太空旅行吃什么？人造食品或成未來主流

正所謂：“一日三餐，人間煙火”，活著就需要食物來滋養(yǎng)，以往我們食物主要來源于自然界可以直接或者間接食用的自然資源，比如谷薯、蔬果、肉蛋奶和菌藻等。幾千年來，我們已經(jīng)習(xí)慣了這種飲食，你可有想過在未來某一天，我們的食物可能是被造出來的嗎？

喜愛太空科幻題材電影的朋友，肯定注意過這樣的橋段，在外太空人們依靠人造的主食、肉類來維持生命?，F(xiàn)實(shí)中，也有科學(xué)家認(rèn)為食物是制約人類征服太空的重要因素。好消息是，這個(gè)問題正在被逐漸解決?，F(xiàn)如今，細(xì)胞培養(yǎng)肉，合成生物牛奶，營養(yǎng)強(qiáng)化重組米已經(jīng)逐漸陸續(xù)問世，未來還可能會(huì)有更多人造食品。

什么是人造食品？

人造食品又叫仿生模擬食品，顧名思義就是用科學(xué)手段把原料制作成類似天然食品口味的新型食品。

人造食品并不是假冒偽劣食品。提起人造，不少人會(huì)聯(lián)想到少數(shù)不法分子利用技術(shù)手段制造的偽劣食品，比如此前報(bào)道過的用塑料制作的大米和紫菜。人造食品與傳統(tǒng)食品一樣同樣具有可食用性和營養(yǎng)價(jià)值，區(qū)別就在與獲取的途徑不同而已。所以，人造食品的安全性是完全可以保證的。

人造食品是如何制造出來的？

人造食品的制造是仿生學(xué)原理和現(xiàn)代科技的結(jié)合。首先，需要確定需模擬食品的外形和結(jié)構(gòu)，尤其要考慮到食品的用途、口感、色彩等多個(gè)方面因素。其次，根據(jù)需求準(zhǔn)備相應(yīng)的原材料，如植物纖維、淀粉、糖類等，并進(jìn)行篩選和處理。再則，采用相應(yīng)的技術(shù)手段制造食物。例如3D打印技術(shù)和微生物發(fā)酵等，不同的食品制造的方法略有不同。

以人造肉為例，可分為兩種，其中一種人造肉又稱植物蛋白肉，主要靠大豆蛋白制成，因?yàn)槠涓缓罅康牡鞍踪|(zhì)和少量的脂肪。而另一種是利用動(dòng)物干細(xì)胞制造出的細(xì)胞培養(yǎng)肉，這種技術(shù)獲取的肉類更受關(guān)注。

2012年，荷蘭馬斯特里赫特大學(xué)的科學(xué)家馬克·波斯特博士，終于在全球首次成功培育出了細(xì)胞培養(yǎng)肉。首先通過在活著的動(dòng)物身上提取一小塊肉，然后將他拿到的肌肉組織進(jìn)行過濾，把它分離成肌肉細(xì)胞和脂肪細(xì)胞，再把需要的肌肉細(xì)胞放置在培養(yǎng)皿中，加入血清進(jìn)行培養(yǎng)。

血清會(huì)給肌肉細(xì)胞提供必要的營養(yǎng)物質(zhì)，如氨基酸、維他命、碳水化合物等，給細(xì)胞營造出仍存在于活體組織身上的感覺。細(xì)胞利用培養(yǎng)液中的各種營養(yǎng)成分進(jìn)行自我復(fù)制與增殖，細(xì)胞增多后，會(huì)形成帶狀，就像自然的肌肉細(xì)胞在活體組織中形成纖維，最終的組織就如同處理過的無骨肉一樣，最終就獲得了我們想要的細(xì)胞培養(yǎng)肉。

與人造肉不同，人造牛奶則使用的是3D打印技術(shù)。首先將奶牛的DNA序列打印出來，然后插入到酵母菌的DNA序列中來。再通過酵母菌的發(fā)酵獲得了酪蛋白、乳蛋白和乳球蛋白。然后再將這些蛋白質(zhì)與植物營養(yǎng)物質(zhì)及脂肪進(jìn)行混合，最終獲取與牛奶相近的液態(tài)食品。合成的牛奶與普通牛奶營養(yǎng)價(jià)值相差不大，但保質(zhì)期比普通牛奶明顯要長許多。

與傳統(tǒng)食品相比，人造食品的優(yōu)勢在哪呢？

人造食品增加了食品獲取途徑，縮短了生產(chǎn)周期，有更廣的應(yīng)用前景。受地理、季節(jié)、氣候等條件限制，傳統(tǒng)食品獲取存在一定限制性。比如，即便再高產(chǎn)的水稻，也要受氣象條件和病蟲害的影響，產(chǎn)量也無法做到穩(wěn)定。人造大米則不同，利用食用菌對(duì)粗糧進(jìn)行發(fā)酵加工，可以不分春夏秋冬，也不用在乎雨雪冰雹，只需3到4個(gè)月就可以獲取到人造的大米。再比如，人造肉的制作可以在實(shí)驗(yàn)室和工廠內(nèi)完成，整個(gè)過程中并不需要任何飼料，既提高了效率，又不受場景限制，十分適合在太空旅行和自然條件惡劣等環(huán)境中開展。

人造食品可以對(duì)食物營養(yǎng)成分進(jìn)行改良，提升食物的營養(yǎng)價(jià)值。無論是人造牛奶、人造肉還是人造大米，它們的出發(fā)點(diǎn)都是基于傳統(tǒng)食品的營養(yǎng)成分組成和味道，采用合成生物學(xué)等手段進(jìn)行復(fù)制與模仿。不但絕大部分營養(yǎng)成分與傳統(tǒng)食物一致，而且可以根據(jù)人類的需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖兏?。比如說人造牛奶在制作過程中會(huì)添加能夠調(diào)節(jié)腸道菌群的母乳低聚糖。人造肉在制作過程中也可以控制讓何種脂肪進(jìn)入其中，使其更有利于人類健康，比如加入具有保護(hù)心臟功效的歐米伽-3脂肪酸。所以，從營養(yǎng)成分角度來看，人造食品能夠讓其更營養(yǎng)，并且有望優(yōu)于營養(yǎng)強(qiáng)化和轉(zhuǎn)基因技術(shù)。

未來，人造食品會(huì)取代傳統(tǒng)食品嗎？

人造食品和傳統(tǒng)食品都將是我們餐桌的主要營養(yǎng)來源。即便人造食品的營養(yǎng)成分與傳統(tǒng)食物差異較小，同時(shí)也有望在未來進(jìn)行低成本和批量化生產(chǎn)，但在風(fēng)味以及人們長久以來形成的飲食文化方面仍無法取代傳統(tǒng)食品。

食物中成分和功能的認(rèn)定需要時(shí)間和過程。隨著現(xiàn)代食品分析技術(shù)的不斷發(fā)展，我們對(duì)食品中的主要營養(yǎng)成分的種類和含量都已經(jīng)有了比較明確的認(rèn)識(shí)，但是食品中某些成分及其功能尚未完全深入研究。例如，以往我們認(rèn)為膳食纖維是人類無法吸收和利用的“垃圾”，但隨著對(duì)腸道微生物重要性的認(rèn)知，膳食纖維其重要性也逐漸清晰，乃至于被歸結(jié)為第七大營養(yǎng)素。

以人造牛奶為例，很多人認(rèn)為牛奶中87%是水，剩下的就是蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪和維生素等物質(zhì)。實(shí)際上除了基本營養(yǎng)物以外，還有很多含量極低但有生物功效的活性物質(zhì)，如具有生物活性的β-乳球蛋白、α-乳球蛋白、乳鐵蛋白、免疫球蛋白等等。目前，我們的科學(xué)研究尚未完全搞清楚牛奶中到底有多少種生物活性物質(zhì)，都起著什么樣的作用。從這個(gè)層面而言，人造奶只能做到對(duì)牛奶的簡單模仿，無法做到真正意義上的替代和超越。

人造食品未來會(huì)應(yīng)用在哪些方面呢？

人造食品技術(shù)是人類認(rèn)知和改造世界進(jìn)程中非常重要的一步，對(duì)人類未來的生存和發(fā)展具有非常重要的意義。

一方面，未來世界人口仍面臨著巨大的糧食缺口。全世界每年消耗的糧食總計(jì)達(dá)12億噸，盡管世界糧食總產(chǎn)量逐年增加，但隨著人口的不斷增加，全球氣候的變化導(dǎo)致的自然災(zāi)害頻發(fā)，這些因素都會(huì)影響全球的糧食安全。面對(duì)這些問題，全球人類正在通過各種手段積極應(yīng)對(duì)，從調(diào)控人口增長到積極尋找新食品來源，但應(yīng)對(duì)糧食安全問題卻仍是力不從心。所以，傳統(tǒng)食品的人工仿制未來食品的一個(gè)發(fā)展方向。倘若有一天，地球真的變成資源枯竭，似乎只有人造食品才能真正的解決所有問題。

另一方面，人造食品有利于人類向太空探索。正如電影《流浪地球》一般，當(dāng)太空旅行時(shí)，后勤補(bǔ)給問題最為嚴(yán)峻。人造食品可以基于合成生物學(xué)技術(shù)在十分有限的空間內(nèi)，利用機(jī)物和無機(jī)物制造所需要的食物。無論是主糧、肉類還是奶類都能夠解決。既滿足了營養(yǎng)，又能夠提供適宜的口感，最重要的是方便供給，可以實(shí)現(xiàn)在特定環(huán)境下生產(chǎn)。試想，在翱翔于太空中喝一杯熱牛奶，吃一塊三明治，欣賞外太空的星星點(diǎn)點(diǎn)是不是也是一件美事呢？

未來還會(huì)有哪些人造食物值得期待呢？

人造食品技術(shù)可以用于很多方面，只要有需求就會(huì)有產(chǎn)出。例如，素食人群可以期待植物肉的出現(xiàn)，區(qū)別于傳統(tǒng)食物中的素肉，植物肉可以通過豆類蛋白、水、糙米、椰子油、甜菜汁和土豆等為原料制，制作成與肉類外形和口感相近，營養(yǎng)價(jià)值也幾乎別無二致的食品。當(dāng)然，還可以用相同的技術(shù)制造植物魚，用細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)制造更多的肉類食品，用3D打印技術(shù)制造更多的食品，甚至是肉類食物。

我們多久才能吃到人造食品呢？

人造食品的制造還有一定的壁壘，短期內(nèi)還無法大量供應(yīng)。以細(xì)胞培養(yǎng)肉為例，證明了利用肌肉在無菌狀態(tài)下體外增殖技術(shù)上是可行的，但規(guī)模尚小。一方面，雖然我們可以模仿細(xì)胞生長所需要的環(huán)境，并提供足夠的營養(yǎng)物質(zhì)，但體外培養(yǎng)的細(xì)胞的穩(wěn)定性仍較差。細(xì)胞的代謝、自我修復(fù)功能等等都會(huì)受到影響，因此所有的細(xì)胞在體外培養(yǎng)的過程中都會(huì)或多或少發(fā)生一些變化。另一方面，細(xì)胞在體外培養(yǎng)超過15代以后，細(xì)胞發(fā)生變異轉(zhuǎn)化成腫瘤的可能性非常大，但肌肉細(xì)胞本身的增值能力有限，因此在培育的過程中就要用到晚期的細(xì)胞，而使用這種細(xì)胞只能產(chǎn)生兩種結(jié)果，一種就是已經(jīng)老化的細(xì)胞死去，另一種就是細(xì)胞發(fā)生癌變，這些都增加了體外增殖的不確定性。

不過，任何新技術(shù)的出現(xiàn)都可能存在雙面性，在利用的同時(shí)，更要很好把控。

前蘇聯(lián)作家別利亞耶夫在科幻小說《永生糧》中有這樣的描述，未來人們利用菌類制造出了“永生糧”，只要放在空氣里，受陽光照射，就會(huì)通過合成氧而生長。而且，吃起來有果醬的味道。饑餓問題解決之后，卻帶來了其他問題?！坝郎Z”到處滋生，導(dǎo)致糧食價(jià)格大跌，農(nóng)民破產(chǎn)。這也為我們敲響了警鐘，人造食品技術(shù)在未來大行其道的同時(shí)，是否會(huì)對(duì)傳統(tǒng)食品行業(yè)產(chǎn)生影響，也當(dāng)提前考慮。

無論人造食品未來的發(fā)展如何，都是必然的趨勢。我們在抱有樂觀態(tài)度的同時(shí)，還是需要保持審慎。

本文為科普中國·星空計(jì)劃扶持作品

作者：張宇

審核：譚雨青中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院 副教授

出品：中國科協(xié)科普部

監(jiān)制：中國科學(xué)技術(shù)出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司