《Food Hydrocolloids》：Microwave-assisted extraction drives changes in the proteomic profile, structural, and functional properties of lupin protein isolates
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本研究针对植物基蛋白配料需求增长与高效绿色提取技术缺乏的现状，创新性地将微波辅助提取(MAE)技术与食品级试剂相结合，用于从羽扇豆种子中获取功能性蛋白分离物。研究发现，MAE不仅将蛋白得率提升高达9%，且获得的分离物其蛋白质组谱更接近原料，并显著改善了蛋白的溶解度(达95%)、起泡性(达112%)及乳液稳定性。该研究为开发环境友好、高效的植物蛋白提取工艺提供了新策略，支持其在食品体系中的应用潜力。
随着全球人口增长、健康营养意识提升以及对动物蛋白生产环境影响和可持续性的担忧，市场对植物基和替代蛋白的需求正以前所未有的速度增长。植物蛋白领域已成为食品工业中增长最快的板块之一。在这一背景下，羽扇豆作为一种高营养价值、天然无麸质的豆类，其蛋白质含量高达30-40%，消化率与牛奶、大豆、豌豆和小麦蛋白相当，成为素食饮食的绝佳选择。然而，传统的植物蛋白提取方法往往依赖非食品级溶剂，存在环境和食品安全隐患，且提取效率较低、耗时较长。因此，开发高效、可持续且安全的蛋白质提取技术迫在眉睫。
微波辅助提取作为一种新兴技术，以其加热快速、均匀、能耗低等优势，在提高提取效率、修饰蛋白质结构以增强其功能特性方面展现出巨大潜力。本研究旨在评估利用食品级和公认安全试剂的微波辅助提取技术，从羽扇豆种子中获取功能性蛋白分离物的潜力。研究成果发表在食品科学领域知名期刊《Food Hydrocolloids》上。
为开展本研究，作者团队运用了几个关键的技术方法。首先，以超临界CO2半脱脂的羽扇豆粉为原料，采用碳酸钠提取、柠檬酸沉淀的食品级试剂流程。核心创新在于引入了微波辅助提取，系统考察了微波功率和处理时间对蛋白得率、组成、结构和功能的影响。对获得的蛋白分离物，研究人员进行了全面的表征：利用元素分析测定蛋白含量；通过液相色谱-质谱联用进行蛋白质组学分析，揭示蛋白谱的变化；采用傅里叶变换红外光谱分析蛋白二级结构；并系统评估了蛋白的溶解度、起泡能力与稳定性以及乳化活性与稳定性等功能性质。
2.3. 蛋白分离物的表征
通过元素分析和氨基酸组成分析表明，所有MAE处理获得的蛋白分离物其粗蛋白含量和氨基酸谱与常规提取物相似，主要氨基酸为谷氨酸和天冬氨酸，其次为精氨酸和亮氨酸。这表明MAE处理未对蛋白的基本营养成分造成显著破坏。
2.4. 蛋白质组学研究
蛋白质组学分析揭示了MAE对蛋白提取物的深刻影响。研究共鉴定出1080个蛋白组。主成分分析和热图结果显示，蛋白分离物与原料面粉的蛋白质组谱存在明显分离，表明提取过程显著改变了蛋白质组成。值得注意的是，经高功率长时间MAE处理的样品其蛋白质组谱更接近原始面粉，提示MAE可能实现了更全面、偏差更小的蛋白提取。差异丰度蛋白分析进一步证实，MAE条件改变了特定蛋白的相对丰度。
2.5. 结构特性
SDS-PAGE电泳图谱显示，各处理条件下的主要蛋白条带相似，表明主要蛋白组分未发生剧烈降解。FTIR光谱分析则揭示了MAE引起的蛋白二级结构变化。研究发现，高功率长时间处理导致无规卷曲结构增加，β-转角结构减少，表明蛋白质发生了部分去折叠，分子柔性增强，这可能是其功能特性改善的结构基础。
2.6. 功能特性
2.6.1. 溶解度
蛋白溶解度呈现典型的pH依赖性，在等电点附近溶解度最低。与常规提取相比，多数MAE处理，尤其是中低功率条件，显著提高了蛋白在pH 7的溶解度。然而，最高强度处理反而导致溶解度下降，表明过度的微波能量可能引起蛋白聚集。
2.6.2. 起泡特性
MAE处理显著影响了蛋白的起泡性能。起泡能力随微波功率和处理时间的增加而增强，最高功率处理样品的起泡能力达到104.7%，是常规提取样品的两倍多。然而，起泡稳定性变化复杂，并非所有高起泡能力的样品都能形成稳定泡沫，表明起泡能力和稳定性受不同机制调控。
2.6.3. 乳化特性
所有蛋白制备的乳液其ζ-电位均在-30 mV左右，表明乳液具有较好的静电稳定性。然而，乳液在储存过程中的稳定性差异显著。一些MAE处理的样品表现出优于常规提取样品的乳液稳定性，液滴尺寸增长缓慢。这种稳定性的改善可能与MAE诱导的蛋白结构变化，增强了其在油水界面的吸附和膜形成能力有关。
本研究得出结论，微波辅助提取结合食品级试剂是一种从羽扇豆中高效回收蛋白质的绿色技术。它不仅提高了蛋白得率，更重要的是通过调控蛋白的结构，显著增强了蛋白的功能性质，如溶解性、起泡性和乳化稳定性。这些功能增强对于羽扇豆蛋白在各类食品体系中的应用至关重要。该研究为优化植物蛋白提取工艺、提升其附加值提供了重要的理论依据和实践指导，推动了可持续食品配料开发的发展。值得注意的是，微波处理参数需要优化，以避免过度处理对蛋白质性质的潜在负面影响。未来的研究可进一步探索微波处理与蛋白水解的结合，以开发具有更优功能性和生物活性的蛋白配料。
