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(xiàng)研究表明瓜蔞子具有豐富的藥用價(jià)值和臨床應(yīng)用價(jià)值，除了能清熱化痰、潤(rùn)燥滑腸，還能用于治療咳嗽和冠心病等疾病。當(dāng)前，對(duì)瓜蔞子的研究主要集中在油脂和多糖上，對(duì)瓜蔞子分離蛋白（TPI）的研究處于分離提取階段，其結(jié)構(gòu)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(yīng)用。

對(duì)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(yù)處理手段。

華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)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(yù)處理方法輔助堿溶酸沉法對(duì)TPI進(jìn)行提取，并對(duì)兩種方法所得TPI的結(jié)構(gòu)特征、理化性質(zhì)、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(chǔ)信息，為后續(xù)TPI基營(yíng)養(yǎng)保健品的開發(fā)利用提供理論基礎(chǔ)。

1 不同預(yù)處理方法對(duì)TPI產(chǎn)量、純度和顏色的影響

如圖2A所示，MIC提取的TPI產(chǎn)率為41%，純度為87.78%；USWB產(chǎn)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(chǎn)率為22%左右，低于本研究中的產(chǎn)率。顏色是影響消費(fèi)者購(gòu)買欲的重要因素之一，因此，本研究對(duì)不同TPI進(jìn)行色差分析，結(jié)果如圖2B所示。MIC-TPI呈較亮的黃綠色粉末，USWB-TPI比MIC-TPI呈現(xiàn)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(fā)生變化可能是超聲的空化作用導(dǎo)致局部產(chǎn)生瞬時(shí)高溫和高壓，使蛋白質(zhì)表面疏水性增加和巰基含量降低，嵌入大分子蛋白質(zhì)內(nèi)部核黃素分子的暴露面積增加，從而使得顏色發(fā)生改變；而MIC產(chǎn)生的黃色成分可能是因?yàn)樵?20 W下產(chǎn)生熱效應(yīng)發(fā)生美拉德反應(yīng)。USWB-TPI的

L

*值低于MIC-TPI歸因于超聲會(huì)增加酚類化合物產(chǎn)量，酚類物質(zhì)的聚合反應(yīng)能夠讓蛋白質(zhì)的顏色變暗。這一結(jié)果與Zhou Bing等研究發(fā)現(xiàn)微波處理鴨蛋清蛋白的亮度高于超聲處理的結(jié)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(duì)TPI顏色有所影響。

2 不同預(yù)處理方法對(duì)TPI結(jié)構(gòu)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(xiàn)為光滑的不規(guī)則塊狀或片狀結(jié)構(gòu)，而USWB-TPI為相對(duì)細(xì)小、表面粗糙的碎片化結(jié)構(gòu)，USWB-TPI比MIC-TPI擁有更小的顆粒且有一些小孔。這可能是因?yàn)橐环矫妫?jīng)過(guò)微波處理的蛋白由于熱效應(yīng)出現(xiàn)了一定程度的堆積和聚集，呈現(xiàn)為不規(guī)則的塊狀或團(tuán)塊結(jié)構(gòu)；另一方面，在超聲的空化效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)下部分大分子蛋白質(zhì)解聚成小分子，使微觀結(jié)構(gòu)更加分散。上述結(jié)果表明微波和超聲處理可以影響蛋白質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)。

2.2 分子質(zhì)量和氨基酸組成分析

SDS-PAGE通常用于反映蛋白質(zhì)的分子質(zhì)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(jìn)等的研究結(jié)果相似，其發(fā)現(xiàn)TPI在20～66 kDa范圍內(nèi)存在4 條蛋白條帶。無(wú)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(qiáng)度有所不同。這一結(jié)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(jié)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(nèi)的條帶強(qiáng)度明顯增加。Kong Yue等認(rèn)為可能是超聲波的空化作用、剪切力促進(jìn)了35 kDa亞基處的疏水聚集，從而增強(qiáng)了35 kDa亞基帶的強(qiáng)度。這些結(jié)果表明，兩種預(yù)處理方法不會(huì)引起TPI的顯著降解，因此不會(huì)對(duì)條帶產(chǎn)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(duì)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(jié)果與超聲輔助提取核桃蛋白和雜交鱘魚蛋白的結(jié)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(jié)合本研究中表面疏水性和電位的結(jié)果，進(jìn)一步證實(shí)了USWB可以通過(guò)暴露原本埋藏在蛋白質(zhì)分子內(nèi)部的疏水基團(tuán)改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，從而增加蛋白質(zhì)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(duì)蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行定性和定量分析。如圖4B所示，

-螺旋是主要結(jié)構(gòu)，其次為無(wú)規(guī)卷曲，

-折疊和

-轉(zhuǎn)角的占比相對(duì)較低。通常

-螺旋和

-折疊是以有序的排列模式呈現(xiàn)，被認(rèn)為是維持蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)，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(yīng)誘導(dǎo)的物理作用使

-折疊轉(zhuǎn)化為

-螺旋結(jié)構(gòu)造成的，同時(shí)

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

-螺旋含量的增加導(dǎo)致更多的非共價(jià)分子相互作用，從而促進(jìn)更穩(wěn)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(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)之間的氫鍵和靜電相互作用，引起蛋白質(zhì)分子的局部變形和斷裂，導(dǎo)致蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)改變，其中的差異可能是蛋白質(zhì)類型和超聲提取條件造成的，這種變化有助于改善蛋白質(zhì)的功能特性。

2.4 內(nèi)源熒光光譜分析

內(nèi)源熒光取決于蛋白質(zhì)中酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸殘基周圍環(huán)境的極性。其中，色氨酸殘基發(fā)出的關(guān)鍵熒光可作為檢測(cè)信號(hào)，用于監(jiān)測(cè)蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的變化。如圖4C所示，兩種不同預(yù)處理方法提取的蛋白質(zhì)樣品最大熒光吸收波長(zhǎng)（

max ）沒有發(fā)生變化。然而，MIC-TPI的熒光強(qiáng)度高于USWB-TPI的熒光強(qiáng)度。這可能是因?yàn)槲⒉ǖ臒嵝?yīng)調(diào)整了分子運(yùn)動(dòng)和提高了極性分子碰撞效率，從而促進(jìn)色氨酸殘基嵌入在蛋白質(zhì)內(nèi)部的疏水環(huán)境中，導(dǎo)致熒光增強(qiáng)。這一結(jié)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(qiáng)度高于超聲輔助提取的結(jié)果一致。

2.5 巰基和S—S含量分析

SHF是蛋白質(zhì)分子中最重要的活性基團(tuán)之一，它們與S—S的交換反應(yīng)增強(qiáng)了蛋白質(zhì)分子間的相互作用，促進(jìn)了蛋白質(zhì)在油-水界面上的吸附，對(duì)維持蛋白質(zhì)分子的穩(wěn)定性至關(guān)重要。因此，SHF基團(tuán)的含量對(duì)蛋白質(zhì)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(dǎo)致埋藏的巰基暴露，以及在超聲過(guò)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(guò)程中蛋白質(zhì)分子展開，暴露出更多掩埋的巰基基團(tuán)；同時(shí)，由于疏水相互作用增強(qiáng)，分子內(nèi)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(qiáng)形成S—S，使得S—S含量增加。Lamacchia等研究也同樣發(fā)現(xiàn)微波降低了小麥蛋白中巰基的含量，促進(jìn)了S—S的形成。

2.6 表面疏水性分析

蛋白質(zhì)的表面疏水性可通過(guò)其分子結(jié)構(gòu)表面的疏水基團(tuán)含量進(jìn)行表征，這對(duì)蛋白質(zhì)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(jié)果相印證，這可能是因?yàn)槌曨A(yù)處理使蛋白質(zhì)

-折疊含量下降，二級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，將隱藏在球狀蛋白質(zhì)內(nèi)部的疏水基團(tuán)暴露在表面，從而提高蛋白質(zhì)的表面疏水性。

2.7 Zeta電位

在pH 7.0的條件下，如果蛋白質(zhì)溶液中帶負(fù)電荷的氨基酸含量高于帶正電荷的氨基酸，蛋白質(zhì)溶液的Zeta電位一般為負(fù)值。在本研究中，兩種TPI中帶負(fù)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(fù)值（圖5B）。其中，Zeta電位絕對(duì)值依次為MIC-TPI＞USWB-TPI。Zeta電位的絕對(duì)值越高，表明液滴之間的靜電排斥力越強(qiáng)，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(lái)的空化效應(yīng)和高速湍流會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)重新聚集并凝結(jié)，從而降低表面電荷。這一結(jié)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(duì)值高于超聲輔助提取結(jié)果相似。

3 不同提取方法對(duì)TPI理化特性的影響

3.1 蛋白質(zhì)溶解度

高溶解度反映了蛋白質(zhì)較好的水化性能。蛋白質(zhì)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(gè)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?yàn)槌暤母吣芰渴沟鞍踪|(zhì)展開并暴露疏水基團(tuán)，疏水相互作用促進(jìn)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(huì)導(dǎo)致溶解度降低，這與本研究結(jié)果一致。同時(shí)，MIC-TPI具有較高的Zeta電位絕對(duì)值，顆粒之間會(huì)相互排斥，并具有抗絮凝性，能夠具有相對(duì)高的溶解度。

3.2 乳化特性分析

蛋白質(zhì)的乳化特性可使水和脂肪混合，從而使食品的質(zhì)地和口感均勻。EAI用以衡量蛋白質(zhì)形成乳狀液的能力，而ESI則用以衡量蛋白質(zhì)在一段時(shí)間內(nèi)保持乳狀液穩(wěn)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(xiàn)出和EAI同樣的趨勢(shì)。表明超聲處理增加TPI乳化特性的能力優(yōu)于微波處理，這可能是因?yàn)閁SWB-TPI具備較高的表面疏水性，可以促進(jìn)蛋白質(zhì)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(jié)果與Zhou Bing等超聲水浴處理咸鴨蛋蛋白乳化能力優(yōu)于微波處理的結(jié)果一致。

3.3 發(fā)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(jù)報(bào)道，展開的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與周圍的氣泡廣泛相互作用時(shí)，產(chǎn)生穩(wěn)定的泡沫；USWB-TPI的疏水暴露區(qū)域增強(qiáng)了蛋白質(zhì)在空氣-水界面的吸附，從而穩(wěn)定了氣泡周圍的界面網(wǎng)絡(luò)并延遲泡沫塌陷，提高FS。此外，超聲處理也可能引起蛋白質(zhì)的氧化，增強(qiáng)蛋白質(zhì)與空氣的相互作用，使得USWB-TPI獲得更好的發(fā)泡性能。這一結(jié)果與Jahan等發(fā)現(xiàn)微波處理芥末粉蛋白的發(fā)泡能力不及超聲處理結(jié)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(jié)果與Ajayi等研究微波、超聲處理羽扇豆得到的結(jié)果相反，Δ

H

較低可能是因?yàn)槌曁幚韺?dǎo)致TPI的

-折疊含量減少，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)更加無(wú)序松散，從而降低蛋白質(zhì)展開所需的能量。

5 結(jié) 論

本研究分析MIC和USWB對(duì)TPI結(jié)構(gòu)、理化特性和熱特性的影響。微波的熱效應(yīng)、超聲的空化效應(yīng)以及伴隨的機(jī)械作用會(huì)對(duì)樣品產(chǎn)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(zhì)方面，MIC-TPI有更高的溶解度，而USWB-TPI有更優(yōu)異的FS、ESI和熱特性?？偟貋?lái)說(shuō)，USWB是提取TPI更合適的方法。本研究結(jié)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(duì)TPI結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)的影響，同時(shí)可為TPI在食品工業(yè)中的應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

本文《微波和超聲預(yù)處理瓜蔞子分離蛋白結(jié)構(gòu)與理化特性的影響》來(lái)源于《食品科學(xué)》2025年46卷第16期304-312頁(yè)，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(diǎn)擊下方 閱讀原文 即可查看文章相關(guān)信息。

實(shí)習(xí)編輯：普怡然 ；責(zé)任編輯：張睿梅。點(diǎn)擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來(lái)源于文章原文及攝圖網(wǎng)。