Quy trình sản xuất thịt nuôi cấy là một ứng dụng tiên tiến của Kỹ thuật Mô (Tissue Engineering) và Nông nghiệp Tế bào (Cellular Agriculture). Bài viết này trình bày chi tiết các giai đoạn công nghệ thực phẩm, từ việc thu thập tế bào gốc đến quá trình tạo hình cấu trúc, làm nổi bật các thách thức và tiến bộ trong việc tối ưu hóa môi trường nuôi cấy và sản xuất quy mô lớn.

1. Giai đoạn Khởi đầu: Thu thập và Tăng sinh Tế bào

1.1. Lấy mẫu và Chọn lọc Tế bào Gốc

Quy trình bắt đầu bằng việc thu thập một mẫu sinh thiết mô nhỏ, không gây tổn hại, từ một con vật sống [Stephens et al., 2018]. Mẫu này chứa các tế bào vệ tinh cơ (Muscle Satellite Cells) – những tế bào gốc chuyên biệt có khả năng tái tạo mô cơ. Các tế bào này sau đó được phân lập và lựa chọn dựa trên khả năng tăng sinh vô hạn (immortalization) và biệt hóa (differentiation) hiệu quả thành mô cơ và mô mỡ [Post, 2012].

1.2. Phát triển Môi trường Nuôi cấy không chứa FBS

Thành phần cốt lõi và thách thức lớn nhất của quy trình là Môi trường Nuôi cấy (Culture Medium). Ban đầu, môi trường nuôi cấy dựa trên Huyết thanh bào thai bò (FBS) – một thành phần đắt đỏ và không bền vững. Các nỗ lực khoa học hiện nay tập trung vào việc phát triển môi trường nuôi cấy tổng hợp, không chứa thành phần từ động vật (serum-free media). Môi trường này phải cung cấp đầy đủ:

• Axit Amin và Glucose: Nguồn vật chất và năng lượng.

• Yếu tố Tăng trưởng Tái tổ hợp (Recombinant Growth Factors): Các protein tín hiệu được sản xuất thông qua kỹ thuật lên men chính xác (precision fermentation) để kích thích sự phân chia tế bào, nhằm thay thế FBS [Post et al., 2020].

2. Giai đoạn Mở rộng: Sản xuất trong Lò phản ứng sinh học

2.1. Tăng sinh trong Lò phản ứng sinh học (Bioreactor)

Tế bào được chuyển sang Lò phản ứng sinh học (Bioreactor) – một hệ thống kín được kiểm soát nghiêm ngặt về nhiệt độ, pH và nồng độ khí. Thách thức kỹ thuật trong giai đoạn này là đảm bảo:

• Phân phối đồng đều: Oxy và chất dinh dưỡng phải được phân phối hiệu quả đến mọi tế bào trong thể tích lớn.

• Loại bỏ chất thải: Các chất thải trao đổi chất (như axit lactic) cần được loại bỏ liên tục để tránh ức chế sự phát triển của tế bào [Bhat & Huda, 2011].

Quá trình này cho phép khối lượng tế bào sinh học (biomass) tăng lên theo cấp số nhân.

2.2. Biệt hóa Tế bào và Tạo sợi Cơ

Sau khi tế bào đạt được mật độ cần thiết, môi trường nuôi cấy sẽ được thay đổi để kích thích quá trình biệt hóa. Các tế bào vệ tinh cơ sẽ hợp nhất lại với nhau để hình thành ống cơ (myotubes), sau đó phát triển thành các sợi cơ (myofibers) – đơn vị cấu trúc cơ bản của mô cơ.

3. Giai đoạn Tạo hình Cấu trúc và Hoàn thiện Sản phẩm

3.1. Kỹ thuật Khung đỡ (Scaffolding) và Cấu trúc 3D

Để tạo ra các miếng thịt nguyên khối (ví dụ: bít tết), các nhà khoa học sử dụng Khung đỡ (Scaffolds). Đây là các cấu trúc vi mô, ăn được, thường làm từ protein thực vật (như đậu nành), xenluloza hoặc alginate, nhằm cung cấp bề mặt bám dính và hướng dẫn tế bào phát triển thành mô ba chiều [Stephens et al., 2018]. Khung đỡ cũng góp phần cải thiện tính chất cơ học và cảm quan (texture/mouthfeel) của sản phẩm.

3.2. Kết hợp Mô mỡ và Ứng dụng In 3D Thực phẩm

• Mô Mỡ: Các tế bào mỡ (adipocytes) được nuôi cấy riêng biệt và sau đó được kết hợp với mô cơ. Sự hiện diện của mỡ là yếu tố thiết yếu quyết định hương vị, độ mềm và độ mọng nước của thịt.

• In 3D Thực phẩm: Đối với các sản phẩm phức tạp, công nghệ in 3D thực phẩm cho phép sắp xếp chính xác các lớp mô cơ và mô mỡ, mô phỏng các thớ thịt tự nhiên một cách hoàn hảo [Souza et al., 2018].

Sau khi thu hoạch, sản phẩm được chế biến bằng các kỹ thuật thực phẩm truyền thống như định hình, tẩm ướp và đóng gói, sẵn sàng đến tay người tiêu dùng.

Tài liệu Tham khảo (References)

1. Post, M. J. (2012). Cultured meat: state of the art and future projections. Meat Science, 92(3), 305–311.

2. Post, M. J., et al. (2020). Scientific, sustainability and regulatory challenges of cultured meat. Nature Food, 1(7), 410–422.

3. Stephens, N., et al. (2018). The meat of the matter: a review of the science and technology of cultured meat. Journal of the Science of Food and Agriculture, 98(8), 2824–2838.

4. Bhat, Z. F., & Huda, S. (2011). Future of meat industry: Cultured meat. Journal of Food Science and Technology, 48(4), 403–411.

5. Souza, G. T., et al. (2018). 3D printing in food processing. Food Engineering Reviews, 10(2), 127–141.