《Food Chemistry》：High-pressure treatment unlocks the emulsification potential of
Desmodesmus protein extract for stable high internal phase emulsions
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该研究系统评估了微藻Desmodesmus sp. QL96粗蛋白提取物（DPE）经高压处理（200/400MPa）后作为高内相乳液（HIPEs）稳定剂的性能。结果表明，200MPa处理的DPE（DPE-200）因可控的蛋白质构象转变（β-折叠含量提升、疏水性增强）和更优的界面吸附动力学，其稳定HIPEs的弹性模量提高，长期存储稳定性显著优于未经处理DPE及乳清蛋白（WP）体系。首次揭示了高压处理对微藻蛋白界面特性及HIPEs功能性的调控机制。
夏伟伟|韩志平|杨子音|金蓓|刘娟|蔡丹薇|杨凌环|叶斌
岭南师范学院食品科学与工程学院，中国湛江524048
摘要
我们团队先前分离并表征的一种新型微藻株Desmodesmus sp. QL96（DPE）的粗蛋白提取物表现出良好的抗氧化和乳化性能。本研究探讨了其作为高内相乳液（HIPEs）可持续稳定剂的潜力，重点研究了在200 MPa或400 MPa高压处理下，其与乳清蛋白（WP）相比界面特性的变化。200 MPa的适度处理导致蛋白质有序展开，使得颗粒大小减小（235.2 nm），表面疏水性增强，润湿性提高（74.9°）。这些结构变化促进了更具粘弹性的界面膜的形成，并增加了β-折叠片的含量。与WP相比，经过200 MPa处理的DPE（DPE-200）表现出更好的界面吸附动力学和更低的界面张力。因此，由DPE-200稳定的HIPEs具有更高的弹性模量，并且在长期储存中的稳定性显著优于DPE、经过400 MPa处理的DPE（DPE-400）以及由WP稳定的HIPEs。
引言
高内相乳液（HIPEs）的特点是内相体积占比超过74%，作为减少脂肪和传递生物活性物质的载体越来越受到关注，但其性能严重依赖于坚固的食品级界面稳定剂（Yang等人，2025年）。蛋白质通过在油水界面吸附来降低界面张力并防止聚集，在乳液的形成和稳定中起着关键作用（Zhu等人，2024年）。微藻来源的蛋白质因其高生物活性、高营养价值、优异的功能特性和环保性而备受关注。特别是富含蛋白质的微藻颗粒，由于具有两亲性和优异的表面活性，近年来被积极研究作为Pickering乳化剂（Bhatnagar等人，2024年）。然而，微藻坚硬且厚实的细胞壁给微藻蛋白质的有效提取和利用带来了挑战（Khalid等人，2025年）。为了克服这些挑战，已经开发了多种方法，包括酶水解（EH）、超声波处理（US）和高压处理（HP）来提高蛋白质的产量和功能性。酶水解可能成本较高且具有酶特异性，超声波处理能耗高且对富含纤维素的细胞壁效果较差，而可扩展且非热的高压处理在化合物释放方面可能缺乏选择性（Costa等人，2024年；Giannoglou等人，2023年；Yang等人，2024年）。重要的是，高压处理不仅有助于细胞破裂，还会诱导蛋白质构象变化，从而调节其乳化和凝胶化性能，使其成为调整食品配方中提取物功能性的有力工具（Ahmed等人，2025年）。因此，除了高效提取外，进一步增强释放的微藻蛋白质的界面功能对于充分发挥其在高性能乳液系统（如HIPEs）中的潜力至关重要。
由于微藻蛋白质天然的聚集结构，其在先进乳液系统中的应用面临挑战，这导致颗粒较大、溶解度降低和乳化性能下降（Ma等人，2025年）。多项研究表明，优化的提取和修饰方法（如碱性/酶处理）可以显著提高微藻蛋白质的界面性能，使其达到或超过传统植物蛋白质的水平（Amiri等人，2024年；Guo等人，2024年；Ng等人，2024年）。某些微藻蛋白质，如来自Tetradesmus obliquus和Euglena gracilis的蛋白质，表现出强大的乳化能力，其性能与其内在结构特性（包括疏水性和二级构象）密切相关（Hong等人，2024年；Lima等人，2023年）。先前的研究表明，多轮处理可以诱导结构转变（例如增加β-折叠片含量），从而增强乳化效果（Sow & Du，2024年），并且400至800巴的压力范围可以增强Auxenochlorella pyrenoidosa蛋白质的持油能力和疏水结构的暴露（Katsimichas等人，2025年）。然而，高压处理如何调节这类粗蛋白提取物的整体物理化学和界面特性，以及它们在形成和稳定高内相乳液（HIPEs）方面的效果，尚未得到系统研究。
Desmodesmus因其丰富的生物活性化合物（包括蛋白质、多糖、叶绿素和不饱和脂肪酸）而被认为是一种有前景的原料，这些化合物具有多种生物活性（Sarkar等人，2025年）。我们团队先前分离并表征的Desmodesmus sp. QL96株特别引人注目，因为它含有高达约70%的蛋白质和出色的抗氧化活性（Han等人，2022年）。然而，关于Desmodesmus蛋白质的乳化性能及其在HIPEs中的应用的研究仍然很少。值得注意的是，几乎没有关于通过高压处理调节Desmodesmus蛋白质界面特性的研究。因此，在本研究中，乳清蛋白（WP）被用作对照样本，以评估高压处理后的Desmodesmus蛋白质提取物（DPE）的功能性能。WP由于其优异的表面活性、凝胶能力和两亲性结构，已被证明是HIPE系统中常用低分子量表面活性剂的替代品（Zhou等人，2023年）。因此，本研究探讨了200 MPa和400 MPa的高压处理是否能够改善由DPE稳定的HIPEs的界面行为和耐受性（包括冻融循环抵抗性和长期储存稳定性）。此外，还分析了这些由DPE稳定的HIPEs的结构和流变特性，并与WP稳定的HIPEs进行了比较，以全面评估在不同高压条件下的乳化性能。
材料
Desmodesmus生物质根据我们之前的研究方法培养并喷雾干燥成粉末形式（Han等人，2022年）。BCA蛋白质测定试剂盒购自北京Solarbio科技有限公司（中国北京）。电泳凝胶、Coomassie blue快速染色溶液和分子量标记物购自Beyo-time Biotechnology有限公司（中国上海）。玉米油从当地市场购买。n-己烷由中国国药化学试剂有限公司提供。
高压处理对DPE的构象修饰
全面评估了高压（HP）对DPE结构特性的影响。SDS-PAGE显示，天然DPE（第4条泳道）含有大约120、80、38和17 kDa的主要条带，以及60–70 kDa区域的一组条带。高压处理显著减弱了高分子量条带（60–120 kDa），这与解聚或蛋白水解有关。DPE-400的SDS-PAGE谱显示高分子量条带减弱，同时出现了一个微弱的约48 kDa片段，表明
结论
研究表明，200 MPa的适度高压处理通过控制蛋白质有序展开有效修饰了DPE，这一点通过200 MPa与400 MPa条件下的比较分析得到了证实。这种处理不仅显著增强了界面活性，还引起了结构变化，包括β-折叠片含量的增加、自由巯基（-SH）团的暴露以及颗粒大小的减小。这些结构修饰协同提高了两亲性，加速了扩散
CRediT作者贡献声明
夏伟伟：撰写——原始草稿、方法论、概念化。韩志平：监督、资源提供、数据分析。杨子音：可视化、实验设计、数据分析。金蓓：撰写——审稿与编辑、项目管理、资金筹集。刘娟：软件使用、方法论、数据分析。蔡丹薇：验证、软件使用、实验设计。杨凌环：验证、方法论、数据分析。叶斌：软件使用、数据分析。
写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明
在准备本工作时，作者使用了生成式AI（ERNIE Bot）来提高手稿的可读性和语言表达。使用该工具后，作者根据需要审查和编辑了内容，并对发表文章的内容负全责。
未引用的参考文献
Hong等人，2025
Hong, Kong, Chen, Guo和Huang，2025
Wang等人，2024
Wang等人，2025
Wang等人，2024
Wang, Ma, Li, Wang和Yang，2025
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本工作得到了广东省基础与应用基础研究基金会（2023A1515012184）和广东省“攀登高峰”计划（pdjh2024b243）的支持。
