具有天然仿生微结构的细胞培养肉支架及其制备方法

本发明属于食品工程，具体地，本发明涉及一种具有天然仿生微结构的细胞培养肉支架及其制备方法。更具体地，本发明涉及一种细胞培养肉支架及其制备方法、细胞培养肉及其制备方法和细胞培养肉产品。

背景技术：

1、“细胞培养肉”是指不依赖畜牧业，而在实验室培养动物的肌肉细胞和脂肪细胞等细胞，并运用组织工程手段，构建出高度仿生、可食用人造肉制品的未来食品制造技术。细胞培养肉可为人类提供健康环保、高品质的新型蛋白质来源，并有望缓解传统畜牧业带来的诸多问题，包括大量耗费饲料、空间和水资源，过度使用动物激素和抗生素，携带并传播病原体，生产周期长、产能有限、难以满足全球人口的食品需求等。因此，近年来，欧美和中日韩等多个国家积极开展细胞培养肉相关的技术研发和产业化试验，以期实现粮食安全、节能环保的社会经济效益。

2、为了在体外大规模生产动物的肌肉和脂肪细胞，已有的细胞培养肉技术多采用微载体、或多孔大支架等生物材料扩增动物细胞。然而，肌肉组织的仿生，即诱导肌肉细胞在体外发育成类似“肉丝”质地、定向排列的成熟肌纤维，一直是培养肉领域面临的技术挑战。其主要原因在于，上述传统生物支架在微观形貌上缺乏取向性，无法模拟真实肌肉组织定向排列的微观结构，难以有效促进肌纤维束的体外发育。其他一些具备微观取向性的生物材料，如胶原蛋白水凝胶、电纺微纤维等，又存在成本昂贵、难以批量生产的困难。此外，有研究提出，用脱细胞的植物基质培养动物的肌肉细胞。然而，脱细胞植物骨架的主要成分纤维素缺乏动物细胞的黏附位点，需经过复杂的表面修饰处理，才能支持动物细胞的贴附和生长，工艺复杂。因此，亟需开发低成本可量产、细胞亲附性优秀、仿生效果好的新型细胞培养肉支架。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中存在的技术问题至少之一。为此，本发明提供了一种蔬菜来源的、无需脱细胞处理的新型细胞培养肉支架，该细胞培养肉支架的生产成本低、生物安全性高，且具有细胞亲附力强、仿生效果好和营养价值高等优点。

2、本发明是基于发明人的下列发现而完成的：

3、目前，使用脱细胞植物培养小鼠肌肉细胞的方法，洗脱掉了植物大部分的营养和活性物质，而主要存留了纤维素和木质素成分，不利于动物细胞的贴附和生长。因此，脱细胞植物需经复杂的表面修饰处理，如氧化或电荷吸附等，才适合动物细胞的培养。而植物脱细胞化和后续的表面修饰过程需耗费数天，并使用到十二烷基硫酸钠(sds)和次氯酸钠等具有食品安全风险的化学物质，其生物安全性低。

4、然而，在本发明的第一方面，本发明提出了一种细胞培养肉支架。根据本发明的实施例，所述细胞培养肉支架包括：蔬菜切片层，所述蔬菜切片层包括蔬菜切片；所述蔬菜切片选自韭菜切片、香菇切片和丝瓜果实切片中的至少之一。发明人意外发现，上述蔬菜切片的细胞亲附性好、且具有仿生的天然微结构和硬度，可有效诱导肌纤维和脂肪组织的体外发育。并且，基于上述蔬菜切片的细胞培养肉支架可安全食用、且可规模化量产，节约了细胞培养肉支架的生产成本和工艺复杂度。因此，包含上述蔬菜切片的细胞培养肉支架具有成本低、生物安全性高、细胞亲附力强、仿生效果优秀和营养价值高等优点。

5、在本发明的第二方面，本发明提出了一种蔬菜切片在制备细胞培养肉支架中的用途；所述蔬菜切片选自韭菜切片、香菇切片和丝瓜果实切片中的至少之一。由此，包含上述蔬菜切片的细胞培养肉支架具有生产成本低、生物安全性高、细胞亲附力强、仿生效果优秀和制备的细胞培养肉营养价值高等优点。

6、在本发明的第三方面，本发明提出了一种制备细胞培养肉支架的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：将蔬菜切片进行灭菌处理，获得所述细胞培养肉支架；所述蔬菜切片选自韭菜切片、香菇切片和丝瓜果实切片中的至少之一。本发明的上述方法制备工艺简单、可规模化量产，可节约了细胞培养肉支架的生产成本。

7、在本发明的第四方面，本发明提出了一种细胞培养肉。根据本发明的实施例，所述细胞培养肉是通过将动物细胞培养于细胞培养肉支架上获得的；其中，所述细胞培养肉支架如前述第一方面所述的细胞培养肉支架所限定的或依据前述第三方面所述的方法制备的。由前可知，上述细胞培养肉支架主要含有蔬菜切片，安全可食用。由此，本发明的细胞培养肉具有生物安全性高和营养丰富等优点。

8、在本发明的第五方面，本发明提出了一种制备细胞培养肉的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：在适于动物细胞生长的条件下，将接种于细胞培养肉支架上的所述动物细胞进行培养处理，所述细胞培养肉支架如前述第一方面所述的细胞培养肉支架所限定的或依据前述第三方面所述的方法制备的。本发明的制备方法简单、可规模化量产细胞培养肉，可制备得到可直接食用的细胞培养肉、且细胞培养肉生产成本低。

9、在本发明的第六方面，本发明提出了一种细胞培养肉产品。根据本发明的实施例，所述细胞培养肉产品包括：细胞培养肉支架，所述细胞培养肉支架如前述第一方面所述的细胞培养肉支架所限定的或依据前述第三方面所述的方法制备的；以及细胞培养肉，所述细胞培养肉是由动物细胞培养于所述细胞培养肉支架上获得的。由前可知，上述细胞培养肉支架主要含有蔬菜切片，且可安全食用。由此，本发明的细胞培养肉产品具有生物安全性高和营养丰富等优点。

10、有益效果：

11、1)本发明选取的韭菜叶、香菇茎和丝瓜果实保留了其天然的蛋白质和多糖等生物活性成分，有助于动物细胞的黏附和生长。并且，本发明筛选出的韭菜叶和香菇茎来源的仿生肌肉支架(即为肌肉细胞培养支架)，其表面分别呈现独特的、具有单一取向性的微纹理和微纤维结构，极大程度上模拟了真实骨骼肌纤维的单一取向性微观构造，为肌肉细胞提供了仿生的空间排布讯息，极大提高了肌纤维的发育效率，有助于培养肉获得类似“肉丝”的逼真质地和口感。同时，本发明筛选出的丝瓜来源的仿生脂肪支架(即为脂肪细胞培养支架)，其表面呈现无取向性的微孔阵列结构，极大程度上模拟了真实脂肪组织无取向性的微观构造，可极大提高脂肪细胞的体外分化效果。因此，本发明的动物细胞培养肉支架对动物细胞亲附性好、且具有模拟肌肉或脂肪组织的天然微结构和仿生硬度，可有效诱导肌纤维和脂肪组织的体外发育。

12、2)本发明选取的韭菜叶切片、香菇茎切片和丝瓜果实切片作为动物细胞培养支架，可保留蔬菜的大部分营养成分，未引入具有食品安全风险的化学物质，整个工艺安全环保。

13、3)本发明选取具有仿生微结构的蔬菜切片作为动物细胞培养肉支架，可培养动物的肌肉和脂肪细胞，具有成本低廉、可规模化量产的经济优势。然而，传统动物细胞体外扩增所需的生物支架材料，多使用生物兼容性好、但成本高的动物来源材料(例如包括明胶微载体、胶原蛋白水凝胶、纺丝纤维等)，或者使用相对廉价、但可食用度低的合成高分子原料；这些生物材料的加工制备过程需持续数天，并使用到冻干机、或纺丝机等特殊或昂贵的生产装备。由此，本发明的动物细胞培养肉支架，相较于传统动物培养支架，可极大地节省生物材料的生产成本。

14、4)本发明的动物细胞培养肉支架的制备只需常规的高压灭菌和简易的浸泡处理，无需经过传统的植物脱细胞处理，整个流程可在12小时内完成，极大缩减了生物支架的生产时间和工艺复杂度。

15、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。