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这篇综述聚焦微藻蛋白（MP），探讨其提取技术、结构 - 功能关系、生物活性与界面性质，分析环境敏感性及稳定策略，阐述在食品行业应用，指出产业化挑战并展望未来，为相关领域研究与应用提供全面参考。
引言
全球对蛋白质的需求日益增长，同时人们对动物源蛋白质的环境影响和可持续性深感担忧，这促使科研人员积极寻找替代蛋白质来源。微藻因具有高生产力、蛋白质含量丰富，且能在非耕地或光生物反应器中生长的优势，成为极具潜力的选择。
微藻涵盖单细胞或简单多细胞的光合生物，包括真核微藻（如绿藻门Chlorophyta、硅藻门Bacillariophyta、红藻门Rhodophyta ）和原核蓝藻（如蓝藻科Cyanophyceae）。像小球藻属Chlorella、螺旋藻属Spirulina（Arthrospira platensis ）、微拟球藻属Nannochloropsis和雨生红球藻属Haematococcus等常见属，其富含蛋白质的生物质已被广泛研究。微藻应用广泛，在农业中可作生物肥料和土壤改良剂，在食品行业能提升产品营养，在生物技术领域还用于纳米颗粒系统的低温保存。2023 年，微藻衍生产品全球市场价值约 18 亿美元，预计到 2030 年将达 32 亿美元。
微藻蛋白（MP）占微藻干生物质的 23% - 63%，富含必需氨基酸，尤其是谷氨酸，含量常超传统动植物蛋白。微藻特有的藻胆蛋白（PBPs），如藻红蛋白（PE）、藻蓝蛋白（PC）、藻红蓝蛋白（PEC）和别藻蓝蛋白（APC），是独特的捕光蛋白，呈由三个 αβ 单体组成的盘状三聚体结构。近年来，微藻蛋白的提取和功能评估取得显著进展，多种提取技术被应用以提升提取效率和功能特性。这些技术不仅影响蛋白得率和纯度，还改变其理化和界面行为。不同微藻物种及其富含蛋白的组分因具有表面活性，展现出乳化和起泡能力。MP 经酶解或酸解产生微藻蛋白水解物（MPHs），含有低分子量肽，进一步纯化可得具有特定生物活性的微藻蛋白衍生肽（MPPs），如抗氧化、抗癌和抗高血压等活性。然而，目前缺乏对 MP、MPHs 和 MPPs 的提取技术、生物活性、功能特性、稳定性挑战及稳定策略的全面综述。本综述旨在系统总结该领域的最新进展，包括新兴提取技术及其对蛋白功能的影响、MP 发挥生物效应的机制，以及潜在的食品和治疗应用。
技术演进：从传统到新兴提取方法
MP 存在于微藻细胞的细胞质和内部细胞器中，因此，有效的提取方法是充分利用这些蛋白质的关键。选择合适的提取方法对提高微藻蛋白的提取效率和生物活性至关重要。不同的提取方法对细胞的损伤程度各异，从细胞膜塌陷到细胞完全破坏。传统的提取方法包括碱性溶解后等电点沉淀，这种方法通过调节溶液的 pH 值，使蛋白质在其等电点处沉淀析出，从而实现蛋白质的分离，但该方法可能会影响蛋白质的结构和功能。
酶解法利用特定的酶来分解微藻细胞壁和细胞内的蛋白质，具有较高的特异性，但酶的成本较高，且酶解条件需要精确控制。新兴的提取技术如超声处理，通过超声波的空化作用破坏微藻细胞，提高蛋白质的提取效率，同时对蛋白质的结构影响较小。高压均质化则是在高压下使微藻细胞通过狭窄的间隙，导致细胞破裂，这种方法能够实现大规模的蛋白质提取。这些新兴技术在提高提取效率的同时，也在不断优化以减少对蛋白质结构和功能的负面影响。
微藻蛋白、微藻蛋白水解物和微藻蛋白衍生肽的生物活性及结构 - 功能关系
微藻蛋白、MPHs 和 MPPs 展现出广泛的生物活性。在抗氧化方面，它们能够清除体内的自由基，减少氧化应激对细胞的损伤，有助于预防多种慢性疾病，如心血管疾病、癌症等。其抗氧化机制与蛋白质或肽链中的特定氨基酸序列和结构有关，一些含有巯基（-SH）的氨基酸残基能够与自由基结合，从而发挥抗氧化作用。
在抗癌活性上，研究发现某些微藻蛋白衍生的肽能够抑制肿瘤细胞的生长和增殖，诱导肿瘤细胞凋亡。其作用机制可能涉及调节细胞周期相关蛋白的表达，影响肿瘤细胞的信号传导通路。在抗高血压方面，MPPs 可以通过抑制血管紧张素转化酶（ACE）的活性，减少血管紧张素 Ⅱ 的生成，从而降低血压。不同的微藻蛋白及其水解产物，由于其氨基酸组成和序列的差异，表现出不同的生物活性，这种结构 - 功能关系的研究有助于深入了解微藻蛋白的潜在应用价值。
微藻蛋白的功能特性
除了营养价值，MP 的界面性质受到越来越多的关注。乳化性使 MP 能够在食品体系中稳定油水混合物，形成均匀的乳液，例如在沙拉酱、冰淇淋等产品中，MP 可以防止油相和水相分离，改善产品的质地和稳定性。其乳化机制是 MP 分子具有亲水性和疏水性区域，能够在油水界面吸附，降低表面张力。
MP 的起泡性则在烘焙食品、打发奶油等产品中发挥重要作用，它可以使产品具有丰富的泡沫结构，提升口感和外观。凝胶性使 MP 在一定条件下形成凝胶，为食品提供特定的质地和形态，如在果冻、豆腐等产品中，凝胶的形成可以影响产品的口感和稳定性。与动植物源蛋白质相比，MP 在恶劣条件（如低 pH 值、高离子强度）下具有明显优势，更适合用于开发可持续的高性能食品。
微藻蛋白的环境敏感性及稳定策略
尽管 MP 具有出色的生物活性和功能特性，但在某些环境条件下存在明显局限性。高温会使蛋白质变性，破坏其结构和功能，导致生物活性丧失。酸性 pH 值会影响蛋白质的电荷分布，进而改变其溶解性和稳定性。光照则可能引发光化学反应，导致蛋白质氧化或降解。为了应对这些问题，研究人员正在探索各种稳定策略。例如，通过添加天然抗氧化剂，如维生素 C、E 等，可以减少光照和氧化对 MP 的影响；采用微胶囊化技术，将 MP 包裹在微小的胶囊中，隔绝外界环境的影响，提高其稳定性；优化储存条件，控制温度、湿度和光照等因素，也能有效延长 MP 的保质期。
微藻蛋白在食品工业中的应用
MP 在食品工业中备受关注，因其具有卓越的功能和营养优势。它可以作为天然添加剂，增强食品的颜色和质地。例如，在运动饮料中添加 MP，不仅能提供额外的蛋白质营养，还能改善饮料的口感和稳定性。在烘焙食品中，MP 可以替代部分传统面粉，增加产品的蛋白质含量，同时改善烘焙食品的质地和体积。在乳制品中，MP 能够提高产品的营养价值，并且其乳化和凝胶特性可以改善乳制品的口感和稳定性，如在酸奶中添加 MP 可以防止乳清析出，使酸奶质地更加均匀细腻。
微藻蛋白产业化和商业化的挑战与策略
尽管 MP 具有良好的功能和生物活性，但在更广泛的商业应用中面临三大挑战。首先是纯度和成本问题，目前的提取和纯化技术难以在保证高纯度的同时降低成本，限制了其大规模应用。其次是工业可扩展性，现有的生产工艺难以满足大规模工业化生产的需求，需要进一步优化和创新生产技术。最后是监管和消费者接受度问题，微藻蛋白作为一种新型食品成分，相关的监管标准尚不完善，消费者对其安全性和营养价值的认知度也有待提高。针对这些挑战，研究人员正在开发更高效的提取和纯化技术，以降低成本并提高纯度；探索新的大规模培养和生产工艺，实现工业规模化生产；加强与监管部门的沟通，推动相关标准的制定，同时通过宣传和教育提高消费者对微藻蛋白的认知和接受度。
结论与展望
对可持续和高质量蛋白质来源的需求日益增长，凸显了 MP 在未来食品和健康领域的重要性。然而，技术和经济障碍限制了其工业应用。通过对 MP 及其衍生物的提取技术、界面功能、生物活性和环境敏感性的全面评估，研究发现传统提取方法虽能获得一定量的蛋白质，但新兴技术在提高提取效率和保持蛋白质功能方面具有更大潜力。未来，需要进一步优化提取技术，深入研究 MP 的结构 - 功能关系，以开发更多具有高附加值的产品。同时，解决产业化和商业化过程中的挑战，将有助于推动微藻蛋白在食品、医药等领域的广泛应用，为满足全球蛋白质需求和促进健康产业发展提供有力支持。
