莲花纤维支架增强培养肉生产：质量与可持续性的突破

为解决传统肉类生产面临的环境压力与资源限制问题，中国科学院的研究团队创新性地开发了基于莲花纤维的天然植物纤维（NPF）支架，用于培养猪肉（CM）。研究证实，NPF支架能显著促进猪肌肉干细胞（pMuSCs）的定向排列、肌管形成及细胞外基质（ECM）沉积，并通过多组学分析揭示了其调控肌肉发育和ECM重塑的分子机制。最终获得的培养肉在感官、质构和营养指标上均接近传统肉类，且支架具备可扩展性和成本优势。该成果发表于《Bioactive Materials》，为可持续蛋白质生产提供了新型生物材料解决方案。

　　

随着全球人口增长和饮食结构升级，传统肉类生产面临资源消耗、温室气体排放和动物福利等多重挑战。细胞培养肉（CM）作为一种替代方案，虽能避免屠宰动物，但其规模化生产仍受限于支架材料的性能——现有合成支架可能产生毒性副产物，而动物源性材料（如胶原蛋白）成本高昂且不可持续。此外，培养肉的质地、风味和营养如何媲美真实肉类，仍是亟待突破的难题。

针对这些问题，中国科学院的研究团队将目光投向天然植物资源，创新性地利用莲花纤维构建了可食用支架（NPF）。莲花纤维主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，其螺旋状纤维束结构与肌肉组织高度相似，且经FDA认证为膳食纤维成分，兼具生物相容性和安全性。研究团队通过物理提取法获得莲花纤维，并优化化学处理工艺以实现规模化生产。

研究首先通过扫描电镜（SEM）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）证实了NPF支架的纤维直径（5.06±0.89 μm）与猪平滑肌纤维（2–10 μm）匹配，且表面富含羟基等亲水基团，能通过氢键促进细胞粘附。力学测试显示其拉伸模量达11 kPa，可支撑组织工程需求。

在细胞实验中，猪肌肉干细胞（pMuSCs）在NPF上表现出96%的高存活率，且沿纤维方向高度有序排列。通过免疫荧光和Western blot分析，研究人员发现NPF组肌源性标志物MYOD、MYOG和MyHC的表达显著上调，肌管融合指数（12.8% vs 1.7%）和长度（267.4 μm vs 70.6 μm）远超传统培养皿组。转录组和蛋白质组分析进一步揭示，NPF支架激活了ECM-受体相互作用、肌肉收缩等通路，并上调了ITGA7、COL1A2等ECM相关基因，促进细胞间连接和肌纤维成熟。

感官评价显示，NPF培养肉在烹饪后水分保留率与真实猪肉相当，质构分析（TPA）证实其弹性模量接近天然肌肉组织。营养学检测表明，其蛋白质含量达传统肉类水平，且必需氨基酸（如亮氨酸、缬氨酸）含量更高。此外，支架还支持猪脂肪干细胞（pADSCs）分化为脂肪细胞，为模拟大理石纹肉提供可能。

讨论部分指出，该研究首次将植物纤维的拓扑结构与细胞力学响应相结合，突破了培养肉的结构仿生瓶颈。NPF支架的原料成本仅为动物胶原的1/10，且莲花种植的碳足迹远低于畜牧业。未来通过血管化技术和无血清培养基优化，有望实现厘米级厚度的培养肉生产。

这项研究发表于《Bioactive Materials》，不仅为清洁肉类产业提供了可扩展的解决方案，也为植物基生物材料在食品科学中的应用开辟了新路径。其意义在于：从源头减少畜牧业的环境负担，同时满足消费者对健康、伦理和可持续蛋白质的需求。