《Molecules》：Technofunctional Properties and Proteomic Profiling of Sesame Cake Protein Isolates Obtained by Green Extraction Methods and Treated with Cold Plasma
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对植物蛋白的需求一直在稳步增长；然而，它们在食品配方中应用时的功能性需要全面评估，并在必要时进行刻意修改，以确保其模仿动物蛋白的功能。在本研究中，研究人员通过常规碱提取（有或没有超声波或酶预处理）从芝麻饼（芝麻油生产的副产品）中提取蛋白质。随后对芝麻饼蛋白（S
对植物蛋白的需求一直在稳步增长；然而，它们在食品配方中应用时的功能性需要全面评估，并在必要时进行刻意修改，以确保其模仿动物蛋白的功能。在本研究中，研究人员通过常规碱提取（有或没有超声波或酶预处理）从芝麻饼（芝麻油生产的副产品）中提取蛋白质。随后对芝麻饼蛋白（SCPs）进行冷等离子体处理以诱导结构修饰。提取方法和冷等离子体处理都显著影响了SCPs的组成和技术功能特性，包括蛋白质纯度、氨基酸谱、颜色、结构完整性、热稳定性、溶解度、乳化能力、起泡行为和蛋白质组学特征。重要的是，超声波和冷等离子体联合处理改变了蛋白质组学景观，导致与致敏性相关的蛋白质下调，从而减轻了SCPs的不良影响。值得注意的是，本研究首次展示了提取方法与蛋白质对冷等离子体处理响应性之间的相互作用。
**论文解读：绿色提取和冷等离子体处理对芝麻饼蛋白分离物技术功能特性及蛋白质组学的影响**
**研究背景与问题**
全球食品安全的挑战日益严峻，预计到2030年将有5.12亿人面临慢性营养不良，实现联合国可持续发展目标2（零饥饿）面临重大障碍。蛋白质摄入是解决营养不良的关键，但动物蛋白对环境负面影响显著，消费者对可持续性和动物福利的关注促使植物蛋白需求上升。芝麻（Sesamum indicum L.）作为一种古老油料作物，其冷压榨油后的副产品——芝麻饼，富含蛋白质（高达50%），但常被废弃或用作饲料。芝麻饼蛋白（SCP）的氨基酸谱满足FAO/WHO/UNU对成人必需氨基酸的需求，尤其富含蛋氨酸和半胱氨酸，但赖氨酸是限制性氨基酸。已有研究表明，SCP的乳化活性和稳定性可与大豆蛋白和豌豆蛋白媲美，并成功应用于肉丸类似物中。然而，植物蛋白的功能性需通过改性以模拟动物蛋白。传统碱提取（等电点沉淀）虽广泛使用，但存在酸碱消耗大、所得蛋白浓缩物功能差等问题。因此，研究人员探索了酶预处理和超声预处理等绿色方法，以改善提取效率和蛋白质功能。酶预处理通过水解细胞壁多糖释放蛋白质，超声预处理则通过空化效应破坏氢键和二硫键，改变蛋白质二级和三级结构。此外，冷等离子体处理作为一种非热、环保、低成本的技术，通过产生的活性氧和氮物种（RONS）诱导蛋白质氧化和键断裂，从而改性蛋白质结构与功能。然而，提取方法如何影响蛋白质对冷等离子体处理的响应性尚不清楚。因此，本研究旨在评估三种提取方法（常规碱提取、超声预处理辅助提取、酶预处理辅助提取）制备的SCP，在冷等离子体处理前后技术功能特性的变化，并揭示提取方法与冷等离子体处理之间的相互作用。
**研究内容与结论**
研究人员从土耳其G?kova地区收获的芝麻籽经冷压榨后获得的芝麻饼（由Tayf Bitkisel提供）中提取蛋白质，通过脱脂、常规碱提取（pH 9，3 h）、超声预处理（37 kHz，96 W，15 min）或酶预处理（Viscozyme，300 μL/g，50°C，1 h）后，再进行等电点沉淀（pH 4.5）获得SCP，随后对SCP施加介质阻挡放电（DBD）冷等离子体处理（30 kV，30 min）。通过分析蛋白质纯度、氨基酸谱、颜色、结构（FTIR）、热稳定性（DSC）、溶解度、乳化性（EAI和ESI）、起泡性（FC和FS）、水油结合能力（WHC和OHC）、分子量分布（SDS-PAGE）和蛋白质组学（LC-MS/MS），得出以下结论：提取方法和冷等离子体处理均显著影响SCP的组成和技术功能特性；超声预处理和冷等离子体联合处理能下调致敏相关蛋白（11S球蛋白种子贮藏蛋白2），降低过敏原性；本研究首次证明提取方法决定了蛋白质对冷等离子体处理的响应性。该论文发表在《Molecules》上。
**主要技术方法**
研究人员采用以下关键方法：1）常规碱提取（等电点沉淀）；2）超声预处理（37 kHz，96 W，15 min）；3）酶预处理（Viscozyme，300 μL/g，50°C，1 h）；4）介质阻挡放电（DBD）冷等离子体处理（30 kV，30 min）；5）傅里叶变换红外光谱（FTIR，4000-400 cm
-1）；6）差示扫描量热法（DSC，0-200°C，10°C/min）；7）色差分析（L*, a*, b*）；8）蛋白质溶解度（Bradford法，pH 2-10）；9）乳化活性指数（EAI）和乳化稳定性指数（ESI）（分光光度法，pH 4-8）；10）动态光散射（DLS）测定乳液液滴尺寸和zeta电位；11）起泡能力（FC）和泡沫稳定性（FS）（20 mg/mL，pH 4-8）；12）水油结合能力（WHC和OHC，重量法）；13）SDS-PAGE（Tris-Tricine体系）结合LC-MS/MS（FDR 5%，至少一条独特肽）进行蛋白质组学鉴定。样本来源：芝麻饼来自土耳其Tayf Bitkisel，芝麻籽产自G?kova地区。
**研究结果**
**2.1 芝麻饼蛋白（SCP）的提取**：所有提取方法均获得超过85%的蛋白质纯度，超声预处理和酶预处理进一步将纯度提高至87.65%和92.57%。冷等离子体处理显著降低了超声预处理SCP的蛋白质含量，但其他组无显著变化。提取方法对提取产率（11.75-12.64%）无显著影响，但预处理（尤其是超声）显著提高了蛋白质回收率（从21.20%增至23.28%）。
**2.2 SCP的氨基酸谱**：所有SCP样品中均检测到16种氨基酸，谷氨酸和天冬氨酸含量最高，提取方法对氨基酸谱无显著影响（p>0.05）。冷等离子体处理显著降低了必需氨基酸浓度（p<0.05），但酶预处理SCP的总氨基酸含量最高，且对冷等离子体处理具有更高的抗性，可能归因于酶预处理过程中产生的部分氧化多酚与蛋白质形成的复合物。
**2.3 SCP的理化性质**
- **结构表征**：FTIR光谱显示所有SCP在约3280 cm
-1（酰胺A）、2920 cm
-1（酰胺B）、1635 cm
-1（酰胺I，β-折叠）、1520 cm
-1（酰胺II）、1230 cm
-1（酰胺III）和1055 cm
-1（C-O伸缩）处有特征峰。超声和酶预处理后峰强度降低，冷等离子体处理进一步降低峰强度，表明活性物种诱导了蛋白质二级结构重排。
- **热性质**：常规提取SCP的变性温度最低（123.47°C），超声和酶预处理分别提高至147.50°C和160.59°C，表明热稳定性增强。冷等离子体处理显著提高了常规提取SCP的变性温度，但降低了预处理SCP的稳定性，可能因预处理使蛋白质结构更易受等离子体破坏。
- **颜色**：酶预处理SCP的颜色显著更深（L*, a*, b*值更低），归因于细胞壁酶解导致色素和酚类化合物释放及氧化褐变。冷等离子体处理后所有SCP的ΔE值均小于2，颜色变化不可察觉。
**2.4 SCP的技术功能特性**
- **蛋白质溶解度**：所有SCP在pH 4（等电点）溶解度最低，在pH 2和10时增高。常规提取和超声预处理SCP的溶解度高于酶预处理SCP（pH 10时达100% vs 80.60%）。冷等离子体处理提高了常规提取和超声预处理SCP的溶解度，但降低了酶预处理SCP的溶解度，可能因过度氧化暴露疏水残基。
- **乳化特性**：乳化活性指数（EAI）和乳化稳定性指数（ESI）随pH升高（从4到8）而增加。酶预处理SCP的EAI最高，超声预处理SCP的液滴尺寸最大。冷等离子体处理显著降低了液滴尺寸，提高了乳化活性，但对zeta电位无显著影响。
- **水油结合能力**：常规提取和超声预处理SCP的WHC高于OHC，而酶预处理SCP的OHC略高。冷等离子体处理显著提高了常规提取SCP的OHC，降低了WHC，但对其他组无显著影响。
- **起泡能力与稳定性**：常规提取SCP在酸性条件下起泡能力（FC）最高，冷等离子体处理使其FC提高25%。超声预处理SCP的泡沫稳定性（FS）最高。冷等离子体处理显著改善了所有SCP的FS（60 min内），但降低了超声和酶预处理SCP在pH 6时的FC，可能因过度氧化导致聚集。
**2.5 分子量分布与蛋白质组学分析**：SDS-PAGE显示超声预处理SCP中约40 kDa和20 kDa条带强度在冷等离子体处理后显著降低。LC-MS/MS鉴定出约40 kDa条带中的11S球蛋白种子贮藏蛋白2（Q9XHP0，理论MW 50.5 kDa），以及约20 kDa条带中的过氧化物还蛋白-1（Q06830，25.4 kDa）和60S核糖体蛋白L12-3（A0A6I9T1M7，18.3 kDa）。冷等离子体处理后这些蛋白均未被检测到，表明活性物种诱导了氧化破坏，尤其11S球蛋白（属于已知芝麻过敏原Ses i 6和Ses i 7）的缺失为降低过敏原性提供了分子证据。
**讨论与结论**
讨论部分指出，SCP的高纯度与文献一致，预处理提高了蛋白质回收率。冷等离子体处理降低蛋白质纯度但不一定降低营养价值，可能通过破坏蛋白酶抑制剂提高消化率。氨基酸谱表明SCP是优质蛋白质来源，冷等离子体处理导致必需氨基酸减少，但酶预处理SCP因多酚-蛋白质复合物而具有抗氧化保护。FTIR光谱显示冷等离子体诱导的结构重排。热稳定性增强与等离子体诱导聚集有关，但预处理后蛋白质更易受破坏。颜色变化可忽略。溶解度变化与氧化程度相关，适度氧化增强亲水性和溶解度，过度氧化则降低。乳化特性改善归因于部分展开增加界面吸附，但过度氧化降低功能。起泡性增强与分子柔韧性增加有关。蛋白质组学发现11S球蛋白的缺失具有临床意义，因其是芝麻主要过敏原，冷等离子体通过氧化芳香族和含硫氨基酸残基、打断二硫键破坏其构象，降低过敏原结合能力，与近期研究（23%降低）一致。
**结论**
本研究评估了芝麻饼转化为植物蛋白的升级利用策略，通过提取方法和冷等离子体处理改性其技术功能特性。提取方法（常规碱提取、超声或酶预处理）显著影响所得SCP的多项技术功能属性。提取后的冷等离子体处理诱导结构修饰，进一步改变这些特性。重要的是，SCP对冷等离子体处理的响应性取决于所用提取方法，揭示了此前未报道的提取依赖性等离子体敏感性。蛋白质组学分析表明，冷等离子体处理特别下调了11S球蛋白种子贮藏蛋白2（芝麻的主要过敏原成分），为降低过敏原性提供了机制证据。综上所述，这些结果凸显了冷等离子体处理作为增强技术功能特性同时降低芝麻蛋白过敏原潜力的有前景工具，拓宽了其作为可持续食品成分的适用性。据研究人员所知，这是首次比较研究评估冷等离子体处理与提取前预处理的交互效应。未来研究应扩展至其他植物蛋白源，以确定提取依赖性等离子体敏感性是否为普遍现象；并通过高级结构工具探索潜在分子机制，在实际食品系统中评估等离子体处理蛋白的功能性和消化率，同时进行中试规模试验和技术经济评估，以促进用于食品和生物技术应用的可持续植物蛋白成分的开发。
