食物

研究人员使用原创组织建模技术打印狼牛肉

研究人员大阪大学和日本印刷技术供应商Toppan.已使用基于3D打印的新型组织建模技术成功地生产了培养的威古牛肉。

这项技术使研究人员能够复制和牛复杂的组织结构,包括肌肉、脂肪和血管组织,以实现牛肉独特的大理石花纹结构。这项研究的目的是创造真正复制单个肉类的结构、质地和特征的复杂肉类结构,以解决当前养殖肉类生产技术的各种局限性。

研究人员认为,他们的工作还可以帮助解决全球粮食需求增加的问题,并减轻气候变化、森林砍伐和臭氧损耗等因素的影响。

“这项研究的技术是开发的,为日本世界着名的Wagyu牛肉中看到的复杂和美丽的大理石结构,”大阪大学Michiya Matsusaki教授说。“我们希望文化的狼牛排肉成为日本的新行业。”

采用基于3D印刷的原始组织建模技术生产的培养的Wagyu牛肉的制造工艺和样品。通过toppan的图像。
采用基于3D印刷的原始组织建模技术生产的培养的Wagyu牛肉的制造工艺和样品。通过toppan的图像。

解决'蛋白质危机'

随着世界人口预计到2050年的人口将超过97亿,随后的粮食需求增加,以及气候变化的影响,意味着可能无法提供足够的食物供应。因此,研究人员认为,世界可能面临着所谓的“蛋白质危机”,促使对植物的蛋白质和培养的肉类作为替代蛋白质来源更大的兴趣。

人工养殖肉类的研究已经进行了一段时间,3D打印不仅在这一领域的研究,而且在人工养殖肉类产品的商业化生产方面发挥着越来越大的作用。

例如,3D打印食品初创公司重新定义肉最近推出了第一个系列3D印刷的'新肉'产品前往今年晚些时候延伸到欧洲的选定餐厅和酒店,并于2022年晚些时候向欧洲延伸到美国和亚洲。同时,同伴食物印刷初创公司sainainati已与全球招待公司合作索索索试用机器人厨师3D打印技术和明年美国大学的第一个Alt-肉产品。

其他地方,食品科技公司宣布了计划进入鸡脂生产在2022年期间,使用从其中获得的技术收购和平的肉是去年培养脂肪产品的开发商。

肌腱 - 凝胶集成的生物印刷(尖端)用于肌肉,脂肪和血管组织制造。照片通过自然通信。
肌腱 - 凝胶集成的生物印刷(尖端)用于肌肉,脂肪和血管组织制造。照片通过自然通信。

3D打印狼牛肉

大阪大学和Toppan研究人员试图改善3D印刷肉的结构,他们说迄今为止努力充分复制真正的肉类的纹理和层。目前的研究进入3D印刷肉类产生的结构只有肌肉纤维组成,它们声称,使其成为碎肉结构,不能准确地重建单个肉类的特定特征。

为了解决这个问题,该团队开发了一种原始的组织建模技术,使用3D生物制版来开发肌腱状凝胶,可以组装以制造10毫米长而5毫米宽的牛排状肉类结构。研究人员的技术,名为腱 - 凝胶生物印刷集成(TIP),使肉结构的制造与不同组织的彩妆产品,以更准确地复制他们的真正的肉的等价物。

Matsusaki说:“为了使我们能够使用3D打印技术稳定地生产肌肉、脂肪和血管组织,抑制分化诱导过程中发生的收缩非常重要。”“鉴于肌腱支持人体肌肉的事实,因此我们使用肌腱的主要成分I型胶原蛋白制造了‘人造肌腱组织’。然后将每个纤维组织连接到人造肌腱组织上,就有可能稳定地创建用于生产的纤维组织。”

为了准确地复制商品和牛,研究人员拍摄了和牛切块的横截面图像,以产生一个模型模式,显示所需的肌肉、脂肪和毛细血管细胞纤维的数量,以及它们的排列方式。通过TIP过程获得细胞纤维,然后按照模型图像堆叠,然后用谷氨酰胺转胺酶(一种常见的食物交联酶)处理,以加速组装过程。

Wagyu Beef结构由总共72个3D印刷牛细胞纤维构成,包括42个肌肉纤维,28个脂肪组织和两个血小毛细血管。

肌肉,脂肪组织,和毛细血管的比率不同类型的肉之间变化,研究人员的技术使不同类型的纤维为三维相应印刷以准确的复制他们的单个结构。例如,Wagyu Rump由10.7%的脂肪组织组成,而狼牛素包含47.5%的脂肪组织,这对两种切口的质地和结构产生重大影响。

将纤维肌,脂肪和血管组织组装成培养牛排。通过自然通信的图像。
将纤维肌,脂肪和血管组织组装成培养牛排。通过自然通信的图像。

改善培养的肉类生产

根据研究人员,进一步改善其技术,不仅可以创造复杂的肉类结构,可以复制不同肉类类型和切割的个体特征,而且还可以控制培养肉的脂肪和肌肉含量。除了3D打印等过程中的自动化设备,如培养,也可以使可以在任何位置生产培养的肉。

因此,研究人员认为他们的技术可以帮助解决联合国(联合国)可持续发展目标(SDGS)关于环境保护和解决食品危机。该研究还可能有助于否定由于牲畜养殖所需的谷物生产的砍伐造成的环境破坏,以及由牲畜发出的二氧化碳引起的臭氧消耗。

此外,在需求和任何位置生产培养的肉类可以产生节能效果,因为它可以比种植牛屠宰所需的时间更快。

有关这项研究的进一步信息可参阅题为:“通过使用肌腱 - 凝胶集成的生物印刷,通过细胞纤维组装来设计整个切肉组织,”发表在自然通信期刊。该研究由D.Kang,H.Louis,H.Shimoda,Y. Nishiyama,H. Nozawa,M. Kakitani,D. Takagi,D. Kasa,E.Nagamori,S. Irie的kasa,S. Kitano和M. Matsusaki。

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特色的图像显示采用基于3D印刷的原始组织建模技术生产的培养的Wagyu牛肉的制造工艺和样品。通过toppan的图像。

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