資料來源：Novameat

肯德基和星巴克等幾家餐飲巨頭最近大動作推出了植物肉產(chǎn)品，國內(nèi)老牌的金字火腿去于去年十月上架與杜邦合作開發(fā)的牛肉味植物肉餅，植物肉的市場上眾家齊鳴，好不熱鬧。對照植物基替代肉的大張旗鼓，替代肉競賽中的另外一個流派 – 3D打印肉還在沈潛養(yǎng)兵，這期食品創(chuàng)新專題擬細細剖析3D打印肉，在可期的市場劇變前為行業(yè)進行梳理。

圖：3D打印建模的牛排

資料來源：Novameat

3D食品打印的淵源

根據(jù)Research and Markets的研究估算，至2025年，全球食用3D打印市場的復合年增長率將達到32.05％，市場規(guī)模將達到4840.04億美元(注：新冠肺炎帶來經(jīng)濟衰退的同時，因感染而停工的肉品工業(yè)也令市場嗅到了替代肉品的機會，未來的3D打印食品趨勢有待時間驗證)。

3D打印技術(shù)應用在食品領(lǐng)域可以追溯至2006年康乃爾大學計算合成實驗室的Fab @ Home項目，學生們研發(fā)出第一臺使用復合材料與增材制造技術(shù)(Additive Manufacturing Technology)的食品級打印機，用于打印巧克力、餅干面團與起司等；2012年Choc Edge的3D巧克力打印機則是實現(xiàn)了3D食品打印機的商業(yè)化；2013年，父子檔創(chuàng)業(yè)公司Modern Meadow試圖以3D生物打印技術(shù)生產(chǎn)人造肉，正式開啟了3D打印技術(shù)被應用于替代肉生產(chǎn)的賽道(注：由于投資與效益考量，Modern Meadow目前已經(jīng)轉(zhuǎn)為專注于更高單價的人造皮革)。一直到了2018年，風起云涌的植物基替代肉風潮則催生了3D打印的植物肉，代表企業(yè)是Novameat與Redefine Meat。

3D打印肉能解決哪些問題？

替代肉想要解決的共通問題

畜牧業(yè)長期釋放甲烷（甲烷的效力比二氧化碳高20到30倍），被認為是全球暖化的重要罪魁禍首，地球上將近30％的無冰表面被開墾用來畜牧，是森林砍伐、土地退化、水污染和荒漠化的最大原因。隨著全球人口持續(xù)成長，聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAO）估計，2050年全球?qū)θ獾男枨髮⒈痊F(xiàn)在增長70％。

畜牧業(yè)伴隨著動物福利與道德問題，根據(jù)FAO統(tǒng)計，人類一年飼養(yǎng)和宰殺560億只陸生動物以供食用。畜牧業(yè)為了加快動物生長，往往使用生長激素，為了避免動物感染病毒，更長期濫用抗生素，導致整個自然環(huán)境的細菌出現(xiàn)變化。身為食物鏈終端的人類深陷抗生素和激素類添加物質(zhì)超標的風險。

替代肉的崛起被視為翻轉(zhuǎn)傳統(tǒng)畜牧業(yè)的重要一步，對抗日趨嚴重的全球暖化問題，避免動物屠殺，更能避免人類長期食用飼養(yǎng)動物的健康風險。

3D食品打印的優(yōu)勢

食品工業(yè)添加過多的人工防腐劑、添加劑和其他化學物質(zhì)，3D食品打印使用新鮮的食材制作各種食材，而且還可以更嚴格地控制食品的份量，從而減少過度食用，促進更健康的飲食方式。

食品加工僅取用部分的動物部位或切割原料后將邊角料丟棄，造成過多的浪費，3D食品打印可以通過僅使用所需量的原料制作食品來減少浪費。

3D食品打印可以對食物的質(zhì)地和組合進行自由變化，應用在老年患者和其他吞咽困難患者可以增加他們的食品選擇，改善進食情況。同樣地，也可以應用在特殊食品的制造上，例如：軍用食品，太空食品等。

3D打印肉的獨到解方

撇開國內(nèi)存在已久的素牛排、素雞等品類，新進的替代肉競爭者絕大多數(shù)是肉糜和碎肉為主體的各式產(chǎn)品，包括：漢堡肉、香腸、包裝絞肉等。再看看中外各地饕客對于植物肉的品頭論足，“吃不到肉的口感” 、“欠缺真漢堡肉排的緊密口感” 、“肉排松軟容易崩塌”，非素食的消費者對于肉的執(zhí)念不只是味道，還有那種大口咬下肉的獨特口感與嚼勁。

圖：消費者對于植物基替代肉的部分評論

在替代肉的新興市場中，一小群專家與創(chuàng)業(yè)者將3D打印技術(shù)應用在替代肉領(lǐng)域，志在解決替代肉的質(zhì)地與口感問題。味道、質(zhì)地、外觀和營養(yǎng)特性是替代肉是否能成功仿真的四個要素。目前，植物型漢堡包已經(jīng)掌握了味道，大豆擠出機已經(jīng)使口感得到了掌握，但是很少人能夠同時實現(xiàn)。而3D打印肉最大的創(chuàng)新之處就在紋理，創(chuàng)造出具有與肌肉組織相同質(zhì)地的微纖維。

大多數(shù)純素肉在生產(chǎn)過程中都使用傳統(tǒng)的食品擠出機，這通常無法制造肌肉纖維或“切割肉塊”的替代品，這意味著此類制造商通常必須以大豆和小麥面筋為原料。 3D打印機企業(yè)則聲稱，通過使用他們的技術(shù)，以植物為基礎的行業(yè)將能夠避免這種成分，并使用更多的纖維選項，例如豌豆蛋白和大米蛋白。

此外，規(guī)?；a(chǎn)也是植物基替代肉的公敵，Impossible Food和Beyond Meat都曾一度在渠道擴展地同時面對產(chǎn)量跟不上的困境。因此導入3D打印技術(shù)也許能突破目前替代肉規(guī)?；a(chǎn)的瓶頸，進而帶動替代肉價格下降，以與真肉一較高下。

3D打印肉的技術(shù)流派

3D打印肉主要是將增材制造工藝應用在”肉品”制造，使用特殊制備的可食用墨水，經(jīng)過3D打印機逐點逐層累積疊加形成三維的”肉塊”，以創(chuàng)造食品擠出機( food extrusion machine)無法比擬的成塊肉質(zhì)。推敲起來，3D打印肉的技術(shù)差異主要體現(xiàn)在3D打印機與墨水上。

正如同替代肉市場有植物肉(plant-based meat)與培養(yǎng)肉(cultured meat)兩種不同的路線，3D打印肉也有。采用植物基墨水的植物肉與采用生物墨水的培養(yǎng)肉各有擁護者。前者是由豌豆、大豆、小麥、薯仔、海藻抽取物等各式植物蛋白結(jié)合油脂、谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶（TGase）、明膠等添加物組成，代表企業(yè)包括：Novameat、Redefine Meat；后者則是由活體動物干細胞所培養(yǎng)的異體衛(wèi)星細胞與培養(yǎng)液所構(gòu)成，代表企業(yè)包括：轉(zhuǎn)為耕耘人造皮市場的Modern Meadow與在太空打印培養(yǎng)肉的Alpha Farms。

一般而言，使用生物墨水的3D打印技術(shù)被稱為3D生物打印技術(shù)。從活著的動物身上取出可復制的干細胞，并從中分離出異體衛(wèi)星細胞，在控制環(huán)境下給予富含營養(yǎng)的培養(yǎng)液以利細胞復制繁殖，然后將這些細胞與基質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)混合成生物墨水放入生物打印機墨盒中，生物打印機將生物墨水依設計圖逐層堆疊成具生物相容性的生物支架，再將細胞分配到生物支架上，最終形成組織狀的活體三維結(jié)構(gòu)。

其后將組織放入生物反應器中，并給予低頻刺激以使肌肉纖維發(fā)展、熔合。使用3D生物打印的培養(yǎng)肉基本上具有真肉的一切感官體驗，但能避免畜牧業(yè)的資源消耗與屠宰動物的人道爭議，因此被寄予很高的期待，然而3D生物打印肉的技術(shù)復雜，同時結(jié)合了3D打印與組織工程學，需要龐大的資金投入與冗長的開發(fā)時間，商業(yè)化的進程緩慢。

因此，當植物基的替代肉走上C位將市場炒的火熱時，原本鉆研于3D生物打印與組織工程學的Giuseppe Scionti也坐不住了，于2018年創(chuàng)立了Novameat，以自家研發(fā)的支架建構(gòu)技術(shù)(scaffolding technology)結(jié)合植物基的墨水打造植物肉，吸引了眾家創(chuàng)業(yè)者紛紛投入3D打印植物肉技術(shù)開發(fā)，因為這些使用植物基的3D打印機比使用活體生物組織的競爭者更早看到商業(yè)化的可能性，在現(xiàn)下這個時空似乎更加實際。

俄羅斯科學院食品系統(tǒng)聯(lián)邦研究中心的學者Nataliya A. Gorbunova最近發(fā)表了一篇論文，探討梳理了3D打印增材技術(shù)與其應用在替代肉制造的可能性。 3D打印食品領(lǐng)域常用三種打印技術(shù)：熱熔融層積(FDM，fused deposition modeling)、粘合劑噴射成形(PBP，powder binder printing)、雷射粉末燒結(jié)(SLS，selective laser sintering)，其中還是以擠出成型式的技術(shù)(FDM)最普遍適用于打印肉。

影響印刷結(jié)構(gòu)的幾何精度的關(guān)鍵參數(shù)是噴嘴速度、噴嘴直徑、噴嘴高度（噴嘴和用于沉積的平臺表面和/或上個列印層的高度差）、擠出速率和填充百分比。但除了機器本身，還可以透過改變孔隙率以及圖案和調(diào)整墨水配方（添加劑和粘合劑）來改變紋理。早先有研究人員在火雞肉汁中加入谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶與熏肉脂肪作為墨水，打印出來的3D肉在味道和質(zhì)地上都有顯著的改善。

“3D打印肉”公司全覽

表：3D打印肉企業(yè)基本信息

數(shù)據(jù)來源：35斗整理

表：3D打印肉企業(yè)產(chǎn)品信息

數(shù)據(jù)來源：35斗整理

通過crunchbase數(shù)據(jù)庫與信息公開，我們列出了7家與“3D打印肉”相關(guān)的幾家公司，這些公司中有些是以3D打印技術(shù)為賣點，有些則是制造可供作3D打印肉的材料，與3D打印密切相關(guān)的程度則依公司有所差異。除了來自美國的Modern Meadow，其他公司都位于3D打印肉的重鎮(zhèn) – 歐洲，其中3家是來自以創(chuàng)新立國的以色列，西班牙、芬蘭、荷蘭則各有一家。

由技術(shù)路線探討，這些公司中有4家自行開發(fā)3D打印技術(shù)與墨水配方，3家則是專注于替代肉（蛋白）的原材料研發(fā)，3D打印技術(shù)采取外援合作模式，有趣的是，其中2家都相中了太空食物的潛能，分別與俄羅斯3D打印企業(yè)和歐洲太空總署合作。

原材料方面，4家企業(yè)是從活體干細胞取材，然后進行復制和培育，2家是以植物蛋白為主，1家則是從空氣中提取出二氧化碳后，再與水、營養(yǎng)素和維生素結(jié)合制成非動物性蛋白。

7家公司成立的時間橫跨2011年至2018年，值得注意的是，2家從事3D打印植物肉開發(fā)的企業(yè)Novameat 和Redefine Meat都成立于2018年，這是在植物基替代肉企業(yè)大放異彩后的事，再仔細推敲其商業(yè)模式，兩家企業(yè)有志一同，預計先與餐廳合作推出3D打印肉餐點，接著與肉類經(jīng)銷商和零售商合作上架，并將提供整套3D打印肉的解決方案，包括：3D打印設備、3D 肉類建模系統(tǒng)與植物基墨水配方。 Novameat和Redefine Meat賣的可真的不是肉，而是新興飲食浪潮下的創(chuàng)新生產(chǎn)方案。

從融資角度來看，7家企業(yè)吸引了近9000萬美元的投資，主要集中在培養(yǎng)肉技術(shù)型企業(yè)，相較于產(chǎn)品已經(jīng)問世的植物肉企業(yè)，融資金額偏小，集中在A輪以前，整體融資金額加總還落后于植物肉吸金前四強（請詳見35斗“人造肉”頭部企業(yè)盤點：11家公司融資總額12.8億美元，多數(shù)為植物蛋白肉）。

引人注意的是，唯一的C輪企業(yè)Modern Meadow已經(jīng)轉(zhuǎn)向作人造皮革，也許是人造皮革市場利多，也許是替代肉品市場競爭過高，又也許技術(shù)復雜的培育肉問世過程漫長，但值得慶幸的是，資本市場開始注意到3D打印概念企業(yè)，7家企業(yè)最近一輪融資都在一年內(nèi)完成，其中5家企業(yè)集中在2019年第四季。

投資機構(gòu)方面，位于美國華盛頓的New Crop Capital和來自英國倫敦專注于替代蛋白及創(chuàng)新食品投資的CPT Capital投資了列表中多家企業(yè)，兩家投資機構(gòu)同時投資Aleph Farms外，也分別押寶Novameat和Redefine Meat。

其他著名投資機構(gòu)淡馬錫Temasek、紅杉資本Sequoia、創(chuàng)投教父彼得· 蒂爾（Peter Thiel）創(chuàng)建的Breakout Labs等也現(xiàn)身投資人名單，此外，大型企業(yè)旗下的戰(zhàn)略投資機構(gòu)也紛紛看好此投資方向，包括：德國醫(yī)藥巨頭默克Merck旗下的M Ventures、化工巨頭Evonik旗下的Evonik Ventrue Capital、嘉吉Cargill、瑞士最大零售商Migros Swiss旗下的M-Industry、德國最大的家禽公司PHW Group等。

案例：Novameat

組織工程和生物醫(yī)學專家Giuseppe Scionti在巴塞羅那的加泰羅尼亞理工大學（UPC）使用生物印刷技術(shù)制作不同的組織已經(jīng)工作了十多年。在他的一個項目中，他創(chuàng)建了人耳的原型。他很快意識到該紋理幾乎完全類似于人體組織的實際紋理，如果3D打印機能夠很好地模仿人體組織，那么也可以生產(chǎn)出具有與動物組織相同質(zhì)地的肉類替代品。于是他在2018年6月離開學系，申請這項技術(shù)的專利，并繼續(xù)創(chuàng)Novameat。

Novameat專利的微擠壓技術(shù)能夠生物入侵高度蛋白質(zhì)化的植物基成分，并在微米和納米水平上對其進行加工，從而獲得可模仿多種整個肌肉。對于Novameat來說，使用3D打印是達到目的的手段，而不是目的本身。 3D打印機的優(yōu)點是可以精確控制食品的質(zhì)地和外觀。使用自動技術(shù)的另一個優(yōu)勢是能夠以非常低的單價快速迭代新的原型版本，并個性化產(chǎn)品的口味、質(zhì)地和營養(yǎng)特性。 Novameat的商業(yè)模式是由微型擠出技術(shù)開始，發(fā)展更大型的機器設備將其技術(shù)商業(yè)化，為植物肉制造商提供工具，以從多種成分中創(chuàng)造出不同的質(zhì)地，以模仿幾種肉類和海鮮。

使用由大米、豌豆、海藻等植物蛋白合成的紅色糊狀物為墨水配方，Novameat已經(jīng)于2019年開發(fā)出現(xiàn)今最像的的植物基牛排，在新冠肺炎的居家工作期間，工程師更提早開發(fā)出植物基豬肉原型，另外計劃在2021年春季推出植物基魚類原型。

圖：Novameat的2.0版植物基牛排

資料來源：Novameat

圖：Novameat的植物基豬肉串

資料來源：Novameat

案例：Redefine Meat

總部位于以色列的Redefine Meat（前身為Jet-Eat）認為當今的食品工業(yè)缺乏工具和技術(shù)來應對尋找替代肉的挑戰(zhàn)。這家初創(chuàng)公司正在研究一項技術(shù)，該技術(shù)將生產(chǎn)基于植物的肉類替代品，更確切地說是使用天然和可持續(xù)成分的牛排、烤肉和燉菜。他們的方法結(jié)合了專有的3D打印技術(shù)、數(shù)字建模和基于植物的食品配方，從而為消費者提供了新的肉類選項。

Redefine Meat 目前已經(jīng)在以色列小范圍地測試了植物基打印肉，并計劃2020 年在歐洲多家餐廳中推出，但價格暫時還比傳統(tǒng)肉類貴不少，每公斤要價28 英鎊（約合250 人民幣），但Redefine Meat 相信最終3D 列印肉會比傳統(tǒng)肉類要便宜。

Redefine Meat的目標不是開發(fā)一種新的食品，而是要引進一種新的食品技術(shù)，該技術(shù)將成為快速引入當今尚不存在的新型和高級肉類替代品的平臺。 Redefine Meat預計將于2021年推出這些機器，不僅提供一種產(chǎn)品，還提供廣泛的功能。

圖：Redefine Meat透過餐廳菜肴展現(xiàn)將3D打印植物性牛肉

資料來源：Redefine Meat

案例：Alepha Farms

Aleph Farms和俄羅斯生物打印公司3D Bioprinting Solutions合作，2019年9月在了俄羅斯國際太空站成功完成了在太空進行肉類生物打印的實驗，該實驗包括使用3D Bioprinting Solutions的生物打印技術(shù)來打印小型肌肉組織。概念驗證試圖評估在零重力環(huán)境中遠離土地和水資源的情況下生產(chǎn)肉類的潛力。

為了制作實驗室出產(chǎn)的肉，Aleph Farms首先通過小活檢從牛身上提取細胞。然后將細胞放入營養(yǎng)液中，以模擬牛體內(nèi)的環(huán)境，細胞在受控環(huán)境中長成一小塊牛排。 Aleph Farms自認是唯一一家能夠制造包括肌肉纖維和血管在內(nèi)的全質(zhì)地肉的公司。

圖：3D打印培養(yǎng)肉流程

資料來源：Aleph Farms

結(jié)語：未來食物的科幻大片

用一段GlobalData食品記者安迪·科恩（Andy Coyne）的話作結(jié)：當我們想到3D打印和肉類，那可能是未來的某個階段，人類在實驗室中制造牛排，充滿了科幻感。然而，透過3D打印，以植物為基礎的替代肉行業(yè)將擁有更多的纖維選項，例如豌豆蛋白和大米蛋白，并擁有更近似于真肉的口感。 3D打印公司正處于解決植物基替代肉行業(yè)問題的風口浪尖，而這是先前他們專注于完善3D打印技術(shù)時沒有預見到的。

值得注意的是，不論是植物肉、培養(yǎng)肉或3D打印肉，人類創(chuàng)造了新的食物類別，現(xiàn)行的食品行業(yè)規(guī)范，如食品標示與法規(guī)等也迎來全新的挑戰(zhàn)，在技術(shù)、資本、市場的推動之下，一個全新的食物系統(tǒng)正在建立之中。