张丽霞，孙强，芦鑫，宋国辉，麻琳，黄纪念，魏松丽，孙晓静

(河南省农科院农副产品加工研究所，河南省特色油料作物基因组学重点实验室，河南 郑州，450002)

芝麻是我国最古老的油料作物之一[1-3]，具有药食兼用的功效，芝麻中不饱和脂肪酸含量高达85%，其中多不饱和脂肪酸亚麻酸、亚油酸对预防由血管硬化引起的疾病，软化血管非常有益；并且芝麻中含有一类特异的活性物质—木脂素，它是天然抗氧化剂[4-5]，可以使芝麻油耐保存，不易腐败变质，同时具有降血脂、降血压、抗血栓和缓解动脉粥样硬化等作用。芝麻木脂素主要为芝麻素、芝麻林素和芝麻酚等，其中芝麻林素和芝麻素主要在芝麻种子中，芝麻素酚、芝麻酚主要在芝麻油中[6-7]。

种子的发芽过程包括吸水膨胀、萌芽、幼苗形成3个阶段[8]。萌芽是生命发展的最初阶段，也是生命中最有活力的阶段。研究表明种子吸水萌发后发生了许多生理代谢变化[9-11]，主要表现在酶的活化、生成，细胞生理活性的恢复和复杂的生化代谢，使种子的营养成分和理化性质发生了重大的变化[8, 12-13]。萌芽也常作为一种提高食品利用和营养价值的天然方法，有广阔的利用价值和应用前景[14-15]。近些年有报道称芝麻萌芽后其粗脂肪、脂肪酸组成等可能会发生改变[10, 16]，民间也有用萌发芝麻油治疗咽喉炎症的习俗[17]。但是，萌芽过程中芝麻主要组成的动态变化较少有报道。本研究探讨萌芽过程中芝麻主要成分如粗蛋白、粗脂肪、氨基酸、酸价和过氧化值、芝麻素、芝麻林素的动态变化，从而为不同需求的萌芽芝麻制品的开发提供思路。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

豫芝11号白芝麻，河南豫研种子科技有限公司；正己烷(气相色谱纯)，美国迪马公司；芝麻素、芝麻林素、芝麻素酚、芝麻酚，美国Sigma公司；其他试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

Ultimate 3000 高效液相色谱仪、XBPODS-C18色谱柱(25 mm×4.6 mm，5μm)，戴安中国有限公司；7890A-5975C气相色谱-质谱联用仪，美国Agilent公司；L-8900氨基酸自动分析仪，日本Hitachi公司；FOSS全自动凯氏定氮仪Kjeltec8400，福斯分析仪器公司；Lyovac GT1真空冷冻干燥机，德国SRK系统技术有限公司；BD-53生化培养箱，德国Binder公司；P型陶瓷纤维马弗炉，北京盈安美诚科学有限公司。

1.3 方法

1.3.1 芝麻的萌芽

挑选大小均匀、无虫蛀、颗粒饱满的芝麻种子，用质量分数1%的次氯酸钠溶液浸泡5 min后用清水洗3遍，去除芝麻中的灰尘杂质等。将清洗后的芝麻均匀撒在平铺有2层纱布的托盘中，置于28 ℃，相对湿度90%的恒温培养箱内进行萌芽，每隔一定时间取萌芽芝麻样品。每次取样的芝麻进行冷冻干燥，粉碎备用。

1.3.2 芝麻脂肪酸组成的测定

参照GB/T 17376—2008对芝麻中脂肪酸组成进行分析，利用三氟化硼甲酯化法制备脂肪酸甲酯。采用峰面积归一化法分析样品中脂肪酸相对含量。

气相色谱分析条件：FID检测器，温度250 ℃；HP-88毛细管(60 m×0.25 mm)，分流比100∶1；进样量4.5 μL。升温程序：初始温度120 ℃保持1 min，10 ℃/min速率升到175 ℃保持10 min；以10 ℃/min上升到230 ℃保温8 min。

1.3.3 芝麻木脂素类物质的测定

参照文献[5, 18-19]对样品进行前处理并利用高效液相色谱法测定芝麻木脂素类含量与组成。

HPLC检测条件：XBPODS-C18(4.6 mm×25 mm，5 μm)色谱柱，流动相：V(甲醇)∶V(水)=}，流速1.0 mL/min，30 ℃柱温，芝麻林素、芝麻素、芝麻酚及芝麻素酚的检测波长分别为287、287、295、295 nm。根据标准曲线计算样品中各木脂素的含量。

1.3.4 芝麻氨基酸组成分析

按照GB/T 5009.124—2003《食品中氨基酸的测定》和NY/T57—1987《谷物籽粒色氨酸测定法》方法测定芝麻中的氨基酸组成。

1.3.5 其他指标的测定

粗脂肪含量的测定，GB/T 1477.2—2008；粗蛋白含量的测定，GB/T 5009.5—2010；水分及易挥发物含量的测定，GB/T 5009.3—2010；灰分含量的测定，GB/T 5009.4—2010。不同萌芽期芝麻酸价测定，GB/T 5530—2005；过氧化值测定， GB/T 5538—2008。

1.4 数据处理

所有试验平行测定3次，结果采用平均值±标准差表示。采用IBM SPSS 19.0进行相关性分析与方差分析计算(P<0.01为高度显著，P<0.05为显著)。图中相同小写字母表示采用Duncan算法在0.05水平无显著性差异。

2 结果与分析

2.1 原料芝麻的基本指标

表1 芝麻的基本指标 单位：%

芝麻是一种油脂含量高的油料作物，从表1可以看出，原料芝麻中粗脂肪含量达到(58.5±0.28)%，粗蛋白(19.1±0.24)%，水分及易挥发物含量占6.44%，灰分占5.28%。

2.2 萌芽对粗蛋白含量的影响

蛋白质是机体细胞的重要组成部分，在细胞和生物体的生命活动中起着十分重要的作用。萌芽过程对芝麻中粗蛋白含量的影响见图1。

图1 萌芽对芝麻中粗蛋白的影响Fig.1 Effect of germination on the crude protein of sesame注：不同字母表示差异显著(P<0.05),下同。

从图1可以看出,随萌芽时间延长，粗蛋白的含量先减少后增加再减少，尤其在萌芽的前30 h变化速率最快。芝麻在初始阶段粗蛋白的含量为19.1%，到12 h粗蛋白含量降到17.3%；但发芽36 h后，蛋白质含量增加到19.5%，随后萌芽芝麻蛋白质含量又开始下降。萌芽过程中芝麻蛋白含量变化主要是由于发芽前的浸泡即吸水膨胀阶段，种子中的可溶性氮溶于水中；另一方面种子的胚芽在刚萌芽时要消耗一部分蛋白质[8, 20]，因此在萌芽初始阶段即12 h内，随萌芽时间的延长蛋白质含量减少。在萌芽的12 h与36 h之间可能是种子发芽的萌动阶段，由于蛋白酶被激活，蛋白质含量逐渐上升，在蛋白酶的作用下，贮藏蛋白被分解成了供胚发育的氨基酸，再将氨基酸运转到胚的生长部分后，以各种不同的组合方式重新结合起来，形成各种性质的蛋白质，使得蛋白质含量增加[8,21]；在萌芽后期为了维护胚芽的生长，蛋白酶的活性增强，致使蛋白质水解为肽和氨基酸的速度大于氨基酸重新合成新的蛋白质的速度，导致蛋白质含量逐渐下降[20]。

2.3 萌芽对粗脂肪含量的影响

粗脂肪作为能源，是芝麻的主要组成部分。从图2可以看出：随萌芽时间延长，粗脂肪含量逐渐降低，从最初的58.5%下降到96 h时的27.2%，下降率为53.5%；在萌芽的36 h内粗脂肪下降速度较缓慢，36 h后粗脂肪含量下降迅速。芝麻萌芽过程中粗脂肪含量变化趋势与文献报道一致[14, 22]，其主要原因在于萌芽初期的36 h，芝麻种子中的脂肪分解酶、脂酶和脂肪氧化酶在萌芽过程中逐渐被激活，使芝麻中脂肪被分解成脂肪酸和甘油[23]，使萌芽芝麻中的粗脂肪含量降低，游离脂肪酸含量增加；在36 h的萌芽后期，胚芽生长迅速，脂肪作为种子萌芽的重要能量来源，萌芽的能量消耗会导致其含量明显降低，从而导致总粗脂肪含量显著减少[11]。

图2 萌芽对芝麻中粗脂肪的影响Fig.2 Effect of germination on the fat in sesame

2.4 萌芽对芝麻中油脂酸价的影响

酸价是指中和1 g脂肪中的游离脂肪酸所需的KOH的毫克数。由于萌芽过程是一种生理变化，引起芝麻脂肪的含量变化，从而对油脂的酸价产生影响。萌芽时间对萌芽芝麻中油脂酸价的影响见图3。

图3 萌芽对芝麻中油脂酸价的影响Fig.3 Effect of germination on the acid value of sesame oil

从图3可以看出，随着萌芽时间增加，芝麻中油脂的酸价逐渐升高，由初始芝麻中油脂的酸价0.44 mg KOH/g，升高到萌芽96 h酸价14.2 mgKOH/g。一方面在水分充足的萌芽条件下，由于微生物、酶和热的作用，发生缓慢水解，产生游离脂肪酸；另一方面与2.3中萌芽对粗脂肪含量的影响一致，在各种脂肪酶作用下，芝麻中脂肪被分解成甘油和脂肪酸[23]，使游离脂肪酸增加，从而使萌芽的芝麻油脂中酸价增大。

2.5 萌芽对芝麻中油脂过氧化值的影响

过氧化值表示油脂中的脂肪酸被氧化的程度，是油脂氧化初级产物的评价指标。从图4看出，随着萌芽时间的增加，芝麻中油脂的过氧化值逐渐升高，96 h时过氧化值为16.5 mg/kg。在温度28 ℃、相对湿度90%萌芽条件下，随着萌芽时间延长，芝麻种子在高湿空气中暴露的时间也越长，芝麻中的脂肪酸被氧化的程度越高，过氧化值也越高。因此根据2.4和2.5实验结果，如果制备生产萌芽芝麻产品(如萌芽芝麻油、萌芽芝麻酱等)，温度28 ℃、相对湿度90%萌芽条件下，萌芽时间应在36 h以内(GB/T 8233-2018规定的二级芝麻香油酸价≤3 mgKOH/g，过氧化值≤18 mg/kg)。

图4 萌芽对芝麻中油脂过氧化值的影响Fig.4 Effect of germination on the peroxide value of sesame oil

2.6 萌芽对芝麻中油脂脂肪酸组成的影响

脂肪是提供能量的重要物质，在植物发芽生长过程中会消耗一部分脂肪。萌芽过程对芝麻中油脂脂肪酸含量及组成的影响见表2，芝麻原料脂肪酸组成见图5。

从图5和表2可以看出，芝麻油中脂肪酸主要为亚油酸和油酸，其次为棕榈酸、硬脂酸和亚麻酸[24]。亚油酸和亚麻酸的含量随萌芽时间延长先增加后降低，在萌芽时间6 h时亚油酸和亚麻酸的相对含量达到最高，分别为45.30%和0.79%。主要原因可能为：萌芽过程中为了能量需要，油脂发生水解生成甘油和脂肪酸，游离脂肪酸增加；其中油酸在12-脂肪酸去饱和酶(Δ12-fatty acid desaturases)的作用下，转化为亚油酸，进一步转化生成亚麻酸，因此萌芽初期亚油酸和亚麻酸含量增加[25-27]。但随着萌芽程度的增加，芝麻胚芽生长需要的能量增加，不饱和的亚油酸、亚麻酸经过代谢，氧化生成二氧化碳和水[8, 28]，被新生长部分利用，含量下降。因此，如果制备亚油酸和亚麻酸含量高的萌芽芝麻产品，温度28 ℃、相对湿度90%萌芽条件下，萌芽时间应在6 h合适。

表2 萌芽对芝麻脂肪酸组成的影响 单位：%

注：∑USFA表示总不饱和脂肪酸；∑SFA表示总饱和脂肪酸。

图5 未萌芽芝麻油脂脂肪酸气相色谱图Fig.5 Blank sample sesame oil by gas chromatogram

2.7 萌芽对芝麻中氨基酸组成的影响

氨基酸是蛋白质的基本组成单位，氨基酸的种类及排列方式决定蛋白质的种类。萌芽时间对芝麻中氨基酸的影响见表3。

从表3可以看出，芝麻中谷氨酸的含量在20%以上，萌芽使得芝麻中谷氨酸含量增加；必需氨基酸的含量逐渐增加，从0 h的31.5%到96 h到33.62%，增长率为6.72%；非必需氨基酸逐渐减少，从0 h的68.5%到96 h的66.38%，下降率为3.09%；碱性氨基酸含量呈减少趋势，从0 h的17.05%到96 h的14.88%，下降率为12.72%；酸性氨基酸含量先增加后减少趋势，96 h含量达到31.57%，增长率为13.64%。萌芽芝麻中氨基酸含量组成的变化主要是由于萌芽过程中蛋白酶被激活，在蛋白酶作用下一部分贮藏的蛋白质受酶催化水解为低分子肽与氨基酸，其中一部分氨基酸又继续参与分解代谢产生脱氨、转氨、脱羧等代谢物，这些代谢物又合成新的氨基酸从而使氨基酸种类和数量发生变化[29-31]，使发芽种子的营养价值有别于萌发以前的干种子[13]。

表3 萌芽对芝麻中氨基酸组成比例的影响 单位：%

2.8 萌芽对芝麻木脂素的影响

芝麻素和芝麻林素是芝麻中重要的有抗氧化作用和生理活性的物质，芝麻木脂素标样和芝麻样品的高效液相色谱图见图6，萌芽过程中芝麻木脂素含量变化见图7。

(1)-芝麻木脂素标样；(2)-芝麻样品图6 芝麻木脂素HPLC图Fig.6 HPLC profiles of lignans standards and sesame sample

图7 萌芽对芝麻素、芝麻林素含量影响Fig.7 Effect of germination on the content of sesamin and sesamolin in sesame

从图6可以看出，原料芝麻中只检测到芝麻素和芝麻林素2种芝麻木脂素物质，且通过定量计算芝麻素的含量约为芝麻林素含量的2倍。从图7可以看出，在萌芽初期，芝麻素含量呈升高趋势，但是在萌芽时间超过20 h后，芝麻素含量呈下降趋势；而萌芽过程中芝麻林素含量一直呈下降趋势。而有文献[16,33]报道萌芽过程中芝麻素和芝麻林素均呈下降趋势。推测本研究中萌芽初期，芝麻素缓慢上升的原因可能是湿度较大芝麻林素更容易发生分解反应生成芝麻素。对于萌芽过程中芝麻林素、芝麻素持续减少的原因及机理在后续还需要深入研究。

3 结论

随着萌芽程度的增加，芝麻中粗蛋白含量先减少后增加再减少；萌芽芝麻粗脂肪含量从萌芽初期的58.5%下降到96 h时的27.2%，如果制备萌芽芝麻产品时，温度28 ℃且相对湿度90%，萌芽时间应在36 h以内(GB/T 8233-2018规定的二级芝麻香油酸价≤3 mgKOH/g，过氧化值≤18 mg/kg)。此外，本研究中萌芽芝麻中亚油酸和亚麻酸的相对百分含量随萌芽时间延长先增加后降低。萌芽过程中，必需氨基酸的含量增加，增长率为6.72%；非必需氨基酸降低，下降率为3.09%；碱性氨基酸含量降低，下降率为12.72%；酸性氨基酸含量增加，增长率为13.64%。芝麻林素含量一直呈下降趋势，而芝麻素含量在萌芽初期缓慢上升后逐渐下降。综上所述，芝麻萌芽可以改善芝麻的营养成分，提高芝麻的应用价值，在实际应用时，可根据具体的需求来确定最佳的萌芽时间，使各种指标达到最佳；同时，萌芽芝麻在新型食品研究领域的开发还需要深入的研究，以期为开发高附加值芝麻制品提供数据支持与理论指导。