現(xiàn)在，我們不僅能“釀”出肉，還能“釀”出皮鞋

發(fā)酵，指用微生物生產(chǎn)人類所需的產(chǎn)物的技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)從人類文明萌芽開始就伴隨著我們的生活，從河南舞陽(yáng)賈湖遺址發(fā)現(xiàn)的古酒距今已有9000年的歷史。如今的日常生活中，我們餐桌上的饅頭、面包、酸奶、大醬等，都屬于發(fā)酵食品。事實(shí)上，“釀造”這項(xiàng)技術(shù)，遠(yuǎn)比想象更加神奇。

白酒釀造技術(shù)。

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01 從釀酒到釀肉

如何做出一塊以假亂真的牛肉？發(fā)酵來幫忙，不難實(shí)現(xiàn)！雞肉、牛肉等肉類的主要成分是蛋白質(zhì)，而小小的微生物中蛋白質(zhì)含量極高，可達(dá)到干重的75%以上。要是我們能利用這個(gè)特點(diǎn)，在發(fā)酵罐中像釀酒一樣釀出肉來，不僅產(chǎn)出速度比牲畜快，還避免了檢疫等公共衛(wèi)生問題，豈不是實(shí)現(xiàn)了“吃肉自由”？

有些科學(xué)家選擇用類似培養(yǎng)細(xì)菌的方式直接在體外培養(yǎng)牲畜的肌肉干細(xì)胞，這些干細(xì)胞具有增殖、分化成肌肉細(xì)胞的功能，只要給他們提供適宜的培養(yǎng)基，也就是環(huán)境和食物，就可以長(zhǎng)成一團(tuán)肌肉細(xì)胞。這些肌肉細(xì)胞的性質(zhì)類似肉糜，它們加工成的漢堡肉餅和肉丸子已經(jīng)在生物制造展會(huì)和國(guó)外的某些概念性餐廳中亮相。

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但問題也隨之而來：這些肉糜的口感并不太好，吃起來沒有令人愉悅的感覺。明明成分和細(xì)胞種類都是相同的，為什么會(huì)這樣呢？

肌肉組織由肌纖維、肌內(nèi)膜、肌束膜等多個(gè)富含蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)有序組裝而成。這些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)構(gòu)建了肉的口感，僅是單純地培養(yǎng)肌肉細(xì)胞無法復(fù)刻。就像零件與汽車，把構(gòu)成一輛汽車的所有零件堆在一起并不能獲得汽車，必須要將這些零件按一定工序組裝，才能實(shí)現(xiàn)“汽車”這個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的功能。那么如何在發(fā)酵罐中復(fù)刻肌肉這樣精密的結(jié)構(gòu)呢？科學(xué)家在細(xì)胞生長(zhǎng)的過程中給他們搭建了“腳手架”，讓這些細(xì)胞能生長(zhǎng)成類似肌肉組織的結(jié)構(gòu)，吃起來更像肉。除此以外，還有科學(xué)家將肌肉組織拆解成脂肪、肉皮等多個(gè)部分，分別培養(yǎng)成型后再像組裝汽車一樣加工為成品。

除了培養(yǎng)肌肉干細(xì)胞以外，有的科學(xué)家還在微生物界中發(fā)現(xiàn)了類似肌纖維的結(jié)構(gòu)——真菌的菌絲體。菌絲體是真菌生命活動(dòng)中產(chǎn)生的一種絲狀結(jié)構(gòu)，主要成分包括蛋白質(zhì)和幾丁質(zhì)等。與動(dòng)物細(xì)胞相比，菌絲體天生具有彈性的纖維狀結(jié)構(gòu)，更容易復(fù)現(xiàn)肉類的口感。而作為“雜質(zhì)”存在的幾丁質(zhì)等多糖雖然不易被人體消化吸收，卻能夠促進(jìn)腸胃蠕動(dòng)，增進(jìn)健康。

真菌菌絲定殖植物根系的放大圖。

通過基因編輯改造，科學(xué)家讓真菌在發(fā)酵過程中可以合成出更多的蛋白質(zhì)，而且為了讓真菌合成的肉看上去更好吃，還讓它們能同時(shí)合成出甜菜紅素這種天然色素，好為菌絲蛋白染上“肉色”。這樣一來，發(fā)酵出來的菌絲蛋白看上去更像真肉，能讓人更有食欲。

雖然經(jīng)過技術(shù)改良，人造肉已經(jīng)可以在某些場(chǎng)合與傳統(tǒng)肉不分高下，但在喜愛美食的中國(guó)人眼中始終不夠理想。此時(shí)有人開始反過來思考：我們常形容難吃的肉類為“像皮帶”或者“像皮鞋”，那既然現(xiàn)代生物技術(shù)能“釀”出肉，那么同為蛋白質(zhì)類的皮革是否也可以被“釀”出來呢？

02 除了能吃，還能穿

從成分上看，雖然肉和皮革的主要成分都是蛋白質(zhì)，但蛋白質(zhì)的種類有所不同。傳統(tǒng)皮革的主要成分是各種細(xì)胞外基質(zhì)，比如膠原蛋白。這些纖維狀的基質(zhì)一層一層有序堆疊起來，形成了富有韌性的皮，再經(jīng)過化工方法鞣制形成成品皮革。要想用生物技術(shù)做出皮革，首先要讓微生物形成“層”狀結(jié)構(gòu)。這要如何實(shí)現(xiàn)呢？

我們通常把發(fā)酵技術(shù)分為兩種：液體發(fā)酵和固體發(fā)酵。這里的“液體”和“固體”指的是發(fā)酵的基底形態(tài)，也就是微生物生活的“家”到底是液態(tài)的還是固態(tài)的。

舉個(gè)例子，用牛奶制造酸奶屬于液體發(fā)酵，而用鮮豆腐制作毛豆腐屬于固體發(fā)酵。在菌絲體的發(fā)酵過程中，固體發(fā)酵供氧充足，菌絲體生長(zhǎng)更好，但液體發(fā)酵更容易在液體表面獲得一層類似牛奶表面奶皮的“菌絲體墊”，這層墊子可以整層揭下來，與皮革的層狀結(jié)構(gòu)非常類似。為了讓菌絲體墊長(zhǎng)得更快，科學(xué)家們對(duì)培養(yǎng)基的成分做了調(diào)整，創(chuàng)造出了一種新型的“糊狀發(fā)酵”，讓菌絲體在介于固體和液體之間的基質(zhì)上又快又好地長(zhǎng)出菌絲體墊。

更神奇的是，這樣制成的菌絲體皮革不僅環(huán)保，還有“自我修復(fù)”的能力。由于菌絲體墊由活體真菌組成，只要提供適宜的條件，它就能在破損后重新長(zhǎng)成一層完整的材料?？茖W(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過一定程度干燥和塑化處理的菌絲體墊依然保留了自我修復(fù)的能力，這提示我們微生物皮革或許可以減少皮革制品加工過程中的損耗。

03 結(jié)語(yǔ)

如今，我們已經(jīng)可以更精準(zhǔn)地操控“釀造”的過程，并篩選、改造更優(yōu)秀的生產(chǎn)菌種，生產(chǎn)味精、抗生素，甚至疫苗和抗癌藥物。

隨著生物技術(shù)的不斷進(jìn)步，“細(xì)胞肉”“菌絲肉”“菌絲皮革”等產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，雖然這些產(chǎn)品離真正推廣還有一定距離，但已經(jīng)逐漸推開了一扇通向未來的大門。除此以外，科學(xué)家還在開發(fā)更多異想天開的發(fā)酵產(chǎn)品：3D打印材料、農(nóng)藥、洗潔精……或許在未來的某一天我們生活中所有的物品，從肉到皮革，從藥物到假發(fā)，都可以從發(fā)酵罐中“釀造”出來呢？

參考文獻(xiàn)：

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作者：何一文 清華大學(xué)本碩，中學(xué)教師

審核：李旭 中國(guó)科協(xié)研究員，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)副教授

策劃：薛紅玉

出品：科普中國(guó)

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