《Future Foods》：Proteomic profiling of New Zealand endemic
Porphyra/Pyropia (karengo) seaweeds: a predictive framework for functional food applications
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本研究针对新西兰特有紫菜/红藻（karengo）因缺乏生物分子特征而商业开发受限的问题，首次系统开展了三种当地物种（Pyropia virididentata、Pyropia cinnamomea和Porphyra GRB复合体）的蛋白质组学分析。研究人员通过质谱技术揭示了物种间藻胆蛋白组成的差异，并利用计算机模拟消化预测了其释放ACE和DPP-IV抑制肽的潜力。该研究为新西兰紫菜/红藻作为新型植物蛋白源的功能性食品开发提供了关键科学依据。
紫菜和红藻（Porphyra/Pyropia）作为红藻门 Bangiaceae 家族的成员，在全球温带沿海地区广泛分布。这类海藻富含蛋白质、必需氨基酸以及铁、钙、碘和多种维生素等微量营养素，其卓越的营养价值与人类悠久的食用历史相呼应——考古证据表明，人类食用海藻的历史可追溯至14,000年前。在亚洲，这些物种通常被称为 nori（日本）、gim（韩国）和 zicai（中国），并已实现大规模商业化养殖。全球养殖藻类产量在2000年至2019年间实现了显著增长，从约1,060万湿吨增长至约3,470万湿吨，其中紫菜/红藻贡献了2019年总养殖产量的8.6%。这一增长不仅源于寿司作为日常便利食品的全球接受度提高，也源于人们对其营养保健作用的深入理解，将其视为“超级食物”。海藻已知含有丰富的生物活性分子，包括蛋白质衍生的生物活性肽，而这些生物活性成分的组成会因物种、地理分布和季节性的差异而显著不同。据世界银行集团预测，藻类产业未来的增长领域将集中在营养保健品和替代蛋白领域，预计到2030年将为该行业贡献约44亿美元。
尽管紫菜/红藻在全球市场，尤其是亚洲国家，已取得商业成功，但新西兰（NZ）特有的紫菜/红藻物种（统称为 karengo）的商业化开发仍然有限。新西兰拥有丰富的海洋生态系统，是至少47个Bangiales类群的家园，其中除六个外均为该地区特有。这些特有的新西兰紫菜/红藻物种被毛利人珍视，因其独特风味和卓越营养品质而传统上作为整体食物食用。然而，尽管它们与商业上成功的日本nori属于同一属，但新西兰紫菜/红藻的商业化程度较低。大多数市售的新西兰紫菜/红藻产品是野生收获的，年产量低且不稳定。随着新西兰政府将海藻水产养殖确定为其蓝色经济发展框架中的一个新兴领域，人们正在努力推进对新西兰紫菜/红藻海藻的生物多样性和养殖技术的理解，以支持水产养殖发展。同时，对物种如Py. cinnamomea, Py. virididentata, Py. plicata和P. GRB复合体的营养研究表明，这些新西兰红藻富含蛋白质（30-35%）、膳食纤维（50%）以及Omega-3脂肪酸和维生素B12等必需微量营养素。
尽管如此，仍需对新西兰紫菜/红藻物种进行进一步表征，以确定商业水产养殖发展的最佳候选物种。其中一个关键的知识差距在于对这些物种有限的生物分子表征，特别是在识别可能有助于健康益处的生物活性蛋白成分方面。弥补这一差距对于产生基于证据的见解，以确定适合海藻养殖和开发高价值功能性食品产品的新西兰紫菜/红藻物种至关重要。因此，本研究旨在表征从南岛东海岸收集的三种新西兰紫菜/红藻物种（Py. virididentata, Py. cinnamomea和P. GRB复合体）的蛋白质组组成，并将其蛋白质组成与商业采购的红藻（Py. seriata）进行比较。特别评估了藻胆蛋白含量，因为这些光捕获蛋白在其他红藻中因其生物活性特性而受到重视。基于蛋白质组学数据，使用计算机模拟分析预测了这些藻胆蛋白的生物活性和致敏性潜力。此外，还分析了氨基酸谱和碳水化合物组成，以更深入地评估新西兰紫菜/红藻海藻作为功能性食品开发来源的适用性。
关键技术方法概述
研究人员从新西兰南岛东海岸三个地点采集了三种新西兰特有紫菜/红藻生物质样本，并通过DNA测序进行了物种鉴定。研究采用了近似成分分析（测定蛋白质、脂肪、灰分、水分、碳水化合物和膳食纤维含量）和氨基酸谱分析。蛋白质组学分析涉及蛋白质提取、滤膜辅助样品制备（FASP）、液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）分析，并使用MaxQuant软件和Bangiaceae蛋白质组数据库进行蛋白质鉴定和定量。生物信息学分析包括基于BIOPEP-UWM数据库的计算机模拟胃肠道消化以预测生物活性肽（如ACE和DPP-IV抑制活性），以及使用AllerCatPro 2.0进行致敏性预测。
物种鉴定与营养成分
物种鉴定确认了三个采样点的优势物种：ōkiwi Bay为Py. virididentata和Py. cinnamomea的混合物，Kaikōura Peninsula为P. GRB复合体（主要为P. GRB 108和P. GRB 287），Roaring Bay为单一的Py. cinnamomea。近似成分分析显示，新西兰紫菜/红藻样本具有高蛋白（26.0%-30.2%）和高碳水化合物（48.3%-50.9%）含量，低脂肪（≤4.0%）和低游离糖，且膳食纤维含量高（总膳食纤维37.0%-43.9%）。氨基酸分析表明，所有样本均含有全部九种必需氨基酸，其中亮氨酸、缬氨酸、苏氨酸和赖氨酸含量较高。值得注意的是，新西兰紫菜/红藻相对富含硫氨基酸（甲硫氨酸+半胱氨酸：29.8-35.6 mg/g蛋白质）和鲜味相关氨基酸（如丙氨酸、谷氨酸、天冬氨酸和甘氨酸），其预测的味觉特征与商业Py. seriata相似。
蛋白质组学分析结果
基于LC-MS/MS的蛋白质组学分析在四个样本中分别鉴定和定量了492至646个蛋白质。主成分分析（PCA）显示，新西兰紫菜/红藻样本与商业Py. seriata样本在蛋白质组分布上存在明显分离，且三个新西兰样本之间也存在差异，尤其是P. GRB复合体与其他样本区分明显。蛋白质按功能分类显示，藻胆蛋白和其他光合作用相关蛋白占总蛋白质组的47%至61.9%，反映了这些蛋白在藻类光自养代谢中的核心作用。具体到藻胆蛋白组成，Py. seriata的藻红蛋白含量显著高于新西兰样本。在新西兰样本中，P. GRB复合体的藻蓝蛋白（包括α和β亚基）含量显著高于其他样本，这可能是其独特颜色的原因。而别藻蓝蛋白在各样本间含量相似。
生物活性和致敏性预测
计算机模拟胃肠道消化预测显示，新西兰紫菜/红藻的藻胆蛋白在消化后可释放出多种具有生物活性的短链肽段（主要为二肽和三肽），主要具有血管紧张素转换酶（ACE）和二肽基肽酶-IV（DPP-IV）抑制活性。例如，从藻蓝蛋白α亚基（cpcA）预测到具有抗氧化活性的肽段（如EL, VY, GSH），从别藻蓝蛋白δ亚基（apcD）预测到可能刺激葡萄糖摄取的肽段（如VL, IL）。分析还发现多个肽段序列（如SF, QY, AL, IR, GW, AF, SY, AY, VY, SL, EK, GL）在其他食物材料中已通过体外实验或动物研究证实具有ACE抑制、DPP-IV抑制或抗氧化活性。致敏性预测表明，藻红蛋白β亚基（cpeB）和藻蓝蛋白β亚基（cpcB）与螺旋藻（Spirulina）来源的β-藻蓝蛋白过敏原具有较高的序列相似性（>93%），可能存在交叉反应风险，但考虑到螺旋藻和nori产品过敏发生率均较低，食用新西兰紫菜/红藻可能不构成显著的致敏风险。
研究结论与意义
本研究首次系统报道了三种新西兰特有紫菜/红藻（Py. virididentata, Py. cinnamomea和P. GRB复合体）的营养成分和蛋白质组学特征。这些海藻具有高蛋白、高膳食纤维、低脂肪和低游离糖的营养特点，其氨基酸谱显示它们是缬氨酸、苏氨酸和色氨酸的良好来源，并且富含硫氨基酸和鲜味氨基酸，营养属性适于功能性食品开发。蛋白质组学分析揭示了物种间及与商业Py. seriata在蛋白质组成，特别是藻胆蛋白组成上的差异。计算机模拟分析预测了其藻胆蛋白来源的肽段具有ACE和DPP-IV抑制等健康促进潜力，且致敏风险可能较低。这些发现为将新西兰紫菜/红藻开发成新型植物蛋白源和功能性食品提供了重要的科学依据和预测框架。未来的研究应侧重于非蛋白质功能成分的表征、蛋白质消化率和肽段生物活性的评估，以及优化提取加工策略以提高生物可利用性，并通过临床研究验证健康声称。该研究有助于推动新西兰海藻水产养殖业的发展，并为其高价值产品开发奠定基础。论文发表于《Future Foods》。
