正所謂：「一日三餐，人間煙火」，活著就需要食物來滋養，以往我們食物主要來源於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。現如今，細胞培養肉，合成生物牛奶，營養強化重組米已經逐漸陸續問世，未來還可能會有更多人造食品。
什麼是人造食品？
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製作成類似天然食品口味的新型食品。
人造食品並不是假冒偽劣食品。提起人造，不少人會聯想到少數不法分子利用技術手段製造的偽劣食品，比如此前報導過的用塑料製作的大米和紫菜。人造食品與傳統食品一樣同樣具有可食用性和營養價值，區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。
人造食品是如何製造出來的？
人造食品的製造是仿生學原理和現代科技的結合。首先，需要確定需模擬食品的外形和結構，尤其要考慮到食品的用途、口感、色彩等多個方面因素。其次，根據需求準備相應的原材料，如植物纖維、澱粉、糖類等，並進行篩選和處理。再則，採用相應的技術手段製造食物。例如3D列印技術和微生物發酵等，不同的食品製造的方法略有不同。
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，主要靠大豆蛋白製成，因為其富含大量的蛋白質和少量的脂肪。而另一種是利用動物幹細胞製造出的細胞培養肉，這種技術獲取的肉類更受關注。
2012年，荷蘭馬斯垂克大學的科學家馬克·波斯特博士，終於在全球首次成功培育出了細胞培養肉。首先通過在活著的動物身上提取一小塊肉，然後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皿中，加入血清進行培養。
血清會給肌肉細胞提供必要的營養物質，如胺基酸、維他命、碳水化合物等，給細胞營造出仍存在於活體組織身上的感覺。細胞利用培養液中的各種營養成分進行自我複製與增殖，細胞增多後，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肉。
與人造肉不同，人造牛奶則使用的是3D列印技術。首先將奶牛的DNA序列列印出來，然後插入到酵母菌的DNA序列中來。再通過酵母菌的發酵獲得了酪蛋白、乳蛋白和乳球蛋白。然後再將這些蛋白質與植物營養物質及脂肪進行混合，最終獲取與牛奶相近的液態食品。合成的牛奶與普通牛奶營養價值相差不大，但保質期比普通牛奶明顯要長許多。
與傳統食品相比，人造食品的優勢在哪呢？
人造食品增加了食品獲取途徑，縮短了生產周期，有更廣的應用前景。受地理、季節、氣候等條件限制，傳統食品獲取存在一定限制性。比如，即便再高產的水稻，也要受氣象條件和病蟲害的影響，產量也無法做到穩定。人造大米則不同，利用食用菌對粗糧進行發酵加工，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，人造肉的製作可以在實驗室和工廠內完成，整個過程中並不需要任何飼料，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境中開展。
人造食品可以對食物營養成分進行改良，提升食物的營養價值。無論是人造牛奶、人造肉還是人造大米，它們的出發點都是基於傳統食品的營養成分組成和味道，採用合成生物學等手段進行複製與模仿。不但絕大部分營養成分與傳統食物一致，而且可以根據人類的需要進行適當的變更。比如說人造牛奶在製作過程中會添加能夠調節腸道菌群的母乳低聚糖。人造肉在製作過程中也可以控制讓何種脂肪進入其中，使其更有利於人類健康，比如加入具有保護心臟功效的歐米伽-3脂肪酸。所以，從營養成分角度來看，人造食品能夠讓其更營養，並且有望優於營養強化和轉基因技術。
未來，人造食品會取代傳統食品嗎？
人造食品和傳統食品都將是我們餐桌的主要營養來源。即便人造食品的營養成分與傳統食物差異較小，同時也有望在未來進行低成本和批量化生產，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食品。
食物中成分和功能的認定需要時間和過程。隨著現代食品分析技術的不斷發展，我們對食品中的主要營養成分的種類和含量都已經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，乃至於被歸結為第七大營養素。
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、碳水化合物、脂肪和維生素等物質。實際上除了基本營養物以外，還有很多含量極低但有生物功效的活性物質，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，都起著什麼樣的作用。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。
人造食品未來會應用在哪些方面呢？
人造食品技術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，儘管世界糧食總產量逐年增加，但隨著人口的不斷增加，全球氣候的變化導致的自然災害頻發，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對，從調控人口增長到積極尋找新食品來源，但應對糧食安全問題卻仍是力不從心。所以，傳統食品的人工仿製未來食品的一個發展方向。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，人造食品有利於人類向太空探索。正如電影《流浪地球》一般，當太空旅行時，後勤補給問題最為嚴峻。人造食品可以基於合成生物學技術在十分有限的空間內，利用機物和無機物製造所需要的食物。無論是主糧、肉類還是奶類都能夠解決。既滿足了營養，又能夠提供適宜的口感，最重要的是方便供給，可以實現在特定環境下生產。試想，在翱翔於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？
人造食品技術可以用於很多方面，只要有需求就會有產出。例如，素食人群可以期待植物肉的出現，區別於傳統食物中的素肉，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，製作成與肉類外形和口感相近，營養價值也幾乎別無二致的食品。當然，還可以用相同的技術製造植物魚，用細胞培養技術製造更多的肉類食品，用3D列印技術製造更多的食品，甚至是肉類食物。
我們多久才能吃到人造食品呢？
人造食品的製造還有一定的壁壘，短期內還無法大量供應。以細胞培養肉為例，證明了利用肌肉在無菌狀態下體外增殖技術上是可行的，但規模尚小。一方面，雖然我們可以模仿細胞生長所需要的環境，並提供足夠的營養物質，但體外培養的細胞的穩定性仍較差。細胞的代謝、自我修復功能等等都會受到影響，因此所有的細胞在體外培養的過程中都會或多或少發生一些變化。另一方面，細胞在體外培養超過15代以後，細胞發生變異轉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生兩種結果，一種就是已經老化的細胞死去，另一種就是細胞發生癌變，這些都增加了體外增殖的不確定性。
不過，任何新技術的出現都可能存在雙面性，在利用的同時，更要很好把控。
前蘇聯作家別利亞耶夫在科幻小說《永生糧》中有這樣的描述，未來人們利用菌類製造出了「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。飢餓問題解決之後，卻帶來了其他問題。「永生糧」到處滋生，導致糧食價格大跌，農民破產。這也為我們敲響了警鐘，人造食品技術在未來大行其道的同時，是否會對傳統食品行業產生影響，也當提前考慮。
無論人造食品未來的發展如何，都是必然的趨勢。我們在抱有樂觀態度的同時，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：譚雨青中國農業大學食品科學與營養工程學院 副教授
出品：中國科協科普部
監製：中國科學技術出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司