蔬菜上也能“长肉”？科学家用具有天然仿生微结构的植物支架培育人造肉

BioMed科技 · 公众号 · · 2025-02-13 20:10

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人造肉是一种利用组织工程技术而非传统养殖方式培育的“肉”，尽管发展前景良好，但其较高的规模化生产成本不可忽视。

近期，清华大学与北京理工大学团队合作，提出了人造肉生物支架材料的“绿色”设计思路，他们利用便捷的高压蒸汽灭菌法（autoclaving）处理蔬菜，实现了对天然植物材料的高附加值改造。

该方法不仅提升了人造肉的仿生程度，还在降低生物材料成本和增强材料贴附细胞能力等方面表现出显著的优势。

图丨用高压蒸汽技术改造植物材料制备人造肉效果图（来源：刘烨）

审稿人对该研究评价称：“有趣的是，作者研究了多种用于培养肉的植物，发现对植物进行脱细胞化处理并非必要。如果植物能以原始形态使用，这将大大节省加工时间和成本。”

日前，相关论文以《在具有仿生硬度和微图案的高压灭菌蔬菜上培育肉类》（Growing meat on autoclaved vegetables with biomimetic stiffness and micro-patterns）为题发表在 Nature Communications [1]。

清华大学杜亚楠教授担任通讯作者，北京理工大学助理教授刘烨是第一作者兼共同通讯作者。

图丨相关论文（来源： Nature Communications ）

人造肉的制造需要生物支架材料，而获取这些生物材料主要有两种方式：一种是通过材料合成，另一种则是利用天然材料。

在人造肉生产中，植物材料是备受青睐的选择。目前，人们普遍采用脱细胞处理的方法来获取植物支架材料，尽管许多研究都采用了这种方法，但其贴附动物细胞的能力存在局限：传统的脱细胞方法通常只保留了植物的纤维素骨架，而丢失了植物中有益细胞贴附的天然酰胺基团。

为克服这一局限，研究人员开发了一种非常简便的方法：将植物材料直接放入高压灭菌锅中，进行高压蒸汽灭菌处理。由于细胞培养需要无菌环境，高压灭菌锅几乎是每个生物实验室的标配，通常在科学实验中用于灭菌。

将植物材料进行高压灭菌处理，具有三方面的优势。

首先，该方法提供了一种简单且快速的灭菌手段，这是生物材料处理过程中必不可少的步骤。

其次，经过高压灭菌处理后，植物材料获得了类似动物组织的力学性质。原本植物材料大多是硬而脆的，但人造肉需要具有类似动物组织的柔软度。通过控制高压灭菌的时间，可以使植物变得像肉丝或脂肪一样柔软。

再次，这种处理方式性质温和，基本不会破坏植物材料本身的优势，保留了植物天然的氨基酸残基和仿生微结构。“这些酰胺基团有助于动物细胞的贴附，使细胞在植物表面生长得更快、更健康。”刘烨说。

在实验室中，让动物细胞大批量生长是长期以来的难点之一，这也是人造肉领域备受关注但成本难以降低的重要原因。通过这种新方法，不仅保留了植物中有益的酰胺成分，还能够调控材料的硬度，并且实现了同步灭菌，整个过程非常简便，效果也非常理想。

值得关注的是，该技术从材料本身到制备方法在成本上都具有显著优势。所使用的材料如蘑菇、韭菜、丝瓜等都是常见的蔬菜，这些材料本身价格低廉且易于获取，可以大规模地从农场采购。另外，高压灭菌锅是生物实验室中常见设备且价格不高，进一步降低了材料制备成本。

此外，研究还展示了如何将培养的肌肉和脂肪细胞用于制作饺子馅和肉蛋挞，甚至制作出了肥瘦相间的蘑菇猪肉薄脆。

研究人员用“电子舌”检测了人造肉的酸味、咸味和鲜度，并与真实的猪肉进行了比较。结果发现，用植物支架制备的人造肉在酸、咸、鲜三个方面的表现接近真肉，甚至比真实猪肉鲜味更浓。

刘烨解释说：“这是因为我们在实验中使用了蘑菇作为培养基底，蘑菇能够提升鲜度。由于我们的产品是在食用蔬菜上培养出肌肉和脂肪，因此其风味与真实猪肉很相似，同时略带了蔬菜风味。”

具体来说，在蘑菇上培养人造肉会提升其鲜味；在韭菜上培养则会带有草本植物的清新味道。尽管这是一种新型的非传统肉类，它依然富含营养，也许是一种更健康的选择。

图丨肥瘦相间蔬菜肉片的生物制造和蔬菜肉饺子（来源： Nature Communications ）

“当然，并不是任何植物都能成为制备人造肉的材料，需要精挑细选。我一个不怎么做饭的人，有段时间经常跑去超市买各种菜，体验了一把‘神农尝百草’的劲头。”刘烨说。

经过大量筛选，研究人员发现只有某些特定的植物可以实现优秀的仿生效果。也就是说，只有那些能够模拟肌肉丝、脂肪微观结构的蔬菜，才能成为有价值的材料。

其中，韭菜和香菇具有天然的各向异性微观结构，能够引导肌肉细胞的定向排列和生长；而丝瓜则因其各向同性微观结构，成为培育脂肪细胞的“理想家园”。

“植物们都非常美。它们不仅仅是我们的绿叶，更是我们科学创造中的神奇魔法。深入研究植物的仿生微观结构，从细胞生物学的角度探索如何让肌肉细胞变成仿生的肌纤维，让脂肪细胞变成仿生的脂肪组织是值得研究的方向。”刘烨说。

需要了解的是，该方法不仅是简单地将细胞养在材料上，而是需要经过一段时间的发育。材料的特性决定了细胞是否能够形成长长的肉丝，或者圆圆的脂肪。其中，材料的微观结构起到了促进细胞分化的重要作用。

该课题组希望通过这项研究让更多人关注植物材料的新天地，并期望将这种方法转化到人造肉的产业化应用中。

蔬菜上也能“长肉”？科学家用具有天然仿生微结构的植物支架培育人造肉

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