综述：果蔬副产物中蛋白质的提取及其在食品与非食品领域的功能性应用

本综述系统探讨了从果蔬加工副产物中回收蛋白质的创新策略与绿色提取技术（如SFE、UAE、PLE、HHPE等），重点分析了其功能特性（乳化性、凝胶性等）及在功能性食品、动物饲料、可食用薄膜等领域的应用，为构建可持续食品体系提供了重要理论依据。

　　

1. 引言

全球每年约三分之一的食物被浪费，其中果蔬废弃物（FVW）占比显著，预计达5亿吨。这些废弃物包含种子、果皮、果渣等，不仅造成经济损耗，还引发环境污染（如渗滤液污染、温室气体排放）。为应对这一挑战，通过循环经济模式将果蔬副产物转化为高值资源已成为研究热点，尤其是蛋白质的回收与利用。植物蛋白相比动物蛋白具有更低碳足迹（CFP），符合可持续发展目标（SDGs）。

2. 果蔬副产物中的生物活性成分

果蔬副产物富含蛋白质、膳食纤维、维生素、矿物质及多酚、类胡萝卜素等生物活性化合物。例如：

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  蛋白质来源：葡萄籽（10.5–16.3%）、石榴籽（约20%）、苦瓜籽（24.8–31%）、西瓜籽（18.72% crude, 54.48% defatted）等。

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  生物活性物质：芒果皮中的芒果苷（mangiferin）具有抗氧化和抗炎特性；仙人掌垫提取的胭脂红酸（carminic acid）用作天然色素；阿拉伯木聚糖（arabinoxylans）作为益生元纤维。

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  膳食纤维：石榴皮含47%膳食纤维（以可溶性纤维为主），有助于调控血糖和血脂；胡萝卜渣富含纤维素和木质素。

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  矿物质与维生素：柑橘类果皮富含钾、锌和维生素C；西瓜皮含钙、铁；苦瓜籽富含维生素K和B族维生素。

3. 蛋白质提取方法

传统方法

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  碱提酸沉法：简单经济，但可能导致蛋白质变性、功能性质下降。

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  盐提法：通过调节离子强度增强蛋白溶解性或沉淀，常用NaCl（盐溶）或(NH₄)₂SO₄（盐析）。

绿色提取技术

1. 1.

   超临界流体萃取（SFE）：以超临界CO₂（scCO₂）为溶剂，条件温和（31.1°C, 100–400 bar），适用于桃籽油（29%回收率）和番茄籽蛋白。

2. 2.

   加压液体萃取（PLE）：高温高压（100–220°C, 100–200 bar）缩短提取时间，提高石榴籽蛋白纯度至95%。

3. 3.

   高静水压萃取（HHPE）：100–1200 MPa压力增强细胞渗透性，改善豌豆蛋白乳化性。

4. 4.

   超声辅助萃取（UAE）：20 kHz超声波减少溶剂用量，提升曼密苹果籽蛋白提取率6–12%。

5. 5.

   酶辅助萃取（EAE）：使用果胶酶、纤维素酶等降解细胞壁，提高蛋白得率和氨基酸组成质量。

6. 6.

   微波辅助萃取（MAE）：微波能快速加热，用于西瓜籽蛋白提取，改善功能性质。

7. 7.

   深共晶溶剂萃取（DESE）：由氢键受体（如胆碱氯化物）和供体（如尿素）组成，可调节极性和粘度，适用于胡萝卜渣和柑橘皮蛋白提取。

4. 蛋白质纯化与分离技术

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  膜过滤：

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    微滤（MF, 0.1–10 μm）去除细菌和悬浮物。

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    超滤（UF, 1–100 kDa）浓缩蛋白质，去除小分子杂质（如糖、盐），保留功能特性。

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    纳滤（NF）和反渗透（RO）用于脱盐和浓缩。

    应用案例：马铃薯果汁（PFJ）中Patatin蛋白的回收、乳清蛋白浓缩。

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  离心：基于密度分离，适用于固液分离和蛋白富集。

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  干燥技术：

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    冷冻干燥：保留蛋白结构，但成本高。

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    喷雾干燥：效率高，但高温可能导致活性损失。

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  色谱法：包括疏水相互作用色谱（HIC）、凝胶色谱、HPLC等，用于精细纯化。

5. 提取蛋白质的功能特性

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  溶解性：受pH和离子强度影响，南瓜籽蛋白在碱性条件下溶解度高。

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  水/油保持能力（WHC/OHC）：奎奴亚藜蛋白WHC优于豆类；石榴籽蛋白 isolate OHC高，适用于高脂食品。

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  乳化性与起泡性：

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    豌豆蛋白和番茄籽蛋白具优异乳化稳定性（ES）和起泡能力（FC）。

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    白瓜蛋白因结构致密，起泡性较低。

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  凝胶性：鳄梨籽蛋白和豌豆蛋白可形成强凝胶，用于肉类似物和烘焙产品。

6. 功能性应用

食品工业

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  蛋白强化食品：香蕉皮粉添加能量棒（提升蛋白和纤维含量）、番茄渣强化 pasta（蛋白增加27%）。

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  功能性添加剂：葡萄籽蛋白水解物改善酸奶质地和风味；豌豆蛋白纳米乳液作为维生素D载体。

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  活性肽：石榴籽蛋白酶解产物具抗氧化活性，用于保健食品。

非食品领域

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  动物饲料：西兰花副产物替代24%谷物饲料；马铃薯蛋白浓缩物替代鱼粉（20%比例）。

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  可食用薄膜与生物塑料：

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    绿豆蛋白与石榴皮复合膜具抗氧化性，用于食品包装。

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    马铃薯蛋白与壳聚糖/亚麻籽油制成生物聚合物，延长生肉保质期。

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  医药与化妆品：大豆蛋白纳米颗粒用于药物递送；杏籽肽用于抗衰老护肤品。

7. 环境可持续性与挑战

绿色技术（如UAE、SFE）降低溶剂消耗和能耗，但需通过生命周期评估（LCA）验证环境效益。主要挑战包括：

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  原料异质性：成分受品种、生长条件影响。

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  抗营养因子：如苦味化合物，需通过改性技术（如酶解）去除。

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  经济性与规模化：高纯度提取成本高，需开发高效低耗工艺。

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  安全性评估：新蛋白源需符合监管要求，避免过敏原和毒素。

8. 结论与展望

从果蔬副产物中提取蛋白质是实现食物系统可持续性的关键策略。未来研究应聚焦：

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  开发混合提取工艺（如膜分离与绿色技术结合），提升得率并降低能耗。

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  优化蛋白改性技术，改善功能性质和感官特性。

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  加强产研合作，推动规模化应用并完善安全性与法规标准。

  通过系统性 valorization，果蔬废弃物将转化为高值资源，助力循环经济和全球食品安全。