Drukowanie bio-sita 3D do masowej produkcji rusztowań dla alternatyw mięsa

Dlaczego zamiana fasoli na steki ma znaczenie

Dla osób, które lubią smak i teksturę mięsa, ale martwią się o dobrostan zwierząt, zmiany klimatu czy zużycie zasobów, pozostaje duże pytanie: jak wytwarzać realistyczne „steki” bez hodowli zwierząt? Badanie to przedstawia sposób budowania kawałków przypominających mięso przy użyciu znajomego narzędzia przemysłowego z branży druku i pakowania, z celem uczynienia strukturalnych alternatyw dla mięsa tańszymi, szybszymi i bliższymi w gryzieniu prawdziwemu mięsu.

Pożyczając narzędzie z drukarni

Naukowcy zaadaptowali sitodruk, od dawna stosowaną technikę zdobienia koszulek i elektroniki, aby tworzyć trójwymiarowe, jadalne struktury. Zamiast tuszu używają gęstych past z składników spożywczych, przede wszystkim białka sojowego. Drobna siatka lub metalowy szablon definiuje miejsca, przez które przeciskana jest pasta, nakładając bardzo cienkie warstwy na siebie. Poprzez staranne sterowanie czasem schnięcia i układaniem, warstwy te budują małe „rusztowanie”, którego wewnętrzny wzór i grubość można dostosować, aby przypominały tkankę łączną i marmurkowanie występujące w steku. Ponieważ sitodruk jest już stosowany na skalę przemysłową, ten sam pomysł mógłby kiedyś być realizowany na dużych maszynach, produkując wiele kilogramów produktu na godzinę.

Projektowanie jadalnych elementów konstrukcyjnych

Aby przekształcić białko sojowe w materiał nadający się do drukowania, zespół badał jego przepływ pod wpływem ciśnienia. Wysoka zawartość białka zwykle powoduje, że pasty są zbyt sztywne, by przechodzić przez drobne otwory. Autorzy poradzili sobie z tym za pomocą spożywczych środków redukujących, takich jak siarczyn sodu, które delikatnie rozluźniają sieć białkową, dzięki czemu pasta łatwiej przechodzi przez siatkę bez podgrzewania. Dodatkowo dodali niewielką ilość alginianu, roślinnego zagęszczacza pochodzącego z wodorostów, aby pomóc drukowanym warstwom zachować kształt i wiązać różne składniki. Ta receptura pozwoliła, by pasty bogate w białko zachowywały się jak klasyczne tusze do sitodruku, utrzymując wysoką rozdzielczość do około jednej dziesiątej milimetra przy jednoczesnym tworzeniu solidnych żeli po wysuszeniu i crosslinkingu.

Od wzorzystych rusztowań do marmurkowych steków

Przy użyciu tych „tuszów” zespół drukował siatki pasków i kieszeni imitujących tkankę podporową w mięsie. Byli w stanie wiarygodnie wytwarzać okrągłe, prostokątne i sześciokątne pory w różnych rozmiarach, z jedynie drobnymi odchyleniami od zaplanowanych wymiarów. Używając drugiego, miększego materiału na bazie soi i oleju, jednocześnie wypełnili szczeliny roślinnym „tłuszczem” w jednym przebiegu, tworząc marmurkowe prototypy. Poprzez układanie indywidualnie drukowanych warstw i ponowne łączenie ich roztworami wapnia zbudowali kawałki grubsze niż pół centymetra. Testy wykazały, że te warstwowe i drukowane próbki chłonęły płyny, traciły masę i zmieniały wysokość podczas smażenia na patelni w sposób porównywalny z konwencjonalnym mięsem, a ich twardość, elastyczność i żowatość mieściły się w lub blisko zakresów podawanych dla gotowanego mięśniowego mięsa zwierzęcego.

Zaproszenie żywych komórek do struktury

Kluczowym celem mięsa hodowanego jest włączenie prawdziwych komórek zwierzęcych. Autorzy hodowali mysie prekursorowe komórki mięśniowe na i wewnątrz rusztowań z białka sojowego, aby sprawdzić, czy drukowane struktury mogą służyć jako dom dla przyszłych produktów hybrydowych. Po etapach płukania usuwających nadmiar środków redukujących, rusztowania wspierały zdrowy wzrost komórek na powierzchniach: komórki rozprzestrzeniały się, wyrównywały wzdłuż drukowanych pasków i łączyły się w wczesne włókna mięśniowe. Gdy komórki wymieszano z miękką matrycą kolagenową i żelową i pipetowano do wnęk rusztowania, również przeżywały w trzech wymiarach, szczególnie jeśli były częściowo zróżnicowane wcześniej. Chociaż całkowita zawartość białka zwierzęcego dodanego w ten sposób jest nadal niska w porównaniu ze stekiem, podejście to pokazuje, że materiały roślinne i komórki mięśniowe można łączyć w jednym wydrukowanym obiekcie.

Co to może znaczyć dla twojego talerza

Mówiąc najprościej, praca ta pokazuje, że powszechna metoda drukarska może zostać przemyślana jako narzędzie produkcji żywności, które kształtuje gęste pasty z białek roślinnych i żywe komórki w kawałki przypominające stek. Proces radzi sobie z wysoką zawartością białka, tworzy drobne wzory wewnętrzne bez poświęcania prędkości i produkuje rusztowania, które wytrzymują obróbkę cieplną, zapewniając jednocześnie znajome doznania w ustach. Jeśli zostanie dostosowany do maszyn przemysłowych na pełną skalę i połączony z udoskonalonymi metodami wzrostu komórek oraz w pełni roślinnymi pożywkami komórkowymi, drukowanie bio-sitem 3D mogłoby przybliżyć strukturalne, przystępne cenowo alternatywy mięsa i hybrydowe mięso hodowane do codziennych posiłków.

Cytowanie: Maatz, R., Karnop, P., Sylvia, R. et al. 3D bio-screen printing for high-throughput production of scaffolds for meat alternatives. npj Sci Food 10, 155 (2026). https://doi.org/10.1038/s41538-026-00853-0

Słowa kluczowe: mięso hodowane, drukowanie bio-sitem 3D, rusztowanie z białka sojowego, alternatywy mięsa, hybrydowe mięso hodowane