一种植物纤维支架及其制备方法和应用与流程

本发明属于生物，涉及一种植物纤维支架及其制备方法和应用。

背景技术：

1、肉类食品作为人们日常饮食中最重要的蛋白质来源，主要由传统畜牧行业生产，但是，随着人口数量的增加，肉类的需求与供给矛盾正在日益增加。传统养殖业生产肉类存在很多问题：例如土地占用和环境污染、能源和资源浪费、动物健康和福利问题等。此外，传统养殖需要大量饲料和药物来促进动物生长和预防疾病，这些饲料和药物常含有化学物质和激素，对人类健康存在潜在威胁。因此，人们尝试通过肉类替代品来取代传统畜牧业生产的肉类。目前，市面上已经存在多种肉类替代品，主要包括素食肉和体外培养肉两种。由于以植物为基础的素食肉类在营养和味道上与传统畜牧业生产的肉类非常不同，因此无法取代真正的肉类。而体外细胞培养肉在成分和味道上更接近传统畜牧业生产的肉类，近年来也成为生产肉类食品的热门方向。

2、虽然目前细胞培养肉的研究已经取得了很大的进展，但营养成份和口感上与传统畜牧业生产的肉类仍存在很大差距。体外细胞培养肉的生产方法包括基于支架的细胞培养法和组织培养法。组织培养法生产的人造肉普遍结构松散，无法让消费者产生真是的咀嚼感。基于支架的细胞培养法中，支架材料作为细胞的黏附载体，为细胞的增殖和分化提供场所，并且使细胞培养肉具有食用口感。目前，可用作支架的材料非常多，主要包括天然材料支架和合成材料支架。其中，天然材料支架包括来源于动物的明胶等，以及来源于植物的大豆支架等。比较这两类支架，动物来源的支架生产成本较高，而且材料来源避免不了需要动物，而来源于植物的支架，不仅容易获取，而且经济环保。因此植物来源的支架很有发展前景。

3、综上所述，使用现有细胞培养肉支架培养的肉结构松散，无咀嚼感，培养肌肉细胞时细胞存活率低，成肌分化效率低。如何提供一种基于植物纤维培养肉的支架，实现大幅度提高细胞存活率和成肌分化效率，使培养肉的外观和口感均得到改善，已成为目前生物技术领域亟待解决的问题之一。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足和实际需求，本发明提供一种植物纤维支架及其制备方法和应用，解决了现有细胞培养肉支架培养的肉结构松散，无咀嚼感，培养肌肉细胞时细胞存活率低，成肌分化效率低等问题，使培养肉的外观和口感均得到改善。

2、为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种植物纤维支架，所述植物纤维包括藕丝、玉米须、芹菜丝或葛根中的任意一种或至少两种的组合。

4、本发明中植物纤维支架料来源安全，容易获取，而且细胞能够在支架上高效生长和分化成肌纤维，从而实现从外观和口感方面提高细胞培养肉产品与真正肉类的相似度。

5、优选地，所述植物纤维包括藕丝、玉米须、芹菜丝和葛根的组合。

6、优选地，所述藕丝、玉米须、芹菜丝和葛根的质量比为(10-30):(1-3):(1-3):(1-3)。

7、上述10-30中的具体点值可以选择10、11、12、13、14、16、18、20、22、24、26、28、30等。

8、上述1-3中的具体点值可以选择1、2、3等。

9、第二方面，本发明提供一种制备第一方面所述的植物纤维支架的方法，所述方法包括手工法或化学法；所述手工法包括：收集新鲜藕杆、玉米杆、芹菜杆和葛根，抽出内部丝状纤维沿同一个方向排列、固定、干燥。

10、本发明中手工法制备的藕丝植物纤维如图1所示。

11、优选地，所述化学法包括：将新鲜藕杆、玉米杆、芹菜杆和葛根置于预处理溶液中加热，加热后洗涤藕杆、玉米杆、芹菜杆和葛根至中性，分离藕杆、玉米杆、芹菜杆和葛根纤维并干燥；干燥后的藕杆、玉米杆、芹菜杆和葛根纤维在微波辐射下于处理溶液中浸泡，浸泡后洗涤藕杆、玉米杆、芹菜杆和葛根纤维至中性并干燥。

12、优选地，所述预处理溶液包括naoh溶液。

13、优选地，所述naoh溶液中的naoh体积百分比为1.5％-4％。

14、上述1.5％-4％中的具体点值可以选择1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％等。

15、优选地，所述加热方式包括微波加热；所述微波加热的温度为80-100℃；所述微波加热的时间为10-30min。

16、上述80-100℃中的具体点值可以选择80℃、82℃、84℃、86℃、90℃、92℃、94℃、96℃、100℃等。

17、上述10-30min中的具体点值可以选择10min、12min、14min、16min、20min、22min、24min、26min、30min等。

18、优选地，所述微波加热的频率为2300-2500mhz；所述微波加热的功率为700-800w。

19、上述2300-2500mhz中的具体点值可以选择2300mhz、2350mhz、2400mhz、2450mhz、2500mhz等。

20、上述700-800w中的具体点值可以选择700w、710w、720w、730w、740w、750w、760w、770w、800w等。

21、优选地，所述干燥的温度为50-70℃。

22、上述50-70℃中的具体点值可以选择50℃、52℃、54℃、56℃、58℃、60℃、64℃、66℃、70℃等。

23、优选地，所述处理溶液包括h2o2溶液。

24、优选地，所述h2o2溶液中的h2o2体积百分比为10％-20％。

25、上述10％-20％中的具体点值可以选择10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％等。

26、优选地，所述浸泡的时间为10-20min。

27、上述10-20min中的具体点值可以选择10min、12min、14min、16min、18min、20min等。

28、第三方面，本发明提供了一种基于植物纤维培养肉的方法，所述方法包括：蛋白酶消化肌肉干细胞，预处理第一方面所述的植物纤维支架，将消化后的肌肉干细胞接种到使用预处理后的植物纤维支架上培养，每2-3天更换一次生长培养基，诱导肌肉干细胞成肌分化。

29、优选地，所述预处理包括：使用乙醇溶液浸泡植物纤维支架，pbs漂洗后将植物纤维支架紫外灭菌，灭菌后将植物纤维支架浸泡在生长培养基中。

30、优选地，所述生长培养基包括1640培养基。

31、优选地，所述生长培养基还包括fbs、非必需氨基酸、谷氨酰胺、抗生素、bfgf和鸡胚提取物。

32、优选地，所述生长培养基中的fbs的质量百分比为15％-25％。

33、上述15-25％中的具体点值可以选择15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％等。

34、优选地，所述生长培养基中的非必需氨基酸的质量百分比为0.5％-2％。

35、优选地，所述生长培养基中的谷氨酰胺的质量百分比为0.5％-2％。

36、优选地，所述生长培养基中的抗生素的质量百分比为0.5％-2％。

37、上述0.5％-2％中的具体点值可以选择0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％、1.5％、1.6％、1.8％、1.9％、2％等。

38、优选地，所述生长培养基中的bfgf的浓度为2-8ng/ml。

39、上述2-8ng/ml中的具体点值可以选择2ng/ml、3ng/ml、4ng/ml、5ng/ml、6ng/ml、7ng/ml、8ng/ml等。

40、优选地，所述生长培养基中的鸡胚提取物的的质量百分比为0.3％-0.8％。

41、上述0.3％-0.8％中的具体点值可以选择0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％等。

42、优选地，所述接种的密度为3×104/cm2-5×104/cm2。

43、上述3×104/cm2-5×104/cm2中的具体点值可以选择3×104/cm2、4×104/cm2、4.5×104/cm2、5×104/cm2等。

44、优选地，所述培养的时间为2-3h。

45、上述2-3h中的具体点值可以选择2h、2.5h、3h等。

46、优选地，所述乙醇溶液中乙醇的体积百分比为75％-80％。

47、上述75％-80％中的具体点值可以选择75％、76％、77％、78％、79％、80％等。

48、优选地，所述浸泡的时间为2-3h。

49、上述2-3h中的具体点值可以选择2h、2.5h、3h等。

50、优选地，所述浸泡在生长培养基的时间为12-24h。

51、上述2-3h中的具体点值可以选择2h、2.5h、3h等。

52、优选地，所述诱导肌肉干细胞成肌分化包括：当细胞密度达到90％-95％时，将生长培养基更换为分化培养基，每2-3天更换一次分化培养基。

53、上述90％-95％中的具体点值可以选择90％、91％、92％、93％、94％、95％等。

54、优选地，所述分化培养基包括h-dmem。

55、优选地，所述分化培养基还包括ultrosertmg血清替代品和抗生素。

56、优选地，所述分化培养基中ultrosertmg血清替代品的体积百分比为0.1％-1％。

57、优选地，所述分化培养基中抗生素的体积百分比为1％-5％。

58、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

59、本发明创造性地发现藕丝、玉米须、芹菜丝和葛根四者构建的植物纤维支架能显著地提高肌肉细胞的存活率和成肌分化效率，肌肉细胞能够在支架上高效生长和分化，能够沿着支架纤维方向生长，基于本发明的植物纤维支架培养肉能够获得外观和口感与真正肉类的相似度更高的体外细胞培养肉。