芝麻餅粕蛋白研究進展

王瑞萍，黃紀念 ，艾志錄，蘆 鑫

(1.河南農業大學食品科學技術學院，河南鄭州450002;2.河南省農科院農副產品加工研究所，河南鄭州450008)

芝麻屬胡麻科胡麻屬植物，我國芝麻資源豐富，產量居世界之首。芝麻營養價值高，含有豐富的油脂和蛋白，油脂含量在46%～62%之間，蛋白質含量在20%～22%［1］。我國芝麻除用作食品輔料外，主要用于制油，國內80%以上的芝麻用于榨取芝麻油。因此，我國每年產生數以萬噸的芝麻餅粕，芝麻餅粕的蛋白質含量為38%～50%，是有待開發的蛋白資源。但由于芝麻榨油前需要進行焙炒增香，高溫使芝麻餅粕中的蛋白發生熱變性，影響了芝麻蛋白的提取利用。目前芝麻餅粕主要用于動物飼料或農業肥料，從而造成資源浪費。因此芝麻餅粕蛋白的加工利用是亟待解決的問題。本文首先系統的分析芝麻餅粕蛋白提取工藝的研究情況，隨后介紹芝麻蛋白在食品體系中的功能特性，并闡述以芝麻蛋白為原料生產功能性肽的研究進展，旨在為芝麻蛋白的后續研究提供參考。

1 芝麻蛋白提取工藝

一般油料作物蛋白的制備方法有堿溶酸沉法、有機溶劑洗滌法、水酶法和膜過濾法等。目前用于芝麻蛋白制備方法有堿溶酸沉法和水酶法。其中堿溶酸沉法成本低且提取率較高，因此應用廣泛;但隨著環保標準的提高和生物技術的進步，酶法提取或物理方法輔助酶法提取也有所發展。

1.1 堿溶酸沉法

芝麻蛋白在堿性條件下溶解度高，堿溶酸沉法則是先將芝麻蛋白溶于堿提取液，使之與水不溶性雜質分離，再將提取液pH調至芝麻蛋白等電點使蛋白沉淀，離心后干燥得到芝麻蛋白。料液比和堿提pH是影響芝麻蛋白得率的重要因素。金青哲進行堿提工藝優化實驗時，發現固液比由1∶15到1∶18時，每增加一份水提高蛋白收率1.6%，繼續增加效果則不明顯，確定出最佳提取條件:固液比 1∶18～1∶20(m/V)、pH10.0、時間 3h、溫度 70～80℃，再用HCl調pH3.8～4.0沉淀出蛋白質，可得64.7%粗蛋白［2］。董英等［3］發現在高酸堿度范圍內，蛋白的提取率較高，芝麻餅粕蛋白最佳酸沉的pH范圍是2.5～4.5，經過2次沉淀和水洗，再噴霧干燥可得到芝麻餅粕蛋白粉，其蛋白含量為 82.87%，氮回收率為28.51%。

為了提高堿法提取的效果，有人通過酶法后續提取或超聲波輔助提取等方法提高堿法提取效果。李鳳霞等采用堿酶兩步法提取麻渣中的蛋白質，堿溶法的最佳工藝為固液比1∶20，pH為10，時間3h，溫度50℃;堿提后的殘渣用堿性蛋白酶水解進行二次提取，酶解條件為pH11，酶用量150U/mL，酶解溫度40℃，時間4h［4］，堿酶兩步法提取使蛋白質提取率達到81.21%。超聲波所具有的機械粉碎和空化作用增大了溶劑向原料細胞的滲透速度和滲透量，從而可以縮短提取時間，在相同的提取溫度、pH、料液比等條件下，超聲波輔助堿提比堿提酸沉法提取率高。朱宴鵬等［5］以壓榨提油后的芝麻餅粕為原料，研究超聲波輔助堿液提取芝麻餅粕蛋白的工藝，結果表明超聲波對蛋白質的提取有促進作用，與堿液提取法相比，提取率提高 10%～15%，為 60.12%。超聲波-微波協同萃取新技術是直接將超聲振動與開放式微波兩種作用方式相結合，充分利用超聲波振動的空穴作用以及微波的高能作用，達到了對樣品進行快速、高效、可靠的處理。馬利華等［6］采用超聲波—微波協同提取法提取芝麻渣中蛋白質，實驗確定了超聲波-微波協同提取最佳條件為超聲波功率40W，固液比1∶20，溶液 pH11，微波功率 250W，提取時間90s，提取率為55.32%。

1.2 水酶法

水酶法也稱為水相酶解法，主要是利用蛋白酶將餅粕中的蛋白質充分溶出以提高蛋白質收率，該法操作條件溫和，得到的蛋白質品質較高。現水酶法也多用于芝麻和花生的提油，李娜研究用水酶法同時制備芝麻油和蛋白，先通過水劑提取芝麻油和蛋白質，再用復合纖維素酶水解芝麻細胞壁以充分提取芝麻油和蛋白質。水酶法制備的芝麻分離蛋白的吸油性和吸水性較強;乳化性在pH4.5最差，pH4.5～8時，隨pH升高乳化性增強;隨蛋白質濃度增加，乳化能力與乳化穩定性上升［7］。Sajid Latif等［8］則研究了中性蛋白酶Protex 7L，堿性蛋白酶Alcalase 2.4L，戊聚糖復合酶，耐得酵素，復合酶制劑Kemzyme等5種酶對水酶法提取芝麻油和蛋白產率的影響，使用中性蛋白酶Protex 7L從提取物水相中能提取到最多的芝麻蛋白，提取率達到87.1%。

2 芝麻蛋白的結構功能特性及應用

芝麻蛋白中含有67.3%的球蛋白，6.9%的谷蛋白，8.6%的清蛋白和1.4%的醇溶谷蛋白［9］，其中含有的球蛋白80%為α-球蛋白，根據沉降系數不同分為2S、5S、13S。13S球蛋白含量為70%，相對分子質量為399000u。13S球蛋白由酸性亞基和堿性亞基在二硫鍵連接下形成A-B中間體，6對A-B中間體形成一個完整的 13S球蛋白［10］。Allaoua Achouri等［11］用不同濃度(0.2、0.6、1mol/L)的 NaCl溶液溶解芝麻蛋白，再使用不同飽和度的硫酸銨溶液(AS)沉淀蛋白亞基，研究發現30%AS沉降的主要是11S亞基，50%AS中多為2S和7S，70%AS中7S亞基濃度較高。

為更好的實現芝麻餅粕蛋白在食品工業中的應用，并對開發芝麻蛋白食品新產品提供理論基礎和技術數據，有學者對芝麻蛋白的功能特性進行了研究。芝麻蛋白的特性取決于芝麻蛋白的結構和提取方式，并受pH、鹽溶液濃度等環境影響。芝麻蛋白的溶解度隨著鹽溶液濃度增加而升高，但在Na2SO4中較低濃度就會發生鹽析。芝麻蛋白的等電點在4～6之間，等電點附近蛋白持水力和乳化性均為最小，且由于熱變性芝麻餅粕蛋白次級鍵受到破壞，非極性基團暴露于分子表面，持水性下降，因此芝麻餅粕蛋白的溶解性、乳化性和持水性等均小于未變性芝麻蛋白［12］。芝麻蛋白水溶性差，膠體體系不穩定，在食品熱加工中蛋白質的膠體穩定結構容易被破壞，易出現蛋白質分離凝聚現象。芝麻蛋白質的DSC特征曲線和溫度對其熱凝聚研究表明:芝麻蛋白的熱變性溫度為57.2℃，大部分芝麻蛋白質在60～80℃范圍發生熱凝聚［13］。李鳳霞等［14］通過芝麻蛋白、大豆分離蛋白、酪蛋白和麻渣相關性質的研究發現芝麻蛋白的吸水性低于麻渣蛋白和大豆蛋白，高于酪蛋白;芝麻蛋白與大豆分離蛋白的持水力有顯著性差異，芝麻蛋白的持水力比大豆分離蛋白的持水力低;芝麻蛋白和大豆分離蛋白、麻渣蛋白都具有很好濕潤性，優于酪蛋白;芝麻蛋白有很高的吸油性，高于大豆分離蛋白、酪蛋白和麻渣蛋白。酶水解對芝麻蛋白質的功能性質產生影響，李秀涼等人［15］研究了酶水解對芝麻蛋白的功能性質的影響，通過制備不同水解度的芝麻水解蛋白，測定比較了芝麻分離蛋白和水解蛋白的功能性質。表明水解蛋白的溶解能力優于分離蛋白，水解蛋白在等電點時的溶解度均在95%以上;水解度增加，蛋白的乳化能力增加，當水解度超過5%時，繼續水解乳化能力降低;水解蛋白的乳化穩定性和發泡穩定性及吸油性遜于分離蛋白。

將芝麻粕、焙烤壓榨芝麻餅、芝麻濃縮蛋白和芝麻分離蛋白等芝麻產品加入到紅麥面粉中，用布拉班德粉質儀測定生面團特性，發現隨著芝麻產品添加量的增加生面團的吸水量、醒發時間和面團弱化度亦隨之增加，同時生面團穩定性下降。添加芝麻產品不僅能增加產品的蛋白含量同時可以增加礦物質和必需氨基酸，提高蛋白質的體外消化率［16］。將芝麻分離蛋白加入干酪，并用牛乳中制作干酪，可使干酪乳脂肪球變小，對干酪用乳產生均質乳化作用，對干酪的質構和微觀結構起到修飾作用［17］。

3 芝麻功能性多肽的研究

3.1 芝麻功能性多肽的制備

研究表明，蛋白質經人類消化道酶作用后，主要是以多肽的形式被消化吸收的，蛋白質酶解成為多肽后具有獨特的理化特性和生物學活性。因此，將芝麻蛋白酶解成功能性多肽是研究熱點。

制備芝麻多肽的工藝條件中，酶的選擇是關鍵，酶的選擇會影響產品得率和反應速度。要實現芝麻多肽的工業化生產，需要選用速度快、水解能力強的酶。李鳳霞等［18］以芝麻蛋白為底物，用改進的pH-stat法比較四種蛋白酶對芝麻蛋白質的水解能力，從中選出對芝麻蛋白具有較強水解能力的酶，并通過正交實驗確定了酶的最適反應條件。肖揚等［19］研究綜合考慮酶解物的抗氧化能力和水解度，來確定底物濃度、酶添加量、pH、溫度、時間等酶解條件。通過比較木瓜蛋白酶、胰蛋白酶、AS1398中性蛋白酶和Alcalase堿性蛋白酶，選用木瓜蛋白酶酶解芝麻蛋白，工藝參數為:底物質量濃度9.0g/L，酶添加量20.0%，pH6.5，溫度50℃，時間6h，在此工藝下得到的酶解產物抗氧化活性最高，對鄰苯三酚自氧化的抑制率為35.6%，并確定了酶解前的熱處理條件。丁紅軍等［20］通過比較胰蛋白酶、胃蛋白酶、木瓜蛋白酶、AS1398中性蛋白酶、Alcalase堿性蛋白酶對芝麻蛋白的水解效果，表明用木瓜蛋白酶酶解得到的酶解物的抗氧化活性最高，所以選用木瓜蛋白酶為酶解芝麻蛋白制備功能性短肽的專用酶。工藝參數為:底物濃度9.0g/L，酶添加量20.0%，pH6.5，溫度50℃，時間6h，在此工藝下得到的酶解產物的抗氧化活性最高，對鄰苯三酚自氧化抑制率為35.6%。

為提高芝麻短肽的產率，有人研究雙酶復合水解。如陳義勇等［21］挑選木瓜蛋白酶與風味蛋白酶對芝麻蛋白進行復合酶解，得出酶解的最佳工藝參數為:木瓜蛋白酶的酶底比為600U/g，風味蛋白酶的酶底比為1200U/g，風味蛋白酶的作用時間為14.5h，總時間為16 h，底物濃度為2%。水解后，總氮回收率達到55.73%。為了降低酶法生產的成本，加快產品分離，增加工具酶的穩定性，有人研究采用固定酶法提取芝麻肽。苗敬芝等以海藻酸鈉為載體，戊二醛為交聯劑共固定化木瓜蛋白酶和中性蛋白酶，共固定化酶最佳工藝條件為:海藻酸鈉濃度3%，戊二醛濃度2.5%，氯化鈣濃度0.2%，酶活力回收率為51.28%。水解芝麻蛋白的最佳條件為:固液比1∶25，pH6.0，溫度60℃，時間7h，加酶量5%，氨基氮含量最高為20.65mg/g，共固定化酶重復使用6次，酶活力仍保持 50%以上［22］。

3.2 芝麻多肽的功能活性研究

3.2.1 抗氧化活性 在生命過程中，生物體不斷產生自由基，自由基引起的氧化損傷是人類疾病的重要原因之一。癌癥、肺氣腫、動脈硬化癥、關節炎等疾病均與氧化損傷有關。正常情況下，自由基的氧化作用與抗氧化系統保持平衡狀態，但如受到衰老、生理功能退化等因素的影響平衡被打破，會引起氧化損傷。可以通過補充具有抗氧化活性的物質來減少自由基對人體的氧化損傷。研究表明芝麻多肽具有顯著的抗氧化、清除自由基能力。王芳等人［23］對芝麻蛋白酶解產物進行非油體系及油體系的體外抗氧化活性研究，結果表明隨酶解物添加量的增多，其總還原能力、對羥基自由基和超氧陰離子自由基的清除能力也隨之變強，芝麻蛋白酶解物能有效的抑制豬油氧化。亞油酸和Fe2+誘發卵黃脂蛋白過氧化體系的氧化，在卵磷脂蛋白體系中，酶解產物的抗氧化效果與維生素C的效果相近。邵元龍等對芝麻多肽和不同分子質量的芝麻多肽清除DPPH自由基活性、總抗氧化能力、抑制豬油和冷藏熟肉糜脂質氧化作用進行了研究［24］:0.02%的多肽對DPPH自由基清除率高達79.17%，0.02%的芝麻多肽具有明顯的抑制豬油氧化和冷藏肉糜脂質氧化的作用，能使豬油過氧化值從 126.6mmol/kg降低至 45.5mmol/kg。Bing-lan L等人［25］以胰蛋白酶和菠蘿蛋白酶水解芝麻蛋白，結果表明用胰蛋白酶水解120min時，芝麻蛋白酶解液的羥基自由基清除活性最強。芝麻蛋白酶解液的抗氧化活性與水解度，水解時間和分子質量有關。酶水解使蛋白質分子質量顯著降低，胰蛋白酶作用30min可以分解95%以上的分子量大于50ku的蛋白質分子，并通過血纖蛋白溶解實驗證明胰蛋白酶水解物有溶解血栓的作用。

3.2.2 其他功能活性 與其他功能性肽類似，除抗氧化活性外，芝麻多肽還具有其他方面的活性，如血管緊張素轉換酶(ACE)抑制活性，金屬螯合能力和抗菌作用。有日本學者研究芝麻多肽具有ACE抑制活性。Nakano D等人研究發現，對自發性高血壓大鼠(SHR)一次給予1～10mg/kg芝麻多肽有顯著的降血壓作用，并且從芝麻蛋白中分離出6種ACE活性抑制劑，典型的肽段有Leu-Val-Tyr，Leu-Gln-Pro和 Leu-Lys-Tyr，抑制常數分別為 0.92microM，0.50microM和0.38microM。芝麻蛋白中的Leu-Ser-Ala，Leu-Gln-Pro，Leu-Lys-Tyr，Ile-Val-Tyr，Leu-Val-Tyr，and Met-Leu-Pro-Ala-Tyr根據含量比在3.63～36.3mg/kg的劑量之間對SHR有明顯的降血壓效果［26］。Wang Chan 等［27］研究了分別用木瓜蛋白酶、堿性蛋白酶和胰蛋白酶的芝麻蛋白水解物中的金屬螯合多肽，發現胰蛋白酶酶解芝麻蛋白的水解產物金屬螯合能力最強，用金屬親和色譜從胰蛋白酶水解物中分離出金屬螯合肽，使用反相高效液相色譜和串聯質譜中鑒別出六種鋅離子螯合肽，測定了其中的三個肽段，Ser-Met，Leu-Ala-Asn和Asn-Cys-Ser的金屬螯合能力，其中Asn-Cys-Ser的金屬螯合能力最強。Ranjana Das等［28］用酶膜反應器制備了芝麻蛋白水解產物，經過超濾得到多肽，并研究了多肽對綠膿桿菌和枯草芽孢桿菌兩種致病菌的抗菌作用，采用質譜法確定了芝麻多肽的氨基酸組成，分子量在1ku以下的肽段能更明顯抑制綠膿桿菌的生長(相對于枯草芽孢桿菌)，研究結果證實了芝麻多肽有抑制致病菌生長的作用，有作為抑菌劑的開發潛力。

4 展望

關于芝麻蛋白和芝麻多肽已有相當數量的研究，但仍然存在不少問題，如高溫芝麻餅粕蛋白的提取多數仍然是采用化學法提取，蛋白質的理化性質會發生較大的變化，不僅影響產品品質并會增加設備投資。改進提取方法，比如將化學法與物理法或酶法等相結合，既能提高提取率又有利于環保。芝麻多肽功能性研究也較為單一，主要集中在抗氧化活性，而缺乏對其他功能性如降血壓等活性的研究。芝麻多肽的分離純化目前多是粗分，功能性肽段的分離以及肽鏈構效關系還未見報道，需要進一步研究。

［1］黃紀念，孫強，李夢琴，等.芝麻蛋白的超聲提取工藝研究［J］.糧油加工，2009(8):69-71.

［2］金青哲.芝麻蛋白提取工藝研究［J］.糧食與油脂，1999(3):19-21.

［3］董英，邵元龍，楊杰.芝麻餅粕蛋白提取與制備條件研究［J］.食品科技，2008，33(8):106-110.

［4］李鳳霞，張鐘，劉洪泉.麻渣蛋白質的制備及其功能性質的研究［J］.包裝與食品機械，2007，25(2):38-43.

［5］朱旻鵬，謝玉國，田將，等.超聲波輔助堿液提取芝麻餅粕蛋白工藝的研究［J］.糧油加工，2007(8):83-86.

［6］馬利華，秦衛東，陳學紅，等.芝麻渣中蛋白質的提取與純化［J］.徐州工程學院學報，2010，25(1):67-71.

［7］李娜.水酶法制備芝麻油和蛋白的研究［D］.鄭州:河南工業大學，2007.

［8］Sajid Latif，Farooq Anwar.Aqueous enzymatic sesame oil and protein extraction［J］.Food Chemistry，2011，125:679-684.

［9］Nilo Rivas，Dench J E，Caygill J C.Nitrogen extractability of sesame(Sesamum indicum L.)seed and the preparation of two protein isolates［J］.Journal of the Science of Food and Agriculture，1981，32:565-571.

［10］Naoko Yuno，Teruyoshi Mtoba，Masaaki Hirose.Subunit structure of sesame 13S globulin［J］.Agri Bio Chem，1986，56(4):317-320.

［11］Allaoua Achouri，Vincent Nail，Joyce Irene Boye.Sesame protein isolate:fractionation，secondary structure and functional properties［J］.Food Research International，2012(46):360-369.

［12］朱旻鵬，關彥明，王俊偉，等.金屬離子和pH對芝麻餅分離蛋白功能性的影響［J］.糧食加工，2009，34(1):41-43.

［13］肖凱軍，銀玉容，劉婉喬，等.芝麻蛋白熱凝聚性的研究［J］.食品與發酵工業，1998，24(5):1-4.

［14］李鳳霞，張鐘，劉洪泉.麻渣蛋白質的制備及其功能性質的研究［J］.包裝與食品機械，2007，25(2):38-43.

［15］李秀涼，王璋.酶解對芝麻蛋白功能性質的影響［J］.黑龍江大學自然科學學報，2005，22(1):130-134.

［16］T A EL-Adawy.Effectofsesame seed proteins supplementation on the nutritional，physical，chemical and sensory properties of wheat flour bread［J］.Plant Foods for Human Nutrition，1995，48(12):311-326.

［17］盧曉明，左芳雷，郭慧媛，等.芝麻分離蛋白對牛乳微觀形態及干酪 DSC特性的影響［J］.農業機械學報，2010，41(11):110-114.

［18］李鳳霞，陳乃強，張鐘.芝麻肽最適酶類的選擇與水解條件的確定［J］.糧油食品科技，2007，15(2):50-51.

［19］肖揚，段玉峰，丁紅軍.芝麻蛋白酶水解條件的研究［J］.農產品加工，2009(6):59-63.

［20］丁紅軍.芝麻抗氧化肽的分離純化與生物活性研究［D］.西安:陜西師范大學，2007.

［21］陳義勇，王偉，沈宗根，等.芝麻蛋白水解工藝的研究［J］.食品研究與開發，2006，27(9):17-20.

［22］王洪祚，劉世勇.酶和細胞的固定化［J］.化學通報，1997(2):22-27.

［23］王芳，丁紅軍，段玉峰，等.芝麻蛋白酶解物的抗氧化活性研究［J］.中國油脂，2009，34(4):27-30.

［24］邵元龍，董英.芝麻蛋白水解工藝優化及芝麻多肽組分抗氧化活性的研究［J］.中國糧油學報，2010，25(1):69-73.

［25］Bing-Lan Liu，Pei-Shiuan Chiang.Production of hydrolysate with antioxidative activity and functional properties by enzymatic hydrolysis of defatted sesame(Sesamun indicum L.)［J］.International Journal of Applied Science and Engineering，2008，6(2):73-83.

［26］Nakano D，Ogura K，Miyakoshi M，et al.Antihypertensive effect of angiotensin I-converting enzyme inhibitory peptides from a sesame protein hydrolysate in spontaneously hypertensive rats［J］.Biosci Biotechnol Biochem，2006，70(5):1118-1126.

［27］Chan Wang，Bo Li，Jing Ao.Separation and identification of Zinc-chelating peptides from sesame protein hydrolysate using IMAC-Zn2+and LC-MS/MS［J］.Food Chemistry，2012，134:1231-1238.

［28］RanjanaDas，AmritaDutta，Chiranjib Bhattacharjee.Preparation of sesame peptide and evaluation of antibacterial activity on typical pathogens［J］.Food Chemistry，2012，131:1504-1509.