水相酶法提取（AEE）与超滤/渗滤（UF/DF）耦合：油料液态共产物转化为蛋白/肽配料的技术功能与生物活性潜力及工业化生物精炼路线

《TRENDS IN FOOD SCIENCE & TECHNOLOGY》：Integrating aqueous enzymatic extraction with downstream ultrafiltration: A strategic approach to converting liquid co-products into protein and peptide ingredients with techno-functional and bioactive potential

　　

油料水相酶法提取（aqueous enzymatic extraction，AEE）产生的水相共产物是极具前景的蛋白/肽来源。
超滤/渗滤（ultrafiltration/diafiltration，UF/DF）是获得富含肽级分的有效下游策略。UF条件强烈影响肽的分级与功能。
肽分子量影响其功能性与生物活性。
研究人员提出了一个工业化的AEE-UF/DF平台，用于升级油料加工。

**研究背景与问题**
全球对可持续性、资源效率和健康膳食模式的关注正在重塑农食部门，并推动对可持续植物油和植物基蛋白的需求。为应对这些挑战，研究人员正在开发工业可行的方法，以提高油料生物质利用、减少环境影响并支持循环生物经济原则。传统油回收需要干燥、机械压榨和己烷萃取；水相酶法提取（AEE）则是一种温和湿法工艺，可免除干燥步骤并同时回收多种产物。在蛋白酶辅助下，AEE增强细胞壁破坏和油体相关蛋白释放，提高提取效率，并产生富含肽的液体共产物。该液体共产物若管理不当会成为环境负担，但同时是具技术功能与生物活性潜力的高价值化合物来源。超滤（ultrafiltration，UF）尤其与渗滤（diafiltration，DF）结合后，是处理AEE液体共产物的有前景下游方案，可浓缩和纯化肽与可溶性蛋白，去除盐、糖和其他低分子量化合物，并提升AEE基生物精炼的工业适用性。然而，既有研究多分别综述AEE和UF下游加工，较少关注二者在统一过程框架中的整合。因此，该综述旨在批判性评估AEE与UF/DF整合，以同时回收和增值油料中的油与蛋白/肽级分；其采用工业和生物精炼导向视角，整合生物过程工程、食品化学、下游分离、生物质增值和增值食品配料开发，重点讨论UF操作参数对蛋白/肽技术功能和生物活性的影响，并提出工业路线图，讨论膜污染、工艺优化、放大和经济可行性。论文发表于《TRENDS IN FOOD SCIENCE》。

**关键技术方法**
该研究为批判性综述，主要关键方法包括：系统整合AEE、蛋白酶水解和UF/DF膜分离相关文献；梳理AEE原理、酶特异性及油料基质适用性；分析UF/DF膜配置（死端、错流）、膜材料、分子量截留（molecular weight cut-off，MWCO）、跨膜压力（transmembrane pressure，TMP）、pH、温度和肽特性等参数；汇总肽分子量分布表征技术，如SDS-PAGE、体积排阻色谱和质谱；整理体外/体内生物活性评价、食品应用、技术经济分析（techno-economic analysis，TEA）和生命周期评价（life-cycle assessment，LCA）证据；提出AEE-UF/DF生物精炼框架。样本来源为多种油料及文献数据，无临床队列。

**研究结果**
2. AEE作为同时回收油和蛋白的创新技术：AEE可持续且高效，可在水相中利用蛋白酶部分水解蛋白，生成肽和完整蛋白，同时促进脂质释放。
2.1 原理与机制：植物细胞壁由纤维素、半纤维素、果胶和木质素构成，需机械预处理破坏；酶解参数如粒径、pH、温度、酶浓度、固液比和时间需优化；水解度（degree of hydrolysis，DH）影响蛋白增溶、肽尺寸和后续水相特征；三相卧螺离心将体系分为油、水相和固相，水相含可溶及部分不溶肽、糖、酚类、有机酸等，固相木质纤维素可进一步增值。
2.2 AEE中应用的蛋白水解酶及其特异性：常用酶包括Alcalase^?、Protamex^?、Neutrase^?、Flavourzyme^?、Papain、Pepsin、Protezyn APP^? 3000和Savinase^?等；不同酶来源、最适条件和切割特异性影响DH、油释放及肽功能；Alcalase^?广谱内切，Neutrase^?可产生更高溶解性和乳化性肽，Protamex^?可产生较低表面疏水性、较高溶解性和乳化性水解物，但差异受底物和过程条件影响。
2.3 通过AEE生产油和肽的潜在与新兴原料：AEE已用于杏仁、花生、芝麻、辣木种子、菜籽和大豆等；新兴原料包括macauba、sacha inchi、marula、cupua?u和南瓜籽等，因其油和蛋白含量高而具潜力。
3. UF/DF作为从AEE液体共产物回收肽的升级机会：AEE液体级分含水量高，需浓缩或分级；膜技术因高产能和可放大性成为重要选择，UF/DF可选择性回收蛋白和肽并保留或增强技术功能与生物活性。
3.1 UF过程：UF为压力驱动膜过程，通常在2–10 bar下运行，依据MWCO保留大分子、透过小分子；常用MWCO为1–100 kDa，10 kDa常被视为肽与蛋白的实际边界；UF可死端或错流运行，错流更适合工业肽分级；DF通过加入新鲜溶剂去除可透溶质，提高纯度并恢复通量，但水耗高。
3.2 UF操作参数及其对过程性能的影响：MWCO、TMP、pH、温度、膜组成及肽进料特性共同影响UF效率、选择性和分子谱。
3.2.1 膜组成与表面性质：膜材料包括无机膜、聚合物膜和杂化无机–聚合物膜，聚醚砜（polyether sulfone，PES）因稳定性和食品级适用性常用；生物基膜如纤维素、聚乳酸（polylactic acid，PLA）和壳聚糖受关注；膜亲水性、表面电荷和粗糙度影响肽吸附和保留。
3.2.2 MWCO：1–100 kDa常用于AEE蛋白/肽分级；顺序降低MWCO可提高选择性和纯度；初始MWCO影响污染行为和后继过滤性能。
3.2.3 TMP：TMP提高可增加通量，但过高会加速孔堵塞和滤饼层形成，导致极限通量和膜效率下降；多级UF可通过预去除大分子降低污染、提高通量。
3.2.4 pH：接近等电点（isoelectric point，pI）时静电排斥降低，促进蛋白聚集和污染；远离pI操作可减轻污染；碱性条件下PES膜带负电，与肽产生静电排斥，有助于提高通量。
3.2.5 温度：温度升高降低黏度、提高通量，但过高会导致蛋白变性、肽与多糖/酚类/脂质聚集并加剧不可逆污染；植物肽UF浓缩分级通常采用25–35 °C。
3.2.6 肽特性：分子大小、电荷和疏水性影响膜性能；低摩尔质量肽更易过膜，但非共价聚集可改变分离；疏水肽对PES或聚偏氟乙烯（polyvinylidene fluoride，PVDF）膜吸附更强。
4. UF对氨基酸谱的调控：酶解决定肽序列和尺寸，UF进一步按MWCO选择性分布疏水、亲水和带电氨基酸；芝麻籽蛋白水解物5–10 kDa级分酸性氨基酸升高至59%，非分级为41%，正电荷氨基酸在低分子量级分较高；花生蛋白水解物<3 kDa级分富集必需、芳香、支链和疏水氨基酸。
5. UF对蛋白技术功能属性的影响：
5.1 溶解度：低分子量肽通常溶解度更高；大豆粕水解物经5 kDa PES膜截留后pH 7.0溶解度达80–90%；蚕豆<10 kDa肽在pH 5和7下溶解度>90%，>10 kDa在pH 5约40%。
5.2 持水能力（water holding capacity，WHC）与持油能力（oil holding capacity，OHC）：水解肽WHC常较低；OHC受氨基酸组成、蛋白构象、表面疏水性和肽微结构影响；蚕豆>10 kDa肽OHC为8.8 g oil g^-1 protein，非分级为8.1 g oil g^-1 protein，<10 kDa约6 g oil g^-1 protein。
5.3 乳化性质：乳化活性指数（emulsifying activity index，EAI）和乳化稳定性指数（emulsifying stability index，ESI）受分子大小、疏水性、电荷和二级结构影响；中等分子量肽常乳化性更高；大豆–玉米混合物2–10 kDa和10–30 kDa级分EAI为48.4和50.7 m² g^-1，非分级为60.9 m² g^-1；蚕豆>10 kDa和5–10 kDa级分EAI为150和80 m² g^-1，<5 kDa为50 m² g^-1，非分级为38 m² g^-1。
5.4 起泡能力：低分子量肽起泡能力通常低于较大肽或完整蛋白；米饭蛋白水解物真空蒸发样起泡能力253%，UF 1 kDa样为171%，但30 min泡沫稳定性UF样为21%，真空蒸发样为13%；棕仁肽>300 kDa截留物起泡能力66%，<300 kDa渗透物为40%。
6. UF对肽生物活性的影响：
6.1 抗氧化活性：低分子量肽通常抗氧化更强；芝麻<1 kDa肽DPPH、ABTS清除、金属螯合和亚油酸过氧化抑制优于大级分；芝麻<3 kDa肽抗氧化也强于>10 kDa肽。
6.2 抗炎活性：菜籽<3 kDa级分抑制IL-6、IL-1β、iNOS和COX-2并上调IL10；KQS-1肽抑制TNF-α、IL-1、IL-6和MCP-1；机制涉及NF-κB信号抑制。
6.3 神经保护作用：花生PGCPST肽<3 kDa在PC12细胞中提高活力，1.50 mmol L^-1使活力由63.8%升至96.9%；核桃AASCDQ肽<3 kDa降低ROS和脂褐素。
6.4 抗糖尿病潜力：向日葵Alcalase^?水解物<1 kDa抑制α-淀粉酶56%、α-葡萄糖苷酶35%；Flavourzyme^?水解物1–3和<1 kDa抑制α-淀粉酶68%和70%，>5 kDa抑制α-葡萄糖苷酶46%；辣木>10 kDa肽对α-淀粉酶IC₅₀为0.195和0.123 μg μL^-1。
6.5 抗菌活性：核桃3–10 kDa肽对Bacillus subtilis、Escherichia coli和Staphylococcus aureus抑菌圈为11.00、10.50和13.10 mm，最低抑菌浓度（minimum inhibitory concentration，MIC）分别为0.66、1.33和0.33 mg mL^-1；辣木MCNDCGA肽713 Da对S. aureus MIC为2 mg mL^-1。
6.6 抗高血压特性：低分子量肽抑制血管紧张素转换酶（angiotensin-converting enzyme，ACE）；花生<5 kDa肽ACE抑制约70%，>5 kDa约25%；辣木<1 kDa肽ACE抑制约82%，>1 kDa约65%；LGF和GLFF肽降低收缩压19.4和18.2 mmHg、舒张压12.0和13.8 mmHg。
6.7 抗癌潜力：菜籽<3 kDa肽在低于5 mg mL^-1时仍保留对MCF-7抑制；GVIRPPL对HepG2、MKN-28、A549和MCF-7的IC₅₀分别为1.14、1.17、1.28和1.69 mM。
7. UF分级肽在食品系统的应用：芝麻<10 kDa肽加入豆奶增强抗E. coli和Bacillus cereus微生物稳定性并改善热处理效果；芝麻<3 kDa肽加入汉堡提高蛋白含量和亮度，减缓脂质氧化和微生物腐败，2%添加感官可接受；芝麻粕<3 kDa肽用于壳聚糖–水芹籽胶涂层，延缓鸵鸟肉片冷藏期间脂质氧化和微生物生长；菜籽粕3 kDa肽在水包油乳液中通过金属螯合抗氧化，性能可与乙二胺四乙酸（ethylenediaminetetraacetic acid，EDTA）竞争。
8. 生物精炼方法：提出AEE–UF/DF整合框架，包括机械预处理、AEE、三相分离得到油富集、肽富集液体和纤维富集固体；液体经1和10 kDa UF级联及DF，去除酚类、盐和糖；DF水经反渗透（reverse osmosis，RO）回收并循环，RO浓缩物可得富含生物活性组分；>10 kDa肽适合技术功能，<10 kDa肽适合生物活性；纯化级分可喷雾干燥；纤维级分可用于生物基材料、膳食纤维、益生元或生物乙醇。
9. 挑战与机遇：AEE阶段高酶浓度和高固液比增加成本，固定化酶可回收再利用；UF阶段膜污染是关键，进料预处理、膜表面改性及超声/电磁辅助清洗可缓解；水管理需渗透液回收和RO；工业放大需集成AEE与UF/DF并实现精确水解–膜耦合；食品应用需真实基质、体内验证、感官和苦味控制；产品标准化、TEA和LCA集成研究仍缺乏；整体有助于联合国可持续发展目标（Sustainable Development Goals，SDGs）。

**讨论总结与结论翻译**
讨论部分强调，尽管AEE–UF/DF整合具有全生物质油料增值潜力，但工业实施受技术、经济和科学挑战制约。AEE阶段应降低酶成本、优化酶剂量和固液比，并探索固定化酶；UF阶段应控制膜污染，开发抗污染膜和替代清洗策略；水管理应通过渗透液回收、RO和DF优化提升可持续性。未来需推进工业规模AEE–UF/DF配置、精确酶水解–膜耦合、真实食品体系与体内验证、产品标准化以及集成TEA/LCA研究。
结论翻译：向可持续食品系统转型需要最大化油料资源增值的整合生物精炼方法。使用蛋白酶的水相酶法提取（AEE）能够同时回收植物油和富肽水解物，而超滤/渗滤（UF/DF）为肽浓缩和分级提供了有效下游策略，产生具有增强技术功能和生物特性的高价值级分，用于植物基食品应用。在级联（>10、1–10和<1 kDa）中使用UF系统，可分离具有增强技术功能特性（如乳化、起泡、持水和持油能力）的高分子量（molecular weight，MW）肽与具有抗氧化、抗高血压、抗菌、抗糖尿病和抗炎活性的低分子量（MW）生物活性肽。尽管该整合方法具有潜力，仍需进一步进展以实现精确酶水解和受控膜分级，改善污染控制和工艺可放大性，并在真实食品系统中验证所得肽级分及其体内功效。技术经济评估也将是确定其工业应用可行性的关键。因此，本综述涉及的AEE–UF/DF系统代表了一个有前景的全生物质增值平台，通过生成富油、富肽、富生物活性和富纤维级分，促进高价值食品配料和循环农食系统发展。