基于3D多孔明胶微载体规模化生产七带石斑鱼细胞培养鱼肉的构建与特性研究

为解决传统水产养殖导致的资源枯竭和污染问题，研究人员利用多孔明胶微载体(PGMs)规模化培养七带石斑鱼肌肉卫星细胞(GMSCs)，通过转谷氨酰胺酶(TGase)生物组装获得细胞培养鱼肉(CFM)。该CFM具有优于天然鱼肉(NFM)的蛋白质消化率(88.3% vs 81.6%)和鲜味强度(7.8 vs 4.2)，为可持续海鲜替代品生产提供了新范式。

　　

全球海鲜需求激增与过度捕捞引发的生态危机正形成尖锐矛盾。联合国粮农组织(FAO)数据显示，近90%的海洋鱼类资源已处于过度开发或枯竭状态，而传统水产养殖又面临微塑料污染和抗生素滥用等难题。在此背景下，韩国海洋科学技术院(Pukyong National University)的TaekJeong Nam团队创新性地将组织工程技术应用于水产领域，通过3D多孔明胶微载体(Porous Gelatin Microcarriers, PGMs)实现了七带石斑鱼(Epinephelus septemfasciatus)肌肉卫星细胞(Muscle Satellite Cells, GMSCs)的规模化扩增，成功制备出具有天然鱼肉纹理和风味的细胞培养鱼肉(Cell-based Fish Meat, CFM)，相关成果发表于食品领域顶级期刊《Food Hydrocolloids》。

研究团队运用三大核心技术：搅拌式生物反应器中的三维动态培养系统实现GMSCs七倍扩增；扫描电镜(SEM)结合膨胀率检测表征PGMs的微结构特性；电子鼻/电子舌联用技术定量分析171种挥发性风味物质。

【Subjects and ethics】实验选用340.5±20g的七带石斑鱼，所有操作均通过韩国釜山国立大学动物伦理委员会审批(批号180680)，确保研究符合3R原则。

【Primary cell culture】酶消化法从5g肌肉组织中分离获得3.82×10⁵ cells/mL的GMSCs，经连续传代和差速贴壁纯化后，细胞在第12天达到90%汇合度，为后续实验提供均一细胞来源。

【Texture profile analysis】质地测试显示CFM硬度(25.3N)显著低于NFM(38.7N)，但弹性(0.78 vs 0.82)和凝聚性(0.65 vs 0.68)无统计学差异。这种质地差异主要源于CFM更高的含水量(79.5% vs 71.3%)和未完全成熟的肌管结构。

【Volatile compound analysis】气相色谱-火焰离子化检测器(GC-FID)鉴定出CFM中丙醇(65,222 AU)和2-丙醇(20,021 AU)含量分别是NFM的4.1倍和3.2倍，这些短链醇类物质赋予产品清新的海洋风味特征。

研究结论表明，PGMs通过精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(RGD)基序促进肌源性分化标志物Pax7和MyoD的表达，最终形成具有MHC阳性肌管的微组织。这种可食用支架材料不仅简化了生产工艺(无需细胞收获步骤)，其生物组装形成的CFM更展现出81.6%的蛋白质消化率和7.8分的鲜味强度，显著优于传统鱼肉。该技术路线为每年3,000万吨水产缺口提供了可持续解决方案，同时规避了重金属生物累积风险，标志着细胞培养水产食品从实验室走向产业化的重要突破。