3D 生物打印：逐層構(gòu)筑食品生產(chǎn)的未來

來源：EFL生物3D打印與生物制造

全球食品可持續(xù)性問題凸顯以及傳統(tǒng)動(dòng)物農(nóng)業(yè)面臨倫理挑戰(zhàn)的背景下，現(xiàn)有食品生產(chǎn)技術(shù)在應(yīng)對(duì)資源短缺、環(huán)境退化等問題時(shí)存在明顯不足。來自韓國生物科學(xué)與生物技術(shù)研究所的Sun Hee Cheong教授與全南國立大學(xué)的Sang-Ik Park教授團(tuán)隊(duì)，在《Food Chemistry》期刊上發(fā)表了題為“3D bioprinting: Advancing the future of food production layer by layer”的綜述。文章總結(jié)了3D生物打印作為先進(jìn)制造技術(shù)在替代食品（如培養(yǎng)肉和海鮮）生產(chǎn)領(lǐng)域的進(jìn)展，詳細(xì)探討了生物打印系統(tǒng)中生物墨水、支架、生物打印機(jī)類型及軟件系統(tǒng)等組成部分的當(dāng)前進(jìn)展，指出3D生物打印在組織工程中具備卓越精度和可擴(kuò)展性，是培養(yǎng)肉和海鮮生產(chǎn)系統(tǒng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。同時(shí)強(qiáng)調(diào)，盡管該技術(shù)潛力巨大，但存在成本較高、消費(fèi)者接受度有限、規(guī)?；a(chǎn)困難等局限，提出需通過持續(xù)的研究與開發(fā)推動(dòng)生物打印技術(shù)的廣泛應(yīng)用，以構(gòu)建更具韌性、倫理和可持續(xù)性的食品供應(yīng)系統(tǒng)。


該綜述展示了3D生物打印食品的完整流程，從細(xì)胞分離與培養(yǎng)、生物墨水配制，到打印設(shè)置和校準(zhǔn)、生物打印過程，再到成熟分化以及最后的收獲加工。該流程強(qiáng)調(diào)了各步驟的精準(zhǔn)控制和調(diào)，以構(gòu)建接近真實(shí)組織的三維結(jié)構(gòu)，且在培養(yǎng)肉生產(chǎn)中需考慮打印參數(shù)優(yōu)化、生物墨水特性及細(xì)胞來源等因素，成熟階段還需在生物反應(yīng)器中獲取所需組織特性。

圖 1. 3D生物打印食品的順序步驟示意圖

還闡述了食品生物打印面臨的挑戰(zhàn)及未來方向。面臨的挑戰(zhàn)包括難以復(fù)制傳統(tǒng)肉魚的復(fù)雜紋理風(fēng)味、當(dāng)前技術(shù)適合小規(guī)模實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用難以規(guī)化、需確保產(chǎn)品安全合規(guī)以及解決高成本帶來的可持續(xù)性和經(jīng)濟(jì)可行性問題；未來方向則有開發(fā)專為食品制備的創(chuàng)新 biomaterials 和 bioinks、推動(dòng)組織工程等技術(shù)發(fā)展以及整合多模式生物打印技術(shù)等。

圖 2. 食品生物打印的挑戰(zhàn)與技術(shù)發(fā)展示意圖

結(jié)論
該綜述全面介紹了3D生物打印技術(shù)及其在食品工業(yè)中制造細(xì)胞基培養(yǎng)肉和海鮮的應(yīng)用。探討了生物打印基本原理、組成及模式，分析了食品生物打印的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，包括成本、安全、規(guī)?；凹y理風(fēng)味復(fù)制等問題。盡管存在挑戰(zhàn)，但其前景光明，新興趨勢(shì)如新型生物材料開發(fā)、多模式技術(shù)整合及組織工程發(fā)展，為克服限制、實(shí)現(xiàn)生物打印在食品生產(chǎn)中的潛力提供可能。生物打印有望為傳統(tǒng)動(dòng)物產(chǎn)品提供健康、定制和可持續(xù)的替代品，變革食品行業(yè)。

文章來源：
https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2025.142828