芝麻加工的研究進(jìn)展及展望

張國(guó)治，張富重，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）

芝麻又名胡麻，是一年生直立草本植物，主要分布在世界上的熱帶以及部分溫帶地區(qū)[1]。芝麻作為一種古老的物種，種植歷史已有5 000多年。相傳是在西漢時(shí)期由西域傳入我國(guó)。芝麻是我國(guó)的主要油料之一，含油量高達(dá)45%～63%[2]。芝麻富含大量蛋白質(zhì)和不飽和脂肪酸，具有很高的食用價(jià)值。它含有的芝麻木酚素類(lèi)物質(zhì)經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)具有抗衰老、提高免疫力、降血壓和抗氧化的作用[3-4]。芝麻還具有很好地醫(yī)用價(jià)值，在我國(guó)古代著名醫(yī)書(shū)《神農(nóng)本草經(jīng)》中就有記載[5]。下面對(duì)芝麻加工現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)并提出展望。

1 芝麻油的加工工藝

1.1 水代法

水代法是我國(guó)傳統(tǒng)的芝麻加工芝麻油的方法。這種方法制出的芝麻油具有很好的抗氧化作用，香味醇厚，深得老百姓喜愛(ài)。人們把這種方法制作的油稱(chēng)為小磨香油。它主要是利用蛋白質(zhì)等非油物質(zhì)對(duì)油和水的親和力不同的原理，在一定的條件下來(lái)實(shí)現(xiàn)油與蛋白質(zhì)、碳水化合物的分離。當(dāng)前有許多研究者在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)。張朝陽(yáng)等[6]在水代法的基礎(chǔ)上加入酶，然后利用單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)選出最佳酶組合，研究表明，此方法可以有效地提高出油率和減少殘?jiān)暮土俊采旱萚7]將水代法中的焙炒改用微波炒制以此來(lái)研究對(duì)芝麻油提取的品質(zhì)影響，結(jié)果顯示，隨著微波焙炒時(shí)間的延長(zhǎng)及焙炒溫度的升高，芝麻油的顏色慢慢發(fā)生變化，逐漸加深。其他成分，除了酸值變化很小外，過(guò)氧化值、氧化誘導(dǎo)時(shí)間和不飽和脂肪酸含量都發(fā)生了變化。

1.2 壓榨法

壓榨法分為高溫壓榨法和低溫壓榨法。高溫壓榨法是在高溫下對(duì)芝麻進(jìn)行翻炒，然后利用機(jī)械產(chǎn)生的壓力對(duì)芝麻進(jìn)行擠壓，將油脂擠壓出來(lái)[8]，制得香油被稱(chēng)作機(jī)制香油。機(jī)制香油近些年來(lái)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。低溫壓榨法是在低于85℃下借助機(jī)械外力對(duì)處理過(guò)的油料進(jìn)行擠壓，從而獲得芝麻油[9]。它與高溫壓榨法相比，避免了由于高溫可能造成的營(yíng)養(yǎng)成分的改變，產(chǎn)生反式脂肪酸等有害物質(zhì)。同時(shí)也很好地保證了芝麻粕中蛋白質(zhì)的質(zhì)量，提高了芝麻的利用率。劉玉蘭等[10]分別用冷榨法和熱榨法來(lái)制取芝麻油，并做了對(duì)比，結(jié)果顯示，經(jīng)冷榨制取的芝麻油的品質(zhì)明顯優(yōu)于熱榨芝麻油的質(zhì)量指標(biāo)。杜仲鏞等[11]利用低溫冷榨技術(shù)生產(chǎn)出了食品級(jí)、化妝品級(jí)和藥品級(jí)的芝麻油。

1.3 水酶法

水酶法是一種新型的提取油脂的方法，近年來(lái)被普遍看好，潛力很大。這種方法十分符合當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的主題“安全與環(huán)?！薄Ｋ阜ㄌ崛」に囀抢盟兔富旌先芤簭挠土现刑崛∮椭墓に囘^(guò)程[12]。它所用到的酶主要是蛋白酶，纖維素酶和果膠酶等，影響因素為油料的破碎程度，酶的種類(lèi)和數(shù)量，pH值和酶解時(shí)間。這種方法與傳統(tǒng)方法相比，能耗小，操作安全，能最大程度地保留產(chǎn)物的營(yíng)養(yǎng)成分，得到高質(zhì)量油脂，是一個(gè)非常值得研究的一種生產(chǎn)工藝。近年來(lái)的研究也有很多。王維茜等[13]對(duì)水酶法提取芝麻油的工藝進(jìn)行了研究，最終得出了堿性蛋白酶的效果最好，油脂提取率為69.33%。同時(shí)還找到了對(duì)芝麻油提取率影響最大的因素——提取溫度。肖旭華等[14]利用超聲波輔助水酶法對(duì)芝麻油提取進(jìn)行研究，芝麻油提取率可達(dá)43.28%，且產(chǎn)品油質(zhì)好，污染少。

1.4 其它加工方法

除了以上幾種方法外，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外還提出了許多提取工藝。Corso等[15]利用超臨界CO2和丙烷兩種方法來(lái)提取芝麻油，并進(jìn)行了比較，研究結(jié)果表明，二者萃取出來(lái)的芝麻油品質(zhì)并沒(méi)有多大差別，但超臨界丙烷的萃取速率明顯快于超臨界CO2。劉日斌[16]等采用了亞臨界低溫萃取技術(shù)對(duì)芝麻油進(jìn)行了提取，結(jié)果表明芝麻原有的營(yíng)養(yǎng)成分很好地保留了下來(lái)。王琴等[17]對(duì)芝麻油的提取工藝微波萃取法進(jìn)行了研究，優(yōu)化了原有方法，與常規(guī)法相比，時(shí)間大大縮短。

1.5 不同方法的對(duì)比

不同的提取方法制得油脂品質(zhì)不同，各有優(yōu)缺點(diǎn)，在這方面的研究也有很多。對(duì)不同提取方法的特點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，有利于促進(jìn)后續(xù)研究的發(fā)展。不同芝麻油提取方法的特點(diǎn)見(jiàn)表1。

表1 提取芝麻油的不同方法的特點(diǎn)

2 芝麻蛋白的提取工藝及應(yīng)用

2.1 芝麻蛋白的提取工藝

芝麻除了油脂含量高外，蛋白質(zhì)含量也相當(dāng)可觀。一般含量在20%左右，因產(chǎn)地和品種而略有不同。經(jīng)過(guò)榨油后，粕中蛋白質(zhì)含量會(huì)提高到42%左右。經(jīng)過(guò)脫皮工藝后的芝麻餅中蛋白質(zhì)含量可達(dá)57.7%。同時(shí)芝麻蛋白營(yíng)養(yǎng)價(jià)值極高，都可以很好被人體吸收。所含氨基酸除了賴(lài)氨酸含量偏低，其它都符合FAO/WHO的營(yíng)養(yǎng)要求[18]。芝麻蛋白主要由2S、7S和 11S等蛋白組成，11S蛋白占其中60%左右[19-20]。芝麻蛋白主要來(lái)源于芝麻餅粕。近年來(lái)對(duì)從芝麻餅粕提取蛋白質(zhì)的研究也有很多，目前應(yīng)用最廣泛的蛋白的提取方法為堿溶酸沉法，酶法和有機(jī)溶劑提取法。

2.1.1 堿溶酸沉法

堿溶酸沉法是提取芝麻蛋白應(yīng)用最廣泛的一種方法。它的原理是利用物質(zhì)在堿性溶液中生成易溶物，在酸性溶液中生成沉淀的性質(zhì)，用堿提取、酸沉淀達(dá)到提純或分離的目的[21]。它的優(yōu)點(diǎn)是可以很好地將芝麻蛋白提取出來(lái)，能耗少。缺點(diǎn)是這種方法原料需要長(zhǎng)時(shí)間在堿液中浸泡，會(huì)導(dǎo)致一部分蛋白質(zhì)變性或水解，降低蛋白提取率。同時(shí)它產(chǎn)生的廢液處理不好會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害，不符合當(dāng)今的環(huán)保主題。為此許多研究者致力于優(yōu)化提取工藝。鄭華麗等[22]以脫皮冷榨芝麻餅為原料，利用堿溶酸沉法來(lái)提取蛋白，并利用響應(yīng)面分析方法對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果可以將芝麻蛋白純度提高至90.02%。李佳等[23]對(duì)蛋白提取率的影響因素進(jìn)行研究，利用單因素試驗(yàn)和響應(yīng)分析法來(lái)優(yōu)化其最佳工藝條件。結(jié)果表明：最佳提取條件為加堿量18%，溫度74.6°C，時(shí)間291 min，液固比25:1，提取1次，在此條件下，蛋白提取率為75.59%。

2.1.2 酶法

酶法提取蛋白的方法的原理是利用酶來(lái)破壞細(xì)胞壁、脂蛋白等，分解纖維素、淀粉等非蛋白物質(zhì)，從而達(dá)到提取蛋白的目的。此種方法可以很好地改善堿溶酸沉法帶來(lái)了蛋白質(zhì)變性和造成環(huán)境污染的問(wèn)題，操作安全無(wú)危害，有較好的發(fā)展前景。也是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。畢雙同等[24]在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上利用響應(yīng)面分析的方法對(duì)纖維素酶法提取蛋白進(jìn)行研究，得出對(duì)蛋白提取率影響最大的是酶用量，其次是酶解時(shí)間，pH值和溫度，并對(duì)其工藝進(jìn)行了優(yōu)化。李若昀等[25]利用雙酶水解法來(lái)提取芝麻11S蛋白，結(jié)果表明提取效果很好，為進(jìn)一步分離純化提供了方便，為后續(xù)的研究提供了很好地途徑。

2.1.3 有機(jī)溶劑提取法

有機(jī)溶劑提取法是利用加入有機(jī)溶劑使溶液電解常數(shù)降低，蛋白結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，溶解度變小，蛋白質(zhì)變成沉淀析出，從而獲得蛋白質(zhì)。一般用到的溶劑有丙酮，正己烷和乙醇。這種方法對(duì)操作者的水平和環(huán)境溫度要求很高。侯利霞等[26]利用有機(jī)溶劑洗滌的方法對(duì)脫脂后的芝麻進(jìn)行蛋白提取，結(jié)果表明提取率可以達(dá)到66.89%。張濤等[27]用冷榨芝麻粕作為原料，利用乙醇為有機(jī)溶劑對(duì)其進(jìn)行提取蛋白，并用應(yīng)面分析方法優(yōu)化其工藝，最終得到蛋白的提取率為66.68%。

2.1.4 其它提取方法

除了上述三種常用的提取方法外，國(guó)內(nèi)外的研究學(xué)者也提出了許多有效的方法。陶然等[28]對(duì)超聲波輔助堿提芝麻蛋白的方法進(jìn)行了研究，結(jié)果表明此種方法可以有效的提高蛋白提取率。Rivas等[29]利用鹽析法來(lái)提取芝麻蛋白，以添加氯化鈉水溶液作為溶劑，結(jié)果得到的芝麻蛋白純度為50%。朱秀靈等[30]對(duì)超濾法和等電點(diǎn)沉淀法提取芝麻蛋白進(jìn)行比較，結(jié)果表明超濾法更適合，有助于芝麻蛋白資源的利用。Zhao等[31]利用反膠束和堿溶酸沉法兩種方法提取芝麻中蛋白，并進(jìn)行比較，結(jié)果表明堿溶酸沉法提取的芝麻蛋白品質(zhì)不如反膠束提取的芝麻蛋白。

2.2 芝麻蛋白的應(yīng)用

芝麻中的蛋白含量很高，而且營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和功能特性很好，所以被廣泛的添加到各類(lèi)食品中[32-33]，用來(lái)改善其風(fēng)味，增加營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

2.2.1 傳統(tǒng)食品

芝麻蛋白在傳統(tǒng)食品的應(yīng)用主要是添加到肉類(lèi)制品、焙烤食品、植物蛋白飲料和一些休閑類(lèi)小食品中[34]。在肉類(lèi)制品中添加可以利用芝麻蛋白獨(dú)特的風(fēng)味及較好的溶解性和持水性來(lái)增加其風(fēng)味和確保肉汁水分不流失，在谷物類(lèi)焙烤制品中添加可以增加營(yíng)養(yǎng)，改善結(jié)構(gòu)，增加彈性。芝麻蛋白經(jīng)過(guò)脫脂后，制成蛋白粉，可以用來(lái)生產(chǎn)如芝麻糊等固體飲料，營(yíng)養(yǎng)豐富。還可以對(duì)芝麻蛋白和其他物質(zhì)混合，經(jīng)擠壓膨化處理，制成休閑食品。

2.2.2 新興食品

隨著芝麻蛋白加工技術(shù)不斷發(fā)展，研究發(fā)現(xiàn)芝麻蛋白經(jīng)酶解后產(chǎn)生芝麻多肽具有很好抗氧化性，清除自由基，降低血壓和抑制病菌生長(zhǎng)等功能[35-37]。目前發(fā)現(xiàn)的很多疾病產(chǎn)生的原因大部分都與自由基氧化損傷有關(guān)，攝入抗氧化強(qiáng)的物質(zhì)可以減少自由基損傷[38]。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，所以此類(lèi)產(chǎn)品的生產(chǎn)研發(fā)很有必要，會(huì)是以后發(fā)展的重點(diǎn)。

3 展望

芝麻作為我國(guó)最主要的油料之一，有著至關(guān)重要的作用?，F(xiàn)在對(duì)芝麻的研究大部分都集中在油脂方面，蛋白方面研究很少。制油之后的產(chǎn)物大部分都用作肥料和飼料，造成了資源的浪費(fèi)。目前所采用的傳統(tǒng)的提取技術(shù)都存在著大大小小的弊端，一些先進(jìn)技術(shù)還不太成熟，無(wú)法大范圍使用。相信在不久的將來(lái)，隨著技術(shù)的發(fā)展，這些問(wèn)題都會(huì)得到解決。芝麻這一渾身是寶的農(nóng)作物會(huì)得到有效地利用，更好地服務(wù)于社會(huì)。