文芬，張淼，邵雪梅，龔倩，魏陳

（四川旅游學院食品學院，四川成都610100）

芝麻是中國主要油料作物之一，其種子含油量約為55%，具有廣泛良好的應用前景，其壓榨產(chǎn)物芝麻油也具有較高的營養(yǎng)價值。中國年產(chǎn)芝麻65萬噸，居世界第一[1]。芝麻榨油后副產(chǎn)物芝麻餅粕是一種新型高營養(yǎng)的植物蛋白資源，大多數(shù)用于動物飼料和農(nóng)業(yè)肥料，因此導致了嚴重的資源浪費。楊杰等[2]對芝麻餅粕中的蛋白質(zhì)進行急性毒性試驗，研究結(jié)果為LD50＞15 000 mg/kg，屬于無毒級。因此芝麻餅粕中的蛋白質(zhì)可以作為一種安全的優(yōu)質(zhì)的蛋白質(zhì)來源。據(jù)有關(guān)報道，芝麻蛋白已部分用作飲料和面包生產(chǎn)的膳食補充劑[3]。

芝麻蛋白具有很好的互補性，其含有的甲硫氨酸、色氨酸等含硫氨基酸比一般植物蛋白高，更容易被機體吸收和利用。芝麻蛋白還含有人體必需的8種氨基酸，約占人體總蛋白的30%。另外兩種氨基酸含量接近，其他6種含量均高于一般植物蛋白，且無抗營養(yǎng)因子。因此，與世界衛(wèi)生組織推薦的人類蛋白標準相比，芝麻蛋白質(zhì)組分是一致的，屬于完整的蛋白質(zhì)組分。除此之外，芝麻蛋白具有良好的溶解性、吸水性、吸油性、乳化性、發(fā)泡性、粘度和熱凝極性等功能性質(zhì)，可運用于肉制品、谷類食品、烘焙食品、植物蛋白飲品、小吃、副食中。

1 芝麻餅粕的營養(yǎng)成分

1.1 芝麻餅粕營養(yǎng)成分概述

芝麻蛋白質(zhì)含量根據(jù)品種和來源而異，一般為20%～22%。但芝麻餅粕中蛋白質(zhì)含量最高為38%～50%[4]。芝麻餅粕中主要成分除了蛋白質(zhì)含量較高外，還有其他營養(yǎng)成分如纖維素、維生素類和木脂素類等物質(zhì)，但植物蛋白結(jié)構(gòu)復雜，較高的相對分子質(zhì)量，不容易被機體消化吸收。酶水解制備的蛋白質(zhì)肽不僅有利于人體吸收，而且具有抗氧化、抑制血糖、血脂、增強機體免疫力等生理功能。芝麻餅粕經(jīng)過脫脂處理后，脂肪含量由14.13%下降5.32%，水分含量由15.37%下降到9.11%，而碳水化合物含量由22.31%升高到（28.47±0.14）%，蛋白質(zhì)含量由42.76%升高53.82%。

1.2 不同方法制備的芝麻餅粕的營養(yǎng)成分差異

芝麻餅粕制備方法不同，其營養(yǎng)成分也不同。根據(jù)榨油方式及是否脫皮將制備常見的芝麻餅粕制備方法分為以下4種[5]。

1.2.1 冷榨法

將一定量的芝麻于螺旋榨油機中榨取2次，榨取溫度在40℃以下，轉(zhuǎn)速為30 r/min，將榨取后的芝麻餅粕用粉碎機粉碎過篩，再以丁烷為溶劑，溶劑體積比為1∶6，溫度為50℃的條件下每30分鐘萃取一次，一共萃取5次，此方法所得即為冷榨法芝麻餅粕。

1.2.2 熱榨法

芝麻在溫度180℃條件下烘焙2 h后于螺旋榨油機中榨取2次，將榨取后的芝麻餅粕粉碎，過篩后亞臨界萃取5次（條件同冷榨法），此法所得即為熱榨法芝麻餅粕。

1.2.3 干法脫皮

取一定量的芝麻，加入10%的蒸餾水充分潤濕，在60℃條件下烘焙3 h，冷卻至室溫并控制水分在7.0%左右，將烘焙后的芝麻于碾米機中脫皮使其脫皮率約80%，粉碎過篩，再亞臨界萃取5次（條件同冷榨法），此法所得即為干法脫皮芝麻餅粕。

1.2.4 濕法脫皮

取一定量的芝麻，用0.4%的氫氧化鈉溶液浸泡2 min，浸泡后的芝麻于碾米機中脫皮，使其脫皮率達到98%，再在溫度為50℃條件下烘焙12 h，粉碎過篩再亞臨界萃取5次（條件同冷榨法），此法所得即為濕法脫皮芝麻餅粕。

不同制備方法下芝麻餅粕的基本組分見表1。

由表1可以看出脫皮后的芝麻餅粕中蛋白質(zhì)含量較高，粗纖維和灰分含量較低；冷榨法芝麻餅粕中粗蛋白、粗纖維和草酸的含量均高于熱榨法芝麻餅粕；濕法脫皮芝麻餅粕中蛋白質(zhì)的含量較干法脫皮芝麻餅粕高。

表1 不同制備方法芝麻餅粕的基本組分Table1 The basic components of sesame cake with different preparation methods%

2 芝麻蛋白的提取方法

近幾年對于芝麻蛋白的研究主要是在提取方法和優(yōu)化方法兩個方面。提取芝麻蛋白的方法不僅有堿溶酸沉法，還有水酶法、有機溶劑洗滌法和膜過濾法，但后幾種方法應用相對較少。國內(nèi)外學者對于堿溶酸沉法及其影響因素的研究以及應用堿性蛋白酶和糖化酶等酶來優(yōu)化提取方法相對較多。

2.1 生物提取法

提取芝麻蛋白的生物提取法主要是通過酶類物質(zhì)將芝麻餅粕中的蛋白質(zhì)溶出，目前主要有糖化酶酶解法和水酶法。

2.1.1 糖化酶酶解法[6]

將脫脂后的芝麻餅粕用粉碎機粉碎，按料液比為1∶10（g/mL）加入蒸餾水溶解，調(diào)節(jié) pH 值為 4.0，利用超聲波細胞提取儀堿提后在轉(zhuǎn)速為4 800 r/min條件下離心10 min，取上清液，用4%鹽酸使蛋白質(zhì)沉淀，再在4 800 r/min下離心10 min，取上清液后沉淀，再加水溶解，加入糖化酶（80 U/g）混勻，4 800 r/min轉(zhuǎn)速下離心10 min，取上清液沉淀，取出沉淀，干燥后即為芝麻蛋白。

該方法提取芝麻蛋白的提取率為77.56%。

2.1.2 水酶法

水酶法是在機械破碎的基礎(chǔ)上，利用蛋白酶切斷芝麻蛋白的肽鏈，提高蛋白質(zhì)的溶出率，促進芝麻蛋白的提取。該法提取能夠同時獲得芝麻油和蛋白質(zhì)，再經(jīng)過水提取、復合酶水解芝麻細胞壁充分提取芝麻油和蛋白質(zhì)，而且操作條件相對較溫和，蛋白質(zhì)的質(zhì)量較好。其工藝如下：

將脫脂后的芝麻餅粕粉碎過篩，按料液比為1∶16（g/mL）加入蒸餾水使之溶解，調(diào)節(jié)pH值至11.0，加入酶量為125 U/g蛋白酶于50℃條件下酶解2 h，滅酶，離心取其上清液，再測蛋白質(zhì)溶出率。

該方法制備芝麻蛋白的溶出率為70.36%。

2.2 化學提取法

化學提取法是將芝麻餅粕中的蛋白質(zhì)用化學試劑溶解在溶液中，然后從溶液中沉淀蛋白質(zhì)，化學提取法也是提取芝麻蛋白最常用的方法。目前主要有堿抽提和有機溶劑洗滌。

2.2.1 單純堿液提取法[7]

將脫脂后的芝麻餅粕粉碎過篩，按料液比為1∶20（g/mL）加入蒸餾水使其溶解，調(diào)節(jié)溶液的pH值至10.0后于70℃水浴中攪拌1.2 h，離心過濾，取上清液，調(diào)節(jié)pH值至4.0使蛋白質(zhì)沉淀，干燥后即為芝麻蛋白。

該方法制備芝麻蛋白的提取率為45.12%～50.12%。

2.2.2 兩次堿液提取法

將脫脂后的芝麻餅粕粉碎過篩，按料液比為1∶20（g/mL）加入蒸餾水使其溶解，超聲波一次堿提后通過離心機在4 800 r/min轉(zhuǎn)速下離心10 min，過濾，分別取上清液和殘渣，將殘渣進行超聲波二次堿提，再在4 800 r/min轉(zhuǎn)速下離心10 min，過濾，合并上清液，調(diào)節(jié)溶液pH值至4.0使蛋白質(zhì)沉淀，干燥后即為芝麻蛋白。

該方法制備芝麻蛋白的提取率為60.6%。

2.2.3 超聲波輔助堿液提取法[7]

將脫脂后的芝麻餅粕粉碎過篩，按料液比為1∶20（g/mL）加入蒸餾水使其溶解，調(diào)節(jié)pH值至10.0，利用超聲波細胞破碎機提取1.2 h，提取溫度為70℃，功率為200 W，離心過濾，取上清液沉淀，干燥后即為芝麻蛋白。

該方法制備芝麻蛋白的提取率為60.12%。

2.2.4 有機溶劑洗滌法[8]

將脫脂后的芝麻餅粕粉碎過篩，加入50%乙醇混合溶劑（正己烷液體積比1∶6），在溫度為55℃條件下采用水浴提取85 min，提取液自然冷卻后在4 000 r/min轉(zhuǎn)速下離心10 min，取上清液，調(diào)節(jié)溶液pH值至4.0使蛋白質(zhì)沉淀，干燥后即為芝麻蛋白。

該方法制備芝麻蛋白的提取率為66.89%。

2.3 物理提取法

目前，提取芝麻蛋白常采用的物理方法是超濾法[9]。超濾是一項分子級的膜分離技術(shù)，為近年來新興產(chǎn)物。它采用的分離介質(zhì)為特殊多孔超濾膜，利用膜兩側(cè)的壓力差作為推動力，在常溫條件下對物質(zhì)進行分離的技術(shù)，具有操作簡便、條件溫和、能耗低、無相變、效率高等優(yōu)點。目前已經(jīng)廣泛應用于水處理、輕工業(yè)、食品、環(huán)境保護和生物制藥工程等眾多領(lǐng)域，因此也是富集蛋白質(zhì)最有效的方法之一。此方法制備的芝麻蛋白提取率為58.71%，其工藝如下。

將脫脂后的芝麻餅粕粉碎過篩，按料液比為1∶10（g/mL）加入蒸餾水使其溶解，調(diào)節(jié)溶液pH值至10.0后在室溫下攪拌2 h，離心后取出上清液，選用同樣的方法重復提取，合并兩次上清液，在壓力為0.25 MPa，pH值為10.0條件下超濾，超濾后干燥即為芝麻蛋白。

不同提取方法對芝麻蛋白的提取率影響較大，生物提取法提取出來的芝麻蛋白含量較另外兩種方法高，而且條件溫和，對芝麻蛋白的品質(zhì)影響較小，為將來芝麻蛋白的更進一步研究奠定了基礎(chǔ)。物理提取法提取的芝麻蛋白含量較低，但對芝麻蛋白的影響較小，如何優(yōu)化物理提取法以增加芝麻蛋白的提取率在未來也是一個研究方向。

3 芝麻蛋白的干燥

噴霧干燥、冷凍干燥、真空干燥、熱風干燥、微波干燥以及紅外線干燥都是食品干燥的方式。目前芝麻蛋白干燥常用方式是噴霧干燥和冷凍干燥，真空干燥法較前兩種少；后3種干燥方式所需溫度較高，可能使得發(fā)生芝麻蛋白變性，若要使用這3種方法應注意控制好時間及溫度。不同的干燥方式對芝麻餅粕的營養(yǎng)成分及功能特性有較大的差異。

3.1 噴霧干燥

噴霧干燥是制備芝麻蛋白最常見的方法之一。其原理是將溶液、懸浮液等干燥物料、噴霧器的霧滴直徑分散到小顆粒中，利用熱風流將其干燥，可直接將物料干燥成粉末或顆粒狀產(chǎn)品，該法應用廣泛，絕大多數(shù)水分可以在瞬間蒸發(fā)，所以干燥速度極快，具有瞬間干燥的特點。除此之外，為了控制最終物料的某些質(zhì)量指標（如粒度分布、含水率、生物活性、溶解性、色澤、香氣、風味等），噴霧干燥還可以在一定范圍內(nèi)改變其操作條件[10]。但是動力消耗大，造價較高。此技術(shù)在食物的味道、色澤和營養(yǎng)方面具有較好的保留作用。提取出來的芝麻蛋白經(jīng)過噴霧干燥，干燥速度極快，蛋白質(zhì)也不易變性并能較好地保持原有的功能特性，對芝麻蛋白品質(zhì)影響較小，操作簡便，價格適宜，但熱效率不高，熱消耗大。噴霧干燥是干燥蛋白質(zhì)最常見的方式之一。

3.2 冷凍干燥

除了噴霧干燥外，冷凍干燥也是制備芝麻蛋白常見的方法。許多研究者將提取出來的芝麻蛋白用冷凍干燥來制備。冷凍干燥是通過冷凍的方式將產(chǎn)品進行干燥的一種方法，其原理是將已凍結(jié)的產(chǎn)品置于真空容器中進行加熱，在低溫低壓條件下，產(chǎn)品中的冰晶升華成水蒸氣逸出，從而使產(chǎn)品脫水最終達到干燥的目的[11]。

冷凍干燥后所得產(chǎn)品具有多孔、疏松、易溶的特點，此方法能夠較大程度地保留食物原有的形狀、色澤、結(jié)構(gòu)、營養(yǎng)及芳香成分。干燥后的物料保留其原有的化學組成和多孔膠體結(jié)構(gòu)等物理特性；熱量消耗較其他干燥方法少。低溫條件下干燥，蛋白質(zhì)不會變質(zhì)。此種方法對于芝麻蛋白影響最小，缺點是費用較高，因此結(jié)合成本此種方法應用較少，未能廣泛采用。

3.3 真空干燥

除了上述噴霧干燥和冷凍干燥外，真空干燥也能應用于芝麻蛋白的制備中，但該法運用相對較少，主要適用于一些熱敏性的物料。真空干燥的原理是將食品物料放在密閉干燥室內(nèi)，置于真空密閉系統(tǒng)中，對物料進行適當加熱，在壓力差或濃度差作用下，使物料內(nèi)部水分擴散到表面，失去了分子間的作用力的束縛后，使得物料表面的水分子獲得了充分的動能，并在真空系統(tǒng)中擴散到低壓空氣中，從而被真空泵除去。該法雖然操作簡單，費用較低，但不斷加熱可能會使芝麻蛋白變性，所以在制備芝麻蛋白方面應用較少。在實際操作工程中，應嚴格控制加熱的溫度，防止蛋白質(zhì)因受熱過度而發(fā)生變性。

3.4 熱風干燥

熱風干燥的干燥介質(zhì)為熱空氣，與食品通過自然對流或強制對流循環(huán)的方式進行濕熱交換，食品表面的水分通過表面的氣膜向氣流主體擴散；同時物料表面氣化，使得物料表面和內(nèi)部之間產(chǎn)生水分梯度差，所以，物料內(nèi)部的水分向表面擴散。熱風干燥，其優(yōu)點是操作簡單，價格便宜，但加熱時間過長或是熱風溫度過高都會使芝麻蛋白變性和產(chǎn)生褐變，極大地影響了芝麻蛋白的品質(zhì)。所以，熱風干燥在制備芝麻蛋白中運用得較少。

芝麻蛋白的干燥方式目前主要是以上4種，尤其是噴霧干燥和冷凍干燥最為常見。目前，有關(guān)于其他植物蛋白質(zhì)的不同干燥方式對其功能特性的影響研究報道較多，但對于芝麻蛋白的其他干燥方式或者多種干燥方式結(jié)合以及不同干燥方式對芝麻蛋白功能特性的影響還未見報道，還需要進一步研究。

4 芝麻蛋白的功能特性及應用

蛋白質(zhì)在食品加工和貯藏中的特殊功能，如吸水性、吸油性、潤濕性、保水性、熱聚集性、粘度等，都被稱為蛋白質(zhì)的功能特性。蛋白質(zhì)組成、氨基酸序列、形態(tài)結(jié)構(gòu)等固有特性，屬于蛋白質(zhì)的功能特性。吸水性、潤濕性、吸油性、熱聚集性和粘性等芝麻蛋白的一些功能性質(zhì)，為芝麻的深加工和利用提供了理論依據(jù)[12]。根據(jù)芝麻蛋白不同功能特性，能夠廣泛的被運用于不同種類食品的生產(chǎn)中。

現(xiàn)如今以芝麻為輔料的產(chǎn)品種類繁多，如芝麻酥糖、芝麻豆腐等，因其中含芝麻蛋白、鈣、磷鐵、和維生素E等多種有益成分，因而被人們廣泛接受[13]。芝麻蛋白含硫氨酸和蛋氨酸含量豐富，可將其與大豆蛋白混合，可提高芝麻蛋白的營養(yǎng)價值；芝麻蛋白還可作為品質(zhì)改良劑，如添加到核桃花生制成混合型復合飲料和添加到牛乳中制作干酪，以及將芝麻餅粕、芝麻濃縮蛋白、芝麻分離蛋白加入紅小麥粉中，制成各種面粉制品[14]。

4.1 芝麻蛋白在肉制品中的應用

芝麻蛋白不僅具有特有風味，還具有黏性、溶解性及乳化能力，尤其是其吸油性，因此肉糜制品可以適量添加，從而改善產(chǎn)品的風味、口感及質(zhì)地，使產(chǎn)品組織結(jié)構(gòu)細膩，并促進脂肪吸收，避免漏油、跑油等現(xiàn)象的發(fā)生。

4.2 芝麻蛋白在烘焙產(chǎn)品中的應用

利用芝麻蛋白的發(fā)泡性，可將芝麻蛋白應用于西式面點，如面包、蛋糕、餅干等多種烘焙制品中，由于芝麻蛋白是一種互補性良好蛋白，芝麻蛋白硫氨酸和蛋氨酸含量豐富，因此可以使谷物烘焙制品的營養(yǎng)價值提高，使得產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更加富有彈性。除此之外，還可添加到饅頭、面條等中式面制品中，增加產(chǎn)品質(zhì)地，使面條有彈性，不易斷裂。

4.3 芝麻蛋白在半流動狀食品中的應用

由于芝麻蛋白具有較好的乳化性，因此可以添加到冰淇淋中，改善產(chǎn)品品質(zhì)及營養(yǎng)價值。利用芝麻蛋白良好吸水性和濕潤性，脫脂后的芝麻蛋白粉可用于芝麻蛋白粉、芝麻糊、芝麻乳以及芝麻酸奶等流體食品的生產(chǎn)。

4.4 芝麻蛋白在調(diào)味品和休閑食品中的應用

芝麻蛋白在休閑食品中的應用主要是芝麻腐竹和芝麻蛋白肉。脫脂后的芝麻蛋白粉經(jīng)加熱煮沸、脫色，形成薄膜后成型，再經(jīng)過干燥等工序處理后制成芝麻腐竹；芝麻蛋白粉經(jīng)擠壓成型改性后即得到芝麻蛋白肉。另外，將淀粉與芝麻蛋白充分混合，經(jīng)過擠壓膨化等處理，制作成休閑食品。醬油生產(chǎn)的優(yōu)良原料需含有一定量的植物蛋白和淀粉質(zhì)，而芝麻榨油后的芝麻餅粕中含有較高的芝麻蛋白，芝麻餅粕經(jīng)熟化冷卻后，接入相關(guān)菌種制成醬曲，進行發(fā)酵成熟后，再通過浸出法提取醬油。

近年來研究表明，經(jīng)酶解后的動植物蛋白，不僅理化性質(zhì)有很大改變，而且容易被機體消化吸收[15-16]，并具有一定的生理活性，一些已被廣泛用作天然食品抗氧化劑和保健食品[17]。在中國芝麻蛋白水解的研究現(xiàn)狀，主要研究蛋白質(zhì)的性質(zhì)和水解技術(shù)[18-19]，芝麻蛋白肽活性研究是評價芝麻蛋白酶解物氧自由基和氫氧自由基清除能力的常用方法[20]，尚未報告其他功能活性。

5 結(jié)論及展望

芝麻蛋白作為一種性質(zhì)優(yōu)良的植物蛋白，可廣泛應用于食品中，但大多未對產(chǎn)品特性進行深入研究，更未實際用于大批量生產(chǎn)。對于芝麻餅粕真正利用主要是作動物飼料或是農(nóng)作物肥料用，這樣造成了極大地芝麻蛋白資源浪費。如何最大程度并有效地利用芝麻餅粕資源，對進一步提高芝麻餅粕的附加值有著現(xiàn)實意義。

目前芝麻蛋白的研究大多還處于實驗室階段，比如提取方法和功能特性等基礎(chǔ)研究，提取方法不同，芝麻蛋白功能特性也有所差異，對于不同提取方法對芝麻餅粕功能特性的影響機理研究較少。除此之外，由于生產(chǎn)技術(shù)、工藝設(shè)備等諸多因素的影響使得芝麻蛋白的實際生產(chǎn)應用受到制約。因此現(xiàn)階段對于芝麻蛋白的實際應用率不高，可以通過改進提取方法，如多種方法相結(jié)合，使得提取工藝簡便高效，并且降低營養(yǎng)物質(zhì)的損失，以及通過改進開發(fā)產(chǎn)品特性，增強其實際應用價值。