【研究】新加坡国立大学成功使用植物蛋白3D打印可食用的人造肉

新加坡国立大学（NUS）的一个研究小组成功地使用常见的植物蛋白3D打印了可食用的细胞培养支架，使更实惠和可持续的实验室培育的肉类可以放在餐桌上。

随着消费者越来越意识到其食品对环境和道德的影响，实验室培育的肉类，也称为培养肉或细胞肉，正成为越来越受欢迎的膳食蛋白质来源。培养肉是通过从动物身上获取骨骼肌细胞并在称为支架的三维结构上生长来生产的，支架在细胞繁殖并发育成组织时提供结构支撑。

然而，细胞培养支架通常由合成或动物基材料制成，这些材料要么太昂贵，要么不可食用。为了寻找替代方案，由新加坡国立大学食品科学与技术系副主任黄德健教授领导的团队转向植物蛋白，已知植物蛋白可生物降解并与动物细胞具有生物相容性。至关重要的是，植物蛋白还满足食物消费的常见需求，使由此产生的支架适合培养肉类。

黄教授说：「通过使用现成的谷物醇溶蛋白作为高精度3D打印技术的生物材料，我们开辟了一种制造可食用和结构化支架的新方法，以生产具有纤维品质的培养肌肉肉片。

该团队的工作符合新加坡国立大学开展尖端可持续性研究的决心，发表在《先进材料》杂志上。

食用脚手架的制作

醇溶蛋白是植物储存蛋白家族，由于其特定的氨基酸谱，营养价值低。事实上，醇溶蛋白在淀粉和植物油工业中是作为废物产生的。尽管如此，黄教授和他的团队利用醇溶蛋白的这些特性，提出了一种负担得起的可持续肉类文化资源。

具体来说，研究人员使用了来自玉米，大麦和黑麦粉的醇溶蛋白混合物，也称为玉米醇溶蛋白，大麦蛋白和Secalins。然后，这些混合物充当电流体动力打印的墨水，这是一种通常用于生物医学应用的高精度3D打印技术。

为了评估醇溶蛋白结构是否适合肉类栽培，将它们浸没在细胞培养基中，并在七天后检查以检查任何结构变化。在扫描电子显微镜下，支架保持其结构并且没有坍塌，尽管它们的表面确实出现了多个孔。然而，根据研究人员的说法，这些孔更有可能是培养细胞分泌的酶的结果，而不是结构弱点的证据。

为了使支架在培养肉类方面有任何用途，它们需要与农业动物的肌肉细胞具有生物相容性，这意味着它们需要能够容纳这些细胞并支持它们的生长和发育。

为了测试这一点，黄教授和团队用猪骨骼肌的干细胞接种了醇溶蛋白构建体，并在接下来的几天里测量了细胞增殖。他们发现细胞在支架上广泛分裂，在接种后11天达到最大计数。干细胞在玉米蛋白/大麦粒蛋白和玉米蛋白/塞卡林支架中生长得相当好。

重要的是，与标准聚己内酯支架（组织工程中的常用工具）相比，接种在醇溶蛋白构建体上的猪细胞增殖速度更快，这表明基于植物蛋白的支架比标准合成聚合物更适用于培养肉生产。

“由植物蛋白制成的支架是可食用的，并且具有多种多样的肽序列，可以促进细胞附着，诱导分化并加速肉类的生长。相比之下，用于培养肉的塑料珠等合成支架没有官能团，这使得动物细胞难以附着和增殖。此外，合成支架不可食用，需要额外的步骤将支架与肉类培养物分开。

作为概念验证，研究小组试图通过在玉米醇溶蛋白/塞卡林支架上培养猪皮干细胞来生产真正的肉片，然后让它们分化或成熟为肌肉。甜菜提取物用于模拟肉的红色。

他们的实验结果是成功的。在12天内，研究小组能够培养出质地和整体外观与真实动物肉相似的肉。

“由于支架是可食用的，因此不需要特殊或额外的程序即可从最终产品中提取它，”黄教授分享道。这些结果进一步验证了所提出的基于醇溶蛋白的支架在栽培肉类生产中的潜力。

进一步发展

黄教授及其团队正积极改进植物蛋白技术。例如，需要更多的研究来更好地确定醇溶蛋白构建体的特定结构和组成如何影响动物干细胞的生长以及它们如何形成肌肉组织。

黄教授说：“此外，我们需要确保由此产生的肉制品已做好市场准备，其安全性将满足严格的监管要求，营养成分将满足推荐的饮食需求。“当然，他们也需要开胃。风味、香气和质地需要仔细校准，才能与传统养殖的肉类产品竞争。