开云Kaiyun官方网站-“未来食品”发展又添生力军

2023-12-09

色泽乳白、质地弹软、味道微腥……在浙江大学森林紫金科创小镇的未来食品实验室里,经过10多天“长”成的细胞培养鱼肉与同类自然鱼肉十分相似。正是在“生物合成细胞培养鱼肉的关键技术”的应用下,这一新型动物蛋白产品才得以问世。日前,在位于浙江杭州的浙江大学森林紫金科创小镇,中国轻工业联合会组织并主持召开了“生物合成细胞培养鱼肉的关键技术”成果鉴定会。在听取了项目技术报告,审阅了相关资料,考察了实验基地,经质询和讨论之后,由陈坚、吴清平两位中国工程院院士及多位国内食品领域专家组成的鉴定委员会充分肯定了项目对细胞培养大黄鱼肉制造技术展开的体系化研发,并一致认为,“生物合成细胞培养鱼肉的关键技术”成果总体技术达到国际先进水平,核心技术达到国际领先水平。该项目成果由浙江大学细胞培养鱼肉团队联合大连工业大学朱蓓薇院士团队共同完成。

为什么要开发细胞培养鱼肉?

近年来,随着经济的不断发展和人口的快速增长以及中等收入人群数量的大幅增加,全球的肉品需求持续增长,而传统肉类生产方式越来越难以满足消费者的需要。同时,消费者对肉品安全、动物福利和环境保护等方面的要求不断提高。在此背景下,一场肉类生产革命正在兴起,高效、环保、安全、可持续的新型肉类生产方式成为国内外科研领域关注的重点。而随着全球科技的不断进步,学科的深度融合,新型肉类食品细胞培养肉(又被称作“细胞培育肉”)的研究不断深入。此前,国内科学家研发有猪源培养肉,而鲜见鱼源培养肉。此次通过技术成果鉴定的“生物合成细胞培养鱼肉的关键技术”成果, 就是仿大黄鱼培育的鱼源培养肉,是我国细胞培养肉研究领域中结出的一颗“硕果”。

为何选择开发细胞培养鱼肉?项目牵头人之一,浙江大学生物系统工程与食品科学学院副院长、浙江大学长三角智慧绿洲创新中心未来食品实验室主任刘东红道出了其中的原因。她介绍,优质的替代蛋白正逐渐成为未来研究热点,其中,由动物干细胞体外培养而成的组织培养肉被认为是最具潜力的解决未来人类餐桌肉品和动物蛋白供应的途径之一。海洋鱼类食品富含优质蛋白质、多不饱和脂肪酸及多种微量营养素和功能因子,约占全球人口所需动物蛋白的20%左右,预计2050年需求增量将达到亿吨级。然而,海水污染加剧、海洋资源掠夺性开发等多重因素,导致优质鱼类供应面临枯竭,且我国在深海鱼资源的获取难度和成本都较高,内陆地区所需优质海洋鱼类蛋白资源供给明显不足。

“建立高通量、低成本、可再生鱼肉细胞工厂及规模化生产模式至关重要,是缓解我国优质海洋鱼类蛋白资源短缺及营养保障的重要途径与策略之一。”刘东红说,正是在这一背景下,项目研究团队另辟蹊径,针对海洋鱼肉供应不足的问题,在大食物观的指导下,面向产业需求,着手细胞培养鱼肉研究,构建鱼强干细胞系,突破鱼肌细胞分离、增殖与定向分化、组织化成型等技术。

鉴定会上,浙江大学生物系统工程与食品科学学院教授陈启和代表项目研发团队就项目整体研究情况向专家组进行了汇报。据介绍,该项目在繁星科学基金项目资助下开展细胞培养鱼肉生产技术研发,筛选高传代肌肉、脂肪干细胞并通过两种信号通路诱导分化,建立具有高传代能力的鱼组织干细胞的分离纯化及高效增殖分化方法;研制开发促进细胞增殖和分化的低血清培养基,构建滚瓶与工厂化细胞扩增相结合模式高效诱导细胞倍增,可显著提升培养肉的生产效率,降低成本;开发可食用、可安全降解的高细胞相容性鱼肌支架三维培养材料,可以促进细胞有效贴壁黏附、转移、增殖、分化和融合;通过数字化仿真构建培养鱼肉组织的结构,在三维培养的向列肌纤维束中融合细胞分化脂滴,成功合成国内首例厘米级细胞培养鱼肉产品,生产的培养肉组织具有与真实鱼片、鱼块类似的质构与口感。

细胞培养鱼肉和真实鱼肉有多像?

用细胞培养鱼肉,本质上是动物干细胞在体外进行细胞增殖和分化的过程。记者了解到,在该项目中,科研人员以大黄鱼为研究对象,从大黄鱼上分离出肌肉干细胞和脂肪干细胞,作为细胞培养鱼肉的“种子”,而培养基则是“土壤”,为细胞的增殖和分化提供养分。研究发现,脂肪干细胞虽然能在培养基中较好增殖分化,但作为肉质的主要成分,肌肉细胞的体外培养却困难重重。项目另一牵头人、浙大生命科学学院教授陈军和生命科学学院副教授黄晓通过研究,找到两条影响肌肉生成的信号通路,研究团队则通过对培养基的成分调整,提高了成肌细胞的分化效率。

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细胞培养鱼肉实验室

随着肌肉细胞的生长、分化,越来越多的“鱼肉”产生,但此时的“鱼肉”还只是无固定外形的松散细胞团,呈“肉泥”形态,还不能称为鱼肉。鱼肉中不仅有肌肉细胞,还有脂肪、结缔组织等,如何把鱼肉结构“构建”起来?浙大生物系统工程与食品科学学院副研究员徐恩波通过构建生鱼块数字化结构模型,打印支架,模拟天然鱼肌肉组织。肌肉细胞会沿着3D打印的仿生结构有规则地生长,形成三维培养肌纤维束,产生类似自然鱼肉的结构和纹路。据项目研究团队介绍,3D打印材料的制作也非易事,研究团队通过调整配方,降低打印温度,并找到能将成肌细胞牢牢“抓住”的可食用胶体材料,才实现了仿生生长。浙大团队再通过“注入”脂肪细胞,便构建出一块组织状的细胞培养鱼肉。

养殖鱼池、细胞培养室、实验冷库……鉴定委员会专家在未来食品实验室的实验操作台上看到,两块置于培养皿中的细胞培养鱼肉乳白细腻,外形酷似大黄鱼的鱼肉,肌肉纹理清晰可见,闻起来有鱼腥味。“项目团队进一步分析了培养鱼排的外形,并对其中细胞数、肌肉细胞和脂肪细胞的比例、硬度、黏性、弹性等特征与真实大黄鱼的肌肉组织进行对比研究,从相关指标来看,细胞培养鱼肉的仿真性强。”刘东红说,这也将为未来开展不同鱼类乃至其他经济动物的细胞培养、获取优质蛋白提供新的思路,在解决可持续肉类供应方面发挥更大潜力。

细胞培养鱼肉研究有多重要?

对于该项目,鉴定委员会专家予以了高度评价。专家表示,在我国优质海洋鱼类蛋白资源获取难、成本高的背景下,建立高通量、低成本、可再生鱼肉细胞规模化生产模式至关重要。该成果有助于我国抢占优质动物蛋白肉的细胞培养技术“高地”,建议进一步加快细胞培养鱼肉工程化技术研究。

陈坚、吴清平两位院士对项目成果表示了肯定,认为课题方向定位准、研究深入。陈坚表示,当前,食品工业面临的核心挑战之一是食品资源的挖掘与创制。其中,最具挑战的是蛋白资源的挖掘与创制。细胞培养肉是获得蛋白资源的主要途径之一。他提醒,当前细胞培养肉研究正热,但其产业链的形成,不是靠一个技术就可以解决的,还要系统发展。

中国食品科学技术学会名誉理事长孟素荷表示,在细胞培养肉的研究方面,我国在猪源培养肉领域的研究已形成突破,技术水平在国际上处于“并跑”。而此次由浙江大学与大连工业大学研发团队联手完成的“生物合成细胞培养鱼肉的关键技术”成果,可谓另辟蹊径,在细胞培养鱼肉研究方面实现了0到1的突破,为优质动物蛋白的获取又开辟了一条新途径。

中国肉类食品综合研究中心首席科学家王守伟指出,“大食物观”科学拓宽了食物定义的边界、深化了人类对食物生产系统的理解。经过多年的发展,我国在细胞培养肉领域已经积累了一些科研成果。值得注意的是,种类丰富、高活力的种子细胞是生产细胞培养肉的源头,然而这些细胞无法永久性分裂增殖,细胞传代能力仍然面临着诸多挑战,今后还要加强细胞培养肉种子细胞永生化诱导研究,为细胞培养肉工业化生产用种子细胞打下基础。此外,我国尚未实现细胞培养肉的工业化,因此在专注技术研发的同时,还要推进法律法规、监管政策和标准等方面的研究,为细胞培养肉最终实现工业化生产打下坚实的基础。

浙江工业大学食品科学与工程学院党委书记孙培龙表示,项目成果最终要落地,就要考虑食品安不安全、好不好吃及营养好不好等问题,因为食品最终是要靠“舌尖”来投票的。此外,产品在保证安全、营养、好吃的前提下,还要考虑一些潜在物质的影响,如致敏物等。

对于该项目成果,陈军认为学科的交叉融合是重要基础。“我们的研究中除了有生物系统工程与食品科学学院、生命科学学院的参与,还吸引了来自机械工程学院尹俊研究员和高分子科学与工程学系朱旸研究员团队的科研人员参与前沿探索和交叉研究。”

“细胞培养鱼肉走向餐桌还要进行大量的安全性评估,相信随着技术的不断成熟,一定能在可见的未来实现批量化大生产。”对于未来,刘东红充满信心,“我们还要从这块‘鱼肉’中找寻隐藏在其背后的技术突破与创新,这些探索也将为未来食品行业发展开辟新的道路。”

(编辑 李闯)

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