劉玉蘭 鐘雪玲 張慧茹 汪學德 高經(jīng)梁

(河南工業(yè)大學，鄭州 450001)

我國傳統(tǒng)的芝麻油生產(chǎn)多采用高溫炒籽后水代法或壓榨法制取工藝，這種工藝所得芝麻油的香味濃郁，但帶皮芝麻經(jīng)長時間高溫焙炒再提取油脂后所得芝麻餅的色澤深、風味和口感差，蛋白質(zhì)深度變性且有效成分被破壞，嚴重影響了芝麻餅的利用價值［1］。相比之下，新興的芝麻脫皮冷榨制油工藝因避免了高溫焙炒和高溫壓榨，因此在得到清香芝麻油的同時還可以得到蛋白變性程度很低、營養(yǎng)價值好的芝麻餅，這種芝麻餅不僅可以作為高端飼用蛋白，經(jīng)粉碎還可以作為食用蛋白［2－3］。本課題通過用不同制油工藝所得芝麻餅對大鼠進行的飼喂試驗，研究和評價不同制油工藝所得芝麻餅的營養(yǎng)價值和蛋白質(zhì)利用效率，以期為芝麻制油工藝的優(yōu)化發(fā)展及芝麻蛋白的開發(fā)利用提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

低溫壓榨芝麻餅，芝麻脫皮后在室溫條件下壓榨取油后所得，經(jīng)粉碎過40目篩取篩下物，測得蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)為52.11%(干基)。

低溫壓榨熟制芝麻餅，低溫壓榨芝麻餅再經(jīng)高溫高壓(121 ℃，1.0 MPa，10 ～15 min)熟制，經(jīng)粉碎過40目篩取篩下物，測得蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)51.78%(干基)。

高溫壓榨芝麻餅，芝麻籽經(jīng)140～150℃焙炒和揚煙冷卻后在180～200℃和60 MPa條件下壓榨取油后所得，經(jīng)粉碎過40目篩取篩下物，測得蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)44.55%(干基)。

以上芝麻餅均由河南省平輿康博匯鑫油脂有限公司提供。

大豆粕，大豆脫皮后經(jīng)溶劑浸出取油和脫溶所得，經(jīng)粉碎過40目篩取篩下物，測得蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)54.23%(干基)。大豆粕原料為進口大豆，由河南省陽光油脂有限公司提供。

1.2 主要儀器設備

2300型全自動凱氏定氮儀:丹麥FOSS儀器公司;AL104分析天平:梅特勒－托利多儀器有限公司;DT－500A電子天平:常熟市金陽天平公司;全塑料大鼠自制代謝籠;L－8900氨基酸自動分析儀:日立公司;YZYXD型低溫螺旋榨油機:核工業(yè)理化工程研究院。

1.3 試驗動物與分組

SPF級雄性Sprague Dawley(SD)大鼠64只，3周齡，平均體重(58.43±4.75)g，由河南省實驗動物中心提供，合格證號:SCXK(豫)2010－0002。動物實驗房許可證號:SYXK(豫)2009－0001，配有IVC設備。各組大鼠總體重保持一致，各組飼料總能量、總必須氨基酸一致，代謝能為15 kJ/g。實驗鼠適應3～5 d后(適應期喂動物中心全價飼料)隨機分為4組，每組4個重復，每個重復4只(單籠)，共計16只，其中:①大豆粕對照組;②低溫冷榨芝麻餅組;③低溫壓榨熟制芝麻餅組;④高溫芝麻餅組。所有動物全部飼養(yǎng)于SPF級屏障系統(tǒng)設施中，動物室保持安靜、通風、自然光照，溫度22～25℃，相對濕度50% ～60%。飼料為人工半合成飼料，采用對喂法，保證每只大鼠在試驗周期內(nèi)的食物總攝入量相等，自由飲用蒸餾水。

1.4 飼料的制備

參照美國AIN－93嚙齒類試驗動物純化飼料標準［4］，配制人工半合成飼料。不同制油工藝所得芝麻餅的蛋白含量、粗纖維含量、粗脂肪含量見表1，低溫芝麻餅和高溫芝麻餅的氨基酸組成見表2。經(jīng)過計算、匹配，各組人工半合成飼料中除蛋白質(zhì)原料來源不同外，能量和各種主要營養(yǎng)素成分的含量保持一致。

表1 不同蛋白質(zhì)原料的主要組分含量

表2 低溫芝麻餅和高溫芝麻餅的蛋白氨基酸組成/%

表3為在原料成分基礎(chǔ)上根據(jù)大鼠的營養(yǎng)需要制定的不同試驗組的飼料配方。

表3 人工半合成飼料配方及主要營養(yǎng)指標

將上述成分充分均勻混合，通過低溫螺旋榨油機擠壓成型，制成Φ2 cm×4 cm的棒狀飼料，40℃條件下烘干，常溫通風干燥儲藏待用。

1.5 試驗過程和指標測定

試驗周期30 d，每天投料前稱飼料投入量，保證每只大鼠采食量一致，記錄大鼠體重和飼料投入量;觀察大鼠的毛色、發(fā)育、排泄、活動能力和反應靈敏度等行為和精神狀況。試驗第1周和第2周，只稱量體重，不取糞、尿。從第3周開始測定消化率。連續(xù)7 d每天收集不同試驗組大鼠排出的全部糞、尿，新鮮糞便稱重并測定其含水量，糞烘干后粉碎用凱氏定氮儀測定糞樣中的含氮量。

代謝試驗結(jié)束后，所有大鼠禁食12 h后稱重，采血致死，解剖觀察主要臟器變化，稱取心、肝、脾、肺、腎等臟器的質(zhì)量并計算臟器指數(shù)(臟器重/體重×100%)。

1.6 統(tǒng)計方法

試驗數(shù)據(jù)用SPSS 18.0軟件包分析，采用One－Way ANOVA方法分析，比較不同蛋白來源的飼料對SD大鼠的生長代謝情況的影響。各組數(shù)據(jù)以平均數(shù)±標準誤差(±s)表示。

2 結(jié)果及討論

2.1 大鼠的生長狀況

試驗期間各組大鼠體質(zhì)量生長情況良好，毛色有光澤，行動敏捷，精神狀態(tài)好，體重增長迅速，無異常癥狀。高溫芝麻蛋白粉組大鼠每日糞便排泄量明顯高于另外3組，各組大鼠體重及生長情況參見表4，大鼠生長體重曲線見圖1。

圖1 大鼠生長體重曲線圖

從圖1可以看出，試驗開始時各組大鼠體重無差異(P＞0.05)，試驗過程中各組大鼠攝食量保持一致，隨著飼喂時間的增加，各組大鼠體重增長情況開始出現(xiàn)不同。大豆粕對照組和冷榨熟制芝麻餅組體重增加較多，其次為冷榨芝麻餅組，最后為高溫壓榨芝麻餅組。表4可以看出冷榨熟制芝麻餅組與大豆粕對照組大鼠體重增加量和食物轉(zhuǎn)化率沒有顯著性差異(P＞0.05)，而冷榨芝麻餅組和高溫壓榨芝麻餅組均與大豆粕對照組有顯著性差異(P＜0.05)，其中高溫芝麻餅組大鼠體重增加量和食物轉(zhuǎn)化率均為最低。

從表2可知，與冷榨芝麻餅相比，高溫壓榨芝麻餅的各種氨基酸含量均有不同程度的損失，其中胱氨酸和賴氨酸損失最為嚴重，原因是高溫條件下發(fā)生羰氨反應，蛋白質(zhì)變性嚴重。賴氨酸是芝麻蛋白的限制性氨基酸，賴氨酸在高溫芝麻餅中的含量不及低溫芝麻餅的1/2。氨基酸的損失使得蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值遭到破壞，因而高溫芝麻餅組與兩個低溫芝麻餅組之間大鼠增重和食物轉(zhuǎn)化率有顯著性差異(P＜0.05)。低溫芝麻餅的蛋白質(zhì)變性程度低、營養(yǎng)成分保留程度好及較高的食物轉(zhuǎn)化率更有利于大鼠體重的增加。冷榨熟制芝麻餅組較冷榨芝麻餅組的增重和食物轉(zhuǎn)化率平均值高，但沒有顯著性差異，這顯示濕熱處理可以增強芝麻蛋白的食物轉(zhuǎn)化率但是效果不很明顯，與相關(guān)報道吻合［5］。

2.2 大鼠糞便代謝及氮平衡情況

表5為不同蛋白質(zhì)來源的飼料對大鼠每日糞便排泄量及氮平衡的影響情況，從表5可以看出，3個芝麻餅試驗組大鼠糞便排泄量和糞含水量都顯著高于大豆粕對照組(P＜0.05)，而高溫壓榨芝麻餅組糞便排泄量和糞含水量則極顯著高于其他3組(P＜0.01)。試驗結(jié)果提示芝麻蛋白有稀釋大腸內(nèi)容物的作用，從而加速大腸蠕動和內(nèi)容物的轉(zhuǎn)移以利于糞便的排出，對于預防和緩解便秘有積極作用。表5還顯示，大豆粕對照組和兩個冷榨芝麻餅組正氮平衡值顯著高于高溫壓榨芝麻餅組，這說明高溫壓榨芝麻餅組大鼠體內(nèi)蛋白質(zhì)的合成量不及其他3組［6］。

2.3 不同蛋白飼料的營養(yǎng)價值評價

蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值可簡單定義為單位蛋白質(zhì)滿足機體需要的度量［7］。不同芝麻餅的蛋白質(zhì)營養(yǎng)學評價指標結(jié)果見表6。

從表6可以看出，兩個低溫芝麻餅組與大豆粕對照組蛋白質(zhì)表觀消化率沒有顯著性差異(P＞0.05)，而高溫壓榨芝麻餅組蛋白質(zhì)表觀消化率則明顯降低，顯著低于大豆粕對照組和兩個低溫芝麻餅組(P ＜0.05)。

表4 大鼠攝食量及生長情況

表5 不同組別大鼠每日糞便排泄量及氮平衡結(jié)果

表6 蛋白質(zhì)的營養(yǎng)學評價指標

在可消化組分基礎(chǔ)上進一步從總體上評價相應蛋白質(zhì)的氨基酸組成比例滿足機體需要的程度可利用氮平衡試驗法，其所獲得的蛋白質(zhì)生物效價指標比較客觀地反映了飼料蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化為受試動物蛋白質(zhì)的利用情況［8］。從試驗結(jié)果可以看出，4組餅粕蛋白質(zhì)的表觀生物價大小順序為:大豆粕對照組＞冷榨熟制芝麻餅組＞冷榨芝麻餅組＞高溫壓榨芝麻餅組。其中前三者之間沒有顯著性差異(P＞0.05)，均與高溫芝麻餅組有顯著性差異(P＜0.05)。蛋白質(zhì)的利用率是指蛋白質(zhì)的消化率與生物學價值的乘積，它代表了蛋白質(zhì)對于動物機體的有用性。本試驗中蛋白質(zhì)的利用率指表觀利用率，可以看出高溫芝麻餅的蛋白質(zhì)利用率為最低，與另外3組有顯著性差異(P ＜0.05)。

蛋白質(zhì)效能比值PER定義是:攝入每單位蛋白質(zhì)相應的受試機體體質(zhì)量增加量［9］。大豆粕對照組與兩個冷榨芝麻餅組的蛋白質(zhì)效能比值彼此之間沒有顯著性差異(P＞0.05)，高溫芝麻餅組與三者之間有顯著性差異(P＜0.05)。被測蛋白質(zhì)的效能比值PER'可以用參考標準蛋白質(zhì)的效能比值加以校正，用以衡量被測蛋白質(zhì)置換等量的某種參考標準蛋白質(zhì)可產(chǎn)生的同樣平衡的程度。本試驗中采用大豆蛋白質(zhì)作為參考的標準蛋白質(zhì)，得出了不同制油工藝所得3種芝麻餅蛋白質(zhì)與大豆粕蛋白質(zhì)相對的被測芝麻蛋白質(zhì)的效能比值，其數(shù)值相對大小反映了不同芝麻蛋白對對大豆粕蛋白質(zhì)的置換能力。

蛋白質(zhì)的消化率、生物價、利用率和效能比值均是利用生物學方法評價蛋白質(zhì)營養(yǎng)價值的常用指標。綜上，高溫芝麻餅組飼料這幾項指標均為最低水平，說明芝麻蛋白長時間高溫加工過程中遭到破壞，營養(yǎng)價值降低，使之不能很好地被動物機體消化吸收。

表7為試驗所用原料冷榨芝麻餅蛋白和高溫壓榨芝麻餅蛋白的必需氨基酸組成與FAO/WHO推薦氨基酸模式值的對比。與FAO/WHO的參考值相比，芝麻富含含硫氨基酸、酪氨酸+苯丙氨酸［5］，但賴氨酸含量較少。芝麻餅蛋白中的氨基酸成分特別是蛋氨酸和色氨酸可以用來補充其他多數(shù)植物油料蛋白質(zhì)。有研究發(fā)現(xiàn)一份芝麻蛋白與一份大豆蛋白混合可具有與酪蛋白相同的營養(yǎng)價值，芝麻蛋白高蛋氨酸低賴氨酸與大豆蛋白高賴氨酸低蛋氨酸正好可以互補，兩者都提高了營養(yǎng)價值。用芝麻餅摻入豆類食品中比用蛋氨酸直接摻入其中在消化道中更能充分地釋放氨基酸，利用蛋白補充蛋白而不是用個別氨基酸補充蛋白能增大蛋白的使用量，同時提供其他必需氨基酸［9］。

表7 芝麻餅蛋白的必需氨基酸組成及FAO/WHO推薦的氨基酸模式值(g/16 g)(以N計)

3 結(jié)論

通過消化代謝試驗法、氮平衡試驗法、生長試驗法對4種蛋白飼料進行了營養(yǎng)消化功能評價，結(jié)果表明，高溫芝麻餅組飼料蛋白質(zhì)的消化率、生物價、利用率和效能比值等幾項指標均為最低水平。高溫芝麻餅組蛋白轉(zhuǎn)化率分別比大豆粕對照組、低溫冷榨芝麻餅組、低溫壓榨熟制芝麻餅組低7%、3%、6%;高溫芝麻餅組消化率分別比大豆粕對照組、低溫冷榨芝麻餅組、低溫壓榨熟制芝麻餅組低13%、11%、12%;高溫芝麻餅組生物價分別比大豆粕對照組、低溫冷榨芝麻餅組、低溫壓榨熟制芝麻餅組低0.12、0.07、0.09;高溫芝麻餅組利用率分別比大豆粕對照組、低溫冷榨芝麻餅組、低溫壓榨熟制芝麻餅組低18%、12%、14%;高溫芝麻餅組效能比值分別比大豆粕對照組、低溫冷榨芝麻餅組、低溫壓榨熟制芝麻餅組低 0.42、0.2、0.37。

由此可見，芝麻高溫焙炒制油過程破壞了芝麻蛋白的營養(yǎng)價值，使所得芝麻餅中蛋白不能很好地被動物機體消化吸收，而低溫冷榨芝麻制油工藝所得芝麻餅盡可能多地保留了芝麻蛋白的營養(yǎng)成分而具有較高的營養(yǎng)價值，其消化吸收利用程度均顯著優(yōu)于傳統(tǒng)高溫壓榨工藝所得的芝麻餅。因此，優(yōu)化芝麻油生產(chǎn)工藝和技術(shù)條件，避免芝麻蛋白在制油生產(chǎn)中的過度破壞，對提高芝麻蛋白利用價值、促進芝麻油脂和芝麻蛋白聯(lián)產(chǎn)加工技術(shù)的發(fā)展有重要意義。

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