CN117279518A - 用于制造替代肉块的可扩大生产的方法 - Google Patents

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CN117279518A CN202280033932.9A CN202280033932A CN117279518A CN 117279518 A CN117279518 A CN 117279518A CN 202280033932 A CN202280033932 A CN 202280033932A CN 117279518 A CN117279518 A CN 117279518A
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Abstract

本发明涉及用于生产模拟天然肉块的外观、质地和口感(ATM)的人造肉产品的可扩大生产的方法。这些方法涉及提供多个可食用蛋白结构单元，如可食用蛋白的带槽片层、原纤维或纤维，并且将所述结构单元与可食用粘合剂组合以生产所述人造肉产品。提供了方法以及用于执行所述方法的设备和通过所述方法生产的人造肉产品。

Description

用于制造替代肉块的可扩大生产的方法
优先权
本申请要求SG10202102384X的优先权，其内容出于所有目的通过引用并入。
技术领域
本发明涉及人造肉或替代肉产品的生产，并且具体地模拟天然肉的外观、质地和口感(ATM)的切割肉产品。
背景技术
已知传统的肉类生产对环境和人类健康有害，并且引发了对动物伦理的关注10。近来，肉类替代品引起了消费者的极大关注。关键的市场驱动因素包括消费者健康意识、食品安全关注、食品安全问题以及对环境和社会的关注11。肉类替代品包含基于植物的和基于真菌的肉类、基于细胞的肉类和基于昆虫蛋白的肉类，这些肉类基于所使用的成分进行区分12。业内替代肉产品可以分类为“碎肉”和“完整肉块”。鉴于碎肉产品相对简单，行业的大多数参与者都专注于开发碎肉产品。考虑到需要精确构造替代蛋白的相当大的块以获得肉的质地和口感，很难实现完整肉块。
由于肌肉组织的复杂结构，构造替代肉类以形成类似肌肉的完整肉块具有挑战性。肌肉包括被称为肌纤维的纤维束，所述纤维以对齐的方式布置，与肌内脂肪交织在一起13。实现肌肉的复杂多尺度结构需要高度精确的构造方法。当下技术的主要瓶颈是缺乏在不损害可扩大生产性的情况下精确设计产品的能力，或者反之亦然。低分辨率3D打印、剪切盒(shear cell)和高水分挤压蒸煮以及浸没式旋转喷射纺丝等技术虽然具有潜在的可扩大生产性，但不具备重现肉类ATM所需的精度4-7。高分辨率3D打印可以允许精度，但会牺牲速度和可扩大生产性8,9。
发明内容
本发明人已经开发了构造可食用蛋白的可扩大生产的方法，所述方法使得能够生产模拟天然肉块的外观、质地和口感(ATM)的人造肉产品。这些方法涉及使用微技术生产蛋白质结构单元，以及使用可食用粘合剂组装这些蛋白质结构单元，以生产模拟天然肉块的三维结构。
本发明的第一方面提供了一种生产人造肉产品的方法，提供多个可食用蛋白结构单元，以及将所述结构单元与可食用粘合剂组合以生产人造肉产品。
本发明的第二方面提供了一种生产人造肉产品的方法，所述方法包括提供多个可食用蛋白片层，
将凹槽引入到所述片层的表面，将可食用粘合剂施涂于带槽片层，以及组装所述带槽片层以形成所述人造肉产品。
本发明的第三方面提供了一种用于生产人造肉产品的装置或设备，所述装置或设备包括：
(i)表面改造元件，所述表面改造元件用于将凹槽压印或切割到蛋白质片层的表面上；
(ii)粘合剂分配器，所述粘合剂分配器用于将粘合剂施涂于带槽片层；以及
(iii)装配器，所述装配器用于将所述带槽片层与所施涂的粘合剂堆叠在一起，以生产替代肉产品。
在一些实施方式中，所述第三方面的装置或设备可以进一步包括用于生产可食用蛋白片层的片层成型元件。
在其它实施方式中，所述第三方面的装置或设备可以进一步包括用于将可食用蛋白片层装载到所述装置或设备中的片层装载托盘。
本发明的第四方面提供了一种生产人造肉产品的方法，生产多个可食用蛋白原纤维，将所述原纤维与第一可食用粘合剂组合以形成纤维，以及将所述纤维与第二可食用粘合剂组合以生产人造肉产品。
所述第一可食用粘合剂可以比所述第二可食用粘合剂更稳定。
本发明的第五方面提供了一种生产人造肉产品的方法，生产多个可食用蛋白纤维，将所述纤维与第一可食用粘合剂组合以生产人造肉产品。
本发明的第六方面提供了一种人造肉产品，其包括可食用蛋白片层堆叠，所述堆叠中的每个片层具有带槽表面，所述片层用可食用粘合剂粘合在一起。
第六方面的人造肉产品可以是例如使用第三方面的装置或设备通过第二方面的方法生产的。
本发明的第七方面提供了一种人造肉产品，其包括用第二可食用粘合剂粘合在一起的一组纤维，每种纤维包括用第一可食用粘合剂粘合在一起的多个可食用蛋白原纤维。
第七方面的人造肉产品可以是通过第四或第五方面的方法生产的。
下文更详细地描述了本发明的其它方面和实施方式。
附图说明
图1示出了在真正的完整肉块中肌纤维分离的实例。(A)Iberico Secreto猪肉的横切面切块，示出了具有由肌纤维构造的纹理的肌肉层；(B)在烹饪和咀嚼后，肌肉分离成毫米尺度和微米尺度的肌纤维和肌束。
图2示出了通过微压印制造替代肉块，形成二维替代蛋白片层。二维片层被压印，以产生凹槽。然后将所压印的片层以受控的顺序堆叠起来，并且用食品级粘合剂粘合以形成三维的替代性完整肉块。所得的替代性完整肉块再现了肉的外观、质地和口感(ATM)，包含咀嚼时肌纤维状结构的分离。
图3示出了微压印模具(A)大型微压印模具的实例。(B)蛋白质片层上的微压印。(C)微压印的蛋白质片层。(D)小微压印模具的实例和(E)小微压印的蛋白质片层。
图4示出了微压印图案的实例。
图5示出了微压印的片层的撕裂特性(A)撕裂前的微压印的蛋白质片层和(B)撕裂后的微压印的蛋白质片层。(C)撕裂后的鸡肉片层。(D)撕裂前的非压印的蛋白质片层和(E)撕裂后的非压印的蛋白质片层。
图6示出了微压印的片层的撕裂特性(边界视图)(A)撕裂前的微压印的蛋白质片层和(B)撕裂后的微压印的蛋白质片层。(C)撕裂后的鸡肉片层。(D)撕裂前的非压印的蛋白质片层和(E)撕裂后的非压印的蛋白质片层。
图7示出了了替代肉块的原型。原型由堆叠的非微压印的大豆蛋白片层(对照)和以对齐和交错方式堆叠的微压印的大豆蛋白片层构成。微压印的凹槽允许大豆蛋白沿着凹槽分离，以模拟物理处理后的肌纤维分离。交错布置允许替代肉块中模拟肌肉的不规则断裂。
图8示出了与连续非穿透切片相比，微压印的撕裂特性(A)撕裂后的连续非穿透切片蛋白质片层。(B)撕裂后的微压印的蛋白质片层。
图9示出了通过微压印进行的替代肉块的连续制造工艺和设备。(A)用于连续制造的加工设备的实例的图。(B)可能的加工设备的侧视图；(C)可能的加工设备的俯视图。(D)连续微压印装置的实例的特写。
图10示出了通过微压印进行的替代肉块的小规模制造的工艺和设备的实例。(A)用于小规模制造的可能的加工设备的图。(B)可能的加工设备的侧视图；(C)可能的加工设备的俯视图。
图11示出了多尺度工程化的CMC模型，以重现肌肉块的口感。由粘合剂A形成的微米级纤维被粘合剂B粘合在一起，以形成毫米级纤维束。毫米级纤维由粘合剂C粘合。粘合剂A比粘合剂B更稳定，粘合剂B比粘合剂C更稳定。(A)多结构模型的3D模型；(B)由微米级纤维组成的多结构模型的横截面。
图12示出了制作多尺度工程化的CMC模型的工艺流程。
图13示出了多尺度工程化的CMC原型展示了清晰的分离点。(A-B)通过湿法纺丝形成的微米级藻酸盐1-乳清蛋白2纤维。比例尺表示100μm。(C)用明胶2-藻酸盐1-乳清蛋白2粘合剂粘合在一起的经烹饪的和未经烹饪的微米级纤维束。(D)模拟烹饪后从毫米级纤维剥离的肌纤维的微米级纤维。比例尺表示1mm。(E)用明胶3-藻酸盐1-乳清蛋白2粘合剂粘合在一起的毫米级纤维束形成的经烹饪的和未经烹饪的宏观尺寸的肉类替代品。(F)示出了清晰纤维分离的宏观尺寸的肉类替代品的横截面。比例尺表示1cm。
图14示出了双尺度CMC工程方法使得能够清晰分离纤维。(A)微米级或毫米级纤维被粘合剂粘合以形成具有内部纤维结构的肉类替代品；(B)烹饪后纤维的分离。比例尺表示1cm。(C)制作双结构模型的工艺流程。
图15示出了多尺度工程化的CMC模型中脂肪的掺入产生了大理石花纹的肉。(A)多尺度工程的CMC的3D模型。(B)未经烹饪的大理石花纹结构的原型。(C)制作大理石花纹结构的工艺流程。
图16示出了将脂肪与多尺度工程化的CMC模型进行组合产生了脂肪肉。(A)脂肪肉模型的3D模型。(B)未经烹饪的脂肪肉结构的原型。(C)制作脂肪肉结构的工艺流程。
图17：将植物纤维与猪肉纤维混合能够使得肉块共混：(A)共混的肉块模型的3D模型。(B)共混的肉块模型的横截面；(C)经烹饪的和未经烹饪共混肉块以及烹饪后清晰纤维分离的原型；(D)制作共混肉块的工艺流程。
具体实施方式
本发明人已经开发了生产模拟天然肉块的人造肉产品的可扩大生产的方法。这些方法涉及以可扩大生产的方式在微米尺度上制备可食用蛋白结构单元，如纤维或片层，并且然后将所述结构单元组装成更大的构建体，用作人造肉产品。通过这些方法生产的人造肉产品例如可以模拟天然肉块的外观、质地和口感(ATM)。具体地，人造肉产品可以包含在烹饪和/或咀嚼时分离的肌纤维状结构。
如本文所描述的生产人造肉或替代肉产品的方法可以包括将可食用蛋白结构单元与可食用粘合剂组合以生产人造肉或替代肉产品。
结构单元是可食用蛋白结构单元，如本文所描述用于构造用作肉产品的三维结构。结构单元可以采取任何合适的形式。优选的结构单元包含可食用蛋白片层和可食用蛋白原纤维或纤维。
本文所描述的结构单元可以包括可食用蛋白或由可食用蛋白组成。可以采用任何来源的可食用蛋白。可食用蛋白可以包含任何适于饮食消费的蛋白质，例如植物蛋白、微生物蛋白、动物细胞蛋白和/或肉蛋白。
植物蛋白可以使用标准技术从植物或植物材料中获得。具体地，植物蛋白可以获得自/来源于豆类(例如，豌豆、小扁豆、羽扇豆、鹰嘴豆、豇豆、班巴拉花生、花生、菜豆、菜豆、利马豆、菜豆、平托豆、黑眼豌豆)；块茎(例如，马铃薯、木薯、甘薯、芋头、山药)；或谷物(例如，藜麦、苋菜、卡姆小麦、画眉草、麦米、斯佩尔特小麦、古斯米、燕麦、小麦、荞麦、小米、小麦浆果、大米、玉米、玉米粉)。
微生物蛋白可以使用标准技术从微生物中获得。具体地，微生物蛋白可以获得自/来源于藻类、微藻、蓝细菌、酵母或真菌。
用于本文所描述的方法的动物细胞蛋白可以从培养的非人动物细胞中获得。用于获得/生产用于饮食消费的动物细胞蛋白的合适方法在本领域中是众所周知的，并且描述于例如WO 2021102375A1、WO 2020243324A1、WO 2019211189A1、WO 1999031223A1、US6835390B1、WO 2020252388A1、WO 2020149791A1、WO 2019016795A1、WO 2020222239A1和WO 2018227016A1中。用于生产用于饮食消费的培养的非人动物细胞的方法可以包括获得/建立复制细胞的来源，例如通过从动物组织中分离原代细胞并且随后通过永生化从原代细胞建立细胞系，从动物组织中分离和培养自我复制干细胞，或者通过培养已经建立的细胞系例如从如ATCC等储存库中获得的细胞系的细胞。细胞在合适的条件下在适当的生长培养基中培养，并且可以在生物反应器中培养和/或组装在“支架”上或与“支架”一起，以促进细胞分化成期望的细胞类型。
本文所描述方法中使用的肉蛋白可以从非人类哺乳动物的肌肉中获得，优选地肉物种，如牛、猪、羊、家禽、鸭、鹿、兔、鱼或其它海产品。例如，肉蛋白可以从非人类哺乳动物的肌肉组织中获得。在一些实施方式中，用于本文所描述方法的肉蛋白可以从僵直后畜体中获得。
在一些优选的实施方式中，可食用蛋白是非肉蛋白或替代蛋白。例如，蛋白质可以来自植物或培养的非人类动物细胞。
除了可食用蛋白之外，结构单元可以进一步包括一种或多种脂肪、色素和调味剂或其它食品添加剂。脂肪可以是例如固体脂肪、液体脂肪、动物脂肪或植物脂肪，并且可以作为乳剂提供。可以混合少量的天然或人工色素和调味品。食品添加剂包含例如防腐剂、增味剂、脂肪替代品、营养素、乳化剂、稳定剂、增稠剂、粘合剂、调质剂、pH控制剂和酸化剂、膨松剂、抗结块剂、润湿剂、酶和气体。包含的此类添加剂的含量/比例可以在食品监管机构认为安全的范围内。
结构单元可以包括物种特异性细胞、物种特异性组织和/或物种特异性调味品。应当理解，选择细胞/组织/调味品以对应于人造肉产品的肉类型。可以选择结构单元的物理性质来匹配相关物种的物理性质。例如，结构单元的纤维直径(分离后)可以选择为与来自相关物种的肌肉组织的肌纤维的直径相似。
可以选择食用色素的颜色和数量，以提供具有与相关物种的肉相匹配的外观的结构单元/最终人造食物产品。例如，在人造食物产品是人造红肉的情况下，可以提供较大量的红色色素，并且在人造食物产品是人造白肉的情况下，可以提供较少量的此类色素。
用一种或多种可食用粘合剂将人造肉产品中的结构单元粘合在一起。可食用粘合剂可以是食品级粘合剂。合适的可食用粘合剂包含植物基水凝胶、合成水凝胶、组织、蛋白质、细胞外基质和/或其组合。此类可食用粘合剂的实例包含但不限于蔗糖聚酯、纤维素凝胶、角叉菜胶、聚葡萄糖、改性食物淀粉、微粒化蛋清蛋白、瓜尔胶、黄原胶、乳清蛋白浓缩物、明胶、果胶、魔芋、转谷氨酰胺酶、胶原、甲基纤维素、藻酸盐、琼脂、大豆蛋白和豌豆蛋白。
在一些实施方式中，可食用粘合剂可以包含乳清蛋白水凝胶，如包括藻酸盐和乳清蛋白的水凝胶；或明胶，例如牛肉明胶、藻酸盐和乳清蛋白。例如，2％(w/v)乳清蛋白、2％(w/v)明胶和1％(w/v)海藻酸钠；或2％(w/v)乳清蛋白、3％(w/v)明胶和1％(w/v)海藻酸钠。粘合剂可以以液体形式施涂，并且然后进行处理以生成交联并形成粘合结构单元的水凝胶。例如，藻酸盐/乳清蛋白粘合剂可以与钙，例如2％(w/v)氯化钙交联。
并非所有的粘合剂都需要交联。一些粘合剂以其天然形式(例如，明胶)发挥作用。一些粘合剂可以被加热以增强其粘合强度(例如，蛋清、魔芋)。一些粘合剂可以被冷却以增强其粘合强度(例如，甲基纤维素)。一些粘合剂可以被干燥以增强其粘合强度(例如，淀粉)。一些酶粘合剂需要时间才能发生酶促作用(例如，转谷氨酰胺酶)。
人造肉产品中使用的粘合剂的选择、量和浓度可以被优化以接近模拟咀嚼或加热时的肌纤维分离，并且模拟不同类型的肉。在优选的实施方式中，粘合剂占人造肉产品的高达30％(w/w)(例如≤5％、≤10％、≤15％、≤20％、≤25％或≤30％中的一种)。
对给定人造肉产品模拟参考肉类中肌纤维分离的程度的评估可以包括目视检查，例如在沿着组织的纹理将人造肉/肉分开之后。本公开的图5和6例示了鸡肉人造肉与鸡肉之间的肌纤维分离的比较。
可替代地或另外地，分析可以包括受控的感官评估。
可食用粘合剂可以进一步包括油和/或脂肪，以在人造肉产品中提供大理石花纹。例如，粘合剂可以与油例如10％(v/v)的油，如葵花籽油混合。合适的油和脂肪在下文描述。在一些实施方式中，脂肪占人造肉产品的高达30％(w/w)(例如≤5％、≤10％、≤15％、≤20％、≤25％或≤30％中的一种)。
人造肉或替代肉产品是由使用传统屠宰工艺从动物畜体中提取的肉制成的合成产品。人造肉产品可以用于饮食消费。所述人造肉产品可以是切割肉产品。切割肉产品是包含完整肌纤维的肉产品，其在烹饪和咀嚼时分离。切割肉可以与例如缺乏完整肌纤维的碎肉区分开来。本发明的方法允许使用微技术在微观尺度上进行可扩大生产的和精确的构造(即，使用精密设备产生微米尺度的结构特征)，随后使用可食用粘合剂构造3D完整肉块结构。
如本文所描述，将结构单元组装成肉产品使得在肉产品中形成模拟肌纤维的纤维状结构(例如，在咀嚼或物理分离后)。纤维状结构可以是微米尺度结构(即，1至1000μm)。肉产品中的这些纤维状结构在烹饪和/或咀嚼产品时分离，即产品的热处理或机械处理降解了将纤维状结构保持在一起的粘合剂，导致它们彼此分离。这种分离有助于使人造肉产品模拟天然切割肉的ATM。例如，人造肉产品可以显示或模拟天然切割肉的外观、质地和口感(ATM)，所述天然切割肉如牛、猪、羊、家禽、鸭、鹿、兔、鱼或其它海鲜切割肉。在沿着组织的纹理将人造肉/肉分开后，可以通过目视检查进行外观评估。本公开的图5和6例示了外观分析。
可替代地或另外地，分析可以包括受控的感官评估。质地的评估可以使用质地分析仪进行分析。
应当理解，为了模拟特定种类的肉，可以在人造肉产品与相关种类、调味品和/或色素的细胞的组合中使用受控的纤维分离。
纤维分离可以例如通过目视检查撕裂边缘的粗糙度来评估和定量。撕裂边缘的粗糙度越大，表明纤维分离越多。
在本文所描述的一些方法中，结构单元可以是可食用蛋白片层。合适的片层的厚度可以为1μm至1000μm。应当理解，片层的厚度可以模拟肌纤维尺寸。在优选的实施方式中，片层的厚度可以为10-500μm，例如20-100μm。人造肉产品可以通过将片层层叠或放置在彼此的顶部以产生一摞或一叠来生产。可以使用可食用粘合剂将所述片层粘合在一起。例如，一种生产人造肉或替代肉产品的方法可以包括：
提供多个可食用蛋白片层，
将凹槽引入到所述片层的表面，
将可食用粘合剂施涂于带槽片层，以及
组装所述带槽片层以形成人造肉产品。
可以通过例如堆积、堆叠或滚压来组装带槽片层，以生产包括多层带槽片层的人造肉产品。所述带槽片层可以通过可食用粘合剂粘合在一起。在一些实施方式中，单个片层被滚压。在一些实施方式中，多层结构(例如，通过堆积/堆叠多个层形成)被滚压。随后可以粘合轧制的片层/层。用于生产人造肉或替代肉产品的工艺的实例在图2中示出。
在一些实施方式中，如本文所描述的，一种生产人造肉或替代肉产品的方法可以包括：
(i)提供可食用蛋白片层，
(ii)将凹槽引入到所述片层的表面上，
(iii)将粘合剂施涂于所述片层的表面以产生粘合剂涂覆的表面，
(iv)提供另外的蛋白质片层，
(v)将凹槽引入到所述另外的片层的表面上，
(vi)将所述另外的带槽片层层叠到所述粘合剂涂覆的表面上，
(vii)将粘合剂施涂于所述另外的片层的表面以产生粘合剂涂覆的表面，以及
任选地，重复步骤(iv)至(vii)以生产包括多层可食用蛋白片层的人造肉或替代肉产品。
凹槽被引入到可食用蛋白片层的表面。人造肉产品中每个片层上的凹槽的存在使得所述产品能够模拟天然肉的撕裂特性。
凹槽可以是片层中的压痕、凹口和/或切口。在一些实施方式中，压痕和切口的组合可以被引入到片层的表面。合适的凹槽的深度可以为1μm至1000μm(即，凹槽可以是微凹槽)。凹槽的深度优选地足以完全刺穿片层。应当理解，凹槽可以至少与片层的厚度相同。
凹槽的示例性大小和形状在图4中示出。在一些实施方式中，凹槽的宽度和/或长度为1μm至1000μm。
凹槽可以分布在片层中以形成图案或布置。例如，多组或多系列凹槽可以被引入到片层的表面。每组或每系列凹槽可以由多个压痕、凹口和/或切口组成，并且该组或该系列可以延伸穿过片层的尺寸。每组或每系列凹槽可以是线性的。片层上的多组或多系列凹槽可以彼此平行或基本上平行。凹槽可以以适于生成纤维结构的任何图案提供。在一些实施方式中，多个凹槽可以被设置为平行线。在一些实施方式中，凹槽可以平行但是交错设置。
优选地，片层中的凹槽不是连续的平行切口。片层中的凹槽图案可以被定制以模拟不同类型的肉的性质。例如，压痕和/或切口的数量以及它们的深度、大小、形状、距离和相对位置可以根据人造肉产品的类型而改变。
应当理解，片层的凹槽之间的距离确定了纤维分离后生成的纤维的宽度。增加凹槽之间的距离使得在咀嚼期间纤维具有更大的宽度，从而产生例如更像猪肉或牛肉的口感。减小凹槽之间的距离使得纤维具有更小的宽度，从而产生例如更像鸡肉或鱼肉的口感。在一些实施方式中，凹槽之间的距离为约20μm至80μm。在一些实施方式中，凹槽之间的距离为约50μm至60μm。在一些实施方式中，凹槽之间的距离为约30μm至50μm。可以选择凹槽之间的图案和距离来模拟给定类型的肉。
片层中的凹槽的图案或布置在人造肉产品中形成线性纤维状结构。纤维状结构可以在烹饪或咀嚼时分离，从而模拟天然肉块的ATM。凹槽的图案或布置可以定制或优化，以适应人造肉产品中纤维状结构的肉状分离，从而模拟特定类型的肉。例如，纤维状结构的肉状分离可以被定制以模拟来自如牛、猪、羊、家禽、鸭、鹿、兔、鱼或其它海产品等源生物体的切割肉。合适的生物体来源可以包含家畜物种，如奶牛、水牛、羊、山羊、猪、骆驼、兔、鹿等；家禽物种，如鸡、鹅、火鸡、野鸡、鸭、鸵鸟等；和/或水生或半水生物种，如鱼、软体动物(例如，鲍鱼、蛤蜊、海螺、贻贝、牡蛎、扇贝和蜗牛)、头足类动物(例如，乌贼、章鱼和鱿鱼)、甲壳类动物(即，蟹、小龙虾、龙虾、对虾和虾)、鲸目动物、青蛙、海龟、鳄鱼等。
可以使用任何方便的技术在片层的表面中引入凹槽。在一些实施方式中，凹槽可以通过切割引入到片层中。例如，一种方法可以包括将切割器应用于片层，以将一个或多个凹槽引入到所述片层的表面中。现有技术中可获得合适的切割器。在其它实施方式中，凹槽可以通过压印引入到片层中。例如，一种方法可以包括将压印模具或压印辊应用于片层，以将一个或多个凹槽引入到所述片层的表面中。现有技术中可获得合适的模具或辊。压印模具的实例在图3中示出。压印装置和凹槽的图案或布置的实例在图4中示出。
在一些实施方式中，本文所描述的方法可以包括生产可食用蛋白片层。所述片层可以通过任何方便的技术形成，如挤出、浇铸、模制或压延。例如，片层可以通过高水分挤出、挤出压延、平膜挤出、剪切盒技术、溶剂浇铸或压缩模制来形成。在一些实施方式中，片层可以是通过使可食用蛋白，例如植物蛋白，如豌豆蛋白，以及任选地小麦面筋共混，并且在高水分挤出下挤出以形成蛋白质块来生产的。然后可以用切肉机将蛋白质块切成片层。
例如，通过将这些片层放置或层叠在彼此的顶部，可以将这些片层组装成堆叠。所述片层可以以受控的顺序组装。例如，带槽片层可以顺序添加到带槽片层的新生堆叠的顶部或底部。每个带槽片层可以用可食用粘合剂粘合到前一个片层的表面。如上文所描述，带槽片层的堆叠在人造肉产品中生成纤维状结构。
优选地，片层在堆叠中是交错的，即，片层被定位成使得堆叠中每个片层中的凹槽不与直接在上方和下方的片层中的凹槽位于相同的位置。在一些实施方式中，片层中的凹槽的图案或布置可以包括多个线性系列或组的凹槽。堆叠的相邻片层中的一系列或组凹槽可以彼此平行或基本上平行，但是优选地不在相邻片层中的相同位置。堆叠中的片层的交错可能导致人造肉产品在烹饪和/或咀嚼期间不规则的断裂。这些不规则的断裂可能模拟天然肉。堆叠中的片层的相对位置可以定制或优化，以生成纤维状结构与人造肉产品的分离，所述人造肉产品模拟特定类型的切割肉。
在一些实施方式中，本文所描述的方法可以包括卷起一个或多个片层或片层堆叠，以形成模拟肉的某些形状的棒。在一些实施方式中，可以将粘合剂施涂于单个片层的一侧，或者施涂于片层堆叠的一侧，并且然后可以卷起片层。此类方法特别适合于生产较小的，例如一口大小的人造肉产品。
本文所描述的方法可以在连续工艺中执行。例如，人造肉产品，如切割肉产品，可以通过以下各项来连续生产：形成可食用蛋白片层，将凹槽引入到所述片层的表面，将可食用粘合剂施涂于带槽片层，并且将所述带槽片层组装成如本文所描述的人造肉产品。
还提供了用于生产如本文所描述的人造肉产品的设备。一种人造肉生产装置或设备可以包括：
(i)表面改造元件，所述表面改造元件用于将凹槽压印或切割到蛋白质片层的表面上；
(ii)粘合剂分配器，所述粘合剂分配器用于将粘合剂施涂于带槽片层；以及
(iii)装配器，所述装配器用于将所述带槽片层与所施涂的粘合剂堆叠在一起，以生产替代肉产品。
合适的表面改造元件包含切割器、压印模具、压印辊和/或激光器。所述表面改造元件可以被适配成压印模拟一种类型的切割肉的凹槽布置或图案。在一些实施方式中，所述表面改造元件可以是可编程的。例如，表面改造元件能够将不同图案的凹槽应用于可食用蛋白片层上，以模拟不同类型的切割肉。
合适的粘合剂分配器包含喷雾器、刷子、挤出机和粘合剂槽。
合适的装配器包含用于堆叠可食用蛋白片层的层叠系统，例如使用辊、移动带或机器人部件。
任选地，装置或设备可以进一步包括切割器，以形成期望形状和大小的人造肉产品。此类装置在本领域中是众所周知的，并且包含例如旋转切割器。
在一些实施方式中，所述装置或设备可以被适配成提供人造肉产品的连续生产。例如，所述装置或设备可以进一步包括用于生产可食用蛋白片层的片层成型元件。合适的片层成型元件包含高水分挤出机、挤出压延机、平膜挤出机、剪切盒装置、溶剂流延装置或压缩模制装置。
所述装置或设备可以进一步包括一条或多条传送带或其它输送机，以在所述设备或装置的元件之间输送片层、带槽片层或带槽片层的新生堆叠。例如，所述装置或设备可以进一步包括传送带或其它输送机，以在片层成型元件与表面改造元件之间输送片层。所述装置或设备可以进一步包括传送带或其它输送机，以在表面改造元件与粘合剂分配器之间输送片层。
用于连续生产人造肉或替代肉产品的合适设备的实例在图9中示出。
在一些实施方式中，所述装置或设备可以进一步包括如上文所描述的多组元件，以生产包括多层片层的人造肉产品。在其它实施方式中，片层可以通过如上文所描述的单组元件循环多次，以生产包括多层片层的肉产品。
在其它实施方式中，所述装置或设备可以被适配成用于人造肉产品的批量或非连续生产。例如，所述装置或设备可以进一步包括用于将预成型的可食用蛋白片层装载到所述装置或设备中的片层装载托盘。所述装置或设备可以包括输送机，以在所述设备或装置的元件之间移动片层、带槽片层或带槽片层的新生堆叠。用于批量生产人造肉或替代肉产品的合适设备的实例在图10中示出。
在其它实施方式中，结构单元可以是可食用蛋白的细丝、原纤维或纤维。原纤维的直径可以为1um至1000um，优选地直径为10um至500um。纤维的直径可以为1mm至10mm。
人造肉产品可以通过将细丝、原纤维或纤维与可食用粘合剂组合来生产。例如，一种生产人造肉或替代肉产品的方法可以包括：
生产多个可食用蛋白原纤维，
将所述原纤维与第一粘合剂组合以形成纤维，将所述纤维与第二粘合剂组合以生产人造肉产品。
可以用所述第一粘合剂将多个原纤维粘合在一起以生产每个纤维。所述原纤维可以在所述纤维内对齐或平行。可以用所述第二粘合剂将多个纤维粘合在一起以生产人造肉产品。所述纤维可以在所述人造肉产品中对齐或平行。
所述第一粘合剂可以比所述第二粘合剂更稳定。例如，第一粘合剂可以比第二粘合剂更热稳定和/或机械稳定，即，第一粘合剂可以更耐热应力，如由烹饪引起的应力，和/或机械应力，如由咀嚼引起的应力。机械稳定性可以通过例如搭接剪切强度测试，在施涂粘合剂以粘合纤维后进行评估。热稳定性可以通过例如加热粘合的纤维(例如在水浴中)，并且在给定时间段后观察纤维分离的程度来评估。
给定粘合剂的稳定性可以例如通过改变粘合剂的量和/或浓度来改变。在使用酶粘合剂(例如，转谷氨酰胺酶)的情况下，可以通过改变酶作用的持续时间来改变稳定性。在使用可交联粘合剂的情况下，可以通过改变交联剂的种类、量和/或浓度来改变稳定性。
可以改变粘合剂的稳定性，以模拟烹饪后肉的质地和/或口感的变化。可以在加热肉和人造肉之前和之后进行质地分析，以确定质地的变化。口感可以通过比较肉和人造肉的感官评估来分析。当观察到人造肉与天然肉的质地/口感之间的差异很少或没有差异时，认为人造肉的质地和/或口感密切模拟天然肉的质地和/或口感。
这使肉产品中的纤维在烹饪或咀嚼时比纤维中的原纤维更容易彼此分离。这可能有助于改善人造肉产品的ATM。
原纤维和纤维的合适布置在图11中示出。用于生产人造肉或替代肉产品的示例工艺在图12中示出。
在一些实施方式中，可食用蛋白的原纤维可以通过将可食用蛋白细丝与第三粘合剂组合来生产。细丝可以例如包括通过细胞或组织培养产生的动物肌肉组织或细胞。细丝可以由粘合剂中的组织或细胞碎片形成，纺成纤维。所述第三粘合剂可以比所述第一粘合剂更稳定。例如，所述第三粘合剂可以比所述第一粘合剂更热稳定和/或机械稳定。在一些实施方式中，原纤维可以通过将乳清蛋白和藻酸盐(例如，2％(w/v)乳清蛋白和2％(w/v)海藻酸钠)的浆液混合在去离子水中，并且用喷嘴(例如，100μm直径的喷嘴)挤出到交联剂浴(例如，2％(w/v)氯化钙浴)中以形成湿纺纤维来制备。纤维可以通过添加制造、模制、成型、湿纺、干纺、高水分挤出、热挤出、冷挤出、温挤出、微挤出、高压挤出来生成。
在其它实施方式中，可食用蛋白原纤维可以从通过细胞或组织培养产生的动物肌肉组织中获得。任选地，所述动物肌肉组织可以在支架中培养。所述支架可以比所述第一粘合剂更稳定。例如，所述支架可以比所述第一粘合剂更热稳定和/或机械稳定。可以通过在形成为纤维的生物相容性水凝胶中培养细胞来形成原纤维，例如通过离子交联、复合凝聚、3D打印、湿纺等。生物相容性水凝胶包含例如藻酸盐和壳聚糖。
在其它实施方式中，可食用蛋白原纤维可以从动物肌肉组织中获得，所述动物肌肉组织是通过加工畜体肉，优选地僵直后畜体肉产生的。此类方法包含例如动物组织的切割、切碎或酶促消化。
在其它实施方式中，可食用蛋白原纤维可以从植物材料中获得。植物材料可以被成形为用于本文所描述的方法的原纤维。此类方法包含例如植物材料的切割、切碎或酶促消化。
在其它实施方式中，可食用蛋白原纤维可以从多个来源中获得。例如，原纤维可以包含从植物材料中获得的原纤维和从动物肌肉组织中获得的原纤维。合适的纤维布置在图17A和17B中示出。用于生产人造肉或替代肉产品的示例工艺在图17C中示出。
在一些实施方式中，可食用蛋白原纤维可以与第一粘合剂混合，例如乳清蛋白、明胶和藻酸盐的溶液，例如去离子水中的2％(w/v)乳清蛋白、3％(w/v)牛肉明胶和1％(w/v)海藻酸钠。用作第一粘合剂的其它合适的试剂包含例如蔗糖聚酯、纤维素凝胶、角叉菜胶、聚葡萄糖、改性食物淀粉、微粒化蛋清蛋白、瓜尔胶、黄原胶、乳清蛋白浓缩物、明胶、果胶、魔芋、转谷氨酰胺酶、胶原、甲基纤维素、藻酸盐、琼脂、大豆蛋白和豌豆蛋白。纤维可以用手在粘合剂内对齐，并且然后粘合剂在交联剂浴如2％(w/v)氯化钙浴中交联以形成约30个原纤维的束。在一些实施方式中，第一粘合剂可以与油混合，例如浓度例如为10％(v/v)的葵花籽油，并且搅拌直到乳化形成大理石花纹肉结构。
在本文所描述的其它方法中，可食用蛋白纤维可以直接组装成人造肉产品。例如，一种生产人造肉或替代肉产品的方法可以包括：
生产多个可食用蛋白纤维，以及
将所述纤维与第一粘合剂组合以生产肉产品。
合适的纤维的直径可以为10um至50mm。
在一些实施方式中，纤维可以通过将可食用蛋白原纤维与第二粘合剂组合来生产。原纤维可以是通过细胞或组织培养产生的动物肌肉组织或细胞。所述第二粘合剂可以比所述第一粘合剂更稳定。例如，所述第二粘合剂可以比所述第一粘合剂更热稳定和/或机械稳定。
在其它实施方式中，可食用蛋白纤维可以从通过细胞或组织培养产生的动物肌肉组织中获得。所述动物肌肉组织可以在支架中培养。所述支架可以比所述第一粘合剂更稳定。例如，所述支架可以比所述第一粘合剂更热稳定和/或机械稳定。
在其它实施方式中，可食用蛋白纤维可以从动物肌肉组织中获得，所述动物肌肉组织是通过加工畜体肉，优选地僵直后畜体肉产生的。
在其它实施方式中，可食用蛋白纤维可以从植物材料中获得。例如，一种方法可以包括将植物材料成形为纤维。可以用所述第一粘合剂将多个纤维粘合在一起以生产肉产品。所述纤维可以在所述肉产品中是平行的。
纤维的合适的布置在图14A中示出。用于生产人造肉或替代肉产品的示例工艺在图14C中示出。
油和/或脂肪可以用于在人造肉产品中提供大理石花纹和/或改善人造肉产品的味道或质地。
在一些实施方式中，如片层或纤维等结构单元，或如上文所描述的第一粘合剂、第二粘合剂或第三粘合剂等可食用粘合剂可以包括油和/或脂肪。在其它实施方式中，油和/或脂肪可以是人造肉产品的单独成分。
所述脂肪可以是可食用脂肪。合适的脂肪包含非动物脂肪、动物脂肪或非动物脂肪和动物脂肪的混合物。例如，可食用脂肪可以是植物脂肪，如植物油。合适的脂肪包含在室温(约20℃)下为固体的脂肪。通常，室温下为固体的脂肪由大量饱和脂肪酸构成。脂肪可以包含人造黄油和黄油，如乳木果油、芒果油或可可脂。
合适的脂肪还包含在室温(约20℃)下为液体的脂肪。在室温下为液体的脂肪可以被称为“油”。通常，在室温下为液体的脂肪主要由不饱和脂肪酸构成，并且通常被称为油。合适的油包含海藻油、真菌油、玉米油、橄榄油、大豆油、花生油、核桃油、杏仁油、芝麻油、棉籽油、菜籽油、芥花油、红花油、葵花籽油、亚麻籽油、棕榈油、棕榈仁油、椰子油、巴巴苏油、小麦胚芽油、琉璃苣油、黑穗醋栗油、沙棘油、夏威夷果油、锯棕榈油、共轭亚油酸油、富含花生四烯酸的油、富含二十二碳六烯酸(DHA)的油、富含二十碳五烯酸(EPA)的油、硬脂酸膏、沙棘果油、夏威夷果油、锯棕榈油或米糠油；或其它氢化脂。
脂肪的脂肪酸组分可以经历脂质氧化，并且与由可食用蛋白生成的美拉德反应中间体反应，以增强人造肉产品的风味和香味，并且改善其ATM。
例如，本文所描述的人造肉产品可以另外与乳化脂肪凝胶组合，例如通过将浓度为10％(v/v)的葵花籽油与浓度为2％(w/v)的牛肉明胶和浓度为1％(w/v)的海藻酸钠混合并且搅拌直到乳化，然后冷却固化而制备的脂肪凝胶。然后可以将固体乳化脂肪凝胶切割并与人造肉产品组合，并且在例如2％(w/v)氯化钙中交联，以形成脂肪人造肉产品。
将脂肪掺入到人造肉产品中的一种或多种可食用粘合剂中在图15A和15B中示出。用于生产掺入有脂肪的人造肉或替代肉产品的示例工艺在图15C中示出。将脂肪掺入到人造肉产品中以模拟肌肉间脂肪在图16A和16B中示出。用于生产掺入有肌肉间脂肪的人造肉或替代肉产品的示例工艺在图16C中示出。
还提供了包括可食用蛋白结构单元和可食用粘合剂的人造肉产品。合适的人造肉产品可以通过本文所描述的方法生产。
在一些实施方式中，一种人造肉产品可以包括可食用蛋白片层堆叠，所述堆叠中的每个片层具有带槽表面，所述片层用可食用粘合剂粘合在一起。上文描述了用于使用可食用蛋白片层作为结构单元来生产人造肉产品的合适方法。有利的是，与碎肉相比，本公开的人造肉产品更接近地模拟完整肉块的结构。
在其它实施方式中，一种人造肉产品可以包括用第二可食用粘合剂粘合在一起的一组纤维，每种纤维包括用第一可食用粘合剂粘合在一起的多个可食用蛋白原纤维。上文描述了用于使用可食用蛋白原纤维和纤维作为结构单元来生产人造肉产品的合适方法。
如本文所描述的人造肉产品可以是切割肉产品。人造肉产品可以模拟天然切割肉的外观、质地和口感(ATM)。例如，人造肉产品可以模拟来自源生物体的肉块的ATM，所述源生物体选自家畜物种(如奶牛、水牛、羊、山羊、猪、骆驼、兔、鹿等)、家禽物种(如鸡、鹅、火鸡、野鸡、鸭、鸵鸟等)和/或水生或半水生物种(如鱼、软体动物(即，鲍鱼、蛤蜊、海螺、贻贝、牡蛎、扇贝和蜗牛)、头足类动物(即，乌贼、章鱼和鱿鱼)、甲壳类动物(即，蟹、小龙虾、龙虾、对虾和虾)、鲸目动物、青蛙、海龟、鳄鱼)。
本发明的其它方面和实施方式由上文所描述的术语“包括”被术语“由…组成”替代的方面和实施方式和上文所描述的术语“包括”被术语“基本上由…组成”替代的方面和实施方式所提供。
应当理解，除非上下文另有要求，本申请公开了描述的以上任何方面和实施方式的彼此所有组合。类似地，除非上下文另有要求，否则本申请公开了单独的优选特征和/或任选特征或与其它方面中的任一个的所有组合。
通过阅读本公开，对上述实施方式、另外的实施方式和其修订的修改对于本领域技术人员来说将是显而易见的，因此，这些都在本发明的范围内。
本说明书中所引用的所有文档和序列数据库条目出于所有目的通过引用整体并入本文。
本文使用的“和/或”应当理解为在有或没有另一者的情况下明确公开了两个指定特征或组分中的每一个。例如，“A和/或B”将被视为明确地公开了(i)A、(ii)B和(iii)A和B中的每一种，就像本文单独列出的每一种情况一样。
实验
为了实现精确性和可扩大生产性两者，开发了构造替代蛋白的方法，通过使用微技术进行的蛋白质结构单元工程化来生产完整肉块，随后粘合构结构单元以形成完整肉块。微技术能够规模化生产具有精确微观结构的蛋白质结构单元，所述蛋白质结构单元可以通过粘合剂粘合以生产替代性完整肉块，其中肉的ATM包含咀嚼时肌纤维状结构的分离，这是完整肉块的关键特征。
在第一种方法中，二维蛋白质片层被微压印有精确的微槽图案，并且随后用可食用粘合剂粘合。二维替代蛋白片层由基于植物和/或基于细胞的蛋白质通过挤出、浇铸、模制或压延形成。通过压印模具或切割器压印和/或切割二维片层，以产生精确的凹槽图案。然后将所压印的片层以受控的顺序堆叠起来，并且用食品级粘合剂粘合以形成三维的替代性完整肉块。二维片层的微压印允许使用可扩大生产的和精确的压印技术，而粘合剂允许将2D片层重构成相当大的3D完整切割肉结构，从而以可扩大生产的方式重建完整肉块的ATM。
在第二种方法中，以可扩大生产的方式制备微米尺度的纤维结构单元，并且随后与一种可食用粘合剂组合以形成毫米尺度的纤维，所述毫米尺度的纤维与另一种可食用粘合剂组合以形成完整肉块。可食用粘合剂具有不同的稳定性，当经受热和机械处理时，所述可食用粘合剂以不同的速率降解。这允许在不同的尺度上连续分离纤维，从宏观尺度到毫米尺度以及最后到微观尺度，模拟动物肉块的特性。
方法
原型肉的制备
植物蛋白块由新加坡KH Roberts提供，用Leistritz双螺杆挤出机制造。简言之，用豌豆蛋白和小麦面筋的共混物生产蛋白质片层，并且在高水分挤出下挤出以形成蛋白质块。然后用切肉机将蛋白质块切成片层。用通过金属加工或3D打印制成的微压印模具对片层进行微压印。将片层用一薄层转谷氨酰胺酶粉末(新加坡鸿翊化学品公司(MegaChem,Singapore))涂覆、堆叠、并且允许在冰箱中粘合过夜。形成的肉块原型用手撕开，并且对所得结构拍照。
多尺度工程化的CMC原型的制备
通过将2％(w/v)乳清蛋白(新加坡欧普特蒙公司(Optimum Nutrition,Singapore))和2％(w/v)海藻酸钠(新加坡雷德曼公司(Redman,Singapore))于去离子水中的浆液混合，并且用1ml注射器和100μm直径的喷嘴挤出到2％(w/v)氯化钙(新加坡雷德曼公司)浴中以形成湿纺纤维，从而制备形成微米级纤维的水凝胶。微米级纤维可以可替代地来源于动物肌肉或植物纤维。如3.2节所描述分离肌纤维。通过从青菠萝蜜(新加坡Nature′sCharm公司)上剥离直径为约200μm的纤维束，手工分离植物纤维。
为了形成毫米级纤维，将微米级纤维与由去离子水中的2％(w/v)乳清蛋白(新加坡欧普特蒙公司)、2％(w/v)牛肉明胶(新加坡雷德曼公司)和1％(w/v)海藻酸钠(新加坡雷德曼公司)组成的粘合剂混合。用手将纤维对齐，并在2％(w/v)氯化钙(新加坡雷德曼公司)中交联，以形成每束约20根微纤维束。可替代地，在一个实施例中，可以通过用1ml注射器和20g针将粘合剂挤出到2％(w/v)氯化钙(新加坡雷德曼公司)浴中以形成纤维来形成毫米级纤维。
为了形成宏观尺寸的结构，将毫米级纤维与由去离子水中的2％(w/v)乳清蛋白(新加坡欧普特蒙公司)、3％(w/v)牛肉明胶(新加坡雷德曼公司)和1％(w/v)海藻酸钠(新加坡雷德曼公司)组成的粘合剂混合。用手将纤维对齐，并在2％(w/v)氯化钙(新加坡雷德曼公司)中交联，以形成每束约30根毫纤维束。可替代地，可以将粘合剂与浓度为10％(v/v)的葵花籽油(新加坡Fairprice超市(Fairprice,Singapore))混合，并且在室温下搅拌5分钟，直到乳化形成一个实施例中所示的大理石花纹的肉结构。宏观结构另外与乳化脂肪凝胶组合，所述乳化脂肪凝胶通过将浓度为10％(v/v)的葵花籽油(新加坡Fairprice超市)与2％(w/v)的牛肉明胶(新加坡雷德曼公司)和1％(w/v)的海藻酸钠(新加坡雷德曼公司)混合并搅拌直到乳化，然后冷却固化而制备。在一个实施例中，将固体乳化脂肪凝胶切割并与宏观结构组合，并在2％(w/v)氯化钙(新加坡雷德曼公司)中交联以形成脂肪肉原型。
用Olympus 1X70倒置显微镜获得微米级纤维的图像。使用佳能EOS 700D DSLR相机和60mm f/2.8微距镜头获得毫米级纤维和宏观大小的结构的图像。
结果
通过微压印制造替代肉块
区分完整切割肉和碎肉的重要特征是完整肌纤维的存在以及在烹饪和咀嚼时这些纤维的分离12。使用低至数百微米范围的替代蛋白对肌纤维状结构进行精密工程化，对于再现纤维分离(图1)，以模拟完整切割肉产品的ATM至关重要3。
本文公开了用于构造替代蛋白以生产高精度至微米级的完整肉块以再现肉的ATM的方法。在此，示出了一种此类方法作为实施例(图2)。通过包含但不限于高水分挤出、挤出压延、平膜挤出、剪切盒技术、溶剂浇铸和压缩模制的方法，由植物基和/或细胞基蛋白形成具有肉样质地的二维替代蛋白片层。
可以将提供颜色、味道和脂肪的成分添加到蛋白质片层中。通过压印模具或切割器压印和/或切割二维片层，以产生范围为微米至毫米尺度的凹槽图案。图3示出了分别用于微压印和去除蛋白质片层的微压印模具的实施例。微压印模具可以由各种材料和方法制成，如金属的机械加工(图3A)和塑料的3D打印(图3D)。压印是通过将模具压在可食用蛋白片层上形成微槽来完成的(图3B-C)。凹槽图案可以由不同数量、深度、大小、形状和距离的不同压痕和/或切口的组合组成。图4提供了可以用于本发明的微压印设计的另外的实施例。微压印模具的图案可以在压痕、切口数量、深度、大小、形状和切口之间的距离方面变化。这既适用于平面微压印模具，也适用于连续制造应用的微压印辊。
然后可以将所压印的片层以受控的顺序堆叠起来，并且用食品级粘合剂粘合以形成三维的替代性完整肉块。微压印被证明对模拟肉的撕裂特性以复制肉的ATM至关重要(图5和6)。图5比较了微压印的蛋白质片层(图5A-B)与正对照鸡肉片层(图5C)。可以观察到微压印的片层的分离边缘处的形貌非常类似于撕裂后的鸡肉的形貌。进一步将其与负对照非压印的蛋白质片层进行比较，后者示出平滑的分离边缘(图5D-E)。分离时的形貌对于赋予人造肉特定的外观、质地和口感(ATM)以紧密模拟肉是重要的。
进一步表明，堆叠的顺序对于替代肉的肉状纤维分离很重要(图7)。与对齐的堆叠(其中片层的相对位置相同)相比，通过使片层交错来控制堆叠的顺序生成了明显的肌纤维状结构。堆叠的顺序可以被优化以生成不同方式的肉状纤维分离，从而模拟不同类型的肉。食品级粘合剂可以包含植物基可食用水凝胶、可食用合成水凝胶、组织、蛋白质、细胞外基质和其组合。粘合剂中可以包含油和脂肪，以在肉块中提供大理石花纹。粘合剂的选择、使用的量和浓度可以被优化，以接近模拟咀嚼或加热时的肌纤维分离，并且模拟不同类型的肉。二维片层的微压印允许使用可扩大生产的和精确的压印技术，而粘合剂允许将2D片层重构成相当大的3D完整切割肉结构。所得的替代性完整肉块再现了肉的ATM，包含咀嚼时肌纤维状结构的分离，这在以前现有的肉替代品中是无法实现的。
图8比较了微压印的蛋白质片层的撕裂特性与以非穿透方式连续切片的蛋白质片层的撕裂特性。微压印方法用于精确地生成微凹槽，包含压痕和切口的组合，而不是连续的平行切口。在此示出了一个原型，压痕和切口的组合提高了精度，允许更精确的肉块状纤维分离。这些组合还允许通过改变切口和压痕的数量、深度、大小、形状和距离来精确模拟不同类型的肉类，从而实现更大的可定制性。通过本文所描述的方法可以实现先前不能实现的精确的肉块状纤维分离。
通过以微凹槽进行微压印来连续制造替代肉块
通过微压印制成的替代肉块可以通过精密工程以可扩大生产的方式生产。在此公开了一种工艺流程和配套的设备设计，以能够通过微压印连续制造替代肉块。用于通过微压印连续制造替代肉块的设备包括四个元件：
(1)用于形成替代蛋白片层的装置，例如片层成型元件，如高水分挤出机、挤出压延机、平膜挤出机、剪切盒装置、溶剂流延装置和压缩模制装置；
(2)用于微压印的装置，例如表面改造元件，如带微槽切割器、压印模具和/或激光器；
(3)用于施涂粘合剂的装置，例如粘合剂分配器，如喷雾器、刷子、挤出机或粘合剂槽；
(4)用于堆叠蛋白质片层的特征，例如装配器，如通过辊、通过移动带、通过手或通过机器人部件的层叠系统。
任选的元件是用于形成期望的形状和大小的切割器，所述期望的形状和大小也可以用手来完成。在所述工艺中，替代蛋白片层由装置产生(1)，并且沿着传送带运行以与微压印装置接触(2)，在这种情况下，所述微压印装置是具有设计的凹槽的辊(图9)。微压印装置在蛋白质片层上压印微凹槽，并且将其转移到另一条传送带上。将粘合剂施涂于片层的表面(3)。然后，通过将移动带移动到前一个片层的顶部，将另一个微压印的片层层叠(4)。通过设计环形带或通过采用顺序布置的多个挤出机来连续层叠微压印片层来重复所述工艺。然后可以将完整的肉块切成期望的形状和大小。微压印能够精确工程化替代肉块的结构，在咀嚼或烹饪期间赋予微小的薄弱点以进行纤维分离。用于2D片层的微压印和随后的层叠的连续制造工艺使得可规模化大规模制造精确工程化的替代肉块。压印特征的微米级范围可以定义为1μm至1000μm之间的纤维大小，并且压印特征的毫米级范围可以定义为1mm至10mm之间的纤维大小。
通过微压印小规模制造替代肉块的实施例
通过微压印制作的替代肉块可以小规模生产和定制，以供餐馆和家庭厨师使用。在此公开了一种用于通过微压印使得可定制小规模制造替代肉块的工艺流程和配套设备设计的实施例(图10)。用于通过微压印小规模制造替代肉块的设备需要四个元件：
(1)用于预制的替代蛋白片层的具有用于移动单独的片层的装置的装载托盘；
(2)用于微压印的装置，例如表面改造元件，如带微槽切割器、压印模具和/或激光器；
(3)用于施涂粘合剂的装置，例如粘合剂分配器，如喷雾器、刷子、挤出机或粘合剂槽；
(4)用于堆叠蛋白质片层的特征，例如装配器，如通过辊、通过移动带、通过手或通过机器人部件的层叠系统。
任选的组件是用于形成期望的形状和大小的切割器，所述期望的形状和大小也可以用手来完成。在所述工艺中，通过例如但不限于高水分挤出、挤出压延、平膜挤出、剪切盒技术、溶剂浇铸和压缩模制的工艺预制替代蛋白片层。蛋白质片层可以通过改变所用的成分来定制有不同的质地、风味、营养和外观，以模拟不同类型的肉类。然后，将预制的蛋白质片层装载到装载托盘上(1)。片层被推向具有可编程凹槽的隔室，以便为每个片层压印所设计的图案。凹槽具有不同的形状和大小，并且可以被编程为当蛋白质片层移动通过隔室时缩回或延伸，以压印所设计的凹槽图案(2)。所压印的片层然后被转移到由线性致动器驱动的单轴可移动平台。通过粘合剂沉积器将粘合剂施涂于片层的表面(3)。然后，将另一个微压印的片层层叠在前一个片层的顶部上，其布置由单轴可移动平台控制。然后重复所述工艺以层叠微压印的片层(4)。可以进一步将完整的肉块切成期望的形状和大小。所述小规模制造方法使得能够在2D片层上进行可定制的微压印，并且随后层叠，以在合理的时间范围内形成可调大小的3D精密工程化替代肉块，以供餐馆和家庭使用。家庭厨师和专业厨师可以通过组合不同类型的预制蛋白质片层，编程不同的微压印图案来定制替代肉的风味、质地、口感、营养和外观，从而个性化他们的菜肴。
用于构建替代肉块的多尺度CMC工程方法
本文公开了用于构造替代蛋白以生产高精度至微米级的完整肉块以再现肉的ATM的方法。在此，示出了一种此类方法作为实施例。肌肉由被结缔组织包围的肌纤维束组成，以形成肌束。这种结构导致肉在加热和机械处理时特有的纤维分离。目前用于构建肉替代品的方法利用挤出和湿纺来再造肉类纤维。然而，这些方法通常生产出成分均一的肉，并且在加热或机械处理时没有明显的纤维分离。多尺度干净肉块(CMC)工程方法在加热和机械处理后实现清晰的纤维分离点(图11)。多尺度工程CMC由10-500μm的微米级纤维组成，所述纤维形成工程化CMC的最小结构单元。可以在有或没有支架的情况下通过细胞或组织培养，通过从畜体动物组织中分离肌纤维，通过将培养的动物细胞或组织与粘合剂A混合，或通过构造植物基材料来获得微米级纤维(图12)。然后，将微米级纤维对齐，并且将其用比粘合剂A更不稳定的粘合剂B、组织培养支架和植物基材料粘合在一起以形成毫米级纤维。然后，将毫米级纤维对齐并且将其用比粘合剂B更不稳定的粘合剂C粘合在一起。当加热或进行机械处理时，所得产品的特性类似于肉。由于稳定性较低，粘合剂C将首先降解，分离由粘合剂B保持的毫米级纤维。在进一步处理后，粘合剂B将降解，分离由粘合剂A保持的微米级纤维。这些模拟烹饪和切碎时肌束和肌纤维的分离。将肉分离成纤维是肉食体验的关键特征，这是由肉的结构决定的。
通过使用可食用水凝胶构建肉替代品原型，展示了多尺度CMC工程方法。通过在氯化钙水浴中湿纺藻酸盐-乳清蛋白溶液形成约250μm直径的微米级纤维(图13A-B)。将约20个微米级纤维与由明胶、藻酸盐和乳清蛋白的混合物组成的粘合剂混合，并在氯化钙浴中交联，以形成约3mm直径的毫米级纤维(图13C)。这种明胶-藻酸盐-乳清水凝胶比藻酸盐-乳清水凝胶更不稳定，并且因此在加热期间会降解，从而能够清晰地分离微米级纤维(图13D)。然后将毫米级纤维进一步对齐并与明胶-藻酸盐-乳清水凝胶粘合，以及添加更多明胶以降低其稳定性，从而形成烹饪后纤维明显分离的宏观级肉替代品(图13E-F)。
用于构建替代肉块的双尺度CMC工程方法
进一步证明了三尺度工程化的CMC模型的变型，通过使用两种粘合剂而不是三种粘合剂来实现加热后的清晰分离点。在此模型中，微米级到毫米级的纤维直接对齐并用一种比用于制造纤维的材料更不稳定的粘合剂粘合在一起(图14)。当加热或进行机械处理时，所得产品的特性类似于动物肌肉。由于稳定性较低，粘合剂将首先降解，分离纤维，并模拟烹饪和切碎时肌束或肌纤维的分离。
在多尺度工程化的CMC中掺入脂肪模拟肌内脂肪
进一步证明了脂肪组分可以被掺入到多尺度工程化的CMC模型中，以模拟肌内脂肪，从而形成大理石花纹的肉。在大理石花纹的肉模型中，多尺度工程化的CMC框架将保留，但脂肪组分以乳化脂肪的形式掺入在粘合剂B(其粘合毫米结构)或粘合剂C(其粘合宏观结构)中(图15)。
脂肪与多尺度工程化的CMC的组合模拟肌肉间脂肪
进一步证明了脂肪组分可以与多结构模型相组合来模拟肌间脂肪，从而形成肥肉。在脂肪肉模型中，多尺度工程化的CMC框架将保持可能的脂肪组分的掺入，所述脂肪组分以乳化脂肪的形式存在于粘合剂B(其粘合毫米结构)或粘合剂C(其粘合宏观结构)中，并且具有脂肪组分的单独物质与宏观结构的另外粘合。这种脂肪组分可以是动物脂肪组织、乳化脂肪水凝胶或组织工程化的脂肪组织的形式。
在多尺度工程化的CMC中掺入植物纤维可实现混合肉块
进一步证明了植物纤维和动物肌肉纤维在微观尺度上的混合可以产生具有精确分离点的混合肉块，以精确模拟肉类。在此模型中，不同来源的两种或更多种类型的纤维将被混合并用于产生混合产品，而不是在微观尺度上使用一种类型的纤维(图17A-B)。通过将分离的猪肉微纤维与菠萝蜜植物微纤维混合并用明胶-藻酸盐-乳清蛋白粘合剂粘合在一起以形成混合肉块来证明这一点。烹饪后纤维明显分离(图17C)。与仅将碎肉和植物材料共混在一起相比，这呈现了一种在结构控制上以更高精度产生混合肉的新方法，所述方法使得能够产生共混的肉块。
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Claims (28)

1.一种生产人造肉产品的方法，
提供多个可食用蛋白结构单元，以及
将所述结构单元与可食用粘合剂组合以生产人造肉产品。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述结构单元是带槽片层。
3.一种生产人造肉产品的方法，所述方法包括：
提供多个可食用蛋白片层，
将凹槽引入到所述片层的表面，
将可食用粘合剂施涂于带槽片层，以及
组装所述带槽片层以形成所述人造肉产品。
4.根据权利要求2或权利要求3所述的方法，其中所述片层的厚度为1μm至1000μm。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其中所述带槽片层在所述人造肉产品中形成线性纤维状结构。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述结构单元是纤维和/或原纤维。
7.一种生产人造肉产品的方法，
生产多个可食用蛋白原纤维，
将所述原纤维与第一可食用粘合剂组合以形成纤维，以及
将所述纤维与第二可食用粘合剂组合以生产人造肉产品。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述第一可食用粘合剂比所述第二可食用粘合剂更稳定。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其中所述原纤维的直径为1um至1000um。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的方法，其中所述纤维的直径可为1mm至10mm。
11.根据权利要求6至10中任一项所述的方法，其中所述可食用蛋白原纤维是通过将可食用蛋白细丝与第三可食用粘合剂组合而生产的。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述第三可食用粘合剂比所述第一可食用粘合剂更稳定。
13.一种生产人造肉或替代肉产品的方法，所述方法包括：
生产多个可食用蛋白纤维，以及
将所述纤维与第一粘合剂组合以生产肉产品。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其中所述人造肉产品包括在烹饪和/或咀嚼时分离的纤维状结构。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的方法，其中所述人造肉产品展示或模拟天然切割肉的外观、质地和口感(ATM)。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述人造肉产品展示或模拟来自牛、猪、羊、家禽、鸭、鹿、兔、鱼或其它海产品的ATM。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的方法，其中所述可食用蛋白是植物蛋白、动物细胞蛋白和/或肉蛋白。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的方法，其中所述可食用粘合剂选自植物基水凝胶、合成水凝胶、组织、蛋白质、细胞外基质和/或其组合。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述可食用粘合剂包括藻酸盐和乳清蛋白。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述可食用粘合剂进一步包括明胶。
21.根据权利要求1至20中任一项所述的方法，其中所述人造肉产品进一步包括油和/或脂肪。
22.一种用于生产人造肉产品的设备，所述设备包括：
(i)表面改造元件，所述表面改造元件用于将凹槽压印或切割到蛋白质片层的表面上；
(ii)粘合剂分配器，所述粘合剂分配器用于将粘合剂施涂于带槽片层；以及
(iii)装配器，所述装配器用于将所述带槽片层与所施涂的粘合剂堆叠在一起，以生产替代肉产品。
23.根据权利要求22所述的设备，其进一步包括用于生产可食用蛋白片层的片层成型元件。
24.根据权利要求22所述的设备，其进一步包括用于将可食用蛋白片层装载到装置或设备中的片层装载托盘。
25.一种人造肉产品，其包括可食用蛋白片层堆叠，所述堆叠中的每个片层具有带槽表面，所述片层用可食用粘合剂粘合在一起。
26.根据权利要求25所述的人造肉产品，其中所述人造肉产品是通过根据权利要求2至5中任一项所述的方法生产的。
27.一种人造肉产品，其包括用第二可食用粘合剂粘合在一起的一组纤维，每种纤维包括用第一可食用粘合剂粘合在一起的多个可食用蛋白原纤维。
28.根据权利要求27所述的人造肉产品，其中所述人造肉产品是通过根据权利要求6至13中任一项所述的方法生产的。
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