中国海洋大学Nature成果：一种用于扩大鱼片产量的新型 3D 打印方法

2025年2月23日，南极熊获悉，来自中国海洋大学食品科学与工程学院的研究人员开发出了一种可扩展的方法，利用可食用多孔微载体（EPM）和生物打印技术生产实验室培育鱼片。

相关研究以题为“Scalable production of muscle andadipose cell-laden microtissues using edible macroporous microcarriers for 3Dprinting of cultured fish fillets”的论文发表在《自然通讯》期刊上。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-57015-1

随着人们对过度捕捞、气候变化和食品安全的担忧日益加深，人工养殖海鲜作为传统水产养殖的替代品而备受关注。但扩大生产规模并保持质地、结构和营养成分不变仍然是一项挑战。

中国海洋大学的这项研究成果详细介绍了如何有效扩大鱼的肌肉和脂肪细胞、制备生物墨水，并通过 3D 打印成与野生海鲜极为相似的鱼片。

△基于微载体的细胞微组织生物墨水的特性，采用 BioRender 创建。b：生鱼片和熟鱼片 3D 打印养殖鱼片原型的外观。图片来自中国海洋大学。

多孔微载体可实现高密度细胞扩增

根据研究团队的说法，新方法的重点是优化明胶基 EPM，以改善细胞粘附、生长和分化。通过在低温交联过程中引入氯化钠 (NaCl)，科学家控制了冰晶的形成，以微调孔径，从而创建了具有适合高密度细胞培养的孔隙率的支架。

△通过 NaCl 调节冰晶生长来控制 EPM 孔径

通过新方法，大黄鱼的肌肉卫星细胞（SC）和脂肪干细胞（ASC）扩增至6.25×105和5.77×105细胞/mL的密度，分别增加了499倍和461倍。

为了测试可扩展性，研究人员将 125 毫升旋转瓶换成了 4 升生物反应器，连续的扩增循环使细胞存活率保持在 80% 以上。胶原酶消化法被证明是将细胞转移到新鲜微载体上最有效的方法，可以保持细胞均匀分布并防止细胞丢失。

RNA测序证实，这些扩增的细胞保留了分化能力，并且与肌肉生长、细胞外基质重塑和细胞周期调控相关的基因显著增加。

成熟后，肌肉和脂肪微组织被混合到生物墨水中，通过商用 3D 生物打印机挤出，形成长 100 毫米、高 15 毫米的结构化鱼片。打印的鱼片具有与天然鱼肉相似的层状纹理，由于美拉德反应，烹饪后表面会变成褐色。

分析显示，打印的鱼片保留了水分（约 70%），重量损失约 35%，与传统鱼相似。然而，咀嚼性和黏着性等质地特性略低，在食品结构方面还有改进空间。

从营养角度来看，养殖鱼每 100 克的蛋白质含量比天然鱼高 8.5 克，脂肪含量减少 68.92%，胆固醇含量降低 87.93%。ω-3 脂肪酸含量保持稳定，但钠含量较高，比天然鱼高出 192.7 毫克/100 克。还观察到必需氨基酸增加了 51%，而风味化合物分析突出了挥发性有机物含量的差异，表明在口味和香气方面还有进一步优化的空间。

尽管扩大规模仍然是一个挑战，但研究人员估计，100 升的生物反应器每批可产出约 750 克的养殖鱼，这表明基于 EPM 的细胞扩增具有商业潜力。

虽然这项研究表明结构化养殖海鲜取得了重大进展，但微调纤维排列、生物墨水成分和生产成本将是实验室养殖鱼进入市场的关键。

这项研究强调了可扩展养殖鱼类生产的可行性，将生物打印和高密度细胞培养定位为可以重塑海鲜未来的工具。随着技术的进步，实验室养殖的鱼类可能很快会成为满足全球需求的可持续替代品，同时减轻海洋生态系统的压力。

3D打印鱼类食品正在兴起

改进替代海鲜的努力正在不断扩大，各家公司都在探索独特的方法。去年，维也纳食品科技公司RevoFoods与比利时Paleo合作，使其3D 打印的素食鲑鱼更加逼真。

△RevoFoods 3D 打印鲑鱼片。照片来自 Revo Foods。

项目为期两年，由欧盟Eureka Eurostars计划提供 220 万欧元资助，于 2024 年8 月启动，Paleo 将开发一种特殊发酵的肌红蛋白，以增强Revo Foods 鲑鱼替代品的口感、质地和营养价值。肌红蛋白通常存在于动物肌肉中，无需使用动物即可重新合成，以增加颜色、铁和香气。除此以外，Revo Foods 声称其 3D 打印工艺可将用水量减少 90%，二氧化碳排放量减少 75%。

早在 2020 年，由一群国际学生创立的初创公司Legendary Vish就致力于将3D 打印的植物性鱼类替代品推向市场。这个想法源于 2017 年欧盟资助的一项研究项目，研究团队开发了一种基于挤压的方法，使用植物基生物墨水制作结构化的鲑鱼片。

他们的目标是在人们日益担忧过度捕捞和环境破坏的背景下，提供一种可持续的海鲜替代品。在寻求投资以扩大生产规模的同时，他们还探索监管部门的批准和潜在的合作伙伴关系，以拓展斯堪的纳维亚和欧洲市场。