《TRENDS IN FOOD SCIENCE & TECHNOLOGY》：Slaughterhouse waste-derived biopolymers for cultured meat production and packaging: A review of circular biomaterial valorization
编辑推荐：
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屠宰场的生物聚合物支持培养肉生产和包装。
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胶原蛋白、明胶、角蛋白、纤维蛋白和血液蛋白质
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屠宰场的生物聚合物支持培养肉生产和包装。
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胶原蛋白、明胶、角蛋白、纤维蛋白和血液蛋白质具有多种应用潜力。
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这些生物聚合物可用作支架、生物墨水、血清替代品和可食用包装。
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标准化、安全性和可扩展性仍是实现商业化应用的关键挑战。
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循环利用生物材料可以提高细胞农业的可持续性。
引言
随着对肉类和动物源蛋白质需求的增加，人们对传统畜牧业可持续性的担忧日益加剧。传统肉类生产伴随着大量的土地和水资源消耗、温室气体排放、动物福利问题，以及屠宰和肉类加工过程中产生的大量有机副产品（Kumar et al., 2023）。同时，由于人口增长、城市化和饮食模式的变化，全球肉类消费量持续上升（van der Laan et al., 2024）。这些相互关联的挑战促使人们开发替代性的肉类生产系统，并寻找更有效的利用动物加工残余物的方法。
在这种背景下，细胞农业和废弃物利用不应被视为独立的可持续性解决方案，而应被视为更高效食品系统的互补部分。培养肉（也称为细胞基肉）是一种有前景的技术，它通过体外细胞培养而非饲养和屠宰整个动物来生产动物肌肉组织（Rubio et al., 2020）。其生产通常需要适当的细胞来源、培养基、生长因子、支架、生物反应器和成熟系统（Kumar et al., 2024）。
来自动物的生物聚合物在培养肉领域具有生物学优势，因为许多这类聚合物是细胞外基质（ECM）的天然成分或与其高度相似（Karamanos et al., 2021）。胶原蛋白、明胶、纤维蛋白、弹性蛋白和糖胺聚糖能够提供与肌肉、脂肪和结缔组织形成相关的相互作用域、保湿能力、粘弹性及结构支持（Badali et al., 2021; Yadav et al., 2025）。除了生产相关挑战外，培养肉还需要合适的包装系统来保持产品质量、安全性、口感、颜色和保质期。基于生物聚合物的薄膜、涂层、多层材料、生物粘合剂和活性包装系统可以满足这些需求，特别是当这些材料来自用于生产支持性生物材料的相同循环原料流时。
屠宰场废弃物包含在动物屠宰和初级肉类加工过程中产生的不可食用或价值较低的生物材料，这在本背景下是一种特别有用但未得到充分利用的资源。这些废弃物中含有大量的结构蛋白（如明胶、胶原蛋白、角蛋白等）、ECM成分、血液衍生蛋白、矿物质、脂质和生物活性分子（Alibekov et al., 2024; Corridon et al., 2025; Hachem et al., 2024; Hachem et al., 2024; Shibru et al., 2024）。由于这些废弃物含有高有机负荷、微生物风险和环境影响（Mozhiarasi & Natarajan, 2025），通常被视为处理负担。基于屠宰场废弃物的生物聚合物和去细胞化细胞外基质（dECM）可以重新定位为培养肉生产和包装的整合生物材料平台（图1）。该平台可用于支架制造、生物墨水制备、替代血清或Matrigel、模仿ECM功能、制作可食用薄膜和涂层、生物可降解包装、生物粘合剂系统以及循环资源回收。
章节摘录
屠宰场废弃物衍生的生物聚合物（SWBs）
SWBs包含多种类生物聚合物和基于dECM的生物材料，这些材料可从皮肤、毛发、羊毛、角、蹄、骨骼、肌腱、软骨、血液、血管、结缔组织和选定器官中回收（Mozhiarasi & Natarajan, 2025）。尽管这些材料常被视为低价值副产品，但它们含有结构蛋白、细胞外基质（ECM）成分、血液蛋白、生物活性肽和具有潜在应用价值的矿物相关基质。
提取、灭菌和提取后改性
将屠宰场废弃物转化为可用生物聚合物需要一系列加工步骤，这些步骤应根据最终用途进行设计。与许多植物来源的多糖或合成聚合物不同，SWBs来源于复杂的动物组织，其中可能含有蛋白质、脂质、矿物质、血液残留物、细胞碎片、色素、内源性酶和微生物污染物。因此，提取、灭菌和提取后处理至关重要。
培养肉的生产基于使用组织工程技术在体外控制动物细胞的生长（Ahmad et al., 2021）。一般工作流程包括选择和分离合适的细胞，在培养基中扩增细胞，诱导其分化为类似肌肉、脂肪或结缔组织的表型，将这些细胞组织在支架或基质中，并在控制条件下进行成熟（Bomkamp et al., 2022; H. Lu et al., 2022）。
培养肉的生产不仅包括细胞生长、组织构建和收获。产品形成后，还需要在处理、储存、分销和消费者使用过程中对其进行保护。因此，包装对于维持培养肉的安全性和保质期至关重要。SWBs可以用于生产活性生物可降解薄膜和可食用涂层（Khodaei et al., 2021）。胶原蛋白和明胶可以形成透明的包装材料。
SWBs在培养肉生产和包装之间提供了材料链接，因为它们可以作为培养肉生产的前体材料，并随后被制成可食用薄膜或包装涂层。从循环经济的角度来看，SWBs为转化低价值资源提供了机会。
屠宰场废弃物衍生的生物聚合物为连接培养肉生产、包装和循环生物经济提供了一个有前景但尚未充分开发的平台。本文表明，屠宰场废弃物不仅是处理负担，也是功能性蛋白质、细胞外基质成分、血液衍生组分和生物活性材料的来源。胶原蛋白、明胶、纤维蛋白、富含糖胺聚糖的组分、角蛋白和去细胞化基质可以支持培养肉的生产。
Chen et al., 2023; European Parliament, Commission of the European Union, 2001; European Parliament Commission of the European Union, 2015; Food and Drug Administration, US Department of Agriculture, 2019; Lee et al., 2024; Lu et al., 2022; Tang et al., 2023; Kim Hyun-wook et al., 2012.
Shiv Dutt Purohit：概念构思；初步分析；调查；数据可视化；撰写——原始草稿、审阅和编辑。 Ruchir Priyadarshi：概念构思；资金筹集；项目管理；数据可视化；撰写——原始草稿、审阅和编辑。 Peter R. Corridon：监督；资金筹集；验证；项目管理；撰写、审阅和编辑。
在准备本文时，作者使用了Claude、ChatGPT、QuillBot和Grammarly等AI工具来辅助语言润色、文本整理以及提高清晰度和可读性。使用这些工具后，作者根据需要对内容进行了审阅和编辑，并对出版物的内容负全责。
作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的利益冲突或个人关系。
本工作得到了庆熙大学（Kyung Hee University, KHU-20251298）的研究资助。Peter R. Corridon还感谢哈利法大学（Khalifa University）在项目编号〈KU-COF-KU-QU-2025-8471000068〉下的财政支持，以及医疗工程与创新小组（HEIG）和食品安全与技术中心（FSTC）的支持。
Shiv Dutt Purohit | Ruchir Priyadarshi | Peter R. Corridon
