藻蓝蛋白提取、纯化及稳态化研究现状

藻蓝蛋白是螺旋藻中一种主要功能性蛋白质，含量占螺旋藻干基的20%。藻蓝蛋白在食品工业可作为天然着色剂和营养保健品原料；在化妆品行业可作为添加剂开发；在制药工业也具有巨大开发潜力，但藻蓝蛋白的光、热易敏性，以及不耐受酸碱的特性，造成藻蓝蛋白的产业化应用尚未普及。不过，近年来随着科学技术的进步，藻蓝蛋白分离纯化技术不断更新迭代，其产品质量和经济性提升迅速，使开发应用领域渐受各方产业和学者关注。藻蓝蛋白具有抗氧化活性，研究表明，藻蓝蛋白能够调节由自由基的清除和产生引起的代谢紊乱，而自由基与许多疾病的发生有直接或间接的联系。

藻蓝蛋白提取研究

藻蓝蛋白的含量与螺旋藻的养殖条件和加工工艺有关。不同氮源培养基得到的螺旋藻藻蓝蛋白含量不同，红光照射的螺旋藻藻蓝蛋白含量比蓝光照射的螺旋藻藻蓝蛋白含量高，春季和夏季培养的螺旋藻比秋季养殖螺旋藻的藻蓝蛋白含量高。螺旋藻常见的干燥方式有阴凉干燥、太阳晒干、烘箱干燥、微波干燥、真空烘干、冷冻干燥、喷雾干燥等，其中冷冻干燥、阴凉干燥和喷雾干燥有助于藻蓝蛋白的稳定性。

藻蓝蛋白是胞内蛋白，提取效果与细胞破壁方法、提取工艺参数有关。常见的机械破壁方法有溶胀法、反复冻融法、超声波辅助破壁法、高压均质法、组织研磨法等，还有化学溶剂法、生物酶法等。脉冲电场、电阻加热法也在近年来应用在细胞破壁提取藻蓝蛋白的应用中。但在实际操作中为了达到理想的破壁效果通常将几种破壁方法耦合使用。

溶胀法是将螺旋藻干粉浸泡在水溶液中，由于细胞内外渗透压不同，水进入细胞，撑破细胞壁，藻蓝蛋白溶出，溶胀法所需设备简单，操作性强，但缺点是时间长。

反复冻融法是利用低温冷冻环境使螺旋藻悬浮液结冰，常温环境解冻，反复几次达到破碎细胞的效果，细胞破碎、藻蓝蛋白溶出，反复冻融法操作容易，缺点是规模化生产时间长，难以实现。

超声波辅助破壁法主要是通过超声波传输过程中空穴效应产生的剪切力和冲击波，使细胞壁充分破裂并释放胞内蛋白质。超声波破壁法实验周期短，细胞破碎率高，缺点是工厂生产能耗高，超声波破壁过程产生的热量导致物料温度升高，容易造成蛋白变性。

高压均质法是利用高压均质机中的物料通过高压均质阀时，在加压和骤然失压过程产生的高速剪切和冲击现象使互不相溶的液-液或液-固等实验材料形成极细的、均匀的乳化物态，以便藻蓝蛋白的溶出。

高速剪切法是利用高速旋转刀片产生的强大剪切力使破碎物料与溶剂介质在高速流动中充分进行物质传递，促进可溶性物质溶出。

化学试剂[2-(N-吗啉)乙基磺酸、氯化钙等可以直接破坏细胞壁的组织结构，提高通透性，使蛋白质从胞内流出。处理后的样品中细胞杂质少，但化学试剂的引入，不利于后续的纯化，且化学试剂容易引起蛋白质结构破坏。

此外，生物酶法是利用生物酶处理细胞壁，促进胞内物质溶出。

脉冲电场法是将细胞暴露在脉冲电场中，细胞内外形成跨膜电压，造成细胞膜破坏，从而使胞内物质溶出。一般而言细胞破碎越完全，藻蓝蛋白溶出率越高，但螺旋藻细胞鞘多糖等的溶出使后续的藻蓝蛋白分离纯化难度加大。

藻蓝蛋白纯化研究

根据纯度，藻蓝蛋白可分为食品级(P>0.7)、试剂级(0.7<P<3.9)和分析级(P>4.0)等多种规格。螺旋藻粗提液中成分众多，既包括多糖、蛋白质、矿物盐等，还包括其他功能性成分(叶绿素、胡萝卜素、维生素、γ-亚麻酸等)，粗提液中的藻蓝蛋白需纯化到一定纯度方可满足不同的需求。常见的藻蓝蛋白纯化方法有盐析沉淀法、膜过滤法、双水相萃取法、自由流电泳法、柱层析法等，几种纯化方法的联合使用可以获得高纯度藻蓝蛋白。

低浓度的硫酸铵溶液(饱和度小于25%)可以沉淀核酸、叶绿素、部分杂蛋白等杂质，高浓度的硫酸铵溶液(饱和度大于40%)可以沉淀藻蓝蛋白，既可以用高浓度硫酸铵溶液一步沉淀藻蓝蛋白，也可以用低浓度硫酸铵溶液和高浓度硫酸铵溶液分级多步沉淀纯化藻蓝蛋白，第一步先除去粗提液中的部分杂质，第二步收集藻蓝蛋白沉淀。但是用硫酸铵纯化藻蓝蛋白时，藻蓝蛋白溶液中引入的硫酸铵，会为后续的处理带来麻烦。膜过滤工艺，已经在水处理、植物提取物、食品加工等领域得到大规模应用，运用膜过滤法可以获得食品级以上的藻蓝蛋白。双水相萃取法可以有效分离藻蓝蛋白和杂质，但是双水相物料的成本限制了其在工业生产中的应用，且整个体系容易乳化，不易控制，另外，藻蓝蛋白中新引入的杂质为后续分离

藻蓝蛋白稳态化研究。

藻蓝蛋白有液体藻蓝蛋白、藻蓝蛋白粉、藻蓝蛋白片、藻蓝蛋白微胶囊等制剂形式。藻蓝蛋白生理活性的维持与其存在状态密切相关。目前提高藻蓝蛋白理化稳定性的方法有调节pH、添加稳定剂或防腐剂、制作藻蓝蛋白微胶囊或纳米颗粒等。

藻蓝蛋白具有光、热不稳定的特性，在室温下光照保存10d，100mg/L 藻蓝蛋白水溶液中的色素保存率仅为19.34%，在40 ℃避光保存10 d，藻蓝蛋白的色素保存率仅为24.89%。在50 ℃以下热稳定性较好，温度达到或超过60 ℃，热稳定性明显下降；温度升至70 ℃时，藻蓝蛋白溶液立即褪成无色，并出现蓝灰色絮状沉淀。藻蓝蛋白对pH 比较敏感，在pH 3 和pH 5 条件下，藻蓝蛋白溶解性比较低，在pH 5~9 条件下能较好的抑制油脂氧化，但是藻蓝蛋白在pH 3 和pH 11 条件下乳化稳定性比较好。

研究发现藻蓝蛋白溶液在中性条件下，低于40℃避光保存时，添加葡萄糖、氯化钠和山梨酸钾后放置72 h，藻蓝蛋白的保存率分别提高53.4%、31.7%和35.7%。随着保存时间的延长藻蓝蛋白溶液的颜色逐渐损失、结构不稳定，加入蔗糖的藻蓝蛋白溶液，藻蓝蛋白更稳定。在65 ℃条件下存放1 h，70%浓度蔗糖溶液中的藻蓝蛋白比20%和40%的蔗糖溶液中的藻蓝蛋白更稳定。

利用电雾化制备藻蓝蛋白胶囊，保护藻蓝蛋白活性，制备成的藻蓝蛋白-聚乙烯醇超细颗粒可以使藻蓝蛋白的耐受温度提高到216 ℃。以纯海藻糖/海藻糖和麦芽糊精混合粉、藻蓝蛋白(含量0.5%)为原料，采用冻干法、喷雾干燥法制备藻蓝蛋白微胶囊，发现冻干法制备的微胶囊，藻蓝蛋白含有率89%，喷雾干燥法藻蓝蛋白77%，海藻糖含量越多，对藻蓝蛋白的保护作用越好。一般来说，粉末藻蓝蛋白比液体藻蓝蛋白稳定，微胶囊化藻蓝蛋白和化学修饰的藻蓝蛋白更稳定。目前，藻蓝蛋白一般包括液体藻蓝蛋白和粉体藻蓝蛋白两类剂型，粉体藻蓝蛋白一般是通过喷雾干燥工艺或冷冻干燥工艺制作而成，产品中的主要辅料有海藻糖、葡萄糖和麦芽糊精等。

藻蓝蛋白作为一种稀有的天然蓝色素，在食品、药品、化妆品等领域具有重要的应用价值。藻蓝蛋白色泽独特、营养丰富，具有抗氧化，抗炎等多种生理功能，开发应用前景广阔。但从目前开发来看，藻蓝蛋白纯化技术还有待提高，虽然近年来藻蓝蛋白的分离纯化已经取得了一定的进展，但适用于大规模的工业生产的关键技术仍有待解决。此外，其稳定性问题也一直没有得到很好的解决，严重制约了该色素的广泛应用，因此，藻蓝蛋白的制备以及稳定化技术还需要深入的研究与探索。

参考文献：

[1]姜国庆,闫秋丽,李东,陈玉川,许洪高.螺旋藻中藻蓝蛋白提取、纯化及稳态化研究进展[J].食品安全质量检测学报,2021,12(06):2332-2338.

[2]任顺成,曹悦,李林政,潘天义.天然食用色素藻蓝蛋白研究进展[J].食品研究与开发,2021,42(07):203-208.

[3] 俞丽燕.藻蓝蛋白的性质和提取技术研究进展[J].福建轻纺,2020(05):46-51.

关键词：藻蓝蛋白  提取  纯化  稳定性

作者简介：小泥沙，食品科技工作者，食品科学硕士，现就职于国内某大型药物研发公司，从事营养食品的开发与研究。