文芬，張淼，邵雪梅，龔倩，魏陳

（四川旅游學(xué)院食品學(xué)院，四川成都610100）

芝麻是中國(guó)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(yīng)用前景，其壓榨產(chǎn)物芝麻油也具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。中國(guó)年產(chǎn)芝麻65萬(wàn)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(yíng)養(yǎng)的植物蛋白資源，大多數(shù)用于動(dòng)物飼料和農(nóng)業(yè)肥料，因此導(dǎo)致了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。楊杰等[2]對(duì)芝麻餅粕中的蛋白質(zhì)進(jìn)行急性毒性試驗(yàn)，研究結(jié)果為L(zhǎng)D50＞15 000 mg/kg，屬于無(wú)毒級(jí)。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(lái)源。據(jù)有關(guān)報(bào)道，芝麻蛋白已部分用作飲料和面包生產(chǎn)的膳食補(bǔ)充劑[3]。

芝麻蛋白具有很好的互補(bǔ)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(jī)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(wú)抗?fàn)I養(yǎng)因子。因此，與世界衛(wèi)生組織推薦的人類(lèi)蛋白標(biāo)準(zhǔn)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(yùn)用于肉制品、谷類(lèi)食品、烘焙食品、植物蛋白飲品、小吃、副食中。

1 芝麻餅粕的營(yíng)養(yǎng)成分

1.1 芝麻餅粕營(yíng)養(yǎng)成分概述

芝麻蛋白質(zhì)含量根據(jù)品種和來(lái)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(yíng)養(yǎng)成分如纖維素、維生素類(lèi)和木脂素類(lèi)等物質(zhì)，但植物蛋白結(jié)構(gòu)復(fù)雜，較高的相對(duì)分子質(zhì)量，不容易被機(jī)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(qiáng)機(jī)體免疫力等生理功能。芝麻餅粕經(jīng)過(guò)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(yíng)養(yǎng)成分差異

芝麻餅粕制備方法不同，其營(yíng)養(yǎng)成分也不同。根據(jù)榨油方式及是否脫皮將制備常見(jiàn)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(jī)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(jī)粉碎過(guò)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(jī)中榨取2次，將榨取后的芝麻餅粕粉碎，過(guò)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(rùn)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(jī)中脫皮使其脫皮率約80%，粉碎過(guò)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(jī)中脫皮，使其脫皮率達(dá)到98%，再在溫度為50℃條件下烘焙12 h，粉碎過(guò)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(jiàn)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(duì)于芝麻蛋白的研究主要是在提取方法和優(yōu)化方法兩個(gè)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(jī)溶劑洗滌法和膜過(guò)濾法，但后幾種方法應(yīng)用相對(duì)較少。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于堿溶酸沉法及其影響因素的研究以及應(yīng)用堿性蛋白酶和糖化酶等酶來(lái)優(yōu)化提取方法相對(duì)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(guò)酶類(lèi)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(jī)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(xì)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(jī)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(jìn)芝麻蛋白的提取。該法提取能夠同時(shí)獲得芝麻油和蛋白質(zhì)，再經(jīng)過(guò)水提取、復(fù)合酶水解芝麻細(xì)胞壁充分提取芝麻油和蛋白質(zhì)，而且操作條件相對(duì)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(guò)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(cè)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(xué)提取法

化學(xué)提取法是將芝麻餅粕中的蛋白質(zhì)用化學(xué)試劑溶解在溶液中，然后從溶液中沉淀蛋白質(zhì)，化學(xué)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(jī)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)離心機(jī)在4 800 r/min轉(zhuǎn)速下離心10 min，過(guò)濾，分別取上清液和殘?jiān)?，將殘?jiān)M(jìn)行超聲波二次堿提，再在4 800 r/min轉(zhuǎn)速下離心10 min，過(guò)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(guò)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(xì)胞破碎機(jī)提取1.2 h，提取溫度為70℃，功率為200 W，離心過(guò)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(jī)溶劑洗滌法[8]

將脫脂后的芝麻餅粕粉碎過(guò)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(xiàng)分子級(jí)的膜分離技術(shù)，為近年來(lái)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(dòng)力，在常溫條件下對(duì)物質(zhì)進(jìn)行分離的技術(shù)，具有操作簡(jiǎn)便、條件溫和、能耗低、無(wú)相變、效率高等優(yōu)點(diǎn)。目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于水處理、輕工業(yè)、食品、環(huán)境保護(hù)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(guò)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(fù)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(duì)芝麻蛋白的提取率影響較大，生物提取法提取出來(lái)的芝麻蛋白含量較另外兩種方法高，而且條件溫和，對(duì)芝麻蛋白的品質(zhì)影響較小，為將來(lái)芝麻蛋白的更進(jìn)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(duì)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(lái)也是一個(gè)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(fēng)干燥、微波干燥以及紅外線(xiàn)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(yīng)注意控制好時(shí)間及溫度。不同的干燥方式對(duì)芝麻餅粕的營(yíng)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(jiàn)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(fēng)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(yīng)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(diǎn)。除此之外，為了控制最終物料的某些質(zhì)量指標(biāo)（如粒度分布、含水率、生物活性、溶解性、色澤、香氣、風(fēng)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(dòng)力消耗大，造價(jià)較高。此技術(shù)在食物的味道、色澤和營(yíng)養(yǎng)方面具有較好的保留作用。提取出來(lái)的芝麻蛋白經(jīng)過(guò)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(duì)芝麻蛋白品質(zhì)影響較小，操作簡(jiǎn)便，價(jià)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(jiàn)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(jiàn)的方法。許多研究者將提取出來(lái)的芝麻蛋白用冷凍干燥來(lái)制備。冷凍干燥是通過(guò)冷凍的方式將產(chǎn)品進(jìn)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(jìn)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(dá)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(diǎn)，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(yíng)養(yǎng)及芳香成分。干燥后的物料保留其原有的化學(xué)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(huì)變質(zhì)。此種方法對(duì)于芝麻蛋白影響最小，缺點(diǎn)是費(fèi)用較高，因此結(jié)合成本此種方法應(yīng)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(yīng)用于芝麻蛋白的制備中，但該法運(yùn)用相對(duì)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(duì)物料進(jìn)行適當(dāng)加熱，在壓力差或濃度差作用下，使物料內(nèi)部水分?jǐn)U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(dòng)能，并在真空系統(tǒng)中擴(kuò)散到低壓空氣中，從而被真空泵除去。該法雖然操作簡(jiǎn)單，費(fèi)用較低，但不斷加熱可能會(huì)使芝麻蛋白變性，所以在制備芝麻蛋白方面應(yīng)用較少。在實(shí)際操作工程中，應(yīng)嚴(yán)格控制加熱的溫度，防止蛋白質(zhì)因受熱過(guò)度而發(fā)生變性。

3.4 熱風(fēng)干燥

熱風(fēng)干燥的干燥介質(zhì)為熱空氣，與食品通過(guò)自然對(duì)流或強(qiáng)制對(duì)流循環(huán)的方式進(jìn)行濕熱交換，食品表面的水分通過(guò)表面的氣膜向氣流主體擴(kuò)散；同時(shí)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(kuò)散。熱風(fēng)干燥，其優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，但加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或是熱風(fēng)溫度過(guò)高都會(huì)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(fēng)干燥在制備芝麻蛋白中運(yùn)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(jiàn)。目前，有關(guān)于其他植物蛋白質(zhì)的不同干燥方式對(duì)其功能特性的影響研究報(bào)道較多，但對(duì)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(duì)芝麻蛋白功能特性的影響還未見(jiàn)報(bào)道，還需要進(jìn)一步研究。

4 芝麻蛋白的功能特性及應(yīng)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(rùn)濕性、保水性、熱聚集性、粘度等，都被稱(chēng)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(rùn)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(yùn)用于不同種類(lèi)食品的生產(chǎn)中。

現(xiàn)如今以芝麻為輔料的產(chǎn)品種類(lèi)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(yíng)養(yǎng)價(jià)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(fù)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(yīng)用

芝麻蛋白不僅具有特有風(fēng)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(fēng)味、口感及質(zhì)地，使產(chǎn)品組織結(jié)構(gòu)細(xì)膩，并促進(jìn)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(yīng)用

利用芝麻蛋白的發(fā)泡性，可將芝麻蛋白應(yīng)用于西式面點(diǎn)，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(bǔ)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(yíng)養(yǎng)價(jià)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(dòng)狀食品中的應(yīng)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(yíng)養(yǎng)價(jià)值。利用芝麻蛋白良好吸水性和濕潤(rùn)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(yīng)用

芝麻蛋白在休閑食品中的應(yīng)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(guò)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(guò)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(jìn)行發(fā)酵成熟后，再通過(guò)浸出法提取醬油。

近年來(lái)研究表明，經(jīng)酶解后的動(dòng)植物蛋白，不僅理化性質(zhì)有很大改變，而且容易被機(jī)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(guó)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(píng)價(jià)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(bào)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(yīng)用于食品中，但大多未對(duì)產(chǎn)品特性進(jìn)行深入研究，更未實(shí)際用于大批量生產(chǎn)。對(duì)于芝麻餅粕真正利用主要是作動(dòng)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(fèi)。如何最大程度并有效地利用芝麻餅粕資源，對(duì)進(jìn)一步提高芝麻餅粕的附加值有著現(xiàn)實(shí)意義。

目前芝麻蛋白的研究大多還處于實(shí)驗(yàn)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(duì)于不同提取方法對(duì)芝麻餅粕功能特性的影響機(jī)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(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用受到制約。因此現(xiàn)階段對(duì)于芝麻蛋白的實(shí)際應(yīng)用率不高，可以通過(guò)改進(jìn)提取方法，如多種方法相結(jié)合，使得提取工藝簡(jiǎn)便高效，并且降低營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的損失，以及通過(guò)改進(jìn)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品特性，增強(qiáng)其實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。