中國海洋大學Nature成果：一種用于擴大魚片產量的新型3D打印方法
時間：2025-02-24 09:46 來源：未知 作者：admin 閱讀：次
2025年2月23日，來自中國海洋大學食品科學與工程學院的研究人員開發出了一種可擴展的方法，利用可食用多孔微載體（EPM）和生物打印技術生產實驗室培育魚片。相關研究以題為“Scalable production of muscle andadipose cell-laden microtissues using edible macroporous microcarriers for 3Dprinting of cultured fish fillets”的論文發表在《自然通訊》期刊上。
隨著人們對過度捕撈、氣候變化和食品安全的擔憂日益加深，人工養殖海鮮作為傳統水產養殖的替代品而備受關注。但擴大生產規模并保持質地、結構和營養成分不變仍然是一項挑戰。中國海洋大學的這項研究成果詳細介紹了如何有效擴大魚的肌肉和脂肪細胞、制備生物墨水，并通過 3D 打印成與野生海鮮極為相似的魚片。
△基于微載體的細胞微組織生物墨水的特性，采用 BioRender 創建。b：生魚片和熟魚片 3D 打印養殖魚片原型的外觀。圖片來自中國海洋大學。
多孔微載體可實現高密度細胞擴增
根據研究團隊的說法，新方法的重點是優化明膠基 EPM，以改善細胞粘附、生長和分化。通過在低溫交聯過程中引入氯化鈉 (NaCl)，科學家控制了冰晶的形成，以微調孔徑，從而創建了具有適合高密度細胞培養的孔隙率的支架。
△通過 NaCl 調節冰晶生長來控制 EPM 孔徑
通過新方法，大黃魚的肌肉衛星細胞（SC）和脂肪干細胞（ASC）擴增至6.25×105和5.77×105細胞/mL的密度，分別增加了499倍和461倍。為了測試可擴展性，研究人員將 125 毫升旋轉瓶換成了 4 升生物反應器，連續的擴增循環使細胞存活率保持在 80% 以上。膠原酶消化法被證明是將細胞轉移到新鮮微載體上最有效的方法，可以保持細胞均勻分布并防止細胞丟失。
RNA測序證實，這些擴增的細胞保留了分化能力，并且與肌肉生長、細胞外基質重塑和細胞周期調控相關的基因顯著增加。成熟后，肌肉和脂肪微組織被混合到生物墨水中，通過商用 3D 生物打印機擠出，形成長 100 毫米、高 15 毫米的結構化魚片。打印的魚片具有與天然魚肉相似的層狀紋理，由于美拉德反應，烹飪后表面會變成褐色。
分析顯示，打印的魚片保留了水分（約 70%），重量損失約 35%，與傳統魚相似。然而，咀嚼性和黏著性等質地特性略低，在食品結構方面還有改進空間。從營養角度來看，養殖魚每 100 克的蛋白質含量比天然魚高 8.5 克，脂肪含量減少 68.92%，膽固醇含量降低 87.93%。ω-3 脂肪酸含量保持穩定，但鈉含量較高，比天然魚高出 192.7 毫克/100 克。還觀察到必需氨基酸增加了 51%，而風味化合物分析突出了揮發性有機物含量的差異，表明在口味和香氣方面還有進一步優化的空間。
盡管擴大規模仍然是一個挑戰，但研究人員估計，100 升的生物反應器每批可產出約 750 克的養殖魚，這表明基于 EPM 的細胞擴增具有商業潛力。雖然這項研究表明結構化養殖海鮮取得了重大進展，但微調纖維排列、生物墨水成分和生產成本將是實驗室養殖魚進入市場的關鍵。這項研究強調了可擴展養殖魚類生產的可行性，將生物打印和高密度細胞培養定位為可以重塑海鮮未來的工具。隨著技術的進步，實驗室養殖的魚類可能很快會成為滿足全球需求的可持續替代品，同時減輕海洋生態系統的壓力。
3D打印魚類食品正在興起
改進替代海鮮的努力正在不斷擴大，各家公司都在探索獨特的方法。去年，維也納食品科技公司RevoFoods與比利時Paleo合作，使其3D 打印的素食鮭魚更加逼真。
△RevoFoods 3D 打印鮭魚片。照片來自 Revo Foods。
項目為期兩年，由歐盟Eureka Eurostars計劃提供 220 萬歐元資助，于 2024 年8 月啟動，Paleo 將開發一種特殊發酵的肌紅蛋白，以增強Revo Foods 鮭魚替代品的口感、質地和營養價值。肌紅蛋白通常存在于動物肌肉中，無需使用動物即可重新合成，以增加顏色、鐵和香氣。除此以外，Revo Foods 聲稱其 3D 打印工藝可將用水量減少 90%，二氧化碳排放量減少 75%。
早在 2020 年，由一群國際學生創立的初創公司Legendary Vish就致力于將3D 打印的植物性魚類替代品推向市場。這個想法源于 2017 年歐盟資助的一項研究項目，研究團隊開發了一種基于擠壓的方法，使用植物基生物墨水制作結構化的鮭魚片。
他們的目標是在人們日益擔憂過度捕撈和環境破壞的背景下，提供一種可持續的海鮮替代品。在尋求投資以擴大生產規模的同時，他們還探索監管部門的批準和潛在的合作伙伴關系，以拓展斯堪的納維亞和歐洲市場。
(責任編輯：admin)
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