发酵技术对比研究：微波凝固与微生物发酵对野豌豆-小黑麦混合物体叶蛋白浓缩物营养成分的差异化影响

《Food Chemistry: X》：Leaf protein concentrate as a nutrient-dense protein source from vetch and triticale mixture: A comparative analysis of fermentation techniques

本研究针对传统蛋白质来源的环境压力，创新性地比较微波凝固(MWC)与三种发酵工艺(LAF/LBF/YLBF)对野豌豆-小黑麦混合物体叶蛋白浓缩物(LPC)的提取效果。研究发现MWC法获得更高蛋白含量(44.78 m/m%)，而发酵法LPC则富含必需氨基酸(甲硫氨酸、异亮氨酸)和类黄酮苷元(木犀草素达304.1 μg·g?1)，显著提升LPC的生物利用度。该研究为可持续蛋白质资源开发提供了重要的工艺优化依据。

　　

随着全球人口持续增长和饮食结构变化，传统动物蛋白生产正面临严峻的资源环境挑战。据联合国粮农组织报告，畜牧业消耗了全球约70%的农业资源，而饲料蛋白质转化为可食肉类的效率仅4%。这种低效转化不仅加剧了粮食安全压力，更导致温室气体排放、水资源污染等系列环境问题。在此背景下，开发可持续的替代蛋白质来源已成为食品科学领域的迫切任务。

叶片蛋白质因其高产量和良好氨基酸谱，早在上世纪60年代就被视为潜力巨大的替代蛋白源。其中，叶蛋白浓缩物（LPC）技术通过机械压榨绿色植物汁液，从中提取可溶性蛋白质，形成营养密集的蛋白产品。然而，不同提取工艺对蛋白质得率、氨基酸组成及生物活性成分的影响存在显著差异，这直接关系到LPC的最终营养价值和应用前景。

近日发表于《Food Chemistry: X》的研究论文，由匈牙利德布勒森大学农业与食品科学学院团队主导，系统比较了微波凝固（MWC）与三种发酵工艺（乳酸发酵LAF、乳酸杆菌发酵LBF、酵母-乳酸杆菌联合发酵YLBF）对野豌豆-小黑麦混合物LPC营养成分的差异化影响。这项研究不仅为绿色生物精炼（Green Biorefinery）提供了工艺优化方案，更揭示了发酵技术在提升植物蛋白营养价值方面的独特优势。

研究人员采用随机完全区组设计（RCBD）进行田间试验，于2022年10月播种野豌豆与小黑麦混合作物（4:1比例），次年5月收获新鲜生物质。通过双螺杆榨汁机提取绿色汁液（GJ）后，分别应用四种蛋白质沉淀技术：MWC对照组（80°C微波处理）、LAF（添加1 M乳酸厌氧发酵48小时）、LBF（接种乳酸杆菌菌剂）、YLBF（复合微生物接种）。采用杜马斯定氮法、UHPLC氨基酸分析、SDS-PAGE蛋白质电泳及Orbitrap质谱联用技术，全面评估了LPC的蛋白质含量、氨基酸组成、蛋白质表达谱及植物化学成分。

3.1 加工绿色生物质组分的得率和特性

混合作物鲜重产量达34.2吨/公顷，压榨后纤维与GJ比率分别为18%和82%。MWC和LAF处理的LPC得率最高（11-12%），而YLBF仅6%。发酵过程使棕色汁液（BJ）pH值从5.80降至4.0以下，显著提升储存稳定性。电导率（EC）值维持在11.76-12.28 mS·cm^?1，表明矿物质溶出稳定。

3.2 LPC中蛋白质的定量和定性分析

GJ初始粗蛋白含量为26.02 m/m%，经MWC处理后提升至44.78 m/m%，显著高于发酵组（35.14-38.50 m/m%）。氨基酸分析显示，MWC-LPC总氨基酸含量达31.462 g/100g，富含亮氨酸（3.244 g/100g）和精氨酸（2.355 g/100g）；而YLBF-LPC则呈现更高的谷氨酸（3.119 g/100g）和异亮氨酸（1.676 g/100g）。SDS-PAGE图谱证实发酵LPC含有更多可溶性蛋白条带，尤其是Rubisco大亚基（55 kDa）和小亚基（14 kDa），表明发酵处理更好地保留了蛋白质的天然构象。

3.3 LPC中植物化学物质的定量分析

总多酚（TPC）和总黄酮（TFC）含量在发酵LPC中显著提升，YLBF组分别达305 μg·g^?1和149 μg·g^?1。发酵工艺有效促进黄酮苷元转化，木犀草素（luteolin）含量提升至304.1 μg·g^?1，金圣草黄素（chrysoeriol）达285.5 μg·g^?1。同时，阿魏酸（ferulic acid）在LAF-LPC中浓度达33.1 μg·g^?1，展现优异抗氧化潜力。氯ogenic酸异构体分析显示，发酵处理促使3-咖啡酰奎尼酸（3-CQA）向生物利用度更高的异构体转化。

3.4 GJ中维生素的定量分析

核黄素（riboflavin）在发酵LPC中稳定维持在9.3-10.0 μg·g^?1，烟酰胺（nicotinamide）在YLBF-LPC中达5.8 μg·g^?1，表明发酵过程有效保留了热敏性维生素。

研究结论表明，虽然MWC在蛋白质得率方面具有优势，但发酵法LPC在营养品质方面展现独特价值：其一，发酵促使黄酮类化合物转化为生物利用度更高的苷元形式；其二，微生物代谢丰富了必需氨基酸谱，特别是甲硫氨酸（methionine）和异亮氨酸（isoleucine）含量显著提升；其三，发酵过程生成的有机酸（如乳酸）增强了蛋白质消化利用率。值得注意的是，LBF和YLBF工艺在保留生物活性成分方面表现尤为突出。

该研究的创新性在于系统揭示了不同提取工艺对LPC营养成分的定向调控作用：MWC适用于高蛋白得率需求场景，而发酵技术更适用于功能性食品开发。此外，研究建立的野豌豆-小黑麦混合栽培模式，为低投入农业系统下的蛋白质资源开发提供了可行方案。未来研究可进一步优化发酵菌种组合，并探索LPC在特定人群营养干预中的应用潜力，为可持续食品体系建设提供技术支撑。