萌芽過程中芝麻主要成分的動態變化

張麗霞，孫強，蘆鑫，宋國輝，麻琳，黃紀念，魏松麗，孫曉靜

(河南省農科院農副產品加工研究所，河南省特色油料作物基因組學重點實驗室，河南 鄭州，450002)

芝麻是我國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85%，其中多不飽和脂肪酸亞麻酸、亞油酸對預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—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，同時具有降血脂、降血壓、抗血栓和緩解動脈粥樣硬化等作用。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]。

種子的發芽過程包括吸水膨脹、萌芽、幼苗形成3個階段[8]。萌芽是生命發展的最初階段，也是生命中最有活力的階段。研究表明種子吸水萌發后發生了許多生理代謝變化[9-11]，主要表現在酶的活化、生成，細胞生理活性的恢復和復雜的生化代謝，使種子的營養成分和理化性質發生了重大的變化[8, 12-13]。萌芽也常作為一種提高食品利用和營養價值的天然方法，有廣闊的利用價值和應用前景[14-15]。近些年有報道稱芝麻萌芽后其粗脂肪、脂肪酸組成等可能會發生改變[10, 16]，民間也有用萌發芝麻油治療咽喉炎癥的習俗[17]。但是，萌芽過程中芝麻主要組成的動態變化較少有報道。本研究探討萌芽過程中芝麻主要成分如粗蛋白、粗脂肪、氨基酸、酸價和過氧化值、芝麻素、芝麻林素的動態變化，從而為不同需求的萌芽芝麻制品的開發提供思路。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

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

1.2 儀器與設備

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

1.3 方法

1.3.1 芝麻的萌芽

挑選大小均勻、無蟲蛀、顆粒飽滿的芝麻種子，用質量分數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 ℃，相對濕度90%的恒溫培養箱內進行萌芽，每隔一定時間取萌芽芝麻樣品。每次取樣的芝麻進行冷凍干燥，粉碎備用。

1.3.2 芝麻脂肪酸組成的測定

參照GB/T 17376—2008對芝麻中脂肪酸組成進行分析，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含量。

氣相色譜分析條件：FID檢測器，溫度250 ℃；HP-88毛細管(60 m×0.25 mm)，分流比100∶1；進樣量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 芝麻木脂素類物質的測定

參照文獻[5, 18-19]對樣品進行前處理并利用高效液相色譜法測定芝麻木脂素類含量與組成。

HPLC檢測條件：XBPODS-C18(4.6 mm×25 mm，5 μm)色譜柱，流動相：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波長分別為287、287、295、295 nm。根據標準曲線計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《食品中氨基酸的測定》和NY/T57—1987《谷物籽粒色氨酸測定法》方法測定芝麻中的氨基酸組成。

1.3.5 其他指標的測定

粗脂肪含量的測定，GB/T 1477.2—2008；粗蛋白含量的測定，GB/T 5009.5—2010；水分及易揮發物含量的測定，GB/T 5009.3—2010；灰分含量的測定，GB/T 5009.4—2010。不同萌芽期芝麻酸價測定，GB/T 5530—2005；過氧化值測定， GB/T 5538—2008。

1.4 數據處理

所有試驗平行測定3次，結果采用平均值±標準差表示。采用IBM SPSS 19.0進行相關性分析與方差分析計算(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水平無顯著性差異。

2 結果與分析

2.1 原料芝麻的基本指標

表1 芝麻的基本指標 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到(58.5±0.28)%，粗蛋白(19.1±0.24)%，水分及易揮發物含量占6.44%，灰分占5.28%。

2.2 萌芽對粗蛋白含量的影響

蛋白質是機體細胞的重要組成部分，在細胞和生物體的生命活動中起著十分重要的作用。萌芽過程對芝麻中粗蛋白含量的影響見圖1。

圖1 萌芽對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,隨萌芽時間延長，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%；但發芽36 h后，蛋白質含量增加到19.5%，隨后萌芽芝麻蛋白質含量又開始下降。萌芽過程中芝麻蛋白含量變化主要是由于發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要消耗一部分蛋白質[8, 20]，因此在萌芽初始階段即12 h內，隨萌芽時間的延長蛋白質含量減少。在萌芽的12 h與36 h之間可能是種子發芽的萌動階段，由于蛋白酶被激活，蛋白質含量逐漸上升，在蛋白酶的作用下，貯藏蛋白被分解成了供胚發育的氨基酸，再將氨基酸運轉到胚的生長部分后，以各種不同的組合方式重新結合起來，形成各種性質的蛋白質，使得蛋白質含量增加[8,21]；在萌芽后期為了維護胚芽的生長，蛋白酶的活性增強，致使蛋白質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的速度，導致蛋白質含量逐漸下降[20]。

2.3 萌芽對粗脂肪含量的影響

粗脂肪作為能源，是芝麻的主要組成部分。從圖2可以看出：隨萌芽時間延長，粗脂肪含量逐漸降低，從最初的58.5%下降到96 h時的27.2%，下降率為53.5%；在萌芽的36 h內粗脂肪下降速度較緩慢，36 h后粗脂肪含量下降迅速。芝麻萌芽過程中粗脂肪含量變化趨勢與文獻報道一致[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，胚芽生長迅速，脂肪作為種子萌芽的重要能量來源，萌芽的能量消耗會導致其含量明顯降低，從而導致總粗脂肪含量顯著減少[11]。

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

2.4 萌芽對芝麻中油脂酸價的影響

酸價是指中和1 g脂肪中的游離脂肪酸所需的KOH的毫克數。由于萌芽過程是一種生理變化，引起芝麻脂肪的含量變化，從而對油脂的酸價產生影響。萌芽時間對萌芽芝麻中油脂酸價的影響見圖3。

圖3 萌芽對芝麻中油脂酸價的影響Fig.3 Effect of germination on the acid value of sesame oil

從圖3可以看出，隨著萌芽時間增加，芝麻中油脂的酸價逐漸升高，由初始芝麻中油脂的酸價0.44 mg KOH/g，升高到萌芽96 h酸價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，發生緩慢水解，產生游離脂肪酸；另一方面與2.3中萌芽對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增大。

2.5 萌芽對芝麻中油脂過氧化值的影響

過氧化值表示油脂中的脂肪酸被氧化的程度，是油脂氧化初級產物的評價指標。從圖4看出，隨著萌芽時間的增加，芝麻中油脂的過氧化值逐漸升高，96 h時過氧化值為16.5 mg/kg。在溫度28 ℃、相對濕度90%萌芽條件下，隨著萌芽時間延長，芝麻種子在高濕空氣中暴露的時間也越長，芝麻中的脂肪酸被氧化的程度越高，過氧化值也越高。因此根據2.4和2.5實驗結果，如果制備生產萌芽芝麻產品(如萌芽芝麻油、萌芽芝麻醬等)，溫度28 ℃、相對濕度90%萌芽條件下，萌芽時間應在36 h以內(GB/T 8233-2018規定的二級芝麻香油酸價≤3 mgKOH/g，過氧化值≤18 mg/kg)。

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

2.6 萌芽對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，在植物發芽生長過程中會消耗一部分脂肪。萌芽過程對芝麻中油脂脂肪酸含量及組成的影響見表2，芝麻原料脂肪酸組成見圖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間延長先增加后降低，在萌芽時間6 h時亞油酸和亞麻酸的相對含量達到最高，分別為45.30%和0.79%。主要原因可能為：萌芽過程中為了能量需要，油脂發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，轉化為亞油酸，進一步轉化生成亞麻酸，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，芝麻胚芽生長需要的能量增加，不飽和的亞油酸、亞麻酸經過代謝，氧化生成二氧化碳和水[8, 28]，被新生長部分利用，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品，溫度28 ℃、相對濕度90%萌芽條件下，萌芽時間應在6 h合適。

表2 萌芽對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 萌芽對芝麻中氨基酸組成的影響

氨基酸是蛋白質的基本組成單位，氨基酸的種類及排列方式決定蛋白質的種類。萌芽時間對芝麻中氨基酸的影響見表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，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，96 h含量達到31.57%，增長率為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程中蛋白酶被激活，在蛋白酶作用下一部分貯藏的蛋白質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參與分解代謝產生脫氨、轉氨、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量發生變化[29-31]，使發芽種子的營養價值有別于萌發以前的干種子[13]。

表3 萌芽對芝麻中氨基酸組成比例的影響 單位：%

2.8 萌芽對芝麻木脂素的影響

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，芝麻木脂素標樣和芝麻樣品的高效液相色譜圖見圖6，萌芽過程中芝麻木脂素含量變化見圖7。

(1)-芝麻木脂素標樣；(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，原料芝麻中只檢測到芝麻素和芝麻林素2種芝麻木脂素物質，且通過定量計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，但是在萌芽時間超過20 h后，芝麻素含量呈下降趨勢；而萌芽過程中芝麻林素含量一直呈下降趨勢。而有文獻[16,33]報道萌芽過程中芝麻素和芝麻林素均呈下降趨勢。推測本研究中萌芽初期，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生分解反應生成芝麻素。對于萌芽過程中芝麻林素、芝麻素持續減少的原因及機理在后續還需要深入研究。

3 結論

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時的27.2%，如果制備萌芽芝麻產品時，溫度28 ℃且相對濕度90%，萌芽時間應在36 h以內(GB/T 8233-2018規定的二級芝麻香油酸價≤3 mgKOH/g，過氧化值≤18 mg/kg)。此外，本研究中萌芽芝麻中亞油酸和亞麻酸的相對百分含量隨萌芽時間延長先增加后降低。萌芽過程中，必需氨基酸的含量增加，增長率為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，增長率為13.64%。芝麻林素含量一直呈下降趨勢，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養成分，提高芝麻的應用價值，在實際應用時，可根據具體的需求來確定最佳的萌芽時間，使各種指標達到最佳；同時，萌芽芝麻在新型食品研究領域的開發還需要深入的研究，以期為開發高附加值芝麻制品提供數據支持與理論指導。