芝麻饼粕蛋白研究进展

王瑞萍，黄纪念 ，艾志录，芦 鑫

(1.河南农业大学食品科学技术学院，河南郑州450002;2.河南省农科院农副产品加工研究所，河南郑州450008)

芝麻属胡麻科胡麻属植物，我国芝麻资源丰富，产量居世界之首。芝麻营养价值高，含有丰富的油脂和蛋白，油脂含量在46%～62%之间，蛋白质含量在20%～22%［1］。我国芝麻除用作食品辅料外，主要用于制油，国内80%以上的芝麻用于榨取芝麻油。因此，我国每年产生数以万吨的芝麻饼粕，芝麻饼粕的蛋白质含量为38%～50%，是有待开发的蛋白资源。但由于芝麻榨油前需要进行焙炒增香，高温使芝麻饼粕中的蛋白发生热变性，影响了芝麻蛋白的提取利用。目前芝麻饼粕主要用于动物饲料或农业肥料，从而造成资源浪费。因此芝麻饼粕蛋白的加工利用是亟待解决的问题。本文首先系统的分析芝麻饼粕蛋白提取工艺的研究情况，随后介绍芝麻蛋白在食品体系中的功能特性，并阐述以芝麻蛋白为原料生产功能性肽的研究进展，旨在为芝麻蛋白的后续研究提供参考。

1 芝麻蛋白提取工艺

一般油料作物蛋白的制备方法有碱溶酸沉法、有机溶剂洗涤法、水酶法和膜过滤法等。目前用于芝麻蛋白制备方法有碱溶酸沉法和水酶法。其中碱溶酸沉法成本低且提取率较高，因此应用广泛;但随着环保标准的提高和生物技术的进步，酶法提取或物理方法辅助酶法提取也有所发展。

1.1 碱溶酸沉法

芝麻蛋白在碱性条件下溶解度高，碱溶酸沉法则是先将芝麻蛋白溶于碱提取液，使之与水不溶性杂质分离，再将提取液pH调至芝麻蛋白等电点使蛋白沉淀，离心后干燥得到芝麻蛋白。料液比和碱提pH是影响芝麻蛋白得率的重要因素。金青哲进行碱提工艺优化实验时，发现固液比由1∶15到1∶18时，每增加一份水提高蛋白收率1.6%，继续增加效果则不明显，确定出最佳提取条件:固液比 1∶18～1∶20(m/V)、pH10.0、时间 3h、温度 70～80℃，再用HCl调pH3.8～4.0沉淀出蛋白质，可得64.7%粗蛋白［2］。董英等［3］发现在高酸碱度范围内，蛋白的提取率较高，芝麻饼粕蛋白最佳酸沉的pH范围是2.5～4.5，经过2次沉淀和水洗，再喷雾干燥可得到芝麻饼粕蛋白粉，其蛋白含量为 82.87%，氮回收率为28.51%。

为了提高碱法提取的效果，有人通过酶法后续提取或超声波辅助提取等方法提高碱法提取效果。李凤霞等采用碱酶两步法提取麻渣中的蛋白质，碱溶法的最佳工艺为固液比1∶20，pH为10，时间3h，温度50℃;碱提后的残渣用碱性蛋白酶水解进行二次提取，酶解条件为pH11，酶用量150U/mL，酶解温度40℃，时间4h［4］，碱酶两步法提取使蛋白质提取率达到81.21%。超声波所具有的机械粉碎和空化作用增大了溶剂向原料细胞的渗透速度和渗透量，从而可以缩短提取时间，在相同的提取温度、pH、料液比等条件下，超声波辅助碱提比碱提酸沉法提取率高。朱宴鹏等［5］以压榨提油后的芝麻饼粕为原料，研究超声波辅助碱液提取芝麻饼粕蛋白的工艺，结果表明超声波对蛋白质的提取有促进作用，与碱液提取法相比，提取率提高 10%～15%，为 60.12%。超声波-微波协同萃取新技术是直接将超声振动与开放式微波两种作用方式相结合，充分利用超声波振动的空穴作用以及微波的高能作用，达到了对样品进行快速、高效、可靠的处理。马利华等［6］采用超声波—微波协同提取法提取芝麻渣中蛋白质，实验确定了超声波-微波协同提取最佳条件为超声波功率40W，固液比1∶20，溶液 pH11，微波功率 250W，提取时间90s，提取率为55.32%。

1.2 水酶法

水酶法也称为水相酶解法，主要是利用蛋白酶将饼粕中的蛋白质充分溶出以提高蛋白质收率，该法操作条件温和，得到的蛋白质品质较高。现水酶法也多用于芝麻和花生的提油，李娜研究用水酶法同时制备芝麻油和蛋白，先通过水剂提取芝麻油和蛋白质，再用复合纤维素酶水解芝麻细胞壁以充分提取芝麻油和蛋白质。水酶法制备的芝麻分离蛋白的吸油性和吸水性较强;乳化性在pH4.5最差，pH4.5～8时，随pH升高乳化性增强;随蛋白质浓度增加，乳化能力与乳化稳定性上升［7］。Sajid Latif等［8］则研究了中性蛋白酶Protex 7L，碱性蛋白酶Alcalase 2.4L，戊聚糖复合酶，耐得酵素，复合酶制剂Kemzyme等5种酶对水酶法提取芝麻油和蛋白产率的影响，使用中性蛋白酶Protex 7L从提取物水相中能提取到最多的芝麻蛋白，提取率达到87.1%。

2 芝麻蛋白的结构功能特性及应用

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%为α-球蛋白，根据沉降系数不同分为2S、5S、13S。13S球蛋白含量为70%，相对分子质量为399000u。13S球蛋白由酸性亚基和碱性亚基在二硫键连接下形成A-B中间体，6对A-B中间体形成一个完整的 13S球蛋白［10］。Allaoua Achouri等［11］用不同浓度(0.2、0.6、1mol/L)的 NaCl溶液溶解芝麻蛋白，再使用不同饱和度的硫酸铵溶液(AS)沉淀蛋白亚基，研究发现30%AS沉降的主要是11S亚基，50%AS中多为2S和7S，70%AS中7S亚基浓度较高。

为更好的实现芝麻饼粕蛋白在食品工业中的应用，并对开发芝麻蛋白食品新产品提供理论基础和技术数据，有学者对芝麻蛋白的功能特性进行了研究。芝麻蛋白的特性取决于芝麻蛋白的结构和提取方式，并受pH、盐溶液浓度等环境影响。芝麻蛋白的溶解度随着盐溶液浓度增加而升高，但在Na2SO4中较低浓度就会发生盐析。芝麻蛋白的等电点在4～6之间，等电点附近蛋白持水力和乳化性均为最小，且由于热变性芝麻饼粕蛋白次级键受到破坏，非极性基团暴露于分子表面，持水性下降，因此芝麻饼粕蛋白的溶解性、乳化性和持水性等均小于未变性芝麻蛋白［12］。芝麻蛋白水溶性差，胶体体系不稳定，在食品热加工中蛋白质的胶体稳定结构容易被破坏，易出现蛋白质分离凝聚现象。芝麻蛋白质的DSC特征曲线和温度对其热凝聚研究表明:芝麻蛋白的热变性温度为57.2℃，大部分芝麻蛋白质在60～80℃范围发生热凝聚［13］。李凤霞等［14］通过芝麻蛋白、大豆分离蛋白、酪蛋白和麻渣相关性质的研究发现芝麻蛋白的吸水性低于麻渣蛋白和大豆蛋白，高于酪蛋白;芝麻蛋白与大豆分离蛋白的持水力有显著性差异，芝麻蛋白的持水力比大豆分离蛋白的持水力低;芝麻蛋白和大豆分离蛋白、麻渣蛋白都具有很好湿润性，优于酪蛋白;芝麻蛋白有很高的吸油性，高于大豆分离蛋白、酪蛋白和麻渣蛋白。酶水解对芝麻蛋白质的功能性质产生影响，李秀凉等人［15］研究了酶水解对芝麻蛋白的功能性质的影响，通过制备不同水解度的芝麻水解蛋白，测定比较了芝麻分离蛋白和水解蛋白的功能性质。表明水解蛋白的溶解能力优于分离蛋白，水解蛋白在等电点时的溶解度均在95%以上;水解度增加，蛋白的乳化能力增加，当水解度超过5%时，继续水解乳化能力降低;水解蛋白的乳化稳定性和发泡稳定性及吸油性逊于分离蛋白。

将芝麻粕、焙烤压榨芝麻饼、芝麻浓缩蛋白和芝麻分离蛋白等芝麻产品加入到红麦面粉中，用布拉班德粉质仪测定生面团特性，发现随着芝麻产品添加量的增加生面团的吸水量、醒发时间和面团弱化度亦随之增加，同时生面团稳定性下降。添加芝麻产品不仅能增加产品的蛋白含量同时可以增加矿物质和必需氨基酸，提高蛋白质的体外消化率［16］。将芝麻分离蛋白加入干酪，并用牛乳中制作干酪，可使干酪乳脂肪球变小，对干酪用乳产生均质乳化作用，对干酪的质构和微观结构起到修饰作用［17］。

3 芝麻功能性多肽的研究

3.1 芝麻功能性多肽的制备

研究表明，蛋白质经人类消化道酶作用后，主要是以多肽的形式被消化吸收的，蛋白质酶解成为多肽后具有独特的理化特性和生物学活性。因此，将芝麻蛋白酶解成功能性多肽是研究热点。

制备芝麻多肽的工艺条件中，酶的选择是关键，酶的选择会影响产品得率和反应速度。要实现芝麻多肽的工业化生产，需要选用速度快、水解能力强的酶。李凤霞等［18］以芝麻蛋白为底物，用改进的pH-stat法比较四种蛋白酶对芝麻蛋白质的水解能力，从中选出对芝麻蛋白具有较强水解能力的酶，并通过正交实验确定了酶的最适反应条件。肖扬等［19］研究综合考虑酶解物的抗氧化能力和水解度，来确定底物浓度、酶添加量、pH、温度、时间等酶解条件。通过比较木瓜蛋白酶、胰蛋白酶、AS1398中性蛋白酶和Alcalase碱性蛋白酶，选用木瓜蛋白酶酶解芝麻蛋白，工艺参数为:底物质量浓度9.0g/L，酶添加量20.0%，pH6.5，温度50℃，时间6h，在此工艺下得到的酶解产物抗氧化活性最高，对邻苯三酚自氧化的抑制率为35.6%，并确定了酶解前的热处理条件。丁红军等［20］通过比较胰蛋白酶、胃蛋白酶、木瓜蛋白酶、AS1398中性蛋白酶、Alcalase碱性蛋白酶对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，所以选用木瓜蛋白酶为酶解芝麻蛋白制备功能性短肽的专用酶。工艺参数为:底物浓度9.0g/L，酶添加量20.0%，pH6.5，温度50℃，时间6h，在此工艺下得到的酶解产物的抗氧化活性最高，对邻苯三酚自氧化抑制率为35.6%。

为提高芝麻短肽的产率，有人研究双酶复合水解。如陈义勇等［21］挑选木瓜蛋白酶与风味蛋白酶对芝麻蛋白进行复合酶解，得出酶解的最佳工艺参数为:木瓜蛋白酶的酶底比为600U/g，风味蛋白酶的酶底比为1200U/g，风味蛋白酶的作用时间为14.5h，总时间为16 h，底物浓度为2%。水解后，总氮回收率达到55.73%。为了降低酶法生产的成本，加快产品分离，增加工具酶的稳定性，有人研究采用固定酶法提取芝麻肽。苗敬芝等以海藻酸钠为载体，戊二醛为交联剂共固定化木瓜蛋白酶和中性蛋白酶，共固定化酶最佳工艺条件为:海藻酸钠浓度3%，戊二醛浓度2.5%，氯化钙浓度0.2%，酶活力回收率为51.28%。水解芝麻蛋白的最佳条件为:固液比1∶25，pH6.0，温度60℃，时间7h，加酶量5%，氨基氮含量最高为20.65mg/g，共固定化酶重复使用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 在生命过程中，生物体不断产生自由基，自由基引起的氧化损伤是人类疾病的重要原因之一。癌症、肺气肿、动脉硬化症、关节炎等疾病均与氧化损伤有关。正常情况下，自由基的氧化作用与抗氧化系统保持平衡状态，但如受到衰老、生理功能退化等因素的影响平衡被打破，会引起氧化损伤。可以通过补充具有抗氧化活性的物质来减少自由基对人体的氧化损伤。研究表明芝麻多肽具有显著的抗氧化、清除自由基能力。王芳等人［23］对芝麻蛋白酶解产物进行非油体系及油体系的体外抗氧化活性研究，结果表明随酶解物添加量的增多，其总还原能力、对羟基自由基和超氧阴离子自由基的清除能力也随之变强，芝麻蛋白酶解物能有效的抑制猪油氧化。亚油酸和Fe2+诱发卵黄脂蛋白过氧化体系的氧化，在卵磷脂蛋白体系中，酶解产物的抗氧化效果与维生素C的效果相近。邵元龙等对芝麻多肽和不同分子质量的芝麻多肽清除DPPH自由基活性、总抗氧化能力、抑制猪油和冷藏熟肉糜脂质氧化作用进行了研究［24］:0.02%的多肽对DPPH自由基清除率高达79.17%，0.02%的芝麻多肽具有明显的抑制猪油氧化和冷藏肉糜脂质氧化的作用，能使猪油过氧化值从 126.6mmol/kg降低至 45.5mmol/kg。Bing-lan L等人［25］以胰蛋白酶和菠萝蛋白酶水解芝麻蛋白，结果表明用胰蛋白酶水解120min时，芝麻蛋白酶解液的羟基自由基清除活性最强。芝麻蛋白酶解液的抗氧化活性与水解度，水解时间和分子质量有关。酶水解使蛋白质分子质量显著降低，胰蛋白酶作用30min可以分解95%以上的分子量大于50ku的蛋白质分子，并通过血纤蛋白溶解实验证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 与其他功能性肽类似，除抗氧化活性外，芝麻多肽还具有其他方面的活性，如血管紧张素转换酶(ACE)抑制活性，金属螯合能力和抗菌作用。有日本学者研究芝麻多肽具有ACE抑制活性。Nakano D等人研究发现，对自发性高血压大鼠(SHR)一次给予1～10mg/kg芝麻多肽有显著的降血压作用，并且从芝麻蛋白中分离出6种ACE活性抑制剂，典型的肽段有Leu-Val-Tyr，Leu-Gln-Pro和 Leu-Lys-Tyr，抑制常数分别为 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根据含量比在3.63～36.3mg/kg的剂量之间对SHR有明显的降血压效果［26］。Wang Chan 等［27］研究了分别用木瓜蛋白酶、碱性蛋白酶和胰蛋白酶的芝麻蛋白水解物中的金属螯合多肽，发现胰蛋白酶酶解芝麻蛋白的水解产物金属螯合能力最强，用金属亲和色谱从胰蛋白酶水解物中分离出金属螯合肽，使用反相高效液相色谱和串联质谱中鉴别出六种锌离子螯合肽，测定了其中的三个肽段，Ser-Met，Leu-Ala-Asn和Asn-Cys-Ser的金属螯合能力，其中Asn-Cys-Ser的金属螯合能力最强。Ranjana Das等［28］用酶膜反应器制备了芝麻蛋白水解产物，经过超滤得到多肽，并研究了多肽对绿脓杆菌和枯草芽孢杆菌两种致病菌的抗菌作用，采用质谱法确定了芝麻多肽的氨基酸组成，分子量在1ku以下的肽段能更明显抑制绿脓杆菌的生长(相对于枯草芽孢杆菌)，研究结果证实了芝麻多肽有抑制致病菌生长的作用，有作为抑菌剂的开发潜力。

4 展望

关于芝麻蛋白和芝麻多肽已有相当数量的研究，但仍然存在不少问题，如高温芝麻饼粕蛋白的提取多数仍然是采用化学法提取，蛋白质的理化性质会发生较大的变化，不仅影响产品品质并会增加设备投资。改进提取方法，比如将化学法与物理法或酶法等相结合，既能提高提取率又有利于环保。芝麻多肽功能性研究也较为单一，主要集中在抗氧化活性，而缺乏对其他功能性如降血压等活性的研究。芝麻多肽的分离纯化目前多是粗分，功能性肽段的分离以及肽链构效关系还未见报道，需要进一步研究。

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