综述：从再生医学到食品生物制造：用于人类消费的猪皮培养

《Food Research International》：From regenerative medicine to food biofabrication: cultivation of porcine skin for human consumption

本文探讨组织工程与食品科学结合，利用体外培养猪皮开发新型食品应用。重点分析角质形成细胞与成纤维细胞的共培养机制、淀粉基及蛋白增强支架对模拟天然基质的作用，评估3D生物打印、气液界面培养等技术对可扩展和功能性皮肤构建的潜力。研究提出猪皮生物制造在结构化肉类（如皮肤-脂肪-肌肉组装）、零食（如脆皮产品）及混合配方（增强持水性、咀嚼感）中的创新应用，并讨论食品级安全、规模化生产及监管框架。摘要分隔符

　　

Cristiane Silvano Wensing|Fabiana Fernandes Bressan|German Ayala Valencia|Anderson Moreira Gomes|Silvani Verruck

巴西圣卡塔琳娜州弗洛里亚诺波利斯市圣卡塔琳娜联邦大学（UFSC）食品科学研究生项目，邮编88034-001

摘要

组织工程与食品科学的融合推动了利用体外培养的组织（如猪皮）在培养蛋白产业中的新型应用发展。本文综述了利用细胞、生物材料及从再生医学中借鉴的生物制造策略生产可食用、分层猪皮的技术和生物学基础。重点介绍了角质形成细胞和成纤维细胞作为关键细胞类型，它们的共培养动态，以及支架（尤其是基于淀粉和蛋白质增强的基质）在模拟天然细胞外基质条件中的作用。评估了包括3D生物打印、气液界面培养和生物反应器系统在内的先进技术在制备可扩展且功能性皮肤结构方面的潜力。应用范围从含有真皮成分的结构化肉制品到新型零食类食品，强调了这些产品在感官和技术上的价值。同时讨论了监管考量和市场前景，将猪皮生物制造视为未来食品系统中一种可行且可持续的创新。

引言

全球对动物性食品需求的增长，加上环境、伦理和健康方面的考量，推动了更可持续的替代传统畜牧业方式的发展（Leroy等人，2022年）。在这种背景下，细胞农业（从细胞培养中生产培养肉和其他动物产品）作为一种有前景的解决方案出现，它有可能减少对环境的影响，并更好地控制最终产品的组成（Arango等人，2023年）。

然而，从食品科学的角度来看，许多下一代培养产品的技术瓶颈并不只是生物质的生产，而是设计出能够在实际生产和烹饪条件下实现特定感官和加工功能的食品级材料。因此，最初为再生医学开发的组织工程技术被重新用于食品生物制造，以组装可食用的组织（肌肉、脂肪和皮肤），从而再现优质结构化食品所期望的感官和功能特性（Samandari等人，2023年）。

对于这些产品而言，核心挑战在于可重复地生成能够转化为食品相关性能的组织结构（例如口感、弹性、烹饪/加工后的脆度以及结构完整性），而不仅仅是细胞的增殖。

在细胞农业中，猪因其广泛的消费者接受度和其组织的烹饪价值而备受关注。猪肉是全球消费量最大的肉类之一，而猪皮已被广泛用作多种食品中的质地调节成分，与咀嚼性、弹性、胶状口感和加工后的脆度密切相关。这使得猪皮成为生物制造中的战略目标，因为结构与功能的关系对最终的食用体验至关重要（Peng等人，2021年）。

在这篇综述中，培养猪皮主要被视为一种功能性食品材料（而非生物医学替代品），其发展围绕三个以食品为导向的应用场景展开：（i）作为结构化培养肉制品中的质地调节层（例如皮-脂肪-肌肉组合）；（ii）具有特征性口感的独立仿皮产品（例如脆皮零食或类似“猪皮”的形式）；（iii）在混合配方中作为富含胶原蛋白的功能性成分，其中微观结构有助于提升口感、多汁性和产量。

为了支持这些应用，必须根据食品级标准对猪皮生物制造进行评估。从技术角度来看，猪皮主要由角质形成细胞和成纤维细胞组成，这些细胞分层排列，既可以在二维模型中也能在三维模型中高效生长，并能够实现可控的表皮-真皮组织结构，从而满足食品相关的机械连续性和感官要求（Alibardi，2024年）。根据目标产品的不同，与厚实的血管化组织相比，可能采用更简单的结构；然而，实现稳健的分层和界面凝聚力对于保持质地和加工稳定性仍然至关重要。

这些特点使猪皮成为整合到结构化培养肉制品中以及开发高附加值可食用产品的理想候选材料。组织工程技术为通过使用模拟细胞外基质并支持细胞粘附、增殖和分化的生物相容性支架来体外培养猪皮提供了概念和技术框架（Li等人，2024年）。在食品领域，这一框架需要通过功能改进（如质地、结构完整性和加工性）来证明其合理性，并受到食品级要求的限制，包括可食用/可吞咽的材料、可扩展的生产方式以及合规性。皮肤重建需要协调形成表皮和真皮层，使用安全的可食用材料作为上皮细胞和结缔细胞的支撑（Kim等人，2019年）。

本文旨在综合猪皮生物制造的主要进展，特别是其在结构化培养肉制品中的应用以及高附加值可食用产品的开发。讨论涵盖了细胞类型、支撑材料、培养策略和潜在的食品应用。我们不是将生物医学猪皮模型作为默认目标，而是探讨了细胞、支架和培养条件的设计选择如何转化为食品材料的实际功能（如质地、口感、机械行为和加工性能），并强调了实现食品级可行性、安全性和规模化生产的关键限制。目标是将组织工程原理与食品科学的需求相结合，突出猪皮在构建下一代培养食品中的作用。

不同科学领域中猪皮的应用

猪皮在科学应用方面的发展经历了显著变化。在食品系统中，这一变化可以理解为从作为普通成分和功能用途（例如在粉碎和重组产品中调节质地和改善加工产量）向将其视为可设计食品材料的转变，其结构可以被工程化以提供特定的功能（Zou等人，2018年；dos Santos等人，2020年；Muraro等人）

参与猪皮形成的细胞类型

在食品生物制造中，猪皮细胞类型的重要性取决于最终组织需要实现的食品功能，而非临床目标。培养猪皮的主要目的是作为结构化产品中的质地调节层（例如皮-脂肪-肌肉组合），实现具有特征性口感和断裂行为的独立仿皮产品（例如类似猪皮的零食或“外皮”形式），以及/或在混合食品中提供富含胶原蛋白的结构功能

培养猪皮的支架材料

在食品生物制造中，支架的选择主要基于它们需要实现的食品功能：（i）在结构化产品中提供机械连续性和有凝聚力的口感（例如皮-脂肪-肌肉组合）；（ii）在独立仿皮产品中提供断裂行为和脆度（例如类似猪皮的外皮零食或“可食用皮革”）；以及/或在混合食品中提供类似成分的功能（例如通过胶原蛋白增强水分保持性、多汁性和质地强化）。因此，本节将对这些支架进行评估

猪皮的体外培养策略

由于猪皮在结构上和功能上与人类皮肤相似，它已成为体外研究中的广泛采用的模型（Wei等人，2022年）。然而，在食品生物制造的背景下，体外策略的选择应基于工程化皮肤需要实现的食品功能，例如层间凝聚力、水分处理以及加工和咀嚼过程中的质地/机械行为，而非临床或药理性能。随着生物工程的进步

潜在的食品应用

培养猪皮的发展为利用感官属性和技术功能的食品应用开辟了创新途径。最有前景的衍生产品包括用培养猪皮制成的脆皮零食，这些零食是传统猪皮制品的现代替代品（例如“pururuca”），以及可用作可食用包装或食品中纹理成分的可食用皮革。

在混合肉制品中使用培养猪皮是另一个战略方向。

结论

体外培养猪皮代表了组织工程进展与食品科学新兴需求之间的战略融合。本文将培养猪皮视为一种食品材料，其价值取决于它能够在食品级限制条件下实现的食品功能，包括质地、口感、机械完整性和加工性能。因此，猪皮的主要贡献在于

缩写

<>曲线下面积双酚A的二甘酯醚血管氧化钙复合人工皮肤替代物复合培养皮肤来自鳕鱼的脱细胞外基质角蛋白10和14培养基

3T3-A31	3T3-A31小鼠成纤维细胞系
AFM	原子力显微镜
ALA	5-氨基己酸
ALI	气-液界面
APCs	抗原呈递细胞
AUC
BADGE
BV
CaOC
CASS
CCS
cdECM
CK10/CK14
CM
COL I

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CRediT作者贡献声明

Cristiane Silvano Wensing：撰写——初稿、可视化、方法学、研究、数据分析、概念化。Fabiana Fernandes Bressan：撰写——审稿与编辑、可视化、验证。German Ayala Valencia：撰写——审稿与编辑、可视化、验证。Anderson Moreira Gomes：撰写——审稿与编辑、验证。Silvani Verruck：撰写——审稿与编辑、验证、监督、资源管理、项目协调、资金筹集

资助

本工作得到了高等教育人员协调委员会（CAPES，代码001）的资助，C.S.W.获得了Financiadora de Estudos e Projetos（FINEP，资助编号2892/22）的财政支持，以及圣卡塔琳娜州研究与发展基金会（FAPESC，资助编号2024TR002561）和国家科学技术发展委员会（CNPq，资助编号200015/2025-7）的支持。

未引用的参考文献

Ahata等人，2023年

Allan, De Bank, P和Ellis, 2019年

Amieremet, Rietveld, Van Dijk, Bouwstra和El Ghalbzouri, 2018年

Arango, Septianto和Pontes, 2023年

Auger, Berthod, Moulin, Pouliot和Germain, 2004年

Bayir, ?ahinler, Celtikoglu和Sendemir, 2020年

Bellas, Seiberg, Garlick和Kaplan, 2012年

Bobier, 2024年

van den Bogaerdt等人，2004年

Braziulis等人，2011年

Cai, Gimenez-Camino, Xiao, Bi和DiVito, 2023年

Capel, Rimington, Lewis和Christie, 2018年

Chaban, Cooper和Pierson, 2022年

Chailom, Pattarakankul, Palaga

利益冲突声明

作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益和个人关系：Silvani Verruck报告获得了Finep的财政支持；Silvani Verruck报告获得了国家科学技术发展委员会的财政支持；Cristiane Silvano Wensing报告获得了

致谢

C.S.W感谢高等教育人员协调委员会（CAPES）通过奖学金（代码001）提供的财政支持。S.V.感谢Financiadora de Estudos e Projetos（FINEP 2892/22）、圣卡塔琳娜州研究与发展基金会（FAPESC 2024TR002561）以及国家科学技术发展委员会（CNPq200015/2025-7）的财政支持。