用于高通量生产肉类替代品支架的3D生物丝网印刷

把豆子变成牛排为什么重要

对于喜欢肉的口感与质地但关心动物福利、气候变化或资源消耗的人来说，一个重要问题依然存在：我们如何在不养殖动物的情况下制造出逼真的“牛排”？本研究提出了一种使用印刷与包装行业熟悉的工业工具来构建类肉块的方法，目标是让有结构的肉类替代品更便宜、更快速，并在咬感上更接近真肉。

借用印刷车间的工具

研究团队将丝网印刷——一种长期用于T恤和电子品装饰的工艺——改造为制造三维可食结构的方法。他们不使用墨水，而是用由食品成分制成的浓稠糊状物，尤其是大豆蛋白。一块精密网格或金属模板决定糊料通过的位置，逐层挤压出非常薄的层。通过精确控制干燥与叠加，这些层不断堆积，形成一个可以调节内部图案与厚度的小型“支架”，以模拟牛排中的结缔组织与大理石花纹。由于丝网印刷已经在工业规模上使用，同样的思路未来有望在大型设备上运行，每小时生产数公斤产品。

设计可食用的构件

为将大豆蛋白变为可印刷材料，团队研究了其受压时的流变行为。高蛋白含量通常会使糊料过于粘稠，难以通过细小孔隙。作者采用食品级的还原剂（如亚硫酸钠）来轻柔松解蛋白网络，使糊料在不加热的情况下更易通过网格。他们还加入少量海藻来源的增稠剂——海藻酸盐，帮助打印层保持形状并将不同成分结合在一起。这一配方使得富蛋白糊料表现得像经典的丝网印刷墨水，维持大约0.1毫米的高分辨率，同时在干燥和交联后形成坚实的凝胶。

从有图案的支架到大理石牛排

使用这些“墨水”，团队打印出模拟肉类支撑组织的条状与空腔格栅。他们能可靠地制造出圆形、矩形和六边形孔，并在不同尺寸范围内将偏差控制在很小的幅度。使用第二种更软的、基于大豆和油的材料，他们在一次通过中就将植物性“脂肪”填充到空隙中，生成大理石花纹的原型。通过堆叠单独打印的层并用钙溶液重新连接，他们构建了厚度超过半厘米的块体。测试显示，这些堆叠并打印的样品在煎炸过程中对液体的吸收、质量损失和高度变化与传统肉类类似，其硬度、弹性和嚼感也处于或接近已报道的熟肉肌肉的范围。

邀请活细胞进入结构

培养肉的一个关键目标是包含真实的动物细胞。作者在大豆基支架的表面和内部培养了小鼠肌肉前体细胞，以检验打印结构是否能作为未来混合产品的载体。在洗去多余还原剂的处理后，支架支持表面细胞的健康生长，细胞在打印的条状结构上扩展、排列并融合成早期肌纤维。当细胞被混入柔软的胶原凝胶并用移液器注入支架空腔时，它们在三维环境中也能存活，特别是在事先部分成熟的情况下。尽管通过这种方式加入的动物蛋白总量相比一块牛排仍然偏低，但该方法展示了植物材料与肌肉细胞可以在同一个打印物内共存的可能性。

这对你的餐盘意味着什么

简言之，这项工作表明，常见的印刷方法可以被重新构想为食品制造工具，将浓厚的植物蛋白糊和活细胞塑造成牛排状块体。该工艺能处理高蛋白含量、在不牺牲速度的情况下创建精细内部结构，并产生在烹饪时能保持形态同时提供熟悉口感的支架。如果将其适配到全规模工业设备，并结合改进的细胞生长方法与完全植物性的细胞培养饲料，3D生物丝网印刷有望使有结构的、价格合理的肉类替代品与混合培养肉更接近日常餐桌。

引用: 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

关键词: 培养肉, 3D生物丝网印刷, 大豆蛋白支架, 肉类替代品, 混合培养肉