组织工程与3d打印肉组织生产加工系统及加工方法
【技术领域】
[0001]本发明属于3D打印与食品生产领域，具体涉及一种组织工程与3D打印肉组织生产加工系统及加工方法。
【背景技术】
[0002]肉是人类获取营养物质的主要来源之一，但是畜牧技术的限制以及动物饲养和肉食品生产过程中会对生态环境造成破坏性影响。组织工程肉替代动物自然组织作为饮食消耗品是解决食物短缺这一问题的长期有效方法。组织工程与3D打印肉组织是建立在不屠杀动物的基础上的，因此，对于不杀生的人群而言也是补充蛋白质、氨基酸等营养物质的优选方法。除此之外，组织工程与3D打印肉组织在补充人体所需的营养物质上更为灵活，针对不同人群对各种营养物质的需求差异，通过系统生产出富含或者去除某些物质的肉组织。
[0003]组织工程与3D打印肉组织的体外培养对于保证组织的扩增、营养、口感等十分重要，目前没有专门的加工系统和加工方法，对于如何使组织工程与3D打印肉组织具有可食用性和类似自然肉的营养价值，也没有完善的体外培养方案。因此，发明创造出一种能够使组织工程与3D打印肉组织的营养价值满足食用需求、食用口感好的系统意义重大。
【发明内容】
[0004]为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种组织工程与3D打印肉组织生产加工系统及加工方法，为组织工程与3D打印肉组织在体外的扩增和成熟提供了一个生产加工系统和一种加工方法，解决了人类动物肉组织的依赖问题，同时满足了不同人群对于肉的不同要求。
[0005]为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0006]组织工程与3D打印肉组织生产加工系统，该系统包含一个或多个培养腔1，以及与培养腔I连接的对其内肉组织提供多种刺激因素的刺激单元2，与培养腔I的进料口和出料口分别连接的培养液循环系统3，所述培养腔I包括培养液和浸没在培养液中的肉组织，营养物质调节单元4通过管路的通断与切换将营养物质添加在培养腔I中的培养液和/或肉组织中，温度控制单元5设置在培养腔I内并通过反馈调节单元6调节其温度，反馈调节单元6也与营养物质调节单元4连接，并控制其通断和流量。
[0007]所述的组织工程与3D打印肉组织生产加工系统，其特征在于:所述刺激单元2包括对肉组织进行力学刺激的力学刺激单元2-1、对肉组织进行声学刺激的声学刺激单元2-2、对肉组织进行光学刺激的光学刺激单元2-3和对肉组织进行电磁刺激的电磁刺激单元 2-4 ο
[0008]所述的一种组织工程与3D打印肉组织生产加工系统，其特征在于:所述力学刺激单元2-1包括对肉组织进行刺激的拉伸单元、剪切单元、压缩单元、振动单元。
[0009]所述的一种组织工程与3D打印肉组织生产加工系统，其特征在于:所述营养物质调节单元4包括通过管路的通断和阀门来调节流量的调料瓶4-1、营养瓶4-2、酸碱瓶4-3、0)2瓶 4-4 和 02瓶4-5。
[0010]所述的组织工程与3D打印肉组织生产加工系统，其特征在于:所述反馈调节单元6包括设置在培养腔I内的传感器6-1，与传感器6-1依次连接的信号反馈单元6-2、信号处理单元6-3和器件控制单元6-4，还包括与器件控制单元6-4连接的参数输入单元6-5，所述器件控制单元6-4分别与营养物质调节单元4、温度控制单元5连接。
[0011]所述培养腔I为无菌密闭环境，与培养腔I内培养液和肉组织接触的部件均为食品级材料。
[0012]所述培养液循环系统3与培养腔I连接的管路上设置有泵和调节阀调节其流量和流速对肉组织施加流体剪切。
[0013]所述的刺激单元2和营养物质调节单元4的作用包括控制基因表达、调节细胞的增殖、外基质的组成、组织的结构；肉组织的嫩度、系水力、风味、香气、多汁性、色泽；营养物质的含量和肉自身组成成分的含量。
[0014]所述的肉组织的加工产物为可食用肉，由非人体细胞、细胞外基质以及可降解和/或不可降解的无毒性支撑材料组成。
[0015]基于上述系统，组织工程与3D打印肉组织的加工方法包含以下步骤:
[0016]步骤1:将组织工程与3D打印得到的肉组织放入培养腔I中固定，通过培养液循环系统3向培养腔I中注入培养液进行培养和体外扩增，培养液以刚好浸没肉组织上表面为宜；
[0017]步骤2:通过参数输入单元6-5向器件控制单元6-4中输入要控制的参数，并通过器件控制单元6-4控制温度控制单元5、营养瓶4-2、酸碱瓶4-3、0)2瓶4_4和O 2瓶4_5，传感器6-1将培养腔I中的温度、pH值、CO2浓度与O 2浓度通过信号反馈单元6-2反馈给信号处理单元6-3，进而传递给器件控制单元6-4，再通过器件控制单元6-4的控制使培养腔I中的环境达到肉组织所需的培养条件；
[0018]步骤3:通过刺激单元2对肉组织施加拉伸、剪切、压缩、振动、光学、声学和电磁刺激因素，刺激因素的施加方式为连续或者间歇性施加，频率、幅值和作用时间与肉组织的质地相关，电磁刺激的电磁场包含恒定、脉冲和交变的电场和磁场，压缩包括静态压缩和动态压缩；同时通过营养物质调节单元4来调控肉组织和培养液中营养物质的种类和含量；
[0019]步骤4:在肉组织趋于培养末期成熟阶段，进行口味调节，通过营养物质调节单元4向肉组织和培养液中添加调料，，根据需要继续实施步骤1-3的部分操作，直至肉组织成熟。
[0020]步骤3所述的调控肉组织和培养液中营养物质的方式具体包括直接向肉中注入相应营养物质、向培养液中添加相应营养物质和培养腔的空气中添加相应营养物质。
[0021]步骤4所述营养物质根据需要通过营养物质调节单元4选择性地添加，包括人体所需的必须氨基酸、条件必须氨基酸以及非必须氨基酸、葡萄糖、人体必须的18种微量元素以及所有维生素；对疾病有预防、抑制或治疗作用以及对人体无害的食物成分中的一种或多种；和/或保健类食材及其提取物或部分组成成分；和/或蔬菜水果类食用植物本体及其衍生物；日常生活中的咸味剂、甜味剂、酸味剂、鲜味剂和辛香剂中的一种或多种，所述调料的存在形式为固体、液体、气体和离子状态中的一种或多种；细胞增殖所需的0)2、02和酸碱调节物。
[0022]和现有技术相比较，本发明具有如下优点:
[0023]1、本发明所述的组织工程与3D打印肉组织生产加工系统将多种刺激因素耦合，将肉组织的培养、营养和口味调节整合在一起，更加方便高效。
[0024]2、采用本发明所述的生产加工系统和加工方法生产可食用肉是以不屠宰动物为基础的，相对于传统的获取动物肉组织的方式，能够让动物保护主义者接受。
[0025]3、采用本发明所述的生产加工系统和加工方法生产可食用肉可以避免畜牧和动物屠宰加工对于生态环境造成的破坏。
[0026]4、采用本发明所述方法生产的肉组织针对的人群更广，可以满足有特殊需求的人群，这是传统的动物肉组织加工方法不能达到的。
[0027]5、采用本发明所述方法生产的肉组织所含有的营养物质相对于传统动物肉组织更加丰富，并且营养物质的种类可调，这是传统动物肉组织加工方式难以实现的。
【附图说明】
[0028]图1为本发明生产加工系统示意图。
[0029]图2为本发明生产加工流程图。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图和具体实施例对本发明作详细的说明，此处所描述的实施案例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明:
[0031]如图1所示，该系统包含一个或多个培养腔1，以及与培养腔I连接的对其内肉组织提供多种刺激因素的刺激单元2，与培养腔I的进料口和出料口分别连接的培养液循环系统3，所述培养腔I包括培养液和浸没在培养液中的肉组织，营养物质调节单元4通过管路的通断与切换将营养物质添加在培养腔I中的培养液和/或肉组织中，温度控制单元5设置在培养腔I内并通过反馈调节单元6调节其温度，反馈调节单元6也与营养物质调节单元4连接，并控制其通断和流量。
[0032]如图1和图2所示，该加工系统的加工方法主要包括以下步骤:
[0033]步骤1:将组织工程与3D打印得到的肉组织放入培养腔I中固定，通过培养液循环系统3向培养腔I中注入培养液进行培养和体外扩增，培养液以刚好浸没肉组织上表面为宜；
[0034]步骤2:通过参数输入单元6-5向器件控制单元6-4中输入要控制的参数，并通过器件控制单元6-4控制温度控制单元5、营养瓶4-2、酸碱瓶4-3、0)2瓶4_4和O 2瓶4_5，传感器6-1将培养腔I中的温度、pH值、CO2浓度与O 2浓度通过信号反馈单元6-2反馈给信