《LWT》：From brewer’s spent grain protein to edible coatings: Extraction, characterization and application in blueberry preservation
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摘要：啤酒糟（Brewer's spent grain, BSG）是一种富含蛋白质且具有高利用潜力的副产物。本研究开发了一种序贯提取策略（整合酶预处理与超声辅助碱提取）以促进啤酒糟蛋白（BSG protein, BSGP）的高效回收。评估了不同操作参数对提取蛋
摘要：啤酒糟（Brewer's spent grain, BSG）是一种富含蛋白质且具有高利用潜力的副产物。本研究开发了一种序贯提取策略（整合酶预处理与超声辅助碱提取）以促进啤酒糟蛋白（BSG protein, BSGP）的高效回收。评估了不同操作参数对提取蛋白的结构、功能及成膜性能的影响。在最佳提取条件下（pH 12.5碱提取，60 °C，pH 4.0酸沉淀，450 W超声处理30 min，以及内切蛋白酶、β-葡聚糖酶和木聚糖酶的复合酶组合），获得了最高的蛋白得率（78.6%）和纯度（75.0%）。结构表征表明，超声处理改善了疏水性和乳化稳定性，而酶解则增强了溶解性和抗氧化活性。由超声提取的BSGP（S3）制备的可食用膜表面相对更光滑，水蒸气透过率更低，且总酚含量更高。当作为涂层应用时，基于BSGP的薄膜显著降低了蓝莓贮藏期间的失重率、微生物生长和腐烂发生率。
论文解读：啤酒糟蛋白高值化利用及蓝莓保鲜应用研究
本研究聚焦于啤酒酿造工业中产生的主要固体副产物——啤酒糟（Brewer's spent grain, BSG）的高值化利用。BSG富含纤维素、半纤维素、木质素以及15%-25%的蛋白质，传统上主要用作动物饲料或生物气生产，经济价值较低。随着循环生物经济的发展，从BSG中高效提取蛋白质（BSG protein, BSGP）并将其应用于食品领域成为研究热点。然而，现有提取技术面临得率和纯度难以兼得、植物蛋白功能性差（如中性pH下溶解度低、乳化性弱）以及成本过高等挑战。不同于常规思路中对BSG蛋白功能性的“修补”，本研究另辟蹊径，利用其固有的疏水性等特性，将其开发为具有优异阻隔性能的生物活性包装材料，用于易腐水果的采后保鲜。该研究为BSG蛋白在食品工业中的创新应用提供了理论依据，相关成果发表在《LWT》期刊。
关键技术方法
研究人员首先采用序贯提取策略，结合酶预处理（内切蛋白酶、β-葡聚糖酶、木聚糖酶复配）与超声辅助碱提取工艺，优化提取参数以获得高得率、高纯度的BSGP。随后，利用多种表征手段分析蛋白结构（如分子量分布、二级结构、表面疏水性）与功能性质（溶解度、乳化性等）。在此基础上，制备BSGP基复合膜（添加甘油和羟丙基甲基纤维素HPMC），评价其微观结构、接触角、总酚含量（TPC）、DPPH自由基清除活性及水蒸气透过率（WVPR）。最后，将最优配方涂层应用于蓝莓，监测其在常温贮藏下的外观、失重率、菌落总数及腐烂指数（DI）。
研究结果
3.1 BSGP提取参数的优化
通过对碱提温度、pH、酸沉pH、超声时间及功率、酶种类的单因素实验发现，提高提取温度和碱性环境（pH 12.5）能显著增加蛋白得率和纯度，但为避免热变性，选定60 °C为最佳温度。等电点沉淀实验确定pH 4.0为最佳酸沉点。超声辅助（450 W, 30 min）通过空化作用进一步破坏细胞壁，提升提取效率。复合酶（代号543，含蛋白酶、木聚糖酶和β-葡聚糖酶）通过协同降解细胞壁多糖，实现了最高的蛋白纯度（75.0%）和得率（78.6%）。
3.2 不同提取方法对BSGP结构特征的影响
3.2.1 视觉外观与颜色属性
强碱条件（S2, S3, S4）提取的蛋白颜色较深，这归因于木质素（lignin）在高pH下与蛋白共提取且难以分离。
3.2.2 分子量分布
凝胶渗透色谱（GPC）分析显示，温和碱提（S1）保留了较高的分子量（Mw: 27899 Da），而超声（S3）和酶解（S4）导致蛋白链断裂，分子量显著降低（S4的Mw降至12050 Da），表明酶处理引发了广泛的蛋白水解。
3.2.3 二级结构组成
傅里叶变换红外光谱（FTIR）结果表明，高pH（S2）促使蛋白展开，无规卷曲比例增加；超声处理后α-螺旋含量回升；酶解处理（S4）则形成了最有序的二级结构（α-螺旋含量最高，达17.34%）。
3.2.4 表面疏水性与界面行为
超声提取的样品（S3）表现出最高的表面疏水性（H0），源于超声诱导的部分解折叠暴露了疏水残基。
3.2.5 颗粒形态、粒径与电荷特征
动态光散射（DLS）和透射电镜（TEM）显示，S3粒径最大（约280 nm），可能发生了蛋白聚集；S1粒径最小且分散均匀；所有样品ζ-电位无显著差异。
3.3 不同提取方法对BSGP功能特性的影响
3.3.1 不同pH条件下的溶解度
所有样品在pH 4.0附近溶解度最低（等电点）。S1（温和碱提）在中性和碱性条件下溶解度最高，而酶解产物（S4）因产生小分子肽段，在碱性条件下溶解度较高。
3.3.2 乳化特性
S1表现出最佳的乳化活性（EAI），而超声处理的S3虽然乳化活性较低，但因形成较大的聚集体产生了最高的乳化稳定性（ESI）。
3.4 不同提取方法对BSGP基可食用膜性能的影响
扫描电镜（SEM）显示，S3和S4制备的膜表面更光滑致密。接触角测试表明S3和S4膜疏水性更强。抗氧化性分析发现，超声处理虽提高了总酚含量（TPC），但因蛋白聚集屏蔽了活性位点，导致DPPH自由基清除能力下降；而酶解处理（S4）缓解了这一现象。水蒸气透过率（WVPR）测试表明，S3膜具有最低的透湿率，显示出优异的阻隔性能。综合比较，S3（超声辅助提取蛋白）表现出最佳的成膜性能。
3.5 BSGP基可食用涂层对蓝莓采后品质的影响
3.5.1 蓝莓外观
与对照组相比，S3涂层有效维持了蓝莓的感官品质，延缓了皱缩和霉变的发生。
3.5.2 蓝莓失重率
涂层组在第7天的失重率约为21%，显著低于对照组的30%以上，证明涂层有效减少了水分蒸腾。
3.5.3 菌落总数
贮藏7天后，对照组菌落总数超过6.0 log10CFU/g，而涂层组维持在5.0 log10CFU/g以下，表明涂层具有抑菌作用。
3.5.4 腐烂指数
涂层组腐烂发生率极低（约5%），显著优于对照组（超过30%），证实了涂层对微生物侵染的物理屏障作用。
结论与讨论
本研究建立了一种高效的BSGP提取策略，在碱性pH 12.5、60 °C、酸沉pH 4.0、450 W超声处理30 min及复合酶（内切蛋白酶、β-葡聚糖酶、木聚糖酶）协同作用下，实现了78.6%的得率和75.0%的纯度。研究表明，提取条件直接调控蛋白结构：超声处理（S3）增加了蛋白表面疏水性，进而形成表面光滑、阻水性优异的可食用膜；酶辅助提取（S4）则通过可控蛋白水解提高了溶解性和抗氧化能力。在蓝莓保鲜实验中，S3蛋白涂层显著降低了贮藏期间的失重、微生物生长和腐烂发生率，延长了货架期。尽管本研究在感官影响和规模化经济可行性方面尚存局限，但为BSG的高值化利用及植物蛋白结构与功能关系的研究提供了新的视角和可持续策略。
