引言

綜合利用農產品加工副產物是現代農業發展的趨勢，也是目前國內外農產品加工技術研究的熱點。美國等發達國家非常重視農產品加工副產物的綜合利用，部分農產品基本能達到零廢棄。回收利用農產品加工副產物，不僅可以再利用其中的有效物質(如蛋白質、膳食纖維、功能性因子等)，而且通過回收利用，可以提高農業的生產效率，降低能耗，促進農業的可持續發展。

中國是世界芝麻產量最多的國家，2000-2006年平均總產量 73.1x104t，位居世界第一，其他3個主要的芝麻生產國為印度(63.6x104t)、緬甸(47.1x104t)和蘇丹(26.9x104t)[1]。芝麻的含油量45%~50%，蛋白質含量15%~20%，碳水化合物含量10%~15%[2]。芝麻油的加工副產物(芝麻粕)中，主要是芝麻蛋白和碳水化合物及礦物質元素具有一定的利用潛質。本文對芝麻粕的營養物質組成及其利用現狀進行比較分析，為進一步促進芝麻粕的回收利用提供參考。

1 芝麻粕的營養價值芝麻以其營養價值高、風味獨特而在食品烹調中廣泛應用。芝麻油常作為調味油用于涼拌菜肴及火鍋調料。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，可用于飼料及提取優質蛋白質。 芝麻粕的營養組成(90%干物質)見表1[2]，芝麻粕與其他油料加工餅粕營養價值比較見表2[4]，芝麻餅中必需氨基酸可利用率見表 3[3]。 由表1可知，芝麻粕中蛋白質和灰分含量較高，分別為39.2%~48.2%和 10.4%~12.6%。灰分中鐵含量豐富，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(以豬為試驗對象)與豆餅、菜籽餅及麻渣相當，優于棉籽餅;芝麻粕(餅)的代謝能(以雞為試驗對象)與豆餅、麻渣相當，優于棉籽餅、菜籽餅。結合表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。中醫學研究表明，芝麻具有預防動脈硬化、高血壓、消除疲勞、康復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值。

2 芝麻粕的利用現狀

目前，國內外對芝麻粕的利用途徑較少，主要用于動物飼料開發，分離其中的蛋白質、提取功能性因子，也有將芝麻粕用于食品加工的報道。

2.1 用于飼料開發

芝麻粕的蛋白質含量、必需氨基酸利用率與豆粕相當，加之芝麻粕的價格較大豆粕低，因此芝麻粕可部分替代豆粕用于飼料加工。試驗發現，芝麻粕代替15%的日糧粗蛋白質，與豆粕相比對肉雞的生產性能無顯著差異，但過多使用芝麻粕代替日糧如替代30%的日糧蛋白質時，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其生長無顯著影響，但當30%的芝麻粕代替日糧時，蛋雞的生長顯著降低[7]。芝麻殼對蛋雞和肉雞的生長也有一定影響，芝麻殼用量高于8%會導致肉雞的生長受影響，而14%的芝麻粕對蛋雞的采食量、蛋質量、蛋黃色澤和蛋殼厚度無顯著影響[8]。

天然芝麻粕中蛋白質及其他營養物質含量雖然較高，但被飼養動物需要將其代謝后吸收，因此有必要進行預處理，以促進營養物質的吸收。發酵芝麻粕、酶解芝麻粕飼喂雞的試驗發現，發酵芝麻粕的 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，研究人員通過適當加入法彌補其營養缺陷，結果發現發酵芝麻粕和發酵芝麻粕+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酵芝麻粕提高3.74%。發酵芝麻粕的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，對天然芝麻粕進行發酵，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

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

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，反應時間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96.86%[12]。超聲波有促進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%。正交試驗結果顯示，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，超聲時間1.2 h，提取液 pH 值 10[13]。加熱、微波和超聲波對芝麻粕濃縮蛋白的改性結果表明，超聲波的改性效果最好，在蛋白質量濃度10g/100mL，pH值10，超聲功率400W和超聲時間3min的條件下，能將芝麻粕濃縮蛋白的氮溶解度指數提高13倍，吸油性提高4倍，乳化性提高1.5倍乳化穩定性提高2倍，起泡性提高1.44倍，泡沫穩定性提高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，通過響應面法優化得到乙醇體積分數64%，液料比4.8:1，醇洗溫度49℃醇洗時間54 min 時，產物中蛋白含量66.68%。

2.2.2 酶解法

蛋白酶水解提取芝麻多肽的正交試驗結果顯示pH 值 9.0，料液比1:20，加酶量 11000 U/g，酶解時間 2.5 h，酶解溫度65 ℃時提取率最高[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化條件和固化酶的穩定性，結果表明海藻酸鈉 3 g/dL，戊二醛 25g，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℃，時間7h加酶量5g/dL 時，氨基氮含量最高為20.65mg/g，共固定化酶重復使用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70g，溫度65℃，[E]/[S]6%，pH值8.0，水解時間3h，所得酶解液的水解度可達 31.3%[19]。采用木瓜蛋白酶、胰蛋白酶和堿性蛋白酶 Alcalase 對芝麻蛋白進行水解，結果顯示胰蛋白酶是制備金屬螯合肽的最佳酶，最佳條件為底物質量濃度5g/100mL加酶量20U/g(底物)，酶解時間5h，所得酶解產物與Fe2+的整合率90.9%，與Zn2+的整合率93.5%水解度為18.9%~22.4%的酶解產物金屬整合率強且水解度在一定范圍內金屬整合率和抗氧化能力均與水解度呈正相關性[20]。

2.2.3 微生物發酵法

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，紫外誘變實驗發現該菌株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酵菌種固態發酵生產芝麻多肽的最優條件為培養基含水量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%，發酵溫度34.5℃，發酵時間36.11h。在此條件下，芝麻多肽含量為7.12%[22]。固態發酵芝麻粕中的小肽具有較強的還原力，對DPPH·和·0H均具有較強的清除作用，且抗氧化性隨著小肽分子質量的降低而增強[23]。響應面法對醬油曲霉發酵芝麻餅粕提高抗氧化能力的優化條件為葡萄糖、硫酸銨和麥麩添加量分別為1.87%，1.54%和2.55%。在該試驗條件下，DPPH·清除率為80.26%比未發酵的芝麻餅粕高37%[24]。

芝麻粕的來源對其蛋白質功能性有一定影響通過比較不同提油工藝對芝麻粕蛋白含量、溶解性吸水性、吸油性、乳化性及乳化穩定性、起泡性及泡沫穩定性的影響，發現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越[24]。

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。對芝麻餅粕中的芝麻素提取工藝進行研究正交試驗優化結果顯示提取時間2h，提取溫度55℃，乙醇濃度93%，料液比1:6.5時，芝麻素的提取率最高[26]。三波長分光光度法測定芝麻餅中木脂素的含量，當液料比8:1，提取溫度51℃，提取時間6h，乙醇體積分數89%時，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、酵母菌多個菌種，通過單因素、正交試驗優化微生物發酵條件，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。正交試驗優化的發酵條件為溫度30℃，R-02與KG-109接種比例2:1，接種量8%，時間10d，在此條件下發酵后植酸含量為0.08%，植酸降解率達86.21%粗蛋白含量為49.85%，酸溶蛋白為9.07%，揮發性鹽基氮為2075.5mg/kg[28]。芝麻經過去皮、脫脂后凝膠性和乳化能力分別優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，發泡能力和穩定性在酸性pH值時比堿性強。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 結語

通過分析芝麻粕的營養物質組成及比較國內外有關芝麻粕利用的現狀，發現芝麻粕的蛋白質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;目前國內外對芝麻粕的利用主要以飼料加工為主，其次用于提取蛋白質及功能性因子。與其他油料粕相比，國內外對芝麻粕利用的研究較少而且深層次研究不多。但是從目前已報道的文獻可以推測，對芝麻粕進行一定的預處理，可將其用于減肥食品、調味料等新產品的開發，這將使芝麻粕的利用更趨高附加值化。

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本文來源：成都大學生物產業學院，四川旺清香食品有限公司，徐文俊、張崟、甘長江等，用于大家學習、交流。如涉嫌侵犯您的著作權，請聯系我們刪除，謝謝！