通过整合酵母蛋白3D打印和受控菌丝生长，协同生物制造结构化双微生物蛋白肉制品类似物

《Food Hydrocolloids》：Synergistic biofabrication of structured dual microbial protein meat analogs via integration of yeast protein 3D printing and controlled mycelial growth

　　

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  开发了将酵母蛋白 3D 打印与菌丝生长相结合的技术，用于双微生物蛋白肉类替代品；
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  最佳酵母蛋白 - 豆渣油墨（7:3）配合 3% 的κ-卡拉胶（KCA）促进了菌丝生长和可打印性；
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  3D 打印支架支持菌丝快速生长，18 小时内形成密集的菌丝网络；
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  所得肉类替代品表现出增强的保水性、营养特征和质地特性。

引言

预计到 2050 年，全球人口将达到 97 亿，导致肉类需求大幅增加 (Ahmad, Farooq, Alhamoud, Li, & Zhang, 2022)。然而，传统肉类生产造成了严重的环境成本，包括森林砍伐、生物多样性丧失、土壤退化、水资源短缺和温室气体排放 (Dai et al., 2025a; Sakarika, Chin, Boon, & Keppler, 2026)。此外，传统肉类产业面临着潜在的公共卫生风险、多样化的市场需求和动物福利问题等严峻挑战 (Boro, Kambhampati, Das, & Saikia, 2025; Peacock, 2026)。因此，加快向可持续蛋白质生产策略的转型势在必行。在此背景下，主要由植物和微生物蛋白组成的肉类替代品，凭借其优越的感官属性、营养均衡、环保特性和生产效率，已成为缓解这些问题的有前景的解决方案 (Xia et al., 2023a; Zhang, Wu, He, Chen, & Zhou, 2026)。

来自细菌、酵母、丝状真菌和微藻的富含蛋白质的微生物生物质为传统肉类产品提供了一种潜在的更可持续的替代方案 (Baji?, Vu?urovi?, Vasi?, Jevti?-Mu?ibabi?, & Dodi?, 2023)。与动物和植物来源的蛋白相比，这些微生物蛋白具有生产周期短、适合大规模工业生产以及可获得性更强的特点 (Zhao et al., 2024)。在营养特性方面，作为代表性微生物蛋白的酵母蛋白，其特点是低脂、无胆固醇，是一种天然的高质量蛋白质来源。它提供了平衡的必需氨基酸谱，体外消化率超过 85% (Riaz et al., 2026b)。此外，酵母蛋白表现出多样的功能性和生物活性特性，包括促进肌肉再生和分化、调节脂质代谢、增加肠道微生物丰度以及降低血压 (Riaz et al., 2026b; Zhao et al., 2024)。然而，它在中性 pH 值下表现出明显的聚集倾向、分散性差、溶解度低以及天然紧凑且刚性的蛋白质结构 (Liu, Huang, & Wei, 2026; Riaz et al., 2026a)。这些特性使得通过高水分挤出等加工技术难以复制真肉的纤维和感官特性，而高水分挤出是植物基肉类替代品的广泛使用的方法 (Riaz et al., 2026a; Xia et al., 2023b)。因此，需要超越传统挤出的加工策略，将酵母蛋白转化为类肉的纤维结构。

真菌表现出与肌肉纤维束密切相似的天然丝状结构，且真菌蛋白独特的风味成分使其在肉类替代品应用中前景广阔 (Nian et al., 2026)。最广泛使用的菌株是 *Fusarium venenatum* A3/5，其菌丝生物质是肉类替代品的主要成分，最著名的是第一个大规模商业化的微生物蛋白产品 Quorn (Ahmad et al., 2022)。Neurospora intermedia 和 *Rhizopus oryzae* 也因其富含纤维的菌丝而被用于生产具有理想食用质量的肉类替代品 (Elhalis, See, Osen, Chin, & Chow, 2023; Wang et al., 2024)。此外，这些丝状真菌含有丰富且高质量的蛋白质、宝贵的膳食纤维以及一系列矿物质和水溶性维生素。其经蛋白消化率校正的氨基酸评分与牛奶相当，并超过鸡肉和牛肉 (Majumder, Miatur, Saha, & Hossain, 2024; Wang, Shi, Lu, & Chen, 2023)。然而，传统的菌丝基肉类替代品的生产依赖于将收获的菌丝生物质作为结构成分掺入植物基基质中。虽然这在一定程度上赋予了纤维结构，但未能利用活真菌的动态重塑潜力，因此难以完全复制真肉的多尺度结构，从排列整齐的肌纤维束到宏观层状结构 (Zhou et al., 2026)。基于挤出的 3D 打印能够精确控制原料沉积、复杂结构构建和营养成分定制，从而允许创建具有可定制形状和质地的肉类替代品 (Chakravorty, Badwaik, & Baran Das, 2026; Hu et al., 2026; Liu et al., 2025)。目前，这项技术正应用于一系列产品，如植物基牛排和汉堡，以及鱼类替代品 (Cheng et al., 2024; Shi et al., 2023)。然而，现有的 3D 打印肉类替代品仅依赖油墨配方和结构设计，这不足以产生天然肌肉组织的生物学复杂性。

在本研究中，我们开发了一种集成生物制造策略，利用 3D 打印和控制菌丝生长将基于酵母蛋白的支架转化为具有互连纤维结构的肉类替代品。3D 打印的多孔结构不仅为菌丝的径向生长提供了定义的物理空间，还改善了氧气和水分渗透性，加速了菌丝生长并显著增加了总生物质 (Wang et al., 2026a)。具体而言，我们配制了一种酵母蛋白 - 豆渣复合油墨，添加κ-卡拉胶（KCA）作为食品增稠剂以调节流变性和提高油墨的可打印性。同时，在挤出之前将 *R. oryzae* RO-22 孢子均匀预分散在油墨中，确保在整个 3D 打印支架中均匀三维分布。我们进一步研究了形成的菌丝网络和最终产品的质量属性。总之，本研究预计通过创新地将 3D 打印与受控菌丝生长相结合，以复制肉类在质地和营养方面的特性，为开发高质量微生物蛋白基肉类替代品提供理论依据和技术支持。

章节摘要

材料与菌株

米曲霉（*Rhizopus oryzae*）RO-22 是从米酒中分离的，已被广泛用于植物食品发酵 (Huang et al., 2017; Wu et al., 2018)。米曲霉（*R. oryzae*）孢子悬浮液（10⁶ 孢子/毫升）的制备方法是：将真菌在马铃薯葡萄糖琼脂（PDA）上于 37 °C 培养 3 天，在无菌去离子水中收集孢子，通过无菌纱布过滤，并通过涡旋匀化。酵母蛋白（蛋白质含量 79.35%）购自上海昌恒生物科技有限公司（上海，

菌丝生长基质组成

为了实现米曲霉（*R. oryzae*）RO-22 菌丝在基于酵母蛋白和豆渣的油墨中的最佳生长，评估了其在不同比例的酵母蛋白与豆渣下的径向生长。图 1A 显示，在快速生长阶段从 12 到 22 小时，监测了米曲霉（*R. oryzae*）RO-22 的径向生长速度，表示为菌落面积（毫米²）。所有处理均表现出菌丝生长面积随时间增加，表明菌丝网络径向扩展以寻找营养 (Soh et

结论

本研究通过协同整合基于挤出的 3D 打印和受控菌丝生长（使用米曲霉 *R. oryzae* RO-22），开发了具有质地的双微生物蛋白肉类替代品。优化基质组成（酵母蛋白：豆渣 = 7:3）和 KCA 浓度（3%）产生了具有良好流变特性的油墨，包括明显的剪切变稀行为和增加的屈服应力，确保了支架的优异可打印性和形状保持性。密集互连的菌丝

CRediT 作者贡献声明

Yiqiang Dai: 写作 - 审阅与编辑，写作 - 初稿，调查，形式分析。Feng Xue: 方法论。Xiudong Xia: 资金获取。Jiajia Dong: 写作 - 审阅与编辑，资金获取，形式分析。Yifei Liu: 写作 - 审阅与编辑，方法论，形式分析。Ghada Said Baghdady: 形式分析。Bing Han: 形式分析。Minghao Zhang: 方法论

未引用参考文献

Zhang 等，2026。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

竞争利益声明

? 作者声明没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这些可能会影响本文报告的工作。

致谢

本研究得到中国江苏省卫生健康委员会项目（编号：Z2025066）和国家重点研发计划（2024YFF1106800）的财务支持。我们感谢 Tianqi Jiang 先生、Yiming Cai 先生和 Cao Yuxin 女士在样品测试方面提供的协助。

Yiqiang Dai|Yifei Liu|Ghada Said Baghdady|Bing Han|Minghao Zhang|Feng Xue|Xiudong Xia|Jiajia Dong