高压处理结合pH值调节如何影响芝麻蛋白分离物（Sesamum indicum L.）的蛋白质结构特征及其技术和功能性属性？

《Food Hydrocolloids》：How does High-Pressure Processing coupled with pH-shifting affect the protein structure features and techno-functional properties of Sesame Protein Isolate ( Sesamum indicum L.)?

　　高压处理联合pH调整对芝麻蛋白 isolate（SMPI）的结构和功能特性影响显著。通过200、400、600 MPa处理及pH 4.5、7.0、11.0条件，FT-IR显示二级结构改变，表面亲水性提升157%，溶解度增加60%-80%，乳化活性指数分别提高132%、115%、17%。研究证实协同处理能有效改善植物蛋白 techno-functional properties。

　　随着消费者对健康和可持续生活方式的关注增加，植物基蛋白质在食品行业中的重要性不断提升。这一趋势不仅反映了人们对动物蛋白替代品的需求，也体现了对环境保护和资源高效利用的重视。在这一背景下，研究人员开始探索如何通过先进的食品加工技术来改善植物蛋白的功能特性，使其更接近动物蛋白的表现，从而拓宽其在食品加工中的应用范围。其中，高压处理（HPP）作为一种非热加工技术，因其能够在短时间内均匀地施加高达700 MPa的压力，被认为是一种极具潜力的物理手段。HPP不仅能够有效保持蛋白质的营养成分，还可能通过改变其分子结构来增强其功能性。

本研究聚焦于芝麻蛋白 isolate（SMPI）在高压处理下的结构变化及其对技术功能特性的影响。芝麻作为一种古老的油料作物，因其丰富的营养成分和独特的功能属性而备受关注。芝麻蛋白不仅具有较高的蛋白质含量，还富含必需氨基酸，尤其是甲硫氨酸和色氨酸，这些氨基酸在植物蛋白中较为稀缺，使得芝麻蛋白成为一种极具价值的植物基蛋白质来源。然而，与动物蛋白相比，芝麻蛋白的功能特性仍存在一定的局限性，这主要与其作为储藏蛋白的特性有关。储藏蛋白通常具有较低的溶解性、乳化活性和起泡能力，这在一定程度上限制了其在食品配方中的应用。因此，如何通过有效的加工手段提升芝麻蛋白的功能特性，成为食品科学领域的重要研究方向。

为了改善芝麻蛋白的功能特性，研究者们尝试了多种方法，包括物理处理、化学处理和酶解处理等。其中，HPP因其能够在不破坏蛋白质原有结构的前提下，通过改变分子间的相互作用来改善其技术性能，受到了广泛关注。HPP的应用不仅可以提高蛋白质的溶解性，还可能增强其乳化能力和持水能力。此外，HPP还被认为能够促进蛋白质的构象变化，从而提升其在食品体系中的稳定性。然而，目前关于HPP对芝麻蛋白 isolate（SMPI）具体影响的研究仍较为有限，尤其是在结合pH变化的情况下。

为了深入探讨HPP对SMPI结构和功能特性的影响，本研究采用了多种分析手段，包括傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、表面疏水性测定、粒径分析以及溶解度和乳化活性指数的评估。研究中，SMPI样品在不同的pH条件下（4.5、7.0和11.0）被处理，压力则分别为200、400和600 MPa，处理时间均为10分钟。在处理过程中，样品首先被置于特定的pH环境中，随后进行HPP处理，最后再恢复至中性pH。这种方法不仅能够模拟实际食品加工中的复杂条件，还能更精确地评估HPP对蛋白质结构的改变。

研究结果表明，HPP对SMPI的结构特性产生了显著影响，尤其是在较低pH条件下（如pH 4.5）和较高压力（如600 MPa）处理时，这种影响更为明显。通过FT-IR分析发现，HPP处理后，SMPI的二级结构发生了变化，这可能与分子间氢键和非共价相互作用的调整有关。此外，研究还发现，在pH 4.5和pH 11.0条件下，HPP处理显著提升了SMPI的表面疏水性，这一变化可能与蛋白质表面电荷状态的改变以及分子构象的调整密切相关。值得注意的是，pH 4.5条件下的样品在200 MPa处理后，其表面疏水性增加了157%，这一结果表明，HPP与pH条件的结合能够更有效地改变蛋白质的表面特性。

在溶解度方面，HPP处理对SMPI的影响也表现出一定的pH依赖性。研究发现，在pH 4.5和7.0条件下，HPP处理显著提升了SMPI的溶解性，而在pH 11.0条件下，虽然溶解性也有所提高，但其增幅相对较小。这可能与不同pH条件下蛋白质的电荷状态和分子构象变化的差异有关。例如，在酸性条件下，蛋白质的某些基团可能更容易发生质子化，从而改变其溶解性。而在碱性条件下，蛋白质的电荷分布可能有所不同，进而影响其与水分子的相互作用。此外，研究还发现，当SMPI在pH 11.0条件下被处理后，其溶解度在pH 8.0时达到了60%的提升，这可能表明pH条件的调整在一定程度上能够优化蛋白质的溶解行为。

乳化活性指数是衡量蛋白质在食品体系中形成稳定乳化体系能力的重要指标。研究结果表明，HPP处理在不同pH条件下对SMPI的乳化活性指数产生了显著影响。特别是在pH 4.5和7.0条件下，HPP处理后的样品乳化活性指数分别提高了132%和115%，而在pH 11.0条件下，乳化活性指数仅提高了17%。这一现象可能与HPP处理对蛋白质表面疏水性和电荷状态的影响有关。乳化活性指数的提升通常与蛋白质分子在油水界面的吸附能力增强有关，而HPP处理可能通过改变蛋白质的构象，使其更易于在界面处展开，从而提高其乳化能力。

除了乳化活性指数，HPP处理还对SMPI的持水能力产生了影响。研究发现，在极端pH条件下（如pH 4.5和11.0）进行HPP处理后，SMPI的持水能力显著增强。这种增强可能与蛋白质分子结构的改变有关，例如，二级结构的变化可能导致蛋白质分子表面的亲水基团增加，从而提高其与水分子的相互作用能力。此外，HPP处理还可能促进蛋白质分子之间的相互作用，形成更稳定的水合结构，从而提升其持水能力。

在研究过程中，研究人员还观察到HPP处理对SMPI粒径的影响。无论是在何种pH条件下，HPP处理均导致SMPI粒径的增加。这一现象可能与蛋白质分子在高压下的聚集行为有关。在高压环境下，蛋白质分子之间的相互作用可能被增强，导致其形成更大的聚集体。粒径的增加可能会影响SMPI在食品体系中的分散性和稳定性，从而进一步影响其技术功能特性。然而，粒径的增加是否对食品品质产生负面影响，还需要结合具体的应用场景进行进一步研究。

本研究的发现表明，HPP处理能够有效改变SMPI的结构和功能特性，这种改变在不同的pH条件下表现出不同的程度。特别是在较低pH条件下，HPP处理对SMPI的表面疏水性、溶解度和乳化活性指数的提升尤为显著。这一结果对于食品工业具有重要意义，因为许多植物蛋白在技术功能特性方面仍存在一定的局限性，而HPP的引入为改善这些特性提供了新的思路。此外，HPP与pH变化的结合应用，可能为植物蛋白的改性提供一种更加灵活和高效的手段，从而拓宽其在高附加值食品配方中的应用前景。

从更广泛的角度来看，本研究的结果不仅有助于提升芝麻蛋白的使用价值，还为其他植物蛋白的改性研究提供了参考。随着全球对可持续食品系统的关注不断加深，如何通过非热加工技术提升植物蛋白的功能特性，成为食品科学领域的重要课题。HPP作为一种绿色、高效的加工技术，具有广泛的应用潜力。未来的研究可以进一步探索HPP与其他加工技术的协同作用，例如与低温等离子体、超声波处理等技术的结合，以实现更全面的蛋白质改性。此外，还可以通过调整处理参数（如压力、处理时间、pH值等）来优化SMPI的功能特性，从而满足不同食品应用的需求。

在实际应用中，HPP处理对SMPI的改性效果可能受到多种因素的影响，包括原料的来源、处理条件的设置以及后续加工步骤的设计。因此，在将HPP技术应用于食品工业时，需要综合考虑这些因素，以确保最终产品的质量和性能。例如，对于需要高乳化活性的食品产品，如乳制品或肉制品替代品，HPP处理可能是一个理想的改性手段。而对于需要良好持水能力的食品产品，如植物基肉制品或烘焙食品，HPP处理也可能带来积极的影响。

此外，本研究的结果还表明，HPP处理能够有效提升植物蛋白的技术功能特性，这在一定程度上支持了植物蛋白在食品工业中的广泛应用。随着消费者对植物基食品的接受度不断提高，植物蛋白的改性研究将变得更加重要。通过HPP等非热加工技术，不仅可以改善植物蛋白的功能特性，还能够减少对高温处理的依赖，从而更好地保留其营养成分和风味特性。这种技术的引入，有助于推动食品工业向更加环保和可持续的方向发展。

总的来说，本研究通过系统的实验设计，揭示了HPP处理对芝麻蛋白 isolate（SMPI）结构和功能特性的影响。研究结果表明，HPP处理能够在不同pH条件下显著改变SMPI的二级结构、表面疏水性、溶解度和乳化活性指数，从而提升其技术功能特性。这些发现不仅为芝麻蛋白的工业应用提供了理论依据，也为其他植物蛋白的改性研究提供了有价值的参考。未来的研究可以进一步探索HPP与其他处理技术的协同效应，以及如何优化处理参数以实现最佳的蛋白质改性效果。通过这些努力，植物蛋白的功能特性有望得到更全面的提升，从而更好地满足食品工业对高附加值产品的需求。