氨基功能化的磁性珠子，用于可食用和药用真菌中多糖的绿色且选择性脱蛋白

《International Journal of Biological Macromolecules》：Amino-functionalized magnetic beads for green and selective deproteinization of polysaccharides from edible and medicinal fungi

高效环保的真菌多糖脱蛋白化方法研究，利用氨基功能化磁珠（Fe3O4–NH2和Fe3O4@SiO2–NH2）实现蛋白高效去除与多糖结构完整性保持，结合Sevag循环提升效率至94.7%-96.3%，多糖回收率≥88%，磁珠可循环使用10次以上。

　　在现代生物技术与医药研究领域，从可食用和药用真菌中提取高纯度多糖已成为一个重要的研究方向。这类多糖因其独特的生物活性，如免疫调节、抗氧化、抗病毒、抗抑郁、益生元作用以及代谢调节等，而备受关注。然而，多糖的提取与纯化过程中，蛋白质的去除是一个关键且具有挑战性的步骤。由于蛋白质和多糖在结构和化学性质上存在一定的相似性，传统的去蛋白方法往往难以实现高效且无损的分离，从而影响了最终产品的质量和应用潜力。

本研究提出了一种基于氨基功能化磁珠的新型去蛋白方法，旨在解决上述问题。通过合成并系统表征Fe?O?–NH?和Fe?O?@SiO?–NH?等磁珠材料，研究团队探索了其在去除可食用和药用真菌多糖中的蛋白质成分方面的性能。实验结果表明，在优化条件下，这两种磁珠的去蛋白效率分别达到了80.9%和83.1%，同时多糖回收率均超过了83%。进一步结合Sevag方法进行两次循环处理后，去蛋白效率显著提升至94.7%–96.3%，而多糖回收率仍保持在88%以上。这表明，磁珠法不仅能够有效去除蛋白质，还能够最大限度地保留多糖的结构完整性。

磁珠法的去蛋白过程表现出自发性和吸热性，其吸附动力学符合准二级动力学模型。这意味着在吸附过程中，磁珠与蛋白质之间的相互作用可能涉及化学键的形成，而非单纯的物理吸附。此外，这两种磁珠材料在经历了十次吸附-解吸循环后，仍能保持超过84%的初始吸附效率，显示出良好的可重复使用性。这一特性对于大规模工业应用尤为重要，因为它不仅降低了成本，还减少了对环境的负担。

在不同的真菌基质中，磁珠法的去蛋白效率存在差异。研究发现，细胞外多糖的去蛋白率高于菌体多糖，这可能与细胞外多糖的结构特性、蛋白质的分布情况以及吸附位点的可及性有关。这种基质依赖性的吸附行为表明，磁珠法在不同来源的多糖提取中需要进行适当的优化和调整。然而，总体而言，磁珠法在去除蛋白质的同时，对多糖结构的破坏较小，能够有效保留其生物活性。

相比之下，传统的去蛋白方法，如Sevag法和中性蛋白酶消化法，虽然在某些情况下具有一定的效果，但它们也伴随着诸多问题。Sevag法依赖于有机溶剂的使用，如氯仿和正丁醇，这不仅增加了操作的复杂性，还对环境和人体健康构成了潜在威胁。此外，该方法需要剧烈的机械搅拌，可能导致多糖链的断裂，进而影响其结构完整性和功能特性。而中性蛋白酶法虽然在温和的水性条件下进行，能够避免有机溶剂的使用，但其操作条件的选择和优化较为复杂，且酶的成本较高，限制了其在工业化生产中的应用。

近年来，磁性微球因其高吸附特异性、便捷的磁分离技术和出色的可重复使用性，在生物大分子的纯化中展现出广阔的应用前景。这些磁性材料已被成功应用于蛋白质的选择性分离、酶类如漆酶和血红蛋白的提取以及硫酸化多糖的纯化等领域。例如，氨基功能化的Fe?O?磁珠通过静电相互作用，能够高效吸附蛋白质，从而提供了一种快速且可再生的分离平台。此外，基于壳聚糖的磁性微球在海洋硫酸化多糖的纯化中也取得了显著成效，实现了高回收率和低结构损伤。

尽管磁性微球在生物分子纯化中展现出诸多优势，但其在可食用和药用真菌多糖去蛋白中的系统应用仍处于初步探索阶段。目前的研究主要集中在开发具有特定电荷或疏水基团的功能化磁珠，以实现对多糖溶液中残留蛋白质的选择性吸附。然而，即便在去蛋白效率较高的情况下，多糖的损失仍是一个值得关注的问题。因此，如何在去蛋白率和多糖损失率之间取得更好的平衡，成为磁珠法进一步优化的关键。

本研究通过合成和系统表征多种磁珠材料，包括Fe?O?–NH?、Fe?O?@SiO?–NH?、Fe?O?@Agarose–NH?和Fe?O?@PDA纳米复合材料，全面评估了它们在去除真菌多糖中蛋白质方面的性能。实验结果表明，Fe?O?–NH?和Fe?O?@SiO?–NH?这两种磁珠材料在去蛋白和多糖回收方面表现出优异的性能，特别是在优化了pH值、磁珠用量、吸附时间和温度等关键参数后，能够实现高效的蛋白质去除和多糖保留。此外，这些磁珠材料在吸附-解吸循环中展现出良好的稳定性，其吸附效率在十次循环后仍能保持在84%以上，这为磁珠法在大规模工业应用中的可行性提供了有力支持。

从机制角度来看，磁珠法的去蛋白过程涉及复杂的表面化学相互作用。氨基功能化的磁珠表面能够通过静电吸附作用与蛋白质分子结合，从而实现其选择性去除。这一特性使得磁珠法能够在不破坏多糖结构的前提下，高效去除蛋白质。此外，磁珠的可重复使用性使其成为一种可持续的分离技术，符合绿色化学的原则。与传统的有机溶剂法相比，磁珠法不仅减少了有害物质的使用，还降低了能耗和环境污染的风险，为生物大分子的纯化提供了一种更加环保的解决方案。

在实际应用中，磁珠法的优势尤为突出。它能够避免有机溶剂的使用，减少对环境的污染，同时也能有效防止多糖链的断裂，保持其结构和功能的完整性。此外，磁珠的磁分离特性使得操作过程更加简便，无需复杂的离心或过滤步骤，从而提高了工作效率。对于需要进行多次处理的多糖提取，磁珠法的可再生性也使其成为一种经济且可持续的选择。

然而，磁珠法在实际应用中仍面临一些挑战。例如，磁珠的表面化学性质需要根据目标多糖的特性进行适当调整，以确保其吸附效率和选择性。此外，吸附-解吸条件的优化对于实现最佳的去蛋白效果至关重要，这可能需要通过实验进行多次调整和验证。因此，开发更加智能化的磁珠材料和优化吸附条件，将是未来研究的重要方向。

总的来说，本研究提出了一种基于氨基功能化磁珠的绿色高效去蛋白方法，为可食用和药用真菌多糖的纯化提供了一种新的解决方案。通过系统的实验和分析，研究团队不仅验证了磁珠法在去蛋白和多糖回收方面的优越性，还揭示了其在不同基质中的吸附行为差异。这一成果不仅有助于推动多糖的结构和功能研究，也为工业生产中的高纯度多糖提取提供了可行的技术路径。随着对磁珠材料研究的深入，未来有望开发出更加高效、环保和经济的去蛋白技术，进一步拓展其在生物技术和医药领域的应用前景。