酶法提取提升麦麸蛋白与抗氧化化合物回收率：绿色工艺优化与功能特性研究

本研究针对麦麸资源浪费问题，通过酶辅助提取工艺（EAEP）优化蛋白质与抗氧化化合物回收。采用Box-Behnken设计（BBD）和响应面法（RSM）分析酶浓度、温度和时间对提取效果的影响，发现EAEP显著提高蛋白质得率（达53.9%）和抗氧化活性（达38.2%），并改善功能特性（如WHC、OHC和乳化稳定性），为麦麸高值化利用和食品工业可持续开发提供技术支撑。

　　

麦麸作为谷物加工的主要副产物，富含蛋白质、膳食纤维和抗氧化化合物，但长期以来多被废弃或仅用作饲料，造成资源浪费。随着全球人口增长、气候变化和耕地减少，如何高效利用农业副产物已成为食品工业可持续发展的重要课题。传统提取方法（如碱提酸沉法）虽能回收部分蛋白质，但易导致营养品质下降、形成不可消化聚集体，且高纤维含量与蛋白质的紧密结合进一步限制了提取效率。

为此，研究人员探索环境友好的绿色提取技术，其中酶辅助提取工艺（Enzyme-Assisted Extraction Process, EAEP）因条件温和、特异性强和可持续性高等优势备受关注。本研究以麦麸为对象，系统比较水提法（Aqueous Extraction Process, AEP）和EAEP对蛋白质及抗氧化化合物回收的影响，并通过实验设计优化工艺参数，评估提取物的功能特性，为麦麸高值化利用提供新策略。相关研究成果发表于《LWT - Food Science and Technology》。

研究采用Box-Behnken设计（Box-Behnken Design, BBD）结合响应面法（Response Surface Methodology, RSM），以酶浓度（E/S ratio, U/g）、温度（°C）和时间（min）为自变量，蛋白质得率、水解度（Degree of Hydrolysis, DH%）、ABTS自由基清除活性和Zeta电位为因变量，构建数学模型并优化条件。通过测定水合能力（Water Holding Capacity, WHC）、油持能力（Oil Holding Capacity, OHC）、乳化活性（Emulsifying Activity Index, EAI）和乳化稳定性（Emulsion Stability Index, ESI）等功能指标，以及SDS-PAGE电泳分析蛋白组成，全面评价提取物的应用潜力。

3.1. Box Behnken design (BBD) 和响应面分析

通过BBD设计17组实验（含5个中心点重复），发现所有自变量均显著影响因变量（p < 0.001）。酶浓度和温度对蛋白质得率和水解度影响最为显著，而时间和温度的交互作用（BC）对多项指标均有显著影响。模型拟合优度高（R2调整值均＞0.76），验证了RSM在优化酶解过程中的可靠性。

3.2. 蛋白质得率

EAEP显著提高蛋白质得率（17.86–53.89%），最高值出现在1500 U/g、40 min、30°C条件下（Run 10）。酶浓度增加促进细胞壁破裂和蛋白释放，但过高浓度（如＞1500 U/g）可能导致竞争性抑制或过度水解，反而降低得率。与传统水提法（15.23%）和碱提法（64.93%）相比，EAEP在温和条件下实现了高效提取，避免了强碱对蛋白结构的破坏。

3.3. 水解度（DH%）

DH%范围22.93–48.83%，最高值出现在1500 U/g、40 min、25°C（Run 15）。酶浓度和温度升高促进肽键断裂，但过度水解（DH＞25%）可能影响功能特性和感官品质。适中DH（10–25%）有助于改善乳化、发泡等功能性质，并增强生物活性（如抗氧化、抗高血压）。

3.4. ABTS自由基清除活性

EAEP提取物抗氧化活性最高达36.94%（Run 17，1000 U/g、20 min、20°C），显著高于碱提法（21.8%）。中等水解程度（DH≈20–25%）产生的短肽链更易与自由基反应，而过度水解则因疏水性和立体阻碍降低活性。

3.5. Zeta电位

所有提取物Zeta电位为负值（-6.37至-12.83 mV），表明胶体稳定性良好。酶解增加表面负电荷，增强静电斥力，从而提高溶解性和稳定性，与乳清蛋白水解物报道一致。

3.6. 优化条件验证与功能特性

通过多目标优化获得三组最佳条件：Op1（500 U/g, 40 min, 30°C）、Op2（1000 U/g, 20 min, 20°C）和Op3（1500 U/g, 40 min, 30°C）。验证实验显示预测值与实测值高度吻合（误差＜5%）。功能特性分析表明，酶解显著提升WHC（最高1.30 g/g）和OHC（最高5.93 g/g），但过度水解（Op3）导致OHC下降。乳化活性（EAI）随水解度增加而降低，而乳化稳定性（ESI）在Op2条件下最高（61.03 min），说明中等水解程度最利于乳液长期稳定。

3.7. SDS-PAGE蛋白组成分析

电泳结果显示，酶解后高分子量蛋白条带（＞37 kDa）减少，低分子量片段（＜20 kDa）增加，证实水解有效。Op3样品中低分子量肽段积累最多，与高DH%值一致，且可能包含生物活性肽。

3.8. 研究意义与局限性

本研究证实EAEP是一种高效、可持续的麦麸增值技术，不仅能显著提高蛋白质和抗氧化化合物的回收率，还能通过调控水解度优化功能特性，适用于食品工业中蛋白浓缩物、乳化剂和功能性添加剂的生产。然而，研究仍局限于实验室规模，未涉及中试放大、感官评价和保质期测试，未来需进一步探索工业应用的可行性和安全性。

总之，酶辅助提取工艺为麦麸资源化提供了绿色解决方案，有望推动谷物加工副产物在循环经济模式下的高值利用，减少废弃物产生并提升产业链可持续性。