提取方法依赖的沙苑子蛋白（Astragali complanati semen protein, ACSP）结构-功能关系及其作为新型植物蛋白配料的潜力

《Food Chemistry: X》：Extraction method-dependent structure-function relationships of Astragali complanati semen protein: Implications for its application as a novel plant protein ingredient

　　

为探究提取方法对沙苑子蛋白（Astragali complanati semen protein, ACSP）结构和功能特性的影响，研究人员分别采用碱提法（alkaline extraction, AE）、盐提法（salt extraction, SE）和硫酸铵沉淀法（ammonium sulfate precipitation, ASP）从扁茎黄芪（Astragalus complanatus R. Br.）成熟种子中提取ACSP，系统比较了提取率、蛋白质含量、氨基酸组成、感官特性、结构特性、功能特性、体外蛋白消化率（in vitro protein digestibility, IVPD）、抗氧化活性和贮藏稳定性。结果表明，AE所得蛋白质纯度最高（82.71%±0.41%），但提取率较低；SE具有最高的提取率和蛋白回收率。碱提条件使ACSP发生部分去折叠，粒径减小（239.50±9.01 nm），β-折叠（β-sheet）和无规卷曲（random coil）含量升高，从而改善了溶解度、起泡性、凝胶性、持水性和抗氧化能力，同时赋予样品更柔和的风味和较好的贮藏稳定性。SE因保留较完整的天然构象和较多疏水区域，表现出优异的持油性和乳化性；ASP在酸性条件下表现出突出的起泡能力。这些发现阐明了提取方法依赖的ACSP结构-功能关系，为其作为新型植物蛋白配料在植物基食品、功能配料和健康食品中的应用提供了科学依据。

随着全球蛋白质需求持续增长，传统动物蛋白因供应有限和成本较高难以满足需求；植物蛋白具有价格低、来源广、可持续等优点，但其功能特性有限、不良风味和贮藏中功能下降等问题制约了应用。因此需要开发新型未被充分利用的植物蛋白资源，并研究提取条件对蛋白结构、功能、感官和贮藏稳定性的影响。沙苑子（Astragali complanati semen, ACS）是豆科植物扁茎黄芪（Astragalus complanatus R. Br.）的成熟干燥种子，在亚洲长期用作食品配料，富含蛋白质和多种生物活性成分。然而，对ACS蛋白（ACSP）的研究有限，且已有分级提取方法步骤多、回收率低、工业化成本高。为此，研究人员比较了碱提法（alkaline extraction, AE）、盐提法（salt extraction, SE）和硫酸铵沉淀法（ammonium sulfate precipitation, ASP）对ACSP结构、功能、感官、抗氧化和贮藏稳定性的影响，以阐明结构-功能关系，为ACSP在植物基食品和健康食品中的应用提供依据。

研究以沙苑子脱脂粉为原料，分别采用AE、SE、ASP制备ACSP。采用凯氏定氮法测定蛋白质含量和得率；氨基酸分析仪测定氨基酸组成；色差仪、电子鼻（E-nose）和10名受训评价员定量描述分析（QDA）评价感官特性；纳米粒径分析仪、SDS-PAGE、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、圆二色谱（CD）、X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）表征分子/结构特征；并测定溶解度、ζ-电位、持水性（WHC）、持油性（OHC）、起泡能力（FC）、泡沫稳定性（FS）、乳化活性指数（EAI）、乳化稳定性指数（ESI）和最低凝胶浓度（LGC）。利用INFOGEST法测定体外蛋白消化率（IVPD）；采用DPPH、ABTS⁺和还原力法评价抗氧化性；通过硫代巴比妥酸反应物（TBARS）法测丙二醛（MDA）、羰基含量和溶解度评价-20°C贮藏0-4周的稳定性。

3.1 不同提取方法所得ACSP的蛋白质含量与得率：AE蛋白质含量最高（82.71%±0.41%），ASP最低（30.42%±0.09%）；SE的蛋白得率（29.71%±0.38%）和提取率（10.12%±0.35%）最高，AE提取率最低（3.44%±0.08%）。说明AE纯度最高，SE得率最高。

3.2 氨基酸组成：ACSP含17种氨基酸，其中7种必需氨基酸（EAA）；Glu含量最高，其次Asp和Arg，赋予鲜味潜力。总氨基酸和EAA含量顺序为AE > SE > ASP；AE的EAA/TAA比值为28.19%，符合WHO/FAO/UNU成人推荐摄入量。AE和SE的EAA符合FAO老年人推荐。色氨酸未检出，可能因水解条件下降解。

3.3 感官特性：ASP呈浅棕色，AE呈灰棕色，SE呈棕黄色；AE的亮度值L*最低（33.23±0.04）。电子鼻检测显示AE各传感器响应值最低，挥发性物质含量最少；ASP和SE与醛酮类、短链烷烃、醇类、硫化物等相关。感官评价中，AE气味温和、豆腥味淡、略带甜味；ASP与涩味、咸味、坚果味相关；SE与青草味、颗粒感相关。主成分分析可清晰区分三种蛋白。

3.4 结构特性：AE平均粒径最小（239.50±9.01 nm，PDI 0.26），SE最大（695.97±40.75 nm，PDI 0.91），ASP居中。SDS-PAGE显示AE条带最多（11条），并出现22 kDa和37 kDa附近新条带，低分子量蛋白含量较高。FTIR显示AE在1410 cm^-1处出现显著吸收峰，对应羧酸根（–COO^-）对称伸缩振动，与其高溶解度有关。CD分析表明，ASP和SE以α-螺旋和β-转角为主；AE以β-折叠（39.36%±0.35%）和无规卷曲（28.51%±0.59%）为主，α-螺旋含量较低。SEM显示AE呈细小碎片且表面较光滑，SE呈多孔层状结构。XRD结晶度顺序为ASP（69.89%）> AE（18.93%）> SE（9.66%），AE和SE以无定形结构为主。

3.5 功能特性：所有样品溶解度在pH 5时最低，呈U型曲线；AE在pH 3、7、9、11下溶解度最高，pH 11时达87.81%±2.84%。AE的ζ-电位绝对值在各pH下最高，pH 7时为-22.47±0.69 mV，pH 11时为-31.72±1.53 mV。起泡性方面，ASP在pH 3时FC最高（159.08%±3.42%）；AE在pH 7-11时FC较高，pH 11时达156.15%±2.28%；AE在pH 5和pH 7时FS最高，分别为81.01%±0.82%和89.10%±4.19%。乳化性方面，SE在pH 11时EAI和ESI最高（47.41±3.70 m²/g，94.02%±2.95%）。WHC以AE最高（3.21±0.17 g/g），OHC以SE最高（4.91±0.04 g/g）。LGC以AE最低（14%），显示其凝胶形成能力最强。IVPD在消化240 min后以AE最高（52.60%±0.83%），ASP为28.10%±1.44%，SE为34.49%±1.06%。

3.6 抗氧化活性：AE在DPPH、ABTS⁺自由基清除能力和还原力测定中均表现最强；归因于其较高的抗氧化氨基酸（Lys、Leu、Asp等）和疏水性氨基酸（Met、Pro等）含量，以及碱提过程中暴露的疏水基团与酚类化合物结合形成蛋白-酚类复合物。

3.7 贮藏稳定性：贮藏4周后，AE的MDA含量（0.0755±0.0026 nmol/mg）和羰基含量（0.36±0.08 μmol/g）均最低，溶解度降幅小于4%；ASP羰基含量最高（2.19±0.20 μmol/g），说明AE贮藏稳定性最好。

讨论指出，提取方法通过改变蛋白质的结构折叠和分子间相互作用进而影响功能特性。碱提使蛋白部分去折叠、粒径更小、柔韧性更高，从而改善界面性质和凝胶性，并暴露氨基酸残基增强抗氧化性；但碱提得率低且产生酸碱废水。盐提条件温和，得率较高但纯度较低，因保留较多天然构象和疏水区域而具有优异的持油性和乳化性。硫酸铵沉淀法所得蛋白在酸性条件下起泡性好，但贮藏中氧化程度较高。研究结论为：不同提取方法显著影响ACSP的提取率、感官、结构、功能和贮藏稳定性。碱提可获得高纯度、高功能性和强抗氧化性的ACSP，但得率较低且环境负荷较大；盐提得率高且持油性和乳化性优异，但纯度较低。ACSP作为新型植物蛋白资源具有应用潜力，未来应优化提取工艺以平衡品质与得率，促进其在食品工业中的应用。