中國海洋大學Nature通訊成果：一種用于擴大魚片產(chǎn)量的新型 3D 打印方法

2025年2月23日，南極熊獲悉，來自中國海洋大學食品科學與工程學院的研究人員開發(fā)出了一種可擴展的方法，利用可食用多孔微載體（EPM）和生物打印技術(shù)生產(chǎn)實驗室培育魚片。

相關(guān)研究以題為“Scalable production of muscle andadipose cell-laden microtissues using edible macroporous microcarriers for 3Dprinting of cultured fish fillets”的論文發(fā)表在《自然通訊》期刊上。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-57015-1

隨著人們對過度捕撈、氣候變化和食品安全的擔憂日益加深，人工養(yǎng)殖海鮮作為傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖的替代品而備受關(guān)注。但擴大生產(chǎn)規(guī)模并保持質(zhì)地、結(jié)構(gòu)和營養(yǎng)成分不變?nèi)匀皇且豁椞魬?zhàn)。

中國海洋大學的這項研究成果詳細介紹了如何有效擴大魚的肌肉和脂肪細胞、制備生物墨水，并通過 3D 打印成與野生海鮮極為相似的魚片。

△基于微載體的細胞微組織生物墨水的特性，采用 BioRender 創(chuàng)建。b：生魚片和熟魚片 3D 打印養(yǎng)殖魚片原型的外觀。圖片來自中國海洋大學。

多孔微載體可實現(xiàn)高密度細胞擴增

根據(jù)研究團隊的說法，新方法的重點是優(yōu)化明膠基 EPM，以改善細胞粘附、生長和分化。通過在低溫交聯(lián)過程中引入氯化鈉 (NaCl)，科學家控制了冰晶的形成，以微調(diào)孔徑，從而創(chuàng)建了具有適合高密度細胞培養(yǎng)的孔隙率的支架。

△通過 NaCl 調(diào)節(jié)冰晶生長來控制 EPM 孔徑

通過新方法，大黃魚的肌肉衛(wèi)星細胞（SC）和脂肪干細胞（ASC）擴增至6.25×105和5.77×105細胞/mL的密度，分別增加了499倍和461倍。

為了測試可擴展性，研究人員將 125 毫升旋轉(zhuǎn)瓶換成了 4 升生物反應(yīng)器，連續(xù)的擴增循環(huán)使細胞存活率保持在 80% 以上。膠原酶消化法被證明是將細胞轉(zhuǎn)移到新鮮微載體上最有效的方法，可以保持細胞均勻分布并防止細胞丟失。

RNA測序證實，這些擴增的細胞保留了分化能力，并且與肌肉生長、細胞外基質(zhì)重塑和細胞周期調(diào)控相關(guān)的基因顯著增加。

成熟后，肌肉和脂肪微組織被混合到生物墨水中，通過商用 3D 生物打印機擠出，形成長 100 毫米、高 15 毫米的結(jié)構(gòu)化魚片。打印的魚片具有與天然魚肉相似的層狀紋理，由于美拉德反應(yīng)，烹飪后表面會變成褐色。

分析顯示，打印的魚片保留了水分（約 70%），重量損失約 35%，與傳統(tǒng)魚相似。然而，咀嚼性和黏著性等質(zhì)地特性略低，在食品結(jié)構(gòu)方面還有改進空間。

從營養(yǎng)角度來看，養(yǎng)殖魚每 100 克的蛋白質(zhì)含量比天然魚高 8.5 克，脂肪含量減少 68.92%，膽固醇含量降低 87.93%。ω-3 脂肪酸含量保持穩(wěn)定，但鈉含量較高，比天然魚高出 192.7 毫克/100 克。還觀察到必需氨基酸增加了 51%，而風味化合物分析突出了揮發(fā)性有機物含量的差異，表明在口味和香氣方面還有進一步優(yōu)化的空間。

盡管擴大規(guī)模仍然是一個挑戰(zhàn)，但研究人員估計，100 升的生物反應(yīng)器每批可產(chǎn)出約 750 克的養(yǎng)殖魚，這表明基于 EPM 的細胞擴增具有商業(yè)潛力。

雖然這項研究表明結(jié)構(gòu)化養(yǎng)殖海鮮取得了重大進展，但微調(diào)纖維排列、生物墨水成分和生產(chǎn)成本將是實驗室養(yǎng)殖魚進入市場的關(guān)鍵。

這項研究強調(diào)了可擴展養(yǎng)殖魚類生產(chǎn)的可行性，將生物打印和高密度細胞培養(yǎng)定位為可以重塑海鮮未來的工具。隨著技術(shù)的進步，實驗室養(yǎng)殖的魚類可能很快會成為滿足全球需求的可持續(xù)替代品，同時減輕海洋生態(tài)系統(tǒng)的壓力。

3D打印魚類食品正在興起

改進替代海鮮的努力正在不斷擴大，各家公司都在探索獨特的方法。去年，維也納食品科技公司RevoFoods與比利時Paleo合作，使其3D 打印的素食鮭魚更加逼真。

△RevoFoods 3D 打印鮭魚片。照片來自 Revo Foods。

項目為期兩年，由歐盟Eureka Eurostars計劃提供 220 萬歐元資助，于 2024 年8 月啟動，Paleo 將開發(fā)一種特殊發(fā)酵的肌紅蛋白，以增強Revo Foods 鮭魚替代品的口感、質(zhì)地和營養(yǎng)價值。肌紅蛋白通常存在于動物肌肉中，無需使用動物即可重新合成，以增加顏色、鐵和香氣。除此以外，Revo Foods 聲稱其 3D 打印工藝可將用水量減少 90%，二氧化碳排放量減少 75%。

早在 2020 年，由一群國際學生創(chuàng)立的初創(chuàng)公司Legendary Vish就致力于將3D 打印的植物性魚類替代品推向市場。這個想法源于 2017 年歐盟資助的一項研究項目，研究團隊開發(fā)了一種基于擠壓的方法，使用植物基生物墨水制作結(jié)構(gòu)化的鮭魚片。

他們的目標是在人們?nèi)找鎿鷳n過度捕撈和環(huán)境破壞的背景下，提供一種可持續(xù)的海鮮替代品。在尋求投資以擴大生產(chǎn)規(guī)模的同時，他們還探索監(jiān)管部門的批準和潛在的合作伙伴關(guān)系，以拓展斯堪的納維亞和歐洲市場。