2024年，韩国延世大学化学与生物分子工程系的Jinkee Hong在《Nature Communications》杂志发表了题为"Flavor-switchable scaffold for cultured meat with enhanced aromatic properties"的论文。
本文主要内容是介绍了一种新型的可切换风味的支架，用于培养肉的生产，以增强其在烹饪过程中的香气特性。研究人员开发了一种能够在烹饪温度下释放肉类风味化合物的风味开关化合物（SFC），并将其引入基于明胶的羟基凝胶中，制造出一种功能性支架。这种温度响应性的SFC在细胞培养期间稳定地保持在支架中，并在烹饪温度下释放。研究发现，使用这种风味可切换支架培养的肉在风味模式上与牛肉相似，为开发具有增强感官特性的培养肉提供了一种策略。
01：摘要
人造肉是一种新型食品，可以以可持续的方式提供动物蛋白。许多先前的研究使用各种类型的支架来开发具有与屠宰肉相似性能的培养肉。然而，诸如风味之类的重要特性却没有被讨论，尽管它们决定着食物的质量。在烹饪过程中通过美拉德反应产生挥发性化合物的氨基酸和糖的数量和类型不同，其风味特征会有很大的不同。在这项研究中，开发了一种风味可切换的支架，仅在烹饪温度下才能释放肉味化合物，模拟屠宰肉类的美拉德反应。通过在明胶基水凝胶中加入可转换风味化合物(SFC)，我们制造了一种功能性支架，可以增强培养肉的芳香特性。温度响应的SFC在细胞培养期间稳定地保留在支架中，并可在蒸煮温度下释放。令人惊讶的是，用这种口味可转换的支架制成的培养肉显示出与牛肉相似的味道模式。本研究提出了一种策略，通过开发一种功能支架来开发具有增强感官特征的培养肉，这种支架可以模仿传统肉类的天然烹饪风味。
02：图文赏析
风味可切换支架的制备
设计了一种能够响应加热和烹饪产生美拉德反应产物的可切换风味化合物（SFC）。图2a显示了SFC的化学结构，包括三个不同的功能部分（R1、R2和R3）。R1和R2负责与明胶基质的牢固结合，而R3有助于温度响应性调味功能。在热响应基团（R3）的情况下，引入了烤肉味美拉德反应产物糠醇硫醇的二硫键（补充图1a）。特别是，二硫键在二硫交换过程中表现出温度响应性27,28。486 cm 1、515 cm 1和2570 cm 1处的拉曼信号证实了糠醇硫醇硫醇端的二硫键形成（补充图1b）。两个甲基丙烯酸酯基团在R1和R2的位置连接，用作与明胶甲基丙烯酰基的结合基团（补充图2a）29。如补充图2b所示，SFC的1H核磁共振（NMR）光谱产生了R1、R2的甲基丙烯酸酯信号、R3的呋喃信号和R1-R3的氨基甲酸酯键信号。这一结果证实了一个单一的SFC涉及风味基团和结合基团。如图2b所示，通过在37℃、80℃或150℃下在封闭系统中加热24小时来研究SFC的温度响应性。在37℃的加热情况下，SFC几乎没有产生任何明显的信号。有趣的是，在80℃加热后开始出现微弱的吸光度信号，而在150℃加热后，该吸光度信号变得明显。特别是，335nm附近的峰值增加表明美拉德反应产物呋喃硫醇呋喃基的流动性增强30。因此，这些结果证实，SFC通过美拉德反应产物的释放表现出温度响应性风味。美拉德反应产物的释放与加热温度呈正相关。此外，调味剂的起始温度为80℃，这种热响应性在12小时后达到饱和（补充图3）。
风味强化肉制品的支架细胞培养
在确认SFC的稳定性和香气化合物的温度响应性挥发行为后，在细胞培养前将水凝胶冻干。然后，在支架上培养原代牛成肌细胞，以评估细胞增殖和分化行为。在支架上进行15天的细胞培养后，制备培养物（CM），并在美拉德反应温度（150℃）下蒸煮，以挥发SFC的肉味化合物（图3a）。使用凝胶-SFC和凝胶+SFC的细胞培养组分别表示为不含SFC的培养肉（CM-SFC）和含SFC（CM+SFC）的培养肉。以CM-SFC为对照组，了解SFC对细胞存活率和肌管形成的影响。首先，在增殖的第7天对细胞的肌动蛋白丝和细胞核进行免疫染色（图3b）。支架之间附着细胞的形态和分布没有显著差异。为了定量比较支架的细胞存活率，在增殖的第1、5和7天对CM-SFC和CM+SFC进行了细胞计数试剂盒-8（CCK-8）测定（图3c）。与CM-SFC相比，CM+SFC在第7天的细胞存活率较低。然而，CM+SCF的吸光度值从第1天到第7天没有降低。这些结果表明，与CM-SSC相比，CM+SFC的增殖速率较慢，而不是CM+SFC的细胞死亡。为了进一步研究CM-SFC和CM+SFC之间细胞存活率的差异，比较了各组的溶胀度和抗压强度（补充图6和补充图7）。GelMA甲基丙烯酸酯与SFC结合基团之间的自由基共价键可以降低GelMA骨架的交联密度，最终影响支架的溶胀能力和力学性能。由于支架的压缩模量会影响长期细胞增殖，因此假设CM+SFC在第7天的较低细胞存活率是由于支架的较低压缩模量31。因此，对每种支架的膨胀度和压缩模量进行了评估。正如预期的那样，与凝胶-SFC相比，凝胶+SFC的膨胀能力更高，而压缩模量略低。支架刚度可能是减缓凝胶+SFC中细胞生长的因素之一。然而，需要进一步调查以确定凝胶+SFC中细胞生长较慢是否是由化学物质引起的。在评估细胞增殖后，通过用分化培养基替换生长培养基来诱导分化
可转换风味化合物的变化以调节培养肉的风味模式
图2和图3的结果证实，添加SFC的养殖肉中的美拉德风味化合物在加热时稳定释放。在传统肉类中，形成了具有不同风味特征的各种美拉德反应产物，而不是单一的风味化合物。因此，用三种不同的美拉德反应分子扩大了SFC的范围，以验证SFC系统是否不仅可以应用于单一风味化合物，还可以应用于各种风味化合物（图4a）。具体来说，3-巯基-2-戊酮、2-甲基-3-呋喃硫醇和糠醇硫醇被引入SFC。3-巯基-2-戊酮也是一种具有肉类、洋葱状风味的硫化合物，而2-甲基-3-呋硫醇已知具有油炸、坚果和烤肉状风味。此外，3-巯基-2-戊酮和2-甲基-3-呋喃硫醇的巯基末端有助于制备热响应性二硫键，与呋喃硫醇的硫醇末端相同。假设SFC中风味剂的多样化可以模拟传统肉类在养殖肉类系统中的复杂美拉德反应。因此，合成了含有三种风味化合物的SFC，将不同的美拉德风味化合物引入支架中（补充图8）。然后将这三种类型的SFC以相同的比例引入GelMA水凝胶中。然后，在含有三种SFC的支架上培养牛成肌细胞后，获得了带有风味变异SFC（CM+SFCV）的培养肉。
3：原文链接
https://doi.org/10.1038/s41467-024-49521-5
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