芝麻蛋白凝膠特性研究綜述

韓明慧 唐梅 王川河 盧林雙 楊帆 李妍

摘 要：芝麻中含有豐富的營養物質且種類齊全，其蛋白質和脂肪含量分別高達21.9%、61.7%，且芝麻蛋白有良好的吸水性、吸油性及潤濕性，具有良好的凝膠成形性[1-2]。蛋白質凝膠近年來受到人們的關注，是因為其作為高分子材料，原材料來源廣泛，并且可以生物降解。然而，目前對植物蛋白凝膠的研究主要集中在大豆蛋白上，而對芝麻蛋白及其凝膠特性的研究基本仍處在空白階段，研究芝麻蛋白的凝膠特性對于芝麻蛋白凝膠制品的開發具有很好的市場前景。該文綜述了芝麻蛋白凝膠的研究進展，為芝麻蛋白凝膠特性的研究提供參考。

關鍵詞：芝麻蛋白;凝膠特性;文獻綜述

中圖分類號 TS201.21文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2021）09-0020-03

Abstract： Sesame is rich in nutrients and has a wide range of species. It is found that its protein and fat content is up to 21.9% and 61.7% respectively. Sesame protein has good water absorbency， oil absorption and wettability， and has good gel formability. In recent years， protein gels have attracted much attention because they are widely used as polymeric materials， and their raw materials are widely distributed and biodegradable. However， the research of plant protein gels is mainly focused on soy protein. The research on sesame protein and its gel properties is still at a blank stage. Therefore， studying the gel properties of sesame protein has a good prospect for the development of sesame protein gel products.This article reviews the research progress of sesame protein gels， providing new ideas for the research of sesame protein gel properties.

Key words： Sesame protein; Gel properties; Literature review

芝麻榨油后的餅粕中的蛋白質含量高達50%[3]。芝麻粕的蛋白質含量與豆粕相當，而且芝麻粕的成本相對大豆粕的更低。脫皮和脫脂的芝麻粕可作為蛋白質色氨酸或蛋氨酸補充劑用于食品中。由于脫脂芝麻粉含有高質量的蛋白質，其在對抗蛋白質熱量營養不良方面具有巨大的潛力。盡管芝麻中含有植酸鹽、草酸鹽等抗營養因子，但在加工過程中它們會顯著減少。因此，芝麻粕作為芝麻蛋白的原料是一種優質的植物蛋白資源[20]。然而，目前對芝麻蛋白的加工利用仍處于粗放型階段，對芝麻蛋白凝膠特性等的研究及工藝優化方面尚處于空白階段。為此，本文以芝麻粕中提取的蛋白質為研究對象，通過查閱芝麻及蛋白凝膠相關文獻，總結其研究現狀，為芝麻蛋白凝膠特性的深入研究提供參考。

1 芝麻分離蛋白的凝膠特性

1.1 芝麻分離蛋白 芝麻蛋白質含量一般在20%～22%，芝麻分離蛋白以球蛋白為主，而球蛋白中又有80%為α-球蛋白，根據沉降系數的不同，可分為3種亞型：2，5，13S[1]。芝麻蛋白所含氨基酸種類豐富，屬于完全蛋白質，其中必需氨基酸含量占總氨基酸含量的30%，且不含膽固醇和抗營養因子。芝麻蛋白中的賴氨酸和異亮氨酸含量較低，硫氨酸尤其是蛋氨酸的含量豐富，其中賴氨酸為人體內的必需氨基酸，是油料制品的重要營養成分之一，且不能在人體內自發形成，必須通過食物補充的[4]。由于芝麻蛋白是堿溶性蛋白，即在堿性溶液中芝麻蛋白可以溶解，當向堿液中加入酸性溶液直到蛋白表面電荷為零（即等電點）時，芝麻蛋白就會沉淀析出，且其最佳增溶溫度為50℃[5]。因此，芝麻蛋白的提取方法基本是堿提酸沉法。

目前，對芝麻蛋白的研究主要是傳統食品改良和新型食品開發。例如，可以將芝麻分離蛋白直接制作成各種食品，如芝麻腐竹、冷食、芝麻糊等;也可作為輔料用于其他食品，使一些肉制品、乳制品的風味和口感得到改善，通常加入芝麻蛋白后的制品吸水吸油能力強，組織細膩，質地良好;在糧產品烘烤制品中也可以加入一些芝麻分離蛋白，以利于改善谷物的營養價值，增加營養成分的百分比。通過對芝麻蛋白研究的深入，也發現酶解后的芝麻分離蛋白溶液具有清除人體內自由基的功能，因此也可將芝麻分離蛋白用酶液降解后制成芝麻蛋白制品[6]。

蛋白質功能的不同，也不同程度地受芝麻粕產地來源的影響。通過比較不同的油脂提取工藝對芝麻粕蛋白質含量和蛋白質特性的影響，發現從用冷榨法制備成的芝麻粕中提取的蛋白質較從用熱榨法制備的芝麻粕中提取的蛋白質的功能性好[7]。在我國，芝麻常常作為主要的榨油農作物，芝麻榨油后的副產物芝麻渣或芝麻粕大多用于動物的飼料和農業用的化肥，不能充分發揮其營養價值，導致嚴重的資源浪費。芝麻分離蛋白具有很好的吸水性、濕潤性、泡沫穩定性及吸油性，可以形成良好的凝膠，但目前對這一方面的深加工卻很少。因此，對芝麻粕及芝麻蛋白凝膠特性進行更進一步的研究，對于提高芝麻營養成分的利用率、減少資源浪費、提高經濟價值、實現工業醫療領域的開發等都具有重要意義。

1.2 芝麻分離蛋白的提取工藝 新鮮芝麻→濕法脫皮→冷榨→芝麻粕→脫脂→粉碎→脫脂芝麻粉→超聲堿提→離心（5000r/min）→取上清液→調節pH至等電點→離心（5000r/min）→洗滌→調節pH至7.0→冷凍干燥→芝麻分離蛋白[8]。

1.3 芝麻分離蛋白凝膠 蛋白質凝膠是蛋白質分子的一種聚集現象。蛋白質分子具有復雜的結構，經適宜程度的變性后，通過吸引力和排斥力的作用相互聚集達到平衡狀態，使蛋白質分子形成高度有序且能夠保存大量水分的空間網狀的三維結構。蛋白凝膠的形成目前認為主要通過受熱和冷卻2個過程，蛋白質先通過高溫處理形成前凝膠，再使凝膠冷卻，通過二硫鍵、氫鍵和范德華力等作用使蛋白質分子相互聯結形成凝膠。凝膠性是植物蛋白的主要功能特性之一，利用這一性質制成的植物蛋白產品也越來越豐富，跨越的領域也越來越多[9]。

在食品領域，人類在很久以前就利用植物蛋白的凝膠性來制作食品，如豆腐、奶酪等。由于蛋白凝膠具有空間網狀三維結構，在凝膠成型的過程中也可以作為一些配合物的載體[9]。在非食品領域，近年來也將蛋白質進行修飾后用于工業及醫藥領域，常常作為吸水劑、保水劑或作為藥物的載體而發揮作用[10]。

目前，關于蛋白的凝膠性主要是對大豆蛋白、花生蛋白、豌豆種子蛋白、纖維蛋白等研究較多，而有關芝麻蛋白質凝膠特性的研究報道卻很少[11]。蛋白質的凝膠特性是蛋白質的重要功能之一，蛋白凝膠的形成受到很多因素的影響，如蛋白溶液中蛋白質的含量、酸堿度、酶加量、受熱時間等。對于芝麻蛋白凝膠制備工藝優化的數據目前還處于空缺狀態。因此，可以通過對影響芝麻蛋白凝膠特性因素的研究，探索其最佳制備工藝，以期為芝麻分離蛋白的應用以及芝麻蛋白凝膠制品的開發提供依據[12]。

1.4 芝麻分離蛋白凝膠的制作工藝 取濃度10%的芝麻分離蛋白溶液→調節pH→攪拌均勻→在80℃的水浴鍋中攪拌加熱30min→冰水浴中冷卻至室溫→置于4℃冰箱放置24h→芝麻蛋白凝膠[13]。

2 芝麻蛋白改性方法

天然植物蛋白可以形成凝膠，但其成形性有限。因此，在制備芝麻蛋白凝膠的過程中，可將芝麻蛋白進行改性，以提高芝麻蛋白的凝膠的成形性。近年來，關于蛋白質的改性方法可分為物理改性法、化學改性法和酶改性法3種。

2.1 物理改性 物理改性法主要是指利用機械作用、壓力、磁、熱等物理作用改變蛋白分子的空間結構以及分子間的聚合方式，一般不改變蛋白質分子的一級結構[14]。劉旺等研究了在不同壓力條件下，亞麻籽膠對肌原纖維蛋白所構成的凝膠的特性影響，研究表明，在200MPa壓力處理條件下，明顯提升了肌原纖維蛋白凝膠的硬度，且形成的凝膠微觀結構交聯致密，使凝膠特性得到改善[15]。王旭用超聲波表征了壓力對豌豆蛋白在形成凝膠過程中的影響，結果表明，對于不同含水量的豌豆蛋白，提高壓力均可使其凝膠形成速度加快，縮短其凝膠化的完成時間[14]。

2.2 化學改性 化學改性法是將蛋白質的構型利用化學方法進行修飾，使特定的試劑與蛋白質上的官能團發生化學反應，如pH、鹽、表面活性劑等。[9]劉杰等用PEG（聚乙二醇）化學修飾大豆蛋白，結果表明，經PEG處理后的大豆分離蛋白可以在體溫37攝氏度自發形成凝膠，且可以加快凝膠形成的速率，有望成為可注射的水凝膠在醫療領域發揮作用[16]。曾瑞琪等用高酯果膠對大豆分離蛋白的結構進行修飾，結果表明，加入少量的高脂果膠，有利于凝膠空間網狀結構的形成，當果膠的添加量為0.4%時，其形成的凝膠最穩定，具有最大的凝膠強度[17]。

2.3 酶法改性 酶法改性主要是指利用一些具有生物活性酶可以使蛋白質發生部分降解，通過非共價鍵促使蛋白質分子交聯度提高，使得蛋白質的功能與特性產生變化[10]。臧學麗等研究了轉谷氨酰胺酶對大豆蛋白凝膠特及其內部結構的影響，結果表明，用轉谷酰胺酶處理后的大豆分離蛋白，與未經處理過的大豆蛋白相比，經酶改性后的大豆分離蛋白的聚結結構發生了改變，其有序度更高，形成了穩定的β-折疊構造，促進了凝膠的形成，提高了凝膠的強度[18]。董建云等利用響應面試驗探究了小麥蛋白凝膠性在谷氨酰胺轉氨酶的改性的作用下所產生的性質變化，結果表明，谷氨酰胺轉氨酶可以改善小麥蛋白的凝膠性，同時其凝膠的強度、乳化性、起泡性、保水性均有所提高[19]。

3 展望

本文通過梳理芝麻蛋白及植物蛋白凝膠的相關文獻，總結了芝麻蛋白及植物蛋白凝膠的研究現狀。雖然目前對大豆蛋白凝膠的形成機制及其在各個領域的應用方面已經有了較為充分與深入的研究，但這只是對植物蛋白凝膠研究中的一小部分，特別是對芝麻蛋白凝膠的研究基本仍處于空白狀態。芝麻蛋白含有豐富的氨基酸，可以形成良好的凝膠，研究其凝膠特性，對于芝麻蛋白凝膠制品的開發具有良好的市場前景。然而，目前對于芝麻蛋白凝膠特性的研究基本還處于粗放型階段，因此加大對芝麻蛋白凝膠特性的研究，再經過改性作用并通過控制其影響因素，優化其凝膠形成機制，對于提高芝麻營養成分的利用率、減少資源浪費、提高經濟價值等都具有重要意義。

總之，對芝麻蛋白凝膠性的研究還有許多值得深入的地方。只有全面且深入地了解其機制及特性，并利用現在的改性技術對芝麻蛋白凝膠進行優化，探索其最佳形成級制，才能進一步開發芝麻蛋白的功能與應用。

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（責編：張宏民）