利用深共晶溶剂从辣木（Moringa oleifera）种子中提取蛋白质的方法改进：机制解析与蛋白质特性研究

《Food Hydrocolloids》：Improved protein extraction from Moringa oleifera seeds using deep eutectic solvents: Mechanistic insights and protein characterization

本研究首次系统对比了传统提取方法与深共熔溶剂（DES）在莫洛科亚种子蛋白提取中的应用。通过分子动力学模拟发现，ChCl-MA?和ChCl-U两种DES系统提取效率分别达31.415%和31.945%，其氢键网络显著降低RMSD（1.18-1.21 nm）、SASA（1585-1632 ?2）和Rg（4.12-4.15 nm）值，表明DES能通过氢键稳定蛋白质结构。但DES提取蛋白表面疏水性较低（2000-4000），溶解性差（40%-50%），虽泡沫能力优异（57.333%），但乳化性能不足（3.464-1.584 m2/g）。DES作为绿色高效提取方法，为高质蛋白生产提供了新思路，但需优化功能特性。

　　

王朗|费涛|李翔|孙勤|刘晓泽|王璐

海南大学食品科学与工程学院，中国海口570228

摘要

本研究采用新型绿色溶剂——深度共晶溶剂（DES）从辣木（Moringa oleifera）种子中提取蛋白质。两种DES体系，即氯化胆碱-苹果酸（ChCl-MA₂）和氯化胆碱-尿素（ChCl-U），显示出最高的蛋白质提取效率，分别达到31.415%和31.945%。分子动力学（MD）模拟结果显示，这些DES体系具有更小的均方根偏差（RMSD）、溶剂可及表面积（SASA）和回转半径（Rg），并且形成了大量的氢键。DES提取效率的提高归因于分子间氢键的形成。氢键和疏水相互作用促进了蛋白质的聚集，从而稳定了蛋白质结构并保持了其完整性。光谱分析进一步表明，用DES提取的蛋白质具有更稳定和有序的结构。然而，DES提取的蛋白质表面疏水性较低（2000-4000），溶解度也降低了（40%-50%），这显著影响了其功能特性。尽管DES处理的蛋白质具有更好的起泡能力（57.333%），但其乳化性能（分别为3.464 m²/g和1.584 m²/g）相对不理想。总之，DES是一种有前景的绿色高效蛋白质提取方法。本研究为DES介导的蛋白质提取提供了有价值的见解，并为从辣木种子中高效提取高质量蛋白质提供了指导。

引言

Moringa oleifera L.属于辣木科（Moringaceae），是一种多年生植物，在印度西北部次大陆被广泛种植，也是南亚和东亚的典型物种。它是一种具有显著营养和药用价值的蔬菜植物（Kumar等人，2022年）。研究表明，Moringa oleifera种子粉含有大量高质量蛋白质，包含所有必需氨基酸，并具有平衡的氨基酸组成。这一特性使其成为功能性蛋白质分离物和多种生物活性肽的理想来源（Aluko & Aderinola，2021年；Chandrashekar, Vijayakumar, Chelliah, & Oh，2020年；Chen, Li, Xu, & Xie，2025年）。传统的碱性提取方法不仅提取率低，还会容易破坏Moringa oleifera种子蛋白（MSP）的营养价值（Jahan, Ashfaq, Ul Islam, Younis, & Yousuf，2022年）。目前，提取MSP的主要方法是盐提取（Jain, Subramanian, Manohar, & Radha，2019年）。然而，随着生产和研究的需求增加，传统溶剂体系难以同时实现生产效率、安全性和可持续性（Yu, Xue, & Mu，2022年）。在过去十年中，人们对环保和生物来源的溶剂越来越感兴趣。随着对MSP的营养特性和潜在功能及生物活性的进一步探索（Chen等人，2025年；Ren等人，2025年；Tabassum等人，2025年），如何尽可能高效和完全地获取高质量的Moringa oleifera蛋白质已成为一个关键问题。因此，探索创新和环保的蛋白质提取方法至关重要。

深度共晶溶剂（DES）作为一种有前景的绿色溶剂，已被用于提取多种生物营养物质（Li等人，2025a；Li等人，2024年），特别是生物大分子如多糖和蛋白质（Gao等人，2024年；Meng等人，2023年）。通常，DES是通过以特定摩尔比加热氢键供体（HBD）和氢键受体（HBA）的混合物来制备的，从而形成一种独特的氢键网络，能够有效捕获蛋白质分子。这种提取过程通过聚集、疏水相互作用和盐析效应进行，不会破坏化学键，有助于延缓蛋白质变性并保持其结构完整性（Wang等人，2025a）。许多研究表明，用DES提取的蛋白质比传统方法提取的蛋白质具有更高的结构完整性和更好的功能特性，这突显了DES作为可持续植物蛋白生产替代品的巨大潜力（Arulrajah, Qoms, Ibadullah, & Saari，2025年；Hewage等人，2024年；Karimi, Bhowmik, Yang, Samaranayaka, & Chen，2024年）。此外，分子动力学（MD）模拟为阐明原子尺度上的热力学和传输行为提供了有力工具，提供了高分辨率的空间和时间洞察力，这些现象通常难以通过实验观察到。因此，将实验数据与理论建模相结合可以大大增强我们对DES形成及其蛋白质提取机制的理解（Bittner, Smirnova, & Jakobtorweihen，2024年）。

在本研究中，首次使用基于DES的绿色提取剂从Moringa oleifera种子中提取蛋白质。首先，从十一种候选溶剂中根据提取效率选择了两种提取率最高的DES：氯化胆碱：苹果酸（ChCl:MA₂）和氯化胆碱：尿素（ChCl:U）。然后，利用MD模拟在原子水平上揭示了提取过程中溶剂对蛋白质结构的影响。最后，从结构和功能特性等多个方面比较了用DES和传统提取方法从Moringa oleifera种子中提取的蛋白质的差异。通过结合实验结果和模拟建模，本研究深入探讨了Moringa种子蛋白质及其在食品工业中的潜在用途。

材料

氯化胆碱（ChCl）、DL-苹果酸（MA）、2-巯基乙醇和邻苯二醛（OPA）购自上海麦克林生化技术有限公司（中国上海）。尿素（U）、氯化钠（NaCl）、硫酸铵（(NH₄)₂SO₄）、石油醚（沸点范围：60–90 °C）、十二烷基硫酸钠（SDS）、D-葡萄糖（Glu）、柠檬酸（CA）和氢氧化钠（NaOH）购自喜龙科技有限公司（中国广东）。中链甘油三酯（MCT）、胃蛋白酶（来自

使用不同溶剂提取MSP的效率比较

根据以往的研究，我们使用氯化胆碱（ChCl）作为HBA，并结合几种不同的物质作为HBD，制备了11种DES用于提取MSP。提取效率如图1A所示。结果表明，DES-2和DES-11表现出最高的蛋白质提取效率，分别对应于ChCl:MA₂和ChCl:U。作为一种绿色且经济高效的新型溶剂，DES具有高提取效率和可回收性

结论

本研究首次系统地比较了传统蛋白质提取方法与环保替代品DES。一方面，DES通过破坏蛋白质内的分子间氢键并形成分子间氢键来提高蛋白质的提取效率；另一方面，它通过形成蛋白质聚集体来稳定蛋白质结构。与传统方法相比，DES具有以下优势：

CRediT作者贡献声明

王朗：撰写——原始草稿、可视化、验证、软件使用、资源获取、方法论设计、实验研究。王璐：撰写——审稿与编辑、验证、项目监督、资金筹集、概念构思。李翔：可视化、软件使用、资源管理、数据整理。费涛：撰写——原始草稿、可视化、软件使用、数据整理。刘晓泽：可视化、软件使用、资源管理、数据整理。孙勤：软件使用、资源管理、实验研究

未引用参考文献

Patra和AuthorAnonymous，2025年；Tang等人，2021年。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能影响本文工作的利益冲突。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（项目编号32201991）和海南大学南繁与高效热带农业协同创新中心（项目编号XTCX2022NYC19）的支持。