СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ИСКУССТВЕННОГО МЯСА

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ИСКУССТВЕННОГО МЯСА

Обзорная статья

Руденко Р.А.^1, *, Ткачёва И.В.²

¹ Донской государственный аграрный университет, Персиановский, Россия;

² Донской государственный технический университет, Ростов-на-Дону, Россия

* Корреспондирующий автор (6195756[at]mail.ru)

Аннотация

Чтобы удовлетворить растущий спрос на продукты питания растущего населения, культивированное мясо (также называемое искусственным или выращенным в лабораторных условиях мясом) представлено его сторонниками в качестве хорошей альтернативы для потребителей, которые хотят быть более ответственными, но не желают менять свой рацион. Этот обзор направлен на обновление текущих знаний по этому вопросу, сосредоточив внимание на последних публикациях и проблемах, которые не были хорошо описаны ранее. Главный вывод состоит в том, что, несмотря на множество новых публикаций, никаких серьезных сдвигов не наблюдалось. Действительно, с точки зрения технических вопросов, все еще необходимы исследования для оптимизации методологии культивирования клеток мяса.

Также практически невозможно воспроизвести разнообразие мяса, полученного из различных видов, пород и отрубов. Хотя они еще не известны, мы размышляли о потенциальных преимуществах и недостатках культивированного мяса для здоровья. В отличие от обычного мяса, культивированные мышечные клетки могут быть безопаснее для органов пищеварения. С другой стороны, при таком высоком уровне размножения клеток вероятна некоторая дисрегуляция, как это происходит в раковых клетках. Аналогичным образом, контроль за его питательным составом все еще неясен, особенно в отношении микроэлементов и железа. Что касается экологических проблем, то потенциальные преимущества выращенного мяса касаемо выбросов парниковых газов все еще являются предметом споров. Хотя при производстве искусственного мяса будет использоваться меньше земли по сравнению с выращиванием домашнего скота, в частности крупного рогатого. Однако необходимо так же учесть все энергозатраты на производство «мяса из пробирки».

Ключевые слова: животноводство, искусственное мясо, выращивание мяса.

MODERN TECHNOLOGIES OF ARTIFICIAL MEAT PRODUCTION

Review article

Rudenko R.A.^1, *, Tkachyova I.V.²

¹ Don State Agrarian University, Persianovsky, Rostov Oblast, Russia;

² Don State Technical University, Rostov-on-Don, Russia

* Corresponding author (6195756[at]mail.ru)

Abstract

To meet the growing demand for food from a growing population, cultured meat (also known as artificial or lab-grown meat) is described by its supporters as a good alternative for consumers who want to be more responsible but do not want to change their diet. This review aims to update current knowledge on the subject by focusing on recent publications and issues that have not been well explored previously. The authors conclude that, despite many new publications, no major changes have been observed. Indeed, from the point of view of technical issues, optimizing the methodology of culturing meat cells still requires research.

It is also almost impossible to reproduce the variety of meat obtained from different species, breeds and cuts. The authors discuss the potential health benefits and disadvantages of cultured meat, which are not yet known. Unlike regular meat, cultured muscle cells may be safer for the digestive system. On the other hand, with such a high level of cell reproduction, some dysregulation is likely, as it happens in cancer cells. Similarly, the control of its nutritional composition is still unclear, especially with regard to trace elements and iron. As for environmental issues, the potential benefits of farmed meat in terms of greenhouse gas emissions are still a matter of debate. Although the production of artificial meat does require less land compared to the cultivation of livestock, in particular cattle, it is also necessary to take into account all energy costs for the production of such products.

Keywords: animal husbandry, artificial meat, meat cultivation.

Введение

Ожидается, что к 2050 году население планеты, составляющее сегодня 7,3 миллиарда человек, превысит 9 миллиардов. Продовольственная и сельскохозяйственная организация (ФАО) прогнозирует, что в 2050 году для удовлетворения потребностей растущего населения потребуется на 70 % больше продовольствия, что является серьезной проблемой из-за ограниченности ресурсов и пахотных земель. Даже если потребление мяса сокращается в развитых странах, его глобальное потребление растет, потому что потребители, как правило, не желают сокращать потребление мяса, особенно в развивающихся странах, таких как Китай, Индия и Россия [1]. Эти группы населения все больше становятся представителями среднего класса, они ищут больше предметов роскоши, таких как мясо или другие продукты животного происхождения (например, сыр, молочные продукты).

Системы животноводства будут способствовать решению проблемы глобальной продовольственной безопасности и безопасности питания в мире [2]. Животноводство должно производить большее количество высококачественного и доступного мяса, молока и яиц с помощью производственных систем, которые являются экологически безопасными, социально ответственными и экономически жизнеспособными. Несмотря на широкий спектр новых разработок в области искусственного воспроизведения продуктов питания, в настоящее время значительная доля скота выращивается в рамках модели промышленного животноводства. Несмотря на меньший вклад в выбросы парниковых газов (ПГ) и водопотребление, чем в экстенсивном сельском хозяйстве, факторное сельское хозяйство в основном ориентировано на эффективность (т. е. количество производимого молока или мяса), а не на другие параметры, такие как воздействие на окружающую среду, изменение климата, меньшее использование антибиотиков, благополучие животных и т.д. [3].

Как следствие, разрабатываются более эффективные способы производства белка для поддержания растущего населения планеты при одновременном решении современных проблем, таких как проблемы охраны окружающей среды и благополучия животных. Среди решений культивированное мясо представлено его сторонниками в качестве устойчивой альтернативы для потребителей, которые хотят быть более ответственными, но не желают менять состав своего рациона.

С момента первой публикации о выращенном мясе в 2008 году количество публикаций значительно возросло (89 % от общего числа) после 2013 года. В августе того же года был приготовлен и попробован в телевизионной программе первый гамбургер, приготовленный из культивированного мяса. 

Производство искусственного мяса

Цель этого процесса состоит в том, чтобы воссоздать сложную структуру мышц домашнего скота с помощью нескольких клеток. Биопсия берется у живого животного. Этот кусок мышцы будет разрезан, чтобы высвободить стволовые клетки, которые обладают способностью к размножению, но также могут трансформироваться в различные типы клеток, такие как мышечные клетки и жировые клетки [4].

Клетки начнут делиться после того, как их культивируют в соответствующей питательной среде, которая обеспечит питательными веществами, гормонами и факторами роста. Известно, что лучшая среда содержит фетальную бычью сыворотку (FBS), сыворотку, изготовленную из крови теленка, которая будет ограничивать скорость роста клеток.

Можно вырастить более одного триллиона клеток, и эти клетки естественным образом сливаются, образуя миотрубки длиной не более 0,3 мм; затем миотрубки помещаются в кольцо, превращающееся в небольшой кусочек мышечной ткани, как описано в различных обзорах.

Этот кусок мышцы может размножаться до более чем триллиона нитей. Эти волокна прикреплены к губчатому каркасу, который наполняет волокна питательными веществами и механически растягивает их, “тренируя” мышечные клетки, чтобы увеличить их размер и содержание белка. Основываясь на этом процессе, потребуется меньше животных для производства огромного количества мяса из-за пролиферации клеток, что позволит избежать убийства как слишком большого количества животных, так и потенциально большого количества телят, если FBS все еще будет использоваться [5].

На протяжении всего этого процесса клетки содержатся в контролируемой среде, которая воспроизводит температуру внутри тела коровы, например, для ускорения развития мяса, выращенного в лаборатории.

Одной из первоначальных проблем с этим типом культуры является используемая сыворотка, так как мясо in vitro должно быть безубойным. Поэтому нонсенс использовать средство, изготовленное из крови убитых телят. Кроме того, эта сыворотка является дорогостоящей и в значительной степени влияет на себестоимость производства мяса. Одна из главных целей лабораторных стартапов (около 25-30) на момент написания этой статьи, разбросанных по всему миру и работающих над выращенным мясом, состоит в том, чтобы найти более дешевую среду, полученную из растительных ингредиентов и такую же эффективную, как FBS.

По-видимому, эта проблема была решена, по крайней мере, в лабораторных условиях. Как только эта проблема будет решена в промышленных масштабах (и она, вероятно, будет решена), мясо in vitro может стать конкурентоспособным с точки зрения производственных затрат и этики животных по сравнению с обычным мясом домашнего скота. В дополнение к FBS обычно используются антибиотики и фунгициды, чтобы избежать загрязнения клеточных культур. Все стартапы утверждают, что эта проблема также была решена.

Однако, поскольку сельскохозяйственные животные, как и все млекопитающие, включая людей, естественным образом вырабатывают гормоны и факторы роста для поддержания собственного роста, культура клеток нуждается в гормонах, факторах роста и т.д. в питательной среде для поддержания пролиферации и дифференцировки клеток [6].

В настоящее время перед исследователями стоят следующие вопросы: как эти соединения могут быть произведены в промышленных масштабах и как можно гарантировать, что ни одно из них не окажет негативного воздействия на здоровье человека в краткосрочной и долгосрочной перспективе? Это важный вопрос, поскольку гормональные стимуляторы роста запрещены в системах ведения сельского хозяйства для традиционного производства мяса в Европейском Союзе (в отличие от некоторых других частей мира).

Наконец, мы все еще далеки от настоящих мышц, которые состоят из организованных волокон, кровеносных сосудов, нервов, соединительной ткани и жировых клеток. Вот почему различные стартапы, работающие в этой области, разработали разные стратегии: некоторые из них работают со стволовыми клетками или мышечными клетками для воспроизведения неорганизованных мышечных волокон, что является самым простым подходом, в то время как другие пытаются воспроизвести тонкие срезы мышц (т.е. мышечные волокна и другие типы клеток, довольно хорошо переплетенные вместе). Тем не менее, производство толстого куска мяса, похожего на настоящий стейк, по-прежнему остается мечтой, из-за необходимости перфузии кислорода внутри мяса, чтобы имитировать диффузию кислорода, как это происходит в реальных тканях [7].

Кроме того, трудно представить, что производители лабораторного мяса в ближайшем будущем смогут предложить потребителям широкий ассортимент мяса, отражающего разнообразие мышц или отрубов животных. Действительно, органолептическое качество (т. е. вкус) мяса различается у разных видов (свинина, домашняя птица, овцы, крупный рогатый скот и т. Д.), а также внутри вида, между породами, полами, типами животных (т. е. молодыми бычками, бычками, телками и коровами в случае крупного рогатого скота), условиями ведения сельского хозяйства (в зависимости, например, от места разведения) и главным образом, между мышцами с различным анатомическим расположением. Таким образом, многие сложные процессы все еще нуждаются в контроле, чтобы сделать мясо in vitro более привлекательным для потребителей, как это в большей или меньшей степени относится к любому другому новому пищевому продукту [8].

Здоровье и безопасность

Сторонники мяса in vitro утверждают, что оно безопаснее обычного мяса, основываясь на том факте, что выращенное в лаборатории мясо производится в среде, полностью контролируемой исследователями или производителями, без какого-либо другого организма, тогда как обычное мясо является частью животного, находящегося в контакте с внешним миром, хотя каждая ткань (включая мышцы) защищена кожей и/или слизистой оболочкой. Действительно, без каких-либо органов пищеварения поблизости (несмотря на то, что обычное мясо обычно защищено от этого) и, следовательно, без какого-либо потенциального загрязнения при убое, культивированные мышечные клетки не имеют возможности столкнуться с кишечными патогенами, такими как кишечная палочка, сальмонелла или кампилобактерия - три патогена, которые ответственны за миллионы заболеваний каждый год [9].

Еще одним положительным аспектом, связанным с безопасностью культивированного мяса, является то, что оно не производится из животных, выращенных в замкнутом пространстве, что исключает риск эпидемии и нет необходимости в дорогостоящих вакцинациях против таких заболеваний как грипп. С другой стороны, мы можем утверждать, что именно клетки, а не животные, в большом количестве живут в инкубаторах для производства культивированного мяса. К сожалению, мы не знаем всех последствий мясной культуры для здоровья населения, так как мясо in vitro является новым продуктом. Некоторые авторы утверждают, что процесс культивирования клеток никогда не контролируется полностью и что могут возникнуть некоторые неожиданные биологические механизмы. Например, учитывая большое количество происходящих размножений клеток, вероятно, произойдет некоторое нарушение регуляции клеточных линий, как это происходит в раковых клетках. Это может иметь неизвестные потенциальные последствия для структуры мышц и, возможно, для метаболизма и здоровья человека при употреблении мяса in vitro [10]. 

Заключение

Поскольку рыба и биоресурсы являются важнейшими в питании человека, рыбная добыча еще долгие годы будет являться одной из важнейших составляющих пищевой отрасли. В тоже время развитие технологий вплотную приблизило нас к той черте, за которой самостоятельное восстановление биоресурсов будет невозможно, если человечество продолжит вылов в тех же объемах.

Таким образом сейчас настало время думать не только о том, как увеличить вылов биоресурсов, но и о том, как их преумножить и сохранить. 

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Богатова О.В. Современные биотехнологии в сельском хозяйстве / О.В. Богатова, Г.В. Карпова, М.Б. Ребезов и др. – Оренбург, 2012. – С. 10-17.
2. Григорьева Е.В. Рост и развитие цыплят-бройлеров при использовании олина / Е.В. Григорьева, Л.Ю. Топурия // Разработка и освоение инноваций в животноводстве материалы Международной научно-практической конференции / Под ред. В.И. Левахина. – Оренбург, 2013. – С. 145-147.
3. Григорьева Е.В. Состояние минерального обмена у цыплят-бройлеров под действием пробиотика олин / Е.В. Григорьева, Л.Ю. Топурия // Вестник ветеринарии. –2011. – № 4 (59). – С. 128-129.
4. Губер Н.Б. Биологический статус бычков, выращиваемых на мясо, на фоне применения биостимулятора / Н.Б. Губер, Е.А. Пеpеходова, Н.Н. Максимюк и др. // Молодой ученый. – 2013. – № 11. – С. 246-248.
5. Губер Н.Б. Этологическая pеактивность бычков пpи использовании биостимулятоpа / Н.Б. Губер, Е.А. Пеpеходова, Л.Ю. Топурия // Молодойученый. – 2013. – № 11. – С. 243-245.
6. Губер Н.Б. Биотехнологические приемы повышения производства говядины в сельском хозяйстве / Н.Б. Губер, Л.Ю. Топурия // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Пищевые и биотехнологии. – 2013. – Т. 1, № 2. – С. 4-9.
7. Губер Н.Б. Биологическая ценность мясной продукции при использовании биологически активных веществ / Н.Б. Губер, А.З. Шакирова, Л.Ю. Топурия // Международный научно-исследовательский журнал. – 2013. – № 10-1 (17). –С. 96-97.
8. Донник И.М. Применение гермивита в животноводстве и ветеринарии / И.М. Донник, И.А. Шкуратова, И.А. Рубинский и др. – Оренбург, 2010. – С. 25-28.
9. Донник И.М. Влияние гувитана-С на состояние иммунного статуса хряков / И.М. Донник, И.А. Шкуратова, Л.Ю. Топурия // Ветеринария Кубани. – 2014. – № 3. – С. 17-19.
10. Донник И.М. Коррекция иммунобиохимического статуса у утят / И.М. Донник, И.А. Шкуратова, Л.Ю. Топурия // Ветеринария Кубани. – 2013. – № 6. – С. 6-8.
11. Tobler C. Eating green. Consumers' willingness to adopt ecological food consumption behaviors / C. Tobler, H.M. Visschers, M. Siegrist // Appetite.(2011) 57:674–82. DOI: 10.1016/j.appet.2011.08.010
12. Willett W. Food in the Anthropocene: the EAT-Lancet Commission on healthy diets from sustainable food systems / Willett, J. Rockstrom, B. Loken et al. // Lancet.(2019) 393:447–92. DOI: 10.1016/S0140-6736(18)31788-4
13. Scollan N.D. Future research priorities for animal production in a changing world. / N.D. Scollan, P.L. Greenwood, J. Newbold et al. // Anim Prod Sci.(2011) 51:1–5. DOI: 10.1071/AN10051
14. Ryschawy J. Review: an integrated graphical tool for analysing impacts and services provided by livestock farming / Ryschawy, B. Dumont, O. Therond et al. // Animal.(2019) 13:1760–72. DOI: 10.1017/S1751731119000351
15. Steinfeld H. Livestock's Long Shadow / Steinfeld, P. Gerber, T. Wassenaar et al. 2006. [Electronic resource]. URL: http://www.fao.org/3/a0701e/a0701e00.htm(accessed 16.07.2019).

Список литературы на английском языке / References in English

1. Bogatova O.V. Sovremennye biotehnologii v sel'skom hozjajstve [Modern Biotechnologies in Agriculture]. / O.V. Bogatova, G.V. Karpova, M.B. Rebezov et al. – Orenburg, 2012. – pp. 10-17. [in Russian]
2. Grigor'eva E.V. Rost i razvitie cypljat-brojlerov pri ispol'zovanii olina [Growth and Development of Broiler Chickens Using Olin] // Razrabotka i osvoenie innovacij v zhivotnovodstve materialy Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii [Development and Development of Innovations in Animal Husbandry Materials of the International Scientific and Practical Conference] / E.V. Grigor'eva, L.Ju. Topurija; Edited by V.I. Levahina. – Orenburg, 2013. – pp. 145-147. [in Russian]
3. Grigor'eva E.V. Sostojanie mineral'nogo obmena u cypljat-brojlerov pod dejstviem probiotika olin [The State of Mineral Metabolism in Broiler Chickens Under the Action of Probiotic Olin] / E.V. Grigor'eva, L.Ju. Topurija // Vestnik veterinarii [Bulletin of Veterinary Medicine]. –2011. – № 4 (59). – pp. 128-129. [in Russian]
4. Guber N.B. Biologicheskij status bychkov, vyrashhivaemyh na mjaso, na fone primenenija biostimuljatora [The Biological Status of Bulls Raised for Meat Against the Background of the Use of a Biostimulator] / N.B. Guber, A. Pepehodova, N.N. Maksimjuk et al. // Molodoj uchenyj [Young Scientist]. – 2013. – № 11. – pp. 246-248. [in Russian]
5. Guber N.B. Jetologicheskaja peaktivnost' bychkov ppi ispol'zovanii biostimuljatopa [Ethological Reactivity of Bulls When Using a Biostimulator] / N.B. Guber, E.A. Pepehodova, G.M. Topupija et al. // Molodoj uchenyj [Young Scientist]. – 2013. – № 11. – pp. 243-245. [in Russian]
6. Guber N.B. Biotehnologicheskie priemy povyshenija proizvodstva govjadiny v sel'skom hozjajstve [Biotechnological Techniques for Increasing Beef Production in Agriculture] / N.B. Guber, G.M. Topurija // Vestnik Juzhno-Ural'skogo gosudarstvennogo universiteta. Serija: Pishhevye i biotehnologii. [Bulletin of the South Ural State University. Series: Food and Biotechnology.] – 2013. – Vol. 1, № 2. – pp. 4-9. [in Russian]
7. Guber N.B. Biologicheskaja cennost' mjasnoj produkcii pri ispol'zovanii biologicheski aktivnyh veshhestv [Biological Value of Meat Products When Using Biologically Active Substances] / N.B. Guber, A.Z. Shakirova, G.M. Topurija // Mezhdunarodnyj nauchno-issledovatel'skij zhurnal [International Scientific Research Journal]. – 2013. – № 10-1 (17). – 96-97. [in Russian]
8. Donnik I.M. Primenenie germivita v zhivotnovodstve i veterinarii [Application of Germivite in Animal Husbandry and Veterinary Medicine]. / I.M. Donnik, I.A. Shkuratova, I.A. Rubinskij et al. – Orenburg, 2010. – pp. 25-28. [in Russian]
9. Donnik I.M. Vlijanie guvitana-S na sostojanie immunnogo statusa hrjakov [The Influence of Guvitan-S on the State of the Immune Status of Boars] / I.M. Donnik, I.A. Shkuratova, L.Ju. Topurija et al. // Veterinarija Kubani [Veterinary Medicine of Kuban]. – 2014. – № 3. – pp. 17-19. [in Russian]
10. Donnik I.M. Korrekcija immunobiohimicheskogo statusa u utjat [Correction of Immunobiochemical Status in Ducklings] / I.M. Donnik, I.A. Shkuratova, L.Ju. Topurija et al. // Veterinarija Kubani [Veterinary Medicine of Kuban]. – 2013. – № 6. – pp. 6-8. [in Russian]
11. Tobler C. Eating green. Consumers' willingness to adopt ecological food consumption behaviors / C. Tobler, H.M. Visschers, M. Siegrist // Appetite.(2011) 57:674–82. DOI: 10.1016/j.appet.2011.08.010
12. Willett W. Food in the Anthropocene: the EAT-Lancet Commission on healthy diets from sustainable food systems / Willett, J. Rockstrom, B. Loken et al. // Lancet.(2019) 393:447–92. DOI: 10.1016/S0140-6736(18)31788-4
13. Scollan N.D. Future research priorities for animal production in a changing world. / N.D. Scollan, P.L. Greenwood, J. Newbold et al. // Anim Prod Sci.(2011) 51:1–5. DOI: 10.1071/AN10051
14. Ryschawy J. Review: an integrated graphical tool for analysing impacts and services provided by livestock farming / Ryschawy, B. Dumont, O. Therond et al. // Animal.(2019) 13:1760–72. DOI: 10.1017/S1751731119000351
15. Steinfeld H. Livestock's Long Shadow / Steinfeld, P. Gerber, T. Wassenaar et al. 2006. [Electronic resource]. URL: http://www.fao.org/3/a0701e/a0701e00.htm(accessed 16.07.2019).