“冻豆腐”启发的黑科技：用大豆蛋白造出细胞培养肉的“超级支架”

统畜牧业对环境造成了巨大压力，同时也引发了对未来食品安全、动物伦理和宗教信仰等方面的诸多问题。细胞培养肉作为一种新兴的替代蛋白质来源，因其能够减少传统畜牧业对环境的影响而备受关注。细胞培养肉的生产依赖于细胞培养支架，这些支架需要具备良好的细胞黏附性、增殖支持能力以及与生物组织类似的物理和生化特性。

近日，一项发表于《Food Hydrocolloids》的研究，开发出一种模仿生物组织特性的成熟组织制造技术，利用源自大豆蛋白的可食用多孔水凝胶材料作为三维培养支架，为生产人造肉提供了有效解决方案。

研究内容

图 1 用于培养肉的多孔可食用冷冻凝胶的设计

如图1，研究人员将具有良好细胞粘附性的大豆分离蛋白（SPI），与具备快速离子交联能力的角叉菜胶（CA）和海藻酸钠（SA）相结合。通过将SPI、CA和SA溶解、加热、混合，室温下凝胶，再经反复加热冷却增强凝胶作用，浸入钙离子和钾离子溶液形成水凝胶，最后冷冻干燥得到冷冻凝胶。

图 2 冷冻凝胶的表面和横截面的扫描电子显微镜（SEM）图像及参数

从扫描电镜图像（图2a）能直观看到，制备的冷冻凝胶表面光滑，横截面有大孔，SPI/CA/SA4支架内部呈现相互连接的孔状结构，其他三种支架孔径较大但分布不均，平均孔径在200-300μm，足够让细胞浸润。图2b和图2c展示出SPI/CA/SA3和SPI/CA/SA4支架孔隙率超40%，孔径适宜。

图 3 通过压缩测试评估冷冻凝胶的力学性能

如图3a，SPI/CA/SA水凝胶经0-3次加热冷却循环制备，测试发现其抗压强度随循环次数增加而逐渐上升。当Ca²⁺和K⁺浓度从0.05M提升到0.5M时，支架抗压强度从0.4MPa显著升至0.5MPa（见图3b、d），其中SPI/CA/SA4的压缩模量最大（见图3c）。这表明较低离子浓度下，水凝胶交联程度低，机械强度较弱。

图 4 通过拉伸试验测量的冷冻凝胶的机械性能

同样地，SPI/CA/SA4表现出最高的拉伸强度和拉伸模量（图4b和c），但其拉伸应变低于SPI/CA/SA3（图4a），这表明添加足够的K⁺使得SPI/CA/SA4具有更大的硬度。

实验中，研究人员将小鼠成肌细胞（C2C12）接种到这种冷冻凝胶上，并在动态培养条件下进行培养。结果显示，在培养10天后，细胞在冷冻凝胶上表现出显著的黏附性和增殖能力，且细胞活力超过99%。

该研究意义重大，首次使用低成本、环保的大豆蛋白为主要原料，避免有毒交联剂，成功制备出具有优异机械性能的三维多孔SPI/CA/SA冷冻凝胶支架。不过，要实现SPI/CA/SA支架大规模工业应用，还需克服可扩展性、生产效率、精确控制支架孔隙率和机械性能、提高细胞分化率等挑战。但随着不断优化和融入大规模生产，该支架有望推动高效、经济的人造肉生产。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2025.111155