文｜观察未来科技

人类是不会放弃吃肉的。肉类是人类获取蛋白质的主要来源之一，随着生活水平的提高，人类对肉类消费需求在不断增加。自1960年至今，全球人口翻了一番人类对动物制品的消费已经增长了5倍，这一数字还将继续增长。

人类对肉类的消费也带来了巨大的资源浪费——动物饲养与肉类生产会占用大量的土地、粮食和水，产生大量的粪便、污水与二氧化碳，加剧环境污染与温室效应。随着全球人口的膨胀，如今，寻找到一种替代肉类已经成为人类必须需要在21世纪解决的一个难题。

为什么需要人造肉？

今天，传统畜牧业正在经历危机。

显然，动物不能有效地将饲料转化为食物，它们把饲料浪费在了生长上。为了长出500克肉，一头牛必须吃掉大约6千克的谷物。在美国，家畜已经吃掉了60%的粮食。畜牧业还非常耗水，500克牛肉需要约7 041升水。

与此同时，地球上的水资源正在面临严重危机。过度抽水灌溉农田，使得水资源危机正在世界各地发生。大约10年后，地球上一半以上的人口将不得不应对水资源短缺的问题。随着水资源的枯竭，流经多国的河流上的水坝可能引发战争，政府也可能面临崩溃。

更糟的是，肉类生产与气候变化息息相关。在人类排放的所有温室气体中，14.5%来自畜牧业——畜牧业的温室气体排放量与所有交通工具的排放总量，包括乘用车、卡车、轮船、飞机等差不多。肉牛和乳牛不仅会透过肠道发酵和粪便排放甲烷、导致土地发生变化，还会在生产饲料、消耗能源、运蝓的过程中间接排放温室气体，是甲烷和温室气体的最大排放源。

作为食物的来源，人们对动物制品需求的增长将使地球不堪重负，导致气候变化更剧烈、森林砍伐更严重、水资源消耗更大。不仅如此，动物肉，特别是“红肉”富含胆固醇与饱和脂肪，摄入过多会增加肥胖及心脑血管疾病产生的风险。因此，在传统肉类生产方式难以满足人类对肉类蛋白的可持续需求下，寻找替代蛋白，以制造出健康又环保的“肉”就成为了当前亟待解决的现实难题。

从人造肉的角度来看，目前三种主流替代蛋白人造肉分别是植物肉、细胞培养肉以及微生物发酵肉。

所谓植物肉，就是指利用大豆、 豌豆等植物的植物蛋白，通过特殊的工艺，生产加工成类似动物肉品的口感、味道或外观的食品。比如，手撕豆干、素肉、素鸡、斋肉等一众豆制品。目前市场中比较知名的 Beyond Meat、Impossible Food、珍肉、星期零等公司，都是植物肉领域的代表。不过，一直以来，植物肉都面临一个关键性问题，就是如何让人造肉吃起来像真正的肉，这也是所有人造肉公司都需要面对和解决的。

相较于植物肉，细胞培养肉似乎更加接近真实的肉类。细胞肉也叫动物肉，是从动物中提取出全能干细胞或肌细胞，在营养液中进行培养，通过细胞增殖生长，形成组织类物质。按照细胞农业领域专家的设想，这种通过提取动物细胞从实验室“种”出来的肉，从外观、口感到营养成分，都能与真肉媲美。

微生物发酵造肉就是以葡萄糖、淀粉、糖蜜、合成气、二氧化碳等为底物，利用微生物发酵方式生产肉类的方式。除了植物肉和细胞培养肉以外，现在，基于微生物发酵肉的独特优势，微生物发酵造肉正在成为人造肉技术的新流行趋势。

用微生物制造肉类

微生物发酵肉其实就是用微生物来发酵蛋白。

目前，发酵蛋白主要有3种生产途径。第一种是我们中许多人可能已经熟悉的“传统发酵”，传统发酵使用活性微生物来加工植物性成分，从而改变质地、味道和营养成分，比如豆豉就是通过用真菌根霉发酵大豆而产生的。

第二种方法是“生物质发酵”，生物质发酵以微生物中蛋白质含量高、生长速度快的成分为原料，生产大量蛋白质，可用于制造肉类替代品，例如无肉品牌 Quorn就使用了丝状菌类。

第三种就是“精密发酵”，精密发酵利用微生物宿主作为“工厂”，细胞在这里可以生产特定成分，从而能够改善植物性或细胞性产品、感官特性，和功能品质。比如，Impossible Foods 植物肉汉堡中的血红素蛋白，赋予了其闻名的富含铁质的口感——就是使用这种技术制成的。

发酵蛋白中的蛋白含量高达40%-80%，含有多种维生素、纤维素、碳水化合物、脂类、矿物质，以及丰富的酶类和生物活性物质等，且不含胆固醇，对心脑血管疾病患者都非常友好。不仅如此，微生物发酵肉还具有植物肉和细胞肉都不具有的优势。与以大豆为原料的植物肉相比，发酵蛋白无豆腥味。与利用动物干细胞制造的细胞肉相比，发酵蛋白成本也更低。

此外，发酵肉还能够在口感上仿真真实肉类。蛋白质的主要成分是氨基酸，不同肉类的氨基酸比例不同，通过调控微生物可以模拟生产出不同比例氨基酸的蛋白。比如，利用发酵蛋白制作的鸡肉，其在口感、香味、质构、咀嚼特性等方面的仿真度可达85%左右。

而在制作工艺方面，人们一般利用含碳、氮、氧等元素的低成本原料，比如秸秆、工业废气、合成气以及二氧化碳等，通过控制发酵罐的温度、酸碱度和营养条件，来生产发酵蛋白——发酵蛋白的生产效率非常高，有研究表明，微生物发酵生产蛋白的速度是植物的500倍，是动物的2000倍。

中国科学院天津工业生物技术研究所研究员李德茂介绍，一亩大豆田每年可收获约130千克大豆，获得52千克植物蛋白。而利用100吨发酵罐进行微生物发酵，一年能生产近100万千克发酵蛋白。

此外，发酵蛋白转化率也比较高。通过微生物发酵方式利用1千克淀粉可以生产出190—200克蛋白，而如果用1千克淀粉喂养家禽、家畜，仅能分别生产出47克和14克蛋白。

2022年5月，国际顶刊《自然》刊发的一份研究还表明，如果将全球20%的食用牛肉替换成微生物蛋白肉（比如英国初创Quorn家的产品），可以在未来30年减少一半的森林砍伐。不过，文章作者 Florian Humpenöder 博士也表示：“微生物蛋白质不应被视作万能药，而是作为大规模变革的一部分。整个食品和农业系统都应作出调整，同时结合减少食物浪费、鼓励健康饮食，并减少对影响环境的产品的支持。”

如何将发酵肉推向市场？

当前，微生物发酵人造肉正受到越来越多的认可。 Good Food Institute（GFI）报告确定，全球目前共有68 家公司正在使用发酵技术来生产或支持生产肉类、蛋类或乳制品的无动物替代品的开发，尽管实际数字可能更高，因为该数据仅仅涵括了那些公开披露的项目。

比如，英国品牌Quorn利用高通量筛选技术，用丝状镰孢菌发酵出高纤维、低饱和脂肪的优质蛋白。最早上市的产品为健身蛋白粉，2011年Quorn发布了第一款发酵蛋白“肉”汉堡，近来又推出了香肠、肉卷类产品，深受消费者喜爱。

美国公司Perfect Day利用微生物来制造乳清、酪蛋白等，模拟出真正的牛奶。此外，Perfect Day还推出了首款生物制乳蛋白冰淇淋，其口感和质地与牛奶冰淇淋无异。Clara Foods则是全球第一家生物合成蛋清蛋白的美国公司，Clara Foods利用酵母菌生产蛋清蛋白作为烹饪和烘焙原料，口感与鸡蛋相仿，且营养丰富，不含胆固醇。

显然，微生物发酵肉作为一种优于植物肉的替代蛋白选择，它从风味、口感、营养来讲，都更为接近动物源的肉，甚至在营养成份上优于传统动物源的肉。微生物发酵肉还有一个优势是生产效率非常高，一般来说，发酵蛋白技术需要的土地面积、温室气体排放、水资源只是传统农业的百分之个位数。根据微生物发酵肉公司Nature's Fynd的数据，他们目前每单位面积生产蛋白质的量可以达到动物源的3.6倍和植物源的1.8倍。

不过，微生物发酵肉如果要推向大众，还需要解决一些发展中的问题。首先，就是发酵原料的问题。目前，发酵蛋白主要原料来自淀粉产生的葡萄糖，而淀粉仍来源于农业生产。因此，要开发出更多负碳发酵技术，利用一些低成本原料，例如合成气、二氧化碳等，使发酵蛋白技术更加可持续。

其次，饲料领域发酵蛋白生产成本仍然较高，为实现发酵蛋白产品替代传统蛋白产品的经济可行性，人们要进一步优化生物工艺设计，提高单位体积生产率，实现发酵蛋白规模化生产效益，降低发酵蛋白饲料领域生产成本。

最后，由于微生物发酵肉使用的技术为发酵蛋白，在安全性方面需要通过政府相关部门的审核，实际上，微生物发酵肉的一个劣势就是食品安全审核的难度较高，需要的审核周期较长。微生物发酵肉不像核心原材料都是常见食材的植物肉，目前来看，微生物发酵替代蛋白在欧美国家的审核时间往往需要1年到2年。微生物发酵肉也不如细胞培养肉一样监管大门打开后就一通百通，地球上据估计有上亿种微生物，许多微生物发酵技术还伴随着对微生物的基因改造，这也给监管审核带来了很大的难度。

人类永远不会放弃吃肉，这意味着，在庞大的肉类消费需求下，人造肉可能会重塑整个肉类产业链，大份额替代传统肉类，而其中，微生物发酵肉可以成为肉类市场及人造肉市场很好的补充。