《Journal of Environmental Sciences》：Secondary structure-regulated self-assembly of zein: mechanisms, morphological regulation, and adsorptive removal of pollutants in wastewater
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•玉米醇溶蛋白的二级结构可调控其自组装行为及吸附剂的形态。•溶剂、pH值、温度以及物理场都会影响玉米醇溶蛋白的构象。•研究了基于玉米醇溶蛋白的颗粒、薄膜和纤维在水处理中的应用。•重点探讨了重金属、染料、油脂以及各类微量污染物作为处理目标的情况。•稳定性、可再生性以及规模化生产仍是
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玉米醇溶蛋白的二级结构可调控其自组装行为及吸附剂的形态。
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溶剂、pH值、温度以及物理场都会影响玉米醇溶蛋白的构象。
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研究了基于玉米醇溶蛋白的颗粒、薄膜和纤维在水处理中的应用。
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重点探讨了重金属、染料、油脂以及各类微量污染物作为处理目标的情况。
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稳定性、可再生性以及规模化生产仍是该技术应用面临的关键问题。
引言
随着工业化和城市化的快速发展，大量含有重金属离子、染料和有机溶剂的废水被排入自然环境，对生态安全与人类健康构成长期威胁（Rajni等人，2025）。目前已有成熟的工业废水处理技术，包括化学沉淀、混凝絮凝、离子交换、膜分离和生物处理等传统工艺（Fei和Hu，2023），以及光催化（Zheng等人，2023）、芬顿反应（Heidari等人，2023；Park等人，2025）和臭氧氧化（Wen等人，2025）等高级氧化技术。但这些技术都存在一定的局限性：化学沉淀和混凝法需要消耗大量化学品，还会产生含有有毒污染物的二次固体废物；离子交换和膜分离虽能得到稳定的出水，却受树脂再生、膜污染以及高昂运营成本的限制；高级氧化技术虽可分解难降解有机物，但其效果受光照利用效率、催化剂稳定性、能耗以及有毒中间产物等因素制约。当前的环境修复技术正朝着智能化、精准化方向发展：人工智能和数据驱动方法为复杂水系统中的材料筛选、性能预测和工艺优化提供了新思路（Guo等人，2025）；电容去离子、电氧化、光电催化和异质结电极等新兴技术则为去除复杂的离子类和难降解污染物提供了新的途径（Xie等人，2026）。不过，算法模型难以实际应用，而且大多数创新性的水处理技术仍存在制备成本高、操作条件严格等问题。在此背景下，吸附技术因其操作简单、适用范围广且污染物去除效率高而备受关注，因此开发新型吸附剂已成为水处理领域的研究重点。
在众多潜在的吸附剂中，活性炭（González-García，2018）、离子交换树脂（Marin等人，2024）、无机吸附剂（Yang等人，2026）以及天然聚合物吸附剂（Dang等人，2024）已被广泛用于水中污染物的去除，但它们各自也存在一些缺陷，如能耗高、选择性差、依赖石化原料、会产生二次废水、难以回收和成型，以及在水环境中的稳定性不足。相比之下，玉米醇溶蛋白作为一种天然植物蛋白，凭借其低成本、可生物降解、比表面积大以及表面功能基团丰富等优点，成为极具潜力的绿色水净化介质。它还具有由疏水性氨基酸残基主导的自组装能力、成膜能力，以及可调控的界面性质（Tadele等人，2025）。其分子链上的氨基、羟基、羧基和酰胺基等功能基团可通过静电作用、氢键、配位作用和疏水作用与金属离子或染料分子发生相互作用。它的疏水区域也有助于吸附油脂、有机溶剂以及某些疏水性有机污染物（Teng等人，2022）。虽然玉米醇溶蛋白在所有污染物体系中的吸附容量未必都是最高的，但通过反溶剂沉淀、静电纺丝和溶液浇铸等方法，它可以被加工成颗粒、微球、纤维膜和薄膜等多种形态。因此，玉米醇溶蛋白在废水处理中的核心价值并非简单替代传统吸附剂，而是作为一种绿色、可加工且可功能化的生物基吸附平台，用于构建兼具污染物富集、结构调控和复合增强功能的新型环境功能材料。
尽管基于玉米醇溶蛋白的吸附材料已取得一定进展，但现有研究仍存在一些局限。目前关于这类材料的水处理研究相对零散，大多只聚焦于单一影响因素、单一材料形态或单一污染物处理场景。现有的综述并未系统阐述溶剂、pH值、温度和物理场对蛋白质二级结构及自组装行为的协同调控机制，也缺乏对不同形态的玉米醇溶蛋白材料在废水处理中的应用及其针对不同类型污染物性能的系统性总结。此外，蛋白质构象、微观结构与吸附性能之间的内在关系尚未得到充分阐明，对于不同制备工艺的放大潜力、功能组分的作用以及性能数据的对比分析也还不够全面。因此，如图1所示，本综述全面总结了玉米醇溶蛋白的结构特征与构象转变行为，介绍了不同形态吸附材料的制备方法，回顾了它们在废水处理和固相萃取领域的应用进展，并指出了该领域当前面临的挑战。
章节要点
分子特性
玉米醇溶蛋白是玉米中含量最丰富的贮藏蛋白，属于醇溶性蛋白家族，这类蛋白占玉米胚乳蛋白总量的44%至79%（Holding，2014）。它存在于大小约为1微米的封闭蛋白体中，富含亮氨酸、脯氨酸、丙氨酸和苯丙氨酸等疏水性氨基酸残基（Argos等人，1982；Shukla和Cheryan，2001），这些特性使其具有很强的疏水性和优异的成膜性能。
玉米醇溶蛋白基吸附剂在废水处理中的应用
在废水处理中，如图6所示，玉米醇溶蛋白分子含有氨基、羟基、羧基和烷基等多种功能基团，可通过多种相互作用吸附不同的污染物（Teng等人，2022）。对于油脂和有机溶剂，吸附主要依靠疏水作用；而对于有机染料（刚果红），静电吸引是主要作用机制，同时氢键、范德华力等也会起到协同作用。
结论与展望
溶剂、pH值、温度以及物理场等外部因素可以调控玉米醇溶蛋白中α-螺旋、β-折叠和无规卷曲等二级结构的比例，进而影响其聚集状态、表面电荷和宏观形态。基于这些结构特性，玉米醇溶蛋白已被加工成颗粒、微球、纤维膜、薄膜以及复合材料等多种形式，被广泛应用于吸附处理领域。
CRediT作者贡献说明
滕德芳：概念构建、正式分析、资金获取、研究实施、方法设计、项目管理、资源协调、验证、初稿撰写。孙伟泰：概念构建、数据整理、正式分析、软件应用、验证、结果可视化、初稿撰写。刘一友：概念构建、研究实施、方法设计、软件应用、验证。马晓路：数据整理、正式分析、资金获取、项目管理、验证。杨波：正式
未引用参考文献
张等人，2023；陈等人，2020；马等人，2024；王和张，2019；王等人，2022
CRediT作者贡献说明
滕德芳：初稿撰写、验证、资源协调、项目管理、方法设计、研究实施、资金获取、正式分析、概念构建。孙伟泰：初稿撰写、结果可视化、验证、软件应用、正式分析、数据整理、概念构建。刘一友：验证、软件应用、方法设计、研究实施、概念构建。马晓路：验证、项目管理、资金获取、正式分析、数据整理。杨波：资源协调，
利益冲突声明
作者声明不存在任何可能影响本文研究结果的已知利益冲突或个人关系。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（编号：52403136）、山东省自然科学青年基金（编号：ZR2023QC066）、山东省自然科学青年基金（编号：ZR2025QC497）以及山东省重点研发计划（编号：2025TSGCCZZB0563）的支持。
滕德芳|孙伟泰|刘一友|马晓路|杨波|李伟|郭增革
