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

導讀：人工培養(yǎng)肉（也稱為細胞培養(yǎng)肉或實驗室培育肉）是傳統(tǒng)畜牧業(yè)產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)模化的市場，所以生產成本仍然很高。

2022年12月16日，南極熊獲悉，來自西安交通大學和利物浦大學的孫潔教授團隊已經找到了一種利用食物垃圾培養(yǎng)肉類的方法。據稱，該方法可以降低生產成本，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 打印技術使用基于植物蛋白的支架培養(yǎng)人造肉的過程

這項研究以題為“用于細胞肉類培養(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，研究人員首先將動物肌肉干細胞置于支架上生長，支架通過促進營養(yǎng)物質的運輸改善細胞的環(huán)境，進而產生組織和結構。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

為了創(chuàng)建獨特的生長支架，研究人員使用了一種新興的 3D 打印技術——電流體動力學 (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物產品或合成材料制成，但生產成本高昂。尋找具有成本效益的可食用打印墨水是生產人造肉的主要挑戰(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品中，而且生產成本低廉，有望顯著降低大規(guī)模養(yǎng)殖肉類生產的成本。

孫杰教授表示：“我們已經針對 3D 打印技術開發(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胞放在上面。然后細胞可以隨著支架的結構生長，我們用甜菜給長出來的肉上色，讓它看起來像傳統(tǒng)的肉。”

△動物肌肉干細胞在支架上生長以生產培養(yǎng)肉。來源西交-利物浦大學。

此外，孫杰教授還和蘇州研究院以及新加坡國立大學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，不僅可以實現餐廚垃圾的利用和增值，還可以緩解畜牧業(yè)對環(huán)境的壓力�！�

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

孫杰教授說：“在為藥物研究培養(yǎng)癌細胞時，我們希望它們聚集成簇，以模仿它們在人體內的生長方式。因此，我們對支架的強度要求很高，必須足以支撐細胞團。然而，在培養(yǎng)肉類時，我們希望肉能均勻生長，這樣肉質才能更好吃。因此，我們不需要抗拉強度高的支架。相反，我們希望它可以被肌肉細胞食用和吸收。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胞賴以生長的富營養(yǎng)物質。目前，人造肉成本高的主要原因之一是肌肉細胞的營養(yǎng)培養(yǎng)基，仍然來自動物蛋白。未來，如果能找到合適的植物提取物來提供營養(yǎng)，將進一步降低人造肉的成本，讓人們更容易負擔得起。

關于作者

孫潔教授在新加坡國立大學完成了博士學位。2015年加入西交利物浦大學，現任該校機電與機器人系系主任。她在中國和新加坡?lián)碛谐�過 20 年的廣泛學術工作經驗。