从"废料"到"培养肉"：麻类与海洋副产物如何重塑细胞培养基的未来

本研究系统评估了五种来源于食品工业副产物的蛋白水解物作为细胞培养基补充剂的潜力，以替代传统培养基中依赖的胎牛血清。实验采用小鼠骨骼肌成肌细胞C2C12作为细胞模型，通过细胞活力、形态学观察、蛋白质含量及抗氧化活性等多维度指标，全面比较了这些可持续替代品的生物学效应。

在酶解效率方面，Alcalase蛋白酶对所有基质均表现出良好的水解能力，但不同来源的底物存在显著差异。麻类花的水解度最高，达到百分之四十三点三四，麻籽和麻籽蛋白分别为百分之三十七点六一和百分之三十五点七四，而海洋副产物中蓝蟹为百分之二十四点五九，虾最低为百分之二十点三八。这种差异反映了植物基质与海洋基质在蛋白质结构和组成上的本质区别，植物蛋白更易被碱性蛋白酶攻击，而甲壳类动物蛋白因含有较多交联结构和几丁质复合物而表现出更强的抗水解性。

抗氧化活性评估显示，麻类花水解物在DPPH自由基清除和还原力两项指标中均表现最优，其半数抑制浓度和半数有效浓度分别为七点九二和三十点五六毫克每毫升。麻籽及其蛋白分离物也展现出较强的抗氧化能力，蓝蟹水解物处于中等水平，而虾水解物的抗氧化活性相对较弱。这种梯度差异与原料中酚类化合物、肽段分子量分布及氨基酸组成密切相关，短链肽和富含芳香族氨基酸的片段被认为是主要的功能活性成分。

细胞活力实验在二十四、四十八和七十二小时三个时间点进行监测。在二十四和四十八小时，所有水解物处理组的细胞活力与百分之十胎牛血清对照组无统计学差异，表明这些副产物来源的蛋白水解物在短期培养中能够有效支持细胞增殖。然而，七十二小时后，胎牛血清组显示出显著更高的细胞增殖速率，这提示虽然水解物可以维持细胞存活，但在长期增殖支持方面仍不及富含生长因子和激素的胎牛血清。

图1. 经Alcalase处理后，麻类花（HFs）、麻籽（HSs）、麻籽蛋白（HP）以及海洋副产物（虾，SH；蓝蟹，BC）的水解度（% DH）。

形态学观察揭示了更为细致的差异。在二十四和四十八小时，所有处理组的C2C12细胞均保持了典型的梭形肌母细胞形态，贴壁良好且分布均匀。但在七十二小时，麻类来源的水解物处理组出现了明显的细胞形态异常，表现为细胞体积增大、细胞核膨大、细胞密度降低，这些特征提示细胞可能处于细胞周期阻滞或代谢应激状态。相比之下，虾和蓝蟹水解物处理组的细胞形态更接近胎牛血清对照组，保持了规则的梭形外观和生理大小的细胞核，显示出更优的细胞相容性。

蛋白质含量动态变化分析进一步阐明了不同基质的代谢命运。胎牛血清培养基中的蛋白质浓度随培养时间逐渐下降，同时细胞内蛋白质积累显著增加，表明血清蛋白被细胞高效摄取和利用。虾和蓝蟹水解物培养基中的蛋白质浓度相对稳定，但细胞内仍检测到可观的蛋白质合成，说明海洋蛋白虽然化学稳定性较高，但仍有一部分被细胞内化。然而，麻类花水解物虽然培养基中蛋白质浓度稳定，但细胞内蛋白质定量出现负值，提示这些植物蛋白的生物可及性极低，细胞无法有效吸收利用，这与形态学观察到的细胞应激状态相互印证。

抗氧化活性的时空变化呈现出独特的规律。所有水解物培养基中的抗氧化活性从初始储备液到七十二小时均呈上升趋势，这归因于细胞外蛋白酶持续将大分子蛋白切割为具有更高自由基清除活性的小分子肽段。细胞内抗氧化活性测定显示，所有水解物处理组的还原力均显著高于胎牛血清对照组，其中麻类花处理组的细胞内抗氧化活性最高，达到每毫克蛋白九十二点零三微摩尔硫酸亚铁当量。相关性分析证实，培养基初始抗氧化活性与细胞内抗氧化活性之间存在强正相关，Pearson相关系数在DPPH法中达到零点九四，表明这些外源性抗氧化成分能够有效穿透细胞膜并在细胞内发挥功能。

主成分分析从多变量角度整合了细胞活力、培养基抗氧化活性和细胞内抗氧化活性三个关键变量。第一主成分解释了百分之八十三点三四的总方差，第二主成分解释了百分之十六点零九，两者合计超过百分之九十九。因子平面图清晰地将胎牛血清对照组与其他实验组区分开来，胎牛血清位于细胞活力轴的正向极端，而所有水解物处理组则聚集在抗氧化活性轴的正向区域。这一空间分布直观地表明，可持续蛋白水解物的核心价值不在于复制胎牛血清的促增殖功能，而在于赋予细胞生物质独特的功能特性，特别是增强的抗氧化能力。

综合以上发现，海洋来源的虾和蓝蟹副产物水解物在维持细胞生理形态和促进蛋白质合成方面表现优于麻类来源的水解物，尽管两者在短期细胞活力支持上效果相当。所有测试的副产物水解物均显著提升了细胞的抗氧化状态，这一功能优势为开发具有特定健康益处的功能性培养肉产品提供了新的可能性。研究结果同时警示，植物基质中存在的抗营养因子如植酸、单宁和蛋白酶抑制剂可能干扰细胞的正常代谢，在实际应用中需要针对性去除或改性。该研究为食品工业副产物的高值化利用和细胞培养基的可持续配方设计提供了重要的实验依据和理论支撑。

来源：Lanzoni, D.; Manuguerra, S.; Arena, R.; Santulli, A.; Marchetti, L.; Messina, C.M.; Giromini, C. Valorization of Hemp, Shrimp and Blue Crab Co-Products as Novel Culture Media Ingredients to Improve Protein Quality and Antioxidant Capacity of Cultured Meat in Cell-Based Food Applications. Foods 2026, 15, 352. https://doi.org/10.3390/foods15020352