《Food Chemistry》：Insights into microalgae residue-derived protein-polysaccharide complex as a plant-based egg white foam alternative: chemical characteristics and interfacial behaviors
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•从螺旋藻残渣中提取出的新型水胶体材料。•这种多糖-蛋白质复合物具有出色的泡沫性能，泡沫膨胀率为6.91升/升。•多糖链呈纤维状，分布在蛋白质周围。•蛋白质的氨基酸组成丰富，且具有明显的表面结构。•植物基天使蛋糕在颜色和质地方面与鸡蛋制品相当。引言由于鸡蛋具有丰富的营养价值，其氨
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从螺旋藻残渣中提取出的新型水胶体材料。
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这种多糖-蛋白质复合物具有出色的泡沫性能，泡沫膨胀率为6.91升/升。
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多糖链呈纤维状，分布在蛋白质周围。
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蛋白质的氨基酸组成丰富，且具有明显的表面结构。
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植物基天使蛋糕在颜色和质地方面与鸡蛋制品相当。
引言
由于鸡蛋具有丰富的营养价值，其氨基酸组成与人体对必需氨基酸的需求极为接近，再加上易于获取，因此一直是人类饮食中的主要食物来源（Laursen等人，2025年）。尽管鸡蛋在食品工业中具有诸多功能优势并被广泛使用，但其应用仍受到诸多问题的限制。主要问题包括蛋白质过敏带来的健康风险以及蛋壳带来的沙门氏菌污染（Tian等人，2024年）；还有温室气体排放、土地资源竞争和水污染等环境问题。这些挑战凸显出人们越来越需要寻找鸡蛋的替代品（Buhl、Christensen和Hammersh?j，2019年）。蛋清作为鸡蛋的组成部分，不仅营养丰富，还是食品制造中的重要结构剂，因其营养价值和良好的起泡性能，被广泛用作各类发泡食品的充气剂（Ali等人，2025年）。在制作蛋糕、蛋白霜、慕斯以及巧克力甜点等各式发泡食品时，蛋清也被广泛用作打发剂（Deotale、Dutta、Moses、Balasubramaniam和Anandharamakrishnan，2020年；Mustafa、He、Shim和Reaney，2018年）。然而，蛋清也是鸡蛋中过敏原的主要来源，同时还存在一些固有的技术缺陷，比如泡沫不稳定，以及由于液体流失和聚合而导致的结构坍塌现象（Zhao等人，2025年）。这些问题都凸显出迫切需要找到蛋清的替代品。开发这类替代品对于打造更可持续的食品、减少鸡蛋生产带来的环境影响至关重要。
要想实现有效的替代，替代原料必须具备出色的起泡性能和营养功能，才能满足蛋清在食品制造中的多种应用需求（Nikbakht Nasrabadi、Goli、Sedaghat Doost和Van der Meeren，2020年）。随着全球对更健康、更可持续且成本更低的食物资源需求的增加，各种植物源原料——包括豆类制品、油籽粕、水果加工副产品以及植物蛋白——作为蛋清的替代品得到了研发和应用（Schweiggert-Weisz、Eisner、Bader-Mittermaier和Osen，2020年；Buhl等人，2019年）。豆类具有与鸡蛋蛋白相当的功能特性，如吸水、溶解、吸附脂肪、起泡、凝胶化以及乳化等功能（Diaz等人，2022年）。此外，油籽粕蛋白具有很强的吸水、乳化、起泡能力以及稳定性，而来自水果加工副产品的富含纤维的材料则具有很高的吸水和吸油能力，这些特点使得它们成为食品加工中蛋清的理想替代品（Li等人，2026年；Zhan、Youssef、Li和Li，2022年）。不过，这类植物源蛋白的固有结构往往导致其在气液界面处的吸附效率较低（Jin等人，2023年），从而影响其起泡效果和泡沫稳定性。此外，这类替代品还存在诸多功能缺陷，比如耐热性差、氨基酸组成不完整、水溶性有限，以及可能存在异常味道（Amagliani、Silva、Saffon和Dombrowski，2021年）。因此，有必要进一步研究，寻找能够克服这些功能缺陷的同时仍保持所需营养价值的新型替代品。
微藻作为地球上最古老的初级生产者之一，如今正逐渐成为新一代超级食品。它们营养丰富且全面，无需耕地即可培育，还具有很高的环境可持续性、适应能力强且生长迅速。这些优点使得微藻成为人类未来极具前景的食品来源（Torres-Tiji、Fields和Mayfield，2020年）。属于蓝绿藻类的螺旋藻因其高蛋白含量而闻名（Rosa、Moraes、Cardias、de Souza和Costa，2015年），这也是它成为世界上栽培最多的微藻品种的原因（Lafarga、Fernández-Sevilla、González-López和Acién-Fernández，2020年）。螺旋藻含有多种高价值的碳水化合物、蛋白质及其他活性物质，但目前的研究重点仅集中在藻蓝蛋白和活性多糖上（Tan等人，2025年；Xiao等人，2025年）。在螺旋藻生物产品的生产和提取过程中，螺旋藻残渣常常被忽视，被当作废弃物丢弃，造成了极大的资源浪费（Chen、Tang、Shi、Zhou和Fan，2022年；Gong等人，2024年）。微藻残渣的主要成分是细胞壁，它可分为四层（从L-I到L-IV），主要由酸性多糖鞘、多层葡聚糖和肽聚糖聚合物构成。目前，螺旋藻残渣可直接用作动物饲料，也可通过微生物发酵转化为生物燃料（Iamtham、Kaewkam、Chanprame和Pan-utai，2022年）。最近的研究表明，从微藻残渣中提取出的物质具有独特的流变学性质和表面活性（Caetano等人，2022年）。Wang等人发现，通过热处理和高速剪切可以将螺旋藻细胞壁中的结构多糖释放出来，从而有效提高悬浮液的粘度和凝胶性能；还有研究表明，小球藻生物质能够有效提升乳液的稳定性和流变性能（Grossmann、Ebert、Hinrichs和Weiss，2019年）；雨生红球藻残渣的细胞壁提取物可以形成并稳定皮克林乳液（Yin、Wang和Zeng，2023年），还能增强用于食品3D打印的明胶乳液的结构强度（Wang、Yin和Zeng，2023年）。同时，也有研究证明，植物细胞壁多糖分散体具有出色的泡沫性能（Beatrice等人，2017年）。研究表明，螺旋藻残渣提取物是一种蛋白质-多糖复合物，兼具快速界面吸附和结构强化的双重功能。由于其具备耐热性、完整的氨基酸组成以及良好的水溶性，这一独特的组合有望解决植物蛋白的诸多缺陷，为人们提供了一种很有前景的新型蛋白质替代品。
因此，本研究探讨了螺旋藻残渣提取物作为食品中蛋清替代品的潜力。研究结果表明，经过藻蓝蛋白提取后的螺旋藻残渣水提取物，其起泡性能优于蛋清。随后，研究人员进一步研究了该水提取物的表面特性和组成成分，通过去除其中的蛋白质，得到了去蛋白后的螺旋藻残渣水提取物，同时还通过盐析法从该水提取物中分离出了螺旋藻残渣中的蛋白质。通过对去蛋白后提取物以及分离出的蛋白质的化学成分、功能特性和结构特性进行分析，进一步阐明了该水提取物能够形成泡沫的机制。最后，研究人员用不同比例的该水提取物与蛋清混合制成的泡沫来制作海绵蛋糕，并评估了这些蛋糕的性能和质地。这项研究有助于拓展螺旋藻在食品领域的应用，同时也证明了微藻残渣提取物在替代蛋清方面的巨大潜力。
章节摘要
材料
用于本研究的螺旋藻残渣是在中国福清市由福清金达尔玛斯螺旋藻有限公司提供的。本研究所使用的螺旋藻菌株为平旋藻，它在30至35摄氏度的户外池塘中培育，其藻蓝蛋白含量约为14%。单糖标准品则购自美国密苏里州圣路易斯的Sigma-Aldrich公司。甘氨酸、十二烷基硫酸钠、三羟甲基氨基甲烷以及过硫酸铵则来自生物技术领域。
SWE的表面特性分析
水提取法是食品工业中常用的提取方法，但得到的水提取物通常还需要进一步纯化才能获得具有特定功能的活性物质。纯化过程往往需要添加盐类、有机化合物等其他物质，这不仅会增加生产成本，还可能造成一定的环境污染。因此，简化或省略纯化步骤以直接获得功能性活性物质具有重要的实际应用价值。
结论
综上所述，螺旋藻残渣的水提取物具有优异的泡沫膨胀率，其表现优于蛋清。通过对该水提取物及其所含蛋白质和多糖的特性分析，研究发现其中存在蛋白质-多糖复合物，而这正是该水提取物具备出色泡沫性能的主要原因。该水提取物中的蛋白质由多个亚基组成，具有较为松散的二级结构，而糖蛋白中的多糖则主要由葡萄糖构成。
作者贡献说明
尹志豪：撰写原始稿件、数据可视化、方法设计、实验研究、正式分析、概念构思。 陈汉旭：方法设计、实验研究。 陈玉欣：项目监督、资源提供、方法设计、实验研究。 朱凯：撰写原始稿件、项目监督、实验研究。 王文康：数据可视化、方法设计。 陈世国：稿件审阅与编辑、数据可视化、项目管理、方法设计、资金筹集、概念构思。
利益冲突声明
作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益冲突或个人关系。
致谢
本研究得到了中国国家重点研发计划（编号：2022YFF1100204）以及浙江省“尖兵”和“领雁”科技创新计划（编号：2025C01099）的支持。
Zihao Yin|Hanxu Chen|Yuxin Chen|Kai Zhu|Wenkang Wang|Shiguo Chen
