来源:EFL生物3D打印与生物制造
全球食品可持续性问题凸显以及传统动物农业面临伦理挑战的背景下,现有食品生产技术在应对资源短缺、环境退化等问题时存在明显不足。来自韩国生物科学与生物技术研究所的Sun Hee Cheong教授与全南国立大学的Sang-Ik Park教授团队,在《Food Chemistry》期刊上发表了题为“3D bioprinting: Advancing the future of food production layer by layer”的综述。文章总结了3D生物打印作为先进制造技术在替代食品(如培养肉和海鲜)生产领域的进展,详细探讨了生物打印系统中生物墨水、支架、生物打印机类型及软件系统等组成部分的当前进展,指出3D生物打印在组织工程中具备卓越精度和可扩展性,是培养肉和海鲜生产系统的关键节点。同时强调,尽管该技术潜力巨大,但存在成本较高、消费者接受度有限、规模化生产困难等局限,提出需通过持续的研究与开发推动生物打印技术的广泛应用,以构建更具韧性、伦理和可持续性的食品供应系统。
该综述展示了3D生物打印食品的完整流程,从细胞分离与培养、生物墨水配制,到打印设置和校准、生物打印过程,再到成熟分化以及最后的收获加工。该流程强调了各步骤的精准控制和调,以构建接近真实组织的三维结构,且在培养肉生产中需考虑打印参数优化、生物墨水特性及细胞来源等因素,成熟阶段还需在生物反应器中获取所需组织特性。
图 1. 3D生物打印食品的顺序步骤示意图
还阐述了食品生物打印面临的挑战及未来方向。面临的挑战包括难以复制传统肉鱼的复杂纹理风味、当前技术适合小规模实验室应用难以规化、需确保产品安全合规以及解决高成本带来的可持续性和经济可行性问题;未来方向则有开发专为食品制备的创新 biomaterials 和 bioinks、推动组织工程等技术发展以及整合多模式生物打印技术等。
图 2. 食品生物打印的挑战与技术发展示意图
结论
该综述全面介绍了3D生物打印技术及其在食品工业中制造细胞基培养肉和海鲜的应用。探讨了生物打印基本原理、组成及模式,分析了食品生物打印的机遇与挑战,包括成本、安全、规模化及纹理风味复制等问题。尽管存在挑战,但其前景光明,新兴趋势如新型生物材料开发、多模式技术整合及组织工程发展,为克服限制、实现生物打印在食品生产中的潜力提供可能。生物打印有望为传统动物产品提供健康、定制和可持续的替代品,变革食品行业。
文章来源:https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2025.142828
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