關于未來的城市，各行各業的領頭羊也許會有不同的想象：無人駕駛、人工智能、虛擬現實……但人是鐵飯是鋼，對于未來，廣大吃貨也許只關心一個問題：在未來的城市裏，我們吃啥呢？
2050年，地球上將會有98億人口，其中大約68%的人將會居住在城市裏。爲了確保全球98億人都能吃飽喝足、不餓肚子，我們需要將已有的食物産量提高70%。
目前，全世界的農業用地達到了總陸地面積的38%，已經基本處于飽和狀態。在未來，氣候變化所帶來的極端氣候將會給食物的生産和供給帶來更大的不確定性。
《星際穿越》裏曾描繪了這樣一個場景——地球氣候環境惡化，農作物枯萎病和沙塵暴肆虐，人類被迫回歸農業社會，和糧食危機搏鬥。如果星際穿越中描述的氣候災難真的來臨，除了像科幻片裏一樣移民太空，我們還有沒有別的辦法可以渡過難關？
圖源：星際穿越
有一種可能——我們可以脫離農田和牧場，在實驗室裏合成糧食。而且，這不需要看老天爺眼色、在實驗室裏就能創造出美味食物的未來，可能比我們想象中要來得更近。
肉，具備營養和美味雙重屬性，大自然的神奇創造。
一只土雞，從破殼而出開始，經過好幾個月的生長才達到理想的肉質。要在實驗室裏複制出這幾個月孕育出的生命結晶，使人造雞肉在營養價值和口感上都和正品足夠接近，絕對不是一件容易的事。
營養成分是相對容易解決的問題。肉的主要營養價值是蛋白質，所以制作人造肉的第一步一定是提取蛋白質做原料。蛋白質無非有兩個來源：植物和動物。用植物蛋白合成的叫植物肉，用動物蛋白做的……等等，可不叫動物肉，叫細胞肉！至于爲什麽，我們一會兒會細講。
先說說植物肉。大豆、豌豆、小麥，都是常見的植物蛋白來源。從這些植物中提取出蛋白質，主要原料就有了。再經過發酵、擠壓等一系列加工，加入調味料和色素，模擬出真肉的口感和外觀，就算完成。目前我們在國內已經能買到不少植物肉制品。
某爺爺的植物肉炸雞
圖源：Xinhuanet
用植物做肉早就不是什麽新奇的概念了。早從梁武帝時代開始，齋菜裏就用豆制品做的素雞來替代雞肉。不過顯然，植物肉看起來和吃起來都比素雞更像肉，因爲采用了更深層的加工方式。
素雞，它長得確實不咋像肉
圖源：sohu
比如，不是直接用大豆，而是單獨分離出大豆蛋白，然後把蛋白拉成絲，讓它們交織形成網狀纖維的樣子，來模擬真肉的紋理。爲了還原真肉那複雜而曼妙的口味，更要加入各種輔助調料：用椰子油還原肉的油脂香氣，小麥還原勁道口感……
豌豆牛排，好逼真的紋理！
圖源：novameat
植物肉致力于以假亂真，但實際上能做得多真就比較有爭議了。很多人覺得植物肉的味道和真肉相比還差得遠：要麽嚼久了還是有股大豆味，要麽就是差那麽點肉香。
所以商家爲了讓植物肉變得更好吃，也想破腦袋，可能會加入五花八門的調味劑。這其實導致了一個問題——
不少人吃植物肉是奔著健康去的：和動物肉相比，植物肉應該含有更低的熱量和飽和脂肪酸，對心血管健康有好處。但是爲了還原肉味加入的添加劑，有可能抵消了這些健康上的優勢。比如爲了增添油脂香氣加入的椰子油，就含有80%的飽和脂肪酸。爲了味道好，一般還會加大量的鹽（高血壓預警！）。
醒醒吧，食客
圖源：食力foodNEXT
所以，現在的植物肉面臨著一個兩難境地：如果要追求更接近動物肉的口感，勢必要添加較多的油脂和其他調味品，會帶來一些潛在的健康危害，如果要追求更健康的概念，那麽勢必口感會達不到許多消費者的標准。再加上不便宜的價格，植物肉對人們來說似乎還是一個“可以但非必要”的選項。
“豆子才不是肉！植物肉是東施效颦！”
面對這樣的呼聲，科學家不禁想：用植物以假亂真不算新奇，我們能不能在實驗室做出真正的肉來？
一塊肉，從根本上來說，就是動物身上的很多很多個細胞。我們在生物實驗課能用一塊培養皿養出一片細菌，那科學家能不能用相似的方法培育出組成牛排的細胞？
圖源：unSplash
培育動物的細胞當然比用培養皿養細菌要複雜得多得多得多。要讓細胞像在動物體內一樣生長繁殖，就要給它提供和體內足夠相似的生長條件，包括多種養分、溫度、濕度、酸堿度等等。
能讓細胞繁殖還只是第一步。光把細胞一股腦堆在一起是做不出一塊肉的。一塊瘦肉，用生物學的話講就是一個肌肉組織，是由肌肉細胞以特定的規律排列組成的，它們需要結構。
三種不一樣的肌肉組織，肌肉細胞以不同的形式排列
圖源：wikipedia
況且牛排裏可不是只有瘦肉！如果你是牛排品鑒行家，你一定知道牛排不同部位的劃分很講究。一塊牛排裏有瘦有肥還有筋，不同部位的肥瘦比例和分布都不一樣。
誰看餓了？
所以，做出一塊以假亂真的細胞肉至少要滿足這兩點：
1 材料：培育出多種細胞，讓它們能組成瘦肉、肥肉和筋等不同組織；
2 結構：把細胞組裝成組織，再把不同組織合起來，組裝成一塊肉。
材料的問題，用幹細胞就可以解決。幹細胞是生物身體裏的“萬細胞之源”，能分化成各種不同類型的細胞。
圖源：芥子SpeakGreen
從牛身上提取出幹細胞後，下一步就是把它們放在一個“支架”上。
這個支架是用可食用的材料，以3D打印技術制作出來的。支架可以給細胞提供結構支撐，引導它們分化和排列成我們想要的樣子。只要改變支架的結構，理論上就可以做出所有你喜歡的牛排種類：菲力、西冷、肋眼……更妙的是，你或許還可以自己選擇肥瘦肉和筋的比例和位置，實現牛排私人訂制自由。
細胞培育肋眼排
圖源：Aleph Farms
目前，已經有企業用這樣的技術在實驗室中成功培育出了一塊完整的牛排。除了牛肉，2020 年底美國一家初創企業生産的幹細胞雞塊（70%是培養的雞肉細胞，同時還添加了植物蛋白）已經獲得了監管部門的批准，可以在新加坡售賣，這也是全球首個商業化的培養肉産品，但是幹細胞肉全球廣泛應用還有很長一段路要走。
所以話說回來……既然都是肉，爲什麽要費這麽大勁，從零開始用細胞拼一塊出來？
首先，培育細胞肉的效率比養殖動物高太多了。一頭牛要養一年多才能出欄，而在實驗室裏只需要2-8周就可以培育出一塊細胞肉。
萬般呵護的新生肉肉
圖源：荔枝新聞
而且不只是時間上的效率，還有資源上的效率。牛吃下飼料後，飼料裏的能量大概只有10%被存在肉裏，其他的都被呼吸、進食、運動等過程消耗掉了。培育細胞肉避免了一大部分這種消耗，提高了能量的利用率。
細胞培育肉的環境影響也比動物養殖低得多。全球每年的溫室氣體排放中有14.5%來自畜牧業——這其中占比最大的是飼料生産過程的排放，和……牛打嗝和放屁排出的甲烷。
嗝~
圖源：THECONVERSATION
牛作爲反刍動物，胃裏有多種微生物，幫助它們把吃下的草轉化成容易消化吸收的營養。這個轉化過程就會産生大量甲烷氣體。雖然甲烷的排放量看起來沒有那麽多，但是它作爲溫室氣體，加劇氣候變化的威力要比二氧化碳高整整25倍。
除了碳排放，動物的糞便造成的汙染也是驚人的。我國的畜牧業每年會産生38億噸糞便，如果處理不好，糞便裏的抗生素、病菌等汙染物進入水源、土壤，可能會造成環境汙染和健康隱患。
有了細胞培育技術，就意味著我們可以更環保地吃上美味的肉。魚和熊掌兼得！
比用細胞培育出一塊牛排聽起來還科幻的，應該只有去年曾成爲熱點新聞的人工合成澱粉技術了。
去年，中科院天津工業生物所的科研人員首次實現了在實驗室用二氧化碳合成澱粉，這聽起來就跟用空氣變出面包一樣離譜。
不過好像也沒那麽離譜？
仔細想想，家門口的小草每天都在通過光合作用把空氣裏的二氧化碳轉化成碳水化合物。
這麽一想，人工合成澱粉的過程其實就是一個大型翻版光合作用。
光合作用當中，二氧化碳和水是原料，太陽光是能源，碳水化合物和氧氣是産物。
人工合成澱粉技術中，工廠排放的高濃度二氧化碳是原料，從太陽能轉化而來的電能和氫能是能源，澱粉是最終産物。利用電能和氫能，首先可以把原料轉化成簡單的碳氫化合物，比如甲醇。
不過，人工合成澱粉技術的最大難點其實是這之後的步驟：怎麽把像甲醇這樣的簡單碳氫化合物轉化成複雜的澱粉分子。
直鏈澱粉
甲醇
植物合成澱粉，需要經過60多步的反應和細胞之間的運輸。這些反應發生的前提，是要有各種相應的酶來催化它們。
實驗室裏，科研人員試圖尋找更加精簡的路徑，用更少的反應得到澱粉。他們先鎖定了幾十條可能的路徑，然後逐個嘗試。
實踐的過程中，用到的各種酶常常會“打架”，導致最後得到的産物跟理想中的相差甚遠。所以爲了讓反應的産物完全可控，需要反複的調整和試驗。
最終，科研人員把從二氧化碳到澱粉的反應簡化到了11步。這意味著我們能以比植物高太多的效率來合成澱粉了——人工合成澱粉的速率是玉米通過光合作用合成澱粉的8.5倍。種5畝地玉米得到的澱粉年産量，在實驗室用1立方米大小的生物反應器就可以得到。
成片的麥田會失業嗎？
圖源：istock
未來，當合成澱粉技術充分産業化，工廠的尾氣或許就不需要被排放進空氣裏，而是直接進入澱粉合成裝置，化廢氣爲資源——還是極爲高産的資源。
不過，我們和這樣的未來之間，還有一座叫“成本”的大山。要讓合成澱粉的成本降到農業種植的水平，還至少要將電能的利用效率再提高數倍、轉化澱粉的速率再提高數十倍。
當然，還有一個我們可能更關心的問題——合成澱粉好不好吃？
筋道面條
來源：iStock
雖然還沒人嘗過，但合成澱粉嘗起來至少不會和天然澱粉一模一樣——因爲目前實驗室能合成的只有直鏈澱粉，而天然的澱粉是由直鏈澱粉和支鏈澱粉分子共同組成的。由于直鏈澱粉的性質，用合成澱粉的面條或許會比一般的面條來得勁道，但由于缺乏支鏈澱粉，合成澱粉的面條會缺乏黏性，煮好後放久了容易糊。
所以在解決技術和成本問題後，合成食物將面臨的都會是類似的問題：植物肉吃著像肉嗎？合成澱粉做的蘭州拉面好吃嗎？細胞拼出來的水煮牛肉，跟吃草養出來的水煮牛肉是一個味兒嗎？
不要打破我心中的水煮肉片神話
圖源：iStock
比起突破技術和成本關卡，這些問題的答案更爲主觀，也更因人而異。也許細胞牛肉吃起來並不會和養殖牛肉一模一樣，但這可能只是意味著我們需要把細胞牛肉當作一種新的食材，創造出適合它的新的料理方式。
在合成食物逐漸普及的未來，我們將能用比自然更高的效率、以更低的環境代價，做出和自然盡可能相似的食材。完全複制自然可能很難做到，但是正因如此，適應性和創造性極強的人類將會孕育出怎樣的合成飲食文化，也不失爲一件值得展望的事。*★
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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
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· 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
審核：上海市疾病預防控制中心副主任醫師 營養學博士 汪正園
編輯：rain
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原標題：尾氣變面條？顫抖吧，未來城市的吃貨們
來源：上海科技館
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