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从专利角度看“人造肉”的发展
(来源:中国知识产权报)  2019-09-05 17:05

  近来,“人造肉”备受关注。此前汉堡王在美国推出了一款“人造肉”汉堡Impossible Whopper,据报道称其口感近似牛肉、外观逼真,价格比真肉汉堡还要贵1美元。紧接着,Beyond Meat 公司在美国纳斯达克上市,股价在当天收盘时上涨163%,成为“人造肉第一股”。

  其实,“人造肉”并非新事物,它早在一百年前就已存在。简单地说,“人造肉”就是肉的模拟物,分为两类:一类是植物肉,以大豆蛋白为主料经纤维化后制成;另一类是动物肉,也叫培育肉,是利用动物体内分离得到的干细胞进行培养,诱导细胞分化增殖得到的肌肉类似物。

  “人造肉”的必要因素 

  不少食品龙头企业加入了“人造肉”产业的大营,吃“人造肉”是否有必要呢?事实是,随着肉食比例的持续上升,全球畜牧业大力扩张,大量资源被占用,包括全球70%的农业用地,60%的粮食,1/4的淡水……而动物排放的二氧化碳是导致全球温室效应的主要原因之一,据报告,它们的排放量占全球排放量的近一半。养殖动物排泄物的危害也不容小觑,抗生素、激素等的使用使得它们不能被贸然回田。而红肉的过多食用将给人们带来潜在的健康风险。“人造肉”是解决上述问题的手段之一,其原料为植物蛋白或动物细胞,既节能减排、健康环保,产量也高。据报道,利用细胞培养制作“人造肉”,一小块肌肉组织就能培育出1万公斤牛肉。按照45%-50%的净宰率来计算,1万公斤牛肉就是40头牛的产肉量。这将大大减小地球的环境压力和对动物的屠杀。

  “人造肉”的发展起源 

  早在1916年英国人格雷弗就提出利用蛋白生产肉替代物(公开号:GB191503699A),而美国人波耶在1953年提供了新方案:以脱脂蛋白粉如大豆粕为原料,将其分散在碱液中形成胶体溶液,然后用喷丝器喷丝,经过酸的盐溶液淋洗,使丝凝固,再经过调味、成型制得(公开号:GB699692A)。这颠覆了之前将蛋白粉加水、捏团、切丝、粘合成型的简单做法。但是,由于采用脱脂原料,且经过酸、碱处理,因此该方法存在成本高、营养损失较大、肉口感差等缺点。1985年,长春市工程食品研究所提交了“植物蛋白纤维丝机”实用新型专利申请,实现了以纯机械的方法直接加工全脂大豆粉成纤维丝;随后又提交了“全脂大豆素肉制造方法”的发明专利申请,解决了以全脂大豆生产“人造肉”难以组织化的问题,避免了酸、碱的使用,改善了产品的口感和外观。

  利用细胞体外培养来制作“人造肉”的构思最早可追溯到上世纪30年代,温斯顿·丘吉尔提出:“通过在合适的介质中分别培养鸡胸或鸡翅,就不用养整鸡,却能吃鸡胸和翅膀了。”经过近60年的发展,干细胞技术、细胞体外培养技术和组织工程学的发展使得这一想法逐渐成为现实。

  1997年4月,KOBAYASHI发明了一项装置,其包括能够支撑细胞和球形颗粒的基体、流动系统、循环系统和过滤系统,以血液和其他营养成分培养肌肉细胞获得可替代肉的蛋白质(公开号:JPH10276772A)。同年12月, 美国人艾伦、 库顿、沃斯特霍夫共同提交了工业化生产培育肉的发明专利申请(公开号:WO9931222A1),通过利用肌肉细胞、干细胞等进行体外培养,诱导细胞在三维基体中生长增殖,呈现三维结构,然后制成“人造肉”。

  “人造肉”的魔法变身 

  植物肉也好,培育肉也好,它们终归不能带来真实肉感。因此,如何逼真地模拟真肉的质构、外观、香味是取得市场认可的关键所在。早在20世纪70年代,科学家们就想到采用加入由动物血液、亚硝酸盐和抗坏血酸组成的着色剂对“人造肉”着色,通过血液赋予“人造肉”真实的肉色和味道。然而,血液的使用存在安全隐患,且成本较高。近年,科学家们发现了与动物血红蛋白同源性极高的大豆血红蛋白。Impossible Foods 公司以此提出将大豆血红蛋白加入“人造肉”中以模拟肉的味道、颜色(公开号:WO2013010042A1),并通过重组技术获得了可分泌含有血红素多肽的芽孢杆菌重组细胞(公开号:US2017342131A1)、可编码大豆血红蛋白的毕赤酵母(公开号:US2018371469A1),解决了大豆血红蛋白难以大量合成的问题,使得“人造肉”更为逼真。

  为了真实显示肉的纹理,美国马斯公司通过调整植物肉的蛋白质含量,控制挤出孔的横截面积、挤出温度和压力,使得产品形成了类似瘦肉的外观(公开号为:WO2008151381A1)。3D打印技术的异军突起也使得“人造肉”在模仿肉的外形上得以更为逼真。

  同时,美国“人造肉”创业公司Beyond Meat公司也不甘示弱,其通过在植物蛋白仿肉食品中增加主要由油脂、凝胶、香味分子、调味剂、脂肪酸等组成的试剂释放体系,使得其中的香味分子、调味剂、脂肪酸等得以缓慢释放,从而达到模拟食物烹饪时的嘶嘶声和香味的效果(公开号:WO2017070303A1)。

  针对培育肉的口感问题,VEIN提出在诱导细胞在三维基体上增殖时使其暴露于电流或震动中,获得口感更接近真肉的产品(公开号:US2005010965A1)。2013年,马克·波斯特利用相似的技术制作出了世界上第一只在实验室培养出的汉堡包,成为人造牛肉第一人。

  美国Modern Meadow公司则利用3D打印来制作“人造肉”:在可食用的微载体上培养大量的肌肉细胞以形成细胞微载体,微载体上包含水凝胶和多肽,将细胞微载体作为特殊的“生物墨水”,经3D打印机打印出具有期望尺寸和外观的“人造肉”(公开号:US2015079238A1)。

  “人造肉”的未来前景 

  虽然“人造肉”有良好的技术基础,但在走向大众餐桌的路上依然困难重重。“人造肉”大规模市场化的主要制约因素包括:1.生产成本过于高昂,目前培育肉的生产成本在几十万元左右;2.食物给人的感觉是错综复杂的,目前的“人造肉”产品在外形上、营养上均能达到和真肉基本相同,然而,对于影响食用体验的复杂口感尚难以较好地模拟;3.各个地区饮食文化差异较大,大众接受度难以预测;4.细胞培养制作“人造肉”可能会带来新的公共安全问题。尽管争议重重,“人造肉”为我们的肉类消费市场提供了一种不一样的选择,或许它会改变未来。

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