“無竹令人俗，無肉使人瘦。不俗又不瘦，竹筍燜豬肉”。

一千多年前的某次聚會上，“詩神”蘇軾寫下了這樣一首有趣的打油詩，傳神地表達(dá)了人們對于肉食的喜愛和贊嘆。

肉類，無疑是營養(yǎng)價值極高的美味食品，除了作為優(yōu)質(zhì)的蛋白質(zhì)來源，肉類中還含有豐富的脂質(zhì)、鋅、血紅素鐵、維生素B等，這些都是人體健康所必需的。另外，一些肉類中的蛋白質(zhì)，如明膠蛋白等，由于其良好的凝膠性、乳化性、保水性，在食品工業(yè)中也發(fā)揮了非常重要的作用。

肉類需求量激增，亟需 “ 新突破 ”

21世紀(jì)以來，隨著世界人口的增長，人類對于肉類的需求量也激增。WHO預(yù)測，到2030年，全球每年的人均肉類消費量將增加到45.3公斤，這樣的話，肉類工業(yè)生產(chǎn)大約需要增加50-72%，才能滿足對應(yīng)人口的糧食需求。

然而，肉類食品的發(fā)展也帶來了諸多嚴(yán)峻的問題。

一方面，畜牧業(yè)屬于資源密集型產(chǎn)業(yè)。據(jù)統(tǒng)計，畜牧業(yè)占據(jù)了全球農(nóng)業(yè)用地的70%，消耗了全球27%的淡水資源。并且，肉類生產(chǎn)排放的溫室氣體也占到全球總排放量的18%，甚至超過了交通運輸業(yè)(13%)。另一方面，肉制品含有較高比例的膽固醇和飽和脂肪酸，這與心血管疾病，高膽固醇，癌癥等代謝類疾病的發(fā)生密切相關(guān)。另外，肉類中還可能含有一些病原體，如禽流感、沙門氏菌等，這些都威脅著消費者的健康。

而人造肉的出現(xiàn)，則有望在滿足人們?nèi)忸愋枨蟮耐瑫r，解決相關(guān)的環(huán)境污染和健康問題。

人造肉主要有兩種類型：

第一種為“植物肉”，這是一種以大豆、小麥等植物蛋白為基礎(chǔ)，經(jīng)過擠壓、靜電紡絲等加工技術(shù)制成的食物，又被稱為素肉。在我國，“植物肉”已有上千年的食用歷史，早在唐代就有“以素托葷”的烹飪方法，據(jù)《北夢瑣言》記載，“宴諸司以面及蒟蒻之類染作顏色用，像豚肩、羊脯、臑炙之屬，皆逼真也。時人比于梁武”。

然而，盡管“植物肉”的蛋白含量豐富、價格便宜，但它只能用香精產(chǎn)生“肉味”，并不能很好地還原肉的口感和香味。

第二種是“細(xì)胞培養(yǎng)肉”，其主要成分是以體外培養(yǎng)的動物干細(xì)胞為基礎(chǔ)，通過細(xì)胞組織工程的方法，直接由細(xì)胞合成的動物蛋白。盡管細(xì)胞培養(yǎng)肉含有天然的動物蛋白，但細(xì)胞培養(yǎng)卻難以模擬肉類的纖維組織，且培養(yǎng)基的成本也較高，目前尚處于研發(fā)階段。

綜上，我們不難發(fā)現(xiàn)，植物蛋白的生產(chǎn)工藝成熟、成本低，但口感較差；而動物蛋白則正好相反，它的口感與肉類幾乎相同，但生產(chǎn)成本高，難以大規(guī)模生產(chǎn)。

植物肉or細(xì)胞培養(yǎng)肉？新型人造肉出現(xiàn)

那么，我們能否結(jié)合這二者的優(yōu)點，開發(fā)一款新型的人造肉呢？

答案是肯定的，美國Impossible Foods是一家致力于用植物替代肉類的公司。他們基于合成生物學(xué)的理念，先從分子水平研究“肉味”的機制，然后從植物中選擇蛋白和營養(yǎng)素，最終用植物蛋白還原了肉制品的口感和營養(yǎng)。2016年，該公司的招牌產(chǎn)品Impossible Burger就是一款基于植物蛋白的、具有“肉味”的漢堡肉餅。食客們都表示，難以分辨它與真實的牛肉漢堡。

那么，這款用植物替代肉類的產(chǎn)品究竟有什么獨特之處呢?

首先，為了制造出更逼真的肉，科學(xué)家們需要先搞清楚產(chǎn)生“肉味”的機制。我們知道，肉制品的主要成分是肌肉，而肌肉最大的特點就是呈紅色，這是因為其中含有大量的血紅素。血紅素是能夠攜帶氧氣、維持生命基本活動的基礎(chǔ)分子，幾乎所有的動植物都含有血紅素，但動物血紅素的含量要比植物的含量高1000多倍。

Impossible Foods的研究者發(fā)現(xiàn)“肉之所以有肉味”的關(guān)鍵就是血紅素。在食物烹飪過程中，血紅素能作為一種催化劑，產(chǎn)生數(shù)百種揮發(fā)性化合物，并形成獨特的肉香味。而更有趣的是，人們發(fā)現(xiàn)大豆植物的根瘤部位也天然存在著血紅蛋白，這也被形象地稱為“植物血”。最終，在加入大豆血紅蛋白后，植物來源的人造肉變得更粉紅、更血腥、更肉質(zhì)。

然而，如何高效地生產(chǎn)大豆血紅蛋白又是一個問題。雖然人們可以直接從大豆植物中提取血紅蛋白，但這種方法的產(chǎn)量較低、消耗資源較大。為了克服這一難題，Impossible Foods團(tuán)隊決定通過基因工程的方式進(jìn)行血紅素的異源表達(dá)。

蛋白的異源表達(dá)是指利用細(xì)菌、酵母、昆蟲細(xì)胞、哺乳動物細(xì)胞或者植物細(xì)胞表達(dá)外源基因蛋白的一種分子生物學(xué)技術(shù)。畢赤酵母表達(dá)系統(tǒng)由于低成本、高產(chǎn)出、具有翻譯后修飾等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用。科學(xué)家可以將外源基因整合到酵母的基因組上，賦予酵母合成新型化合物的能力。

這些外源基因都來源于豆科植物，參與了血紅素的合成通路。如下圖所示，初始底物ALA經(jīng)歷了復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)后，最終得到了產(chǎn)物血紅素。這些反應(yīng)都由蛋白酶進(jìn)行催化，包括脫氫酶（Dehydratase）、脫氨酶（Deaminase），合成酶（Synthase）等?？茖W(xué)家將這些基因都導(dǎo)入畢赤酵母之后，酵母也獲得了合成血紅素的能力。

最終，在精確的發(fā)酵條件下，畢赤酵母中就會在發(fā)酵罐中產(chǎn)生泡沫狀的紅色“植物血液”。再經(jīng)過過濾和蛋白純化，科學(xué)家最終就獲得了高產(chǎn)量、高純度的大豆血紅蛋白。2018年7月，Impossible Foods的這種通過發(fā)酵獲得的血紅蛋白，通過了FDA的安全審查，可作為人造肉的營養(yǎng)成分和著色劑。

未來，Impossible Foods計劃進(jìn)一步研究牛肉漢堡“美味”的分子機制?？茖W(xué)家們將氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀連接到燒烤架上，研究揮發(fā)性分子與神經(jīng)愉悅之間的聯(lián)系。在找到關(guān)鍵的“香氣分子”之后，科學(xué)家們就可以將其加入到漢堡中，像血紅素一樣，讓人造肉更加美味。

Make the impossible possible，這就是合成生物學(xué)最大的魅力。通過代謝工程的研究，科學(xué)家可以將任意一種天然化合物的合成酶體系，移植到微生物中，進(jìn)行大規(guī)模發(fā)酵生產(chǎn)。除了血紅素，已經(jīng)有越來越多的天然食品添加劑出現(xiàn)，如維生素E、甜葉菊、乳清蛋白等。它們不僅讓食物變得更加營養(yǎng)美味，也讓生產(chǎn)過程更加綠色高效。

相信未來，還會有更多impossible等著我們?nèi)崿F(xiàn)。

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