3D打印

胞肉終于告別“碎碎冰”狀？

近日，日本大阪大學的科學家打印42條肌肉纖維、28條脂肪組織、2條毛細血管，將其束在一起后，制造出直徑5毫米、全長15毫米的肉塊。

該團隊表示，將纖維組織束在一起后，即可讓人造肉口感接近真實牛肉。此前聯合造出中國第一塊細胞培養肉的南京農業大學食品科技學院副教授丁世杰表示：“這給大塊的培養肉生產提供了一個很好的產品解決方案?！?p>

人造和牛肉

此次，大阪大學團隊采用干細胞提取法和3D打印，并結合日本傳統糖果金太郎糖的制作手法，制備出此次號稱是全球第一塊人造和牛肉，并將這一獨特的制備方法命名為“金太郎糖3D打印術”。

從外觀來看，它看起來就像一塊真實的牛排，具備復雜的紋路，并含有肌肉、脂肪和血管。

和牛肉是一種日本特產，因此和牛也叫“日本?！?，它是世界上最昂貴的肉類之一，并因富含肌內脂肪而聞名于世，人們還專門將這種脂肪稱為大理石紋。

據悉，大理石花紋是此次研究的獨特之處，這種花紋是和牛肉的招牌性亮點，可帶來濃郁口感和獨特的風味。

相關論文以《通過使用肌腱凝膠集成生物打印技術組裝細胞纖維來設計整塊切肉狀組織》為題，發表在Nature Communications上。

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獨創“金太郎糖3D打印術”

如此“以假亂真”的牛肉，到底是怎么做出來的？

其實用的是從牛身上分離出來的兩種干細胞，分別是牛肌肉衛星細胞和脂肪干細胞。

然后，研究人員孵育并誘導這些細胞成為可生成肌肉、脂肪和血管所需的纖維組織，接著把這些不同種類的纖維組織，以3D打印方式將它們排列成跟和牛肉相似的結構，具體來說是把模擬大理石花紋的“肉片”進行堆疊，再垂直切片，借此即可精細復刻和牛肉大理石花紋。

整個過程大致如下：

1、從動物牛肉中收集可食用牛衛星細胞、以及牛脂肪來源的干細胞，并進行培養增殖;

2、使用“肌腱凝膠集成生物打印法”方法來制造細胞纖維，隨后使其分化為骨骼肌、脂肪和毛細血管纖維;

3、通過模擬實際牛排的組織結構，對牛排樣肉進行組裝。由于肌腱是肌纖維排列的關鍵組織，研究人員還通過“肌腱凝膠集成生物打印法”制作了肌腱凝膠，使其與肌細胞纖維連接，進而制作出完整的肌纖維。

3D打印機上的軟件會在生產肉類時定好放置血液、肌肉和脂肪的最佳位置。打印完成后將肉壓緊，再把所有層粘在一起，這時人造和牛肉就誕生了。

而人造和牛肉越重，制備時間就越長。但即使是最小的肉片，也需要幾個小時才能完成制作。

他們還借鑒了日本金太郎糖的制作方法，這是一種古老的傳統糖果，制作時首先要把原材料制成長管狀，然后再將不同原料堆疊，最后垂直切割成薄片。使用類似于金太郎糖的生產方法，他們把實驗室培育的纖維組織堆疊起來，然后進行垂直切割，如此就能定制不同結構的人造肉。

該團隊把這種方法叫“金太郎糖3D打印術”，即通過3D打印肌肉、脂肪、血管等不同的纖維組織，像制作金太郎糖一樣將其整合，從而再現肉的復雜結構。

在一塊真正牛排肉中，會有很多由骨骼肌纖維組成的肌束結構，它們與肌腱相連，具有收縮和放松運動的功能。其中，肌纖維被筋膜覆蓋，肌束被脂肪和毛細血管包圍。而牛排的肌肉、脂肪和毛細血管占比，則因肉類類型而異。

例如，日本和牛其臀部的瘦肉只有10.7%的脂肪組織，而西冷（牛腰肉）的脂肪比例卻高達47.5%。因此，按所需的位置、比例和數量，去組裝三種纖維的方法，將是制造牛排的關鍵技術。

此前的人造肉生產技術，大多只能制造出由肌肉纖維構成的接近碎肉末的結構，很難再現肉的復雜組織結構。而“金太郎糖3D打印術”可定制出類似于真正肉類的復雜組織結構。

該團隊表示日后通過技術改善，還可做出讓人造肉具備天然和牛肉那樣的大理石紋，也可通過控制脂肪和肌肉的成分含量，來讓人造肉看起來更肥美，或者具備不同的口感。

日本和牛肉

如果能做到的話，顧客可根據個人口味和健康需求，來定制相應脂肪量的人造培養肉。

另外，如果可開發出除了3D打印以外的肌肉、脂肪、血管細胞培養過程的自動裝置，那么無論在哪里都能制備人造肉，成本也會得到降低。

而之所以選擇“金太郎糖3D打印術”方法，是因為該團隊發現，雖然各類培植肉層出不窮。然而，培養成分和結構類似于真正牛排、即具有脂肪細胞和排列整齊的肌肉組織的人造肉仍然很有挑戰。

這時，就可嘗試使用各種組織工程技術，如細胞片工程、細胞纖維工程、以及用于模擬牛排結構特征的3D細胞打印。其中，3D細胞打印具有可伸縮性和結構的可控性，因此具有廣闊的應用前景。

此次發明的“金太郎糖3D打印術”的前身是“水浴3D打印技術”。在SBP方法中，打印原材料要放置在凝膠中或是含有硫氧熵的懸浮液中。

在剪切力的作用下，凝膠的粘度會變低，從而使打印材料均勻散布。當剪切力釋放之后，凝膠又能恢復到支持打印的高粘度狀態。SBP方法的好處，在于不僅能克服打印材料在凝膠中散布范圍有限的問題，還能解決在空氣環境中長時間3D打印所引起的肉表面干燥等問題。

為3D打印定制肉打開了一扇門

丁世杰表示：“未來在解決肌腱膠原去動物化、3D打印的速度和規模等問題后，有望實現和真肉類似口感、質地和風味的培養肉產品生產?！?/p>

目前，該團隊尚未透露生產牛排的所需成本，也沒有公開還需多久能推向市場，但該研究本身就是“為應用而生”，因此必然有對應的落地計劃。

總體而言，該研究為3D打印定制肉打開了一扇大門，它向人們證明了定制復雜肉組織結構的人造肉的可能性，在方法上不僅環境友好度高，而且具備可持續性。

Novasteak公司的人造牛排

而人造肉的主要背景是，盡管聯合國預測世界人口在2050年將達到97億人，但是目前的人造肉技術只能達到“碎肉末”類似結構的水平，這種人造肉在口感和味道上都相比真正的肉較差，而該團隊則希望讓“金太郎糖3D打印術”，成為未來蛋白質短缺的解決方案之一。

一直以來，養牛過程中都會排放大量的溫室氣體，傳統和牛飼養方式通常被認為是不可持續的，這也是科學家大力研發人造肉的初衷。

此前的人工肉，只能達到組織相對紊亂的肌肉纖維細胞水平，也沒有相應方法去復制真正牛排的復雜結構，而此次的人造和牛肉，實現了從人造碎肉到人造肉塊的跨越。

而3D打印和食品也并非首次結合，本世紀初康奈爾大學的學生，最先提出使用3D打印技術來制作奶酪、曲奇面團和巧克力。到了2018年，西班牙初創公司Novasteak成為了歷史上第一家3D打印人造牛排的商業生產商。

據全球領先的市場研究咨詢公司Markets and Markets的數據顯示，到2027年，由細胞為基礎來制造人造肉的肉類產業價值或達2000萬美元。像此次的人造和牛肉，如果可以打入食品供應鏈，那么3D打印人造肉有望替代動物牛肉。

研究人員表示據他們所知，這是第一個演示制作全切培養的肉樣組織的報告。

但是此次得到的人造肉還只是一個小塊，而且不可食用。在未來，研究人員還需針對培養基的細胞打印可伸縮性、以及相關材料的可食用性做迭代。

此外，他們也期待“肌腱凝膠集成生物打印法”在未來可用來培養肌肉纖維組織，屆時人造肉的細胞打印會更方便。（綜合整理報道）（編輯/多洛米）