蔬菜上也能“長肉”？科學家用具有天然仿生微結構的植物支架培育人造肉

人造肉是一種利用組織工程技術而非傳統養殖方式培育的“肉”，盡管發展前景良好，但其較高的規模化生產成本不可忽視。

近期，清華大學與北京理工大學團隊合作，提出了人造肉生物支架材料的“綠色”設計思路，他們利用便捷的高壓蒸汽滅菌法處理蔬菜，實現了對天然植物材料的高附加值改造。

該方法不僅提升了人造肉的仿生程度，還在降低生物材料成本和增強材料貼附細胞能力等方面表現出顯著的優勢。

審稿人對該研究評價稱：“有趣的是，作者研究了多種用于培養肉的植物，發現對植物進行脫細胞化處理并非必要。如果植物能以原始形態使用，這將大大節省加工時間和成本。”

日前，相關論文以《在具有仿生硬度和微圖案的高壓滅菌蔬菜上培育肉類》為題發表在《自然·通訊》。清華大學杜亞楠教授擔任通訊作者，北京理工大學助理教授劉燁是第一作者兼共同通訊作者。

人造肉的制造需要生物支架材料，而獲取這些生物材料主要有兩種方式：一種是通過材料合成，另一種則是利用天然材料。

在人造肉生產中，植物材料是備受青睞的選擇。目前，人們普遍采用脫細胞處理的方法來獲取植物支架材料，盡管許多研究都采用了這種方法，但其貼附動物細胞的能力存在局限：傳統的脫細胞方法通常只保留了植物的纖維素骨架，而丟失了植物中有益細胞貼附的天然酰胺基團。

為克服這一局限，研究人員開發了一種非常簡便的方法：將植物材料直接放入高壓滅菌鍋中，進行高壓蒸汽滅菌處理。由于細胞培養需要無菌環境，高壓滅菌鍋幾乎是每個生物實驗室的標配，通常在科學實驗中用于滅菌。

將植物材料進行高壓滅菌處理，具有三方面的優勢。

首先，該方法提供了一種簡單且快速的滅菌手段，這是生物材料處理過程中必不可少的步驟。

其次，經過高壓滅菌處理后，植物材料獲得了類似動物組織的力學性質。原本植物材料大多是硬而脆的，但人造肉需要具有類似動物組織的柔軟度。通過控制高壓滅菌的時間，可以使植物變得像肉絲或脂肪一樣柔軟。

再次，這種處理方式性質溫和，基本不會破壞植物材料本身的優勢，保留了植物天然的氨基酸殘基和仿生微結構。“這些酰胺基團有助于動物細胞的貼附，使細胞在植物表面生長得更快、更健康。”劉燁說。

在實驗室中，讓動物細胞大批量生長是長期以來的難點之一，這也是人造肉領域備受關注但成本難以降低的重要原因。通過這種新方法，不僅保留了植物中有益的酰胺成分，還能夠調控材料的硬度，并且實現了同步滅菌，整個過程非常簡便，效果也非常理想。

值得關注的是，該技術從材料本身到制備方法在成本上都具有顯著優勢。所使用的材料如蘑菇、韭菜、絲瓜等都是常見的蔬菜，這些材料本身價格低廉且易于獲取，可以大規模地從農場采購。另外，高壓滅菌鍋是生物實驗室中常見設備且價格不高，進一步降低了材料制備成本。

此外，研究還展示了如何將培養的肌肉和脂肪細胞用于制作餃子餡和肉蛋撻，甚至制作出了肥瘦相間的蘑菇豬肉薄脆。

研究人員用“電子舌”檢測了人造肉的酸味、咸味和鮮度，并與真實的豬肉進行了比較。結果發現，用植物支架制備的人造肉在酸、咸、鮮三個方面的表現接近真肉，甚至比真實豬肉鮮味更濃。

劉燁解釋說：“這是因為我們在實驗中使用了蘑菇作為培養基底，蘑菇能夠提升鮮度。由于我們的產品是在食用蔬菜上培養出肌肉和脂肪，因此其風味與真實豬肉很相似，同時略帶了蔬菜風味。”

具體來說，在蘑菇上培養人造肉會提升其鮮味；在韭菜上培養則會帶有草本植物的清新味道。盡管這是一種新型的非傳統肉類，它依然富合營養，也許是一種更健康的選擇。

“當然，并不是任何植物都能成為制備人造肉的材料，需要精挑細選。我一個不怎么做飯的人，有段時間經常跑去超市買各種菜，體驗了一把‘神農嘗百草’的勁頭。”劉燁說。

經過大量篩選，研究人員發現只有某些特定的植物可以實現優秀的仿生效果。也就是說，只有那些能夠模擬肌肉絲、脂肪微觀結構的蔬菜，才能成為有價值的材料。

其中，韭菜和香菇具有天然的各向異性微觀結構，能夠引導肌肉細胞的定向排列和生長；而絲瓜則因其各向同性微觀結構，成為培育脂肪細胞的“理想家園”

“植物們都非常美。它們不僅僅是我們的綠葉，更是我們科學創造中的神奇魔法。深入研究植物的仿生微觀結構，從細胞生物學的角度探索如何讓肌肉細胞變成仿生的肌纖維，讓脂肪細胞變成仿生的脂肪組織是值得研究的方向。”劉燁說。

需要了解的是，該方法不僅是簡單地將細胞養在材料上，而是需要經過一段時間的發育。材料的特性決定了細胞是否能夠形成長長的肉絲，或者圓圓的脂肪。其中，材料的微觀結構起到了促進細胞分化的重要作用。

該課題組希望通過這項研究讓更多人關注植物材料的新天地，并期望將這種方法轉化到人造肉的產業化應用中。

劉燁的研究興趣是利用各種生物工程手段制造具有仿生性能的人造器官。目前的主要研究方向是組織工程生物材料、人造肉、微流控器官芯片等。

她說：“作為一顆青椒，我并不是高產的品種。只是很喜歡做實驗，所以一直走在做實驗的路上，希望能一直走下去。”

未來，該團隊將進一步研究深層次的細胞生物學機制問題，并致力于提升植物材料的多維度性能。