番茄果渣作为可持续蛋白质来源：通过传统碱性处理、微波处理及超声波辅助方法提取的蛋白质的全面特性分析

《Food Hydrocolloids》：Tomato Pomace as a Sustainable Protein Source: Comprehensive Characterization of Proteins Extracted by Conventional Alkaline, Microwave, and Ultrasound-Assisted Methods

番茄渣蛋白提取方法对比研究显示，微波辅助（MWAE）和超声辅助（USAE）碱提法较传统方法（CAE）缩短提取时间至3和5分钟，蛋白回收率最高达35.40%，且功能特性提升。FTIR证实蛋白二级结构改变，SDS-PAGE显示分子量分布稳定，氨基酸组成相似但含 tryptophan下降。研究为可持续蛋白资源开发提供新路径。

　　

Bodoor Nabil Aljurf | Sara Cutroneo | Kelly Bugatti | Bora Barlas | Amro K.H. Bashir | Serpil Sahin | Halil Mecit Oztop | Tullia Tedeschi

中东技术大学食品工程系，土耳其安卡拉06800

摘要

番茄渣是番茄加工行业的丰富副产品，是可持续食品系统中植物基蛋白质的潜在来源。本研究采用传统的碱性提取（CAE）、微波辅助碱性提取（MWAE）和超声波辅助碱性提取（USAE）方法从番茄渣中提取蛋白质，并从蛋白质含量、回收率、功能特性、结构特征和氨基酸组成等方面比较了这些方法。CAE和MWAE的蛋白质含量无显著差异（p > 0.05），分别为43.59%和44.00%，而USAE的蛋白质含量略低（41.47%）。MWAE通过将提取时间从60分钟缩短至3分钟显著提高了提取效率，USAE则将其缩短至5分钟，同时没有影响蛋白质产量或功能。MWAE的蛋白质回收率最高（35.40%），其次是USAE（30.95%）和CAE（27.66%）。与CAE相比，MWAE和USAE均改善了蛋白质的起泡和乳化能力，且MWAE还具有最高的抗氧化能力。FTIR分析显示，提取过程改变了蛋白质的二级结构，表现为MWAE和USAE的α-螺旋含量减少而β-折叠结构增加，这与观察到的功能增强一致。SDS-PAGE分析表明，所有提取方法的分子量分布相似，表明蛋白质骨架得到了保留。氨基酸分析显示提取物之间的总体特征相似，但超声波辅助提取导致色氨酸含量显著降低，这突显了功能修饰与氨基酸稳定性之间的权衡。总体而言，结果表明MWAE和USAE能够快速高效地从番茄渣中回收蛋白质，同时保持或提高其功能性能，其中MWAE在加工效率、蛋白质质量和营养价值方面提供了最理想的平衡。

引言

农业工业副产品是在食品生产和加工过程中产生的剩余物质。这些副产品在全世界大量产生，通常用作动物饲料或堆肥，但通常被视为废物。预计到2050年，全球食品产量将增加50%，而世界人口将达到约100亿（dos Santos-Silva等人，2024年），这加剧了对可持续蛋白质来源的需求。在循环经济框架下，将农业工业副产品作为食品级原料的二次利用越来越被认为是提高可持续性和食品系统韧性的关键策略。番茄渣是番茄加工的主要固体副产品，用于生产罐装番茄、番茄酱、番茄汁和番茄泥等产品，全球年产量约为900万吨（Liadakis等人，2022年）。番茄渣含有大量的粗蛋白（15.4-24.7%）、膳食纤维（25.4-50%）、粗脂肪（5.4-20.5%）和矿物质（4.4-6.8%）（Del Valle等人，2006年），其中的蛋白质富含必需和非必需氨基酸，包括谷氨酸、天冬氨酸、精氨酸、亮氨酸和甘氨酸（Chabi等人，2024年）。尽管成分有利，但番茄渣在食品级蛋白质生产中的利用仍然不足。蛋白质提取效率直接影响蛋白质产量、纯度、结构完整性、营养价值和功能性能，从而决定了回收蛋白质是否适合食品应用。传统的碱性提取（CAE）因其简单性和低成本而被广泛使用，但通常伴随着较长的处理时间、较高的化学消耗和潜在的蛋白质降解。为了克服这些限制，人们越来越多地探索辅助碱性提取策略以增强传质、缩短处理时间并提高提取效率。在新兴的绿色技术中，微波辅助碱性提取（MWAE）和超声波辅助碱性提取（USAE）是两种最广泛研究的植物蛋白质回收方法（Shawky等人，2025年）。MWAE通过离子传导和偶极旋转产生的快速体积加热加速提取过程，促进细胞壁破裂和蛋白质释放（Hadidi等人，2023年）。USAE通过声空化产生局部剪切力，改善溶剂渗透和细胞基质破裂（Shawky等人，2025年）。这两种技术已成功应用于多种植物基副产品；然而，它们的有效性及其对蛋白质结构和功能的影响很大程度上取决于具体的植物基质。其他新兴提取策略，如深共晶溶剂，虽然有潜力，但在处理复杂基质（如番茄渣）时工业可扩展性较差（Hanafi等人，2024年）。迄今为止，从番茄渣中提取蛋白质主要采用CAE结合等电沉淀法，大多数研究侧重于优化单个提取参数，而不是直接比较不同的提取方法。Meshkani等人（2016年）报道在优化碱性条件下从脱脂番茄渣中回收了35.29%的蛋白质，而Shao等人（2014年）表明工业热处理会影响蛋白质的提取能力。尽管超声波辅助提取已应用于冷压番茄籽粕（?zyurt等人，2021年），但直接与CAE进行对比以及结构和功能分析的有限整合限制了对其实际优势的评估。重要的是，现有研究尚未系统地将提取引起的结构变化与番茄渣蛋白质的功能性能联系起来。特别是，缺乏比较数据来评估MWAE和USAE在不同条件下对提取效率、蛋白质二级结构、分子完整性和应用相关功能特性的影响。据我们所知，尚无研究全面比较使用CAE、MWAE和USAE提取的番茄渣蛋白质，整合提取效率、功能特性、基于FTIR的二级结构分析、SDS-PAGE蛋白质谱型和氨基酸组成。因此，本研究的目的是评估MWAE和USAE是否能够有效且高效地从番茄渣中回收蛋白质，同时保持或提高蛋白质产量、功能性能和氨基酸谱型，与CAE相比。这项工作提供了定量基准数据，并提供了对番茄渣蛋白质在食品应用中价值化的直接相关的结构和功能见解。

材料和化学品

番茄渣来自土耳其布尔萨的Tat G?da公司，该公司是主要的番茄加工企业，作为番茄酱生产的干副产品。使用转子磨机（PULVERISETTE 16；FRITSCH GmbH，Idar-Oberstein，德国）间歇性研磨大量番茄渣，直至获得细小均匀的粉末，以最小化研磨过程中的温度升高。研磨后的材料储存在密封容器中，等待进一步处理。所有化学品...

近似组成

番茄渣的近似组成为：蛋白质13.80±0.24（g/100 g），水分4.55±0.00（g/100 g），灰分4.15±0.33（g/100 g），脂肪6.75±0.26（g/100 g），碳水化合物70.75±1.01（g/100 g）。提取物的近似组成见表S1。 脱脂通常被认为是从高脂肪含量的植物中提取蛋白质的重要步骤，因为脂肪的存在可能会通过形成脂质和蛋白质复合物来影响提取效率（Chen等人）...

结论

本研究证明，辅助碱性提取方法，特别是微波辅助碱性提取（MWAE）和超声波辅助碱性提取（USAE），能够高效地从番茄渣中回收功能性蛋白质，同时显著缩短处理时间，相比传统的碱性提取（CAE）。通过整合提取性能、功能特性、结构表征和氨基酸组成，本研究提供了定量数据...

作者贡献声明

Tullia Tedeschi：写作 – 审稿与编辑。 Halil Mecit Oztop：写作 – 审稿与编辑、监督、资源管理、项目管理、概念构思。 Serpil Sahin：写作 – 审稿与编辑、监督、资源管理、项目管理、概念构思。 Amro K. H. Bashir：方法学。 Bodoor Nabil Aljurf：写作 – 初稿撰写、验证、方法学、研究、概念构思。 Bora Barlas：方法学。 Kelly Bugatti：写作 – 初稿撰写、方法学。 Sara Cutroneo：

未引用的参考文献

Jiang等人，2014年；Mohamad Meshkani等人，2016年；P. A. Silva等人，2019年；Silva等人，2023年；Wang等人，2014年；Xu等人，2023年。

资助

本研究获得了欧盟“Horizon 2020-PRIMA”第一阶段计划（项目编号2232，ProxIMed）的资助。

利益冲突声明

作者声明没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

特别感谢土耳其的Tat G?da A.?.公司提供用于本研究的番茄渣样本。