研究报告

本文是一项关于糖果向日葵蛋白分离物（sunflower protein isolate，SNPI）的构成、热稳定性及其在纳米颗粒化中的应用研究，文章由Laleh Mehryar、Mohsen Esmaiili、Fariba Zeynali、Rohollah Sadeghi和Mehdi Imani等作者完成，隶属于Urmia University和Islamic Azad University等学术机构，发表在《Food Sci Biotechnol》期刊上。研究收稿时间为2016年10月21日，修订完成于2017年2月13日，并于2017年6月29日上线发表。研究的DOI为：10.1007/s10068-017-0101-7。

研究背景

向日葵种子（Helianthus annuus L.）是全球植物油的重要原料来源之一，其主要成分为脂类（占脱壳种子重量的47–65%）和蛋白质（占20–40%）。向日葵蛋白中以球蛋白为主要部分，约占总量的40–90%。然而，向日葵作为一种饮食蛋白质来源的开发受到以下因素的限制：一是种子中富含酚类化合物，尤其是绿原酸（chlorogenic acid, CGA），这种物质会与蛋白质形成复合物，影响其功能性；二是蛋白质在脱脂过程（工业上脱脂温度高达140℃）中可能发生变性，而这种变性程度会显著影响蛋白质的功能特性（如溶解性、乳化性、起泡性和凝胶性）。因此，在制备高纯度蛋白分离物的过程中，如何有效除去酚类化合物并保持蛋白质的性质是研究关注的重点。此前研究指出，水与甲醇的混合提取液在去酚过程中具有高效性、低蛋白丢失率和良好的非变性保护能力。除此之外，活性炭在脱脂过程中也有助于进一步去除酚类化合物和其他杂质，从而提高向日葵蛋白的功能性。

近年来，基于生物聚合物的纳米载体已在营养素套囊化和控释系统研究中受到广泛关注，其优点包括生物相容性和低毒性。研究中常用的纳米颗粒制备技术包括去溶剂法（desolvation）、乳化法、沉淀法、热凝胶化法、纳米喷雾干燥法等，其中去溶剂法因操作简单高效倍受青睐。然而，目前针对糖果向日葵种子制备几乎纯净蛋白质、研究其热稳定性及制备纳米颗粒的研究仍然有限。

因此，本研究旨在探讨在不同脱脂条件下提取糖果向日葵蛋白分离物的热稳定性、纳米颗粒化的可行性及其颗粒大小的影响因素。

研究设计与实验流程

研究分以下几个阶段进行：

1. 脱脂向日葵粉末（Defatted Sunflower Meal, DSM）的制备

   • 材料和方法：选用高品质向日葵种子，手动脱壳后用实验室磨粉器研磨，再通过35号筛网过滤以确保粉末均一化。粉末经n-己烷溶剂在不同温度（40℃，50℃，60℃）及时间（2、6、10小时）条件下脱脂，脱脂过程以1:5（W/V）的粉末与溶剂比例进行搅拌，废弃物通过离心去除，脱脂后样品的残存脂肪小于1%。活性炭进一步用于脱酚和提高蛋白纯度。

2. 脱脂去酚向日葵粉末（DDSMs）的制备

   • 工艺：使用80%（V/V）甲醇和水混合溶剂，在4℃条件下根据1:20（W/V）比例与脱脂粉混合4小时，并通过多次离心和提取以完全去除酚类。最后，活性炭助力精制过程，用水调整pH值并进一步处理，确保蛋白质尽可能接近天然状态。

3. 向日葵蛋白分离物（SNPI）的制备

   • 步骤：用特定pH（9.0）条件下的水提取蛋白进行等电沉淀（pH 4.5），经多次离心、溶解、分离后，将得到的蛋白深冻后真空冷冻干燥。

4. 理化特性测试

   • 测定方法包括Kjeldahl法（测量蛋白含量）、Soxhlet提取法（测量脂肪含量）。酚类物质的总含量按照Folin–Ciocalteu试剂法测试。热特性及变性温度通过差示扫描量热法（differential scanning calorimetry, DSC）表征，同时测定蛋白颗粒的颜色参数(L、a、b值）。

5. 纳米颗粒的制备与表征

   • 采用去溶剂法制备纳米颗粒，用乙醇作为反溶剂，稳定化过程中添加戊二醛作为交联剂。颗粒的粒径和光散射相关参数通过动态光散射仪（DLS）表征，形态通过扫描电子显微镜（SEM）观察。

6. 数据分析

   • 采用中心复合设计法（central composite design, CCD）建立实验模型并通过响应面法分析结果。

主要研究结果

1. 化学组成和提取条件的影响：
   实测向日葵蛋白的CGA含量为18.43 mg/g，异构开发取得的SNPI蛋白变性温度在75.05–89.12℃范围内，其中变性温度和蛋白纯度与脱脂温度、时间及活性炭用量显著相关。低温短时间条件和高活性炭用量有助于获得更稳定（变性温度高）的蛋白，同时去酚与纯化效果显著提升蛋白溶解性和热稳定性。

2. 颜色和热稳定性：
   不同提取条件对蛋白分离物颜色产生显著影响。使用活性炭处理显著提高L值（光亮度），表明酚类物质的去除有助于蛋白质的感官质量。SEM图像显示，纳米颗粒均一且表面平整，分布粒径主要在268-1594 nm之间。

3. 蛋白纳米颗粒化机制：
   纳米颗粒的形成过程与蛋白变性程度、活性炭纯化及脱脂温度密切相关。高温长时间脱脂导致大颗粒形成（1594 nm），而低温短时间（2小时，40℃）和高活性炭处理则产生小颗粒（268 nm），表明蛋白达到更均匀组装。

研究结论与意义

本研究提出的向日葵蛋白提取与纳米颗粒化方法，优化了脱脂和去酚条件，成功提升了蛋白质的热稳定性，提高其在纳米技术和功能食品开发中的应用潜力。本研究不仅为工业生产非变性植物蛋白提出了优化工艺，还展示了蛋白质在纳米颗粒化研究领域的新颖应用。此外，通过构建模型分析工艺参数与蛋白热稳定性、颗粒形态的关系，为未来类似研究提供了理论基础与实验方法。

研究亮点

• 创新性地探索了糖果向日葵种子SNPI的蛋白提取方法；
• 系统研究了脱脂温度、时间及活性炭用量对蛋白热稳定性和功能性的影响；
• 提出了简单高效的纳米颗粒化制备方法，并验证了活性炭的纯化作用。

潜在价值

这项研究在功能食品开发、营养成分控释及植物蛋白工业化利用中意义深远，同时为其他植物蛋白的纯化与特性评估提供了借鉴。