对 Morchella esculenta 茎部中蛋白质提取方法的比较研究：对其物理化学性质、营养价值、消化特性及功能特性的全面分析

《International Journal of Biological Macromolecules》：A comparative study of protein extraction methods from Morchella esculenta stipes: Comprehensive analysis of physicochemical, nutritional, digestive, and functional properties

白灵菇菌柄蛋白四种提取工艺（AE、UAE、SWE、DES）的系统比较表明，超临界水萃取（SWE）方法获得最高提取率（25.87%），其蛋白产品具有最佳溶解性（53.7%）、抗氧化活性及体外消化率（99.07%），扫描电镜显示其多孔结构显著提升乳化、持水及持油能力，总氨基酸含量达82.13g/100g，必需氨基酸占比42.73%，证实SWE为高效可持续的蛋白回收技术。

　　

Xianzhi Li | Minyu Li | Emad Hamady. Khedr | Hongying Du

中国江苏省南京市南京林业大学轻工业与食品工程学院森林食品资源开发利用国家重点实验室，邮编210037

摘要

本研究系统比较了四种提取方法——碱性提取（AE）、超声波辅助碱性提取（UAE）、亚临界水提取（SWE）和深共晶溶剂提取（DES）——对M. esculenta菌柄（PIM）中分离出的蛋白质的提取效率、结构特性、功能特性和营养价值的影响。综合分析表明，通过SWE方法提取的蛋白质优于其他方法。结果显示，亚临界水提取的蛋白质（SW-P）具有最高的提取率（25.87%），以及更好的蛋白质溶解度（53.7%）、抗氧化活性和体外消化率（99.07%）。傅里叶变换红外光谱（FTIR）和扫描电子显微镜（SEM）分析表明，SW-P蛋白质在高温高压条件下形成了多孔微观结构，这显著提高了其乳化能力、持水能力（WHC）和持油能力（OHC）。此外，SW方法提取的蛋白质总氨基酸含量最高（82.13 g/100 g），必需氨基酸指数（EAAI）值最高（52.75%），必需氨基酸比例也最高（42.73%）。总体而言，这些发现表明SW是一种高效且可持续的从Morchella esculenta菌柄中回收蛋白质的方法。

引言

蛋白质是作为能量来源和人体细胞、组织及器官基本组成部分的重要大分子。由于某些氨基酸无法由人体自身合成，因此需要持续摄入膳食蛋白质。目前，高质量的蛋白质主要来源于动物产品，但这带来了高昂的经济成本、显著的环境影响（如温室气体排放和水污染），以及伦理和宗教方面的问题[1]。鉴于自然资源和耕地的限制，以及联合国粮食及农业组织（FAO）预测到2025年全球粮食产量必须增加70%以支持人口增长[2]，迫切需要寻找可持续的蛋白质替代品。

真菌蛋白因其功能特性、低成本以及符合伦理和宗教规范而成为有前景的替代品[3]。可食用蘑菇作为一种真菌，不仅含有完整的必需氨基酸谱，还富含支链氨基酸，使其成为高质量的蛋白质来源[4]。此外，蘑菇蛋白具有多种生物功能，包括改善肠道健康、减轻炎症、降低胆固醇水平和抑制肿瘤生长[5]。在各种可食用蘑菇中，Morchella esculenta（羊肚菌）因其兼具食品和药用价值而备受重视[6]。商业上，羊肚菌主要以干制品形式交易，在加工过程中菌柄通常被当作废弃物处理。然而，羊肚菌菌柄含有大量的膳食纤维、生育酚、麦角甾醇、多糖和蛋白质[7]，赋予其重要的功能价值和经济潜力。

通常，食品工业中富含蛋白质的副产品被用于蛋白质提取，以实现高价值资源的回收。此外，提取蛋白质的质量和功能特性在很大程度上取决于所采用的提取技术和加工条件[8]。碱性提取（AE）是最传统的蛋白质提取方法[9]，但该方法存在提取效率低和安全问题[10]。为克服这些缺点，开发并应用了超声波辅助碱性提取（UAE）。例如，一项关于从Pleurotus eryngii中提取蛋白质的研究表明，UAE的体外消化率比传统方法高出76.92%[11]。近年来还出现了一些其他创新的提取方法，包括亚临界水提取（SW）、深共晶溶剂提取（DES）、反胶束提取、脉冲电场辅助提取和酶辅助提取。其中，SW在从富含纤维的农业副产品中提取蛋白质方面被证明是有效的[12][13]。例如，SW在从啤酒糟、牧草、小麦麸皮和藻类等各种生物质来源中提取蛋白质方面表现出高效[14]。此外，DES提取技术是一种绿色且可持续的技术，具有低挥发性、可调极性和高溶解能力[15]。例如，DES在从大豆、燕麦和藻类等植物和真菌基质中提取蛋白质方面表现出高效[16][17]，选择合适的氢键供体和受体可以显著影响蛋白质的功能[18]。

本研究采用了四种提取方法——碱性提取（AE）、超声波辅助碱性提取（UAE）、亚临界水提取（SWE）和深共晶溶剂提取（DES）——来全面评估不同提取方法对M. esculenta菌柄蛋白（PIM）的提取率、理化性质和生物活性的影响。研究将系统评估提取蛋白质的功能特性、结构特征和营养价值。通过多标准分析，我们旨在确定既能最大化蛋白质产量又能符合环境可持续原则的最佳提取策略。这项工作不仅为从真菌资源中高效回收高价值成分提供了见解，还支持了更绿色提取技术的发展，从而促进了农业和真菌加工副产品的增值，并为更可持续的生物经济做出了贡献。

材料

材料

M. esculenta菌柄（SM）由江苏淮海农场有限公司（中国江苏）提供。模拟人工胃液和人工肠液购自上海源业生物技术有限公司。Coomassie brilliant blue G-250购自广州赛国生物技术有限公司。2,2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl（DPPH•）自由基和2,2′-Azino-bis-(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid）（ABTS•⁺）购自Macklin生化有限公司。

近似成分分析

M. esculenta菌柄的近似成分分析遵循AOAC方法和中国国家标准进行。粗蛋白（凯氏定氮法）、脂质（索氏提取）、水分（烘箱干燥法）和碳水化合物（差值法）的含量见表1。按干重计算，菌柄粉中含有2.89%的脂质、7.60%的水分、15.78%的灰分、27.27%的粗蛋白和46.46%的碳水化合物。这些数值与已报道的结果一致

结论

本研究系统评估了四种蛋白质提取技术——碱性提取（AE）、超声波辅助提取（UAE）、亚临界水提取（SWE）和深共晶溶剂提取（DES）——从M. esculenta菌柄这种食品工业副产品中提取蛋白质的适用性和效率。结果表明，SWE在多个关键指标上显著优于其他方法，实现了最高的蛋白质提取率（25.87%）。

作者贡献声明

Xianzhi Li：撰写——初稿、方法论、研究、数据分析、概念化。Minyu Li：方法论、研究。Emad Hamady. Khedr：撰写——审稿与编辑、验证。Hongying Du：撰写——审稿与编辑、验证、项目管理、资金筹集。

资助

本工作得到了江苏省333高层次人才培养项目、浙江农业食品资源与高值利用重点实验室开放研究基金（编号：2025KFKT0201）和南京林业大学高层次人才计划（编号：163105187）的支持。

利益冲突声明

作者不存在利益冲突。