基于宏基因组蛋白酶的芝麻蛋白水解物封装：壁材组成对稳定性和抗菌活性的影响

为解决植物源性生物活性肽稳定性差和抗菌活性不足的问题，研究人员开展了一项关于芝麻蛋白水解物(SPH)封装技术的研究。通过采用宏基因组蛋白酶(PersiProtease1)制备SPH，并优化淀粉(ST)-阿拉伯胶(GA)-芝麻蛋白分离物(SPI)复合壁材比例，发现1:6(ST-GA:SPI)配比具有70%的封装效率和65.46%的大肠杆菌抑制率。该研究为开发天然食品防腐剂提供了创新策略。

　　

在食品工业和农业领域，微生物污染和抗生素耐药性问题日益严峻，开发天然抗菌剂成为研究热点。植物蛋白水解物因其生物活性和安全性备受关注，但存在稳定性差、易降解等技术瓶颈。传统蛋白酶制备的肽段往往活性有限，而现有封装技术又面临壁材选择单一、保护效果不足等挑战。

农业生物技术研究所的研究团队创新性地将宏基因组技术与封装科学相结合，开展了一项突破性研究。该团队从环境宏基因组中筛选获得PersiProtease1蛋白酶，用于水解芝麻蛋白制备抗菌肽，并系统评估了淀粉(ST)、阿拉伯胶(GA)和芝麻蛋白分离物(SPI)不同配比对封装效果的影响。研究成果发表在《Industrial Crops and Products》上，为开发高效稳定的天然抗菌系统提供了新思路。

研究采用的主要技术包括：通过正交邻苯二甲醛(OPA)法测定水解度(DH)；采用冷冻干燥法制备微胶囊；运用扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和动态光散射(DLS)分析微观结构；通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)鉴定化学相互作用；采用荧光标记和生长曲线法评估抗菌活性。

研究结果部分：
3.1 水解度与分子量分布
随着PersiProtease1浓度从0.3 U/mL增至9 U/mL，水解度(DH)从59.83%显著提升至89.09%。SDS-PAGE显示高分子量蛋白条带随酶浓度增加而消失，证实了蛋白的有效降解。

3.2 封装效率
1:6(ST-GA:SPI)配比展现出70%的封装效率，显著高于6:1配比(67%)，表明高SPI含量更有利于保护水解物活性。

3.3 水分含量与溶解度
1:6配比样品具有更低水分含量(0.15%)和更高溶解度(0.08%)，显示出更优的物理稳定性。

3.4 形态学分析
SEM显示1:6配比形成多孔海绵状结构，AFM证实其表面粗糙度更高(约113 nm)，DLS检测到更小的平均粒径(50.50 nm)，这些特征有利于生物活性物质的控释。

3.5 抗菌活性
1:6配比微胶囊对大肠杆菌抑制率达65.46%，荧光显微镜观察到明显的细菌膜损伤。生长抑制实验显示80 μg/mL SPH处理8小时后抑制率高达95.15%，AFM图像直观展示了细菌表面结构的破坏。

该研究得出三个重要结论：首先，宏基因组蛋白酶PersiProtease1能高效制备具有抗菌活性的芝麻蛋白水解物；其次，SPI主导的壁材系统(1:6 ST-GA:SPI)显著提升封装效率和稳定性；最后，封装后的水解物展现出优异的抗菌性能，其作用机制可能与破坏细菌膜结构有关。

这项工作的科学价值体现在三个方面：方法学上开创了宏基因组酶与植物蛋白结合的抗菌肽制备新途径；技术上建立了优化的蛋白-多糖复合封装体系；应用上开发出具有产业化潜力的天然防腐剂方案。特别是将农业副产物芝麻蛋白转化为高附加值产品，符合可持续发展理念。研究结果为解决食品保鲜和饲料安全的重大问题提供了创新解决方案，同时拓展了宏基因组技术在功能食品领域的应用前景。未来研究可进一步优化制备工艺，评估在实际食品体系中的效果，并探索其与其他功能性成分的协同作用。