基于球磨、超声及酶解协同策略提升马铃薯加工副产物蛋白提取率及发泡性能的研究

推荐 为解决马铃薯加工副产物中蛋白质提取率低及功能受限的问题，研究人员通过球磨预处理破坏细胞结构，结合超声辅助解聚蛋白聚集态，并采用淀粉酶去除共提取杂质。结果表明，三步协同策略使蛋白提取率从单一处理的7%提升至53%，且发泡性能显著改善。该研究为植物蛋白资源化利用提供了创新技术路径，对食品工业可持续发展具有重要应用价值。

　　

论文解读
马铃薯加工过程中产生的副产物（如去皮切块不合格品）富含优质植物蛋白，但其提取效率低且功能特性受限，导致资源浪费严重。传统工艺依赖榨汁法获取蛋白液，但细胞壁结构阻碍蛋白溶出，而化学试剂处理可能引入杂质。为突破这一瓶颈，比利时Agristo NV公司的研究团队以冷冻干燥的马铃薯加工副产物为对象，系统评估了球磨（BM）、超声（US）及淀粉酶处理对蛋白提取率、聚集状态及发泡性能的影响机制。研究成果发表于《Innovative Food Science》。

研究人员采用三步协同策略优化蛋白提取流程。首先通过球磨技术对马铃薯副产物进行物理预处理，利用金属球体在高速旋转下的摩擦剪切力将原料粒径从毫米级降至微米级，同时破坏细胞壁结构。然而，扫描电镜观察显示，球磨虽提升蛋白可及性，却导致蛋白分子间形成非共价键聚集。为解聚这些聚集态蛋白，研究团队在pH 9.0的碱性提取阶段引入超声处理（100 W/g干重，5分钟），利用空化效应产生的微射流冲击进一步分散蛋白颗粒。最终通过pH沉淀法获得蛋白浓缩物，并采用淀粉酶处理去除共提取的淀粉类杂质以提升纯度。

关键实验结果与结论

1. 球磨预处理的局限性
   球磨时间延长至20分钟时，马铃薯颗粒粒径显著降低（P<0.05），但蛋白提取率仅从对照组的7%增至12%，SEC-HPLC分析证实蛋白聚集指数上升40%。研究者指出，机械力诱导的二硫键交联是主要限制因素。

2. 超声辅助的协同效应
   在球磨20分钟后加入超声处理，蛋白提取率飙升至53%，较单一球磨组提高342%。透射电镜显示，超声空化作用破坏了蛋白聚集体结构，使可溶性蛋白比例增加至82%。

3. 淀粉酶处理的纯化作用
   蛋白提取液经α-淀粉酶孵育后，淀粉残留量从初始的68.6%降至12%，蛋白纯度提升至89%。泡沫稳定性测试表明，三步法处理的蛋白在空气-水界面吸附速率达0.15 μm/s，显著优于未处理组（0.07 μm/s）。

4. 发泡性能优化机制
   研究发现，球磨+超声处理的蛋白表面疏水性增加2.3倍，形成的泡沫结构更致密。通过界面流变学分析，证实其界面张力可由45 mN/m降至28 mN/m，且泡沫衰减率降低60%。

该研究证实，多技术联用可突破单一方法的技术瓶颈。球磨与超声的协同作用不仅解决了细胞破碎与蛋白解聚的矛盾，还通过酶法纯化提升了产品品质。所得蛋白产品在烘焙食品发泡剂领域具有应用潜力，为农业废弃物高值化利用提供了新思路。研究团队后续计划探索不同马铃薯品种及预处理条件对蛋白功能特性的影响，以推动工业化生产进程。

技术方法概述
本研究依托球磨机（Retsch ZM 200）、超声波细胞破碎仪（Sonics VCX 750）及高速离心机（Beckman Coulter Avanti J-26 XPI）为核心设备，结合SEC-HPLC（Agilent 1260 Infinity）进行蛋白纯度分析，并采用界面流变仪（TA Instruments Discovery HR-3）评估发泡性能。原料取自比利时Agristo NV公司生产线，批次涵盖2021年夏、秋、冬三期马铃薯加工废料。