通过芯片上的催化发夹结构及具有表面增强拉曼散射（SERS）活性的纳米探针，实现对金黄色葡萄球菌肠毒素B的超灵敏检测

《Journal of Food Composition and Analysis》：Ultrasensitive detection of Staphylococcus aureus enterotoxin B via on-chip catalytic hairpin assembly and SERS-active nanoprobe

　　本研究对比传统、高能及超声处理提取 foxtail millet 蛋白质，发现超声法显著提高产率（23-35%）与纯度（51-31%），并增强乳化活性及体外消化率（86.68%）。成功开发米浆饮料，感官评分（6.21）优于商业蛋白粉（4.14），且富含铁、锌、钙，为功能性食品开发提供新思路。

　　随着全球对植物基蛋白需求的不断增长，研究人员正致力于探索更广泛的来源以满足这一趋势。传统上，人们主要依赖豆类、谷物和油料作物作为蛋白质提取的原料，而近年来，非传统蛋白来源如小米（Foxtail millet）正逐渐受到关注。小米因其丰富的营养成分、较强的环境适应性和较低的农业投入，被认为是未来农业和食品工业的重要资源之一。在本研究中，我们重点探讨了不同提取方法对小米蛋白品质的影响，包括传统的碱溶酸沉法、高能提取法以及酶解法，并特别关注了超声波技术的应用。

小米作为一种古老的作物，起源于大约6000年前，曾是南欧和温带、亚热带及热带亚洲地区的主要粮食之一。它不仅是一种无麸质的全谷物，还富含蛋白质、维生素和矿物质，与大米和小麦等主要谷物相比具有更高的营养价值。根据相关研究，小米的蛋白质含量在10-13%之间，而矿物质含量则达到3.3%。这些特性使小米成为一种具有潜力的天然蛋白质来源，尤其在营养强化和健康食品开发方面。

在蛋白质提取过程中，传统方法通常涉及使用碱性溶液将蛋白质溶解，然后通过酸性条件将其沉淀出来。这种方法虽然成熟，但其提取效率和蛋白质纯度可能受到多种因素的影响，例如溶剂与溶质的比例、pH值、温度等。此外，传统方法可能会改变蛋白质的二级结构，从而影响其功能特性，如发泡性、乳化性、凝胶形成能力、增稠性和油脂及水分的吸收能力。为了提高提取效率和蛋白质品质，近年来出现了许多新型的非热处理技术，如超声波、脉冲电场、高压均质化和冷等离子处理等。这些技术能够诱导蛋白质分子间的新型相互作用和化学键，从而改善其功能属性。

在本研究中，我们采用超声波技术提取小米蛋白，并将其与传统的碱溶酸沉法和酶解法进行比较。结果表明，超声波技术能够显著提高蛋白质的提取率和纯度。具体而言，超声波提取的蛋白质产量在23-35%之间，纯度则在51-31%之间，而传统方法的蛋白质产量在4-60%之间，纯度则在51-7%之间。这表明，超声波技术在提高蛋白质提取效率方面具有明显优势。此外，超声波处理还显著改善了蛋白质的乳化活性指数和乳化稳定性指数，分别从82.04提高至72.65 m2/g，以及从39.78降低至21.98 min。这说明，超声波技术不仅提高了蛋白质的提取效率，还增强了其在食品加工中的应用潜力。

在研究过程中，我们还发现，超声波处理对蛋白质的油和水分吸收能力也有积极影响。这些功能特性对于开发新型的蛋白质产品至关重要，因为它们决定了蛋白质在食品中的使用效果。例如，蛋白质的乳化性和发泡性对于制作乳制品、饮料和烘焙食品具有重要意义，而其增稠性和凝胶形成能力则适用于制作肉制品替代品和食品包装材料等。此外，蛋白质的消化率也是衡量其营养价值的重要指标。在本研究中，我们发现，超声波处理后的蛋白质在体外消化率方面得到了显著提升，从75.08%提高至86.68%。这表明，超声波技术能够有效改善蛋白质的消化性，从而提高其在人体内的营养利用率。

除了蛋白质本身的提取和功能特性，我们还关注了蛋白质的氨基酸组成和营养成分。研究表明，小米蛋白含有丰富的氨基酸，包括必需氨基酸和非必需氨基酸，使其成为一种高质量的蛋白质来源。在本研究中，我们对提取的蛋白质进行了氨基酸分析，并发现其氨基酸组成符合人体需求，从而进一步验证了小米蛋白的营养价值。此外，我们还开发了一种基于高能提取法的小米蛋白饮料（PB），并对其进行了体外消化率测试。结果显示，PB的蛋白质消化率与传统方法提取的蛋白质相当，且其整体感官接受度达到了6.21，高于商业蛋白粉的4.14。这表明，PB不仅具有良好的营养特性，还具备较高的市场接受度。

在本研究中，我们还特别关注了蛋白质中的矿物质含量。研究表明，小米蛋白中含有丰富的铁（Fe）、锌（Zn）、镁（Mg）和钙（Ca）等矿物质，这些矿物质对于人体健康具有重要作用。我们发现，传统方法提取的蛋白质在铁和锌含量方面表现较好，而超声波处理后的蛋白质在铁和钙含量方面更为突出。这表明，不同的提取方法可能会对蛋白质中的矿物质含量产生不同的影响，因此在开发新型蛋白质产品时，需要综合考虑这些因素。

此外，我们还发现，蛋白质的提取过程可能会对其感官特性产生影响。例如，传统方法提取的蛋白质可能会带有苦味，而超声波处理后的蛋白质则能够有效改善这一问题。在本研究中，我们通过添加香料，开发了一种具有改善口感的小米蛋白饮料，从而展示了提取的小米蛋白在食品和饮料工业中的应用潜力。这一成果表明，通过优化提取和处理技术，可以有效提升蛋白质的感官接受度，使其更符合消费者的口味需求。

综上所述，本研究通过比较传统、高能和酶解方法对小米蛋白提取的影响，发现超声波技术在提高蛋白质提取率和纯度方面具有明显优势。同时，超声波处理还显著改善了蛋白质的功能特性，如乳化活性、乳化稳定性、油和水分吸收能力以及消化率。此外，我们还发现，超声波处理后的蛋白质在铁和钙含量方面更为突出，这为其在营养强化产品中的应用提供了支持。通过开发小米蛋白饮料，我们进一步验证了提取的小米蛋白在食品工业中的应用潜力，并展示了其在感官接受度方面的优势。这些研究成果不仅为开发新型蛋白质产品提供了理论依据，也为推动小米在食品和饮料行业的应用提供了实践支持。