物理场提取：pH值控制在提高Hericium erinaceus菌丝体蛋白质提取效率和质量中的作用

《Innovative Food Science & Emerging Technologies》：Physical field extraction: The role of pH control in enhancing the efficiency and quality of Hericium erinaceus mycelium protein

　　菌丝体蛋白提取技术及其结构功能特性研究，通过高压均质、超声、微波和碱提法在pH8-10条件下的系统评估，发现高压均质产率最高（44.42%），超声法最佳溶解性（pH10时达78.9%），微波法蛋白含量（66.26%）及表面疏水性最优，其功能特性包括泡沫容量（69.25%）、持水能力（2.77g/g）和凝胶性显著提升。该研究为可持续蛋白开发提供新策略。

　　本研究围绕一种可食用菌丝体蛋白展开，重点探讨了不同提取方法对蛋白结构与功能特性的影响。菌丝体蛋白作为替代蛋白质资源，因其高营养价值、环境友好性以及潜在的生物活性而受到越来越多的关注。然而，菌丝体细胞壁的坚固性和复杂的细胞基质使得其提取过程面临诸多挑战。因此，本研究旨在通过综合评估多种物理与碱性提取方法，为菌丝体蛋白的高效提取和功能优化提供新的思路。

随着全球人口的持续增长，人们对可持续蛋白质来源的需求也在不断提升。传统蛋白质来源如肉类和乳制品不仅面临资源短缺的问题，还伴随着环境负担和伦理争议。相比之下，可食用菌丝体蛋白作为一种新型的替代蛋白，具有显著的优势。菌丝体蛋白不仅富含优质蛋白、膳食纤维和多种生物活性成分，而且其生产过程可以通过现代发酵技术实现规模化、可控化，从而避免了传统种植方式对环境的依赖和对季节性、地理性的限制。此外，菌丝体蛋白在功能食品和健康食品领域的应用潜力也日益凸显，其具有调节免疫、抗氧化、抗肿瘤等多重生理功能，这使其成为食品工业中极具前景的原料。

然而，尽管菌丝体蛋白具有诸多优势，其提取过程仍然面临一定的技术难题。首先，菌丝体的细胞壁由多种复杂的多糖和蛋白质组成，其中主要成分为几丁质，这使得细胞壁具有较强的物理稳定性，不易被传统提取方法有效破坏。其次，细胞内的蛋白质往往被包裹在复杂的细胞基质中，包括多糖、脂质等成分，这些物质在提取过程中可能对蛋白质的结构和功能产生干扰。此外，细胞破碎后，内部的蛋白酶可能会对蛋白质造成一定程度的降解，从而影响最终的提取质量和功能表现。因此，如何在保证蛋白质完整性的同时，提高其提取效率和功能特性，成为本研究关注的核心问题。

针对上述挑战，本研究引入了多种物理提取技术，并结合碱性条件进行实验。具体而言，研究采用了四种不同的提取方法：碱性提取（AE）、高压均质提取（HPHE）、超声波提取（UE）和微波提取（ME）。这四种方法分别通过不同的物理机制对菌丝体细胞进行处理，从而促进蛋白质的释放和结构的改变。其中，碱性提取通过改变提取液的pH值，影响蛋白质的溶解性和稳定性；高压均质提取则利用高压和机械剪切力破坏细胞壁；超声波提取借助超声波产生的空化效应和机械振动实现细胞破碎；而微波提取则通过分子偶极旋转和离子迁移等机制破坏细胞结构并促进蛋白质的释放。

研究在pH值为8、9和10的条件下分别对这四种提取方法进行了系统评估，重点分析了其对菌丝体蛋白分离（HMPI）的提取率、蛋白含量、溶解性以及功能特性的影响。结果表明，随着提取pH值的升高，HMPI的提取率和功能表现均有所改善。这可能是由于碱性环境有助于破坏细胞内的氢键结构，提高蛋白质的溶解性，从而促进其释放。同时，较高的pH值可能改变蛋白质的构象，使其更容易与提取液中的成分相互作用，从而提升其功能特性。

在四种提取方法中，高压均质提取（HPHE）表现出最高的提取率，达到了44.42%。这表明该方法在细胞破碎和蛋白质释放方面具有显著优势。而超声波提取（UE）则在溶解性方面表现最佳，说明其在破坏细胞壁和释放蛋白质时对蛋白质的结构影响较小，从而提高了溶解度。相比之下，微波提取（ME）在蛋白含量、表面疏水性、二硫键含量以及功能特性方面表现突出，其提取的HMPI具有较高的蛋白含量（66.26%），并且在泡沫形成能力（69.25%）、持水能力（2.77 g/g）、持油能力（10.41 g/g）和凝胶能力等方面均优于其他方法。这些功能特性对于蛋白质在食品中的应用至关重要，尤其是在需要蛋白质具备良好乳化性、起泡性和凝胶性的产品中，如烘焙食品、乳制品和肉制品替代品。

研究还发现，不同提取方法对HMPI的结构和功能特性的影响具有显著差异。例如，高压均质提取虽然提取率最高，但其对蛋白质的结构破坏程度相对较大，可能导致部分功能特性的损失。而微波提取则在不显著破坏蛋白质结构的前提下，实现了较高的蛋白含量和功能表现。这说明，提取方法的选择不仅需要考虑提取效率，还应综合评估其对蛋白质结构和功能的影响。因此，本研究提出了一种新的提取策略，即在碱性条件下结合物理提取技术，以期在提升蛋白质提取率的同时，最大程度地保留其功能特性。

本研究的实验设计采用了系统的比较方法，通过改变提取pH值和应用不同的物理提取技术，全面评估了其对HMPI的影响。这一方法不仅有助于理解不同提取条件下的蛋白质行为，也为未来蛋白质提取工艺的优化提供了理论依据。研究结果表明，提取pH值对蛋白质的溶解性、稳定性以及功能表现具有重要影响，而物理提取技术则在促进细胞破碎和蛋白质释放方面发挥了关键作用。通过综合运用这些技术，可以有效提高菌丝体蛋白的提取效率和应用价值。

此外，本研究还对菌丝体蛋白的来源进行了详细说明。实验所用的菌丝体来源于一种名为“松露菌”（Hericium erinaceus）的食用真菌，其原始菌株（CGMCC编号3.7414）来自中国科学院微生物研究所。为了进一步提高菌丝体蛋白的产量和质量，研究团队还通过两轮大气常温等离子体（ARTP）诱变育种技术，筛选并培育出了一种名为HEA11–6的突变菌株。该菌株在液态发酵培养过程中表现出更高的蛋白产量和更好的细胞结构特性，从而为后续的提取实验提供了优质的原料。

在实验过程中，菌丝体的培养和提取条件均被严格控制。培养基由稻壳、小麦麸皮、KH?PO?和MgSO?·7H?O组成，初始pH值对菌丝体的生长和蛋白积累具有重要影响。通过调节pH值，研究团队能够进一步优化菌丝体蛋白的提取效果。同时，提取过程中的温度、时间、压力等参数也被纳入考量，以确保实验的可重复性和结果的准确性。

本研究的结果对于食品工业和营养科学领域具有重要的实际意义。首先，它为菌丝体蛋白的高效提取提供了科学依据，帮助研究人员更好地理解不同提取条件对蛋白质结构和功能的影响。其次，研究结果表明，通过合理选择提取方法和优化提取条件，可以显著提升菌丝体蛋白的提取率和功能表现，从而满足不同食品应用的需求。例如，在需要高蛋白含量的食品中，微波提取方法可能更为适用；而在需要良好溶解性和稳定性的食品中，超声波提取或碱性提取可能更具优势。

此外，本研究还强调了物理提取技术与碱性条件相结合的重要性。这种结合不仅能够提高蛋白质的提取效率，还能在一定程度上改善其功能特性。例如，微波提取与碱性条件的协同作用，有助于破坏蛋白质的有序结构，提高其溶解性和功能表现。这一发现为未来开发新型蛋白质提取技术提供了新的方向，同时也为食品工业中替代蛋白的生产与应用提供了理论支持。

从更广泛的角度来看，本研究的成果也为可持续食品生产提供了新的思路。菌丝体蛋白作为一种来源于真菌的蛋白质资源，其生产过程对环境的影响较小，且能够实现高效的规模化生产。因此，通过优化提取工艺，不仅可以提高菌丝体蛋白的利用效率，还能进一步推动其在食品工业中的广泛应用。这不仅有助于缓解传统蛋白质资源的短缺问题，还能减少食品生产对环境的负担，为实现可持续发展提供支持。

最后，本研究的结论为进一步探索菌丝体蛋白的提取与应用提供了科学依据。通过对不同提取方法的系统比较，研究团队明确了每种方法在特定条件下的优势和局限性，从而为后续的工艺优化和实际应用奠定了基础。同时，研究还强调了在提取过程中对蛋白质结构和功能的综合考虑，这对于开发高质量的替代蛋白产品具有重要意义。随着对菌丝体蛋白研究的不断深入，未来有望在食品工业中实现更广泛的应用，为人类健康和可持续发展做出更大的贡献。