定制化海藻蛋白：提取技术对其功能特性的影响研究

《Food and Bioprocess Technology》：Tailoring Seaweed Proteins: Impact of Extraction Techniques on Functional Properties

本研究针对传统蛋白质来源面临的可持续性挑战，创新性地采用顺序水/碱提取法结合超滤或沉淀纯化技术，从红藻Porphyra dioica中高效提取蛋白。结果表明，经硫酸铵沉淀结合超滤处理的样品蛋白纯度高达81.33%，并展现出优异的乳化活性（72-100%）和发泡能力（67-167%）。该研究为开发具有特定功能特性的海藻蛋白配料提供了理论依据和技术支撑。

　　

随着世界人口的指数级增长，对食物蛋白质的需求急剧增加，寻找新型可持续蛋白质来源已成为全球食品工业的迫切需求。海藻作为一种海洋生物资源，因其营养丰富和环境友好特性而备受关注。然而，海藻长期以来主要被用作多糖来源，其蛋白质资源的开发利用相对滞后。特别是在红藻领域，虽然已知其含有丰富的蛋白质（如Porphyra dioica的蛋白质含量可达干重的17-47%），但关于不同提取纯化方法如何影响蛋白质结构和功能特性的系统性研究仍较为缺乏。

传统蛋白质提取方法，特别是高碱浓度提取，虽然能提高蛋白质得率，但往往导致蛋白质变性，并伴随不需要化合物的共提取。而单纯使用水或缓冲液提取虽然温和，但提取效率和产物纯度较低。这种技术瓶颈严重限制了海藻蛋白在食品工业中的应用潜力。因此，开发高效、温和的蛋白质提取纯化方法，并系统评估其对蛋白质功能特性的影响，对于推动海藻蛋白的资源化利用具有重要意义。

在这项发表于《Food and Bioprocess Technology》的研究中，研究人员针对红藻Porphyra dioica，开展了一项关于不同提取纯化技术对蛋白质功能特性影响的系统研究。研究团队设计了一套完整的实验方案，包括蛋白质的顺序提取、纯化处理、理化特性表征以及功能性质评估，旨在为海藻蛋白的高值化利用提供科学依据。

研究采用的关键技术方法包括：顺序水/氢氧化钠提取法从红藻Porphyra dioica中获取蛋白质粗提物；超滤技术和硫酸铵沉淀结合超滤两种纯化策略；凯氏定氮法和高效液相色谱法进行化学成分分析；凝胶渗透色谱评估蛋白质分子量分布；圆二色光谱分析蛋白质二级结构；流变学分析评估凝胶性和增稠性；以及乳化性和发泡性等功能特性测定。实验所用海藻样本由葡萄牙ALGAplus公司提供，为陆基多营养级综合养殖系统生产的 aquaculture产品。

化学组成特征

研究人员首先对经过不同处理获得的提取物进行了化学组成分析。结果显示，未经处理的样品具有较好的蛋白质回收率（H₂O提取物为23.5±0.7%，NaOH提取物为28.2±1.0%），与超滤和沉淀纯化后的回收率相当。然而，经过硫酸铵沉淀和超滤处理的提取物蛋白质含量显著提高（H₂O提取物为81.33±0.10%，NaOH提取物为77.61±0.81%），几乎完全去除了其他成分。超滤处理主要浓缩了碳水化合物组分，而沉淀纯化则有效去除了大部分碳水化合物和灰分，获得了高纯度的蛋白质组分。

蛋白质分子量

通过凝胶渗透色谱分析蛋白质分子量分布发现，未经处理的H₂O提取物显示单一峰值（71 kDa），而NaOH提取物显示282 kDa的单一峰值，表明存在蛋白质聚集或蛋白质-多糖复合物。超滤处理后，NaOH提取物中出现3-21 kDa的多重峰值，表明复合物被解离。纯化后的样品分子量分布更加均一，证实纯化处理影响了蛋白质的聚集状态。

R-藻红蛋白含量

通过紫外-可见分光光度法测定R-藻红蛋白含量，发现在H₂O提取物中成功提取了R-藻红蛋白，其中沉淀纯化处理的样品含量（36 μg/mL）高于超滤处理（29.9 μg/mL）。NaOH提取物中仅检测到微量R-藻红蛋白，证实顺序提取法的有效性。

蛋白质溶解度和电荷

蛋白质溶解度分析表明，未经处理样品溶解度较高（H₂O提取物69.15±1.25%，NaOH提取物64.91±0.63%），而超滤处理后溶解度降低，特别是NaOH提取物降至29.01±1.21%。沉淀纯化结合超声处理后溶解度有所恢复。Zeta电位分析显示所有样品表面电荷稳定（-20至-30 mV），与溶解度结果一致。

二级结构评估

圆二色光谱分析揭示，H₂O提取物中的蛋白质具有较为完整的二级结构，以α-螺旋为主，而NaOH提取物中的蛋白质则以无规卷曲为主。纯化处理导致蛋白质二级结构发生改变，温度扫描实验进一步证实，H₂O未处理样品对温度最为敏感，而其他样品因提取纯化过程中已发生部分变性，对温度变化不敏感。

流变学行为

凝胶能力评估显示，在15%提取物浓度下，所有样品均未形成典型的凝胶结构，可能与海藻蛋白质特有的聚集状态有关。流动曲线分析表明，所有提取物均呈现假塑性流体行为，NaOH提取物在较高浓度下表现出更好的增稠能力，可能与蛋白质聚集程度有关。

乳化特性

乳化能力和稳定性测试显示，沉淀纯化处理的样品表现出最佳的乳化性能，H₂O提取物乳化能力达100%，7天后仍保持75%的稳定性。NaOH提取物也表现出良好的乳化性能（约95%），稳定性约70%。蛋白质的部分变性和聚集有利于形成稳定的水油界面膜。

发泡能力

发泡能力分析表明，未经处理的H₂O提取物发泡能力最高（166.7%），而NaOH提取物仅为66.7%。纯化处理后，两种提取物的发泡能力趋于接近（约140%），表明纯化处理减少了溶剂效应对发泡性能的影响。

本研究通过系统评估不同提取纯化策略对红藻Porphyra dioica蛋白质理化特性和功能性质的影响，得出了一系列重要结论。研究发现，顺序水/碱提取法结合适当的纯化处理，能够有效获得高纯度的海藻蛋白质组分。特别是硫酸铵沉淀结合超滤的处理方式，能够将蛋白质纯度提高至80%以上，同时几乎完全去除碳水化合物和灰分等杂质。

虽然纯化处理会导致蛋白质二级结构的改变和分子聚集的形成，但这并不妨碍蛋白质保持优异的功能特性。所有提取物均表现出良好的乳化活性（72-100%）和发泡能力（67-167%），与已知的植物蛋白基质相当。特别是经过纯化处理的样品，在界面稳定性能方面表现突出，这为海藻蛋白在食品工业中作为功能性配料的应用提供了有力支持。

该研究的创新之处在于，它首次系统比较了不同提取纯化策略对红藻蛋白质结构和功能特性的影响，建立了处理方法与功能特性之间的构效关系。研究结果表明，通过选择合适的提取和纯化方法，可以定向获得具有特定功能特性的海藻蛋白质组分，这为开发定制化海藻蛋白配料提供了理论依据和技术路径。

从更广阔的角度看，这项研究不仅为海藻蛋白的高值化利用提供了科学依据，也为可持续蛋白质资源的开发提供了新思路。随着全球对植物基和替代蛋白需求的不断增加，海藻作为一种资源丰富、环境友好的蛋白质来源，具有巨大的开发潜力。未来研究可进一步优化提取工艺，结合新兴技术提高提取效率和产物功能性，推动海藻蛋白在食品工业中的规模化应用。