本文为一篇综述性论文（review），题为《Interfacial behavior of plant proteins — novel sources and extraction methods》，由 Jack Yang 和 Leonard M.C. Sagis 撰写，主要工作单位为荷兰瓦赫宁根大学（Wageningen University）的生物化学与技术实验室（Laboratory of Biobased Chemistry and Technology）以及食品物理与化学实验室（Laboratory of Physics and Physical Chemistry of Foods）。论文发表于 Current Opinion in Colloid & Interface Science 杂志2021年第56期（编号：101499），文章聚焦于植物蛋白在空气-水界面和油-水界面的性能，以及相关全新来源、提取方法和其在食品体系中的应用。
当前食品工业正逐步向植物蛋白转型，大力开发能够成功替代动物蛋白的植物蛋白成为行业热点。然而，植物蛋白在稳定多相体系（例如，乳状液和泡沫系统）中的功能性与动物蛋白相比仍存在明显差距，其中关键挑战在于植物蛋白的界面稳定性。论文认为，要想提高这些功能性，除了针对现有植物蛋白进行改性之外，更有潜力的是探索新型植物蛋白来源以及优化提取方法。
文中综述了以下几个核心领域：
1. 植物蛋白的界面行为及分子特性与体系宏观功能性的关系； 2. 现有与创新的植物蛋白提取方法及其对功能性的影响； 3. 通过植物蛋白改性增强界面稳定性的技术驱动方式； 4. 植物蛋白的潜在新来源和未来研究方向。
植物蛋白因其两亲性（amphiphilic nature）和吸附后的蛋白间作用力，具有稳定泡沫和乳状液界面的潜力。然而，与动物蛋白（如乳清蛋白和鸡蛋蛋白）相比，植物蛋白的界面层往往更弱更柔软，形成较低的抗破裂性能。文章列举了以下原因： - 植物蛋白（尤其是贮藏蛋白——球蛋白 globulin）的高度聚集特性降低了扩散速率，阻碍其快速吸附到界面上。 - 蛋白分子间平面内（in-plane）相互作用较弱，导致更容易形成不稳定的界面膜层。
研究采用包括Wilhelmy板法、滴型张力计法、磁驱动针式流变仪等在内的表界面流变技术（interfacial rheology）对蛋白界面行为进行了函数建模和力学特性评估（如表面模量）。在同样的实验条件下，相较于乳清蛋白，黄豌豆蛋白可形成的界面膜更薄弱，剪切模量较低。虽然对于植物蛋白-动物蛋白混合物的初步研究表明可通过混合成分改善稳定性，但其效果有限。
同时，作者强调了开展近线性和非线性剪切实验的重要性，利用Lissajous图等技术描述了蛋白在界面层的非线性流变行为，从微观和中观尺度桥接研究蛋白界面的性能。
植物蛋白的主要提取方法为传统的湿法提取（wet extraction），但这种方法存在资源和能耗高、提纯产率低以及可能破坏蛋白原生态结构的缺陷。例如： - 等电点沉淀步骤：这一过程容易使球蛋白不可逆聚集，其结果是形成较大的颗粒，降低可溶性蛋白分数，并减弱界面稳定性。实验发现这一步骤后得到的蛋白提取物，表面张力降低效果较弱。
- 碱性提取：采用高pH（如接近13）增强球蛋白溶解性时，会发生酚类物质的氧化，生成的醌分子（quinones）或与蛋白共价反应，进一步形成不可逆蛋白聚集体。
为了减少上述问题，近年来研究聚焦于更温和的提取方法（mild extraction），例如： - 不使用等电点沉淀，通过透析或渗滤（diafiltration），同时保留球蛋白与白蛋白（albumin）蛋白分数。 - 对黄豌豆蛋白提取的研究显示，温和湿法提取能显著提高蛋白的表面活性，同时油-水界面形成的膜层更加稳定。
此外，干法分级（dry fractionation）技术被提出，它利用气流分级技术分离蛋白质和淀粉颗粒，从而减少水和能量的投入，同时保持蛋白的天然形态。一些实验表明，采用干法分级的豌豆原粉，在乳化系统中的性能与传统湿法分级提取物相当。
文章总结了增强植物蛋白功能性的常见改性手段，并分析了其对蛋白结构及性能的影响： - 物理改性：高温处理能够诱导球蛋白变性，暴露更多疏水性区域，同时可能形成小肽链。这些小肽链由于更高的表面活性，加速了界面膜的形成，提高了泡沫性和乳化性。 - 化学与物理化学改性：包括糖基化（glycation）和蛋白-多糖络合（complexation）。糖基化可降低蛋白表面疏水性，从而增强溶解性和表面活性。而蛋白-果胶（pectin）络合则有效形成稳定的界面膜层，并显著增强乳化泡沫。 - 生物改性：酶促水解可产生更多表面活性较高的小肽。然而，过度水解可能导致两亲性分子的丧失，从而不利于泡沫体系的稳定性。
研究强调了不同改性方法的优化和组合对于提升植物蛋白多相体系功能性的潜在价值。
传统提取方法多聚焦于球蛋白，过分追求高纯度，而白蛋白通常是提取过程中的副产物被丢弃。然而，研究发现： - 白蛋白的分子量更小，构象状态不易形成大颗粒聚集，因而在界面层表现出良好的稳定性。例如，豌豆白蛋白显示了较高的起泡性和泡沫稳定性。 - 实验中观察到了球蛋白与白蛋白联合使用的协同效应。例如，对于油-水界面，油菜籽白蛋白先吸附形成稳定的界面膜，而球蛋白在白蛋白外侧形成二次保护层，防止液滴间发生絮凝。
作者建议应对副产物白蛋白进行过滤纯化，或者采用共提取技术，进一步探索这种蛋白在工业应用中的潜力。
文章指出，长期以来传统植物蛋白功能性研究主要集中于球蛋白提取，试图通过复杂提取和改性方法解决功能性不足问题。然而，这种高纯度提取方式可能导致蛋白天然态的丧失，同时丢弃了具有较高潜力的蛋白分组（如白蛋白）。文章提出了以下革命性观点： 1. 重新思考纯化策略：温和提取方法和共提取策略可以在减少资源消耗的同时，获得功能性更高的混合体系。 2. 深化蛋白本质研究：建议对多种植物蛋白来源的微观结构和界面行为进行系统化研究，发现植物蛋白功能性发展的通用规律。 3. 精准提取与用途：根据最终用途设计提取技术，例如，以白蛋白为主的提取物适用于泡沫稳定剂，而球蛋白更适合乳化体系。
文章的研究方向为食品蛋白转型、植物蛋白界面性能及提取工艺优化提供了理论支持和指导，对于实现可持续发展以及产业规模化应用具有重要意义。