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。現(xiàn)實中，也有科學家認為食物是制約人類征服太空的重要因素。好消息是，這個問題正在被逐漸解決?，F(xiàn)如今，細胞培養(yǎng)肉，合成生物牛奶，營養(yǎng)強化重組米已經(jīng)逐漸陸續(xù)問世，未來還可能會有更多人造食品。

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、色彩等多個方面因素。其次，根據(jù)需求準備相應(yīng)的原材料，如植物纖維、淀粉、糖類等，并進行篩選和處理。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，因為其富含大量的蛋白質(zhì)和少量的脂肪。而另一種是利用動物干細胞制造出的細胞培養(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的科學家馬克·波斯特博士，終于在全球首次成功培育出了細胞培養(yǎng)肉。首先通過在活著的動物身上提取一小塊肉，然后將他拿到的肌肉組織進行過濾，把它分離成肌肉細胞和脂肪細胞，再把需要的肌肉細胞放置在培養(yǎng)皿中，加入血清進行培養(yǎng)。

血清會給肌肉細胞提供必要的營養(yǎng)物質(zhì)，如氨基酸、維他命、碳水化合物等，給細胞營造出仍存在于活體組織身上的感覺。細胞利用培養(yǎng)液中的各種營養(yǎng)成分進行自我復(fù)制與增殖，細胞增多后，會形成帶狀，就像自然的肌肉細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，利用食用菌對粗糧進行發(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驗室和工廠內(nèi)完成，整個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。

人造食品可以對食物營養(yǎng)成分進行改良，提升食物的營養(yǎng)價值。無論是人造牛奶、人造肉還是人造大米，它們的出發(fā)點都是基于傳統(tǒng)食品的營養(yǎng)成分組成和味道，采用合成生物學等手段進行復(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)人類的需要進行適當?shù)淖兏１热缯f人造牛奶在制作過程中會添加能夠調(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入其中，使其更有利于人類健康，比如加入具有保護心臟功效的歐米伽-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)強化和轉(zhuǎn)基因技術(shù)。

未來，人造食品會取代傳統(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，同時也有望在未來進行低成本和批量化生產(chǎn)，但在風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定需要時間和過程。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)有了比較明確的認識，但是食品中某些成分及其功能尚未完全深入研究。例如，以往我們認為膳食纖維是人類無法吸收和利用的“垃圾”，但隨著對腸道微生物重要性的認知，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。從這個層面而言，人造奶只能做到對牛奶的簡單模仿，無法做到真正意義上的替代和超越。

人造食品未來會應(yīng)用在哪些方面呢？

人造食品技術(shù)是人類認知和改造世界進程中非常重要的一步，對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達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，全球氣候的變化導致的自然災(zāi)害頻發(fā)，這些因素都會影響全球的糧食安全。面對這些問題，全球人類正在通過各種手段積極應(yīng)對，從調(diào)控人口增長到積極尋找新食品來源，但應(yīng)對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，當太空旅行時，后勤補給問題最為嚴峻。人造食品可以基于合成生物學技術(shù)在十分有限的空間內(nèi)，利用機物和無機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點是不是也是一件美事呢？

未來還會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)價值也幾乎別無二致的食品。當然，還可以用相同的技術(shù)制造植物魚，用細胞培養(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)的細胞的穩(wěn)定性仍較差。細胞的代謝、自我修復(fù)功能等等都會受到影響，因此所有的細胞在體外培養(yǎng)的過程中都會或多或少發(fā)生一些變化。另一方面，細胞在體外培養(yǎng)超過15代以后，細胞發(fā)生變異轉(zhuǎn)化成腫瘤的可能性非常大，但肌肉細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胞，而使用這種細胞只能產(chǎn)生兩種結(jié)果，一種就是已經(jīng)老化的細胞死去，另一種就是細胞發(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，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，導致糧食價格大跌，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，是否會對傳統(tǒng)食品行業(yè)產(chǎn)生影響，也當提前考慮。

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，還是需要保持審慎。

本文為科普中國·星空計劃扶持作品

作者：張宇

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

出品：中國科協(xié)科普部

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