芝麻餅粕蛋白研究進展

王瑞萍，黃紀(jì)念 ，艾志錄，蘆 鑫

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，河南鄭州450002;2.河南省農(nóng)科院農(nóng)副產(chǎn)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(chǎn)量居世界之首。芝麻營養(yǎng)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(zhì)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(nèi)80%以上的芝麻用于榨取芝麻油。因此，我國每年產(chǎn)生數(shù)以萬噸的芝麻餅粕，芝麻餅粕的蛋白質(zhì)含量為38%～50%，是有待開發(fā)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(fā)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(nóng)業(yè)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(tǒng)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(chǎn)功能性肽的研究進展，旨在為芝麻蛋白的后續(xù)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(yīng)用廣泛;但隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高和生物技術(shù)的進步，酶法提取或物理方法輔助酶法提取也有所發(fā)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(zhì)分離，再將提取液pH調(diào)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(yōu)化實驗時，發(fā)現(xiàn)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(xù)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(diào)pH3.8～4.0沉淀出蛋白質(zhì)，可得64.7%粗蛋白［2］。董英等［3］發(fā)現(xiàn)在高酸堿度范圍內(nèi)，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(jīng)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(xù)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(zhì)，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(zhì)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(xì)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(jié)果表明超聲波對蛋白質(zhì)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(xié)同萃取新技術(shù)是直接將超聲振動與開放式微波兩種作用方式相結(jié)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(xié)同提取法提取芝麻渣中蛋白質(zhì)，實驗確定了超聲波-微波協(xié)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(zhì)充分溶出以提高蛋白質(zhì)收率，該法操作條件溫和，得到的蛋白質(zhì)品質(zhì)較高。現(xiàn)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(zhì)，再用復(fù)合纖維素酶水解芝麻細(xì)胞壁以充分提取芝麻油和蛋白質(zhì)。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(zhì)濃度增加，乳化能力與乳化穩(wěn)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(fù)合酶，耐得酵素，復(fù)合酶制劑Kemzyme等5種酶對水酶法提取芝麻油和蛋白產(chǎn)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(jié)構(gòu)功能特性及應(yīng)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(jù)沉降系數(shù)不同分為2S、5S、13S。13S球蛋白含量為70%，相對分子質(zhì)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(fā)現(xiàn)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(xiàn)芝麻餅粕蛋白在食品工業(yè)中的應(yīng)用，并對開發(fā)芝麻蛋白食品新產(chǎn)品提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)數(shù)據(jù)，有學(xué)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(jié)構(gòu)和提取方式，并受pH、鹽溶液濃度等環(huán)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(fā)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(wěn)定，在食品熱加工中蛋白質(zhì)的膠體穩(wěn)定結(jié)構(gòu)容易被破壞，易出現(xiàn)蛋白質(zhì)分離凝聚現(xiàn)象。芝麻蛋白質(zhì)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(zhì)在60～80℃范圍發(fā)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(guān)性質(zhì)的研究發(fā)現(xiàn)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(yōu)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(zhì)的功能性質(zhì)產(chǎn)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(zhì)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(zhì)。表明水解蛋白的溶解能力優(yōu)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(dāng)水解度超過5%時，繼續(xù)水解乳化能力降低;水解蛋白的乳化穩(wěn)定性和發(fā)泡穩(wěn)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(chǎn)品加入到紅麥面粉中，用布拉班德粉質(zhì)儀測定生面團特性，發(fā)現(xiàn)隨著芝麻產(chǎn)品添加量的增加生面團的吸水量、醒發(fā)時間和面團弱化度亦隨之增加，同時生面團穩(wěn)定性下降。添加芝麻產(chǎn)品不僅能增加產(chǎn)品的蛋白含量同時可以增加礦物質(zhì)和必需氨基酸，提高蛋白質(zhì)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(chǎn)生均質(zhì)乳化作用，對干酪的質(zhì)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)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(zhì)經(jīng)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(zhì)酶解成為多肽后具有獨特的理化特性和生物學(xué)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(guān)鍵，酶的選擇會影響產(chǎn)品得率和反應(yīng)速度。要實現(xiàn)芝麻多肽的工業(yè)化生產(chǎn)，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(zhì)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(yīng)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(shù)為:底物質(zhì)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(chǎn)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(shù)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(chǎn)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(chǎn)率，有人研究雙酶復(fù)合水解。如陳義勇等［21］挑選木瓜蛋白酶與風(fēng)味蛋白酶對芝麻蛋白進行復(fù)合酶解，得出酶解的最佳工藝參數(shù)為:木瓜蛋白酶的酶底比為600U/g，風(fēng)味蛋白酶的酶底比為1200U/g，風(fēng)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(chǎn)的成本，加快產(chǎn)品分離，增加工具酶的穩(wěn)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(lián)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(fù)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(chǎn)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(guān)節(jié)炎等疾病均與氧化損傷有關(guān)。正常情況下，自由基的氧化作用與抗氧化系統(tǒng)保持平衡狀態(tài)，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?？梢酝ㄟ^補充具有抗氧化活性的物質(zhì)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(chǎn)物進行非油體系及油體系的體外抗氧化活性研究，結(jié)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(fā)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(chǎn)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(jié)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(zhì)量有關(guān)。酶水解使蛋白質(zhì)分子質(zhì)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(zhì)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(zhuǎn)換酶(ACE)抑制活性，金屬螯合能力和抗菌作用。有日本學(xué)者研究芝麻多肽具有ACE抑制活性。Nakano D等人研究發(fā)現(xiàn)，對自發(fā)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(shù)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(jù)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(fā)現(xiàn)胰蛋白酶酶解芝麻蛋白的水解產(chǎn)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(lián)質(zhì)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(yīng)器制備了芝麻蛋白水解產(chǎn)物，經(jīng)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(zhì)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(jié)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(fā)潛力。

4 展望

關(guān)于芝麻蛋白和芝麻多肽已有相當(dāng)數(shù)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(shù)仍然是采用化學(xué)法提取，蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)會發(fā)生較大的變化，不僅影響產(chǎn)品品質(zhì)并會增加設(shè)備投資。改進提取方法，比如將化學(xué)法與物理法或酶法等相結(jié)合，既能提高提取率又有利于環(huán)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(gòu)效關(guān)系還未見報道，需要進一步研究。

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