《食品科學》：華南農業大學文黎攀副教授等：微波和超聲預處理瓜蔞子分離蛋白結構與理化特性的影響

瓜蔞（

Trichosanthes kirilowii

Maxim.）亦稱栝樓、野葫蘆或吊瓜，是一種隸屬于葫蘆科的植物。多項研究表明瓜蔞子具有豐富的藥用價值和臨床應用價值，除了能清熱化痰、潤燥滑腸，還能用于治療咳嗽和冠心病等疾病。當前，對瓜蔞子的研究主要集中在油脂和多糖上，對瓜蔞子分離蛋白（TPI）的研究處于分離提取階段，其結構和理化特征方面的信息還甚少，這限制了TPI在食品加工中的應用。

對于蛋白的提取，堿溶酸沉是常用方法之一，而在輔助提取蛋白的方法中，微波和超聲波是較為常見的預處理手段。

華南農業大學食品學院磨小蝶、包含笑、黎攀*等人選用微波（MIC）和超聲水浴（USWB）兩種常見的預處理方法輔助堿溶酸沉法對TPI進行提取，并對兩種方法所得TPI的結構特征、理化性質、功能特性以及熱特性展開比較分析。旨在為TPI的提取提供一定的基礎信息，為后續TPI基營養保健品的開發利用提供理論基礎。

1 不同預處理方法對TPI產量、純度和顏色的影響

如圖2A所示，MIC提取的TPI產率為41%，純度為87.78%；USWB產率為43%，純度為91.48%。先前熊利芝等采用超聲輔助堿提法提取TPI，產率為22%左右，低于本研究中的產率。顏色是影響消費者購買欲的重要因素之一，因此，本研究對不同TPI進行色差分析，結果如圖2B所示。MIC-TPI呈較亮的黃綠色粉末，USWB-TPI比MIC-TPI呈現出偏暗的黃綠色，且USWB-TPI比MICTP顯示出更低的

a

*值和更高的

b

*值。之前的研究顯示堿溶酸沉法制得TPI呈綠色，USWB-TPI顏色發生變化可能是超聲的空化作用導致局部產生瞬時高溫和高壓，使蛋白質表面疏水性增加和巰基含量降低，嵌入大分子蛋白質內部核黃素分子的暴露面積增加，從而使得顏色發生改變；而MIC產生的黃色成分可能是因為在720 W下產生熱效應發生美拉德反應。USWB-TPI的

L

*值低于MIC-TPI歸因于超聲會增加酚類化合物產量，酚類物質的聚合反應能夠讓蛋白質的顏色變暗。這一結果與Zhou Bing等研究發現微波處理鴨蛋清蛋白的亮度高于超聲處理的結論一致。此外，MIC-TPI與USWB-TPI之間的Δ

E

分別為18.82和25.61，表明微波和超聲處理對TPI顏色有所影響。

2 不同預處理方法對TPI結構特性的影響

2.1 掃描電鏡分析

如圖3所示，在相同的放大倍率下，MIC-TPI表現為光滑的不規則塊狀或片狀結構，而USWB-TPI為相對細小、表面粗糙的碎片化結構，USWB-TPI比MIC-TPI擁有更小的顆粒且有一些小孔。這可能是因為一方面，經過微波處理的蛋白由于熱效應出現了一定程度的堆積和聚集，呈現為不規則的塊狀或團塊結構；另一方面，在超聲的空化效應和機械效應下部分大分子蛋白質解聚成小分子，使微觀結構更加分散。上述結果表明微波和超聲處理可以影響蛋白質的微觀結構。

2.2 分子質量和氨基酸組成分析

SDS-PAGE通常用于反映蛋白質的分子質量和亞基組成。還原電泳能夠提供TPI亞基組成的信息，而非還原電泳主要揭示TPI的組成。由圖4A可知，TPI在15～25 kDa和55 kDa處有清晰的條帶，與謝進等的研究結果相似，其發現TPI在20～66 kDa范圍內存在4 條蛋白條帶。無論是還原圖譜還是非還原圖譜，兩種提取方法有著相似的條帶分布，只是條帶強度有所不同。這一結果與Tang Jiafei等研究USWB輔助萃取豌豆分離蛋白得到的電泳條帶結果相似。相比于非還原性電泳圖譜，添加還原劑的TPI樣品都被還原為更小的亞基單體，且USWB樣品在35 kDa范圍內的條帶強度明顯增加。Kong Yue等認為可能是超聲波的空化作用、剪切力促進了35 kDa亞基處的疏水聚集，從而增強了35 kDa亞基帶的強度。這些結果表明，兩種預處理方法不會引起TPI的顯著降解，因此不會對條帶產生太大的影響。

如表1所示，TPI中的主要氨基酸是谷氨酸（12.30～12.99 g/100 g）和精氨酸（10.66～11.05 g/100 g）。MIC和USWB對氨基酸含量影響差異不大，但USWB-TPI所含的疏水氨基酸（如異亮氨酸和賴氨酸等）總量高于MIC-TPI，這一結果與超聲輔助提取核桃蛋白和雜交鱘魚蛋白的結果類似。超聲波能改變氨基酸的含量，這可能是不同提取方法造成TPI中氨基酸含量差異的原因，結合本研究中表面疏水性和電位的結果，進一步證實了USWB可以通過暴露原本埋藏在蛋白質分子內部的疏水基團改變蛋白質的結構，從而增加蛋白質的表面疏水性。

2.3 圓二色光譜分析

利用圓二色光譜儀可對蛋白質二級結構進行定性和定量分析。如圖4B所示，

-螺旋是主要結構，其次為無規卷曲，

-折疊和

-轉角的占比相對較低。通常

-螺旋和

-折疊是以有序的排列模式呈現，被認為是維持蛋白質結構的主要結構，USWB-TPI于MIC-TPI顯示出較高的

-螺旋和較低的

-折疊含量（5.2%），其中

-折疊含量明顯下降，這可能是超聲空化效應誘導的物理作用使

-折疊轉化為

-螺旋結構造成的，同時

-折疊含量的下降也表明蛋白質的疏水部位暴露，導致其表面疏水性增強。這一結果與Tang Jiafei等通過微波和超聲輔助提取羽扇豆蛋白所得結果相似。此外，

-螺旋含量的增加導致更多的非共價分子相互作用，從而促進更穩定的多層界面形成。由此可以推斷超聲波和MIC可以破壞蛋白質二級結構之間的氫鍵和靜電相互作用，引起蛋白質分子的局部變形和斷裂，導致蛋白質二級結構改變，其中的差異可能是蛋白質類型和超聲提取條件造成的，這種變化有助于改善蛋白質的功能特性。

2.4 內源熒光光譜分析

內源熒光取決于蛋白質中酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸殘基周圍環境的極性。其中，色氨酸殘基發出的關鍵熒光可作為檢測信號，用于監測蛋白質三級結構的變化。如圖4C所示，兩種不同預處理方法提取的蛋白質樣品最大熒光吸收波長（

max ）沒有發生變化。然而，MIC-TPI的熒光強度高于USWB-TPI的熒光強度。這可能是因為微波的熱效應調整了分子運動和提高了極性分子碰撞效率，從而促進色氨酸殘基嵌入在蛋白質內部的疏水環境中，導致熒光增強。這一結果與Zhang Wenjuan等研究的微波輔助提取乳清蛋白分離物的熒光光譜強度高于超聲輔助提取的結果一致。

2.5 巰基和S—S含量分析

SHF是蛋白質分子中最重要的活性基團之一，它們與S—S的交換反應增強了蛋白質分子間的相互作用，促進了蛋白質在油-水界面上的吸附，對維持蛋白質分子的穩定性至關重要。因此，SHF基團的含量對蛋白質的功能特性有重要影響。如圖4D所示，與MIC-TPI相比，USWB-TPI的SHF含量較高，而SHT和S—S含量較低。其原因可能是超聲導致埋藏的巰基暴露，以及在超聲過程中S—S可能斷裂為巰基，使巰基含量更高。而MIC-TPI可能是在微波加熱過程中蛋白質分子展開，暴露出更多掩埋的巰基基團；同時，由于疏水相互作用增強，分子內巰基之間的距離縮短，在有氧的情況下，巰基暴露面積的增加以及活性的增強形成S—S，使得S—S含量增加。Lamacchia等研究也同樣發現微波降低了小麥蛋白中巰基的含量，促進了S—S的形成。

2.6 表面疏水性分析

蛋白質的表面疏水性可通過其分子結構表面的疏水基團含量進行表征，這對蛋白質的功能特性有著重要的影響。從圖5A可以看出，USWB-TPI的表面疏水性高于MIC-TPI，這與USWB-TPI含有的疏水氨基酸總量最高的結果相印證，這可能是因為超聲預處理使蛋白質

-折疊含量下降，二級結構發生變化，將隱藏在球狀蛋白質內部的疏水基團暴露在表面，從而提高蛋白質的表面疏水性。

2.7 Zeta電位

在pH 7.0的條件下，如果蛋白質溶液中帶負電荷的氨基酸含量高于帶正電荷的氨基酸，蛋白質溶液的Zeta電位一般為負值。在本研究中，兩種TPI中帶負電的氨基酸總量都高于帶正電的氨基酸總量（表1），TPI的Zeta電位均為負值（圖5B）。其中，Zeta電位絕對值依次為MIC-TPI＞USWB-TPI。Zeta電位的絕對值越高，表明液滴之間的靜電排斥力越強，這可能是微波的能量暴露了TPI中帶電的氨基酸殘基，增加表面靜電荷。而微波能量更高的超聲處理所帶來的空化效應和高速湍流會導致蛋白質重新聚集并凝結，從而降低表面電荷。這一結果與Jiang Yongli等研究得到的用微波輔助提取三葉木種子分離蛋白其Zeta電位絕對值高于超聲輔助提取結果相似。

3 不同提取方法對TPI理化特性的影響

3.1 蛋白質溶解度

高溶解度反映了蛋白質較好的水化性能。蛋白質之間的疏水相互作用和靜電相互作用是影響溶解度的兩個重要因素。如圖6A所示，MIC-TPI的溶解度（8.12%）高于USWB-TPI的溶解度（6.99%），這與USWB-TPI具有較高的表面疏水性相印證，可能是因為超聲的高能量使蛋白質展開并暴露疏水基團，疏水相互作用促進蛋白重新聚集，從而增加粒徑并降低溶解度。值得注意的是，Yu Cuiping等提出

-螺旋的含量增加會導致溶解度降低，這與本研究結果一致。同時，MIC-TPI具有較高的Zeta電位絕對值，顆粒之間會相互排斥，并具有抗絮凝性，能夠具有相對高的溶解度。

3.2 乳化特性分析

蛋白質的乳化特性可使水和脂肪混合，從而使食品的質地和口感均勻。EAI用以衡量蛋白質形成乳狀液的能力，而ESI則用以衡量蛋白質在一段時間內保持乳狀液穩定的能力。如圖6B所示，USWB-TPI的EAI和ESI分別為11.66 m2/g、19.88 min，而MIC-TPI的EAI和ESI分別為8.11 m2/g、16.467 min，ESI表現出和EAI同樣的趨勢。表明超聲處理增加TPI乳化特性的能力優于微波處理，這可能是因為USWB-TPI具備較高的表面疏水性，可以促進蛋白質更好地相互作用并吸附在親脂分子表面，從而改善EAI，這一結果與Zhou Bing等超聲水浴處理咸鴨蛋蛋白乳化能力優于微波處理的結果一致。

3.3 發泡特性分析

如圖6C所示，和MIC-TPI相比，USWB-TPI的FC（25%）和FS（70.83%）較高，這歸因于USWAB-TPI較低的

-折疊含量和較高的表面疏水性。據報道，展開的蛋白質結構與周圍的氣泡廣泛相互作用時，產生穩定的泡沫；USWB-TPI的疏水暴露區域增強了蛋白質在空氣-水界面的吸附，從而穩定了氣泡周圍的界面網絡并延遲泡沫塌陷，提高FS。此外，超聲處理也可能引起蛋白質的氧化，增強蛋白質與空氣的相互作用，使得USWB-TPI獲得更好的發泡性能。這一結果與Jahan等發現微波處理芥末粉蛋白的發泡能力不及超聲處理結果相似。

4 熱特性分析

如圖6D所示，與MIC-TPI相比，USWB-TPI顯示出較高的

T

d （81.05 ℃），Δ

H

較低，結果與Ajayi等研究微波、超聲處理羽扇豆得到的結果相反，Δ

H

較低可能是因為超聲處理導致TPI的

-折疊含量減少，蛋白質結構更加無序松散，從而降低蛋白質展開所需的能量。

5 結 論

本研究分析MIC和USWB對TPI結構、理化特性和熱特性的影響。微波的熱效應、超聲的空化效應以及伴隨的機械作用會對樣品產生不同程度的影響。與MIC-TPI相比，USWB-TPI具有更低的

-折疊含量和更高水平的表面疏水性。在理化性質方面，MIC-TPI有更高的溶解度，而USWB-TPI有更優異的FS、ESI和熱特性。總地來說，USWB是提取TPI更合適的方法。本研究結果為TPI的提取提供了新的方法借鑒，也有助于深入理解MIC和USWB對TPI結構和理化性質的影響，同時可為TPI在食品工業中的應用提供基礎數據支撐。

本文《微波和超聲預處理瓜蔞子分離蛋白結構與理化特性的影響》來源于《食品科學》2025年46卷第16期304-312頁，作者：磨小蝶，包含笑，何致霖，侯佳作，李華，王玉輝，張飛翔，李璐，杜冰，黎攀*。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250226-147。點擊下方 閱讀原文 即可查看文章相關信息。

實習編輯：普怡然 ；責任編輯：張睿梅。點擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網。