细胞培养肉商业化进程、制约因素及政策建议

孙一文,周琳*,王晓红

(农业农村部食物与营养发展研究所,北京,100081)

摘 要 细胞培养肉是一种新型的食用蛋白质来源,可以提供与传统肉类相似品质和口感的肉类产品,具有环境污染可控、动物疫病传播风险小等优点,有利于促进肉类供给系统向更丰富的生物资源拓展,保障食物与营养安全。为贯彻“大食物观”理念和实现“碳达峰、碳中和”目标提供有效发展路径。随着细胞培养肉技术的不断成熟以及新加坡和美国细胞培养肉产品的上市销售,细胞培养肉商业化发展已经取得了显著的进展,实现了从技术示范到规模生产的突破。但该产业未来发展仍面临突破关键技术、降低生产成本、提高市场接受度、完善监管标准等诸多挑战。该文通过回溯全球细胞培养肉技术、企业、社会资本以及政府监管发展历程,将细胞培养肉商业化发展进程划分为3个阶段,全面分析了细胞培养肉产业发展面临的核心制约因素,并结合国内外产业发展情况,提出推动中国细胞培养肉产业发展的政策建议。

关键词 细胞培养肉;肉类产业创新;商业化进程;政策建议

随着国民收入水平的提高,消费水平的不断升级,以及全球人口的持续增长,未来全球肉类消费需求将继续保持增长态势,但传统畜牧业的发展面临全球变暖、水土资源和环境约束的巨大压力和挑战,肉类供给系统亟需转变,以更可持续方式应对人口增加的压力和资源环境的约束。细胞培养肉是‘大食物观’和‘双碳’战略的融合与具体实践。作为新型肉类来源提供蛋白质、维生素、矿物质等营养成分,有望给消费者提供更多元的肉类消费选择,并填补肉类消费需求增长的缺口。根据联合国经济和社会事务部的预测,2050年全球人口达到97亿[1]。同时肉类需求也将大幅上升,预计到2050年肉类需求量将增至4.47亿t,较之2020年的3.31亿t增长35.05%[2]。中国是世界上最大的肉类消费国,人均肉类消费量呈增长趋势。根据国家统计局和海关总署发布数据计算,2022年中国人均肉类消费量为65.4 kg,与1995 年相比增加了增加21.9 kg,增幅为50.5%,1995—2022年均增速1.5%。预测显示,未来中国肉类需求仍有增长趋势,消费峰值达到70~75 kg的可能性非常大。同时,传统畜牧业发展对环境资源的影响也日益加剧。传统畜牧业温室气体排放占全球总排放的18%,甲烷占比为37%[3]。中国是农业大国,畜牧业是中国农业的两大支柱之一,而中国畜牧业在农业非二氧化碳温室气体排放中占比80%[4],其中肠道发酵和粪便管理占农业温室气体排放总量的43%[5-6]。此外,传统畜牧业生产方式受制于动物生长周期,非洲猪瘟、禽流感等动物疫病的流行也给传统畜牧生产带来了不确定性的风险[7]。2018年首次在中国境内爆发的非洲猪瘟疫情对中国生猪产业及猪肉市场供应和价格带来了巨大冲击,加之大豆、玉米等饲料原料的进口依赖[8],未来肉类稳定供应仍面临诸多风险挑战。

细胞培养(培育)肉是一种新型肉类蛋白来源,依托于动物肌肉的生长、发育和损伤修复机理,在培养基环境中经过规模化扩增、细胞分化等关键环节,最终通过食品化加工形成营养可调控且口感优良的肉类制品[9-14]。较之传统畜牧业,细胞培养肉具有节约环境资源、减少人畜共患病、保护动物福利和营养精准调控等优点。细胞培养肉商业化的发展将通过改变传统畜牧业大规模、集约式的肉类生产模式,推进“农粮畜纵向一体化”发展[15],减少人畜共患疾病的发生[16],缩减饲草种植规模从而降低世界粮价[17],促进工业化农业发展提高生产效率[18-19]。此外,细胞培养肉技术不仅可以提供高品质和安全的肉类食品,满足人们日益增长的消费需求,还可以应用于太空、深海探索以及应急抢险等特殊领域的食品供应。现阶段,全球多个国家已经研制出多种类型的细胞培养肉产品,涵盖了牛、猪、禽、海鲜等不同的肉类[20]。回顾近年来细胞培养肉的发展历程,全球多个国家正在积极推进细胞培养肉产业的商业化发展进程。2020年12月,新加坡成为全球首个批准销售细胞培养鸡肉的国家[21]。2022年11月和2023年6月,美国食品和药物管理局(Food and Drug Administration,FDA)和美国农业部(United States Department of Agriculture,USDA)也正式通过了两家企业的细胞培养肉安全性审批和标签审批,允许细胞培养肉产品上市销售[22-23]。在这一背景下,多个发达国家都已关注细胞培养肉这一新型技术的安全监管问题。尽管目前中国并未正式批准商业化细胞培养肉的上市销售,但细胞培养肉的发展受到了极大的关注。2021年,农村农业部印发的《“十四五”全国农业农村科技发展规划》中,首次提到将细胞培养肉作为国家下一个五年积极参与的领域[24];2022 年,国家发展和改革委员会引发的《“十四五”生物经济发展规划》,提出将发展合成生物学技术,探索研发“人造蛋白”等新型食品,实现食品工业迭代升级[25],这些将为细胞培养肉在中国市场的推广和商业化落地提供有力政策支持环境。

1 细胞培养肉商业化进程

商业化是某项技术从实验室走向市场的过程,它涵盖了产品的研发、规模化生产,以及最终的市场推广和销售。细胞培养肉的商业化发展不仅是技术成果的转化,更意味着通过技术创新推动产业进步,引领农食系统向更高效、更环保的生产方式转变。借鉴杨娜对商业化进程的分类[26],本文通过回溯世界各国细胞培养肉技术、企业、社会资本以及政府监管等方面的发展历程,从商业化发展的角度可以将细胞培养肉产业的发展过程划分为3个阶段:第一阶段是细胞培养肉商业化准备阶段(1931—2010年),该阶段核心特点是细胞培养肉的概念提出和理论基础探索;第二阶段是商业化示范验证阶段(2011—2018年),随着首个细胞培养肉实验室原型的诞生,细胞培养肉从概念形成走向实验室规模技术研发,该阶段的核心特点是细胞培养肉技术验证和商业示范均得到进一步检验和推广;第三阶段是商业化加速推广阶段(2019—2030年),该阶段核心特点是细胞培养肉的社会资本规模扩大和生产成本降低,并得到了政府的安全监管批准开始获批上市销售推广。

1.1 商业化准备阶段

商业化准备阶段是细胞培养肉发展的初始阶段,主要标志是生物工程、组织工程和干细胞技术等相关技术的进步带动细胞培养肉基础技术的不断积累。这个阶段的重要里程碑包括细胞培养肉概念的形成,政府和公共部门的资助以及技术和理论基础的发展。

表1 准备阶段事件记
Table 1 Chronology of events during the preparatory phase

时间国家事件1931年英国英国前首相丘吉尔首次提出细胞培养肉的概念[27]1971年美国ROSS用豚鼠主动脉进行了首次肌纤维体外培养实验[28]1999年荷兰WESTERHOF成功申请肌肉细胞在胶原基质上分裂增殖的细胞培养肉生产工艺专利[29]2002年美国美国国家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration,NASA)资助开展细胞培养金鱼肉研究[30]2004年美国New Harvest研究机构成立开始细胞培养肉研究[31]2004年美国VEIN成功申请利用多能间充质干细胞生产食用细胞培养肉的工艺专利[32]2005年荷兰荷兰政府机构Senter Novem资助多所高校开展细胞培养肉研究[33-34]2009年中国南京农业大学开展以细胞培养肉为研究目的干细胞成肌诱导分化研究[35-36]1960—2000年全球肌肉形成与干细胞增殖分化机制已被揭示,同时组织工程学的发展为细胞培养肉技术实现奠定了基础[12]

注:数据来源:根据公开报道信息整理。

细胞培养肉的概念形成起源于丘吉尔在1931年的构想,他预言了未来人类可以用一小块肌肉组织培养出大量的食用肉,这一设想在后来被众多科研人员引用并进行探索[27]。2009年《时代》杂志宣布,细胞培养肉是年度50个突破性创意之一,细胞培养肉的概念逐渐进入公众视野[37]。随着概念的逐渐形成,公共部门的投入促进了细胞培养肉技术逐渐由基础研究向应用探索发展。在美国,NASA自2002年起开始对细胞培养金鱼肉进行资助,期望在太空探索中保障提供营养供应[30];New Harvest研究机构也在2004年成立,专注于针对牛奶、鸡蛋和肉类的细胞工业生产的食品研发与推广工作[31]。荷兰政府自2005年开始资助细胞培养肉的基础研究,以探索其生产技术的可能性[33-34]。与此同时,中国的南京农业大学于2009年开始了以细胞培养肉为目标的研究项目,以推动该技术在中国的发展[35-36]

得益于肌肉形成与干细胞增殖分化机制的揭示,以及组织工程学的进步,共同为细胞培养肉技术的发展奠定了基础[12-13]。上世纪70年代,ROSS成功进行了首次肌纤维体外培养实验[28]。1999年,WESTERHOF申请了细胞培养肉生产工艺专利,他将肌肉细胞接种在胶原基质上,诱导它们分裂增殖[29]。2004 年,VEIN成功申请利用多能间充质干细胞生产食用细胞培养肉的工艺专利[32]。此后,科研机构的研究和开发工作得以加速,于2011 年制造出了实验室级别的细胞培养肉原型。临床医学和食品科学的进步也揭示了肌肉形成的机制,从而为细胞培养肉技术的实现奠定了理论基础。

1.2 商业化示范验证阶段

商业化示范验证阶段的主要标志是第一个细胞培养肉实验室原型的诞生和首家细胞培养肉企业的成立,该阶段的突出特征是细胞培养肉从理念到现实的转变,并通过示范效应吸引社会资本的关注和投入。在这一阶段的核心任务是推动细胞培养肉技术的研发和推广,主要涉及技术验证和商业示范两个方面。

技术验证旨在检验新技术的生产可行性,发现并解决存在的问题,为商业化做好准备。从概念提出到实验室制造,再到公开展示,都涉及了多个学科的合作和创新。2011年,POST成功培养出全球首个细胞培养肉片,标志着细胞培养肉技术从理论到实践的突破。同年,TUOMISTO采用生命周期评价(LCA)对细胞培养肉制品的环境影响进行评价,为细胞培养肉技术在资源环境方面可能存在的优势提供理论基础[38]。此外,研究发现成体细胞可转变为多能状态干细胞,为细胞培养肉技术发展提供了重要的理论支撑。2013年,POST利用动物干细胞制造出细胞培养肉肉片,并在荷兰公开展示了世界上首个细胞培养肉汉堡,该产品由超过20 000条细小的肌肉组织制成,但其成本超过30万美元,需要2年时间才能生产出来。这一事件引起了全球的关注和讨论,也暴露了细胞培养肉技术在成本、效率、品质等方面还存在的挑战。

商业示范是在前期技术可行性验证的基础上,进一步检验细胞培养肉的商业服务能力,实现技术推广和关键技术的突破。例如:2016年美国Memphis Meats通过网络视频方式展示其所培养的牛肉丸子[39],并于2017年进一步展示了其所培养的家禽(鸡、鸭肉)[40];2018年荷兰Aleph Farms研发出用细胞培养的人造牛排,并在2019年积极引用3D打印技术以提高细胞培养肉产品的口感[41];2018年荷兰Meatable利用动物脐带中的多能干细胞作为种子细胞,避免了胎牛血清的使用[42]。自2011年初Eat Just成立,企业和社会融资情况如图1所示(数据截止至2021年),此阶段细胞培养肉企业陆续成立,以每年58%的增长速度增至2018年38家企业,社会融资40笔,共计融资0.83亿美元。

图1 2011—2018年企业数量与投融资情况
Fig.1 Number of companies and investment and financing, 2011—2018

注:数据来源:2022年谷孚(GFI)产业研究报告[43]

表2 示范验证阶段事件记
Table 2 Chronology of events during the demonstration and validation phase

时间国家事件2011 年美国全球第一家细胞培养肉公司Eat Just成立[43]2011 年荷兰TUOMISTO首次对细胞培养肉开展生命周期分析(LCA)评估其环境资源占用情况[38]2011 年荷兰POST利用牛干细胞培养出长2.5/cm、宽1/cm的肉片[44]2012 年英国、日本GURDON和YAMANAKA发现成体细胞可转变为多能干细胞,共同获诺贝尔生理学或医学奖[45]2013 年荷兰POST首次研发出可以食用的细胞培养肉,培养出第一块细胞培养肉汉堡[12,46]2015 年荷兰POST成立Mosa Meat,推动细胞培养肉商业化生产[47]2018 年以色列以色列研发出细胞培养牛排[48]2016—2018 年美国、荷兰初创企业如Memphis Meats、Aleph Farms、Metable等积极推广细胞培养肉技术

注:数据来源:根据公开报道信息整理。

1.3 商业化加速推广阶段

商业化进程加速阶段也是规模化降低成本阶段,此阶段的标志是细胞培养肉开始纳入部分国家监管,并批准出售细胞培养肉产品,社会资本规模扩大,降低生产成本并实现一定规模的生产和销售,此阶段需要解决的核心问题是市场准入、克服成本下降的不确定性和保证投资收益的稳定性。未来细胞培养肉的发展前景取决于多种因素,据麦肯锡预估报告,如果消费者接受这些产品,到2030年全球市场每年的销售额将达到250亿至200亿美元,潜在的巨大市场容量能否实现将取决于成本降低、量产能力与市场监管等先决条件的实现[49-51]。因此,本文选择2030年作为商业化的加速阶段关键时间节点,以探讨细胞培养肉在未来十年内可能面临的机遇和挑战,此阶段的主要发展内容包括技术成本降低、市场监督准入和商业化扩大三个方面。

表3 加速阶段事件记
Table 3 Chronology of events during the Accelerated phase

时间国家事件2019 年美国美国食品和药物管理局与美国农业部针对由禽类与家畜细胞培养的食品设计初步控管系统[52]2019 年全球人造肉入选全球年度十大突破技术[53]2019 年中国南京农业大学“细胞培养肉创制关键技术”项目通过中国农学会鉴定,并培养出中国第1块细胞培养肉[54]2019 年日本日本东京大学和日清食品公司利用牛肌肉细胞培养出块状的“人造牛排”[55]2020 年中国政协委员孙宝国建议加大人造肉的研发投入建立健全法律法规[56]2020 年中国中国肉类食品综合研究中心“培育肉制造关键技术及产品研究”项目通过了中国轻工业联合会成果认定[57]2020 年以色列以色列总理内塔尼亚胡成为世上第一个食用细胞培养肉的国家元首[58]2020 年欧盟欧盟开展地平线项目支持细胞培养肉工业化和商业化发展研究[59]2020 年新加坡批准Eat Just在新加坡出售细胞培养鸡肉[21]2021 年中国中国工程院咨询研究项目《生物培育肉的发展战略研究》通过验收[60]2022 年联合国细胞培养肉和细胞农业作为限制有限自然资源压力的方法出现在最新的IPCC报告中[61]2022 年荷兰荷兰众议院允许在荷兰境内可控条件下品尝细胞培养肉[62]2022 年中国江南大学“细胞培养五花肉制备关键技术”项目通过了中国轻工业联合会成果鉴定[63]2023 年美国批准Upside Foods和GOOD Meat在美国出售细胞培养肉[64]2023 年中国浙江大学“细胞培养鱼肉的关键技术”项目通过了中国轻工业联合会成果鉴定[65]2023 年中国国家卫健委食品安全风险评估中心正在进行细胞培养肉安全性评估调研工作[66-68]2023 年联合国、世界卫生组织联合发布了《细胞培养肉食品安全说明》,总结了细胞培养肉食品安全风险和监管模式[69]

注:数据来源:根据公开报道信息整理。

为了提高细胞培养肉的质量和效率,技术成本的降低是关键的因素。技术成本主要受到培养基和支架材料制备的两方面影响[14,70]。一方面,培养基原料是细胞生长和分化所需的营养物质,目前常用的是含有动物血清的培养基,但这种培养基不仅价格昂贵,而且存在伦理和安全问题。因此,研究人员致力于开发无血清或植物源的培养基,以降低对动物的依赖和成本。例如,STOUT等提出了一种利用植物蛋白和合成生长因子制备无血清培养基的方法[71],Mosa Meat已经提交了关于无血清增殖培养基(PCT/P125933PC00)和无血清分化培养基(JBB/P126144 NL00)的专利申请,成功地开发出完全不含动物成分的培养基材料[72]。另一方面,支架材料是细胞三维培养和形成肌肉纤维结构所需的载体,目前常用的是合成高分子或天然高分子材料,但这些材料可能存在生物相容性、可降解性、可食用性等问题。因此,研究人员致力于开发新型的支架材料,以提高细胞培养肉的品质和口感,诸如明胶纤维[73]、可食用多孔蛋白质支架[74]等在生产工艺得以创新使用。

监管和市场准入是影响细胞培养肉商业化进程中的关键节点。政策和监管体系应起到激励企业实现生产效率的提高,降低成本并确保食品安全问题的作用。目前,已有部分国家率先审批了细胞培养肉的安全性并批准了上市销售。例如,新加坡食品监管部门批准了Eat Just培养的鸡肉产品在当地上市,这是全球首个细胞培养肉的商业化案例;美国也正式认可了Upside Foods和Good Meat生产的细胞培养肉产品安全。此外,2023 年联合国粮农组织(Food and Agriculture Organization of the United Nations,FAO)和世界卫生组织(World Health Organization,WHO)联合发布了《细胞培养肉食品安全说明》,详细总结了与细胞培养肉产业相关的生产技术、食品安全风险和监管模式等关键信息,为各国提供了可行性参考,也为细胞培养肉的全球推广和普及创造了有利条件[69]

随着越来越多细胞培养肉企业进入中试生产车间,开始初步进入量产,该领域的创业投资持续快速增加。图2显示了2019—2022年期间,企业和社会融资的状况。在这个阶段,细胞培养肉的商业化水平有了进一步的提升,专门从事细胞培养肉原料或最终产品研发的创业企业数量以21%的年均速度增长到156 家,社会融资225笔,共计融资27.43亿美元。其中,2022 年已公开的投资额为8.9 亿美元,占2016—2022年全部融资总额28.26亿元的31.71%。

图2 2019—2022年企业数量与投融资情况
Fig.2 Number of companies and investment and financing, 2019—2022

注:数据来源:2022年谷孚(GFI)产业研究报告[43]

图3 细胞培养肉企业对外公布价格趋势图[49]
Fig.3 External published prices for cultivated meat products

2 细胞培养肉商业化发展的制约因素

2.1 关键技术因素

细胞培养肉的商业化发展面临着全产业链关键技术发展水平的制约。从生产全过程来看,细胞培养肉的关键技术主要包括4个关键环节。第一个环节是动物细胞制备,此环节包括种子细胞的来源和提取技术,种子细胞的鉴定技术,种子细胞的冻存和复苏技术,细胞资源库的工程化等内容。其中,细胞资源库的构建是此环节的核心技术,选用的种子细胞必须具备易获取性和基因稳定性。第二个环节是细胞大规模扩增培养,此环节的技术涉及无血清培养基的制备,细胞干性维持技术,大规模生物反应器研制,细胞大规模扩增培养等方面。其中,无血清培养基的制备和细胞干性维持是此环节的核心技术。无血清培养基可以满足大规模细胞培养的需求,同时降低生产成本并避免使用动物源性成分[75]。细胞干性维持技术致力于在大规模扩增中保持细胞的未分化和自我更新能力,通过优化培养条件、利用特定生长因子及信号通路调控剂,以及基因编辑维持端粒酶活性以实现细胞的干性和增殖能力维持[76,12]。第三个环节是细胞三维培养和分化,此环节的技术包括可食用3D支架材料、3D生物打印设备、生物墨水的制备以及细胞分化培养基的研发等方面。可食用3D支架材料是该环节的核心技术,它能够为肌源性细胞提供适宜的生物学环境,促进其增殖和分化,形成肌肉组织[77]。第四个环节是食品化加工成型,此环节的核心问题是精准营养调控,包含细胞培养肉的成型化加工,细胞培养肉的构成与营养,细胞培养肉的食用方式,细胞培养肉后加工技术工程化等内容[78]。以上关键环节的攻克为实现细胞培养肉的大规模生产和安全生产提供了技术基础。目前,中国细胞培养技术已经覆盖干细胞的分离培养,干性维持,3D打印以及规模化培养工艺等方面。然而核心原料试剂(包括血清、细胞培养基和细胞因子)还主要依赖进口,规模化生物反应器和工艺放大等方面的技术仍有待提升和突破。

2.2 量产能力因素

细胞培养肉的量产能力是行业发展的重要指标,直接反映了细胞培养肉的生产效率和市场供应能力。在推动细胞培养肉规模化生产的过程中,许多企业通过新建或租赁中试车间、收购或并购其他企业等方式已初步实现量产。从现有公开披露数据(表4)来看,细胞培养肉的生物反应器产能目前仍然局限于千升级别,各相关企业宣布的年产量在20~180 t变动。然而,一份针对美国市场的消费者调查结果指出,在价格相同情况下,细胞培养肉有望占据肉类市场份额的5%。FAO的2020年数据显示,美国当年的肉类消费量高达4 257.6万t,据此估算,细胞培养肉在美国的潜在需求量应接近200万t。目前的生产能力显然还未达到满足市场需求的程度,需要进一步的技术创新和产能扩展。

表4 细胞培养肉企业产能与设备建设情况
Table 4 Capacity and equipment investment in Cultivated meat companies

企业国家成立时间产能生物反应器Eat Just美国、新加坡2011 年-6 000 L[79]Mosa Meat荷兰2013 年每年180 000 kg[80]1 000 L[81]Upside Foods美国2015 年每年22 680 kg[82-83]-New Age Meats美国2017 年--Aleph Farms以色列2017 年每年180 000 kg[84]-MeaTech比利时2018 年--Future Meat以色列2018 年每年180 000 kg[85]-周子未来中国2019 年-500 L[86]CellX中国2020 年-1 000 L[87]佰鸿中国2023 年-1 000 L[88]

注:数据来源:本文所使用的数据均来自公开报道,“-”为未披露信息,产能信息作者已将磅转化为千克作为单位。

表5 细胞培养肉企业对外公布价格情况
Table 5 External published prices for cultured meat products

企业名称国家肉种发布时间价格/(美元/kg)Memphis meats(upside foods)美国肉2016 年02 月40 000[93,49]Finless Foods美国金枪鱼2018 年02 月15 432[94]Vow澳大利亚袋鼠2019 年08 月1 350[95]Future Meat以色列牛肉2019 年10 月440[49]Future Meat以色列家禽2021 年12 月17[49]

注:数据来源:本文所用数据均来自公开报道,作者已将磅转化为千克作为单位。

为进一步提高量产能力,细胞培养肉企业仍面临设备投入、原料供应及生产工艺3个挑战。设备投入作为生产的基础条件,对生产规模和质量产生决定性影响。同时,企业需通过批量采购关键设备和原料,与设备供应商建立长期合作关系,引进先进的设备技术,从而提高设备投入水平。此外,原料供应则是生产的关键要素,它对生产成本和产品质量有直接影响。企业必须确保基本原料如葡萄糖和培养基的稳定供应,合理规划生产批次和规模,并提供适宜的生物反应器。通过工业设计改进和规模化生产,企业还可以降低单位成本。生产工艺是影响生产效率和产品质量的核心因素。企业需要建设无菌生产线,开发适合规模化生产的工艺流程和参数设置,优化生物反应器的设计和运行条件,提升产品形态和口感的多样性和可控性。

2.3 成本价格因素

细胞培养肉的生产成本是其市场竞争力的关键。目前,与传统动物蛋白相比,细胞培养肉的生产成本仍相对较高。过去十年,细胞培养肉的生产成本经历了巨大的下降。2013年荷兰科学家Post开发出售价为33万美元的第一个细胞培养肉汉堡,到2020年以色列Super Meat制作一个汉堡的成本降至35 美元,细胞培养肉的价格已经下降了99%[89]。根据各企业披露信息,2021年Future Meat公布细胞培养肉价格为每公斤17美元。参考相关论文数据,细胞培养肉的平均生产成本预计为每公斤63 美元[90-91]。若通过进一步扩大反应器规模,预计生产细胞培养肉的成本有望降低至每公斤17美元[92]

细胞培养肉主要成本由细胞培养基、生物反应器以及劳动力三个部分构成[90],其中,原材料占比最高,且降低其成本具有一定难度。NEGULESCU的研究显示,在42 000 L的生物反应器中,原材料占成本的43%[92],与GOMEZ关于细胞培养基成本占总成本55%~90%的估算基本相符[91]。在生物反应器规模扩大到211 000 L和262 000 L时,由于生产规模效应递减使其他成本得以降低,从而导致原材料成本占比升至73%和85%[92]。为了进一步降低成本并优化生产流程,未来研究将主要集中在以下两方面:一是,开发可持续且经济的培养基替代品。胎牛血清长期作为细胞培养的标准培养基的重要组成成分,但存在高成本、伦理争议和供应不稳定性等问题。因此,未来培养基研发应着重转向以植物或微生物来源的培养基作为替代。二是,优化并扩大生产生物反应器规模。规模化生产可以有效地降低细胞培养肉的成本,采用42 000 L的搅拌槽生物反应器(STR)时,每公斤生产成本为35美元;而如果使用211 000 L的搅拌槽生物反应器(STR)或262 000 L的气提反应器(ALR),每公斤生产成本分别降至25美元和17美元[92]

2.4 市场接受因素

除了技术上的挑战,细胞培养肉目前在价格、口感等方面仍与传统肉类有一定差距。在保证食品安全的前提下,消费者最关注的是细胞培养肉的口感是否好[96],其次是价格是否合理和购买是否便捷。这些因素将决定细胞培养肉能否走入国民日常饮食生活。当前消费者对细胞培养肉产品的认知有限,根据国际经验和国内调查,只有约15%的消费者了解细胞培养肉,而在提供产品介绍后,消费者对细胞培养肉的购买意愿平均在30%~60%[97-101]

在未来的市场开发过程中,应结合细胞培养肉的肉类商品范畴,综合考虑消费者认知、消费态度和产品价格。由于当前消费者对细胞培养肉缺乏客观认知,难以做出理性判断,因此有必要加强产品科普,提高消费者对新产品的熟悉度,从而增加消费者对细胞培养肉的接受度。从消费态度上来说,合理的认知与熟悉感是消费者购买决策形成的重要基础,也方能消除对新食品的恐惧。不自然、恐惧等初始感知引发的消费者对口感、生物技术不信任、安全隐患等问题的担忧[97,102]。在价格方面,尽管当前细胞培养肉产品价格较之传统肉类更高,但结合植物蛋白或生物发酵技术产生的蛋白质和脂肪,有潜力降低生产成本并加速其在市场上的推广。从消费者特征上来说,年轻、高知男性的消费者更有可能成为细胞培养肉的潜在消费者[103-104],该群体在未来市场中将充当“创新者”角色主导市场吸引更多、更广泛的消费者进入成为细胞培养肉的潜在消费者。

2.5 标准与监管问题

细胞培养肉的生产过程涉及到多种技术和材料,可能会带来微生物污染、化学残留以及基因突变等潜在的食品安全风险,特别是新食品原料审查和转基因技术,需要更加谨慎地评估其潜在的风险,开展严格的食品安全评估,以确保其对人体健康无害。此外,生产各环节中干细胞获取、体外培养技术以及细胞增殖分化涉及生物医学范畴,而产品加工、销售环节属于食品领域,现有肉类产品标准难以规范细胞培养肉的生产流程。因此,对于细胞培养肉的生产、加工、销售等环节,需要开展专门的食品安全评估,并建立相关标准和规范。

在细胞培养肉产品的标准制定与监管过程中,需要重点考虑标签命名和食品安全评估两个方面。在标签命名方面。为了避免产生混淆和不确定性,目前美国、新加坡以及联合国等国家和机构均要求采用“cultivated”或类似词汇来明确描述细胞培养肉的生产方式,以便消费者清楚地了解其真实性质,有效保护消费者的知情权和选择权[105-106]。在食品安全监管方面,新加坡食品安全局独立完成新型食品的安全性评估,而美国则由食品和药物管理局和农业部联合监管负责。当前,细胞培养肉监管面临的挑战包括已审批国家数量有限、技术快速进步导致的标准更新滞后,以及如何确保长期消费安全等问题。

3 中国细胞培养肉商业化发展的政策建议

随着细胞培养肉技术的不断进步,生产成本高、量产能力低、市场监管缺失、标签规范不明确和市场接受度低等问题有望逐渐解决或缓解。预计未来5~10年,细胞培养肉将成为蛋白质来源的组成部分,丰富肉类供应渠道,并对传统肉类起到有益的补充作用[107]。此外,在成本进一步降低的前提下,细胞培养肉还有可能作为一种新型饲料原料,提供优质蛋白质。我国在“起步晚、投入少、产业链不完善”等相对处于劣势的情况下,应引导产业分阶段、有重点的突破相关关键技术,提前研究和制定相关审批政策、制定产品标准,避免无序发展局面。为了促进细胞培养肉产业的有序健康发展,尤其是为了避免国外在该领域设置的重重技术壁垒和封锁,建议重点抓好如下几项工作:

一是加大基础研发投入,构建细胞培养肉核心技术体系。以科技计划专项资助的形式培养优势基础科研团队,拓展中国的生物培养肉研究向多学科维度发展,形成完整的产业链基础研究体系。鼓励围绕产业链建立关键技术攻关,围绕细胞提取、体外扩增、三维培养食品化加工等关键技术环节,快速形成一批具有自主知识产权的生物培养肉制备关键技术,防止发达国家在此领域形成技术垄断。

二是尽快建立细胞培养肉标准标签体系。将细胞培养肉定性为新食品原料,依据《新食品原料安全性审查管理办法》进行管理,针对细胞培养肉的生产全过程,编制技术标准化指导文件。规范细胞培养肉的命名及标签,通过对细胞培养肉的标签标识的科学调研和论证,制定既能够客观描述细胞培养肉本质又能够与传统的肉品有明显区分,同时又有良好公众接受度的标签标识管理规范。

三是加强细胞培养肉产业的监管。明晰细胞培养肉的监管责任和部门分工。参考国际经验,建立由国家卫生健康委、农业农村部及市场监管总局三部门协同管理机制,明确细胞培养肉各环节的监管主体和职责分工。建议对细胞培养肉生产中使用的新组分、新生产工艺进行系统性安全评估,在产品的安全性和营养成分评价方面形成一整套独立、完整、科学的监管体系。

四是加强细胞培养科普与消费引导。鼓励企业开展公众教育和科普宣传,提高消费者对细胞培养肉的认知,促进细胞培养肉市场接受度。通过官方媒体与平台多渠道客观向公众传递细胞培养肉的科学、健康、环保等优势特点,同时积极回应公众的疑虑和关切,减少消费者的焦虑和不安。此外,重视市场需求和消费者态度,跟踪开展消费监测与评估,有针对性地推动细胞培养肉的推广和应用,进一步提高消费者对细胞培养肉的认知度和接受度。

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Commercialization progress, constraining elements, and policy recommendations for cultivated meat

SUN Yiwen, ZHOU Lin*, WANG Xiaohong

(Food and Nutrition Development Institute, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Beijing 100081, China)

ABSTRACT Cultivated meat, as a novel edible protein source, offers qualities similar to traditional meat with controlled environmental impact and reduced animal disease transmission risks.This advancement supports the expansion of meat supply systems into richer biomass resources, ensuring food and nutritional security.It aligns with the “Broad Food Perspective” and goals for carbon peak and neutrality.The paper traced the evolution of cultivated meat technology and its commercialization, marked by significant progress from technical demonstration to scaled production, particularly in Singapore and the USA.However, challenges like breaking through key technologies, reducing production costs, enhancing market acceptance, and perfecting regulatory standards persisted.This study categorized the commercialization of cultivated meat into three stages, thoroughly analyzing the core constraints of industry development.It combined domestic and international industry progress to propose policies for advancing China’s cultivated meat industry.

Key words cultured meat;meat industry innovation;commercialization process;policy recommendations

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.037134

引用格式:孙一文,周琳,王晓红.细胞培养肉商业化进程、制约因素及政策建议[J].食品与发酵工业,2024,50(19):397-408.SUN Yiwen, ZHOU Lin, WANG Xiaohong.Commercialization progress, constraining elements, and policy recommendations for cultivated meat[J].Food and Fermentation Industries,2024,50(19):397-408.

第一作者:硕士研究生(周琳副研究员为通信作者,E-mail:zhoulin@caas.cn)

基金项目:农业农村相关行业发展情况调查服务(220200003001138);北京市石景山区中关村科技园永续未来前沿技术促进中心(220200001017062)

收稿日期:2023-08-23,改回日期:2023-12-22