Scaffold sangat penting dalam memproduksi daging budidaya, menyediakan kerangka 3D bagi sel untuk tumbuh menjadi jaringan yang terstruktur seperti daging. Pilihan biomaterial mempengaruhi segalanya mulai dari tekstur dan rasa hingga efisiensi produksi. Berikut adalah 7 biomaterial utama yang digunakan untuk scaffold, masing-masing dengan fitur unik:
- Kolagen: Meniru struktur otot alami tetapi memerlukan penguatan untuk kekuatan. Versi rekombinan mengatasi masalah etika.
- Gelatin: Berasal dari kolagen, banyak digunakan, aman, dan mendukung pertumbuhan sel tetapi memiliki kekuatan mekanis yang terbatas.
- Alginat: Berbasis tumbuhan, hemat biaya, dan sangat dapat diskalakan dengan sifat yang dapat disesuaikan untuk kekakuan dan degradasi.
- Kitosan: Berasal dari krustasea atau jamur, mempromosikan adhesi sel dan memiliki sifat antimikroba tetapi perlu dicampur untuk kekuatan.
- Protein Berbasis Tumbuhan: Protein kedelai dan protein nabati bertekstur (TVP) menawarkan solusi bebas hewan dengan kompatibilitas dan skalabilitas yang baik.
- Daun Tumbuhan yang Didekularisasi: Menyediakan jaringan vaskular alami untuk pengiriman nutrisi, dengan kerangka berbasis selulosa yang dapat terurai secara hayati.
- Biomaterial Berasal dari Mikroba dan Alga: Sumber seperti selulosa bakteri dan alginat dari alga dapat diperbarui, dapat diskalakan, dan mendukung pertumbuhan sel.
Perbandingan Cepat:
| Material | Kekuatan Utama | Kelemahan | Skalabilitas |
|---|---|---|---|
| Kolagen | Mendukung pertumbuhan sel, biodegradable | Kekuatan rendah, mahal | Sedang |
| Gelatin | Aman, biokompatibel | Sensitif terhadap suhu, lembut | Sedang |
| Alginat | Terjangkau, sifat dapat disesuaikan | Rapuh tanpa pencampuran | Tinggi |
| Kitosan | Antimikroba, biodegradable | Lemah sendiri, risiko alergen | Sedang |
| Protein Nabati (TVP) | Bebas hewani, tekstur berserat | Membutuhkan aditif untuk kekuatan | Tinggi |
| Daun Tanaman | Struktur alami, dapat dimakan | Sifat mekanis bervariasi | Tinggi |
| Berbasis Mikroba/Alga | Dapat diperbarui, dapat disesuaikan | Modifikasi permukaan diperlukan | Tinggi |
Setiap material menyeimbangkan biokompatibilitas, kekuatan, degradasi, dan biaya secara berbeda.Untuk produsen di Inggris, platform seperti
Dr. Glenn Gaudette: Menggunakan bayam yang telah dihilangkan selnya sebagai perancah untuk daging budidaya
1. Kolagen
Kolagen adalah pilihan populer untuk perancah daging budidaya. Sebagai protein yang paling melimpah dalam jaringan hewan, kolagen secara alami membentuk tulang punggung struktural otot, menjadikannya ideal untuk mereplikasi tekstur daging dalam pengaturan laboratorium.
Biokompatibilitas
Salah satu fitur menonjol dari kolagen adalah kompatibilitasnya yang e
Namun, meskipun kolagen mendukung pertumbuhan sel secara efektif, daya tahan fisiknya sering kali perlu ditingkatkan.
Kekuatan Mekanis
Kekuatan kolagen bersifat sedang, yang berarti kadang-kadang memerlukan penguatan. Rangka kolagen murni dapat mendukung pembentukan jaringan otot dasar tetapi umumnya lebih lembut dibandingkan dengan bahan sintetis seperti PCL [5]. Sebuah studi tahun 2024 menunjukkan bahwa menggabungkan 4% kolagen dengan 30 U/g transglutaminase dalam rangka berpori yang selaras meningkatkan kekuatan mekanis sambil mendorong pertumbuhan dan diferensiasi sel satelit otot rangka babi [3]. Contoh ini menunjukkan bagaimana menggabungkan kolagen dengan elemen lain dapat mengatasi kelemahannya tanpa mengorbankan keunggulan biologisnya.
Kekuatan terlepas, bagaimana kolagen terdegradasi sama pentingnya.
Profil Degradasi
Kemampuan kolagen untuk terurai secara alami adalah keuntungan signifikan untuk scaffold yang dapat dimakan. Sel dapat secara enzimatis mendegradasi material saat jaringan matang, memastikan scaffold diserap secara bertahap [1]. Penguraian yang terkontrol ini menjamin bahwa produk daging budidaya akhir bebas dari residu yang tidak dapat terurai, membuatnya aman untuk dikonsumsi.
Skalabilitas
Meningkatkan produksi kolagen menghadirkan beberapa tantangan. Kolagen yang berasal dari hewan tradisional menghadapi masalah etika dan rantai pasokan, yang dapat bertentangan dengan tujuan keberlanjutan daging budidaya. Kolagen rekombinan - diproduksi menggunakan tanaman atau mikroba - menawarkan alternatif bebas hewan yang mengatasi tantangan ini [1][5].Meskipun saat ini lebih mahal, kemajuan teknologi meningkatkan konsistensi dan menurunkan biaya.
2. Gelatin
Gelatin adalah biomaterial umum yang digunakan untuk scaffolding, berasal dari kolagen melalui hidrolisis. Biopolimer alami ini terkenal karena keamanannya dalam aplikasi makanan dan efektivitasnya dalam memberikan dukungan struktural.
Biokompatibilitas
Salah satu kekuatan utama gelatin adalah biokompatibilitasnya yang tinggi. Gelatin meniru matriks ekstraseluler dengan baik, menciptakan lingkungan di mana sel otot dan lemak dapat menempel, tumbuh, dan berdiferensiasi secara efisien [1]. Penggunaannya yang luas dalam produk seperti jeli dan kapsul menegaskan keamanannya dan persetujuan regulasi, menjadikannya pilihan yang andal untuk produksi daging budidaya.
Kekuatan Mekanis
Sementara gelatin murni menawarkan kekuatan mekanis yang moderat, ini dapat ditingkatkan dengan menyesuaikan konsentrasinya, melakukan crosslinking, atau mencampurnya dengan bahan seperti alginat atau protein nabati [2][5]. Penelitian menunjukkan bahwa pelapis gelatin meningkatkan penyerapan air, memperkuat scaffold, dan mendorong perlekatan sel yang lebih baik [3]. Misalnya, scaffold komposit yang menggabungkan protein nabati bertekstur dengan gelatin dan agar (pada konsentrasi 6%) telah menunjukkan peningkatan integritas struktural dan fungsionalitas [3].
Profil Degradasi
Biodegradasi terkontrol dari gelatin adalah keuntungan lain, karena terurai secara enzimatik selama kultur sel. Degradasi bertahap ini mendukung pematangan jaringan sambil memastikan bahan scaffold dihilangkan dengan cara yang terkontrol [1].Dengan menyesuaikan crosslinking atau mencampurnya dengan zat lain, laju degradasi dapat disesuaikan untuk memenuhi kebutuhan fase pertumbuhan sel tertentu, tanpa meninggalkan residu yang tidak diinginkan dalam produk akhir.
Skalabilitas
Gelatin sangat cocok untuk produksi daging budidaya skala besar. Ini terjangkau, mudah tersedia dalam jumlah besar, dan kompatibel dengan proses industri seperti pengeringan beku dan bioprinting 3D [1][6]. Meskipun gelatin tradisional berasal dari hewan, ada minat yang berkembang terhadap alternatif rekombinan atau berbasis tumbuhan untuk mengatasi masalah etika.
Produsen yang berbasis di Inggris dapat memanfaatkan pemasok seperti
3.Alginate
Alginate, sebuah polisakarida yang berasal dari rumput laut coklat, menonjol sebagai pilihan berbasis tumbuhan untuk menciptakan scaffold dalam produksi daging budidaya. Sejarah panjang penggunaannya yang aman dalam makanan menjadikannya pilihan yang dapat diandalkan untuk mendukung pertumbuhan sel dalam bidang yang sedang berkembang ini.
Biokompatibilitas
Alginate sangat cocok untuk menumbuhkan sel otot dan lemak karena kompatibilitasnya dengan sistem biologis. Alginate telah disetujui untuk penggunaan makanan oleh badan pengatur di Inggris dan Uni Eropa, yang menyederhanakan proses persetujuan untuk aplikasi daging budidaya. Meskipun alginate asli tidak secara alami mendukung adhesi sel, hal ini dapat diatasi dengan menggabungkan peptida adhesi atau mencampurnya dengan bahan lain seperti gelatin [1].
Kekuatan Mekanis
Salah satu kekuatan alginate adalah sifat mekanisnya yang dapat disesuaikan, yang memungkinkan produsen untuk menyempurnakan kekakuan scaffold agar meniru tekstur daging asli.Penelitian telah menunjukkan bahwa menggabungkan alginat dengan biomaterial lain dapat secara signifikan meningkatkan kinerjanya. Misalnya, sebuah studi tahun 2022 menyoroti bagaimana pencampuran alginat dengan isolat protein kacang polong dalam rasio 1:1 meningkatkan sifat mekanisnya, seperti modulus Young, porositas, dan penyerapan cairan. Campuran ini juga mendukung pertumbuhan dan diferensiasi sel satelit sapi [3]. Sementara gel alginat murni dapat rentan terhadap kerapuhan, pendekatan komposit ini membantu mengatasi keterbatasan tersebut.
Kemampuan untuk menyesuaikan sifat mekanisnya juga membuat alginat ideal untuk mencapai profil degradasi yang diinginkan.
Profil Degradasi
Biodegradabilitas dan edibilitas alginat menjadikannya pasangan sempurna untuk daging yang dibudidayakan. Alginat terurai dengan aman dalam sistem pencernaan manusia, memastikan produk akhir sepenuhnya dapat dikonsumsi. Dengan menyesuaikan pengikatan silang dan komposisinya, produsen dapat mengontrol bagaimana alginat terdegradasi.Biasanya, pengikatan silang ionik dengan kalsium klorida digunakan untuk menciptakan hidrogel stabil yang cocok untuk kultur sel otot [1].
Degradasi yang terkontrol ini memastikan alginat dapat memenuhi kebutuhan produksi skala besar.
Skalabilitas
Ketersediaan dan keterjangkauan alginat menjadikannya pilihan menarik untuk produksi daging budidaya skala komersial. Alginat mendapat manfaat dari rantai pasokan yang sudah mapan dalam industri rumput laut, dan sifat gelasinya selaras dengan teknik manufaktur otomatis seperti ekstrusi dan bioprinting 3D. Di Inggris, produsen dapat mengakses alginat berkualitas tinggi dan grade makanan melalui platform seperti
4. Kitosan
Kitosan menawarkan opsi non-mamalia yang menarik untuk kerangka daging budidaya, dengan sifat permukaan yang membedakannya.Berasal dari kitin, yang ditemukan dalam cangkang krustasea dan jamur, biopolimer ini sangat efektif dalam mendukung perlekatan dan pertumbuhan sel karena sifat kationiknya, yang berinteraksi baik dengan membran sel yang bermuatan negatif.
Biokompatibilitas
Chitosan sangat kompatibel dengan berbagai jenis sel yang penting untuk produksi daging budidaya. Ini mempromosikan adhesi, proliferasi, dan diferensiasi sel seperti sel satelit otot rangka babi, sel otot polos kelinci, fibroblas domba, dan sel punca mesenkimal tali pusat sapi [7].
Menariknya, chitosan meniru glikosaminoglikan alami, menciptakan lingkungan yang kondusif untuk pertumbuhan sel. Sebuah studi tahun 2022 menemukan bahwa mikrokari yang mengandung 2% chitosan dan 1% kolagen (dalam rasio 9:1) secara signifikan meningkatkan viabilitas dan proliferasi sel di berbagai jenis sel [3].Pendekatan campuran ini mengkompensasi keterbatasan kemampuan pengikatan sel dari kitosan ketika digunakan sendiri.
Keuntungan lain adalah sifat antimikrobanya, yang membantu meminimalkan risiko kontaminasi selama produksi - faktor penting untuk menjaga kondisi steril di fasilitas komersial [3].
Kekuatan Mekanis
Sementara kitosan sendiri memiliki sifat mekanis yang lemah, ini dapat ditingkatkan dengan menggabungkannya dengan biomaterial lain [7]. Misalnya, pencampuran dengan kolagen meningkatkan kekuatan tekanannya dan memungkinkan pembuatan struktur berpori yang lebih baik meniru tekstur dan sifat mekanis daging. Komposit ini juga mendukung proliferasi dan diferensiasi sel satelit otot rangka babi [7].
Penggunaan agen penghubung atau bahan pelengkap seperti kolagen atau transglutaminase lebih meningkatkan ketahanan kitosan, membuatnya lebih cocok untuk mendukung pembentukan jaringan [7].
Profil Degradasi
Sifat biodegradable kitosan menjadikannya pilihan yang e
Produsen dapat menyesuaikan laju degradasi dengan memodifikasi faktor seperti derajat deasetilasi atau penghubungan silang. Ini memungkinkan penguraian yang terkontrol yang sejalan dengan pertumbuhan dan pematangan jaringan [7]. Fleksibilitas ini memastikan bahwa kitosan sesuai dengan kinerja biomaterial kerangka lainnya sambil tetap aman dan dapat dimakan.
Skalabilitas
Selain manfaat biologis dan mekanisnya, kitosan sangat skalabel, yang penting untuk produksi daging budidaya komersial. Kitosan melimpah dan relatif murah, terutama ketika bersumber dari fermentasi jamur atau produk sampingan industri makanan laut [7].
Namun, memastikan kualitas dan kinerja mekanis yang konsisten dalam skala industri memerlukan pemrosesan yang terstandarisasi dan pencampuran yang hati-hati dengan biomaterial lain [7]. Di Inggris, produsen dapat beralih ke platform seperti
Statusnya sebagai bahan yang dapat dimakan dan inklusi dalam biomaterial yang disetujui FDA juga menyederhanakan persetujuan regulasi, menjadikannya pilihan praktis untuk aplikasi skala besar [2].
sbb-itb-ffee270
5.Protein Berbasis Tumbuhan (Protein Kedelai dan Protein Nabati Bertekstur)
Protein berbasis tumbuhan, khususnya protein kedelai dan protein nabati bertekstur (TVP), menyediakan alternatif praktis bebas hewan untuk menciptakan kerangka dalam produksi daging budidaya. Bahan-bahan ini tidak hanya mengurangi dampak lingkungan tetapi juga menawarkan solusi hemat biaya untuk meningkatkan produksi.
Biokompatibilitas
Kerangka protein kedelai telah menunjukkan kompatibilitas yang kuat dengan jenis sel yang umum digunakan dalam daging budidaya. Berkat kimia permukaan dan porositas yang dapat disesuaikan, mereka mendukung proses penting seperti adhesi sel, pertumbuhan, dan diferensiasi - semuanya tanpa bergantung pada komponen yang berasal dari hewan [1][8].Penelitian bahkan menyoroti penggunaan kerangka protein kedelai bertekstur yang berhasil dalam membudidayakan jaringan otot sapi, mencapai hasil yang signifikan dalam penempelan sel dan pembentukan jaringan [1][8].
TVP, di sisi lain, menghadirkan struktur berserat, meniru tekstur daging tradisional sambil mempertahankan biokompatibilitas yang dibutuhkan untuk kultur sel. Struktur berporinya dapat disesuaikan selama produksi untuk meningkatkan infiltrasi sel dan distribusi nutrisi ke seluruh jaringan [1].
Kekuatan Mekanis
Protein yang berasal dari tumbuhan ini juga menawarkan sifat mekanis yang dapat disesuaikan, yang sangat penting untuk mendukung pertumbuhan jaringan. Penelitian menunjukkan bahwa menggabungkan isolat protein kedelai dengan serat makanan, gliserol, dan pengikat silang meningkatkan kekuatan kompresi dan ketahanan air [3].
Glycerol, sebagai plasticiser umum, memainkan peran penting dalam meningkatkan kinerja scaffold. Temuan dari 2024 menunjukkan bahwa scaffold protein kedelai dengan kandungan gliserin yang lebih tinggi membentuk pori-pori yang lebih kecil dan lebih seragam, yang mengarah pada ketahanan air dan daya tahan mekanis yang lebih baik [3]. Metode produksi seperti pengeringan beku, ekstrusi, dan pencetakan 3D memungkinkan produsen untuk menyempurnakan elastisitas dan kekuatan tarik, menciptakan scaffold yang dapat meniru tekstur kompleks daging [1][2].
Namun, meskipun kekuatan mekanis sangat penting, scaffold harus terdegradasi seiring dengan pertumbuhan dan pematangan jaringan.
Profil Degradasi
Baik protein kedelai maupun TVP secara alami dapat terurai dan aman untuk dikonsumsi.Tingkat degradasi mereka dapat disesuaikan dengan memodifikasi komposisi protein dan teknik crosslinking, memastikan scaffold memberikan dukungan struktural selama pertumbuhan sel dan terurai dengan tepat saat jaringan matang [1].
Selain manfaat struktural, scaffold ini menambah nilai gizi pada produk akhir, menjadikannya solusi dua tujuan [1].
Skalabilitas
Protein yang berasal dari tumbuhan mencapai keseimbangan antara kinerja dan skalabilitas, dengan bahan scaffold hanya menyumbang sekitar 5% dari total biaya produksi daging budidaya [1]. Protein kedelai, khususnya, mendapat manfaat dari ketersediaannya yang luas dan rantai pasokan yang sudah mapan, menjadikannya cocok untuk operasi skala besar.
Teknik industri seperti ekstrusi, pengeringan beku, dan pencetakan 3D memungkinkan produksi massal scaffold yang konsisten dan berkualitas tinggi [6]. Namun, peningkatan skala memang memiliki tantangan, seperti memastikan sifat scaffold yang seragam dan mengintegrasikan fabrikasi skala besar dengan proses kultur sel [6].
Di Inggris, platform seperti
6.Daun Tanaman yang Dide-selularisasi
Daun tanaman yang dide-selularisasi menyediakan kerangka alami yang memanfaatkan sistem vaskular rumit yang sudah ada pada tanaman. Dengan menghilangkan materi seluler dari jaringan tanaman, para peneliti mendapatkan matriks ekstraseluler berbasis selulosa. Struktur ini sangat mirip dengan jaringan kapiler yang ditemukan pada jaringan hewan, menjadikannya pilihan yang e
Biokompatibilitas
Matriks selulosa dalam daun tanaman yang dide-selularisasi bekerja dengan mulus dengan sel otot dan lemak yang digunakan dalam daging budidaya. Studi telah menunjukkan bahwa sel otot sapi dapat menempel dan tumbuh secara efektif pada daun bayam yang dide-selularisasi. Struktur berserat ini mendukung fungsi seluler utama seperti adhesi, pertumbuhan, dan diferensiasi [1][8].
Keuntungan utama dari scaffold ini adalah komposisinya yang sepenuhnya berbasis tumbuhan. Ini menghilangkan risiko yang terkait dengan bahan yang berasal dari hewan, seperti reaksi imun atau kontaminasi, dan sejalan dengan motivasi etis di balik produksi daging budidaya.
Selain itu, jaringan vaskular alami dalam daun tumbuhan menyediakan jalur ideal untuk mengangkut nutrisi dan oksigen ke sel yang sedang tumbuh. Ini sangat mirip dengan sistem kapiler yang ditemukan dalam daging tradisional, membuatnya lebih mudah untuk mengembangkan jaringan dengan struktur yang tepat [1].
Kekuatan Mekanis
Dari perspektif struktural, kinerja scaffold ini bergantung pada kandungan selulosa dan arsitektur vaskularnya. Meskipun mungkin tidak sekuat alternatif sintetis, mereka menawarkan dukungan yang cukup untuk pertumbuhan sel dan pengembangan jaringan dalam aplikasi daging budidaya [1].
Desain berserat ini juga dapat disesuaikan untuk meniru tekstur daging yang berbeda, berkontribusi pada kualitas struktural dan rasa akhir produk. Namun, sifat mekanis dapat bervariasi tergantung pada jenis tanaman yang digunakan dan proses deselularisasi spesifik yang diterapkan.
Penelitian menyoroti bahwa jaringan vena pada daun tanaman memberikan dukungan mekanis yang cukup untuk pertumbuhan sel otot sambil mempertahankan fleksibilitas yang diperlukan untuk pengembangan jaringan [1].
Profil Degradasi
Fitur kunci lainnya dari scaffold ini adalah pemecahan yang terkontrol selama pertumbuhan jaringan. Daun tanaman yang telah dideselularisasi terurai pada kecepatan yang sejalan dengan garis waktu produksi daging budidaya. Struktur berbasis selulosa ini tidak hanya dapat terurai secara hayati tetapi juga dapat dimakan, menambahkan serat makanan ke produk akhir alih-alih meninggalkan residu berbahaya [1].
Meskipun selulosa tidak dapat dicerna oleh enzim manusia, selulosa dianggap aman untuk dimakan dan bahkan dapat meningkatkan profil nutrisi daging yang dibudidayakan. Laju degradasi kerangka dapat disesuaikan dengan memodifikasi metode pemrosesan atau menggabungkan senyawa berbasis tumbuhan lainnya. Ini memungkinkan produsen untuk menyinkronkan pemecahan kerangka dengan perkembangan jaringan [1].
Degradasi bertahap ini memastikan bahwa kerangka tetap mendukung selama tahap pertumbuhan kritis, kemudian larut saat jaringan menjadi mandiri.
Skalabilitas
Daun tumbuhan yang telah dihilangkan selnya juga menawarkan opsi praktis dan ekonomis untuk meningkatkan produksi daging yang dibudidayakan. Kelimpahan, biaya rendah, dan sifat terbarukan mereka membuatnya sangat cocok untuk penggunaan komersial.Daun bayam, misalnya, telah dipelajari secara ekstensif dan merupakan pilihan populer untuk tujuan ini [1][6].
Teknik seperti deselularisasi perendaman dan pengecoran pelarut adalah sederhana dan dapat disesuaikan untuk produksi skala besar. Dengan bahan kerangka hanya menyumbang sekitar 5% dari total biaya produksi, mereka membantu meningkatkan kelayakan ekonomi produksi daging budidaya [1].
Bagi produsen di Inggris, platform seperti
7.Biomaterial Mikroba dan Alga-Derived
Biomaterial yang berasal dari mikroba dan alga membuka jalan untuk scaffold yang lebih berkelanjutan dalam produksi daging budidaya. Berasal dari sumber seperti bakteri, ragi, jamur, dan alga, bahan-bahan ini menawarkan alternatif yang sepenuhnya bebas hewan sambil tetap memenuhi tuntutan fungsional pengembangan jaringan. Perusahaan di bidang ini secara aktif mengerjakan bahan seperti selulosa bakteri, miselium jamur, dan scaffold berbasis alga untuk mendukung industri yang berkembang ini [4].
Apa yang membuat biomaterial ini begitu menarik? Kemampuan mereka untuk dimakan, sifat yang dapat disesuaikan, dan sifat terbarukan adalah kuncinya. Misalnya, selulosa bakteri, miselium jamur, dan alginat dari alga coklat dapat disesuaikan dengan kebutuhan spesifik, selaras sempurna dengan tujuan etis memproduksi daging tanpa hewan [1][2].Material ini tidak hanya melengkapi scaffold tradisional tetapi juga menyediakan alternatif yang dapat diperbarui dan disesuaikan untuk produksi daging budidaya.
Biokompatibilitas
Selulosa bakteri menonjol karena kompatibilitasnya dengan sel hewan yang digunakan dalam daging budidaya. Struktur nanofibrousnya sangat mirip dengan matriks ekstraseluler alami, mendorong adhesi sel yang kuat dan pertumbuhan jaringan. Studi telah menunjukkan keberhasilan pembudidayaan sel otot sapi dan ikan pada scaffold selulosa bakteri, mencapai struktur jaringan yang menjanjikan dengan viabilitas sel yang baik [1][2][8].
Alginat alga adalah pesaing kuat lainnya, menawarkan sifat gelasi yang lembut dan karakteristik non-toksik.Ini mendukung fungsi sel esensial - seperti perlekatan, pertumbuhan, dan diferensiasi - menjadikannya ideal untuk mengenkapsulasi sel otot dan lemak selama pembudidayaan [1][2].
Miselium jamur, meskipun memerlukan beberapa rekayasa untuk meningkatkan perlekatan sel, menyediakan basis berserat alami untuk pengembangan sel otot. Modifikasi permukaan dapat lebih meningkatkan kompatibilitasnya dengan sel yang dibudidayakan [1][2].
Kekuatan Mekanis
Sifat mekanis dari biomaterial ini bervariasi, membuatnya dapat disesuaikan untuk berbagai penggunaan. Selulosa bakteri, misalnya, membentuk film yang kuat namun fleksibel dengan kekakuan yang dapat disesuaikan. Teknik pemrosesan dan perubahan dalam kepadatan cross-linking memungkinkan produsen untuk menyempurnakan sifatnya agar sesuai dengan kebutuhan produk tertentu [1][2].
Hidrogel alginat, di sisi lain, menawarkan opsi yang lebih lembut. Meskipun secara alami lebih lentur daripada selulosa bakteri, kekerasannya dapat ditingkatkan melalui formulasi dan pemrosesan yang cermat [1][2].
Miselium jamur menyediakan struktur berserat yang menyerupai tekstur daging. Namun, untuk mencapai elastisitas dan kekuatan tarik dari jaringan otot alami sering kali memerlukan penggabungan miselium dengan biomaterial lain atau rekayasa tambahan [1][2].
Rangka berbasis alga juga dapat dirancang dengan struktur berlapis dan berpori yang menyerupai jaringan hewan. Dengan ukuran pori antara 50 dan 250 μm, mereka menciptakan lingkungan yang ideal untuk infiltrasi sel otot dan pembentukan jaringan [9][10].
Profil Degradasi
Tingkat degradasi dari bahan-bahan ini sangat cocok dengan jadwal yang dibutuhkan untuk produksi daging budidaya. Sementara sifat mekanis dapat disesuaikan selama pemrosesan, profil degradasinya juga dapat diatur agar sesuai dengan pertumbuhan jaringan.
Selulosa bakteri terdegradasi secara perlahan, menawarkan dukungan jangka panjang, sedangkan alginat terurai lebih cepat dan dapat dikendalikan agar sesuai dengan jadwal budidaya yang berbeda [1][2].
Miselium jamur memiliki tingkat degradasi sedang, yang dapat disesuaikan berdasarkan komposisi dan teknik pemrosesannya. Menggabungkannya dengan bahan lain atau memodifikasi strukturnya memungkinkan kontrol lebih lanjut atas pemecahannya [1][2].
Skalabilitas
Salah satu keuntungan terbesar dari biomaterial yang berasal dari mikroba dan alga adalah skalabilitasnya. Selulosa bakteri, misalnya, dapat diproduksi secara massal melalui fermentasi menggunakan bahan baku berbiaya rendah, menjadikannya pilihan ekonomis untuk produksi daging komersial [1][2][6].
Alginat alga mendapat manfaat dari infrastruktur manufaktur yang sudah mapan, karena banyak digunakan dalam industri makanan dan farmasi. Rantai pasokan yang sudah ada ini memudahkan integrasi ke dalam produksi daging budidaya [1][2][6].
Miselium jamur juga menunjukkan potensi besar untuk peningkatan skala.Dapat ditanam dengan cepat pada produk sampingan pertanian, mengurangi biaya dan mendukung keberlanjutan dengan memanfaatkan kembali bahan limbah [1][2][6].
Mengingat bahwa bahan perancah menyumbang sekitar 5% dari total biaya produksi, opsi ekonomis ini secara signifikan meningkatkan kelayakan finansial daging budidaya. Bagi peneliti dan bisnis yang berbasis di Inggris, platform seperti
Tabel Perbandingan Biomaterial
Memilih bahan perancah yang tepat berarti menyeimbangkan beberapa faktor untuk menyesuaikan dengan tujuan produksi Anda.Setiap biomaterial memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing, yang dapat secara signifikan mempengaruhi hasil proyek Anda.
Di bawah ini adalah tabel yang mengevaluasi tujuh biomaterial berdasarkan empat kriteria utama: biokompatibilitas (seberapa baik sel tumbuh di atasnya), kekuatan mekanis (integritas strukturalnya), profil degradasi (bagaimana mereka terurai dan dapat dimakan), dan skalabilitas (kesesuaian untuk produksi skala besar). Perbandingan ini memberikan gambaran yang jelas untuk memandu proses pengambilan keputusan Anda.
| Biomaterial | Biokompatibilitas | Kekuatan Mekanis | Profil Degradasi | Skalabilitas |
|---|---|---|---|---|
| Kolagen | E |
Rendah–Sedang – sering membutuhkan crosslinking untuk stabilitas | Secara alami dapat terurai dan dapat dimakan | Terbatas – mahal dan menimbulkan masalah etis karena sumber hewani |
| Gelatin | E |
Rendah – tidak stabil pada suhu tubuh | Dapat terurai dan aman untuk dikonsumsi | Sedang – mudah tersedia tetapi sensitif terhadap suhu |
| Alginat | Baik – biokompatibel tetapi kurang memiliki situs pengikatan sel alami | Dapat disetel – dapat berkisar dari gel lembut hingga struktur yang lebih keras | Degradasi terkontrol; dapat dimakan dan aman | Tinggi – sumber rumput laut yang melimpah dengan rantai pasokan yang sudah mapan |
| Chitosan | Baik – mendukung adhesi sel ketika diproses dengan benar | Rendah dengan sendirinya – sering dicampur dengan bahan lain | Biodegradable tetapi dengan pemecahan yang lebih lambat | Sedang – berasal dari limbah kerang, meskipun ada kekhawatiran alergen |
|
Protein Berasal dari Tumbuhan (Protein Kedelai dan Protein Nabati Bertekstur) |
Tinggi – diterima dengan baik oleh sel dan konsumen | Sedang – dapat ditingkatkan dengan aditif seperti gliserol atau crosslinker | Pemecahan aman dengan nilai gizi tambahan | Tinggi – hemat biaya dan diterima secara luas dalam industri makanan |
| Daun Tanaman yang Didekularisasi | Tinggi – menawarkan struktur matriks alami | Variabel – tergantung pada jenis tanaman dan proses persiapan | Biodegradable dengan tekstur berserat | Tinggi – terjangkau dan berkelanjutan, meskipun standarisasi bisa rumit |
| Biomaterial yang Berasal dari Mikroba/Alga | Baik – umumnya kompatibel, meskipun mungkin memerlukan modifikasi permukaan | Variabel – dapat direkayasa untuk menambah kekuatan | Umumnya aman; beberapa tidak memiliki nilai gizi | Tinggi – dapat diskalakan melalui proses fermentasi |
Tabel ini menyoroti pertukaran yang terlibat dalam pemilihan scaffold.Sebagai contoh, bahan berbasis hewan seperti kolagen dan gelatin sangat efektif dalam mendukung pertumbuhan sel tetapi sering kali kurang dalam kekuatan mekanis dan skalabilitas. Sementara itu, opsi berbasis tumbuhan memberikan kinerja yang lebih seimbang, menjadikannya menarik untuk penggunaan komersial. Bahan yang berasal dari mikroba dan alga, di sisi lain, menawarkan keberlanjutan dan skalabilitas yang menjanjikan untuk aplikasi jangka panjang. Untuk kebutuhan komersial yang mendesak, alginat dan protein yang berasal dari tumbuhan menonjol. Properti alginat yang dapat disesuaikan dan rantai pasokan yang sudah mapan menjadikannya pilihan yang andal dan dapat diskalakan. Demikian pula, protein yang berasal dari tumbuhan menyediakan solusi yang hemat biaya dan sesuai dengan preferensi konsumen. Penelitian juga menunjukkan bahwa menggabungkan bahan dapat meningkatkan kinerja keseluruhan mereka.Sebagai contoh, scaffold komposit - seperti mikrokari yang terbuat dari 2% kitosan dan 1% kolagen dalam rasio 9:1 - telah secara signifikan meningkatkan viabilitas sel di berbagai jenis sel, termasuk otot polos kelinci dan sel punca sapi [3].
Produsen di Inggris dapat menyederhanakan pengadaan material mereka melalui
Kesimpulan
Bidang biomaterial untuk scaffold daging budidaya telah berkembang dengan kecepatan yang luar biasa, memberikan peneliti dan produsen akses ke tujuh kategori material yang berbeda. Setiap kategori ini memiliki kekuatan tersendiri, memenuhi kebutuhan produksi yang berbeda.Kemajuan dinamis ini membuka jalan untuk terobosan lebih lanjut dalam teknologi scaffold.
Perkembangan terbaru mencerminkan pergeseran yang jelas dalam industri menuju pembuatan scaffold yang berkelanjutan, bebas hewan, dan dapat dimakan. Material ini dirancang untuk memenuhi persyaratan teknis dan harapan konsumen, menandakan penekanan yang semakin besar pada keseimbangan antara fungsionalitas dan daya tarik pasar.
Memilih biomaterial yang tepat memainkan peran penting dalam memastikan kelayakan komersial. Kinerja scaffold harus dioptimalkan untuk mencapai kekuatan mekanis, tekstur, dan skalabilitas yang diperlukan untuk produksi skala besar. Studi telah menunjukkan bahwa pencampuran material - seperti menggabungkan kitosan dengan kolagen - dapat secara signifikan meningkatkan kinerja scaffold [3]. Bagi produsen di Inggris, pemilihan biomaterial sangat penting, karena harus sesuai dengan persyaratan regulasi dan permintaan konsumen.Protein nabati dan alginat menonjol sebagai pilihan yang kuat, menawarkan keseimbangan antara kinerja, efisiensi biaya, dan skalabilitas, sambil selaras dengan preferensi Inggris untuk solusi makanan berkelanjutan.
Namun, mencapai keunggulan teknis hanyalah sebagian dari tantangan. Sumber bahan yang andal dan efisien sama pentingnya.
Seiring pertumbuhan sektor daging budidaya, biomaterial yang akan berkembang adalah yang dapat menggabungkan kompatibilitas sel, kepraktisan manufaktur, dan daya tarik konsumen secara mulus.Keberhasilan di bidang ini akan bergantung pada bahan yang tidak hanya memenuhi tuntutan teknis dan ekonomi tetapi juga sejalan dengan nilai-nilai konsumen yang berkembang. Wawasan ini dibangun berdasarkan analisis bahan yang telah dibahas sebelumnya, menyoroti pentingnya membuat pilihan biomaterial yang tepat hari ini untuk mendapatkan keunggulan kompetitif di masa depan.
FAQs
Bagaimana perbandingan protein nabati dengan bahan yang berasal dari hewan tradisional seperti kolagen untuk scaffold dalam produksi daging budidaya?
Protein nabati seperti protein kedelai dan kacang polong semakin mendapat perhatian sebagai bahan scaffold, berkat ketersediaannya, biaya yang lebih rendah, dan sifat ramah lingkungan. Mereka memiliki manfaat tambahan berupa biokompatibilitas dan menawarkan sifat yang dapat disesuaikan. Namun, dalam hal kekuatan mekanis dan stabilitas struktural, mereka terkadang tertinggal dibandingkan dengan bahan yang berasal dari hewan seperti kolagen, yang sangat mirip dengan matriks ekstraseluler yang ditemukan dalam jaringan hewan.
Namun demikian, kemajuan dalam metode pemrosesan dan penggabungan protein nabati dengan biomaterial lain semakin mempersempit kesenjangan ini. Perkembangan ini menempatkan protein nabati sebagai pesaing kuat untuk digunakan dalam produksi daging budidaya. Pada akhirnya, keputusan untuk menggunakan bahan nabati atau hewani tergantung pada kebutuhan spesifik aplikasi, termasuk tekstur dan struktur yang diperlukan dalam produk akhir.
Apa keuntungan etis dan lingkungan dari penggunaan biomaterial yang berasal dari mikroba dan alga dalam kerangka daging budidaya?
Biomaterial yang berasal dari mikroba dan alga membawa berbagai manfaat dalam pembuatan kerangka untuk daging budidaya. Pertama-tama, mereka cenderung lebih ramah lingkungan dibandingkan dengan bahan berbasis hewan. Produksi biomaterial ini biasanya menggunakan lebih sedikit lahan, air, dan energi, yang berarti jejak lingkungan yang lebih kecil untuk produksi daging budidaya secara keseluruhan.
Selain itu, bahan-bahan ini juga memenuhi standar etika. Dengan mengandalkan mikroba dan alga daripada produk yang berasal dari hewan, mereka mengurangi ketergantungan pada hewan, sejalan dengan prinsip bebas kekejaman. Ini menjadikannya pilihan yang kuat bagi mereka yang ingin mendukung inovasi makanan yang berkelanjutan dan etis.
Langkah apa yang dapat diambil produsen untuk memastikan daun tanaman yang telah didekularisasi dapat diskalakan dan hemat biaya untuk produksi daging budidaya skala besar?
Produsen dapat membuat daun tanaman yang telah didekularisasi lebih dapat diskalakan dan ekonomis dengan menyempurnakan metode produksi dan memilih bahan dengan bijak. Memilih daun tanaman yang melimpah, terjangkau, dan cocok untuk penempelan sel adalah langkah kunci. Pada saat yang sama, menyederhanakan proses dekularisasi untuk mengurangi biaya - tanpa mengorbankan efektivitas - dapat membuat aplikasi skala besar jauh lebih layak.
Bekerja dengan pemasok khusus, seperti yang ditawarkan melalui
