引言

綜合利用農(nóng)產(chǎn)品加工副產(chǎn)物是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，也是目前國內(nèi)外農(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)研究的熱點(diǎn)。美國等發(fā)達(dá)國家非常重視農(nóng)產(chǎn)品加工副產(chǎn)物的綜合利用，部分農(nóng)產(chǎn)品基本能達(dá)到零廢棄。回收利用農(nóng)產(chǎn)品加工副產(chǎn)物，不僅可以再利用其中的有效物質(zhì)(如蛋白質(zhì)、膳食纖維、功能性因子等)，而且通過回收利用，可以提高農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)效率，降低能耗，促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

中國是世界芝麻產(chǎn)量最多的國家，2000-2006年平均總產(chǎn)量 73.1x104t，位居世界第一，其他3個(gè)主要的芝麻生產(chǎn)國為印度(63.6x104t)、緬甸(47.1x104t)和蘇丹(26.9x104t)[1]。芝麻的含油量 45%~50%，蛋白質(zhì)含量15%~20%，碳水化合物含量10%~15%[2]。芝麻油的加工副產(chǎn)物(芝麻粕)中，主要是芝麻蛋白和碳水化合物及礦物質(zhì)元素具有一定的利用潛質(zhì)。本文對(duì)芝麻粕的營養(yǎng)物質(zhì)組成及其利用現(xiàn)狀進(jìn)行比較分析，為進(jìn)一步促進(jìn)芝麻粕的回收利用提供參考。

1芝麻粕的營養(yǎng)價(jià)值

芝麻以其營養(yǎng)價(jià)值高、風(fēng)味獨(dú)特而在食品烹調(diào)中廣泛應(yīng)用。芝麻油常作為調(diào)味油用于涼拌菜肴及火鍋調(diào)料。芝麻油中含有豐富的油酸、亞油酸(分別為31.41%，38.31%)及磷脂[3]，具有一定的保健作用。芝麻粕中還含有豐富的蛋白質(zhì)，可用于飼料及提取優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)。

芝麻粕的營養(yǎng)組成(90%干物質(zhì))見表1[2]，芝麻粕與其他油料加工餅粕營養(yǎng)價(jià)值比較見表2[4]，芝麻餅中必需氨基酸可利用率見表 3[3]。

由表1可知，芝麻粕中蛋白質(zhì)和灰分含量較高，分別為 39.2%~48.2%和 10.4%~12.6%?；曳种需F含量豐富，芝麻粕中還含有功能性因子膽堿及肌醇。另外，氨基酸組成顯示，芝麻粕中谷氨酸、精氨酸(Arg)及天冬氨酸含量較高(Arg)。由表2可知，芝麻粕(餅)的蛋白質(zhì)含量較豆餅、籽餅、菜籽餅麻渣高;芝麻粕(餅)的消化能(以豬為試驗(yàn)對(duì)象)與豆餅、菜籽餅及麻渣相當(dāng)，優(yōu)于棉籽餅; 芝麻粕(餅)的代謝能(以雞為試驗(yàn)對(duì)象)與豆餅、麻渣相當(dāng)，優(yōu)于棉籽餅、菜籽餅。結(jié)合表3[3]芝麻餅中必需氨基酸的可利用率可知，芝麻餅的必需氨基酸利用率與豆餅相當(dāng)。中醫(yī)學(xué)研究表明，芝麻具有預(yù)防動(dòng)脈硬化、高血壓、消除疲勞、康復(fù)視力和增加泌乳等功能[5]，芝麻粕是芝麻的重要組成成分之一。因此，芝麻粕具有很高的利用價(jià)值。

2 芝麻粕的利用現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)外對(duì)芝麻粕的利用途徑較少，主要用于動(dòng)物飼料開發(fā)，分離其中的蛋白質(zhì)、提取功能性因子，也有將芝麻粕用于食品加工的報(bào)道。

2.1 用于飼料開發(fā)

芝麻粕的蛋白質(zhì)含量、必需氨基酸利用率與豆粕相當(dāng)，加之芝麻粕的價(jià)格較大豆粕低，因此芝麻粕可部分替代豆粕用于飼料加工。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，芝麻粕代替15%的日糧粗蛋白質(zhì)，與豆粕相比對(duì)肉雞的生產(chǎn)性能無顯著差異，但過多使用芝麻粕代替日糧如替代30%的日糧蛋白質(zhì)時(shí)，肉雞的生長受到抑制。用10%的芝麻粕代替日糧有利于17~21周齡蛋雞的生長，20%的芝麻粕代替日糧對(duì)其生長無顯著影響，但當(dāng)30%的芝麻粕代替日糧時(shí)，蛋雞的生長顯著降低[7]。芝麻殼對(duì)蛋雞和肉雞的生長也有一定影響，芝麻殼用量高于8%會(huì)導(dǎo)致肉雞的生長受影響，而14%的芝麻粕對(duì)蛋雞的采食量、蛋質(zhì)量、蛋黃色澤和蛋殼厚度無顯著影響[8]。

天然芝麻粕中蛋白質(zhì)及其他營養(yǎng)物質(zhì)含量雖然較高，但被飼養(yǎng)動(dòng)物需要將其代謝后吸收，因此有必要進(jìn)行預(yù)處理，以促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。發(fā)酵芝麻粕、酶解芝麻粕飼喂雞的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵芝麻粕的 His，Met 和磷的表觀代謝率顯著高于普通芝麻粕,His和Met的真代謝率極顯著高于普通芝麻粕。酶解芝麻粕的磷表觀代謝率顯著高于普通芝麻粕，Met表觀代謝率和真代謝率極顯著高于普通芝麻粕，Thr真代謝率極顯著低于普通芝麻粕[9]。天然芝麻粕中LyS缺乏，研究人員通過適當(dāng)加入法彌補(bǔ)其營養(yǎng)缺陷，結(jié)果發(fā)現(xiàn)發(fā)酵芝麻粕和發(fā)酵芝麻粕+賴氨酸(FSML)的消化能均提高6.29%，代謝能均提高7.85%。FSMI的Thr，Phe，Lys和Ser的回腸末端表觀消化率較普通芝麻粕分別提高 4.42%，9.30%，7.28%和4.12%:發(fā)酵芝麻粕和FSML的Phe回腸末端表觀消化率與真消化率均顯著高于普通芝麻粕和酶解芝麻粕，但普通芝麻粕的Phe回腸末端表觀消化率較發(fā)酵芝麻粕提高3.74%。發(fā)酵芝麻粕的Pro回腸末端真消化率較酶解芝麻粕和普通芝麻粕分別提高9.06%和9.86%由此可見，對(duì)天然芝麻粕進(jìn)行發(fā)酵，可以提高芝麻粕的能量、粗蛋白、磷和部分氨基酸的利用率[10]。

2.2 提取蛋白

蛋白質(zhì)是芝麻粕中具有很高利用價(jià)值的營養(yǎng)物質(zhì)，提取的蛋白質(zhì)可用于肉類制品、谷物烘焙制品植物蛋白飲料及冷食、副食品、調(diào)味品、休閑食品芝麻低肽食品叫等。芝麻粕中蛋白質(zhì)的主要提取方法有物化法、酶解法及微生物發(fā)酵法。

2.2.1 物化法

堿性條件有利于芝麻粕蛋白的提取，在pH值13，反應(yīng)時(shí)間2.7h，料液比30:1，提取溫度77℃條件下，芝麻粕蛋白提取率可達(dá)96.86%[12]。超聲波有促進(jìn)芝麻粕蛋白提取的作用，與單純堿液提取法相比，提取率提高 10%~15%。正交試驗(yàn)結(jié)果顯示，超聲波輔助芝麻粕蛋白提取的最佳條件為溫度70℃C超聲功率200 W，超聲時(shí)間1.2 h，提取液 pH 值 10[13]。加熱、微波和超聲波對(duì)芝麻粕濃縮蛋白的改性結(jié)果表明，超聲波的改性效果最好，在蛋白質(zhì)量濃度10g/100 mL，pH值10，超聲功率400W和超聲時(shí)間3min的條件下，能將芝麻粕濃縮蛋白的氮溶解度指數(shù)提高13倍，吸油性提高4倍，乳化性提高1.5倍乳化穩(wěn)定性提高2倍，起泡性提高1.44倍，泡沫穩(wěn)定性提高1.4倍[14]。以冷-浸出芝麻粕為原料，采用醇法制備芝麻粕濃縮蛋白，通過響應(yīng)面法優(yōu)化得到乙醇體積分?jǐn)?shù) 64%，液料比4.8:1，醇洗溫度49℃醇洗時(shí)間54 min 時(shí)，產(chǎn)物中蛋白含量66.68%。

2.2.2 酶解法

蛋白酶水解提取芝麻多肽的正交試驗(yàn)結(jié)果顯示pH 值 9.0，料液比1:20，加酶量 11 000 U/g，酶解時(shí)間 2.5 h，酶解溫度65 ℃時(shí)提取率最高[16]。層析分離、電泳純化黑芝麻蛋白得到芝麻粕蛋白主要分子量為 14~43 kU[17]。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，研究水解芝麻粕蛋白的優(yōu)化條件和固化酶的穩(wěn)定性，結(jié)果表明海藻酸鈉 3 g/dL，戊二醛 25 g，氯化鈣 0.2 g/dL酶活力回收率51.28%;水解芝麻蛋白的最佳條件為固液比1:25，pH值6.0，溫度60℃，時(shí)間7h加酶量5 g/dL 時(shí)，氨基氮含量最高為 20.65 mg/g，共固定化酶重復(fù)使用6次酶活力仍保持50%以上[18]。堿性蛋白酶 Alcalase 水解芝麻粕蛋白的最佳水解工藝條件為底物濃度 70 g，溫度 65 ℃，[E]/[S]6%，pH 值8.0，水解時(shí)間3h，所得酶解液的水解度可達(dá) 31.3%[19]。采用木瓜蛋白酶、胰蛋白酶和堿性蛋白酶 Alcalase 對(duì)芝麻蛋白進(jìn)行水解，結(jié)果顯示胰蛋白酶是制備金屬螯合肽的最佳酶，最佳條件為底物質(zhì)量濃度5g/100mL加酶量20U/g(底物)，酶解時(shí)間5h，所得酶解產(chǎn)物與Fe*的整合率 90.9%，與Zn?的整合率 93.5%水解度為18.9%~22.4%的酶解產(chǎn)物金屬整合率強(qiáng)且水解度在一定范圍內(nèi)金屬整合率和抗氧化能力均與水解度呈正相關(guān)性[20]。

2.2.3 微生物發(fā)酵法

從自然界篩選得到的菌株LO能夠降解芝麻粕蛋白，其16SRNA基因序列長度為1447bp，紫外誘變實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)該菌株L0的蛋白酶活力587.3U/mL[21]。選用枯草芽孢桿菌、啤酒酵母和黑曲霉為發(fā)酵菌種固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)芝麻多肽的最優(yōu)條件為培養(yǎng)基含水量30%，麩皮含量10%，黑曲霉和啤酒酵母接種比例1:1，接種量19.69%，發(fā)酵溫度34.5℃，發(fā)酵時(shí)間36.11h。在此條件下，芝麻多肽含量為7.12%[22]。固態(tài)發(fā)酵芝麻粕中的小肽具有較強(qiáng)的還原力，對(duì)DPPH·和·0H均具有較強(qiáng)的清除作用，且抗氧化性隨著小肽分子質(zhì)量的降低而增強(qiáng)[23]。響應(yīng)面法對(duì)醬油曲霉發(fā)酵芝麻餅粕提高抗氧化能力的優(yōu)化條件為葡萄糖、硫酸銨和麥麩添加量分別為1.87%，1.54%和2.55%。在該試驗(yàn)條件下，DPPH·清除率為80.26%比未發(fā)酵的芝麻餅粕高37%[24]。

芝麻粕的來源對(duì)其蛋白質(zhì)功能性有一定影響通過比較不同提油工藝對(duì)芝麻粕蛋白含量、溶解性吸水性、吸油性、乳化性及乳化穩(wěn)定性、起泡性及泡沫穩(wěn)定性的影響，發(fā)現(xiàn)冷榨芝麻粕提取的蛋白較熱榨芝麻粕的功能性好，干法脫皮芝麻粕提取的蛋白較濕法脫皮芝麻粕提取蛋白的功能性優(yōu)越[25]。

2.3提取功能性因子

芝麻中含有一定量的木脂素類化合物，包括芝麻素、表芝麻素、芝麻素酚、芝麻林素、芝麻林素酚以及芝麻酚等。芝麻素具有降低膽固醇、抗高血壓、抗菌及抗氧化、保護(hù)肝臟、抑制乳腺癌，以及免疫激活等生理作用。芝麻餅粕中含有一定量的芝麻素。對(duì)芝麻餅粕中的芝麻素提取工藝進(jìn)行研究正交試驗(yàn)優(yōu)化結(jié)果顯示提取時(shí)間2h，提取溫度55℃，乙醇濃度93%，料液比1:6.5時(shí)，芝麻素的提取率最高[26]。三波長分光光度法測(cè)定芝麻餅中木脂素的含量，當(dāng)液料比8:1，提取溫度51℃，提取時(shí)間6h，乙醇體積分?jǐn)?shù)89%時(shí)，芝麻餅中芝麻木脂系的得率 0.298%[27]。

2.4 其他

以普通芝麻粕為原料，選用枯草芽孢桿菌、乳酸菌、酵母菌多個(gè)菌種，通過單因素、正交試驗(yàn)優(yōu)化微生物發(fā)酵條件，以降低芝麻粕中植酸含量提高粗蛋白、酸溶蛋白等有益成分的含量。正交試驗(yàn)優(yōu)化的發(fā)酵條件為溫度30℃，R-02與KG-109接種比例2:1，接種量8%，時(shí)間10d，在此條件下發(fā)酵后植酸含量為0.08%，植酸降解率達(dá)86.21%粗蛋白含量為49.85%，酸溶蛋白為9.07%，揮發(fā)性鹽基氮為2075.5mg/kg[28]。芝麻經(jīng)過去皮、脫脂后凝膠性和乳化能力分別優(yōu)于大豆粕粉和花生粕粉吸水和吸油能力與大豆粕粉差不多，發(fā)泡能力和穩(wěn)定性在酸性pH值時(shí)比堿性強(qiáng)。因此去皮脫脂芝麻粕粉可用于如冰激凌、冷凍甜食、香腸、烘焙食品和糖果等食品。

3 結(jié)語

通過分析芝麻粕的營養(yǎng)物質(zhì)組成及比較國內(nèi)外有關(guān)芝麻粕利用的現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)芝麻粕的蛋白質(zhì)含量及氨基酸代謝能與豆粕相似，可部分代替豆粕用于飼料加工;目前國內(nèi)外對(duì)芝麻粕的利用主要以飼料加工為主，其次用于提取蛋白質(zhì)及功能性因子。與其他油料粕相比，國內(nèi)外對(duì)芝麻粕利用的研究較少而且深層次研究不多。但是從目前已報(bào)道的文獻(xiàn)可以推測(cè)，對(duì)芝麻粕進(jìn)行一定的預(yù)處理，可將其用于減肥食品、調(diào)味料等新產(chǎn)品的開發(fā)，這將使芝麻粕的利用更趨高附加值化。