农业废弃物制成的3D打印墨水可能使细胞培养肉成本更低

细胞培养肉是一种很有前途、更环保的肉类替代品。然而，其生产成本仍然很高，需要降低后才更有可能被广泛使用。现在，来自新加坡和中国的研究人员已经找到了一种方法——可以利用食物垃圾（厨余）来制作细胞培养肉，降低生产成本，继而使细胞培养肉成为养活世界人口的可行选择。

规模化生产

为了生产细胞培养肉，动物肌肉干细胞在支架上生长，支架通过促进营养物质的运输改善细胞的环境，并产生质地和结构相似传统动物肉的细胞培养肉。没有支架的话，生产的肉则更会像是土豆泥。

独特的支架可以使用新兴的 3D 打印技术、电流体动力学 (EHD) 打印来创建。由于支架成为肉类产品的一部分，这些支架必须由可食用的材料制成。一种选择是使用动物副产品，如胶原蛋白或明胶，尽管这样做首先与购买无公害的培养肉相抵触。另一种方法是使用合成材料，但这些材料可能很昂贵。故而寻找具有成本效益的可食用印刷油墨是生产细胞培养肉的主要挑战之一。

在最近发表在 Advanced Materials 上的一项研究中，研究人员开发了可食用的植物基墨水，这种墨水来自食物垃圾（厨余），例如谷壳。这种新型墨水可以完全被肉制品吸收，而且生产成本低廉，因此可以显着降低大规模细胞培养肉生产的成本。

研究作者，中国西交利物浦大学孙杰教授：

我们针对 3D 打印技术优化了植物基墨水，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。”

孙教授和来自中国新加坡国立大学苏州研究院和新加坡国立大学的研究人员将从大麦或黑麦中提取的谷物蛋白与玉米蛋白混合，首次生产出纯谷物蛋白植物基基墨水。

孙教授说：“这是一种大规模生产细胞培养肉的新颖且具有颠覆性的想法。利用食物垃圾中的营养物质打印支架，不仅可以利用和增加食物垃圾的价值，还可以减轻畜牧业对环境的压力。”

寻找墨水

孙教授解释了为什么创建用于细胞培养肉类的支架的要求不同于用于培养其他类型细胞的支架。

孙教授说：

“在培养癌细胞用于药物研究时，我们希望它们聚集成簇，以模仿它们在人体中的生长方式。因此，我们对支架的强度有很高的要求，它必须足够坚固以支撑细胞簇。然而，在制造细胞培养肉类时，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，”孙教授说。

原蛋白/玉米蛋白-水墨支架生产过程示意图

研究人员发现用丙稀酰胺/玉米素墨水制作的支架与用聚己内酯（一种相当昂贵的可生物降解的聚酯）打印的支架性能相当。科学家们现在还在研究如何利用植物成分作为培养肌肉细胞的营养介质，这可以进一步降低生产成本。

孙教授总结道：“目前，细胞培养肉成本高的主要原因之一是肌肉细胞的营养培养基，其仍然来自动物蛋白。未来，如果能找到合适的植物提取物来提供营养，将进一步降低细胞培养肉的成本，使其更实惠。”

有关这项研究的论文最近发表在《先进材料》杂志上。