西交利物浦大學(xué)開發(fā)植物基3D打印墨水和支架，可降低培養(yǎng)肉成本

導(dǎo)讀：人工培養(yǎng)肉（也稱為細(xì)胞培養(yǎng)肉或?qū)嶒?yàn)室培育肉）是傳統(tǒng)畜牧業(yè)產(chǎn)出肉類的一種有趣且有前途的替代品。然而，由于這種人造肉尚未形成規(guī)�；�的市場(chǎng)，所以生產(chǎn)成本仍然很高。

2022年12月16日，南極熊獲悉，來自西安交通大學(xué)和利物浦大學(xué)的孫潔教授團(tuán)隊(duì)已經(jīng)找到了一種利用食物垃圾培養(yǎng)肉類的方法。據(jù)稱，該方法可以降低生產(chǎn)成本，并有助于使培養(yǎng)肉類成為養(yǎng)活世界人口的可行選擇。

△通過 3D 打印技術(shù)使用基于植物蛋白的支架培養(yǎng)人造肉的過程

這項(xiàng)研究以題為“用于細(xì)胞肉類培養(yǎng)的 3D 打印醇溶蛋白支架/3D-Printed Prolamin Scaffolds for Cell-based Meat Culture”的論文被發(fā)表在 Advanced Materials （IF=32）雜志上。

相關(guān)論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202207397

在人造肉的制造過程中，研究人員首先將動(dòng)物肌肉干細(xì)胞置于支架上生長，支架通過促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)的運(yùn)輸改善細(xì)胞的環(huán)境，進(jìn)而產(chǎn)生組織和結(jié)構(gòu)。沒有支架的話，長出來的肉更像是塊狀的土豆泥。

△圓形支架照片。來源西交——利物浦大學(xué)

為了創(chuàng)建獨(dú)特的生長支架，研究人員使用了一種新興的 3D 打印技術(shù)——電流體動(dòng)力學(xué) (Electrohydrodynamic，EHD) 打印。由于成為肉制品一部分的支架需要可食用，因此通常由明膠和膠原蛋白等動(dòng)物產(chǎn)品或合成材料制成，但生產(chǎn)成本高昂。尋找具有成本效益的可食用打印墨水是生產(chǎn)人造肉的主要挑戰(zhàn)之一。

為此，研究人員開發(fā)出了一種可食用的植物墨水，這種墨水來源于食物垃圾，例如谷殼。新墨水可以完全吸收到肉類產(chǎn)品中，而且生產(chǎn)成本低廉，有望顯著降低大規(guī)模養(yǎng)殖肉類生產(chǎn)的成本。

孫杰教授表示：“我們已經(jīng)針對(duì) 3D 打印技術(shù)開發(fā)出了一種優(yōu)化的植物基墨水，這樣我們就可以打印支架并將肌肉干細(xì)胞放在上面。然后細(xì)胞可以隨著支架的結(jié)構(gòu)生長，我們用甜菜給長出來的肉上色，讓它看起來像傳統(tǒng)的肉�！�

△動(dòng)物肌肉干細(xì)胞在支架上生長以生產(chǎn)培養(yǎng)肉。來源西交-利物浦大學(xué)。

此外，孫杰教授還和蘇州研究院以及新加坡國立大學(xué)的研究人員展開合作，嘗試將從大麥或黑麥中提取的谷物蛋白與玉米蛋白（玉米醇溶蛋白）混合，首次成功制備出純谷物蛋白基油墨。

孫杰教授說：“這是大規(guī)模生產(chǎn)人造肉的新穎且具有顛覆性的想法。利用餐廚垃圾中的養(yǎng)分打印支架，不僅可以實(shí)現(xiàn)餐廚垃圾的利用和增值，還可以緩解畜牧業(yè)對(duì)環(huán)境的壓力�！�

△未經(jīng)過和經(jīng)過天然食用色素（甜菜）處理的人造肉模型的外觀。資料來源：西交-利物浦大學(xué)。

孫杰教授說：“在為藥物研究培養(yǎng)癌細(xì)胞時(shí)，我們希望它們聚集成簇，以模仿它們?cè)谌梭w內(nèi)的生長方式。因此，我們對(duì)支架的強(qiáng)度要求很高，必須足以支撐細(xì)胞團(tuán)。然而，在培養(yǎng)肉類時(shí)，我們希望肉能均勻生長，這樣肉質(zhì)才能更好吃。因此，我們不需要抗拉強(qiáng)度高的支架。相反，我們希望它可以被肌肉細(xì)胞食用和吸收。這些是尋找適合支架 EHD 打印的可食用墨水的一些最大挑戰(zhàn)。我們測(cè)試了各種材料，最終決定使用植物蛋白來制作支架�！�

最后，孫杰教授在文章中提到，未來植物提取物也能被用來制造肉細(xì)胞賴以生長的富營養(yǎng)物質(zhì)。目前，人造肉成本高的主要原因之一是肌肉細(xì)胞的營養(yǎng)培養(yǎng)基，仍然來自動(dòng)物蛋白。未來，如果能找到合適的植物提取物來提供營養(yǎng)，將進(jìn)一步降低人造肉的成本，讓人們更容易負(fù)擔(dān)得起。

關(guān)于作者

孫潔教授在新加坡國立大學(xué)完成了博士學(xué)位。2015年加入西交利物浦大學(xué)，現(xiàn)任該校機(jī)電與機(jī)器人系系主任。她在中國和新加坡?lián)碛谐�過 20 年的廣泛學(xué)術(shù)工作經(jīng)驗(yàn)。