（食品科学专业论文）发酵芝麻饼粕的抗氧化功能及特征成分研究.pdf

摘要 摘要 我国是芝麻生产大国，资源丰富，仅芝麻饼粕的年产量就在5 0 万吨以上。 芝麻饼粕中含有4 0 - 6 0 的蛋白质，0 5 1 o 的木脂素，但目前主要作为饲料或 肥料使用，深加工和综合利用的研究尤显不足。 本课题旨在通过发酵芝麻饼粕提高其抗氧化活性，充分利用芝麻饼粕资源。 用酱油曲霉发酵芝麻饼粕，对发酵基质组成和乙醇提取条件进行了优化，研究了 木脂素提取物抗氧化活性和降低高血脂的作用；对发酵芝麻饼粕提取物中产生的 特征物质进行分离纯化和鉴定，确定其为芝麻素酚，并对芝麻素酚的抗氧化活性 进行了研究。主要研究结果如下： ( 1 ) 优化了酱油曲霉发酵芝麻饼粕提高抗氧化活性发酵基质组成和木脂素 提取条件。发酵基质组成的优化结果为：芝麻饼粕中添加辅料葡萄糖、硫酸铵和 麦麸量分别为：1 9 、1 6 和2 6 ；于2 8 条件下固体发酵1 2 0h ；木脂素提 取条件的优化结果为：乙醇浓度6 0 、液料比1 6m l g 、时间1 2 0m i n 、温度5 0 、转速1 5 0r m i n 。优化的芝麻饼粕发酵提取物清除d p p h 自由基活性为8 7 9 ， 未发酵提取物为5 3 4 ，发酵的提取物中总酚含量为2 2 3 ，未发酵的1 8 5 。 ( 2 ) 对芝麻饼粕发酵提取物( s c f e ) 体外抗氧化活性进行了研究，其活性 优于芝麻饼粕提取物( s c e ) 。主要结果为：浓度为0 1 1 0m g m l 时，s c f e 的总抗氧化能力( t a c ) 和还原能力均随浓度的增大而逐渐增强，浓度高于0 5 m g m l 时，增强效果显著；浓度为o 5m g m l 和1 0m g m l 时，s c f e 对d p p h 自由基清除率分别为7 2 7 和8 7 5 ，而s c e 为5 3 7 和7 0 6 ；浓度为1 0m g m l 时，s c f e 对0 2 一的清除率比s c e 清除值高2 0 ；浓度为1 0m g m l 时，s c f e 对自发和h 2 0 2 诱导的鼠肝脏微粒体脂质过氧化抑制率分别为8 4 4 和6 7 ，s c e 的抑制率分别为7 6 2 和5 2 3 ；在0 1 1 0m g m l 时，s c f e 对亚油酸脂质氧化 的抑制率逐渐增强，优于s c e ；o 1 的芝麻木脂素提取物s c f e 抑制冷藏熟肉糜 脂质过氧化效果与0 0 2 的v c 作用相当。 ( 3 ) 通过动物试验，对s c f e 预防和调节小鼠高血脂的作用进行了研究。 结果发现s c f e 既能有效降低小鼠的血脂水平，改善血脂代谢，减少动脉粥样硬 化的发生几率，又能有效提高小鼠体内的抗氧化水平，增强抗氧化酶活性，减少 江苏大学博士学位论文 过氧化脂质含量，且s c f e 的作用效果优于s c e 。主要结果为：诱导模型小鼠体 内的抗氧化能力和抗氧化酶活性性显著下降，氧化的代谢产物量显著提高；灌胃 s c f e 和s c e 后，显著降低总甘油三酯( t g ) 、总胆固醇( t c ) 、低密度脂蛋白 胆固醇( l d l c ) 及动脉硬化指数( a 1 1 ，a 1 2 ) ，显著提高高密度脂蛋白胆固醇 ( h d l c ) 含量；此外还显著提高小鼠血清的总抗氧化能力( t a c ) 和超氧化物 歧化酶的活性( s o d ) ，降低脂质过氧化物丙二醛( m d a ) 含量，在剂量范围内， 呈现显著的量效关系，给药s c f e 的小鼠血清中各指标均显著优于s c e ；比较了 预防组和调节组中相同指标的相关系数，发现s c f e 和s c e 对高脂高胆固醇小 鼠的预防效果要优于调节的效果。高血脂小鼠血脂水平和动脉硬化指数与其氧化 抗氧化水平密切相关，二者相互促进。 ( 4 ) 对s c f e 中的特征物质p x 进行分离纯化和鉴定。s c f e 经过乙酸乙酯 萃取，硅胶柱层析得到纯化的p x ，得率分别为2 7 1 9 和1 4 3 1 硅胶柱色谱分 离纯化p x 用石油醚乙酸乙酯= 3 1 和1 1 两种比例洗脱剂洗脱；硫酸显色后，薄 层层析( t l c ) 中p x 的迁移率r f 为0 2 0 ，紫外扫描为单一峰；p x 两个特征吸收波 长分别为2 2 8n n l 和2 8 7r l m lh p l c 中其保留时间为1 3 5r a i n ；l c m s 定性检测， 分子量为3 7 0 。0 。该特征物质被鉴定为芝麻素酚，分子组成为：c 2 0 h 1 8 0 7 。 ( 5 ) 对芝麻素酚体外抗氧化活性进行了研究。芝麻素酚具有抑制大鼠肝脏 微粒体自发及h 2 0 2 诱导的脂质过氧化作用。在抑制自发性肝脏微粒体脂质过氧 化作用时，芝麻素酚浓度从1 0p 咖l 上升至1 0 0 鹏r m l 时，s o d 酶活性从1 3 0 7 m g p r o t 提高到1 9 8 3u m g p r o t ，m d a 抑制率从2 1 7 提高到6 1 8 ；在亚油酸- 吐温乳化系统和亚油酸乙醇系统中，芝麻素酚均具有抑制亚油酸脂质氧化的作 用，在乳化系统中，芝麻素酚的抑制效果优于b h t ；浓度为2 0 肛m l 时，芝麻 素酚清除d p p h 自由基的效果与5 咖l b h t 和v c 相当。 通过生物转化芝麻饼粕中木脂素的研究，为芝麻饼粕深度加工和利用奠定 了基础。利用微生物发酵技术，对芝麻饼粕中木脂素进行了生物转化，并分离纯 化得到具有强抗氧化活性的特征物质芝麻素酚，为进一步开发利用芝麻饼粕提供 理论依据。 关键词：芝麻饼粕，木脂素，发酵，优化，抗氧化活性，酱油曲霉，芝麻素酚 i i a b s t r a c t a b s t r a c t t h er e s o u r c eo fs e s a m ei sv e r ya b u n d a n ti no u rc o u n t r y , a n dt h eb y - p r o d u c to f s e s a m ep r o c e s s i n gi sm o r et h a n5 0t h o u s a n dt o n sa n n u a l l y t h es e s a m ec a k ec o n t a i n s 4 0 - 6 0 p r o t e i na n d0 5 1 o l i g n a n s ，a n di sa l w a y su s e da sf e e do rm u c k ，a n dt h e r e s e a r c ho fd e e pp r o c e s s i n ga n dc o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o no fs e s a m ec a k ei sf a ra w a y f r o ms u c c e s s i nt h i sp a p e r , t h ef i n a lo b j e c t i v ei st oi m p r o v et h ea n t i o x i d a n ta c t i v i t yo fs e s a m e c a k eb yf e r m e n t a t i o na n dt om a k ef u l lu s eo fs e s a m ec a k er e s o u r c e s w eo p t i m i z e d t h ec o m p o s i t i o no ff e r m e n t a t i o ns u b s t r a t ea n dt h ec o n d i t i o no fe t h a n o le x t r a c t i o ni n f e r m e n t i n gs e s a m ec a k ew i t ha s p e r g i l l u ss o j a e ，t h ea n t i o x i d a n ta c t i v i t yi nv i t r oa n d d e c r e a s i n gh y p e r l i p i d e m i ai n r i v ew e r es t u d i e d ac h a r a c t e r i s t i ci n g r e d i e n tw a s i s o l a t e da n dp u r i f i e df r o ms e s a m ec a k ef e r m e n t e de x t r a c ta n dn a m e da ss e s a m i n o l t h r o u g hs t r u c t u r a la n a l y s i s t h ea n t i o x i d a n ta c t i v i t yo fs e s a m i n o lw a ss t u d i e d t h e m a j o rr e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) t h ef e r m e n t a t i o ns u b s t r a t ec o m p o s i t i o na n de x t r a c t i o nc o n d i t i o no fi n c r e a s i n g a n t i o x i d a n ta c t i v i t yw e r eo p t i m i z e di ns e s a m ec a k eb ya s p e r g i l l u ss o j a e t h e o p t i m i z e df e r m e n t a t i o ns u b s t r a t ec o m p o s i t i o nw e r ea sf o l l o w s ：a m o u n to fg l u c o s e ， a m m o n i u r ns u l f a t ea n dw h e a tb r a ni ns u b s t r a t ew e r e1 9 ，1 6 a n d2 6 r e s p e c t i v e l y ,a n d f e r m e n t a t i o n t e m p e r a t u r e a n dt i m ew e r e2 8 a n d12 0h r e s p e c t i v e l y t h eo p t i m i z e de x t r a c t i o nc o n d i t i o n sw o r e ：e t h a n o lc o n c e n t r a t i o n6 0 ， r a t i oo fs o l u t i o nt om a t e r i a l16m l g ，t i m e12 0m i n ，t e m p e r a t u r e5 0 。ca n dr o t a r y s p e e d15 0r m i n t h ep e a ka r e aa n dh e i g h to fc h a r a c t e r i s t i cm a t e r i a lf r o mo p t i m u m s e s a m ec a k ef e r m e n t a t i o ne x t r a c t i o n ( s c f e ) w a si n c r e a s e db y8 8a n d51t i m e st h a n t h a to fs e s a m ec a k ee x t r a c t i o n ( s c e ) ，r e s p e c t i v e l y t h ed p p hr a d i c a ls c a v e n g i n g a c t i v i t yw a si n c r e a s e df r o m5 3 4 t o8 7 9 ，a n dt h et o t a lp h e n o lc o n t e n tw a s i n c r e a s e df r o m1 8 5 t 02 2 3 ( 2 ) t h ea n t i o x i d a n ta c t i v i t yo fs c f ei nv i t r ow a ss t u d i e d ，w h i c hi sb e t t e rt h a n s c e t h et o t a la n t i o x i d a n tc a p a c i t y ( t a c ) a n dr e d u c t i o na b i l i t yo fs c f ea c c e n t u a t e d w i t hc o n c e n t r a t i o ni n c r e a s i n gi nt h er a n g eo fo 1 1 0m g m l ，a n dt h ea c t i v i t y s i g n i f i c a n t l yi n c r e a s e da t0 5m g m l t h ed p p h r a d i c a ls c a v e n g i n ga c t i v i t yo fs c f e a t0 5m g m la n d1 0m g m lw a s7 2 7 a n d8 7 5 ，r e s p e c t i v e l y , w h i l et h a to fs c e i i i 江苏大学博士学位论文 w a s5 3 7 a n d7 0 6 ，r e s p e c t i v e l y t h e0 2 一s c a v e n g i n ga b i l i t yo fs c f ea t1 0 m g m lw a s2 0 h i g h e rt h a nt h a to fs c e t h ei n h i b i t i o nr a t i oo fs c f eo nt h el i p i d p e r o x i d a t i o ni nl i v e rh o m o g e n a t es p o n t a n e o u s l ya n dh 2 0 2i n d u c e da t1 0m g m lw a s 8 4 4 a n d6 7 ，r e s p e c t i v e l y , w h i l et h a to fs c ew a s7 6 2 a n d5 2 3 ，r e s p e c t i v e l y t h ea n t i o x i d a n te f f e c to fs c f ew a sh i g h e rt h a nt h a to fs c eo np r e v e n t i n gl i p i d p e r o x i d a t i o no fl i n o l e i ca c i d ，w h i c hw a si n c r e a s e di nad o s e d e p e n d e n tw a y w i t h i nt h e c o n c e n t r a t i o nr a n g eo fo 1 1 0m g m l t h ea n t i o x i d a n ta c t i v i t yo fs c f ea to 1 w a s c o m p a r a b l et ot h a to fv ca to 0 2 o ni n h i b i t i o no fr e f r i g e r a t e dc o o k e dg r o u n dp o r k o x i d a n t ( 3 ) s i m u l a t i o nt e s to fp r e v e n t i o na n dr e g u l a t i o no fs c f eo nh y p e r l i p i d e m i a n r a tw e r es m d i e d n er e s u l ts h o w e dt h a ts c f ec o u l de f f e c t i v e l yd e c r e a s eb l o o dl i p i d l e v e lo fs dr a t sw i t hh y p e r l i p i d e m i a ，i m p r o v eb l o o dl i l ：i i dm e t a b o l i s m ，r e d u c et h e f o r m a t i o no fa t h e r o s c l e r o s i s m e a n w h i l e ，s c f ee f f e c t i v e l yi n c r e a s e da n t i o x i d a t i v e l e v e lo fr a tb o d y , i m p r o v e da n t i o x i d a s ea c t i v i t i e s ，r e d u c e dp e r o x i d a t i v el i p i dc o n t e n t s ， a n dt h ee f f e c to fs c f ew a sm u c hb e t t e rt h a ns c e m a i nf e a t u r e sw e r e ：t h e a n t i o x i d a n ta c t i v i t ya n da n t i o x i d a s ed e c r e a s e ds i g n i f i c a n t l y ,a n dt h e o x i d a t i o n m e t a b o l i ni n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l yi nh y p e r l i p i d e m i a nr a t w h e nr e c e i v e di n t r a g a s t r i c a d m i n i s t r a t i o nw i n ls c f ea n ds c e ，t h e ys i g n i f i c a n t l yd e c r e a s e dl e v e l so ft r i g l y c e r i d e ( t g ) ，t o t a lc h o l e s t e r o l ( t c ) ，l o wd e n s i t yl i p o p r o t e i nc h o l e s t e r o l ( l d l c ) a n d a t h e r o s c l e r o s i si n d e x ( a i ) ，a n ds i g n i f i c a n t l yi n c r e a s e dh i g hd e n s i t y l i p o p r o t e i n c h o l e s t e r o l ( h d l - c ) i na d d i t i o n ，t h e ys i g n i f i c a n t l yi n c r e a s e dt o t a l a n t i o x i d a t i o n c a p a c i t y ( t a c ) ，s u p e r o x i d ed i s m u t a s e ( s o d ) a c t i v i t i e so fr a ts e r u m ，d e c r e a s e d m a l o n y l d i a l d e h y d e ( m d a ) c o n t e n t sa n dd i s p l a y e ds i g n i f i c a n td o s e d e p e n d e n c e t h e e f f e c to fs c f eo nd e c r e a s i n gb l o o dl i p i d si nh y p e r l i p i d e m i ar a ts e r u mi n d e xw a s m u c hb e t t e rt h a nt h a to fs c ea tt h es a m ec o n c e n t r a t i o n c o m p a r i n gt h ec o e f f i c i e n to f c o r r e l a t i o no fp r e v e n t i o na r r a yw i t hr e g u l a t i o na r r a y , t h ef o r m e rw a sb e t t e r t h eb l o o d l i p i dl e v e la n da t h e r o s d e r o s i si n d e xo fr a t sw i t hh y p e r l i p i d e m i ac o r r e l a t e dc l o s e l y w i t ho x i d a t i o na n da n t i o x i d a t i o nl e v e l s ，b o t ho fw h i c hw e r ec a u s ea n de f f e c tm u t u a l l y a n dp r o m o t e de a c ho t h e r ( 4 ) t h ec h a r a c t e r i s t i ci n g r e d i e n tp xw a si s o l a t e d ，p u r i f i e da n di d e n t i f i e di ns c f e i tw a so b t a i n e db ye t h y la c e t a t ea b s t r a c t i o na n ds i l i c ag e lc o l u m nc h r o m a t o g r a p h y t h ec o n d i t i o no fs i l i c ag e lc o l u m nc h r o m a t o g r a p h yw a sa sf o l l o w s ：p e t r o l e u m b e n z i n a c e t o a c e t a t ee l u t e df r a c t i o n ( 3 ：1a n d1 ：1 ，v v ) t h eu vs c a no fp xs h o w e do n e a b s t r a c t p e a kb yt h i nl a y e rc h r o m a t o g r a p h y ( t l c ) ，a n dt h et r a n s p o r tr a t i oo fp x a f t e rs u l p h u r i c a c i dc a r b o n i z a t i o nw a so 2 0 t h eu vs c a n n i n gs p e c t r u mm a xw a v eo fp xw a s2 2 8n l n a n d2 8 7l u l l ，r e s p e c t i v e l y t h er e t e n t i o nt i m ew a s13 5m i ni nh p l c t h em o l e c u l a r w e i g h tw a sa n a l y z e db yl c m sa n ds h o w e dt ob e3 7 0 0 t h em a t e r i a lw a si d e n t i f i e d a ss e s a m i n o la n dt h em o l e c u l a rf o r m u l ai sc 2 0 h i8 0 7 ( 5 ) t h ea n t i o x i d a n ta c t i v i t yo fs e s a m i n o lw a ss t u d i e d s e s a m i n o lh a si n h i b i t o r y f u n c t i o no nl i p i dp e r o x i d a t i o ni nl i v e rh o m o g e n a t es p o n t a n e o u s l ya n dh 2 0 2i n d u c e d ， t h es u p e r o x i d ed i s m u t a s e ( s o d ) a c t i v i t yi n c r e a s e df r o m13 0 7u m g p r o tt o19 8 3 u m g p r o ta n dm a l e i cd i a l d e h y d e ( m d a ) i n h i b i t i o nr a t i oi n c r e a s e df r o m21 7 t o 6 1 8 i nl i v e rh o m o g e n a t es p o n t a n e o u s l yw h e ns e s a m i n o lc o n c e n t r a t i o ni n c r e a s e d f r o m10r t g m lt o10 0r t g m l s e s a m i n o lp r e v e n t e dl i p i dp e r o x i d a t i o nb o t hi nl i n o l e i c a c i d t w e e ne m u l s i o ns y s t e ma n dl i n o l e i ca c i d e t h a n o ls y s t e m t h ei n h i b i t o r ye f f e c to f s e s a m i n o lw a sb e t t e rt h a nb h ti ne m u l s i o ns y s t e m t h ed p p hr a d i c a ls c a v e n g i n g a c t i v i t yo fs e s a m i n o la t2 0l x g m lw a se q u i v a l e n tw i t hb h ta n dv ca t5i - t g m l t h ed e e pp r o c e s s i n ga n de x p l o i t a t i o no fs e s a m ec a k ew e r es t u d i e dt h r o u g h b i o t r a n s f o r m a t i o no ft h es e s a m ec a k el i g n a n s w ec a r r i e do u tt h eb i o t r a n s f o r m a t i o no f s e s a m el i g n a na n di s o l a t e dac h a r a c t e r i s t i ci n g r e d i e n tw h i c hn a m e ds e s a m i n o l ，a n dt h e r e s u l tw i l lp r o v i d eat h e o r e t i c a lb a s i st od e e p l yd e v e l o pa n du t i l i z es e s a m ec a k e k e y w o r d s ：s e s a m ec a k e ，l i g n a n ，f e r m e n t a t i o n , o p t i m i z a t i o n ，a n t i o x i d a n ta c t i v i t y , a s p e r g i l l u ss o j a e ，s e s a m i n o l v 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规 定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电 子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论 文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口 本学位论文属于，在年我解密后适用本授权 书。 不保密吖 学位敝作者躲召严l 也 指剥币躲专关 f 莎月f 日哕年易月帅 独创性申明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立 进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容以外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全 意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 移p 乞谚 日期：跏7 年多月 江苏大学博士学位论文 注释 r s a - - r a d i c a ls c a v e n i n g a c t i v i t y 清除自由基活性 d p p h - - 2 , 2 - d i p h e n y l - 2 - p i c r y l h y d r a z y l 二苯代苦味肼基自由基 h p l c - - h i g hp e r f o r m a n c el 幻u i dc h r o m a t o g r a p h y 高效液相色谱 t l c - - t h i n - l a y e rc h r o m a t o g r a p h y 薄层色谱 m s - - m a s s - s p e c t r u m 质( 量) 谱 s c f e - - s e s a m ec a k ef e r m e n t a t i o ne x t r a c t i o n 芝麻饼粕发酵提取物 s c e - - s e s a m ec a k ee x t r a c t i o n 芝麻饼粕提取物 f r a p _ 忍州cr e d u c i n ga n t i o x i d a n tp o w e r 铁离子还原抗氧化剂能力 p o v - - p e r o x i d ev a l u e 过氧化值 t g 一乃砌，t r i g l y c e r i d e 总甘油三酯 t c 一乃砌，c h o e s t e r o l 总胆固醇 l d l c - - l o w - d e n s i t yl i p o p r o t e i n c h o l e s t e r o l 低密度脂蛋白一胆固醇 h d l - c _ 砸酚- d e n s i t yl i p o p r o t e i n c h o l e s t e r o l 高密度脂蛋白一胆固醇 s o d 咖e r o x i d ed i s m u t a s e 超氧化物歧化酶 m d a _ 尬彪i cd i a l d e h y d e 丙二醛 t a c - - t o t a l a n t i o x i d a n tc a p a c i t y 总抗氧化能力 a i - - a t h e r o s d e r o s i sl n d e x 动脉硬化指数 b h t - - b u t y l a t e dh y d r o x yt o l u e n e2 , 6 二叔丁基4 甲基苯酚 t p t z 4 , 6 - t r i p y r i d y l - 5 t r i a z i n e 三吡啶三吖嗪 t b a t h o b a r b i t u r i ca c i d 硫代巴比妥酸 v e - - t o c o p h e r o l 维生素e x 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 芝麻及芝麻饼粕木脂素 1 1 1 芝麻概述 芝麻属胡麻科( p e d e c l i e c e a s e ) 胡麻属( s e s a m u m i n d i c u m ) 植物，是我国四大 油料之一，又称巨胜、胡麻、油麻、脂麻等，是人类最早知道的油料种籽。芝麻 的产量在世界油料作物中占第七位。我国的芝麻产量居世界之首，约占世界芝麻 总产量的3 4 ，素有“芝麻王国之称。我国的芝麻主产区是湖南、湖北、安 徽、江西、河北、河南、四) l l 矛n 云南等，其中以河南省的最多，约占全国总产量 的三分之一。其他主要芝麻产国有印度、缅甸、苏丹、墨西哥、委内瑞拉和危地 马拉等【1 2 ，3 1 。 在我国粮油质量国家标准中，根据芝麻种子的颜色分类，分为白色芝麻、黑 色芝麻、纯色芝麻和杂色芝麻四类。芝麻种子呈扁平椭圆形，由种皮、胚和胚乳 三部分组成，胚和胚乳中储藏着油脂、蛋白质和其他一些功能性的物质。芝麻的 主要组成是油脂、蛋白质、碳水化合物、维生素b 、e 以及矿物质、木脂素( 1 i g n a n s ) 垄冬【4 5 ，6 】 可 。 不同品种芝麻中组成成分含量不同，其中油脂大约是4 5 6 3 ，主要有油酸 ( o l e i c ) 3 5 5 0 、亚油酸( 1 i n o l e i c ) 3 5 5 0 、棕榈酸( p a l m i t i c ) 7 12 和硬脂酸 ( s t e a r i c ) 3 5 6 等，其中亚油酸和油酸是人体的必需脂肪酸 7 , 8 1 。芝麻中蛋白质 占1 9 3 1 ，其氨基酸组成中除赖氨酸含量较低外，其它氨基酸含量均高于 f a o w h o 所建议的标准【9 1 。芝麻中碳水化合物约占2 0 - , - 2 5 ，然而对其了解不 多，还有待进一步的研究。芝麻油中的维生素e 含量较高达到4 5 n 6 8m g 1 0 0 9 ， 其中9 6 9 9 是7 - t o c o p h e r o l ，它也是芝麻油中强抗氧化物质之一。木脂素在芝 麻中的含量很低，约占o 5 1 0 ，却是芝麻中的一类很重要的生物活性物质， 主要为芝麻素、芝麻酚、芝麻酚林、芝麻素酚等物质 1 0 , l l 】。 1 1 2 芝麻饼粕木脂素 芝麻用途较广，但最主要的用途还是用于制取芝麻油，其它还有作为食品辅 江苏大学博士学位论文 料等用途 1 2 , t 3 。目前，我国芝麻油的生产主要有三种方法：压榨法、水代法和溶 剂浸出法 1 4 , 1 5 】。水代法和压榨法制取芝麻油的工艺流程中会产生大量的副产物芝 麻渣饼粕，榨油后的副产品芝麻渣或芝麻饼中蛋白质含量能提高到4 0 , - 一6 0 ，部 分木脂素也转移至芝麻饼粕中 1 6 , 1 7 ，国内芝麻油厂对芝麻渣饼粕的处理方法大 多数是用于肥料或饲料，极大地浪费了这部分资源 1 8 , 1 9 , 2 0 。 芝麻饼粕中含有多种木脂素类化合物( 1 i g n a n ) ，它们具有2 ，6 一二芳基一3 ，7 一二氧杂二环辛烷的结构。这类化合物有数十个之多，苯环上常见的取代基团多 为羟基或甲氧基等醚化基团【2 1 1 ，大多属于呋喃骈呋喃木脂素物质。这类化合物 主要是木酚素类抗氧化物质t 2 2 , 2 3 1 ，具有非常重要的生理活性作用，已引起很广泛 的关注【2 4 筇，2 6 1 。主要有脂溶性的木脂素类化合物，如芝麻素( s e s a m i n ) 、芝麻林 素( s e s a m o l i n ) 、芝麻酚( s e s a m 0 1 ) 、芝麻素酚( s e s a m i n 0 1 ) 等。还有水溶性的 木脂素类化合物( 1 i g n a n sg l u c o s i d e s ) ，是芝麻木脂素和1 3 个葡萄糖相连形成 的极性较强的糖苷，主要包括：芝麻素酚糖苷( s e s a m i n o lg l u c o s i d e s ) 、芝麻林素 酚糖苷( s e s a m o l i n o lg l u c o s i d e s ) 、松脂醇糖苷( p i n o r e s i n o lg l u c o s i d e s ) 等【2 7 2 8 ，2 9 1 ， 几种主要抗氧化成分的结构式如图1 1 所示。 芝麻素( s e s a m i n ) o h 芝麻酚( s e s a m 0 1 ) 芝麻林素( s e s a m o l i n )芝麻素酚( s e s a m i n 0 1 ) 图1 1 芝麻木脂素类化合物的结构 f i g 1 1 t h es t r u c t u r e so fs e s a m el i g n a n s 2 第1 章绪论 芝麻油中含量较多的木脂素为芝麻素和芝麻林素，次之为芝麻中的最强抗 氧化成分芝麻酚，其它几种木脂素的含量更低，如以配糖体的形式存在的水溶性 的芝麻素酚等【3 0 , 3 1 】，这几种主要木脂素的特征吸收波长如表1 1 所示。 表1 1 芝麻素、芝麻林素、芝麻素酚、芝麻酚最大吸收波长 ! 堑! 宝! ：! ! 坠望! ! p 曼! 望竺2 1 兰兰璺翌! 翌：! ! ! 璺磐2 1 也：! ! ! 垒翌i 里2 1 竺璺曼嬖璺巴2 1 参数芝麻素芝麻林素 芝麻素酚芝麻酚 1 2 发酵技术与生物转化 发酵技术与医药、农业、食品、能源和环境等众多领域的交叉融合，正不断 催生新的产业形成，以现代发酵技术为核心所形成的现代生物产业正日益显示出 世界经济发展中的地位和作用。随着发酵技术巨大潜力的不断释放，发酵技术逐 渐成为科学技术发展和国际经济竞争的焦点。医药技术是发酵技术研究开发和应 用中最活跃、发展最快、最有发展前途和核心的产业领域。 生物转化技术提高抗氧化活性与一般的抗生素、氨基酸发酵不同，转化产物 不是微生物的代谢产物，而是用微生物的酶对发酵基质的某一部位进行特定的生 化反应来获得一定的产物。微生物发酵产生新物质的过程如下方式进行：底物 一菌体细胞一反应产物( 转化产物) 。 农业和食品中引入生物发酵技术，不仅可以提高农作物的产量和品质，同时 还实现农副产品的深加工和利用，具有多种有利的优势3 2 1 。 1 2 1 发酵菌种 微生物菌种选用在发酵工业中占有重要地位，是决定发酵产品能否具有工业 化价值以及发酵过程成败的关键。现代发酵工业的迅猛发展，除了发酵工艺改进 和发酵设备更新之外，更重要的是通过进行菌种选育，为发酵工艺提供了人类需 要的优良菌株。因此，发酵菌种的筛选对于提高发酵工业产品的产量和质量具有 重大意义。 对食用和药用的产品进行发酵，首选菌种应为兼具食药兼用性的菌种。我 国地大物博，具有丰富的食药用生物资源，主要为细菌和真菌。在真菌分类学家 卯晓岚先生的专著中国经济真菌中共记载了食用菌9 3 8 种( 1 6 6 属5 4 科) ，可 3 江苏大学博士学位论文 人工栽培或发酵培养的有9 1 种：药用真菌4 5 1 种( 8 5 属2 4 科) ，其中包括中医中 药里传统使用的和近年来新研制成功的药用种类，食药兼用的有2 5 4 种p 引。 一般发酵菌种是从自然发酵的产品中分离出来的，由于原料配方组成和生产 条件不同，所选用的微生物菌种也不相同。无论使用何种菌种，在特定的发酵条 件( a w 、温度、时间) 下，发酵初期都应该尽可能缩短停滞期，延长对数生长期和 稳定期，最大限度地发挥它们理想的活性【3 4 1 ，另外作为食药用的发酵菌种，必 须具有以下特性【3 5 】：( 1 ) 在遗传上必须是稳定的；( 2 ) 易于产生许多营养细胞、 孢子或其他繁殖体；( 3 ) 必须是纯种，不应该带有其他杂菌及噬菌体；( 4 ) 种子的 生长必须旺盛、迅速；( 5 ) 产生所需要的时间短；( 6 ) 比较容易分离提纯；( 7 ) 有 自身保护机制，抵抗杂菌污染能力强；( 8 ) 能保持较长时间和良好的经济性能； ( 9 ) 菌株对诱变剂处理敏感，从而可能选育出高产菌株；o 回在规定的时间内，菌 株必须产生预期数量的目的产物，并保持相对的稳定。 1 。2 2 发酵过程的酶促反应 发酵工程是生物技术的重要组成部分，它将微生物学、生物化学、化学工程 学的基本原理有机的结合起来，是一门利用微生物的生长代谢活动来生产各种有 用物质的工程技术。食药兼用真菌代谢的酶系包括纤维素酶、漆酶、蛋白酶、菊 粉酶、s o d 酶、过氧化物酶及多酚氧化酶等，这些酶作用于发酵基质，从而提 高目标物的含量或活性。 如李适采用筛选代谢产生多酚氧化酶的菌株进行发酵，结果提高了茶色素的 含量1 3 6 , 3 7 1 ；黄达明【3 8 3 9 4 0 1 等报道猴头菌发酵银杏叶提取物具有显著提高抗氧化活 性、抑制非酶糖基化以及降低血糖的作用；顾宇翔【4 l 】等对蛹虫草发酵制品的水 和乙醇