芝麻蛋白凝胶特性研究综述

韩明慧 唐梅 王川河 卢林双 杨帆 李妍

摘 要：芝麻中含有豐富的营养物质且种类齐全，其蛋白质和脂肪含量分别高达21.9%、61.7%，且芝麻蛋白有良好的吸水性、吸油性及润湿性，具有良好的凝胶成形性[1-2]。蛋白质凝胶近年来受到人们的关注，是因为其作为高分子材料，原材料来源广泛，并且可以生物降解。然而，目前对植物蛋白凝胶的研究主要集中在大豆蛋白上，而对芝麻蛋白及其凝胶特性的研究基本仍处在空白阶段，研究芝麻蛋白的凝胶特性对于芝麻蛋白凝胶制品的开发具有很好的市场前景。该文综述了芝麻蛋白凝胶的研究进展，为芝麻蛋白凝胶特性的研究提供参考。

关键词：芝麻蛋白;凝胶特性;文献综述

中图分类号 TS201.21文献标识码 A文章编号 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

芝麻榨油后的饼粕中的蛋白质含量高达50%[3]。芝麻粕的蛋白质含量与豆粕相当，而且芝麻粕的成本相对大豆粕的更低。脱皮和脱脂的芝麻粕可作为蛋白质色氨酸或蛋氨酸补充剂用于食品中。由于脱脂芝麻粉含有高质量的蛋白质，其在对抗蛋白质热量营养不良方面具有巨大的潜力。尽管芝麻中含有植酸盐、草酸盐等抗营养因子，但在加工过程中它们会显著减少。因此，芝麻粕作为芝麻蛋白的原料是一种优质的植物蛋白资源[20]。然而，目前对芝麻蛋白的加工利用仍处于粗放型阶段，对芝麻蛋白凝胶特性等的研究及工艺优化方面尚处于空白阶段。为此，本文以芝麻粕中提取的蛋白质为研究对象，通过查阅芝麻及蛋白凝胶相关文献，总结其研究现状，为芝麻蛋白凝胶特性的深入研究提供参考。

1 芝麻分离蛋白的凝胶特性

1.1 芝麻分离蛋白 芝麻蛋白质含量一般在20%～22%，芝麻分离蛋白以球蛋白为主，而球蛋白中又有80%为α-球蛋白，根据沉降系数的不同，可分为3种亚型：2，5，13S[1]。芝麻蛋白所含氨基酸种类丰富，属于完全蛋白质，其中必需氨基酸含量占总氨基酸含量的30%，且不含胆固醇和抗营养因子。芝麻蛋白中的赖氨酸和异亮氨酸含量较低，硫氨酸尤其是蛋氨酸的含量丰富，其中赖氨酸为人体内的必需氨基酸，是油料制品的重要营养成分之一，且不能在人体内自发形成，必须通过食物补充的[4]。由于芝麻蛋白是碱溶性蛋白，即在碱性溶液中芝麻蛋白可以溶解，当向碱液中加入酸性溶液直到蛋白表面电荷为零（即等电点）时，芝麻蛋白就会沉淀析出，且其最佳增溶温度为50℃[5]。因此，芝麻蛋白的提取方法基本是碱提酸沉法。

目前，对芝麻蛋白的研究主要是传统食品改良和新型食品开发。例如，可以将芝麻分离蛋白直接制作成各种食品，如芝麻腐竹、冷食、芝麻糊等;也可作为辅料用于其他食品，使一些肉制品、乳制品的风味和口感得到改善，通常加入芝麻蛋白后的制品吸水吸油能力强，组织细腻，质地良好;在粮产品烘烤制品中也可以加入一些芝麻分离蛋白，以利于改善谷物的营养价值，增加营养成分的百分比。通过对芝麻蛋白研究的深入，也发现酶解后的芝麻分离蛋白溶液具有清除人体内自由基的功能，因此也可将芝麻分离蛋白用酶液降解后制成芝麻蛋白制品[6]。

蛋白质功能的不同，也不同程度地受芝麻粕产地来源的影响。通过比较不同的油脂提取工艺对芝麻粕蛋白质含量和蛋白质特性的影响，发现从用冷榨法制备成的芝麻粕中提取的蛋白质较从用热榨法制备的芝麻粕中提取的蛋白质的功能性好[7]。在我国，芝麻常常作为主要的榨油农作物，芝麻榨油后的副产物芝麻渣或芝麻粕大多用于动物的饲料和农业用的化肥，不能充分发挥其营养价值，导致严重的资源浪费。芝麻分离蛋白具有很好的吸水性、湿润性、泡沫稳定性及吸油性，可以形成良好的凝胶，但目前对这一方面的深加工却很少。因此，对芝麻粕及芝麻蛋白凝胶特性进行更进一步的研究，对于提高芝麻营养成分的利用率、减少资源浪费、提高经济价值、实现工业医疗领域的开发等都具有重要意义。

1.2 芝麻分离蛋白的提取工艺 新鲜芝麻→湿法脱皮→冷榨→芝麻粕→脱脂→粉碎→脱脂芝麻粉→超声碱提→离心（5000r/min）→取上清液→调节pH至等电点→离心（5000r/min）→洗涤→调节pH至7.0→冷冻干燥→芝麻分离蛋白[8]。

1.3 芝麻分离蛋白凝胶 蛋白质凝胶是蛋白质分子的一种聚集现象。蛋白质分子具有复杂的结构，经适宜程度的变性后，通过吸引力和排斥力的作用相互聚集达到平衡状态，使蛋白质分子形成高度有序且能够保存大量水分的空间网状的三维结构。蛋白凝胶的形成目前认为主要通过受热和冷却2个过程，蛋白质先通过高温处理形成前凝胶，再使凝胶冷却，通过二硫键、氢键和范德华力等作用使蛋白质分子相互联结形成凝胶。凝胶性是植物蛋白的主要功能特性之一，利用这一性质制成的植物蛋白产品也越来越丰富，跨越的领域也越来越多[9]。

在食品领域，人类在很久以前就利用植物蛋白的凝胶性来制作食品，如豆腐、奶酪等。由于蛋白凝胶具有空间网状三维结构，在凝胶成型的过程中也可以作为一些配合物的载体[9]。在非食品领域，近年来也将蛋白质进行修饰后用于工业及医药领域，常常作为吸水剂、保水剂或作为药物的载体而发挥作用[10]。

目前，关于蛋白的凝胶性主要是对大豆蛋白、花生蛋白、豌豆种子蛋白、纤维蛋白等研究较多，而有关芝麻蛋白质凝胶特性的研究报道却很少[11]。蛋白质的凝胶特性是蛋白质的重要功能之一，蛋白凝胶的形成受到很多因素的影响，如蛋白溶液中蛋白质的含量、酸碱度、酶加量、受热时间等。对于芝麻蛋白凝胶制备工艺优化的数据目前还处于空缺状态。因此，可以通过对影响芝麻蛋白凝胶特性因素的研究，探索其最佳制备工艺，以期为芝麻分离蛋白的应用以及芝麻蛋白凝胶制品的开发提供依据[12]。

1.4 芝麻分离蛋白凝胶的制作工艺 取浓度10%的芝麻分离蛋白溶液→调节pH→搅拌均匀→在80℃的水浴锅中搅拌加热30min→冰水浴中冷却至室温→置于4℃冰箱放置24h→芝麻蛋白凝胶[13]。

2 芝麻蛋白改性方法

天然植物蛋白可以形成凝胶，但其成形性有限。因此，在制备芝麻蛋白凝胶的过程中，可将芝麻蛋白进行改性，以提高芝麻蛋白的凝胶的成形性。近年来，关于蛋白质的改性方法可分为物理改性法、化学改性法和酶改性法3种。

2.1 物理改性 物理改性法主要是指利用机械作用、压力、磁、热等物理作用改变蛋白分子的空间结构以及分子间的聚合方式，一般不改变蛋白质分子的一级结构[14]。刘旺等研究了在不同压力条件下，亚麻籽胶对肌原纤维蛋白所构成的凝胶的特性影响，研究表明，在200MPa压力处理条件下，明显提升了肌原纤维蛋白凝胶的硬度，且形成的凝胶微观结构交联致密，使凝胶特性得到改善[15]。王旭用超声波表征了压力对豌豆蛋白在形成凝胶过程中的影响，结果表明，对于不同含水量的豌豆蛋白，提高压力均可使其凝胶形成速度加快，缩短其凝胶化的完成时间[14]。

2.2 化学改性 化学改性法是将蛋白质的构型利用化学方法进行修饰，使特定的试剂与蛋白质上的官能团发生化学反应，如pH、盐、表面活性剂等。[9]刘杰等用PEG（聚乙二醇）化学修饰大豆蛋白，结果表明，经PEG处理后的大豆分离蛋白可以在体温37摄氏度自发形成凝胶，且可以加快凝胶形成的速率，有望成为可注射的水凝胶在医疗领域发挥作用[16]。曾瑞琪等用高酯果胶对大豆分离蛋白的结构进行修饰，结果表明，加入少量的高脂果胶，有利于凝胶空间网状结构的形成，当果胶的添加量为0.4%时，其形成的凝胶最稳定，具有最大的凝胶强度[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质发生部分降解，通过非共价键促使蛋白质分子交联度提高，使得蛋白质的功能与特性产生变化[10]。臧学丽等研究了转谷氨酰胺酶对大豆蛋白凝胶特及其内部结构的影响，结果表明，用转谷酰胺酶处理后的大豆分离蛋白，与未经处理过的大豆蛋白相比，经酶改性后的大豆分离蛋白的聚结结构发生了改变，其有序度更高，形成了稳定的β-折叠构造，促进了凝胶的形成，提高了凝胶的强度[18]。董建云等利用响应面试验探究了小麦蛋白凝胶性在谷氨酰胺转氨酶的改性的作用下所产生的性质变化，结果表明，谷氨酰胺转氨酶可以改善小麦蛋白的凝胶性，同时其凝胶的强度、乳化性、起泡性、保水性均有所提高[19]。

3 展望

本文通过梳理芝麻蛋白及植物蛋白凝胶的相关文献，总结了芝麻蛋白及植物蛋白凝胶的研究现状。虽然目前对大豆蛋白凝胶的形成机制及其在各个领域的应用方面已经有了较为充分与深入的研究，但这只是对植物蛋白凝胶研究中的一小部分，特别是对芝麻蛋白凝胶的研究基本仍处于空白状态。芝麻蛋白含有丰富的氨基酸，可以形成良好的凝胶，研究其凝胶特性，对于芝麻蛋白凝胶制品的开发具有良好的市场前景。然而，目前对于芝麻蛋白凝胶特性的研究基本还处于粗放型阶段，因此加大对芝麻蛋白凝胶特性的研究，再经过改性作用并通过控制其影响因素，优化其凝胶形成机制，对于提高芝麻营养成分的利用率、減少资源浪费、提高经济价值等都具有重要意义。

总之，对芝麻蛋白凝胶性的研究还有许多值得深入的地方。只有全面且深入地了解其机制及特性，并利用现在的改性技术对芝麻蛋白凝胶进行优化，探索其最佳形成级制，才能进一步开发芝麻蛋白的功能与应用。

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（責编：张宏民）