超声辅助低共熔溶剂萃取对比碱法萃取：榛子蛋白功能与结构特性的绿色创新研究

本研究推荐：为解决传统碱法提取植物蛋白易导致变性、功能性质下降及环境负担大的问题，研究人员开展了超声辅助低共熔溶剂（DES-US）萃取榛子粕蛋白的研究。结果表明，DES-US法在保持较高提取率的同时，能更好地保留蛋白质的天然结构（如高α-螺旋含量），显著提高了蛋白质的溶解度（~75–76%）、乳化活性（EAI ~15 m2/g）和体外消化率（~76%），但发泡性能不及碱法提取物。该研究为农业副产物高值化利用和绿色可持续蛋白质提取技术的开发提供了新策略。

　　

在全球面临粮食安全挑战和寻求环境可持续性发展的背景下，开发新型、高效的植物蛋白资源已成为食品科学领域的焦点。榛子粕作为榛子油冷榨后的副产物，蛋白质含量丰富（干重可达54.4%），却常被用作动物饲料或废弃，其高值化利用潜力巨大。然而，传统的碱性提取方法虽能实现高提取率，但过程中易引起蛋白质变性、功能性质受损，并产生大量化学废水，其环境友好性和产品品质面临严峻挑战。因此，开发一种既能高效提取又能最大限度保留蛋白质天然结构与功能特性的绿色新技术迫在眉睫。

为了回答上述问题，来自土耳其萨卡里亚大学（Sakarya University）的Esra Kibar Balballi和Gulsah Karabulut在《Food Chemistry: X》上发表了一项研究，系统比较了常规碱性提取与超声辅助低共熔溶剂（Deep Eutectic Solvent, DES）提取法对榛子蛋白功能与结构特性的影响。

研究人员主要采用了以下几种关键技术方法：首先，合成了三种不同的低共熔溶剂（DES），包括胆碱胆碱-甘油（DES-GLY）、胆碱胆碱-山梨醇（DES-SOR）和胆碱胆碱-葡萄糖（DES-GLU），并对其理化性质（pH、粘度等）进行了表征。研究以土耳其Fiskobirlik提供的榛子粕为原料，分别进行DES-US提取和不同pH（8.0, 9.0, 10.0）的碱性提取。随后，对提取的蛋白质进行了全面的分析，包括提取率与效率计算、氨基酸组成分析（采用高效液相色谱-三重四极杆质谱法）、分子量分布（SDS-PAGE）、二级结构（傅里叶变换红外光谱FTIR和圆二色谱CD）、三级结构（内在荧光光谱）、微观形貌（扫描电子显微镜SEM）、胶体性质（粒径、Zeta电位）以及关键 techno-functional 特性（溶解度、乳化性、起泡性）和体外消化率（采用INFOGEST体外模拟消化模型）的测定。

3.1. Protein extraction performance and influence of DES physicochemical properties

通过系统评估两个阶段的蛋白得率，研究发现碱性提取（ALK10）在粗提液阶段获得了最高的蛋白得率（~260 mg/g）和提取效率（~63%），但在最终干燥蛋白粉的得率上，碱性提取物（130–150 mg/g）仍高于DES-US提取物（DES-GLY ~80 mg/g，DES-SOR和DES-GLU低于60 mg/g）。DES提取效率受其自身物理性质（如粘度）影响显著，粘度较低的DES-GLY表现出更好的提取性能。

3.2. Aminoacid profile of hazelnut proteins

氨基酸分析显示，DES-US提取的蛋白质其总必需氨基酸（EAA）和非必需氨基酸（NEAA）含量均显著高于碱性提取物。例如，DES-SOR的总EAA含量为22.66 mg/g，而ALK10仅为15.94 mg/g。这表明DES-US法能更好地保留蛋白质的营养价值，减少碱性条件下可能发生的氨基酸修饰或损失。

3.3. Molecular bands of haz?lnut proteins

SDS-PAGE分析表明，两种提取方法均能有效提取出榛子中的主要贮藏蛋白，包括7S、11S球蛋白和2S白蛋白，且条带分布相似，未出现明显的降解条带，证明DES-US处理不会引起蛋白质亚基的严重破坏。

3.4. FTIR analysis of structural changes in hazelnut proteins

FTIR光谱分析显示，碱性提取物（尤其是ALK10）的酰胺I带峰形更尖锐，表明存在更明显的β-折叠结构，这是蛋白质变性的标志。而DES-US提取物的谱带更宽，表明其二级结构更接近天然状态，变性程度较低。

3.5. Secondary structure profile by CD spectra

圆二色谱（CD）分析结果与FTIR相互印证。碱性提取导致α-螺旋结构大量减少，β-折叠结构增加（ALK10的α-螺旋含量仅为36.5%）。相反，DES-US提取物，特别是DES-GLU和DES-SOR，保持了极高的α-螺旋含量（分别为95.7%和81.6%），证明DES-US能卓越地维持蛋白质的天然二级结构。

3.6. Colloidal properties and particle size distribution of hazelnut proteins

粒度分析表明，碱性提取物（如ALK10）的粒径最小（~140 nm）且分布更均一（PDI ~0.49），而DES提取物粒径更大（DES-SOR ~500 nm）且分布更宽，表明DES提取物中存在更多未完全解离的聚集体或复合物。

3.7. Zeta potential and surface charge properties of hazelnut proteins

Zeta电位测量发现，碱性提取物表面负电荷更高（ALK8/9为-45 mV），表明其胶体分散体系更稳定。DES提取物的Zeta电位绝对值较低（DES-SOR为-25 mV），这与其粒径较大、分散性稍差的结果一致。

3.8. Intrinsic fluorescence spectra of hazelnut proteins

内在荧光光谱显示，碱性提取物的荧光强度最高，表明其色氨酸（Trp）残基更多暴露于极性环境中，是蛋白质三级结构去折叠的体现。DES提取物的荧光强度较低，说明其三级结构更加紧凑，Trp残基更多包埋在疏水核心内。

3.9. Morphological properties

扫描电镜（SEM）观察发现，碱性提取的蛋白质呈现出致密、连续的形态，而DES提取的蛋白质则呈现碎片化、多孔的松散结构。这种不同的形态与其功能性质的差异密切相关。

3.10. Analysis of in-vitro digestibility and techno-functional properties

对功能性质的系统评估是本研究的重点。3.10.1. In vitro digestibility 结果表明，DES-US提取物的体外消化率（DES-SOR ~76.0%）显著高于碱性提取物（ALK10 ~65.3%），表明其更易被酶解，具有更好的营养可及性。3.10.2. Solubility of extracted hazelnut proteins 分析显示，DES提取物的溶解度（DES-GLY ~76%）明显优于碱性提取物（ALK10 ~63%）。3.10.3. Emulsifying properties of hazelnut protein 研究发现，DES提取物，特别是DES-GLY，具有远高于碱性提取物的乳化活性（EAI ~15 m²/g vs. <6 m²/g），且DES-SOR的乳液稳定性（ES）最佳（~60分钟）。3.10.4. Foaming capacity and stability of hazelnut protein 与之相反，在起泡性能上，碱性提取物展现出绝对优势，其起泡能力（FC ~50%）和泡沫稳定性（120分钟后仍保持~40-50%）均远优于DES提取物（DES-SOR的FC仅~10%）。

本研究得出结论，超声辅助低共熔溶剂（DES-US）萃取法是一种极具潜力的绿色替代技术，用于从榛子粕中提取功能蛋白。与传统碱法相比，该方法虽然在总蛋白得率和起泡性能上不占优势，但其核心优势在于能更好地维持蛋白质的天然结构（高α-螺旋含量），从而显著提升产品的溶解度、乳化性和体外消化率。这种功能特性的差异化表明，DES-US提取的蛋白更适用于饮料、乳液、酱料等对溶解性和乳化性要求高的食品体系；而碱性提取蛋白则更适合用于需要良好发泡性的应用，如甜点、蛋白霜等。该研究为农业加工副产物的高值化、可持续利用提供了新的技术路径和理论依据，支持了向循环生物经济和植物基食品系统的转型。未来的研究可专注于优化DES配方以降低粘度，并改进下游沉淀回收工艺，以进一步提高最终产品的得率。