发酵，指用微生物生产人类所需的产物的技术。这项技术从人类文明萌芽开始就伴随着我们的生活，从河南舞阳贾湖遗址发现的古酒距今已有9000年的历史。如今的日常生活中，我们餐桌上的馒头、面包、酸奶、大酱等，都属于发酵食品。事实上，“酿造”这项技术，远比想象更加神奇。

白酒酿造技术。

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01 从酿酒到酿肉

如何做出一块以假乱真的牛肉？发酵来帮忙，不难实现！鸡肉、牛肉等肉类的主要成分是蛋白质，而小小的微生物中蛋白质含量极高，可达到干重的75%以上。要是我们能利用这个特点，在发酵罐中像酿酒一样酿出肉来，不仅产出速度比牲畜快，还避免了检疫等公共卫生问题，岂不是实现了“吃肉自由”？

有些科学家选择用类似培养细菌的方式直接在体外培养牲畜的肌肉干细胞，这些干细胞具有增殖、分化成肌肉细胞的功能，只要给他们提供适宜的培养基，也就是环境和食物，就可以长成一团肌肉细胞。这些肌肉细胞的性质类似肉糜，它们加工成的汉堡肉饼和肉丸子已经在生物制造展会和国外的某些概念性餐厅中亮相。

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但问题也随之而来：这些肉糜的口感并不太好，吃起来没有令人愉悦的感觉。明明成分和细胞种类都是相同的，为什么会这样呢？

肌肉组织由肌纤维、肌内膜、肌束膜等多个富含蛋白质的结构有序组装而成。这些复杂的结构构建了肉的口感，仅是单纯地培养肌肉细胞无法复刻。就像零件与汽车，把构成一辆汽车的所有零件堆在一起并不能获得汽车，必须要将这些零件按一定工序组装，才能实现“汽车”这个复杂系统的功能。那么如何在发酵罐中复刻肌肉这样精密的结构呢？科学家在细胞生长的过程中给他们搭建了“脚手架”，让这些细胞能生长成类似肌肉组织的结构，吃起来更像肉。除此以外，还有科学家将肌肉组织拆解成脂肪、肉皮等多个部分，分别培养成型后再像组装汽车一样加工为成品。

除了培养肌肉干细胞以外，有的科学家还在微生物界中发现了类似肌纤维的结构——真菌的菌丝体。菌丝体是真菌生命活动中产生的一种丝状结构，主要成分包括蛋白质和几丁质等。与动物细胞相比，菌丝体天生具有弹性的纤维状结构，更容易复现肉类的口感。而作为“杂质”存在的几丁质等多糖虽然不易被人体消化吸收，却能够促进肠胃蠕动，增进健康。

真菌菌丝定殖植物根系的放大图。

通过基因编辑改造，科学家让真菌在发酵过程中可以合成出更多的蛋白质，而且为了让真菌合成的肉看上去更好吃，还让它们能同时合成出甜菜红素这种天然色素，好为菌丝蛋白染上“肉色”。这样一来，发酵出来的菌丝蛋白看上去更像真肉，能让人更有食欲。

虽然经过技术改良，人造肉已经可以在某些场合与传统肉不分高下，但在喜爱美食的中国人眼中始终不够理想。此时有人开始反过来思考：我们常形容难吃的肉类为“像皮带”或者“像皮鞋”，那既然现代生物技术能“酿”出肉，那么同为蛋白质类的皮革是否也可以被“酿”出来呢？

02 除了能吃，还能穿

从成分上看，虽然肉和皮革的主要成分都是蛋白质，但蛋白质的种类有所不同。传统皮革的主要成分是各种细胞外基质，比如胶原蛋白。这些纤维状的基质一层一层有序堆叠起来，形成了富有韧性的皮，再经过化工方法鞣制形成成品皮革。要想用生物技术做出皮革，首先要让微生物形成“层”状结构。这要如何实现呢？

我们通常把发酵技术分为两种：液体发酵和固体发酵。这里的“液体”和“固体”指的是发酵的基底形态，也就是微生物生活的“家”到底是液态的还是固态的。

举个例子，用牛奶制造酸奶属于液体发酵，而用鲜豆腐制作毛豆腐属于固体发酵。在菌丝体的发酵过程中，固体发酵供氧充足，菌丝体生长更好，但液体发酵更容易在液体表面获得一层类似牛奶表面奶皮的“菌丝体垫”，这层垫子可以整层揭下来，与皮革的层状结构非常类似。为了让菌丝体垫长得更快，科学家们对培养基的成分做了调整，创造出了一种新型的“糊状发酵”，让菌丝体在介于固体和液体之间的基质上又快又好地长出菌丝体垫。

更神奇的是，这样制成的菌丝体皮革不仅环保，还有“自我修复”的能力。由于菌丝体垫由活体真菌组成，只要提供适宜的条件，它就能在破损后重新长成一层完整的材料。科学家研究发现，经过一定程度干燥和塑化处理的菌丝体垫依然保留了自我修复的能力，这提示我们微生物皮革或许可以减少皮革制品加工过程中的损耗。

03 结语

如今，我们已经可以更精准地操控“酿造”的过程，并筛选、改造更优秀的生产菌种，生产味精、抗生素，甚至疫苗和抗癌药物。

随着生物技术的不断进步，“细胞肉”“菌丝肉”“菌丝皮革”等产品不断涌现，虽然这些产品离真正推广还有一定距离，但已经逐渐推开了一扇通向未来的大门。除此以外，科学家还在开发更多异想天开的发酵产品：3D打印材料、农药、洗洁精……或许在未来的某一天我们生活中所有的物品，从肉到皮革，从药物到假发，都可以从发酵罐中“酿造”出来呢？

参考文献：

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作者：何一文 清华大学本硕，中学教师

审核：李旭 中国科协研究员，中国科学技术大学副教授

策划：薛红玉

出品：科普中国

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来源: 科普中国

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