个来源：植物和动物。用植物蛋白合成的叫植物肉，用动物蛋白做的……等等，可不叫动物肉，叫细胞肉！至于为什么，我们一会儿会细讲。

先说说植物肉。大豆、豌豆、小麦，都是常见的植物蛋白来源。从这些植物中提取出蛋白质，主要原料就有了。再经过发酵、挤压等一系列加工，加入调味料和色素，模拟出真肉的口感和外观，就算完成。目前我们在国内已经能买到不少植物肉制品。

某爷爷的植物肉炸鸡

图源：Xinhuanet

用植物做肉早就不是什么新奇的概念了。早从梁武帝时代开始，斋菜里就用豆制品做的素鸡来替代鸡肉。不过显然，植物肉看起来和吃起来都比素鸡更像肉，因为采用了更深层的加工方式。

素鸡，它长得确实不咋像肉

图源：sohu

比如，不是直接用大豆，而是单独分离出大豆蛋白，然后把蛋白拉成丝，让它们交织形成网状纤维的样子，来模拟真肉的纹理。为了还原真肉那复杂而曼妙的口味，更要加入各种辅助调料：用椰子油还原肉的油脂香气，小麦还原劲道口感……

豌豆牛排，好逼真的纹理！

图源：novameat

植物肉致力于以假乱真，但实际上能做得多真就比较有争议了。很多人觉得植物肉的味道和真肉相比还差得远：要么嚼久了还是有股大豆味，要么就是差那么点肉香。

所以商家为了让植物肉变得更好吃，也想破脑袋，可能会加入五花八门的调味剂。这其实导致了一个问题——

不少人吃植物肉是奔着健康去的：和动物肉相比，植物肉应该含有更低的热量和饱和脂肪酸，对心血管健康有好处。但是为了还原肉味加入的添加剂，有可能抵消了这些健康上的优势。比如为了增添油脂香气加入的椰子油，就含有80%的饱和脂肪酸。为了味道好，一般还会加大量的盐（高血压预警！）。

醒醒吧，食客

图源：食力foodNEXT

所以，现在的植物肉面临着一个两难境地：如果要追求更接近动物肉的口感，势必要添加较多的油脂和其他调味品，会带来一些潜在的健康危害，如果要追求更健康的概念，那么势必口感会达不到许多消费者的标准。再加上不便宜的价格，植物肉对人们来说似乎还是一个“可以但非必要”的选项。

“豆子才不是肉！植物肉是东施效颦！”

面对这样的呼声，科学家不禁想：用植物以假乱真不算新奇，我们能不能在实验室做出真正的肉来？

一块肉，从根本上来说，就是动物身上的很多很多个细胞。我们在生物实验课能用一块培养皿养出一片细菌，那科学家能不能用相似的方法培育出组成牛排的细胞？

图源：unSplash

培育动物的细胞当然比用培养皿养细菌要复杂得多得多得多。要让细胞像在动物体内一样生长繁殖，就要给它提供和体内足够相似的生长条件，包括多种养分、温度、湿度、酸碱度等等。

能让细胞繁殖还只是第一步。光把细胞一股脑堆在一起是做不出一块肉的。一块瘦肉，用生物学的话讲就是一个肌肉组织，是由肌肉细胞以特定的规律排列组成的，它们需要结构。

三种不一样的肌肉组织，肌肉细胞以不同的形式排列

图源：wikipedia

况且牛排里可不是只有瘦肉！如果你是牛排品鉴行家，你一定知道牛排不同部位的划分很讲究。一块牛排里有瘦有肥还有筋，不同部位的肥瘦比例和分布都不一样。

谁看饿了？

所以，做出一块以假乱真的细胞肉至少要满足这两点：

1 材料：培育出多种细胞，让它们能组成瘦肉、肥肉和筋等不同组织；

2 结构：把细胞组装成组织，再把不同组织合起来，组装成一块肉。

材料的问题，用干细胞就可以解决。干细胞是生物身体里的“万细胞之源”，能分化成各种不同类型的细胞。

图源：芥子SpeakGreen

从牛身上提取出干细胞后，下一步就是把它们放在一个“支架”上。

这个支架是用可食用的材料，以3D打印技术制作出来的。支架可以给细胞提供结构支撑，引导它们分化和排列成我们想要的样子。只要改变支架的结构，理论上就可以做出所有你喜欢的牛排种类：菲力、西冷、肋眼……更妙的是，你或许还可以自己选择肥瘦肉和筋的比例和位置，实现牛排私人订制自由。

细胞培育肋眼排

图源：Aleph Farms

目前，已经有企业用这样的技术在实验室中成功培育出了一块完整的牛排。除了牛肉，2020 年底美国一家初创企业生产的干细胞鸡块（70%是培养的鸡肉细胞，同时还添加了植物蛋白）已经获得了监管部门的批准，可以在新加坡售卖，这也是全球首个商业化的培养肉产品，但是干细胞肉全球广泛应用还有很长一段路要走。

所以话说回来……既然都是肉，为什么要费这么大劲，从零开始用细胞拼一块出来？

首先，培育细胞肉的效率比养殖动物高太多了。一头牛要养一年多才能出栏，而在实验室里只需要2-8周就可以培育出一块细胞肉。

万般呵护的新生肉肉

图源：荔枝新闻

而且不只是时间上的效率，还有资源上的效率。牛吃下饲料后，饲料里的能量大概只有10%被存在肉里，其他的都被呼吸、进食、运动等过程消耗掉了。培育细胞肉避免了一大部分这种消耗，提高了能量的利用率。

细胞培育肉的环境影响也比动物养殖低得多。全球每年的温室气体排放中有14.5%来自畜牧业——这其中占比最大的是饲料生产过程的排放，和……牛打嗝和放屁排出的甲烷。

嗝~

图源：THECONVERSATION

牛作为反刍动物，胃里有多种微生物，帮助它们把吃下的草转化成容易消化吸收的营养。这个转化过程就会产生大量甲烷气体。虽然甲烷的排放量看起来没有那么多，但是它作为温室气体，加剧气候变化的威力要比二氧化碳高整整25倍。

除了碳排放，动物的粪便造成的污染也是惊人的。我国的畜牧业每年会产生38亿吨粪便，如果处理不好，粪便里的抗生素、病菌等污染物进入水源、土壤，可能会造成环境污染和健康隐患。

有了细胞培育技术，就意味着我们可以更环保地吃上美味的肉。鱼和熊掌兼得！

比用细胞培育出一块牛排听起来还科幻的，应该只有去年曾成为热点新闻的人工合成淀粉技术了。

去年，中科院天津工业生物所的科研人员首次实现了在实验室用二氧化碳合成淀粉，这听起来就跟用空气变出面包一样离谱。

不过好像也没那么离谱？

仔细想想，家门口的小草每天都在通过光合作用把空气里的二氧化碳转化成碳水化合物。

这么一想，人工合成淀粉的过程其实就是一个大型翻版光合作用。

光合作用当中，二氧化碳和水是原料，太阳光是能源，碳水化合物和氧气是产物。

人工合成淀粉技术中，工厂排放的高浓度二氧化碳是原料，从太阳能转化而来的电能和氢能是能源，淀粉是最终产物。利用电能和氢能，首先可以把原料转化成简单的碳氢化合物，比如甲醇。

不过，人工合成淀粉技术的最大难点其实是这之后的步骤：怎么把像甲醇这样的简单碳氢化合物转化成复杂的淀粉分子。

直链淀粉

甲醇

植物合成淀粉，需要经过60多步的反应和细胞之间的运输。这些反应发生的前提，是要有各种相应的酶来催化它们。

实验室里，科研人员试图寻找更加精简的路径，用更少的反应得到淀粉。他们先锁定了几十条可能的路径，然后逐个尝试。

实践的过程中，用到的各种酶常常会“打架”，导致最后得到的产物跟理想中的相差甚远。所以为了让反应的产物完全可控，需要反复的调整和试验。

最终，科研人员把从二氧化碳到淀粉的反应简化到了11步。这意味着我们能以比植物高太多的效率来合成淀粉了——人工合成淀粉的速率是玉米通过光合作用合成淀粉的8.5倍。种5亩地玉米得到的淀粉年产量，在实验室用1立方米大小的生物反应器就可以得到。

成片的麦田会失业吗？

图源：istock

未来，当合成淀粉技术充分产业化，工厂的尾气或许就不需要被排放进空气里，而是直接进入淀粉合成装置，化废气为资源——还是极为高产的资源。

不过，我们和这样的未来之间，还有一座叫“成本”的大山。要让合成淀粉的成本降到农业种植的水平，还至少要将电能的利用效率再提高数倍、转化淀粉的速率再提高数十倍。

当然，还有一个我们可能更关心的问题——合成淀粉好不好吃？

筋道面条

来源：iStock

虽然还没人尝过，但合成淀粉尝起来至少不会和天然淀粉一模一样——因为目前实验室能合成的只有直链淀粉，而天然的淀粉是由直链淀粉和支链淀粉分子共同组成的。由于直链淀粉的性质，用合成淀粉的面条或许会比一般的面条来得劲道，但由于缺乏支链淀粉，合成淀粉的面条会缺乏黏性，煮好后放久了容易糊。

所以在解决技术和成本问题后，合成食物将面临的都会是类似的问题：植物肉吃着像肉吗？合成淀粉做的兰州拉面好吃吗？细胞拼出来的水煮牛肉，跟吃草养出来的水煮牛肉是一个味儿吗？

不要打破我心中的水煮肉片神话

图源：iStock

比起突破技术和成本关卡，这些问题的答案更为主观，也更因人而异。也许细胞牛肉吃起来并不会和养殖牛肉一模一样，但这可能只是意味着我们需要把细胞牛肉当作一种新的食材，创造出适合它的新的料理方式。

在合成食物逐渐普及的未来，我们将能用比自然更高的效率、以更低的环境代价，做出和自然尽可能相似的食材。完全复制自然可能很难做到，但是正因如此，适应性和创造性极强的人类将会孕育出怎样的合成饮食文化，也不失为一件值得展望的事。*★

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· https://www.jiemian.com/article/6350197.html

· https://meatlessfarm.com/us/2021/03/05/how-is-plant-based-meat-made/

· https://www.ifanr.com/1459654

· https://www.theguardian.com/food/2020/jan/10/most-realistic-plant-based-steak-revealed

plant-based steak

· https://www.nippon.com/cn/japan-topics/g01179/

· https://www.jiemian.com/article/6161095.html

· https://gfi.org/science/the-science-of-cultivated-meat/

· https://new.qq.com/rain/a/20210925A05F9V00

· https://www.sohu.com/a/469703825_354973

· https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2021/9/465769.shtm

· https://www.foodtalks.cn/news/category/plant_based/7820

· https://www.foodnext.net/life/health2/paper/5098648721

· https://www.thermofisher.com/us/en/home/references/gibco-cell-culture-basics/cell-culture-protocols/maintaining-cultured-cells.html

· https://newatlas.com/science/world-first-lab-grown-rib-eye-steak-3d-bioprinting-aleph-farms/

· https://www.shiwuzq.com/portal.php?mod=view&aid=2309

· https://www.fao.org/news/story/en/item/197623/icode/

· https://chinadialogue.net/zh/3/73961/

· http://www.tj.gov.cn/sy/tpxw/202109/t20210926_5611444.html

审核：上海市疾病预防控制中心副主任医师 营养学博士 汪正园

编辑：rain

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原标题：尾气变面条？颤抖吧，未来城市的吃货们

来源：上海科技馆

编辑：Garrett