培养基组分调控培育猪脂肪营养组成与香气挥发物的创新研究

本研究通过动态顶空气相色谱-质谱（DHS-GC–MS）技术，系统探讨了在猪去分化脂肪细胞（pDFAT）分化过程中添加硫胺素-HCl、L-甲硫氨酸和肌红蛋白对培育脂肪加热后挥发性香气化合物的调控作用。研究发现，前体物质的补充可显著增强特征性香气挥发物如4-甲基-5-噻唑乙醇（奶香）、甲硫醛（土豆香）以及γ-壬内酯（椰子香）等的生成，同时维持细胞良好的增殖与分化能力。该工作为通过培养基配方优化培育肉风味特性提供了重要理论与技术支撑。

　　

引言

培育肉技术作为一种新型食品生产方式，具有可持续和伦理方面的显著优势，然而其风味特性尤其是香气成分的形成机制仍待深入研究。脂肪组织在肉类风味中起到关键作用，它不仅能保留香气化合物，还可通过脂质氧化与美拉德反应（Maillard reaction）产生丰富的挥发性物质。尽管已有研究报道培育脂肪与传统猪脂肪在挥发性有机化合物（VOCs）上具有相似性，但通过培养基组分主动调控风味形成的研究仍属空白。

细胞培养与分化体系的优化

本研究首先从猪去分化脂肪细胞（pDFAT）出发，比较了三种增殖培养基：20%FBS、20%FBS + ACY（含A83–01、CHIR99021和Y-27632）以及15%FBS + 碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）。结果显示，添加bFGF的培养条件表现出最优的增殖速率，平均倍增时间仅为22.8小时，同时细胞直径较小，说明其更有利于维持细胞干性。在分化阶段，测试了三种脂肪生成培养基（Media1–3），其中添加Intralipid（含卵磷脂和脂肪酸）的Media1诱导的脂质积累最强，BODIPY染色显示其脂滴形成效果显著。

培养基中添加物对细胞生长与分化的影响

在脂肪积累期分别加入500 μM硫胺素-HCl、5.0 mM L-甲硫氨酸与3.0 mg/mL肌红蛋白，并未对脂质积累产生负面影响，但L-甲硫氨酸在增殖期高浓度下会抑制细胞生长。因此后续实验选择在分化阶段添加上述物质。细胞毒性实验与脂质定量结果表明，这些添加物在适当浓度下安全可行，且不影响脂肪细胞功能。

代谢物与脂肪酸组成分析

通过代谢组学分析发现，虽然硫胺素-HCl和L-甲硫氨酸的添加使得细胞内下游代谢物——如硫胺素焦磷酸（thiamine pyrophosphate）、S-腺苷甲硫氨酸（SAM）和S-腺苷同型半胱氨酸（SAH）——呈上升趋势，但未达到统计显著性。脂肪酸组成分析表明，培育脂肪中主要脂肪酸为C18:1（顺-9）、C18:2（全顺-9,12）、C16:0和C18:0，肌红蛋白的添加并未改变其饱和与不饱和脂肪酸比例。

挥发性香气成分的调控效应

利用DHS-GC–MS对加热后的培育脂肪进行分析，发现：

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  硫胺素-HCl的添加显著提高了4-甲基-5-噻唑乙醇（磺酸醇，sulfurol）的生成，该物质具有典型奶香味；
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  L-甲硫氨酸促进甲硫醛（methional）形成，产生土豆般香气；
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  肌红蛋白则广泛增强了醛类、醇类、呋喃和内酯类物质的生成，包括(E,E)-2,4-癸二烯醛（深脂肪香）、2-戊基呋喃（果香）、γ-壬内酯（椰子香）与δ-癸内酯（桃香）。同时，一些可能产生异味物质（如己醛）也有所增加，说明需进一步通过感官评价确定其可接受范围。

讨论与展望

本研究证实可通过培养基配方调控培育脂肪的香气挥发物，且不影响细胞增殖与分化能力。bFGF在维持细胞快速增殖方面效果显著，而小分子化合物组合（如ACY）虽有一定替代潜力，但会引起细胞黏附问题，需进一步优化。脂类添加剂（如Intralipid）明显促进脂质积累，未来可探索其与脂肪酸组成调控的协同效应。尽管部分挥发物（如硫醇与噻吩）未能检出，可能受限于检测灵敏度与样品量，扩大培养规模或采用GC–MS/MS方法有望解决该问题。

本研究首次系统评价了硫胺素、L-甲硫氨酸和肌红蛋白作为培养基添加物对培育猪肉脂肪风味特性的调控潜力，为未来培育肉产品的风味设计提供了重要实验依据和策略方向。

材料与方法

细胞系pDFAT来自约克夏猪皮下脂肪，bDFAT来自安格斯/荷斯坦杂交牛尾脂。细胞培养采用层粘连蛋白511-E8包被的培养面，增殖培养基分三种配方，分化培养基分三种诱导方案。脂质染色使用BODIPY 493/503与DAPI，定量通过Celigo图像细胞仪完成。挥发性化合物采用DHS-GC–MS分析，并结合PARADISe软件与NIST17谱库进行解析与鉴定。代谢物检测采用Z-HILIC色谱-高分辨质谱法，脂肪酸分析则通过GC-FID完成，数据统计使用GraphPad Prism完成，具备三重生物学重复。