西交利物浦大学开发植物基3D打印墨水和支架，可降低培养肉成本

导读：人工培养肉（也称为细胞培养肉或实验室培育肉）是传统畜牧业产出肉类的一种有趣且有前途的替代品。然而，由于这种人造肉尚未形成规模化的市场，所以生产成本仍然很高。

2022年12月16日，南极熊获悉，来自西安交通大学和利物浦大学的孙洁教授团队已经找到了一种利用食物垃圾培养肉类的方法。据称，该方法可以降低生产成本，并有助于使培养肉类成为养活世界人口的可行选择。

△通过 3D 打印技术使用基于植物蛋白的支架培养人造肉的过程

这项研究以题为“用于细胞肉类培养的 3D 打印醇溶蛋白支架/3D-Printed Prolamin Scaffolds for Cell-based Meat Culture”的论文被发表在 Advanced Materials （IF=32）杂志上。

相关论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202207397

在人造肉的制造过程中，研究人员首先将动物肌肉干细胞置于支架上生长，支架通过促进营养物质的运输改善细胞的环境，进而产生组织和结构。没有支架的话，长出来的肉更像是块状的土豆泥。

△圆形支架照片。来源西交——利物浦大学

为了创建独特的生长支架，研究人员使用了一种新兴的 3D 打印技术——电流体动力学 (Electrohydrodynamic，EHD) 打印。由于成为肉制品一部分的支架需要可食用，因此通常由明胶和胶原蛋白等动物产品或合成材料制成，但生产成本高昂。寻找具有成本效益的可食用打印墨水是生产人造肉的主要挑战之一。

为此，研究人员开发出了一种可食用的植物墨水，这种墨水来源于食物垃圾，例如谷壳。新墨水可以完全吸收到肉类产品中，而且生产成本低廉，有望显著降低大规模养殖肉类生产的成本。

孙杰教授表示：“我们已经针对 3D 打印技术开发出了一种优化的植物基墨水，这样我们就可以打印支架并将肌肉干细胞放在上面。然后细胞可以随着支架的结构生长，我们用甜菜给长出来的肉上色，让它看起来像传统的肉。”

△动物肌肉干细胞在支架上生长以生产培养肉。来源西交-利物浦大学。

此外，孙杰教授还和苏州研究院以及新加坡国立大学的研究人员展开合作，尝试将从大麦或黑麦中提取的谷物蛋白与玉米蛋白（玉米醇溶蛋白）混合，首次成功制备出纯谷物蛋白基油墨。

孙杰教授说：“这是大规模生产人造肉的新颖且具有颠覆性的想法。利用餐厨垃圾中的养分打印支架，不仅可以实现餐厨垃圾的利用和增值，还可以缓解畜牧业对环境的压力。”

△未经过和经过天然食用色素（甜菜）处理的人造肉模型的外观。资料来源：西交-利物浦大学。

孙杰教授说：“在为药物研究培养癌细胞时，我们希望它们聚集成簇，以模仿它们在人体内的生长方式。因此，我们对支架的强度要求很高，必须足以支撑细胞团。然而，在培养肉类时，我们希望肉能均匀生长，这样肉质才能更好吃。因此，我们不需要抗拉强度高的支架。相反，我们希望它可以被肌肉细胞食用和吸收。这些是寻找适合支架 EHD 打印的可食用墨水的一些最大挑战。我们测试了各种材料，最终决定使用植物蛋白来制作支架。”

最后，孙杰教授在文章中提到，未来植物提取物也能被用来制造肉细胞赖以生长的富营养物质。目前，人造肉成本高的主要原因之一是肌肉细胞的营养培养基，仍然来自动物蛋白。未来，如果能找到合适的植物提取物来提供营养，将进一步降低人造肉的成本，让人们更容易负担得起。

关于作者

孙洁教授在新加坡国立大学完成了博士学位。2015年加入西交利物浦大学，现任该校机电与机器人系系主任。她在中国和新加坡拥有超过 20 年的广泛学术工作经验。