張富重，張國治*，黃紀(jì)念

（1.河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院，鄭州 450001；2.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)副產(chǎn)品加工研究中心，鄭州 450002）

芝麻，別名胡麻，主要分布在熱帶以及亞熱帶地區(qū)[1]。芝麻在我國種植時(shí)間久、面積廣、資源豐富，主要種植區(qū)有河南、安徽和湖北，是我國主要的油料作物[2]。芝麻營養(yǎng)價(jià)值豐富，富含優(yōu)質(zhì)油脂、蛋白、VE、芝麻木脂素類化合物和豐富的礦物質(zhì)[3]。芝麻提油后的產(chǎn)物芝麻粕經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)富含蛋白質(zhì)和人體必需氨基酸，具有很高的營養(yǎng)價(jià)值[4]。我國芝麻餅粕的年產(chǎn)量高達(dá)40 萬t 以上，大部分都用作飼料和肥料，只有少部分用來提取食用蛋白，這就造成了極大的浪費(fèi)。對(duì)芝麻蛋白進(jìn)行擠壓組織化研究可以很好的解決這種問題。下文對(duì)芝麻蛋白及蛋白擠壓組織化研究現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)并展望。

1 芝麻蛋白

1.1 芝麻蛋白的概述

芝麻是我國重要的油料作物，含油量高達(dá)45%～63%[5]。我國對(duì)芝麻的研究主要集中在油脂方面，但是芝麻除了含油脂外，蛋白質(zhì)含量也相當(dāng)可觀。芝麻蛋白營養(yǎng)價(jià)值極高，除賴氨酸外，其它氨基酸種類和含量都符合FAO/WHO 的營養(yǎng)要求，其中含硫氨基酸（蛋氨酸、色氨酸）和半胱氨酸的含量比較豐富，蛋氨酸含量更是顯著高于其它已知的植物蛋白[6-7]。芝麻蛋白主要是由球蛋白、谷蛋白、清蛋白、醇溶谷蛋白組成[8]。芝麻蛋白主要是由制油后的芝麻餅粕中提取而來。提取工藝也很成熟，應(yīng)用最廣泛的工藝有堿溶酸沉法、酶法和有機(jī)溶劑提取法。干燥方式應(yīng)用最廣泛的主要有噴霧干燥和冷凍真空干燥。

1.2 芝麻蛋白的性質(zhì)

蛋白質(zhì)的性質(zhì)根據(jù)其作用方式的不同，分為水化性質(zhì)，結(jié)構(gòu)性質(zhì)和表面性質(zhì)。水化性質(zhì)包括吸水性、持水力、溶解性、粘度等。結(jié)構(gòu)性質(zhì)包括凝膠性、沉淀性、組織化等。表面性質(zhì)包括起泡性、乳化性等。蛋白不同的性質(zhì)在食品中的作用不同。近年來對(duì)芝麻蛋白的功能性質(zhì)的研究也很多。李鳳霞等[9]通過研究發(fā)現(xiàn)，芝麻蛋白具有良好的吸油性、吸水性、乳化性，但持水力比較差，同時(shí)它的熱凝性和粘度比較容易受外界因素影響，例如pH 值。Cano-Medina A.等[10]研究發(fā)現(xiàn)，芝麻濃縮蛋白的起泡性和乳化性在酸性條件下比在堿性條件下穩(wěn)定。對(duì)芝麻蛋白功能改性方面的研究也有很多。劉玉蘭等[11]以冷榨芝麻粕為原料，利用微波技術(shù)對(duì)其進(jìn)行改性，在最佳工藝條件下，將芝麻蛋白的NSI 由12.52%提高到55.67%，同時(shí)吸水性、吸油性、乳化穩(wěn)定性、起泡性都得到不同程度改善和提高。張濤等[12]以芝麻濃縮蛋白為原料，利用超聲波技術(shù)對(duì)其進(jìn)行改性，結(jié)果表明在最優(yōu)條件下芝麻濃縮蛋白的吸油性、乳化穩(wěn)定性、起泡性都得到了提高。

1.3 芝麻蛋白的應(yīng)用

芝麻蛋白應(yīng)用于食品中，可以提高食品的營養(yǎng)價(jià)值和風(fēng)味[13]。主要是添加到肉類制品，焙烤食品，植物蛋白飲料[14]。添加到肉類制品中可以改善其風(fēng)味和利用其持水性確保肉汁水分不流失，添加到焙烤食品中可以改善結(jié)構(gòu)，增加彈性，降低硬度，提高其儲(chǔ)藏期[15]。加工成植物蛋白飲料，也深受消費(fèi)者喜愛。芝麻蛋白經(jīng)酶解后發(fā)現(xiàn)其產(chǎn)生的芝麻多肽具有很好的抗氧化性，清除自由基,降血壓和抑制病菌生長等功能[16-18]。同時(shí)蛋白質(zhì)經(jīng)酶解后，理化性質(zhì)和消化率都會(huì)提高。利用芝麻蛋白所具有的各種優(yōu)勢(shì)開發(fā)芝麻營養(yǎng)肽食品將具有很好的市場(chǎng)潛力。關(guān)于芝麻組織化蛋白方面食品開發(fā)，目前涉及很少，大多數(shù)都是圍繞大豆蛋白和花生蛋白為主要原料開展的。

2 擠壓組織化蛋白

2.1 擠壓組織化蛋白技術(shù)

組織化蛋白是以含蛋白物質(zhì)為主要原料，通過特定的加工手段生產(chǎn)的一種蛋白質(zhì)較高的食品或食品原料。加工手段應(yīng)用最廣泛的是擠壓膨化技術(shù)。擠壓膨化是用于處理食品成分連續(xù)加熱的機(jī)械過程，是將物料的混合擠壓，加熱蒸煮，冷卻塑性等操作于一體的技術(shù)[19-20]。原理是物料在擠壓膨化設(shè)備中受到高溫、高壓、高剪切作用，物料內(nèi)部水分短時(shí)間內(nèi)迅速汽化，纖維物質(zhì)分子間和分子內(nèi)空間結(jié)構(gòu)擴(kuò)展變形，并在擠出膨化機(jī)出口的瞬間，物料結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，形成疏松多孔的狀態(tài)[21]。根據(jù)工藝不同分為低水分?jǐn)D壓技術(shù)和高水分?jǐn)D壓技術(shù)，具體比較見表1。

表1 不同擠壓技術(shù)的比較

擠壓技術(shù)常用的設(shè)備有單螺桿擠壓機(jī)，雙螺桿擠壓機(jī)和多螺桿擠壓機(jī)。目前應(yīng)用最廣泛的是雙螺桿擠壓機(jī)，雙螺桿擠壓機(jī)相對(duì)另外兩種擠壓機(jī)具有很多優(yōu)勢(shì)，效率高，對(duì)環(huán)境污染小，它對(duì)物料水分要求相對(duì)寬松，同時(shí)它的加工能力在一定范圍內(nèi)不受水分、油分的限制，目前已經(jīng)在工業(yè)上實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。目前用來生產(chǎn)組織化蛋白的原料一般為大豆分離蛋白、大豆?jié)饪s蛋白、脫脂大豆粉和花生蛋白。關(guān)于芝麻蛋白擠壓組織化的研究報(bào)道國內(nèi)外幾乎沒有。主要是因?yàn)橹ヂ榈鞍着c其他蛋白相比持水力較弱，氮溶解指數(shù)低，限制了其應(yīng)用范圍。安紅周等[22]以大豆?jié)饪s蛋白為原料，利用雙螺桿擠壓技術(shù)對(duì)影響大豆組織化度的因素進(jìn)行了研究，結(jié)果表明影響大豆組織化度最大因素為溫度，其次為螺桿轉(zhuǎn)速和水分。林向陽等[23]以大豆粕為原料，利用雙螺桿擠壓技術(shù)進(jìn)行豆粕組織化工藝的優(yōu)化研究，結(jié)果表明物料含水率為42.67%和擠壓溫度為145 ℃時(shí)產(chǎn)品最好，為豆粕組織化工藝的產(chǎn)業(yè)化提供理論指導(dǎo)。郎珊珊等[24]以高溫脫脂花生粕為原料，利用雙螺桿擠壓技術(shù)對(duì)其最優(yōu)工藝進(jìn)行探討，分析方法采用響應(yīng)面分析，最終得到了最優(yōu)工藝。Yao 等[25]以大豆蛋白、谷物蛋白為原料進(jìn)行高水分?jǐn)D壓，生產(chǎn)出仿肉制品。

2.2 影響擠壓組織化蛋白產(chǎn)品品質(zhì)的因素

組織化蛋白產(chǎn)品品質(zhì)的影響因素有很多，大致可將其分為原料性質(zhì)的影響和擠壓工藝的影響。

2.2.1原料性質(zhì)對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的影響

（1）蛋白質(zhì)含量的影響。蛋白質(zhì)含量是影響組織蛋白品質(zhì)的主要因素，一般要求原料蛋白質(zhì)含量在50%以上。原理是在擠壓過程中蛋白質(zhì)由于受到高溫，高壓等作用，發(fā)生變性，在擠壓機(jī)的作用下發(fā)生定向排列，構(gòu)成組織化蛋白的基本骨架。蛋白質(zhì)含量的多少和蛋白質(zhì)變性程度都與組織化蛋白產(chǎn)品的品質(zhì)有著千絲萬縷的聯(lián)系。Hochstetter 等人[26]通過研究發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)含量對(duì)組織化蛋白品質(zhì)有顯著影響。康立寧等[27]通過研究發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)的變性程度影響組織化蛋白產(chǎn)品的質(zhì)量，變性程度越小，組織化蛋白產(chǎn)品品質(zhì)越好。

（2）脂肪含量的影響。在擠壓過程中，原料中適量的脂類物質(zhì)的存在有利于改善擠壓產(chǎn)品的口感和風(fēng)味，但也會(huì)因高溫高壓而發(fā)生降解、聚合以及與淀粉類物質(zhì)形成復(fù)合物，從而影響擠壓產(chǎn)品的功能特性及其貯藏性。脂肪含量過高的物料，一般認(rèn)為不適宜進(jìn)行擠壓。張汆[28]經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)脂肪含量在2.5%～4%范圍內(nèi)時(shí)，蛋白產(chǎn)品組織化程度較高，但硬度、咀嚼度會(huì)有所下降。

（3）碳水化合物的影響。碳水化合物是原料中除蛋白質(zhì)外含量最高的一種成分，約為20%～30%。碳水化合物包括淀粉、纖維、糖分等物質(zhì)。在這些成分中淀粉對(duì)產(chǎn)品的品質(zhì)影響最大，淀粉含量的高低將直接對(duì)擠壓成型的產(chǎn)品的密度、硬度、吸水性等產(chǎn)生影響[29]。洪濱等[30]通過在原料中加入不同含量的淀粉，來研究對(duì)擠壓產(chǎn)品的影響，結(jié)果表明隨著淀粉含量的增加，產(chǎn)品的硬度，咀嚼性提高，但會(huì)影響其亮度。陳曦娟等[31]用玉米淀粉來改善大豆組織蛋白品質(zhì)，結(jié)果表明添加量為10%時(shí)，可以顯著地改善其品質(zhì)。

2.2.2擠壓工藝對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的影響

（1）物料含水量的影響。物料含水量不同會(huì)對(duì)產(chǎn)品的纖維結(jié)構(gòu)，食用口感等產(chǎn)生影響。根據(jù)含水量分為高水分(40%～80%)，低水分(40%以下)兩種[32]。低水分?jǐn)D壓中，產(chǎn)品纖維結(jié)構(gòu)不明顯，組織化程度低，適當(dāng)增加其水分含量，可以改善其纖維結(jié)構(gòu)，但是隨著水分的增加會(huì)改變其風(fēng)味。汪建明等[33]研究發(fā)現(xiàn)隨著物料水分含量的增大，大豆擠壓組織化產(chǎn)品的硬度和咀嚼度均呈現(xiàn)先升高、后下降的趨勢(shì)。高揚(yáng)等[34]研究發(fā)現(xiàn)水分含量對(duì)擠壓過程中的系統(tǒng)參數(shù)、產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)特性和色澤品質(zhì)都有顯著的影響。

（2）擠壓溫度的影響。擠壓溫度是影響擠壓產(chǎn)品的關(guān)鍵因素。物料不同，所需的擠壓溫度不同，溫度過低，不能形成組織化結(jié)構(gòu)，溫度過高，產(chǎn)品會(huì)發(fā)生焦化。李誠等[35]研究發(fā)現(xiàn)隨著擠壓溫度的升高，組織化蛋白的復(fù)水率逐漸升高。鄭建梅等[36]研究發(fā)現(xiàn)隨著擠壓溫度升高，擠壓產(chǎn)品逐漸出現(xiàn)組織化現(xiàn)象，但溫度過高會(huì)造成產(chǎn)品的焦化，組織化程度變差。

（3）其它工藝的影響。除了物料含水量，擠壓溫度外，還有一些因素對(duì)擠壓產(chǎn)品品質(zhì)產(chǎn)生影響，如螺桿轉(zhuǎn)速，喂料速度等。它們也會(huì)直接或間接的對(duì)產(chǎn)品的風(fēng)味，結(jié)構(gòu)等造成影響。

2.3 擠壓組織化蛋白的應(yīng)用

擠壓組織化蛋白是一種具有纖維結(jié)構(gòu)，咀嚼性好的高營養(yǎng)低脂蛋白，且氨基酸分配較均勻[37]。組織化蛋白具有良好的吸油性和類似于肉類的纖維結(jié)構(gòu)，所以常常用于添加到肉制品中來改善其品質(zhì)。利用其良好的吸油性，來防止加工過程水分的流失和保證產(chǎn)品不油膩。利用其類似于肉類的纖維結(jié)構(gòu)和良好的咀嚼性來代替部分瘦肉加入到原料中，一般代替量最高可達(dá)25%[38]。王海燕[39]將大豆組織化蛋白加入到肉制品中進(jìn)行研究，結(jié)果表明其不僅能提高蛋白含量，還可以改善肉制品質(zhì)量。倪晨等[40]將大豆組織化蛋白作為原料，將其添加到紅腸等肉制品中代替部分瘦肉，結(jié)果表明是可行的。組織化蛋白由于其食用方面易于調(diào)味等特點(diǎn)在休閑食品中的應(yīng)用也十分廣泛，主要用于加工成雞肉味、牛肉味等風(fēng)味的方便食品,不僅在感官上給人們滿足,而且營養(yǎng)豐富。組織化蛋白還用來加工成素食產(chǎn)品，用來從飲食結(jié)構(gòu)上來降低高血壓，高血脂等“富貴病”。

3 展望

擠壓組織化蛋白是今后發(fā)展的熱點(diǎn)，對(duì)芝麻蛋白的擠壓組織化研究很有必要，非常符合社會(huì)發(fā)展趨勢(shì)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，將芝麻蛋白作為主料或輔料進(jìn)行擠壓組織化，相比其它植物蛋白具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)，不僅可以擴(kuò)寬組織化蛋白原料的來源，而且可以改善組織化蛋白的風(fēng)味，增加產(chǎn)品的營養(yǎng)價(jià)值。