食用菌基微载体在细胞培养肉中的应用研究:基于香菇、平菇和木耳的多维度评估

【字体: 时间:2025年05月22日 来源:Food Chemistry 8.5

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  为解决传统肉类生产带来的环境、动物福利及耐药性等问题,研究人员开展食用菌基微载体用于培养肉的研究。以香菇、平菇等制备微载体,经 C2C12 细胞验证其促增殖分化能力,模型培养肉与传统肉质地无显著差异(p<0.05),为培养肉提供新方向。

  
随着全球人口激增与饮食结构变化,传统畜牧业面临严峻挑战:每年超 3 亿吨肉类消费伴随大量温室气体排放、动物福利争议及抗生素耐药性风险。培养肉(Lab-grown Meat)作为新兴解决方案,通过动物细胞体外培养模拟真实肉类结构,被视为缓解粮食危机与环境压力的关键技术。然而,其核心瓶颈之一是缺乏兼具生物相容性、可食用性与成本效益的细胞支架材料。现有动物源支架(如明胶、胶原蛋白)违背培养肉 “无动物屠宰” 初衷,植物基材料(如脱细胞蔬菜)的机械性能与细胞粘附效率仍需优化,开发新型天然来源微载体成为当务之急。

韩国首尔相关研究机构的研究团队聚焦食用菌资源,开展了 “食用菌基微载体在培养肉中应用” 的系统性研究。该成果发表于《Food Chemistry》,为培养肉工业化提供了创新技术路径。

研究采用的关键技术方法包括:

  1. 微载体制备:将平菇(Pleurotus ostreatus)、杏鲍菇(P. eryngii)、香菇(Lentinula edodes)和木耳(Auricularia heimuer)洗净切块(平菇等为 1×1×1 cm3 立方体,木耳为 1×1 cm2 切片),经物理破碎与化学脱细胞处理制备微载体。
  2. 特性表征:通过粒径分析、H&E 染色评估脱细胞效果,利用化学分析检测多糖成分,采用 C2C12 小鼠成肌细胞验证细胞增殖分化能力。
  3. 模型构建:以香菇和平菇微载体培养动物细胞,制备培养肉模型,并通过流变学与质构分析对比传统肉类。

1. 微载体物理化学特性


粒径分析显示,食用菌微载体尺寸在 111 μm 至 516 μm 之间,契合商用微载体(100–500 μm)的理想范围,确保足够的细胞粘附表面积与生物反应器兼容性。化学分析表明,脱细胞处理显著去除甘露蛋白,保留甲壳素(Chitin)和壳聚糖(Chitosan)作为主要成分。甲壳素作为真菌细胞壁的结构多糖,经脱乙酰化生成壳聚糖,二者共同赋予微载体稳定的机械强度与生物相容性,为细胞粘附提供天然基质。

2. 细胞增殖与分化能力


利用 C2C12 细胞评估微载体的细胞相容性发现,食用菌微载体可支持动物细胞贴壁、增殖及向肌管分化。脱细胞处理后的微载体通过 H&E 染色呈现透明化,证实去除了阻碍细胞生长的原生成分,保留的多孔结构有利于营养物质扩散与细胞迁移。该结果表明,食用菌基材料无需额外修饰即可满足培养肉对支架材料的基本要求。

3. 培养肉模型的质构分析


以香菇和平菇微载体构建的培养肉模型,其流变学特性(如弹性模量、粘性模量)与传统肉类无显著差异(p<0.05)。质构分析显示,模型肉在硬度、弹性、内聚性等关键指标上接近真实肉类,表明食用菌微载体可有效模拟天然肌肉的三维结构,为培养肉的工业化生产奠定基础。

研究结论与意义
本研究首次系统对比多种食用菌微载体的理化特性与细胞相容性,证实香菇、平菇等食用菌经脱细胞处理后,可作为可食用、可持续的天然支架用于培养肉生产。其核心创新点包括:

  1. 利用食用菌天然多糖(甲壳素 / 壳聚糖)构建无动物源支架,突破传统支架的伦理与成本限制;
  2. 微载体尺寸与机械性能匹配工业化生物反应器需求,为培养肉规模化生产提供技术原型;
  3. 模型肉质构特性接近传统肉类,解决植物基替代肉的口感瓶颈,推动培养肉从实验室走向消费市场。

该研究不仅拓展了食用菌在食品科技领域的应用边界,更通过 “农业废弃物再利用” 模式(如利用食品副产物培养平菇),为可持续食品体系提供了循环经济范例。未来研究可进一步优化微载体表面修饰,提升细胞粘附效率,并探索混合菌菇配方对肉类风味前体物质生成的影响,加速培养肉的商业化进程。

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