張麗霞，孫強(qiáng)，蘆鑫，宋國(guó)輝，麻琳，黃紀(jì)念，魏松麗，孫曉靜

(河南省農(nóng)科院農(nóng)副產(chǎn)品加工研究所，河南省特色油料作物基因組學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州，450002)

芝麻是我國(guó)最古老的油料作物之一[1-3]，具有藥食兼用的功效，芝麻中不飽和脂肪酸含量高達(dá)85%，其中多不飽和脂肪酸亞麻酸、亞油酸對(duì)預(yù)防由血管硬化引起的疾病，軟化血管非常有益；并且芝麻中含有一類特異的活性物質(zhì)—木脂素，它是天然抗氧化劑[4-5]，可以使芝麻油耐保存，不易腐敗變質(zhì)，同時(shí)具有降血脂、降血壓、抗血栓和緩解動(dòng)脈粥樣硬化等作用。芝麻木脂素主要為芝麻素、芝麻林素和芝麻酚等，其中芝麻林素和芝麻素主要在芝麻種子中，芝麻素酚、芝麻酚主要在芝麻油中[6-7]。

種子的發(fā)芽過(guò)程包括吸水膨脹、萌芽、幼苗形成3個(gè)階段[8]。萌芽是生命發(fā)展的最初階段，也是生命中最有活力的階段。研究表明種子吸水萌發(fā)后發(fā)生了許多生理代謝變化[9-11]，主要表現(xiàn)在酶的活化、生成，細(xì)胞生理活性的恢復(fù)和復(fù)雜的生化代謝，使種子的營(yíng)養(yǎng)成分和理化性質(zhì)發(fā)生了重大的變化[8, 12-13]。萌芽也常作為一種提高食品利用和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的天然方法，有廣闊的利用價(jià)值和應(yīng)用前景[14-15]。近些年有報(bào)道稱芝麻萌芽后其粗脂肪、脂肪酸組成等可能會(huì)發(fā)生改變[10, 16]，民間也有用萌發(fā)芝麻油治療咽喉炎癥的習(xí)俗[17]。但是，萌芽過(guò)程中芝麻主要組成的動(dòng)態(tài)變化較少有報(bào)道。本研究探討萌芽過(guò)程中芝麻主要成分如粗蛋白、粗脂肪、氨基酸、酸價(jià)和過(guò)氧化值、芝麻素、芝麻林素的動(dòng)態(tài)變化，從而為不同需求的萌芽芝麻制品的開(kāi)發(fā)提供思路。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

豫芝11號(hào)白芝麻，河南豫研種子科技有限公司；正己烷(氣相色譜純)，美國(guó)迪馬公司；芝麻素、芝麻林素、芝麻素酚、芝麻酚，美國(guó)Sigma公司；其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

Ultimate 3000 高效液相色譜儀、XBPODS-C18色譜柱(25 mm×4.6 mm，5μm)，戴安中國(guó)有限公司；7890A-5975C氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，美國(guó)Agilent公司；L-8900氨基酸自動(dòng)分析儀，日本Hitachi公司；FOSS全自動(dòng)凱氏定氮儀Kjeltec8400，福斯分析儀器公司；Lyovac GT1真空冷凍干燥機(jī)，德國(guó)SRK系統(tǒng)技術(shù)有限公司；BD-53生化培養(yǎng)箱，德國(guó)Binder公司；P型陶瓷纖維馬弗爐，北京盈安美誠(chéng)科學(xué)有限公司。

1.3 方法

1.3.1 芝麻的萌芽

挑選大小均勻、無(wú)蟲(chóng)蛀、顆粒飽滿的芝麻種子，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的次氯酸鈉溶液浸泡5 min后用清水洗3遍，去除芝麻中的灰塵雜質(zhì)等。將清洗后的芝麻均勻撒在平鋪有2層紗布的托盤中，置于28 ℃，相對(duì)濕度90%的恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)進(jìn)行萌芽，每隔一定時(shí)間取萌芽芝麻樣品。每次取樣的芝麻進(jìn)行冷凍干燥，粉碎備用。

1.3.2 芝麻脂肪酸組成的測(cè)定

參照GB/T 17376—2008對(duì)芝麻中脂肪酸組成進(jìn)行分析，利用三氟化硼甲酯化法制備脂肪酸甲酯。采用峰面積歸一化法分析樣品中脂肪酸相對(duì)含量。

氣相色譜分析條件：FID檢測(cè)器，溫度250 ℃；HP-88毛細(xì)管(60 m×0.25 mm)，分流比100∶1；進(jìn)樣量4.5 μL。升溫程序：初始溫度120 ℃保持1 min，10 ℃/min速率升到175 ℃保持10 min；以10 ℃/min上升到230 ℃保溫8 min。

1.3.3 芝麻木脂素類物質(zhì)的測(cè)定

參照文獻(xiàn)[5, 18-19]對(duì)樣品進(jìn)行前處理并利用高效液相色譜法測(cè)定芝麻木脂素類含量與組成。

HPLC檢測(cè)條件：XBPODS-C18(4.6 mm×25 mm，5 μm)色譜柱，流動(dòng)相：V(甲醇)∶V(水)=}，流速1.0 mL/min，30 ℃柱溫，芝麻林素、芝麻素、芝麻酚及芝麻素酚的檢測(cè)波長(zhǎng)分別為287、287、295、295 nm。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算樣品中各木脂素的含量。

1.3.4 芝麻氨基酸組成分析

按照GB/T 5009.124—2003《食品中氨基酸的測(cè)定》和NY/T57—1987《谷物籽粒色氨酸測(cè)定法》方法測(cè)定芝麻中的氨基酸組成。

1.3.5 其他指標(biāo)的測(cè)定

粗脂肪含量的測(cè)定，GB/T 1477.2—2008；粗蛋白含量的測(cè)定，GB/T 5009.5—2010；水分及易揮發(fā)物含量的測(cè)定，GB/T 5009.3—2010；灰分含量的測(cè)定，GB/T 5009.4—2010。不同萌芽期芝麻酸價(jià)測(cè)定，GB/T 5530—2005；過(guò)氧化值測(cè)定， GB/T 5538—2008。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有試驗(yàn)平行測(cè)定3次，結(jié)果采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。采用IBM SPSS 19.0進(jìn)行相關(guān)性分析與方差分析計(jì)算(P<0.01為高度顯著，P<0.05為顯著)。圖中相同小寫字母表示采用Duncan算法在0.05水平無(wú)顯著性差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 原料芝麻的基本指標(biāo)

表1 芝麻的基本指標(biāo) 單位：%

芝麻是一種油脂含量高的油料作物，從表1可以看出，原料芝麻中粗脂肪含量達(dá)到(58.5±0.28)%，粗蛋白(19.1±0.24)%，水分及易揮發(fā)物含量占6.44%，灰分占5.28%。

2.2 萌芽對(duì)粗蛋白含量的影響

蛋白質(zhì)是機(jī)體細(xì)胞的重要組成部分，在細(xì)胞和生物體的生命活動(dòng)中起著十分重要的作用。萌芽過(guò)程對(duì)芝麻中粗蛋白含量的影響見(jiàn)圖1。

圖1 萌芽對(duì)芝麻中粗蛋白的影響Fig.1 Effect of germination on the crude protein of sesame注：不同字母表示差異顯著(P<0.05),下同。

從圖1可以看出,隨萌芽時(shí)間延長(zhǎng)，粗蛋白的含量先減少后增加再減少，尤其在萌芽的前30 h變化速率最快。芝麻在初始階段粗蛋白的含量為19.1%，到12 h粗蛋白含量降到17.3%；但發(fā)芽36 h后，蛋白質(zhì)含量增加到19.5%，隨后萌芽芝麻蛋白質(zhì)含量又開(kāi)始下降。萌芽過(guò)程中芝麻蛋白含量變化主要是由于發(fā)芽前的浸泡即吸水膨脹階段，種子中的可溶性氮溶于水中；另一方面種子的胚芽在剛萌芽時(shí)要消耗一部分蛋白質(zhì)[8, 20]，因此在萌芽初始階段即12 h內(nèi)，隨萌芽時(shí)間的延長(zhǎng)蛋白質(zhì)含量減少。在萌芽的12 h與36 h之間可能是種子發(fā)芽的萌動(dòng)階段，由于蛋白酶被激活，蛋白質(zhì)含量逐漸上升，在蛋白酶的作用下，貯藏蛋白被分解成了供胚發(fā)育的氨基酸，再將氨基酸運(yùn)轉(zhuǎn)到胚的生長(zhǎng)部分后，以各種不同的組合方式重新結(jié)合起來(lái)，形成各種性質(zhì)的蛋白質(zhì)，使得蛋白質(zhì)含量增加[8,21]；在萌芽后期為了維護(hù)胚芽的生長(zhǎng)，蛋白酶的活性增強(qiáng)，致使蛋白質(zhì)水解為肽和氨基酸的速度大于氨基酸重新合成新的蛋白質(zhì)的速度，導(dǎo)致蛋白質(zhì)含量逐漸下降[20]。

2.3 萌芽對(duì)粗脂肪含量的影響

粗脂肪作為能源，是芝麻的主要組成部分。從圖2可以看出：隨萌芽時(shí)間延長(zhǎng)，粗脂肪含量逐漸降低，從最初的58.5%下降到96 h時(shí)的27.2%，下降率為53.5%；在萌芽的36 h內(nèi)粗脂肪下降速度較緩慢，36 h后粗脂肪含量下降迅速。芝麻萌芽過(guò)程中粗脂肪含量變化趨勢(shì)與文獻(xiàn)報(bào)道一致[14, 22]，其主要原因在于萌芽初期的36 h，芝麻種子中的脂肪分解酶、脂酶和脂肪氧化酶在萌芽過(guò)程中逐漸被激活，使芝麻中脂肪被分解成脂肪酸和甘油[23]，使萌芽芝麻中的粗脂肪含量降低，游離脂肪酸含量增加；在36 h的萌芽后期，胚芽生長(zhǎng)迅速，脂肪作為種子萌芽的重要能量來(lái)源，萌芽的能量消耗會(huì)導(dǎo)致其含量明顯降低，從而導(dǎo)致總粗脂肪含量顯著減少[11]。

圖2 萌芽對(duì)芝麻中粗脂肪的影響Fig.2 Effect of germination on the fat in sesame

2.4 萌芽對(duì)芝麻中油脂酸價(jià)的影響

酸價(jià)是指中和1 g脂肪中的游離脂肪酸所需的KOH的毫克數(shù)。由于萌芽過(guò)程是一種生理變化，引起芝麻脂肪的含量變化，從而對(duì)油脂的酸價(jià)產(chǎn)生影響。萌芽時(shí)間對(duì)萌芽芝麻中油脂酸價(jià)的影響見(jiàn)圖3。

圖3 萌芽對(duì)芝麻中油脂酸價(jià)的影響Fig.3 Effect of germination on the acid value of sesame oil

從圖3可以看出，隨著萌芽時(shí)間增加，芝麻中油脂的酸價(jià)逐漸升高，由初始芝麻中油脂的酸價(jià)0.44 mg KOH/g，升高到萌芽96 h酸價(jià)14.2 mgKOH/g。一方面在水分充足的萌芽條件下，由于微生物、酶和熱的作用，發(fā)生緩慢水解，產(chǎn)生游離脂肪酸；另一方面與2.3中萌芽對(duì)粗脂肪含量的影響一致，在各種脂肪酶作用下，芝麻中脂肪被分解成甘油和脂肪酸[23]，使游離脂肪酸增加，從而使萌芽的芝麻油脂中酸價(jià)增大。

2.5 萌芽對(duì)芝麻中油脂過(guò)氧化值的影響

過(guò)氧化值表示油脂中的脂肪酸被氧化的程度，是油脂氧化初級(jí)產(chǎn)物的評(píng)價(jià)指標(biāo)。從圖4看出，隨著萌芽時(shí)間的增加，芝麻中油脂的過(guò)氧化值逐漸升高，96 h時(shí)過(guò)氧化值為16.5 mg/kg。在溫度28 ℃、相對(duì)濕度90%萌芽條件下，隨著萌芽時(shí)間延長(zhǎng)，芝麻種子在高濕空氣中暴露的時(shí)間也越長(zhǎng)，芝麻中的脂肪酸被氧化的程度越高，過(guò)氧化值也越高。因此根據(jù)2.4和2.5實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如果制備生產(chǎn)萌芽芝麻產(chǎn)品(如萌芽芝麻油、萌芽芝麻醬等)，溫度28 ℃、相對(duì)濕度90%萌芽條件下，萌芽時(shí)間應(yīng)在36 h以內(nèi)(GB/T 8233-2018規(guī)定的二級(jí)芝麻香油酸價(jià)≤3 mgKOH/g，過(guò)氧化值≤18 mg/kg)。

圖4 萌芽對(duì)芝麻中油脂過(guò)氧化值的影響Fig.4 Effect of germination on the peroxide value of sesame oil

2.6 萌芽對(duì)芝麻中油脂脂肪酸組成的影響

脂肪是提供能量的重要物質(zhì)，在植物發(fā)芽生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)消耗一部分脂肪。萌芽過(guò)程對(duì)芝麻中油脂脂肪酸含量及組成的影響見(jiàn)表2，芝麻原料脂肪酸組成見(jiàn)圖5。

從圖5和表2可以看出，芝麻油中脂肪酸主要為亞油酸和油酸，其次為棕櫚酸、硬脂酸和亞麻酸[24]。亞油酸和亞麻酸的含量隨萌芽時(shí)間延長(zhǎng)先增加后降低，在萌芽時(shí)間6 h時(shí)亞油酸和亞麻酸的相對(duì)含量達(dá)到最高，分別為45.30%和0.79%。主要原因可能為：萌芽過(guò)程中為了能量需要，油脂發(fā)生水解生成甘油和脂肪酸，游離脂肪酸增加；其中油酸在12-脂肪酸去飽和酶(Δ12-fatty acid desaturases)的作用下，轉(zhuǎn)化為亞油酸，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化生成亞麻酸，因此萌芽初期亞油酸和亞麻酸含量增加[25-27]。但隨著萌芽程度的增加，芝麻胚芽生長(zhǎng)需要的能量增加，不飽和的亞油酸、亞麻酸經(jīng)過(guò)代謝，氧化生成二氧化碳和水[8, 28]，被新生長(zhǎng)部分利用，含量下降。因此，如果制備亞油酸和亞麻酸含量高的萌芽芝麻產(chǎn)品，溫度28 ℃、相對(duì)濕度90%萌芽條件下，萌芽時(shí)間應(yīng)在6 h合適。

表2 萌芽對(duì)芝麻脂肪酸組成的影響 單位：%

注：∑USFA表示總不飽和脂肪酸；∑SFA表示總飽和脂肪酸。

圖5 未萌芽芝麻油脂脂肪酸氣相色譜圖Fig.5 Blank sample sesame oil by gas chromatogram

2.7 萌芽對(duì)芝麻中氨基酸組成的影響

氨基酸是蛋白質(zhì)的基本組成單位，氨基酸的種類及排列方式?jīng)Q定蛋白質(zhì)的種類。萌芽時(shí)間對(duì)芝麻中氨基酸的影響見(jiàn)表3。

從表3可以看出，芝麻中谷氨酸的含量在20%以上，萌芽使得芝麻中谷氨酸含量增加；必需氨基酸的含量逐漸增加，從0 h的31.5%到96 h到33.62%，增長(zhǎng)率為6.72%；非必需氨基酸逐漸減少，從0 h的68.5%到96 h的66.38%，下降率為3.09%；堿性氨基酸含量呈減少趨勢(shì)，從0 h的17.05%到96 h的14.88%，下降率為12.72%；酸性氨基酸含量先增加后減少趨勢(shì)，96 h含量達(dá)到31.57%，增長(zhǎng)率為13.64%。萌芽芝麻中氨基酸含量組成的變化主要是由于萌芽過(guò)程中蛋白酶被激活，在蛋白酶作用下一部分貯藏的蛋白質(zhì)受酶催化水解為低分子肽與氨基酸，其中一部分氨基酸又繼續(xù)參與分解代謝產(chǎn)生脫氨、轉(zhuǎn)氨、脫羧等代謝物，這些代謝物又合成新的氨基酸從而使氨基酸種類和數(shù)量發(fā)生變化[29-31]，使發(fā)芽種子的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值有別于萌發(fā)以前的干種子[13]。

表3 萌芽對(duì)芝麻中氨基酸組成比例的影響 單位：%

2.8 萌芽對(duì)芝麻木脂素的影響

芝麻素和芝麻林素是芝麻中重要的有抗氧化作用和生理活性的物質(zhì)，芝麻木脂素標(biāo)樣和芝麻樣品的高效液相色譜圖見(jiàn)圖6，萌芽過(guò)程中芝麻木脂素含量變化見(jiàn)圖7。

(1)-芝麻木脂素標(biāo)樣；(2)-芝麻樣品圖6 芝麻木脂素HPLC圖Fig.6 HPLC profiles of lignans standards and sesame sample

圖7 萌芽對(duì)芝麻素、芝麻林素含量影響Fig.7 Effect of germination on the content of sesamin and sesamolin in sesame

從圖6可以看出，原料芝麻中只檢測(cè)到芝麻素和芝麻林素2種芝麻木脂素物質(zhì)，且通過(guò)定量計(jì)算芝麻素的含量約為芝麻林素含量的2倍。從圖7可以看出，在萌芽初期，芝麻素含量呈升高趨勢(shì)，但是在萌芽時(shí)間超過(guò)20 h后，芝麻素含量呈下降趨勢(shì)；而萌芽過(guò)程中芝麻林素含量一直呈下降趨勢(shì)。而有文獻(xiàn)[16,33]報(bào)道萌芽過(guò)程中芝麻素和芝麻林素均呈下降趨勢(shì)。推測(cè)本研究中萌芽初期，芝麻素緩慢上升的原因可能是濕度較大芝麻林素更容易發(fā)生分解反應(yīng)生成芝麻素。對(duì)于萌芽過(guò)程中芝麻林素、芝麻素持續(xù)減少的原因及機(jī)理在后續(xù)還需要深入研究。

3 結(jié)論

隨著萌芽程度的增加，芝麻中粗蛋白含量先減少后增加再減少；萌芽芝麻粗脂肪含量從萌芽初期的58.5%下降到96 h時(shí)的27.2%，如果制備萌芽芝麻產(chǎn)品時(shí)，溫度28 ℃且相對(duì)濕度90%，萌芽時(shí)間應(yīng)在36 h以內(nèi)(GB/T 8233-2018規(guī)定的二級(jí)芝麻香油酸價(jià)≤3 mgKOH/g，過(guò)氧化值≤18 mg/kg)。此外，本研究中萌芽芝麻中亞油酸和亞麻酸的相對(duì)百分含量隨萌芽時(shí)間延長(zhǎng)先增加后降低。萌芽過(guò)程中，必需氨基酸的含量增加，增長(zhǎng)率為6.72%；非必需氨基酸降低，下降率為3.09%；堿性氨基酸含量降低，下降率為12.72%；酸性氨基酸含量增加，增長(zhǎng)率為13.64%。芝麻林素含量一直呈下降趨勢(shì)，而芝麻素含量在萌芽初期緩慢上升后逐漸下降。綜上所述，芝麻萌芽可以改善芝麻的營(yíng)養(yǎng)成分，提高芝麻的應(yīng)用價(jià)值，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可根據(jù)具體的需求來(lái)確定最佳的萌芽時(shí)間，使各種指標(biāo)達(dá)到最佳；同時(shí)，萌芽芝麻在新型食品研究領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)還需要深入的研究，以期為開(kāi)發(fā)高附加值芝麻制品提供數(shù)據(jù)支持與理論指導(dǎo)。