3D打印肉類全產(chǎn)業(yè)鏈解析：2大技術(shù)流派，頭部機(jī)構(gòu)和食品企業(yè)參與
資料來源：Novameat
文丨35斗
肯德基和星巴克等幾家餐飲巨頭最近大動(dòng)作推出了植物肉產(chǎn)品，國內(nèi)老牌的金字火腿去于去年十月上架與杜邦合作開發(fā)的牛肉味植物肉餅，植物肉的市場上眾家齊鳴，好不熱鬧。對照植物基替代肉的大張旗鼓，替代肉競賽中的另外一個(gè)流派 – 3D打印肉還在沈潛養(yǎng)兵，這期食品創(chuàng)新專題擬細(xì)細(xì)剖析3D打印肉，在可期的市場劇變前為行業(yè)進(jìn)行梳理。
3D食品打印的淵源
根據(jù)Research and Markets的研究估算，至2025年，全球食用3D打印市場的復(fù)合年增長率將達(dá)到32.05％，市場規(guī)模將達(dá)到4840.04億美元(注：新冠肺炎帶來經(jīng)濟(jì)衰退的同時(shí)，因感染而停工的肉品工業(yè)也令市場嗅到了替代肉品的機(jī)會(huì)，未來的3D打印食品趨勢有待時(shí)間驗(yàn)證)。
3D打印技術(shù)應(yīng)用在食品領(lǐng)域可以追溯至2006年康乃爾大學(xué)計(jì)算合成實(shí)驗(yàn)室的Fab @ Home項(xiàng)目，學(xué)生們研發(fā)出第一臺(tái)使用復(fù)合材料與增材制造技術(shù)(Additive Manufacturing Technology)的食品級打印機(jī)，用于打印巧克力、餅干面團(tuán)與起司等；2012年Choc Edge的3D巧克力打印機(jī)則是實(shí)現(xiàn)了3D食品打印機(jī)的商業(yè)化；2013年，父子檔創(chuàng)業(yè)公司Modern Meadow試圖以3D生物打印技術(shù)生產(chǎn)人造肉，正式開啟了3D打印技術(shù)被應(yīng)用于替代肉生產(chǎn)的賽道(注：由于投資與效益考量，Modern Meadow目前已經(jīng)轉(zhuǎn)為專注于更高單價(jià)的人造皮革)。一直到了2018年，風(fēng)起云涌的植物基替代肉風(fēng)潮則催生了3D打印的植物肉，代表企業(yè)是Novameat與Redefine Meat。
3D打印肉能解決哪些問題？ 替代肉想要解決的共通問題
畜牧業(yè)長期釋放甲烷（甲烷的效力比二氧化碳高20到30倍），被認(rèn)為是全球暖化的重要罪魁禍?zhǔn)�，地球上將�?0％的無冰表面被開墾用來畜牧，是森林砍伐、土地退化、水污染和荒漠化的最大原因。隨著全球人口持續(xù)成長，聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAO）估計(jì)，2050年全球?qū)θ獾男枨髮⒈痊F(xiàn)在增長70％。
畜牧業(yè)伴隨著動(dòng)物福利與道德問題，根據(jù)FAO統(tǒng)計(jì)，人類一年飼養(yǎng)和宰殺560億只陸生動(dòng)物以供食用。畜牧業(yè)為了加快動(dòng)物生長，往往使用生長激素，為了避免動(dòng)物感染病毒，更長期濫用抗生素，導(dǎo)致整個(gè)自然環(huán)境的細(xì)菌出現(xiàn)變化。身為食物鏈終端的人類深陷抗生素和激素類添加物質(zhì)超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)。
替代肉的崛起被視為翻轉(zhuǎn)傳統(tǒng)畜牧業(yè)的重要一步，對抗日趨嚴(yán)重的全球暖化問題，避免動(dòng)物屠殺，更能避免人類長期食用飼養(yǎng)動(dòng)物的健康風(fēng)險(xiǎn)。
3D食品打印的優(yōu)勢
食品工業(yè)添加過多的人工防腐劑、添加劑和其他化學(xué)物質(zhì)，3D食品打印使用新鮮的食材制作各種食材，而且還可以更嚴(yán)格地控制食品的份量，從而減少過度食用，促進(jìn)更健康的飲食方式。
食品加工僅取用部分的動(dòng)物部位或切割原料后將邊角料丟棄，造成過多的浪費(fèi)，3D食品打印可以通過僅使用所需量的原料制作食品來減少浪費(fèi)。
3D食品打印可以對食物的質(zhì)地和組合進(jìn)行自由變化，應(yīng)用在老年患者和其他吞咽困難患者可以增加他們的食品選擇，改善進(jìn)食情況。同樣地，也可以應(yīng)用在特殊食品的制造上，例如：軍用食品，太空食品等。
3D打印肉的獨(dú)到解方
撇開國內(nèi)存在已久的素牛排、素雞等品類，新進(jìn)的替代肉競爭者絕大多數(shù)是肉糜和碎肉為主體的各式產(chǎn)品，包括：漢堡肉、香腸、包裝絞肉等。再看看中外各地饕客對于植物肉的品頭論足，“吃不到肉的口感” 、“欠缺真漢堡肉排的緊密口感” 、“肉排松軟容易崩塌”，非素食的消費(fèi)者對于肉的執(zhí)念不只是味道，還有那種大口咬下肉的獨(dú)特口感與嚼勁。
在替代肉的新興市場中，一小群專家與創(chuàng)業(yè)者將3D打印技術(shù)應(yīng)用在替代肉領(lǐng)域，志在解決替代肉的質(zhì)地與口感問題。味道、質(zhì)地、外觀和營養(yǎng)特性是替代肉是否能成功仿真的四個(gè)要素。目前，植物型漢堡包已經(jīng)掌握了味道，大豆擠出機(jī)已經(jīng)使口感得到了掌握，但是很少人能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)。而3D打印肉最大的創(chuàng)新之處就在紋理，創(chuàng)造出具有與肌肉組織相同質(zhì)地的微纖維。
大多數(shù)純素肉在生產(chǎn)過程中都使用傳統(tǒng)的食品擠出機(jī)，這通常無法制造肌肉纖維或“切割肉塊”的替代品，這意味著此類制造商通常必須以大豆和小麥面筋為原料。 3D打印機(jī)企業(yè)則聲稱，通過使用他們的技術(shù)，以植物為基礎(chǔ)的行業(yè)將能夠避免這種成分，并使用更多的纖維選項(xiàng)，例如豌豆蛋白和大米蛋白。
此外，規(guī)模化生產(chǎn)也是植物基替代肉的公敵，Impossible Food和Beyond Meat都曾一度在渠道擴(kuò)展地同時(shí)面對產(chǎn)量跟不上的困境。因此導(dǎo)入3D打印技術(shù)也許能突破目前替代肉規(guī)�；a(chǎn)的瓶頸，進(jìn)而帶動(dòng)替代肉價(jià)格下降，以與真肉一較高下。
3D打印肉的技術(shù)流派
3D打印肉主要是將增材制造工藝應(yīng)用在”肉品”制造，使用特殊制備的可食用墨水，經(jīng)過3D打印機(jī)逐點(diǎn)逐層累積疊加形成三維的”肉塊”，以創(chuàng)造食品擠出機(jī)( food extrusion machine)無法比擬的成塊肉質(zhì)。推敲起來，3D打印肉的技術(shù)差異主要體現(xiàn)在3D打印機(jī)與墨水上。
正如同替代肉市場有植物肉(plant-based meat)與培養(yǎng)肉(cultured meat)兩種不同的路線，3D打印肉也有。采用植物基墨水的植物肉與采用生物墨水的培養(yǎng)肉各有擁護(hù)者。前者是由豌豆、大豆、小麥、薯仔、海藻抽取物等各式植物蛋白結(jié)合油脂、谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶（TGase）、明膠等添加物組成，代表企業(yè)包括：Novameat、Redefine Meat；后者則是由活體動(dòng)物干細(xì)胞所培養(yǎng)的異體衛(wèi)星細(xì)胞與培養(yǎng)液所構(gòu)成，代表企業(yè)包括：轉(zhuǎn)為耕耘人造皮市場的Modern Meadow與在太空打印培養(yǎng)肉的Alpha Farms。
一般而言，使用生物墨水的3D打印技術(shù)被稱為3D生物打印技術(shù)。從活著的動(dòng)物身上取出可復(fù)制的干細(xì)胞，并從中分離出異體衛(wèi)星細(xì)胞，在控制環(huán)境下給予富含營養(yǎng)的培養(yǎng)液以利細(xì)胞復(fù)制繁殖，然后將這些細(xì)胞與基質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)混合成生物墨水放入生物打印機(jī)墨盒中，生物打印機(jī)將生物墨水依設(shè)計(jì)圖逐層堆疊成具生物相容性的生物支架，再將細(xì)胞分配到生物支架上，最終形成組織狀的活體三維結(jié)構(gòu)。
其后將組織放入生物反應(yīng)器中，并給予低頻刺激以使肌肉纖維發(fā)展、熔合。使用3D生物打印的培養(yǎng)肉基本上具有真肉的一切感官體驗(yàn)，但能避免畜牧業(yè)的資源消耗與屠宰動(dòng)物的人道爭議，因此被寄予很高的期待，然而3D生物打印肉的技術(shù)復(fù)雜，同時(shí)結(jié)合了3D打印與組織工程學(xué)，需要龐大的資金投入與冗長的開發(fā)時(shí)間，商業(yè)化的進(jìn)程緩慢。
因此，當(dāng)植物基的替代肉走上C位將市場炒的火熱時(shí)，原本鉆研于3D生物打印與組織工程學(xué)的Giuseppe Scionti也坐不住了，于2018年創(chuàng)立了Novameat，以自家研發(fā)的支架建構(gòu)技術(shù)(scaffolding technology)結(jié)合植物基的墨水打造植物肉，吸引了眾家創(chuàng)業(yè)者紛紛投入3D打印植物肉技術(shù)開發(fā)，因?yàn)檫@些使用植物基的3D打印機(jī)比使用活體生物組織的競爭者更早看到商業(yè)化的可能性，在現(xiàn)下這個(gè)時(shí)空似乎更加實(shí)際。
俄羅斯科學(xué)院食品系統(tǒng)聯(lián)邦研究中心的學(xué)者Nataliya A. Gorbunova最近發(fā)表了一篇論文，探討梳理了3D打印增材技術(shù)與其應(yīng)用在替代肉制造的可能性。 3D打印食品領(lǐng)域常用三種打印技術(shù)：熱熔融層積(FDM，fused deposition modeling)、粘合劑噴射成形(PBP，powder binder printing)、雷射粉末燒結(jié)(SLS，selective laser sintering)，其中還是以擠出成型式的技術(shù)(FDM)最普遍適用于打印肉。
影響印刷結(jié)構(gòu)的幾何精度的關(guān)鍵參數(shù)是噴嘴速度、噴嘴直徑、噴嘴高度（噴嘴和用于沉積的平臺(tái)表面和/或上個(gè)列印層的高度差）、擠出速率和填充百分比。但除了機(jī)器本身，還可以透過改變孔隙率以及圖案和調(diào)整墨水配方（添加劑和粘合劑）來改變紋理。早先有研究人員在火雞肉汁中加入谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶與熏肉脂肪作為墨水，打印出來的3D肉在味道和質(zhì)地上都有顯著的改善。
通過crunchbase數(shù)據(jù)庫與信息公開，我們列出了7家與“3D打印肉”相關(guān)的幾家公司，這些公司中有些是以3D打印技術(shù)為賣點(diǎn)，有些則是制造可供作3D打印肉的材料，與3D打印密切相關(guān)的程度則依公司有所差異。除了來自美國的Modern Meadow，其他公司都位于3D打印肉的重鎮(zhèn) – 歐洲，其中3家是來自以創(chuàng)新立國的以色列，西班牙、芬蘭、荷蘭則各有一家。
由技術(shù)路線探討，這些公司中有4家自行開發(fā)3D打印技術(shù)與墨水配方，3家則是專注于替代肉（蛋白）的原材料研發(fā)，3D打印技術(shù)采取外援合作模式，有趣的是，其中2家都相中了太空食物的潛能，分別與俄羅斯3D打印企業(yè)和歐洲太空總署合作。
原材料方面，4家企業(yè)是從活體干細(xì)胞取材，然后進(jìn)行復(fù)制和培育，2家是以植物蛋白為主，1家則是從空氣中提取出二氧化碳后，再與水、營養(yǎng)素和維生素結(jié)合制成非動(dòng)物性蛋白。
7家公司成立的時(shí)間橫跨2011年至2018年，值得注意的是，2家從事3D打印植物肉開發(fā)的企業(yè)Novameat 和Redefine Meat都成立于2018年，這是在植物基替代肉企業(yè)大放異彩后的事，再仔細(xì)推敲其商業(yè)模式，兩家企業(yè)有志一同，預(yù)計(jì)先與餐廳合作推出3D打印肉餐點(diǎn)，接著與肉類經(jīng)銷商和零售商合作上架，并將提供整套3D打印肉的解決方案，包括：3D打印設(shè)備、3D 肉類建模系統(tǒng)與植物基墨水配方。 Novameat和Redefine Meat賣的可真的不是肉，而是新興飲食浪潮下的創(chuàng)新生產(chǎn)方案。
從融資角度來看，7家企業(yè)吸引了近9000萬美元的投資，主要集中在培養(yǎng)肉技術(shù)型企業(yè)，相較于產(chǎn)品已經(jīng)問世的植物肉企業(yè)，融資金額偏小，集中在A輪以前，整體融資金額加總還落后于植物肉吸金前四強(qiáng)（請?jiān)斠?5斗“人造肉”頭部企業(yè)盤點(diǎn)：11家公司融資總額12.8億美元，多數(shù)為植物蛋白肉）。
引人注意的是，唯一的C輪企業(yè)Modern Meadow已經(jīng)轉(zhuǎn)向作人造皮革，也許是人造皮革市場利多，也許是替代肉品市場競爭過高，又也許技術(shù)復(fù)雜的培育肉問世過程漫長，但值得慶幸的是，資本市場開始注意到3D打印概念企業(yè)，7家企業(yè)最近一輪融資都在一年內(nèi)完成，其中5家企業(yè)集中在2019年第四季。
投資機(jī)構(gòu)方面，位于美國華盛頓的New Crop Capital和來自英國倫敦專注于替代蛋白及創(chuàng)新食品投資的CPT Capital投資了列表中多家企業(yè)，兩家投資機(jī)構(gòu)同時(shí)投資Aleph Farms外，也分別押寶Novameat和Redefine Meat。
其他著名投資機(jī)構(gòu)淡馬錫Temasek、紅杉資本Sequoia、創(chuàng)投教父彼得· 蒂爾（Peter Thiel）創(chuàng)建的Breakout Labs等也現(xiàn)身投資人名單，此外，大型企業(yè)旗下的戰(zhàn)略投資機(jī)構(gòu)也紛紛看好此投資方向，包括：德國醫(yī)藥巨頭默克Merck旗下的M Ventures、化工巨頭Evonik旗下的Evonik Ventrue Capital、嘉吉Cargill、瑞士最大零售商Migros Swiss旗下的M-Industry、德國最大的家禽公司PHW Group等。
案例：Novameat
組織工程和生物醫(yī)學(xué)專家Giuseppe Scionti在巴塞羅那的加泰羅尼亞理工大學(xué)（UPC）使用生物印刷技術(shù)制作不同的組織已經(jīng)工作了十多年。在他的一個(gè)項(xiàng)目中，他創(chuàng)建了人耳的原型。他很快意識(shí)到該紋理幾乎完全類似于人體組織的實(shí)際紋理，如果3D打印機(jī)能夠很好地模仿人體組織，那么也可以生產(chǎn)出具有與動(dòng)物組織相同質(zhì)地的肉類替代品。于是他在2018年6月離開學(xué)系，申請這項(xiàng)技術(shù)的專利，并繼續(xù)創(chuàng)Novameat。
Novameat專利的微擠壓技術(shù)能夠生物入侵高度蛋白質(zhì)化的植物基成分，并在微米和納米水平上對其進(jìn)行加工，從而獲得可模仿多種整個(gè)肌肉。對于Novameat來說，使用3D打印是達(dá)到目的的手段，而不是目的本身。 3D打印機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是可以精確控制食品的質(zhì)地和外觀。使用自動(dòng)技術(shù)的另一個(gè)優(yōu)勢是能夠以非常低的單價(jià)快速迭代新的原型版本，并個(gè)性化產(chǎn)品的口味、質(zhì)地和營養(yǎng)特性。 Novameat的商業(yè)模式是由微型擠出技術(shù)開始，發(fā)展更大型的機(jī)器設(shè)備將其技術(shù)商業(yè)化，為植物肉制造商提供工具，以從多種成分中創(chuàng)造出不同的質(zhì)地，以模仿幾種肉類和海鮮。
使用由大米、豌豆、海藻等植物蛋白合成的紅色糊狀物為墨水配方，Novameat已經(jīng)于2019年開發(fā)出現(xiàn)今最像的的植物基牛排，在新冠肺炎的居家工作期間，工程師更提早開發(fā)出植物基豬肉原型，另外計(jì)劃在2021年春季推出植物基魚類原型。
案例：Redefine Meat
總部位于以色列的Redefine Meat（前身為Jet-Eat）認(rèn)為當(dāng)今的食品工業(yè)缺乏工具和技術(shù)來應(yīng)對尋找替代肉的挑戰(zhàn)。這家初創(chuàng)公司正在研究一項(xiàng)技術(shù)，該技術(shù)將生產(chǎn)基于植物的肉類替代品，更確切地說是使用天然和可持續(xù)成分的牛排、烤肉和燉菜。他們的方法結(jié)合了專有的3D打印技術(shù)、數(shù)字建模和基于植物的食品配方，從而為消費(fèi)者提供了新的肉類選項(xiàng)。
Redefine Meat 目前已經(jīng)在以色列小范圍地測試了植物基打印肉，并計(jì)劃2020 年在歐洲多家餐廳中推出，但價(jià)格暫時(shí)還比傳統(tǒng)肉類貴不少，每公斤要價(jià)28 英鎊（約合250 人民幣），但Redefine Meat 相信最終3D 列印肉會(huì)比傳統(tǒng)肉類要便宜。
Redefine Meat的目標(biāo)不是開發(fā)一種新的食品，而是要引進(jìn)一種新的食品技術(shù)，該技術(shù)將成為快速引入當(dāng)今尚不存在的新型和高級肉類替代品的平臺(tái)。 Redefine Meat預(yù)計(jì)將于2021年推出這些機(jī)器，不僅提供一種產(chǎn)品，還提供廣泛的功能。
圖：Redefine Meat透過餐廳菜肴展現(xiàn)將3D打印植物性牛肉 案例：Alepha Farms
Aleph Farms和俄羅斯生物打印公司3D Bioprinting Solutions合作，2019年9月在了俄羅斯國際太空站成功完成了在太空進(jìn)行肉類生物打印的實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)包括使用3D Bioprinting Solutions的生物打印技術(shù)來打印小型肌肉組織。概念驗(yàn)證試圖評估在零重力環(huán)境中遠(yuǎn)離土地和水資源的情況下生產(chǎn)肉類的潛力。
為了制作實(shí)驗(yàn)室出產(chǎn)的肉，Aleph Farms首先通過小活檢從牛身上提取細(xì)胞。然后將細(xì)胞放入營養(yǎng)液中，以模擬牛體內(nèi)的環(huán)境，細(xì)胞在受控環(huán)境中長成一小塊牛排。 Aleph Farms自認(rèn)是唯一一家能夠制造包括肌肉纖維和血管在內(nèi)的全質(zhì)地肉的公司。 結(jié)語：未來食物的科幻大片
用一段GlobalData食品記者安迪·科恩（Andy Coyne）的話作結(jié)：當(dāng)我們想到3D打印和肉類，那可能是未來的某個(gè)階段，人類在實(shí)驗(yàn)室中制造牛排，充滿了科幻感。然而，透過3D打印，以植物為基礎(chǔ)的替代肉行業(yè)將擁有更多的纖維選項(xiàng)，例如豌豆蛋白和大米蛋白，并擁有更近似于真肉的口感。 3D打印公司正處于解決植物基替代肉行業(yè)問題的風(fēng)口浪尖，而這是先前他們專注于完善3D打印技術(shù)時(shí)沒有預(yù)見到的。
值得注意的是，不論是植物肉、培養(yǎng)肉或3D打印肉，人類創(chuàng)造了新的食物類別，現(xiàn)行的食品行業(yè)規(guī)范，如食品標(biāo)示與法規(guī)等也迎來全新的挑戰(zhàn)，在技術(shù)、資本、市場的推動(dòng)之下，一個(gè)全新的食物系統(tǒng)正在建立之中。
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