芝麻餅粕中活性成分的提取方法研究進(jìn)展

竇福良，魏 東

(臨沂師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，山東 臨沂 276005)

芝麻餅粕中活性成分的提取方法研究進(jìn)展

竇福良，魏 東

(臨沂師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，山東 臨沂 276005)

芝麻餅粕是芝麻取油后的副產(chǎn)品。對(duì)芝麻餅粕的營養(yǎng)價(jià)值進(jìn)行分析，并對(duì)其中的活性成分：蛋白、多肽和芝麻素的提取做全面綜述，為芝麻餅粕的深度加工和綜合利用提供參考。

芝麻餅粕；營養(yǎng)價(jià)值；芝麻素；提取

Abstract ：Sesame cake is a by-product obtained after oil extraction. The nutritional value of sesame cake is analyzed in this paper. Extraction methods of protein, polypeptide and sesamin from sesame cake are also discussed. All of these investigations are expected to provide a reference for in-depth processing and comprehensive utilization of sesame cake.

Key words：sesame cake；nutritional value；sesamin；extraction

芝麻屬胡麻科胡麻屬植物，是我國四大油料之一，也是一種經(jīng)濟(jì)作物和創(chuàng)匯作物?！侗静菥V目》和《神農(nóng)本草經(jīng)》上記載：常食芝麻能使頭發(fā)烏黑亮澤，芝麻還能“潤養(yǎng)五臟、補(bǔ)肺氣，止心驚，利大小腸”；芝麻“補(bǔ)五內(nèi)，益氣力，長肌肉，填髓腦，久服輕身不老”[1]。

我國是芝麻生產(chǎn)大國，資源豐富，約占世界芝麻總產(chǎn)量的34%，素有“芝麻王國”之稱。在我國80%以上的芝麻用來榨取芝麻油，僅芝麻餅粕的年產(chǎn)量就在50萬t以上。芝麻餅粕中含有40%～50%的蛋白質(zhì)、0.5%～1.0%的木脂素，氨基酸含量豐富，營養(yǎng)價(jià)值較高[2-4]，但目前芝麻餅粕主要作為飼料或肥料使用，極大地浪費(fèi)了這部分資源。本文對(duì)芝麻餅粕的營養(yǎng)價(jià)值進(jìn)行分析，并對(duì)芝麻餅粕中的活性成分蛋白、多肽、芝麻素的提取做全面綜述，目的在于為芝麻餅粕的深度加工和綜合利用提供參考，充分開發(fā)利用芝麻餅粕資源，提高芝麻種植的附加值。

1 芝麻餅粕的營養(yǎng)價(jià)值

芝麻餅粕是芝麻取油后的副產(chǎn)品，由于取油的工藝不同，所剩副產(chǎn)物餅粕中的常規(guī)成分及有效能值也有所不同，芝麻餅粕中蛋白質(zhì)平均含量在42.5%～47.9%，粗脂肪含量在3.4%～10.3%，消化能(豬)在12.68～13.6lMJ/kg，代謝能(雞)9.67～10.92MJ/kg，與豆餅、棉籽餅和菜籽餅相比，粗蛋白質(zhì)高于這3種餅類，有效能值與大豆粕相近，高于棉籽餅和菜籽餅，芝麻餅粕中粗灰分含量18.7%，鈣和磷的含量比豆餅、棉籽餅和菜籽餅高3～5 倍[5]。

芝麻餅粕中必需氨基酸種類齊全，含量豐富，占總氨基酸的30%，特別是蛋氨酸、精氨酸、色氨酸、胱氨酸和半胱氨酸含量都高于豆餅、棉籽餅和菜籽餅，僅蛋氨酸含量就幾乎高出豆餅40%。不足之處是賴氨酸含量偏低，僅為0.91%，不到豆粕的一半，芝麻餅粕中賴氨酸與精氨酸含量之比為100:440，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了100:120的理想值。芝麻蛋白質(zhì)凈利用率(NPU)為56%，如添加Lys，則NPU值可提高到81%，所以芝麻餅粕與豆餅搭配使用，會(huì)使氨基酸方面得到很好的互補(bǔ)作用[5]。

芝麻餅粕中含有多種木脂素類化合物，含量達(dá)0.5%～1.0%，這類化合物主要是木酚素類抗氧化物質(zhì)，具有非常重要的生理活性作用，已引起很廣泛的關(guān)注。芝麻素屬于脂溶性木酚素，含量最高，約占木酚素總量的50%以上[4]。

2 芝麻餅粕蛋白和多肽的提取

2.1 芝麻餅粕蛋白的提取

芝麻蛋白主要是堿溶性蛋白(67%)，在堿性條件下溶解度較大，所以提取基本方法是堿提酸沉法。Taha等[6]研究用0.4mol/L NaOH溶液，固液比為l:25(m/V)，采用逆流式提取可提取91.7%的含氮物，且可得植酸含量很低的濃縮蛋白、分離蛋白。Chun等[7]用添加植酸酶提取芝麻蛋白，提取條件：pH4～5、提取時(shí)間8～10h、溫度50℃、酶用量為120FPU。金青哲[8]采用未去皮芝麻渣為原料進(jìn)行研究，正交試驗(yàn)得出最佳提取工藝：固液比1:18～1:20(m/V)、pH10.0、時(shí)間3h、溫度70～80℃，再用HCI調(diào)pH3.8～4.0沉淀出蛋白質(zhì)，可得68.4%粗蛋白。以上蛋白質(zhì)的提取方法主要問題在于耗時(shí)長，得率偏低。

董英等[9]采用響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計(jì)試驗(yàn)，較優(yōu)提取參數(shù)為pH13、液料比為25:1(m/V)、溫度80℃、時(shí)間1h。在較優(yōu)的提取條件下，蛋白提取率為70.44%。芝麻餅粕蛋白最佳酸沉的pH值范圍是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%，氮的回收率為28.51%。黃紀(jì)念等[10]采用超聲輔助堿液法提取麻渣中的芝麻蛋白，首先對(duì)影響提取率的5個(gè)因素即固液比、提取液pH值、超聲溫度、超聲時(shí)間、超聲功率分別做了單因素試驗(yàn)，然后在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上根據(jù)L9(34) 設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，得到最佳提取條件為：固液比1:20(m/V)、提取液pH11、超聲溫度70℃、超聲時(shí)間50min、超聲功率500W，蛋白質(zhì)提取率為83.38%。董英等[9]和黃紀(jì)念等[10]改良了傳統(tǒng)的提取方法，縮短了提取時(shí)間，提高了蛋白質(zhì)的得率，使提取效率有了明顯提高。

陳學(xué)紅等[11]以芝麻渣為原料，采用堿提、等電點(diǎn)法分離出芝麻蛋白，并對(duì)其乳化性、發(fā)泡性、持水力、黏度、熱凝集性等功能特性進(jìn)行了比較系統(tǒng)的研究。結(jié)果表明：芝麻蛋白具有較好乳化性、發(fā)泡性和一定的持水力；pH值對(duì)熱凝集性的影響較大。李鳳霞等[12]則采用堿酶兩步法提取麻渣中的蛋白質(zhì)，首先確定了堿溶法最佳工藝和酶解法的最佳工藝條件，使麻渣蛋白質(zhì)提取率達(dá)到81.21%。他們還對(duì)所提芝麻渣蛋白的吸水性、濕潤性、吸油性、熱凝集性和黏度等功能特性進(jìn)行了研究，并與大豆分離蛋白、酪蛋白和芝麻蛋白的相關(guān)性質(zhì)進(jìn)行比較。最后得出結(jié)論：芝麻渣蛋白具有較好吸水性、持水力、濕潤性，較弱的吸油性；pH值對(duì)熱凝集性和黏度的影響較大，這與黃紀(jì)念等[10]和陳學(xué)紅等[11]的結(jié)果相同。

2.2 芝麻餅粕多肽的制備

高明俠等[13]和苗敬芝等[14]均采用木瓜蛋白酶與中性蛋白酶的共固定化進(jìn)行水解芝麻粕蛋白的研究，并得出相同的水解芝麻粕蛋白的最佳條件：固液比1:25(m/V)，pH6.0、時(shí)間7h、加酶量5g/L，水解物中氨基氮含量最高為20.65mg/g。共固定化酶重復(fù)使用6次，酶活力仍保持50% 以上。王連翠[15]通過單因素試驗(yàn)初步確定芝麻粕多肽的酶解條件為底物質(zhì)量濃度70g/L、pH8.0、[E]/[S]為6%、時(shí)間4h、溫度70℃。然后在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上設(shè)定底物質(zhì)量濃度70g/L，根據(jù)L9(34)設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，進(jìn)一步確定芝麻粕多肽的最佳酶解條件為pH8.0、[E]/[S]為6%、水解時(shí)間3h、溫度65℃。此條件下水解度可達(dá)31.3%。

邵元龍等[16]采用Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)，優(yōu)化了芝麻蛋白水解條件，對(duì)芝麻多肽(SP)和不同分子質(zhì)量的芝麻多肽(SP1、SP2和SP3)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(jìn)行了研究。優(yōu)化的水解條件為：6.91g芝麻蛋白、0.082g堿性蛋白酶、水解時(shí)間6.82h，水解度為30.2%。芝麻多肽均有一定的抗氧化能力，且抗氧化活性明顯高于芝麻蛋白。0.02%的多肽對(duì)DPPH自由基清除率高達(dá)79.17%，0.02%的芝麻多肽具有明顯的抑制豬油氧化和冷藏熟肉糜脂質(zhì)氧化的作用，可使豬油過氧化值從126.6mmol/kg降低至45.4mmol/kg。許建軍等[17]對(duì)水解的芝麻蛋白進(jìn)行高溫加熱實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明很多風(fēng)味物質(zhì)均來源于芝麻蛋白。

3 芝麻餅粕中芝麻素的提取

芝麻素屬于脂溶性木酚素，是芝麻中含量最高、也是最主要的活性物質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，芝麻素具有很強(qiáng)的消除活性氧、抑制過氧脂質(zhì)生成和降低膽固醇的效果，芝麻素具有抑制癌細(xì)胞的生長、抑制真菌的生長和延緩衰老的作用，芝麻素對(duì)高血壓伴肝臟損傷小鼠具有降血壓、減輕心血管肥大和腎臟損傷作用[4,18-19]。除研究芝麻素對(duì)機(jī)體健康有益效應(yīng)外，也有人對(duì)芝麻素殺滅細(xì)菌效果和對(duì)其他食用植物油品穩(wěn)定作用進(jìn)行研究[20]。芝麻素活性研究的報(bào)道已非常多，芝麻素這一天然植物成分不僅可在食品工業(yè)中作為保持食品風(fēng)味的防腐劑，也可作為增進(jìn)機(jī)體健康的保健食品添加劑，以及開發(fā)成為防病治病的天然藥物。

芝麻素的分離提取方法主要是溶劑提取法，使用有機(jī)溶劑如甲醇、乙醚等直接提取芝麻素，然后再結(jié)晶純化。Suja等[21]以芝麻餅為原料，以甲醇為提取劑，索氏提取16h，過濾，然后用不同極性溶劑進(jìn)行多次萃取，在真空或氮?dú)獗Ｗo(hù)下脫除溶劑，干燥得提取物，其木酚素含量達(dá)12%～15%，并通過HLPC定量分析，提取物主要組分為芝麻素。Purdy等[22]按料液比1:1～1:10(V/V)范圍內(nèi)，在65℃左右的溫度下，用低級(jí)烷基腈或烷基腈水溶液提取，靜置過夜，分層，上層液減壓蒸餾脫去烷基腈混合溶劑得芝麻素。

Fukuda等[23]則以芝麻餅粕為原料，采用溶劑-色譜法提取高濃度的芝麻素。用丙酮提取，－40℃冷凍干燥除去甘油酯，然后真空濃縮，得芝麻素粗品；然后上硅膠柱色譜，以乙酸乙酯/正己烷進(jìn)行階段梯度洗脫，收集洗脫液，再制備液相或薄層色譜進(jìn)行純化，最終得高純度芝麻素單體。董英等[24-25]研究了芝麻木脂素的提取工藝、測定方法和活性，將芝麻餅粕烘干后粉碎，用正己烷脫除剩余油脂，風(fēng)干后脫脂芝麻餅粕用甲醇提取，濾液減壓濃縮，再用甲醇溶解定容至50mL，進(jìn)行檢測。采用單因素試驗(yàn)及正交試驗(yàn)對(duì)芝麻餅粕中木脂素提取條件進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明，料液比1:6(m/V)，浸提時(shí)間10h，溫度55℃及提取次數(shù)3次為最佳提取條件，芝麻木脂素粗品提取率為芝麻粕干粉的2.62%。在此基礎(chǔ)上，用乙酸乙酯萃取芝麻素粗提物，得到乙酸乙酯萃取物，再以不同比例石油醚/乙酸乙酯混合溶劑為洗脫劑，用硅膠柱層析法對(duì)粗提物進(jìn)行分離純化，得芝麻素產(chǎn)品，芝麻素得率為1.57%，純度為88.02%。以上提取方法的主要問題在于提取耗時(shí)太長，提取效率偏低。

其他提取方法：Hu等[26]研究以芝麻籽或芝麻油為原料，用超臨界CO2萃取芝麻素。萃取物中木酚素含量很高，甚至達(dá)80%以上，且這種方法提取木酚素中芝麻素含量高達(dá)90%以上，再重結(jié)晶后可得到純度更高的芝麻素。此法提取芝麻素沒受到其他物質(zhì)污染，是在無氧和室溫條件下進(jìn)行，芝麻素幾乎未被氧化和異構(gòu)化。張燕飛等[27]以壓榨芝麻油后的芝麻餅為原料，先用水洗滌脫去糖和蛋白質(zhì)，再用乙醇作為溶劑提取木酚素。利用響應(yīng)面法優(yōu)化了提取木酚素的工藝條件，最佳條件為：83%乙醇、溫度57℃、液料比8.5:1(V/m)、時(shí)間6h。在此最佳條件下，木酚素的得率是0.0329%。而劉立業(yè)等[28]以料液比、提取時(shí)間、提取溫度、乙醇體積分?jǐn)?shù)為考察因素，采用單因素試驗(yàn)及正交試驗(yàn)對(duì)芝麻餅粕中芝麻素進(jìn)行提取條件的優(yōu)化，得到的最佳條件為提取時(shí)間2h、提取溫度55℃、乙醇體積分?jǐn)?shù)93%、料液比1:6.5(m/V)。本方法設(shè)備簡單，操作簡便，對(duì)環(huán)境的污染小且提取效果較好，因此用乙醇提取芝麻粕中的芝麻素具有可行性，對(duì)提高芝麻及其副產(chǎn)物的附加值具有一定的科學(xué)價(jià)值。

4 芝麻餅粕的利用

董英等[29]利用醬油曲霉2128發(fā)酵芝麻餅粕提取抗氧化物質(zhì)，并對(duì)發(fā)酵條件和抗氧化物質(zhì)的活性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明發(fā)酵后提取物比芝麻木脂素的抗氧化活性有顯著提高，通過實(shí)驗(yàn)確定醬油曲霉2128發(fā)酵芝麻餅粕的最佳工藝：接種量為3mL、發(fā)酵時(shí)間為4d、提取液甲醇體積分?jǐn)?shù)70%，提取物清除DPPH自由基率達(dá)95.21%。洪慶慈[30]將芝麻經(jīng)過去皮、脫脂處理后，制成芝麻粕粉，并對(duì)其功能性質(zhì)進(jìn)行研究，研究發(fā)現(xiàn)它的凝膠性和乳化能力分別優(yōu)于大豆粕粉和花生粕粉，吸水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pH值強(qiáng)，此外它的溶解性和黏性都很好。因此去皮脫脂芝麻粕粉可望用于諸如冰淇淋、冷凍甜食、香腸、烘焙食品和糖果等。

5 展 望

在我國芝麻餅粕的利用主要還是作為飼料和肥料，而芝麻餅粕中蛋白質(zhì)和芝麻素的提取還只是處在初期研究階段。目前芝麻粕蛋白的提取需要改進(jìn)之處在于提高收率和降低成本的同時(shí)，解決蛋白質(zhì)的脫色問題，正是因?yàn)橹ヂ轱炂傻鞍纵^深的褐色，才嚴(yán)重影響了芝麻餅粕蛋白粉在食品中的應(yīng)用，所以低變性、高純度的純天然芝麻餅粕蛋白是今后研發(fā)的重點(diǎn)。從芝麻餅粕中提取芝麻素，國內(nèi)目前主要是采用溶劑浸提，這種方法還需要在提高純度和收率的同時(shí)降低能耗、溶劑成本及防止溶劑對(duì)芝麻素的污染。

[1] 李娜. 芝麻的營養(yǎng)成分與食療保健作用[J]. 中國食物與營養(yǎng), 2008(5): 55-57.

[2] 何生虎, 王明成. 胡麻餅(粕)的營養(yǎng)學(xué)與毒理學(xué)研究進(jìn)展[J]. 寧夏農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào), 2005, 25(2): 76-79.

[3] ELLEUCH M, BESBES S, ROISEUX O, et al. Quality characteristics of sesame seeds and by-products[J]. Food Chemisty, 2007, 103(6): 641-650.

[4] 邵元龍. 發(fā)酵芝麻餅粕的抗氧化功能及特征成分研究[D]. 南京: 江蘇大學(xué), 2009.

[5] 王長生. 淺談芝麻餅粕資源及詞料營養(yǎng)價(jià)值[J]. 飼料工業(yè), 1995, 16(4): 35-36.

[6] TAHA F S, FAHMY M, SADEK M A. Low-phytate protein concentrate and isolate from sesame seed[J]. Agri Food Chem, 1987, 35(3): 289-292.

[7] CHUN S S, YOUNG J H, KIM Y H, et al. Change of functional properties and extraction of protein from abolished protein resource by phytase[J]. J Korean Society of Food and Nutrition, 1998, 27(l): 46-50.

[8] 金青哲. 芝麻蛋白提取工藝研究[J]. 糧食與油脂, 1999(3): 19-21.

[9] 董英, 邵元龍, 楊杰. 芝麻餅粕蛋白提取與制備條件研究[J]. 食品科技, 2008(8): 106-110.

[10] 黃紀(jì)念, 孫強(qiáng), 李夢琴, 等. 芝麻蛋白的超聲提取工藝研究[J]. 糧油加工, 2009(8): 69-71.

[11] 陳學(xué)紅, 秦衛(wèi)東, 馬利華, 等. 芝麻渣蛋白的功能性研究[J]. 食品科學(xué), 2008, 29(8): 114-117.

[12] 李鳳霞, 張鐘, 劉洪泉. 麻渣蛋白質(zhì)的制備及其功能性質(zhì)的研究[J].包裝與食品機(jī)械, 2007, 25(2): 38-43.

[13] 高明俠, 苗敬芝, 曹澤虹, 等. 共固定化雙酶水解芝麻粕蛋白制備復(fù)合氨基酸研究[J]. 揚(yáng)州大學(xué)學(xué)報(bào), 2008, 29(4): 95-98.

[14] 苗敬芝, 曹澤虹, 董玉瑋, 等. 木瓜蛋白酶與中性蛋白酶的共固定化及其水解芝麻蛋白的研究[J]. 糧油加工, 2009(10): 83-85.

[15] 王連翠. 酶法制備芝麻粕多肽的工藝研究[J]. 食品科學(xué), 2009, 30(20):220-222.

[16] 邵元龍, 董英. 芝麻蛋白水解工藝優(yōu)化及芝麻多肽組分抗氧化活性的研究[J]. 中國糧油學(xué)報(bào), 2010, 25(1): 69-73.

[17] 許建軍, 周瑞寶. 芝麻蛋白的酶解及水解物制備風(fēng)味的研究[J]. 食品科技, 2002(4): 11-13.

[18] 豐田佳子. 芝麻木酚素“芝麻明”的生理活性[J]. 日本食品科學(xué),2000(1): 44-45.

[19] YAMASHITA K, NOHARA Y, KATAYAMA K, et al. Sesame seed lignans and gamma-tocopherol act synerstieally to produce vitamin E activity in rats[J]. J Nutr, 1992, 122(12): 2440-2446.

[20] 周建新, 孫明, 汪海峰, 等. 芝麻素的應(yīng)用性能研究[J]. 食品科學(xué),2004, 25(1): 102-105.

[21] SUJA K P, ABRAHAM J T, THAMIZH S N, et al. Antioxidant efficacy of sesame cake extract in vegetable oil protection[J]. Food Chem, 2004,84(3): 393-400.

[22] PURDY R H, KNEELAND J A. Extraction of sesame: US, 2786063[P].1957-05-19.

[23] FUKUDA Y, OSAWA T, NAMIKI M, et al. Studies on antioxidative substances in sesame seed[J]. Agric Biol Chem, 1985, 49(2): 301-306.

[24] 董英, 高音, 徐斌. 芝麻餅粕中木脂素類化合物提取工藝研究[J]. 食品研究與開發(fā), 2006, 27(6): 72-76.

[25] 董英, 高音, 徐斌. 芝麻餅粕中抗氧化成分的提取及其活性研究[J].食品科學(xué), 2007, 28(2): 44-47.

[26] HU Qiuhui, XU Juan, CHEN Shubing, et al. Antioxidant activity of extracts of black sesame seed by supercritical carbondioxide extraction[J]. J Agric Food Chem, 2004, 52(4): 943-947.

[27] 張燕飛, 谷克仁, 張海峰, 等. 從芝麻餅中提取木酚素工藝的響應(yīng)面優(yōu)化研究[J]. 糧油食品科技, 2009, 17(3): 21-24.

[28] 劉立業(yè), 張艷. 芝麻粕中芝麻素提取工藝研究[J]. 化工時(shí)刊, 2008,22(12): 5-7.

[29] 董英, 鄭偉. 芝麻餅粕發(fā)酵提取物提取工藝研究[J]. 食品研究與開發(fā), 2007, 28(4): 20-22.

[30] 洪慶慈. 去皮脫脂芝麻粕粉的功能性質(zhì)[J]. 中國油脂, 1996, 21(5):10-12.

Research Progress in Extraction Methods of Active Components from Sesame Cake

DOU Fu-liang，WEI Dong
(College of Life Sciences, Linyi Normal University, Linyi 276005, China)

TS229

A

1002-6630(2010)19-0414-04

2010-06-20

國家級(jí)星火計(jì)劃項(xiàng)目(2008GI690001)

竇福良(1966—)，男，副教授，碩士，主要從事生物技術(shù)研究。E-mail：weid1128@163.com