人造咖啡来了!芬兰科学家推出首杯细胞培育咖啡

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10-18 23:01

不知道从什么时候开始,咖啡变得越来越复杂,但随时随地喝咖啡越来越容易。除了便携的速溶、挂耳、胶囊、冻干、咖啡液,还有各式精品创意咖啡可供选择。不过,实验室里的「人造咖啡」你喝过吗?

近日,芬兰国家技术研究中心(VTT)运用「细胞农业」成功培育出了第一杯「人造咖啡」。

VTT 生物技术负责人 Heiko Rischer 博士表示,传统农业种植咖啡面临的挑战越来越多,因此想以生物技术替代传统农业生产咖啡。

▲ VTT 成员 Elviira Kärkkäinen(左)和负责人 Heiko Rischer(右). 图片来自:VTT

据美国农业部,相比 2019 年,2020 年的全球咖啡总产量同比上升 4.14%,目前全球咖啡的生产量大约为每年 1000 万吨,未来咖啡的需求仍会继续增加。但全球都在面临着供应紧张的问题,如果赶上旱季雨量不足,咖啡产值将被严重影响。

与此同时,传统咖啡产业会造成许多环境问题:种植面积扩张导致森林砍伐,甚至包括敏感的热带雨林地区;咖啡豆在湿处理过程中产生大量咖啡废水和果实残渣;许多咖啡产国都是低收入国家,往往无法科学处理废物。

▲ 咖啡农. 图片来自:unsplash

面对可持续性挑战,在实验室培育「人造咖啡」或许是一种替代方案。

在人造咖啡之前,我们更熟悉的是人造肉。常见的人造肉分两种,一种别名大豆蛋白肉,另一种利用动物干细胞制造而成,后者对人造咖啡更有参考价值。

▲ 人造肉样本.

以培育人造牛肉为例,步骤大致如下:第一步,对牛进行活检,从它身上获取活的肌肉组织;第二步,从牛的肌肉组织中分离出干细胞;第三步,将干细胞放入生物反应器,增殖生产出肌纤维。

理论上,人造肉具有很多好处:培育环境百分百可控,无菌也无污染;在解决粮食短缺问题的同时保护水源、土地和能源;提取干细胞的手术对牲畜造成的痛苦很小。不过口感和经济成本就另当别论了。培育一片薄牛肉需要大量肌肉纤维细胞,2018 年某以色列团队推出的人造牛肉,一片就价值 50 美元。

▲ 细胞培养的开始. 图片来自:VTT

人造咖啡与人造肉技术基本相同。咖啡植物的细胞培养从植物的一部分(例如叶子)开始,形成的细胞在特定的营养培养基上繁殖和增殖,然后被转移到生物反应器中,并从中收获生物质。培育得到的物质经过晾干、烘焙、发酵,最终形成可以冲泡的咖啡。

这一研发过程需由植物生物技术、化学和食品科学等多领域的科学家共同参与。

▲ 咖啡细胞培养物和咖啡成品. 图片来自:VTT

相比之下,培养咖啡比培养牛肉成本更低,扩大规模也更简单,因为植物细胞可以自由生长、悬浮在培养基中,而动物细胞附着在表面上生长。研究人员还计划进行不同咖啡品种的细胞培养,通过修改烘焙过程生产完全不同特性的咖啡。

据研究人员亲身体验,第一杯细胞培育咖啡闻起来和尝起来都像普通咖啡。人造咖啡和用于参照的普通咖啡都源于咖啡植物「小果咖啡」,即阿拉比卡咖啡。Heiko Rischer 博士表示:

然而,咖啡制作是一门艺术,需要在专家监督下迭代优化。我们的工作标志着此类工作的基础。

▲ 图片来自:unsplash

目前研究团队正在努力实现人造咖啡的「可供应生产」。细胞培育咖啡还只是实验性饮品,需要食品药品监督管理局的监管批准才能商业化。在最乐观的情况下,细胞培育咖啡获得监管批准需要 4 年。下游加工、产品配方、市场引入则是通往商业产品的额外步骤。

Heiko Rischer 博士希望未来有更多的公司参与进来,助力细胞培育咖啡的商业化:

我们现在已经证明实验室种植咖啡可以成为现实。但这项工作的真正影响,将由愿意重新考虑食品成分生产的公司实现。VTT 协作并支持大型企业和小型公司在其产品开发中把握机遇。

▲ 温室植物. 图片来自:VTT

和人造肉类似,人造咖啡同样具有环境效益,首先表现为它没有任何季节性依赖或对杀虫剂的需求。此外,埃塞俄比亚、东南亚地区等咖啡主要产地,可借助细胞培育技术减少咖啡行业的负面影响;芬兰等不适宜咖啡自然生长的国家,也可能成为咖啡的供应商。

人造咖啡项目是 VTT「运用生物技术生产日常农产品」计划的一部分,与 VTT 的战略研究目标「细胞农业」相关联,细胞农业是实现更可持续粮食生产的途径之一。VTT 的官网上写道:「我们使用细胞工厂(cell factory)解决方案来引导发展,生产不需要田地或动物的合乎道德和美味的食物。」

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