水浮萍（浮萍）蛋白通过化学（HCl）和电化学（双极膜电渗析）酸化纯化：成分、结构和功能特性与商业分离蛋白的比较

为解决传统动物蛋白面临的环境、健康及可持续性问题，研究人员开展水浮萍蛋白纯化研究。通过化学和电化学酸化法提取，发现纯化后 RubisCO 含量达 80–85%，功能特性优于初始粉和部分商业蛋白，为食品配方提供新选择。

　　随着全球人口增长和饮食结构变化，蛋白质需求急剧上升，传统动物蛋白生产面临环境污染、公共健康隐患及可持续性挑战。植物蛋白虽被视为理想替代，但常见来源如谷物、豆类存在口感、消化率、氨基酸组成等局限。在此背景下，兼具高生长速率与蛋白质含量的水生植物水浮萍（学名浮萍）进入研究者视野，其蛋白质提取与纯化成为开发可持续蛋白源的关键方向。然而，水浮萍蛋白提取过程中常伴随色素、纤维等杂质，且传统酸碱处理存在化学残留和环境负担，如何高效纯化并保留功能特性成为亟待解决的问题。

加拿大研究人员针对水浮萍蛋白的可持续提取展开研究，相关成果发表于《Food Chemistry》。该研究对比了化学酸化（HCl）与电化学酸化（双极膜电渗析，EDBM）两种纯化方法，系统分析了水浮萍蛋白浓缩物（WLPCs）及其副产物的成分、结构和功能特性，并与市售蛋清、大豆（SPI）和乳清（WPI）分离蛋白进行全面比较，为水浮萍蛋白在食品领域的应用奠定了基础。

研究主要采用了以下关键技术方法：通过碱溶 - 酸化沉淀流程提取蛋白，利用化学法（HCl）和电化学法（EDBM）进行纯化；运用 CIELAB 色空间分析颜色特性；借助蛋白质组学和傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）分析蛋白组成与二级结构；通过差示扫描量热法（DSC）测定热稳定性；采用溶解度、泡沫性能、凝胶强度和乳化活性等功能特性测试评估应用潜力。

3.1 颜色分析

结果表明，初始水浮萍粉（IP）因富含叶绿素呈现绿色，经纯化后，沉淀产物（PP_ch、PP_ed）颜色加深，可能与叶绿素降解产物相关；副产物上清液（PS_ch、PS_ed）因低脂质和高盐含量颜色较浅。颜色差异反映了不同纯化方法对色素和杂质的去除效果，为后续应用中的色泽调控提供依据。

3.2 蛋白质组成

IP 主要含 RubisCO（38%）、RubisCO 活化酶（23%）等，纯化后产物 RubisCO 含量提升至 80–85%，证实两种方法均能有效富集该关键蛋白。副产物中叶绿素 a-b 结合蛋白（CAB）和光系统蛋白的存在，提示纯化过程中部分膜结合蛋白共提取，可能影响功能特性。

3.3 蛋白质结构分析

IP 的二级结构以分子间 β- 折叠（56.1%）为主，显示聚集状态；纯化后产物转变为分子内 β- 折叠和 α- 螺旋，结构展开程度增加。热稳定性分析显示，纯化蛋白变性温度集中在 60–70°C，与 RubisCO 特性一致，副产物 PS_ch热稳定性较低，可能与其 α- 螺旋为主的结构相关。

3.4 功能特性比较

• 溶解度：IP 在 pH 7 溶解度仅 8.1%，纯化后产物（PP_ch、PP_ed、PS_ed）溶解度超 85%，接近 WPI（93%），显著优于 SPI（18.2%）。
• 泡沫性能：副产物 PS_ch、PS_ed泡沫能力（242–271%）优于蛋清（71.4%）和 SPI，但稳定性较差，仅 PP_ch、PP_ed和 WPI 可维持部分泡沫结构。
• 凝胶强度：IP 因高纤维和蛋白聚集形成高强度凝胶，纯化蛋白 PP_ch、PP_ed在酸性和加热条件下可形成凝胶，强度接近蛋清，优于 SPI。
• 乳化特性：PS_ch、PS_ed乳化活性（43–47%）和容量（35–40 mL 油 / 100 mg 蛋白）与市售蛋白相当，但稳定性略低，可能与结构柔性相关。

研究证实，化学酸化与电化学酸化均能有效提升水浮萍蛋白纯度至 80% 以上，且 EDBM 法可减少化学试剂使用，更具环境优势。纯化后蛋白功能特性多样，PP_ch、PP_ed适用于凝胶类食品，PS_ch、PS_ed在泡沫和乳化体系中表现突出，可互补应用于食品配方。尽管水浮萍蛋白在色泽和风味（需进一步研究）上仍有挑战，但其作为可持续蛋白源的潜力显著，为替代传统动物蛋白、缓解粮食与环境压力提供了创新路径。未来研究可聚焦消化率评估与加工工艺优化，推动其商业化应用。