基于低共熔溶剂超声辅助提取技术高效分离小球藻生物活性蛋白及其抗氧化与抗结肠癌功能研究

研究人员针对微藻蛋白提取效率低、生物活性易受损的难题，创新性采用胆碱氯化物/尿素低共熔溶剂(DES)结合超声辅助提取(UAE)技术，从小球藻(Chlorella)中高效分离出功能蛋白(得率32.79%)。该蛋白具有优异乳化性(95-100%)、抗氧化活性(DPPH 0.23 mg GAE/g)及显著抗结肠癌效果(Caco-2 IC50=9.88 mg/mL)，为绿色生物活性成分开发提供新策略。

　　

随着全球粮食安全危机加剧和慢性疾病高发，寻找可持续的功能性蛋白源成为迫切需求。传统动物蛋白生产面临资源限制，而植物蛋白又存在过敏原等问题。在这个背景下，富含蛋白质(含量高达60%)且生长迅速的小球藻(Chlorella)脱颖而出。然而，这种微藻坚固的细胞壁就像一层"天然盔甲"，使得常规提取方法既耗能又容易破坏蛋白质的生物活性，严重制约了其应用价值。

为解决这一难题，清迈大学（Chiang Mai University）的研究团队在《Algal Research》发表了一项创新研究。他们巧妙地将低共熔溶剂(DES)与超声辅助提取(UAE)技术相结合，开发出一种高效、环保的蛋白质提取新方法。研究人员采用胆碱氯化物/尿素组成的DES作为提取溶剂，通过响应面法优化提取条件，最终在1%生物量浓度、40%超声振幅和45分钟提取时间的最佳条件下，实现了32.79%的蛋白质回收率。

这项研究主要运用了三大关键技术：响应面法(RSM)优化提取参数、细胞毒性测试(MTT法)评估抗癌活性，以及流式细胞术分析凋亡机制。研究使用的Chlorella pyrenoidosa藻粉购自美国Earth Circle Organics公司，采用Caco-2和HT-29两种结肠癌细胞系进行活性评价。

Abstract

研究通过优化DES-UAE提取工艺，证实该方法能高效获取具有多种生物活性的小球藻蛋白。

Introduction

系统阐述了微藻蛋白作为可持续蛋白源的优势与提取技术瓶颈，提出DES-UAE联用的创新性解决方案。

Chlorella biomass preparation

采用食品级Chlorella pyrenoidosa干粉为原料，确保研究材料的标准化和可重复性。

Deep eutectic solvents (DES) preparation

选用胆碱氯化物/尿素DES体系，该组合在保持蛋白结构完整性方面表现优异。

Statistical analysis

通过中心复合设计(CCD)建立数学模型，确定各参数对提取效率的影响规律。

Conclusion

提取蛋白不仅具有优异的乳化(95.24-100%)和消化特性(88.27%)，更展现出显著的抗氧化能力(DPPH 0.23 mg GAE/g)和抗癌选择性(对正常细胞毒性IC₅₀=90.6 mg/mL)。

CRediT authorship contribution statement

May Thu Zin作为第一作者完成了从实验设计到论文撰写的全过程，团队协作模式确保研究的多学科融合。

这项研究的突破性在于：首次系统验证了DES-UAE联用技术提取小球藻蛋白的可行性，所获蛋白兼具营养功能和治疗潜力。特别是其对结肠癌细胞的特异性杀伤作用(诱导凋亡)和良好的安全性，为开发功能性食品和抗癌辅助制剂提供了新思路。采用绿色溶剂和低能耗工艺也响应了可持续发展需求，为微藻资源的深度开发树立了典范。研究获得泰国国家研究委员会等多项基金支持，体现了其在解决粮食安全与健康挑战方面的重要价值。